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Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen.
Es ist bekannt, dass die Verbindungen zwischen Metallen und Nichtmetallen, d. s. z. B. die Phosphide,
Silizide, Karbide, Arsenil1e oder Antimonide, in gegossenem Zustande eine ausserordentlich hohe Sprödig- keit besitzen. Diese Sprödigkeit ist so stark, dass das Material nicht einmal geritzt werden kann. ohne zu splittern. Diese Sprödigkeit bleibt in weitem Umfange bestehen, wenn derartige Verbindungen zu einem erheblichen Prozentsatz in den Legierungen der Metalle enthalten sind. Wenn z. B. ein Phosphorkupfer mit einem hohen Prozentsatz an Phosphid vorliegt, ist dieses Material so spröde, dass es durch kleine Schläge zertrümmert werden kann. Auf der andern Seite zeichnen sieh Metallide bzw.
Legierungen, in denen sie zu erheblichen Prozentsätzen enthalten sind, durch eine Reihe sehr wertvoller Eigenschaften, wie hohe Härte, Korrosionsbeständigkeit usw., aus. Die Ausnutzung dieser guten Eigenschaften war bisher jedoch stark behindert, weil eine Verarbeitung derartiger Werkstoffe als ausgeschlossen galt.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, die spröden Metallide in gewissem Umfange zur Herstellung von Geräten und Werkzeugen brauchbar zu machen, indem man ihre Festigkeit sowie ihre Standfestigkeit erhöht. Das Verfahren, diese Eigenschaften zu verbessern, besteht in einer mechanischen Verformung bzw. Durchknetung bei höheren Temperaturen, d. s. Temperaturen, die dicht unter dem Schmelzpunkt liegen. Durch eine derartige Behandlung wird insbesondere die Festigkeit dieser Verbindungen ausserordentlich gesteigert. Dariiber hinaus erreicht man durch ein-oder mehrmaliges Durchkneten bei erhöhter Temperatur eine Art Duktilisierung, so dass es dann möglich wird, diese Verbindungen bzw. ihre Legierungen mit Metallen anschliessend auch bei niedrigen Temperaturen weiter zu verformen.
Es sind bereits Verfahren bekannt, gewisse reine Metalle, die im Gusszustand spröde sind, wie z. B. Wolfram oder Chrom, durch Hämmerung zäh zu machen. Es war jedoch bisher nicht bekannt, dass durch einfache mechanische Verformung, z. B. durch Pressen, bei erhöhter Temperatur auch Verbindungen der Metalle mit Nichtmetallen in ihrer Zähigkeit zu verbessern waren. Wenn dabei von Duktilisieren gesprochen wird, so handelt es sich einmal darum, durch Steigerung der Temperatur bis über einen kritischen Punkt hinaus die Plastizität des Werkstoffes so zu steigern, dass eine Verformung bei hohen Temperaturen möglich wird.
Darüber hinaus handelt es sich aber auch darum, durch eine einmalige Durchknetung bei einer dicht unter dem Schmelzpunkt liegenden Temperatur das Material dauernd in seiner Plastizität so weit zu verbessern, dass eine weitere spanlose Verformung dann auch bei niedrigeren Temperaturen bzw. sogar auf kaltem Wege möglich wird.
Es ist auch vorgeschlagen worden, Kupfer mit Siliziumgehalten bis 6% bei höherer Temperatur mechanisch zu verformen. Aus dem Diagramm der Kupfer-Silizium-Legierungen ergibt sich jedoch, dass hier eine Verbindung von Kupfer und Silizium, d. li. ein Kupfersilizid, nur bei gewöhnlichen Temperaturen vorhanden ist. Bei den vorgesehenen Arbeitstemperaturen ist jedoch diese Verbindung bereits nicht mehr beständig, vielmehr liegt lediglich eine Lösung des Siliziums in Kupfer vor. Das Verfahren zur Behandlung der Kupfer-Silizium-Legierungen beruht also nicht auf einer Verformung der Verbindungen als solcher, sondern auf einer Behandlung derartiger Legierungen bei Temperaturen, bei denen die Verbindung nicht mehr vorhanden ist.
Eine Behandlung von Silizium-Kupfer mit höheren Gehalten an Kupfersiliziden war dagegen nicht bekannt. Wendet man nun das Verfahren gemäss Erfindung auf Kupfer-Silizium- Legierungen mit einem erheblichen Gehalt an Isupfersilizid an, so ergibt sich überraschenderweise, dass
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selbst Legierungen mit 10% Silizium bei Temperaturen von 730 C von 15 mm auf 2 mm heruntergepresst werden können. Ein derartig hoher Siliziumgehalt bewirkt aber, dass lediglich Verbindungen von Cu ; Si bzw. Cl ! 3Si vorliegen. Die mechanische Verformung bewirkt dabei eine Verbesserung der Festigkeit und ermöglicht die Verwendung der Verbindungen zu den verschiedenartigsten Zwecken.
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warmem Zustande für walzbar.
Die Erfindung bezieht sich also auf solche Metallide, d. s. Phosphide, Silizide. Karbide. Arsenide und Antimonide, die entweder in reinem Zustand vorliegen oder in Form von Legierungen mit Metallen, in denen sie zu mehr als 40 Gewichtsprozent enthalten sind.
Es wurde nun gefunden, dass auch Phosphorkupfer mit mehr als 6% P bei einer dicht unter dem
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Besonders überraschend ist aber, dass man es anschliessend innerhalb eines ziemlich weiten Temperaturintervalls, z. B. 400-600 C, auf jede beliebige Dicke auswalzen kann. d. h. dass die Plastizität
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kann man selbst Phosphide bis 13% Phosphorgehalt zu dünnen Blechen auswalzen.
Was im vorstehenden bezüglich Phosphor gesagt wurde, gilt, wie festgestellt wurde, auch für Silizide, Karbide, Ärgernde und Antimonide.
Während bisher z. B. Kupferlegierungen mit höherem Gehalt an Arsen für nicht verformbar gehalten
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hier erfolgt die Durchknetung zunächst dadurch, dass man die Legierungen bei Temperaturen, die etwa 30-100 C unter dem Soliduspunkt liegen, vorpresst, worauf man sie in beliebiger Weise mechanisch
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diesem Prozentsatz eine gewisse Duktilität der hergestellten Legierungen erwartet werden kann. Geht man aber im Arsengehalte über diese kritische Grenze von 7'5% hinaus, so steigt die Sprödigkeit der Legierung sehr schnell an, so dass eine mechanische Verformung nicht mehr in dem praktisch erforderlichen Mass durchgeführt werden kann, ohne dass eine Schädigung der Werkstücke erfolgt.
Presst man aber Guss-
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650 C, so erhält man ein Material, das bereits in sich bedeutend verfestigt ist und dabei auch eine erheb- liche Zunahme seiner elastischen Eigenschaften erfahren hat. Ein derart vorgepresstes Material kann man z. B. dann anschliessend auch bei niedrigeren Temperaturen ohne Schwierigkeit weiter walzen, schmieden oder hämmern.
Nach diesem Verfahren können nicht nur Kupferlegierungen mit Gehalten, die wenin'über 7'5% Arsen liegen, verarbeitet werden, Versuche haben vielmehr gezeigt, dass sogar noch Arsenehalte von 15%, ja herauf bis 35% in gleicher Weise zu Fertigfabrikaten verfornt werden können, Naturgemäss erhöht sich mit steigendem Arsengehalt die Härte und Sprödigkeit dieser Legierungen, doch ist es stets möglich geblieben, dieselben mindestens einem Pressvorgang zu unterwerfen.
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Hiebei wurde zunächst das Kupfer geschmolzen und das Arsen in metallischem Zustande einlegiert. Nach einem guten Durchrühren der Schmelze wurde diese zu Pressknüppeln von 70 111m Dureh- messer vergossen.
Diese Knüppel wurden in einem Glühofen gewöhnlicher Konstruktion auf eine Tem-
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Stangen zeigten eine Festigkeit von zirka 45 kg/mm2 Festigkeit, während dasselbe Material im Gusszustand eine Festigkeit von nur 13 kgjimn2 aufwies.
Abgesehen von den reinen Kupfer-Arsen-legierungen kann das Verfahren gemäss Erfindung naturgemäss auch auf alle sonstigen arsenhaltigen Kupferlegierungen mit Arsengehalten von mehr als 7'5% ausgedehnt werden. So hat sich z. B. ergeben, dass die sonst vielfach zur Herstellung von Kupferlegierungen üblichen Zusatzelemente, wie Zink, Nickel, Zinn, Blei, Chrom, Silizium, keine grundsätzliche Änderung des Erfindungsgedankens zur Folge haben.
Die Anwendung der nach diesem Verfahren hergestellten hocharsenhaltigen Legierungen, u. zw. insbesondere der hocharsenhaltigen Kupferlegierungen, ist besonders vorteilhaft für die Herstellung von
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befriedigen kann.
Was im vorstehenden für die Kupfer-Arsen-Legierungen gesagt ist, gilt gleicherweise auch für die Legierungen des Kupfers mit mehr als 7'5% Antimon. da auch deren Verformbarkeit bisher für unmöglich gehalten wurde.
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einfacher Form in Drähte oder Stangen ausgepresst werden kann ; so dass seine Verwendbarkeit in der Praxis erleichtert ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen, in denen Ver-
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zeichnet, dass die spröden Verbindungen im gegossenen Zustande bei Temperaturen dicht unter dem Schmelzpunkt mechanisch durchgeknetet werden.
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Process for improving the mechanical properties of materials.
It is known that the bonds between metals and non-metals, i.e. s. z. B. the phosphides,
Silicides, carbides, arsenils, or antimonides, when cast, have an extraordinarily high degree of brittleness. This brittleness is so severe that the material cannot even be scratched. without splintering. This brittleness remains to a large extent if such compounds are contained in the alloys of the metals in a considerable percentage. If z. B. If a phosphorus copper is present with a high percentage of phosphide, this material is so brittle that it can be shattered by small blows. On the other hand, see Metallide resp.
Alloys in which they are contained in significant percentages are characterized by a number of very valuable properties, such as high hardness, corrosion resistance, etc. However, the utilization of these good properties has hitherto been severely hindered because processing of such materials was considered impossible.
The subject matter of the invention is a process for making the brittle metallides useful to a certain extent for the manufacture of devices and tools by increasing their strength and stability. The method to improve these properties consists in mechanical deformation or kneading at higher temperatures, i. s. Temperatures that are just below the melting point. Such a treatment in particular increases the strength of these connections extremely. In addition, by kneading one or more times at an elevated temperature, a type of ductilization is achieved, so that it is then possible to subsequently further deform these compounds or their alloys with metals even at low temperatures.
There are already methods known to use certain pure metals that are brittle in the as-cast state, such as. B. tungsten or chromium, toughened by hammering. However, it was not previously known that simple mechanical deformation, e.g. B. by pressing, at elevated temperature, compounds of metals with non-metals were to be improved in their toughness. When it comes to ductilization, it is a question of increasing the plasticity of the material by increasing the temperature above a critical point so that deformation is possible at high temperatures.
In addition, it is also a matter of continuously improving the plasticity of the material by kneading it once at a temperature just below the melting point so that further non-cutting deformation is then also possible at lower temperatures or even in a cold way .
It has also been proposed to mechanically deform copper with silicon contents of up to 6% at a higher temperature. However, the diagram of the copper-silicon alloys shows that here a combination of copper and silicon, i.e. left a copper silicide, is only present at ordinary temperatures. At the intended working temperatures, however, this connection is no longer stable; instead, there is only a solution of the silicon in copper. The method for treating the copper-silicon alloys is therefore not based on deformation of the connections as such, but on treatment of such alloys at temperatures at which the connection is no longer present.
A treatment of silicon-copper with higher contents of copper silicides, however, was not known. If the method according to the invention is now applied to copper-silicon alloys with a considerable content of isupersilicide, it surprisingly emerges that
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Even alloys with 10% silicon can be pressed down from 15 mm to 2 mm at temperatures of 730 C. Such a high silicon content has the effect that only compounds of Cu; Si or Cl! 3Si are present. The mechanical deformation causes an improvement in strength and enables the connections to be used for a wide variety of purposes.
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warm condition for rollable.
The invention thus relates to such metallides, i. s. Phosphides, silicides. Carbides. Arsenides and antimonides, which are either in the pure state or in the form of alloys with metals in which they are more than 40 percent by weight.
It has now been found that even phosphor copper with more than 6% P at a level just below the
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It is particularly surprising, however, that it can then be used within a fairly wide temperature range, e.g. B. 400-600 C, can roll out to any thickness. d. H. that plasticity
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you can even roll out phosphides up to 13% phosphorus content into thin sheets.
What has been said above about phosphorus also applies, as has been stated, to silicides, carbides, annoying and antimonides.
While so far z. B. held copper alloys with a higher content of arsenic for non-deformable
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Here, the kneading is first carried out by pre-pressing the alloys at temperatures that are around 30-100 C below the solidus point, after which they are mechanically pressed in any way
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a certain ductility of the manufactured alloys can be expected from this percentage. If, however, the arsenic content goes beyond this critical limit of 7.5%, the brittleness of the alloy increases very quickly, so that mechanical deformation can no longer be carried out to the practically required extent without damage to the workpieces.
But if you press cast
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650 C, a material is obtained that is already significantly solidified and has also experienced a considerable increase in its elastic properties. Such a pre-pressed material can be used, for. B. then continue rolling, forging or hammering without difficulty even at lower temperatures.
According to this process, not only copper alloys with arsenic contents of a little over 7.5% can be processed, but tests have shown that arsenic contents of 15%, even up to 35%, can be transformed into finished products in the same way Naturally, the hardness and brittleness of these alloys increases with increasing arsenic content, but it has always remained possible to subject them to at least one pressing process.
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First the copper was melted and the arsenic was alloyed in a metallic state. After the melt had been thoroughly stirred, it was cast into billets with a diameter of 70 111 m.
These billets were heated to a temperature in an annealing furnace of conventional design.
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Bars showed a strength of around 45 kg / mm2 strength, while the same material as cast had a strength of only 13 kg / mm².
Apart from the pure copper-arsenic alloys, the method according to the invention can naturally also be extended to all other arsenic-containing copper alloys with arsenic contents of more than 7.5%. So has z. B. show that the additional elements commonly used in the production of copper alloys, such as zinc, nickel, tin, lead, chromium, silicon, do not result in any fundamental change in the concept of the invention.
The application of the high arsenic alloys produced by this process, u. zw. In particular the high arsenic copper alloys, is particularly advantageous for the production of
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can satisfy.
What has been said above for the copper-arsenic alloys also applies to the alloys of copper with more than 7.5% antimony. since their deformability was previously considered impossible.
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can be pressed into wires or bars in a simple form; so that its usability in practice is facilitated.
PATENT CLAIMS:
1. Process for improving the mechanical properties of materials in which
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shows that the brittle compounds in the cast state are mechanically kneaded at temperatures just below the melting point.
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