DE102021203127A1

DE102021203127A1 - Beryllium/Kupfer-Legierungsring und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102021203127A1
Application number: DE102021203127.7A
Authority: DE
Inventors: Kensuke Ishii
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2021-09-30
Also published as: CN113458303A; US11746404B2; JP2021155837A; US20210301384A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft einen Beryllium/Kupfer-Legierungsring, in dem Kristallkörner mikronisiert sind, und ein Verfahren zum Erzeugen des Beryllium/Kupfer-Legierungsrings. Das Verfahren zum Erzeugen eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings enthält die Schritte des Bereitstellens eines säulenförmigen, geschmiedeten Materials, das aus einer Beryllium/KupferLegierung hergestellt ist, des Öffnens eines Lochs von einer Mitte einer oberen Fläche des säulenförmigen, geschmiedeten Materials in einer Richtung parallel zu einer Mittenachse des säulenförmigen, geschmiedeten Materials, um ein Ringzwischenerzeugnis herzustellen, des Durchführens von Ringschmieden auf dem Ringzwischenerzeugnis, wodurch das Loch derart erweitert wird, dass ein Verringerungsgrad von 63 % oder mehr erzielt wird, um ein ringgeschmiedetes Erzeugnis herzustellen, wobei der Verringerungsgrad durch den folgenden Ausdruck beschrieben wird: P = 100 × (T - t)/T, wobei P den Verringerungsgrad (%) darstellt, T eine Dicke (mm) des Ringzwischenerzeugnisses darstellt und t eine Dicke (mm) des ringgeschmiedeten Erzeugnisses darstellt, und des Durchführens von Lösungsglühen und Ausscheidungshärten auf dem ringgeschmiedeten Erzeugnis, um den Beryllium/Kupfer-Legierungsring herzustellen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beryllium/Kupfer-Legierungsring und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Hintergrundgebiet
Bisher wurde ein Ring zum Gießen verwendet, um ein Legierungsband wie etwa eine amorphe Folie für einen Transformator herzustellen. Der Ring zum Gießen wird in der Weise erhalten, dass ein Block, der durch Schmelzgießen einer Legierung oder dergleichen erhalten wird, geschmiedet wird, um ein geschmiedetes Material zu erhalten, und dieses geschmiedete Material anschließend Schritten des Öffnens eines Lochs, der Locherweiterung (das heißt, des Ringschmiedens), eines Lösungsglühens und einer Ausscheidungshärtung unterworfen wird.
Das Legierungsband wird erhalten, indem eine geschmolzene Legierung auf die Oberfläche des Rings zum Gießen getropft wird, während der somit erhaltene Ring zum Gießen mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht wird, und die geschmolzene Legierung von dem Ring abgezogen wird, während die geschmolzene Legierung abgeschreckt und verfestigt wird. In diesem Fall wird die Oberfläche des Rings schnell erwärmt, während sie sich mit der geschmolzenen Legierung in Kontakt befindet, und wird abgeschreckt, nachdem die geschmolzene Legierung abgezogen worden ist. Das heißt, Ausdehnung und Kontraktion des Rings zum Gießen werden wiederholt. Daher wird, um große Temperaturänderungen aufgrund eines derartigen Erwärmungszyklus auszuhalten, ein Ring zum Gießen benötigt, der z. B. eine große Härte (Festigkeit) und eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aufweist, der bei einer hohen Temperatur kaum zu verschlechtern ist und der eine gleichmäßige Mikrotextur aufweist. Um die Kristallkörner eines Rings zum Gießen zu mikronisieren, wurde das Erhöhen des Verschmiedungsgrads eines geschmiedeten Materials in einem Schmiedeschritt als ein herkömmliches Verfahren durchgeführt. Außerdem wurde ein Ring zum Gießen, der z. B. aus einer Beryllium/Kupfer-Legierung hergestellt ist, als ein Ring zum Gießen verwendet, der eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit oder dergleichen aufweist.
Zum Beispiel offenbart die Patentliteratur 1 ( JP3977868B ) einen Abschreckträger, der zum schnellen Verfestigen einer geschmolzenen Legierung, um ein Band herzustellen, dient, wobei der Abschreckträger eine mikrokristalline Textur oder eine amorphe Textur aufweist, wobei eine Abschreckoberfläche aus einer wärmeleitfähigen Legierung besteht und die Textur der wärmeleitfähigen Legierung im Wesentlichen homogen ist. Als dieser Abschreckträger ist eine Beryllium/Kupfer-Legierung, die eine Ausscheidungshärtungs-Kupferlegierung ist, oder dergleichen enthalten.
Außerdem offenbart die Patentliteratur 2 ( JP3194268B ) eine Abschreckoberfläche zum schnellen Verfestigen einer geschmolzenen Legierung in ein Band, die eine mikrokristalline Textur oder eine amorphe Textur aufweist. Diese Abschreckoberfläche ist aus einer wärmeleitfähigen Legierung hergestellt, die eine Mikrostruktur aufweist, die aus feinen, gleichachsigen, rekristallisierten Körnern besteht, wobei die Körner eine mittlere Größe von 200 µm oder kleiner aufweisen, die Körner nicht größer als 500 µm sind und die Körner eine dichte Gaußsche Korngrößenverteilung aufweisen. Als ein Ring zum Gießen, der eine derartige Abschreckoberfläche aufweist, wird eine Beryllium/Kupfer-Legierung oder dergleichen verwendet.
Ferner offenbart die Patentliteratur 3 ( W02012/096238A1 ) ein Verfahren zum ununterbrochenen Gießen von Kupfer oder einer Kupferlegierung, wobei eine Tiefe d (mm) eines Oberflächenfehlers einer groben Ziehlinie des Kupfers oder der Kupferlegierung, die durch ein Band & Rad-Verfahren erzeugt wird, den Ausdruck (I) erfüllt. Der Ausdruck (I) gibt d ≤ r × 0,1 an, wobei d eine Tiefe eines Oberflächenfehlers einer groben Ziehlinie darstellt und r einen Radius (mm) der groben Ziehlinie darstellt. Es ist beschrieben, dass eine Beryllium/Kupfer-Legierung oder dergleichen als ein Legierungsmaterial bevorzugt wird, das einen Gießring bildet.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] JP3977868B
[Patentliteratur 2] JP3194268B
[Patentliteratur 3] W02012/096238A1

Zusammenfassung der Erfindung
Wenn jedoch ein herkömmlicher Beryllium/Kupfer-Legierungsring wie oben beschrieben zum Erzeugen eines Legierungsbandes verwendet wird, besteht ein Problem, derart, dass aufgrund der Wiederholung von Wärmeausdehnung und Wärmekontraktion aufgrund des Gießens des Legierungsbandes Risse auf der Oberfläche des Rings auftreten. Als ein Verfahren zum Verringern der Risse ist das Mikronisieren der Kristallkörner, die die Beryllium/Kupfer-Legierung bilden, bekannt. Zum Beispiel kann eine Mikronisierung der Kristallkörner erzielt werden, indem der Verschmiedungsgrad in einem Schmiedeschritt, der nach dem Gießen und vor dem Öffnen eines Lochs in dem Prozess des Erzeugens eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings durchgeführt wird, erhöht wird, und dadurch eine Wirkung des Verringerns der Risse in einem gewissen Ausmaß erhalten werden. Jedoch gibt es beim Mikronisieren der Kristallkörner durch Erhöhen des Verschmiedungsgrads eine Einschränkung, und weitere Verbesserungen sind erwünscht. Außerdem führt das Erhöhen des Verschmiedungsgrads zu einer Erhöhung der Produktionskosten.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben entdeckt, dass ein Beryllium/Kupfer-Legierungsring, in dem Kristallkörner mikronisiert sind, erzeugt werden kann, indem auf einem geschmiedeten Material, in dem ein Loch geöffnet ist (konkret einem Ringzwischenerzeugnis), ein Ringschmieden durchgeführt wird, das das Loch mit einem Verringerungsgrad mit einem vorgegebenen Wert oder größer erweitert.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Beryllium/Kupfer-Legierungsring, in dem Kristallkörner mikronisiert sind, und ein Verfahren zum Erzeugen des Beryllium/Kupfer-Legierungsrings zu schaffen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings geschaffen, das die folgenden Schritte umfasst:

Bereitstellen eines säulenförmigen, geschmiedeten Materials, das aus einer Beryllium/Kupfer-Legierung hergestellt ist;
Öffnen eines Lochs von einer Mitte einer oberen Fläche des säulenförmigen, geschmiedeten Materials in einer Richtung parallel zu einer Mittenachse des säulenförmigen, geschmiedeten Materials, um ein Ringzwischenerzeugnis herzustellen;
Durchführen von Ringschmieden auf dem Ringzwischenerzeugnis, wodurch das Loch derart erweitert wird, dass ein Verringerungsgrad von 63 % oder mehr erzielt wird, um ein ringgeschmiedetes Erzeugnis herzustellen, wobei der Verringerungsgrad durch den folgenden Ausdruck beschrieben wird: P = 100 × (T - t)/T, wobei P den Verringerungsgrad (%) darstellt, T eine Dicke (mm) des Ringzwischenerzeugnisses darstellt und t eine Dicke (mm) des ringgeschmiedeten Erzeugnisses darstellt; und
Durchführen von Lösungsglühen und Ausscheidungshärten auf dem ringgeschmiedeten Erzeugnis, um den Beryllium/Kupfer-Legierungsring herzustellen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Beryllium/Kupfer-Legierungsring geschaffen, der aus einer Beryllium/KupferLegierung besteht, wobei die Beryllium/Kupfer-Legierung eine mittlere Kristallkorngröße von 20 µm oder kleiner aufweist.
Figurenliste

1 ist ein optisches Mikroschliffbild eines Querschnitts eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings, der in Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel) vorbereitet worden ist.
2 ist ein optisches Mikroschliffbild eines Querschnitts eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings, der in Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel) vorbereitet worden ist.
3 ist ein optisches Mikroschliffbild eines Querschnitts eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings, der in Beispiel 3 vorbereitet worden ist.
4 ist ein optisches Mikroschliffbild eines Querschnitts eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings, der in Beispiel 4 vorbereitet worden ist.
5 ist ein optisches Mikroschliffbild eines Querschnitts eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings, der in Beispiel 5 vorbereitet worden ist.
6 ist ein optisches Mikroschliffbild eines Querschnitts eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings, der in Beispiel 6 vorbereitet worden ist.
7 ist ein optisches Mikroschliffbild eines Querschnitts eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings, der in Beispiel 7 (Vergleichsbeispiel) vorbereitet worden ist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beryllium/Kupfer-Legierungsring und ein Verfahren zum Erzeugen desselben. Der Beryllium/Kupfer-Legierungsring, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, besteht aus einer Beryllium/Kupfer-Legierung, und Kristallkörner, die die Beryllium/Kupfer-Legierung bilden, sind mikronisiert. Wie oben beschrieben ist, können begleitend zum Gießen eines Legierungsbandes auf einem herkömmlichen Beryllium/Kupfer-Legierungsring Risse auftreten, jedoch können die Risse durch Mikronisieren der Kristallkörner, die die Beryllium/Kupfer-Legierung bilden, um mehr als jene der herkömmlichen Beryllium/Kupfer-Legierung deutlich verringert werden. Die Beryllium/KupferLegierung weist vorzugsweise eine mittlere Kristallkorngröße von 20 µm oder weniger, stärker bevorzugt 17 µm oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 15 µm oder weniger auf. Die Beryllium/Kupfer-Legierung ist aus der Perspektive des Verringerns der Risse vorteilhafter, wenn die mittlere Kristallkorngröße kleiner ist, und daher ist der untere Grenzwert für die mittlere Kristallkorngröße nicht insbesondere eingeschränkt und beträgt typischerweise 5 µm oder mehr, typischer 7 µm oder mehr und nochmals typischer 10 µm oder mehr. Es sei erwähnt, dass die mittlere Kristallkorngröße durch die Prozedur bestimmt wird, die später im Abschnitt Beispiele beschrieben wird. Das Erzeugen eines derartigen Beryllium/Kupfer-Legierungsrings mit einer kleinen mittleren Kristallkorngröße, konkret eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings, bei dem die Kristallkörner mikronisiert sind, war durch ein herkömmliches Verfahren eingeschränkt und schwierig. Jedoch kann gemäß dem Verfahren zum Erzeugen eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings der vorliegenden Erfindung der Beryllium/Kupfer-Legierungsring, bei dem die Kristallkörner mikronisiert sind, erzeugt werden, indem auf einem Ringzwischenerzeugnis ein Ringschmieden mit einem hohen Verringerungsgrad durchgeführt wird.
Die Größe des Beryllium/Kupfer-Legierungsrings der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt und kann gemäß der beabsichtigten Verwendung geeignet bestimmt werden. Im Fall der beabsichtigten Verwendung für einen Ring zum Gießen weist der Beryllium/Kupfer-Legierungsring der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Größe mit einem Außendurchmesser im Bereich von 320 bis 2045 mm und einem Innendurchmesser im Bereich von 265 bis 1875 mm, stärker bevorzugt einem Außendurchmesser im Bereich von 620 bis 2045 mm und einem Innendurchmesser im Bereich von 460 bis 1875 mm und nochmals stärker bevorzugt einem Außendurchmesser im Bereich von 830 bis 2045 mm und einem Innendurchmesser im Bereich von 680 bis 1875 mm auf.
Die Zusammensetzung des Beryllium/Kupfer-Legierungsrings der vorliegenden Erfindung ist nicht insbesondere eingeschränkt, und die Beryllium/Kupfer-Legierung enthält typischerweise Be in einer Menge vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 2,0 Gew.-%, stärker bevorzugt im Bereich von 0,4 bis 2,0 Gew.-% und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 1,8 bis 1,9 Gew.-%, und der Rest besteht aus Cu und unvermeidbaren Verunreinigungen. Die Beryllium/Kupfer-Legierung kann ferner ein wahlweises Element wie etwa Ni, Co, Fe oder Zr enthalten. Insbesondere dann, wenn Zr enthalten ist, können dadurch die Risse verringert werden. Das heißt, die Beryllium/Kupfer-Legierung umfasst vorzugsweise ferner Zr.
Das Verfahren zum Erzeugen eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings der vorliegenden Erfindung enthält (1) das Bereitstellen eines säulenförmigen, geschmiedeten Materials, das aus einer Beryllium/Kupfer-Legierung hergestellt ist, und das aufeinanderfolgende Durchführen eines Lochöffnungsschrittes (2), eines Locherweiterungsschrittes (3) und eines Lösungsglühschrittes und eines Ausscheidungshärtungsschrittes (4).
Bereitstellen eines säulenförmigen, geschmiedeten Materials
Zuerst wird ein säulenförmiges, geschmiedetes Material bereitgestellt, das aus einer Beryllium/Kupfer-Legierung hergestellt ist. Das säulenförmige, geschmiedete Material kann durch ein bekanntes Verfahren vorbereitet werden und ist nicht insbesondere eingeschränkt und wird vorzugweise durch einen Schmelzgießschritt, einen Behandlungsschritt zum Halten der Brenntemperatur und einen Zwischenschmiedeschritt erhalten.
In dem Schmelzgießschritt wird die Beryllium/Kupfer-Legierung geschmolzen und in eine Form gegossen, um die Beryllium/Kupfer-Legierung abzukühlen und zu verfestigen, wodurch ein Block erhalten wird. Die Schmelztemperatur in diesem Fall liegt vorzugsweise im Bereich von 1100 °C bis 1250 °C.
In dem Behandlungsschritt zum Halten der Brenntemperatur wird der Block vorzugsweise für 6 Stunden oder länger bei 800 °C bis 850 °C gehalten.
In dem Zwischenschmiedeschritt werden Stauchen und Vorblocken des Blocks wiederholt, um das Schmieden durchzuführen, wodurch ein säulenförmiges, geschmiedetes Material mit einer leicht zu verarbeitenden Größe erhalten wird. Die Temperatur in diesem Fall liegt vorzugsweise im Bereich von 530 bis 760 °C. Der Verschmiedungsgrad liegt vorzugsweise im Bereich von 18 bis 25. Die Größe des säulenförmigen, geschmiedeten Materials beträgt vorzugsweise 450 bis 850 mm im Durchmesser × 200 bis 600 mm in der Höhe.
Lochöffnungsschritt
Ein Loch wird von der Mitte der oberen Fläche des säulenförmigen, geschmiedeten Materials in einer Richtung parallel zur Mittenachse des säulenförmigen, geschmiedeten Materials geöffnet, um ein Ringzwischenerzeugnis herzustellen. Das Verfahren zum Öffnen eines Lochs kann durch ein beliebiges Verfahren durchgeführt werden, solange ein gewünschtes Loch geöffnet werden kann, jedoch wird das Öffnen eines Lochs vorzugsweise z. B. durch Stanzen mit einer Form durchgeführt. Die Größe des Ringzwischenerzeugnisses ist nicht insbesondere eingeschränkt und kann gemäß der beabsichtigten Verwendung geeignet bestimmt werden. Im Fall der beabsichtigten Verwendung für einen Ring zum Gießen weist das Ringzwischenerzeugnis vorzugsweise eine Größe mit einem Außendurchmesser im Bereich von 330 bis 815 mm und einem Innendurchmesser im Bereich von 150 bis 250 mm, stärker bevorzugt einem Außendurchmesser im Bereich von 400 bis 815 mm und einem Innendurchmesser im Bereich von 150 bis 250 mm und nochmals stärker bevorzugt einem Außendurchmesser im Bereich von 465 bis 815 mm und einem Innendurchmesser im Bereich von 160 bis 250 mm auf.
In dem Lochöffnungsschritt wird das säulenförmige, geschmiedete Material vorzugsweise erwärmt. Die Temperatur des säulenförmigen, geschmiedeten Materials liegt vorzugsweise im Bereich von 550 bis 800 °C, stärker bevorzugt im Bereich von 550 bis 780 °C und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 550 bis 750 °C. Eine derartige Erwärmung erleichtert es, ein Loch in dem säulenförmigen, geschmiedeten Material zu öffnen.
Locherweiterungsschritt
Das Loch wird derart erweitert, dass ein Verringerungsgrad von 63 % oder mehr erzielt wird, indem auf dem Ringzwischenerzeugnis ein Ringschmieden durchgeführt wird, um ein ringgeschmiedetes Erzeugnis herzustellen. Der Verringerungsgrad wird durch den folgenden Ausdruck beschrieben: P = 100 × (T - t)/T, wobei P den Verringerungsgrad (%) darstellt, T die Dicke (mm) des Ringzwischenerzeugnisses darstellt, und t die Dicke (mm) des ringgeschmiedeten Erzeugnisses darstellt. Die Dicke T des Ringzwischenerzeugnisses wird hier durch den folgenden Ausdruck beschrieben: T = (Do - D_l)/2, wobei Do den Außendurchmesser des Ringzwischenerzeugnisses darstellt und D_l den Innendurchmesser des Ringzwischenerzeugnisses darstellt; und die Dicke t des ringgeschmiedeten Erzeugnisses wird durch den folgenden Ausdruck beschrieben: t = (do - d_l)/2, wobei d_o den Außendurchmesser des ringgeschmiedeten Erzeugnisses darstellt und d_l den Innendurchmesser des ringgeschmiedeten Erzeugnisses darstellt. Der Verringerungsgrad beträgt 63 % oder mehr, vorzugsweise 65 % oder mehr, stärker bevorzugt 70 % oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 73 % oder mehr. Der Beryllium/Kupfer-Legierungsring, in dem die Kristallkörner mikronisiert sind, kann durch das Durchführen des Ringschmiedens mit einem hohen Verringerungsgrad auf dem Ringzwischenerzeugnis auf diese Weise erzeugt werden. Daher ist der obere Grenzwert des Verringerungsgrads nicht insbesondere eingeschränkt und beträgt typischerweise 90 % oder weniger, typischer 85 % oder weniger und nochmals typischer 80 % oder weniger.
Wie oben beschrieben ist, kann die Mikronisierung der Kristallkörner erzielt werden, indem der Verschmiedungsgrad in dem Schmiedeschritt, der nach dem Gießen und vor dem Öffnen eines Lochs in dem Prozess des Erzeugens eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings durchgeführt wird, erhöht wird, und dadurch die Wirkung des Verringerns der Risse in einem gewissen Ausmaß erhalten werden. Jedoch gab es eine Einschränkung beim Mikronisieren der Kristallkörner durch das Erhöhen des Verschmiedungsgrads. Außerdem führt das Erhöhen des Verschmiedungsgrads zu einer Erhöhung der Produktionskosten. Diese Probleme werden vorteilhaft gelöst, indem das Ringschmieden mit einem hohen Verringerungsgrad in dem Locherweiterungsschritt durchgeführt wird.
Die Temperatur, bei der das Ringschmieden durchgeführt wird, liegt vorzugsweise im Bereich von 530 bis 780 °C, stärker bevorzugt im Bereich von 530 bis 750 °C und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 530 bis 720 °C. Die Kristallkörner, die den Beryllium/Kupfer-Legierungsring bilden, können durch das Absenken der Arbeitstemperatur auf diese Weise wirksamer mikronisiert werden.
Die Größe des ringgeschmiedeten Erzeugnisses ist nicht insbesondere eingeschränkt und kann gemäß der beabsichtigten Verwendung geeignet bestimmt werden. Im Fall der beabsichtigten Verwendung für einen Ring zum Gießen weist das ringgeschmiedete Erzeugnis vorzugsweise eine Größe mit einem Außendurchmesser im Bereich von 320 bis 2045 mm und einem Innendurchmesser im Bereich von 265 bis 1875 mm, stärker bevorzugt einem Außendurchmesser im Bereich von 620 bis 2045 mm und einem Innendurchmesser im Bereich von 460 bis 1875 mm und nochmals stärker bevorzugt einem Außendurchmesser im Bereich von 830 bis 2045 mm und einem Innendurchmesser im Bereich von 680 bis 1875 mm auf.
Lösungsglühschritt und Ausscheidungshärtungsschritt
Das Lösungsglühen und das Ausscheidungshärten werden nacheinander auf dem ringgeschmiedeten Erzeugnis durchgeführt, um einen Beryllium/Kupfer-Legierungsring mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen. Die Beryllium/Kupfer-Legierung ist eine durch Alterung härtbare Legierung und kann daher durch das Lösungsglühen und das darauf folgende Ausscheidungshärten die gewünschten thermischen Veredelungseigenschaften t(z. B. hohe Festigkeit) aufweisen.
Das Lösungsglühen kann durch Erwärmen des ringgeschmiedeten Erzeugnisses bei einer vorgegebenen Lösungsglühtemperatur für eine vorgegebene Zeit und anschließendes Durchführen von Abschrecken mit Wasser durchgeführt werden. Eine bevorzugte Lösungsglühtemperatur liegt im Bereich von 700 bis 950 °C, stärker bevorzugt im Bereich von 730 bis 920 °C und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von760 bis 900 °C. Die Haltezeit bei der Lösungsglühtemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 120 bis 240 Minuten, stärker bevorzugt im Bereich von 120 bis 180 Minuten und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 120 bis 150 Minuten.
Das Ausscheidungshärten kann durch Halten des ringgeschmiedeten Erzeugnisses nach dem Lösungsglühen bei einer vorgegebenen Ausscheidungshärtungstemperatur für eine vorgegebene Zeit durchgeführt werden. Eine bevorzugte Ausscheidungshärtungstemperatur liegt im Bereich von 280 bis 450 °C, stärker bevorzugt im Bereich von 300 bis 450 °C und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 320 bis 450 °C. Die Haltezeit bei der Ausscheidungshärtungstemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 120 bis 600 Minuten, stärker bevorzugt im Bereich von 180 bis 300 Minuten und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 180 bis 240 Minuten.
Auf dem ringgeschmiedeten Erzeugnis und/oder dem Beryllium/Kupfer-Legierungsring kann vor und nach dem Ausscheidungshärten ein Oberflächenschneiden durchgeführt werden. Es bestehen die Vorteile, dass oxidierte Oberflächen des ringgeschmiedeten Erzeugnisses und/oder des Beryllium/Kupfer-Legierungsrings entfernt werden können und die Größen des ringgeschmiedeten Erzeugnisses und/oder des Beryllium/Kupfer-Legierungsrings in gewünschte Größen gefertigt werden können, indem ein Oberflächenschneiden durchgeführt wird.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele genauer beschrieben.
Beispiele 1 bis 7
Beryllium/Kupfer-Legierungsringe wurden gemäß den folgenden Prozeduren vorbereitet und bewertet.
Gießen
Eine Beryllium/Kupfer-Legierung (Be-Gehalt: 1,86 bis 1,87 Gew.-%, Co-Gehalt: 0,24 bis 0,25 Gew.-%, Fe-Gehalt: 0,02 bis 0,03 Gew.-%, der Rest: Cu und unvermeidbare Verunreinigungen, UNS-Nr. C17200) wurde für die Beispiele 1 bis 5 und 7 bereitgestellt, und eine Beryllium/Kupfer-Legierung (Be-Gehalt: 1,86 bis 1,87 Gew.-%, Co-Gehalt: 0,24 bis 0,25 Gew.-%, Fe-Gehalt: 0,02 bis 0,03 Gew.-%, Zr-Gehalt: 0,2 Gew.-%, der Rest: Cu und unvermeidbare Verunreinigungen, UNS-Nr. C17200) wurde für Beispiel 6 bereitgestellt. Jede Beryllium/Kupfer-Legierung wurde bei einer Temperatur im Bereich von 1130 bis 1170 °C geschmolzen, um ein geschmolzenes Metall herzustellen, und das geschmolzene Metall wurde in eine Form gegossen. Der Block, der aus der Form kam, wurde mit Wasser gekühlt.
Behandlung zum Halten der Brenntemperatur
Eine Behandlung zum Halten der Brenntemperatur wurde durchgeführt, indem die erhaltenen Blöcke für 6 Stunden oder länger bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 850 °C gehalten wurden.
Zwischenschmieden
Nach der Behandlung zum Halten der Brenntemperatur wurden Stauchen und Vorblocken jedes Blocks bei einer Temperatur im Bereich von 668 bis 749 °C auf eine derartige Weise durchgeführt, dass der Verschmiedungsgrad im Bereich von 18 bis 25 lag, um ein säulenförmiges, geschmiedetes Material mit einem Durchmesser im Bereich von 440 bis 460 mm × einer Höhe im Bereich von 110 bis 460 mm herzustellen.
Lochöffnung
Ein Loch mit einem Durchmesser im Bereich von 160 bis 250 mm wurde bei einer Temperatur im Bereich von 550 bis 748 °C von der Mitte der oberen Fläche des säulenförmigen, geschmiedeten Materials in einer Richtung parallel zur Mittenachse des säulenförmigen, geschmiedeten Materials geöffnet. In diesem Fall wurde die Mitte der oberen Fläche des säulenförmigen, geschmiedeten Materials durch Druckbeaufschlagung mit einer Pressmaschine gestanzt. Dadurch wurden Ringzwischenerzeugnisse erhalten, die jeweils eine Größe aufweisen, die in Tabelle 1 gezeigt ist.
Locherweiterung
Jedes Loch wurde erweitert, indem auf jedem Ringzwischenerzeugnis ein Ringschmieden bei einer Temperatur, die in Tabelle 1 gezeigt ist, auf eine derartige Weise durchgeführt wurde, dass der Verringerungsgrad war, wie in Tabelle 1 gezeigt ist. In diesem Fall wurde eine Kernstange in das Loch eingeführt, das durch das Drücken geöffnet wurde, und das Loch wurde erweitert, während jedes Ringzwischenerzeugnis gehalten und von außen gedrückt und gedreht wurde. Dadurch wurden ringgeschmiedete Erzeugnisse erhalten, die jeweils eine Größe aufweisen, die in Tabelle 1 gezeigt ist.
Lösungsglühen und Ausscheidungshärten
Auf jedem ringgeschmiedeten Erzeugnis wurde Lösungsglühen durchgeführt, indem das ringgeschmiedete Erzeugnis bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 800 °C für 120 Minuten erwärmt wurde und das ringgeschmiedete Erzeugnis anschließend mit Wasser gekühlt wurde, und ferner wurde ein Oberflächenschneiden durchgeführt. Auf dem ringgeschmiedeten Erzeugnis, auf dem das Lösungsglühen durchgeführt worden war, wurde Ausscheidungshärten durchgeführt, indem das ringgeschmiedete Erzeugnis für 120 bis 180 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 350 °C gehalten wurde, und ferner wurde ein Oberflächenschneiden durchgeführt. Somit wurden Beryllium/Kupfer-Legierungsringe erhalten, die jeweils einen Außendurchmesser aufweisen, der in Tabelle 1 gezeigt ist.
Bewertung
Die folgende Bewertung wurde auf den erhaltenen Beryllium/Kupfer-Legierungsringen durchgeführt.
<Berechnung der mittleren Kristallkorngröße>
Die mittlere Kristallkorngröße jedes Beryllium/Kupfer-Legierungsrings wurde durch ein Schneidverfahren berechnet, indem eine Oberfläche, die durch Schneiden des Beryllium/Kupfer-Legierungsrings in der Dickenrichtung erhalten wurde, mit einem optischen Mikroskop betrachtet wurde und die Mikrotextur des erhaltenen Querschnitts analysiert wurde. Insbesondere wurden drei Linien auf dem fotografierten Mikrotexturbild gezeichnet, und ein arithmetischer Mittelwert der Werte, der durch Dividieren der Anzahl der Kristallkörner, die jede Linie über die Länge der Linie kreuzt, erhalten wird, wurde als die mittlere Kristallkorngröße eingesetzt. Die Ergebnisse sind, wie in 1 bis 7 und in Tabelle 1 gezeigt ist.
1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 entsprechen jeweils den Beispielen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7.

[Tabelle 1]

Tabelle 1
	Lochöffnungsschritt			Locherweiterungsschritt					Beryllium/Kupfer-Legierungsring
	Größe des Ringzwischenerzeugnisses (nach dem Öffnen des Lochs) (mm)			Ringschmiede-Temperatur (°C)	Größe des ringgeschmiedeten Erzeugnisses (nach dem Erweitern des Lochs) (mm)			Verringerungsgrad P (= 100 × (T - t)/T) (%)	Außendurchmesser (mm)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)
	Außendurchmesser D_o	InnenDurchmesser D_l	Dicke T	Ringschmiede-Temperatur (°C)	Außendurchmesser d_o	Innendurchmesser d_l	Dicke t	Verringerungsgrad P (= 100 × (T - t)/T) (%)	Außendurchmesser (mm)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)
Bsp. 1*	470	200	135	750	840	730	55	59	810	20,0
Bsp. 2*	490	200	145	750	1070	945	62,5	57	1030	21,3
Bsp. 3	470	160	155	720	840	730	55	65	810	16,8
Bsp. 4	585	250	167,5	750	1240	1115	62,5	63	1200	18,8
Bsp. 5	815	250	282,5	750	2025	1870	77,5	73	1980	14,8
Bsp. 6	585	250	167,5	750	1240	1115	62,5	63	1200	19,1
Bsp. 7*	470	250	110	750	840	730	55	50	825	27,7

* gibt ein Vergleichsbeispiel an

T = (D_{O} - D_{I}) / 2, t = (d_{O} - d_{I}) / 2

Aus den Ergebnissen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, ist zu sehen, dass die mittlere Kristallkorngröße des Beryllium/Kupfer-Legierungsrings umso kleiner ist, je größer der Verringerungsgrad P ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3977868 B [0004, 0006]
JP 3194268 B [0005, 0006]
WO 2012/096238 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines säulenförmigen, geschmiedeten Materials, das aus einer Beryllium/Kupfer-Legierung hergestellt ist; Öffnen eines Lochs von einer Mitte einer oberen Fläche des säulenförmigen, geschmiedeten Materials in einer Richtung parallel zu einer Mittenachse des säulenförmigen, geschmiedeten Materials, um ein Ringzwischenerzeugnis herzustellen; Durchführen von Ringschmieden auf dem Ringzwischenerzeugnis, wodurch das Loch derart erweitert wird, dass ein Verringerungsgrad von 63 % oder mehr erzielt wird, um ein ringgeschmiedetes Erzeugnis herzustellen, wobei der Verringerungsgrad durch den folgenden Ausdruck beschrieben wird: P = 100 × (T - t)/T, wobei P den Verringerungsgrad (%) darstellt, T eine Dicke (mm) des Ringzwischenerzeugnisses darstellt und t eine Dicke (mm) des ringgeschmiedeten Erzeugnisses darstellt; und Durchführen von Lösungsglühen und Ausscheidungshärten auf dem ringgeschmiedeten Erzeugnis, um den Beryllium/Kupfer-Legierungsring herzustellen.
Verfahren zum Erzeugen eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings nach Anspruch 1, wobei das Ringschmieden bei einer Temperatur im Bereich von 530 bis 780 °C durchgeführt wird.
Verfahren zum Erzeugen eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ringschmieden bei einer Temperatur im Bereich von 530 bis 720 °C durchgeführt wird.
Verfahren zum Erzeugen eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ringzwischenerzeugnis einen Außendurchmesser im Bereich von 330 bis 815 mm und einen Innendurchmesser im Bereich von 150 bis 250 mm aufweist.
Verfahren zum Erzeugen eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das ringgeschmiedete Erzeugnis einen Außendurchmesser im Bereich von 320 bis 2045 mm und einen Innendurchmesser im Bereich von 460 bis 1875 mm aufweist.
Verfahren zum Erzeugen eines Beryllium/Kupfer-Legierungsrings nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beryllium/Kupfer-Legierung ferner Zr umfasst.
Beryllium/Kupfer-Legierungsring, der aus einer Beryllium/Kupfer-Legierung besteht, wobei die Beryllium/Kupfer-Legierung eine mittlere Kristallkorngröße von 20 µm oder weniger aufweist.
Beryllium/Kupfer-Legierungsring nach Anspruch 7, wobei die Beryllium/Kupfer-Legierung ferner Zr umfasst.