verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Kupfer-Chrom-Legierungen und nach diesem Verfahren erhaltener Gegenstand. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Kupfer-Chrom-Legierungen durch Giessen in Kokillen.
Derartige Gegenstände besitzen eine relativ hohe thermische und/oder elek trische Leitfähigkeit und vermögen bei ihrer Beanspruchung ohne Härteverlust und/oder Festi keitsverlust hohen Temperaturen zu wi derstehen; die erfindungsgemäss erzeugten Ge genstände können somit beispielsweise für Elektrodenenden für Punkt-, Stumpf- oder Nahtschweissung und für Zylinderkopfein- sätze für Brennkra.ftmaschinen Verwendung finden.
Die Verwendung von Kupfer-Chrom-Le- gierungen,welche eine geringe Menge Chrom enthalten, für elektrische Kontakte und ähn liche Zwecke ist wegen ihrer Hitzebeständig keit, Härte und Beibehaltung .der elektrischen und thermischen Lötfähigkeit bei erhöhten Temperaturen bekannt, doch hat man bisher diese Eigenschaften nur solchen Legierungen zugesprochen, in denen der Chromgehalt die Löslichkeit des Chroms im Kupfer nicht we sentlich übersteigt. das heisst welche einen Chromgehalt von zu zirka 1 % aufweisen.
Ausserdem wurden solche Legierungen ge wöhnlich nach doppelter Wärmebehandlung, (las heisst nach einer Lösungsglühung bei an nähernd 900' C oder mehr und einem Ab löschen und altern bei 300 bis 700' C, ver wendet, wobei der Zweck einer solchen Wärmebehandlung darin besteht, ein Härten der Legierungen durch Ausscheiden des Chroms aus der übersättigten, festen Lösung zu bewirken.
Derart wärmebehandelte Legierungen zei gen jedoch Neigung, die erworbenen Eigen schaften unter der Einwirkung von hohen Temperaturen zu verlieren. Ziel der vorlie genden Erfindung ist die Schaffung von Gegenständen aus harten Kupfer-Chrom-Le- gierungen, welche ihre Härteeigenschaften, Hitzebeständigkeit und verhältnismässig hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit .auch nach Anwendung höherer Temperaturen, als jene, welche im Falle der oben erwähnten, wärmebehandelten Legierungen statthaft sind, beibehalten.
Es wurde bereits vorgeschlagen, harte Kupferlegierungen mit einem Chromgehalt von 0,5 bis 20% zu bilden, in denen die Dis- pergierung des Chroms im geschmolzenen Metall durch zusätzliche Mittel, bestehend au,; einem Metall, wie Zink, oder verschiedenen Oxyden oder Salzen, erleichtert wird. Eine 9 Teile Kupfer auf 1 Teil Chrom enthaltende Legierung wurde ebenfalls vorgeschlagen. Diese früheren Vorschläge enthalten indessen keinen Hinweis auf die Notwendigkeit der Kontrolle besonderer Bedingungen während dem Fabrikationsprozess zwecks Beibehaltung der Eigenschaften der Legierungen bei erhöh ten Temperaturen.
Es wurde ferner vorge- schlagen, Hartguss aus Kupfer-Chrom-Legie- rungen mit 0,2 bis 2 % Chrom von hoher e:lek- triseher und thermischer Leitfähigkeit zu er zeugen, und zwar unter Auslassung der Lö- sungsglühung und unter Verwendung von nur einer Wärmebehandlung bei 300-700 C, wodurch eine Ausscheidungshärtung erreicht werden sollte.
Erfindungsgemäss gelangt man durch Ko- killenguss zu Gegenständen aus Kupter- Chrom-Legierurigen mit einem Chromgehalt. von 1 bis 35 %, welche sich für die genannten Zwecke eignen, indem man die in die Kokille gegossene Legierung von der Giesstemperatur auf eine Temperatur, die 20 bis 100 C un terhalb der Solidustemperatur der Legierung liegt, mit einer Geschwindigkeit von min destens 100 C pro Minute abkühlt.
Die Legierung wird zweckmässig bei einer 10 bis 50 C über der Liquiduätemperatur liegenden Temperatur in die Kokille gegossen und vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 200 C pro Minute von der Giesstempera tur auf zirka 1050 C gekühlt.
Für eine 1,5 % Chrom enthaltende Legierung wird man bei spielsweise zweckmässig eine Giesstemperatur von 1100 C anwenden und die Gusslegierung innert 1/.1 Minute auf 1050 C abkühlen, während für eine 5 % Chrom enthaltende Le gieTung zweckmässigerweise eine Giesstempe ratur von 1250 C angewandt und die Guss- legierung innerhalb 1 Minute auf 1050 C ge kühlt wird. Bei mehr als 5 % Chrom enthal tenden Legierungen ist das Giessen bei noch höheren Temperaturen vorzunehmen.
Die Le gierung kann in einer Eisen-, Graphit- oder mit Wasser gekühlten Kupfergiessform ge gossen werden; nach Möglichkeit wird man für dünne Querschnitte der gegossenen Ma terialien sorgen, um einen maximalen Kühl effekt zu gewährleisten, so dass sie vorzugs weise Querschnitte von 1,27 bis 2,54 cm Dicke aufweisen.
Bei Güssen mit grösseren Dimensionen kann man die genannte, bevorzugte Kühlwirkung nicht auf den ganzen Guss ausdehnen, doch wird man danach trachten, diese Kühlwir kung so weit als möglich zu erreichen. Ver- möge dieser raschen Kühlung gelangt man zu äusserst feinen und durch den ganzen Guss- quers-chnitt gleichmässig verteilten, primären Chrompartikeln, wobei gleichzeitig eine dauerhafte Erhärtung erzielt wird.
Nachdem eine 20 bis 100 C unterhalb der Solidustemperatur der Legierung liegende Temperatur erreicht ist, kann das Gussmate- rial in beliebiger Weise gekühlt werden. Zweckmässig wird man die weitere Kühlung genügend langsam vornehmen, um eine pral,:#- tis h vollständige Ausscheidung des Chroms aus der übersättigten, festen Lösung sicher zustellen.
Das Gussmaterial kann aber auch rascher gekühlt und eine vollständige Aus scheidung des Chroms dadurch bewirkt wer den, dass man die Legierung nachträglich bei 400 bis 750 C während einer Dauer von 1/s bis 8 Stunden ausglüht. In gewissen Fällen kann sich ein solches Ausglühen als erforder lich erweisen, um eine maximale elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit der Legie rung sicherzustellen, während in andern Fäl len ein derartiges. Ausglühen durch geeigne ten Kühlungsverlauf vermieden werden kann.
Die Legierungen enthalten zweckmässig mehr als 3% Chrom und dies insbesondere, wenn sie für die Herstellung von Elektroden spitzen verwendet werden.
Sowohl Elektrodenspitzen als auch die andern eingangs erwähnten Gegenstände kön nen direkt als Gussstücke gebildet werden oder durch eine nachträgliche Bearbeitung des Gusses.
Die vorliegende Erfindung eignet sich ins besondere für die Herstellung von Elektroden für die Widerstandsschweissung. Es wurde festgestellt, dass Elektroden, welche aus wärmebehandelten Kupfer-Chrom-Legierun- gen mit einem Chromgehalt von bis zu 1 % bestehen, bei starker Beanspruchung sich rasch abnutzen, während die Lebensdauer von erfindungsgemäss erzeugten Elektroden ver möge der durch das fein dispergierte Chrom verliehenen, dauernden Härte verlängert wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich ebenfalls zur Herstellung von Zylinder kopfeinsätzen und dgl., da deren Verwendung höhere Arbeitstemperaturen im Zylinderkopf, gestatten und die sehä.dliehe Wirkung des Hartlöten.; auf die Härte der Legierung -wesentlich geringer ist. als bei den bis her verwendeten Legierungen mit nied- ri@@erem Chromgehalt. Aus einem ähn lichen Grunde eignen sich solche Legie rungen ebenfalls z.
B. für Schneidwerkzeuge, deren Körper aus einer Kupfer-Chrom-Legie- ruiig und deren Schneidteile aus @aufgelöte- tem Wolfram-Karbid bestehen.
Obwohl verschiedene Anwendungen der erfiridurigsgemä,ss erhaltenen Gegenstände an gedeutet wurden, soll die Erfindung selbst verständlich nicht darauf beschränkt sein; die Legierungen können für unzählige andere An- wendungsz-vecke, bei -welchen die Legierun- gen hohen Temperaturen ohne Einbusse an mechanischen und physikalischen Eigenschaf- len ausgesetzt werden, verwendet werden.
Process for the production of objects from copper-chromium alloys and the object obtained by this process. The present invention relates to a method for the production of objects made of copper-chromium alloys by casting in permanent molds.
Such objects have a relatively high thermal and / or electrical conductivity and are able to withstand high temperatures when they are used without loss of hardness and / or loss of strength; the objects produced according to the invention can thus be used, for example, for electrode ends for spot, butt or seam welding and for cylinder head inserts for internal combustion engines.
The use of copper-chromium alloys, which contain a small amount of chromium, for electrical contacts and similar purposes is known because of their heat resistance, hardness and retention of the electrical and thermal solderability at elevated temperatures, but this has so far been the case Properties are only awarded to alloys in which the chromium content does not significantly exceed the solubility of the chromium in copper. that is, which have a chromium content of around 1%.
In addition, such alloys have usually been used after double heat treatment (las means after a solution heat treatment at approximately 900 ° C or more and one extinguishing and aging at 300 to 700 ° C, the purpose of such heat treatment being a To bring about hardening of the alloys by precipitating the chromium from the supersaturated solid solution.
Such heat-treated alloys show a tendency to lose the properties acquired under the action of high temperatures. The aim of the present invention is to create objects made of hard copper-chromium alloys, which have their hardness properties, heat resistance and relatively high thermal and electrical conductivity, even after the use of higher temperatures than those heat-treated in the case of those mentioned above Alloys are allowed.
It has already been proposed to form hard copper alloys with a chromium content of 0.5 to 20%, in which the dispersion of the chromium in the molten metal by additional means consisting of; a metal such as zinc, or various oxides or salts. An alloy containing 9 parts copper to 1 part chromium has also been proposed. However, these earlier proposals do not suggest the need to control special conditions during the fabrication process in order to maintain the properties of the alloys at elevated temperatures.
It was also proposed to produce chilled cast iron from copper-chromium alloys with 0.2 to 2% chromium of high electrical and thermal conductivity, with the omission of the solution annealing and using only one heat treatment at 300-700 C, whereby precipitation hardening should be achieved.
According to the invention, objects made of copper-chromium alloy with a chromium content are obtained by casting. from 1 to 35%, which are suitable for the purposes mentioned, by moving the alloy cast into the mold from the casting temperature to a temperature that is 20 to 100 C below the solidus temperature of the alloy, at a rate of at least 100 C cools down per minute.
The alloy is expediently poured into the mold at a temperature 10 to 50 C above the liquid temperature and preferably cooled from the casting temperature to about 1050 C at a rate of 200 C per minute.
For an alloy containing 1.5% chromium, for example, a casting temperature of 1100 ° C. is expediently used and the casting alloy is cooled to 1050 ° C. within 1 / .1 minute, while for an alloy containing 5% chromium, a casting temperature of 1250 ° C. is best used applied and the casting alloy is cooled to 1050 C within 1 minute. In the case of alloys containing more than 5% chromium, casting must be carried out at even higher temperatures.
The alloy can be cast in an iron, graphite or water-cooled copper mold; If possible, thin cross-sections of the cast materials will be provided in order to ensure a maximum cooling effect, so that they preferably have cross-sections of 1.27 to 2.54 cm thick.
In the case of casts with larger dimensions, the preferred cooling effect mentioned cannot be extended to the entire cast, but efforts will be made to achieve this cooling effect as far as possible. This rapid cooling leads to extremely fine primary chromium particles that are evenly distributed through the entire cross-section of the cast, with permanent hardening being achieved at the same time.
After a temperature of 20 to 100 C below the solidus temperature of the alloy has been reached, the cast material can be cooled in any way. The further cooling is expediently carried out slowly enough to ensure a pral,: # - tis h complete separation of the chromium from the supersaturated, solid solution.
The cast material can, however, also be cooled more quickly and complete separation of the chromium is effected by subsequently annealing the alloy at 400 to 750 C for a period of 1 / s to 8 hours. In certain cases, such annealing may prove necessary in order to ensure maximum electrical and / or thermal conductivity of the alloy, while in other cases such annealing. Annealing can be avoided by means of a suitable cooling process.
The alloys expediently contain more than 3% chromium and this especially when they are used for the production of electrode tips.
Both electrode tips and the other objects mentioned at the beginning can be formed directly as cast pieces or by subsequent processing of the cast.
The present invention is particularly suitable for the production of electrodes for resistance welding. It was found that electrodes, which consist of heat-treated copper-chromium alloys with a chromium content of up to 1%, wear out quickly under heavy use, while the service life of electrodes produced according to the invention is provided by the finely dispersed chromium , permanent hardness is extended.
The method according to the invention is also suitable for the production of cylinder head inserts and the like, since their use allows higher working temperatures in the cylinder head and the considerable effect of brazing. on the hardness of the alloy is significantly lower. than with the alloys with a low chromium content used up to now. For a similar reason, such alloys are also suitable for.
B. for cutting tools whose bodies are made of a copper-chromium alloy and whose cutting parts are made of soldered-on tungsten carbide.
Although various uses of the objects obtained according to the invention have been indicated, the invention is of course not intended to be limited thereto; the alloys can be used for innumerable other applications in which the alloys are exposed to high temperatures without loss of mechanical and physical properties.