DE1107943B

DE1107943B - Age-hardening copper alloys

Info

Publication number: DE1107943B
Application number: DEV9323A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Dies
Original assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1955-08-08
Filing date: 1955-08-08
Publication date: 1961-05-31

Description

Aushärtungsfähige Kupferlegierungen Es sind Kupferlegierungen mit Zusätzen von Nickel und Silizium oder von Mangan und Phosphor bekannt, die warmaushärtungsfähig sind und durch eine Kombination von Kaltverformung und Warmaushärtung auf hohe Festigkeitswerte gebracht werden können.Age-hardening copper alloys There are copper alloys with Additions of nickel and silicon or manganese and phosphorus are known to be thermosetting are and through a combination of cold forming and artificial hardening to high strength values can be brought.

Neben hohen Festigkeitswerten, wie Streckgrenze und Zugfestigkeit, wird in der Technik häufig auch ein hohes Verförmungsvermögen in der Wärme und in der Kälte gefordert. Bei den bisher bekannten aushärtbaren Kupferlegierungen zeigt es sich jedoch, daß diese Werkstoffe zwar gute Festigkeitswerte, aber häufig geringe Dehnungs- und Einschnürungswerte sowie geringe Verformungsfähigkeit unter wechselnder und schlagartiger Beanspruchung besitzen. Dies wird darauf zurückgeführt, daß die Silizide in ungünstiger Weise sich an den Korngrenzen ausscheiden. Diese Ausscheidungsform kann durch Kalt- und Warmverformungsgänge sowie durch Wärmebehandlung noch verstärkt werden.In addition to high strength values such as yield point and tensile strength, In technology, a high deformability in heat and in the cold demanded. In the case of the hardenable copper alloys known to date, However, it turns out that these materials have good strength values, but often low ones Elongation and constriction values as well as low deformability under changing and sudden stress. This is attributed to the fact that the Silicides unfavorably precipitate at the grain boundaries. This form of elimination can be reinforced by cold and hot deformation processes as well as by heat treatment will.

Es ist bekannt, daß man durch starke Kaltverformung diese Korngrenzenausscheidung verhindern kann. Diese Möglichkeit der Verhinderung der Korngrenzenausscheidung ist jedoch an bestimmte Abmessungen der herzustellenden Werkstücke gebunden und läßt sich beispielsweise bei Werkstücken größeren Querschnittes nicht durchführen.It is known that this grain boundary precipitation can be achieved by strong cold working can prevent. This possibility of preventing grain boundary precipitation However, it is tied to certain dimensions of the workpieces to be produced and cannot be carried out, for example, with workpieces with a larger cross-section.

Diese Komgrenzenausscheidungen sind nicht nur für die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe ungünstig, sondern diese Werkstoffe verhalten sich auch bei gleicher mechanischer und chemischer Beanspruchung wenig günstig als ein Werkstoff, bei dem die Silizide im Innern der Körner und möglichst regellos verteilt ausgeschieden sind.These grain limits are not just for the mechanical ones Properties of the materials are unfavorable, but these materials behave even with the same mechanical and chemical stress, less favorable than a Material in which the silicides are distributed inside the grains and as randomly as possible are eliminated.

Gegenstand der Erfindung sind nickel- und eisenhaltige Kupferlegierungen, bei denen durch den Zusatz bestimmter Stoffe die Ausscheidung der Silizide an den Korngrenzen vermieden ist. Erreicht ist dies durch das Einlegieren von Chrom in Mengen von 0,05 bis 0,504.The invention relates to nickel and iron-containing copper alloys, in which by the addition of certain substances the excretion of the silicides to the Grain boundaries is avoided. This is achieved by alloying chrome in Amounts from 0.05 to 0.504.

Die Legierungen haben folgende Zusammensetzung: 1 bis 5 % Nickel, 0,4 bis 1,25 % Silizium, 0,05 bis 0,50/a Chrom, 0,2 bis 0,51/o Eisen, Rest Kupfer, mit der Maßgabe, daß der Gehalt an Silizium zu Siliziden gebunden sein muß.The alloys have the following composition: 1 to 5% nickel, 0.4 to 1.25% silicon, 0.05 to 0.50 / a chromium, 0.2 to 0.51 / o iron, remainder copper, with the proviso that the silicon content must be bound to form silicides.

Durch den Chromzusatz ist erreicht, daß Keime entstehen, an die sich bei der Warmaushärtung die Silizide anlagern, so daß ihre Ausscheidung innerhalb der Körner und nicht an den Korngrenzen stattfindet.The addition of chromium ensures that germs develop that can adhere to the silicides accumulate during artificial curing, so that their excretion within of the grains and not at the grain boundaries.

Es sind zwar schon Kupfer-Silizium-Legierungen bekannt, die unter anderem auch Chrom aufweisen können. Der Siliziumgehalt beträgt bei diesen bekannten Legierungen jedoch 5 bis 10 Gewichtsprozent. Nickel soll in Mengen von 1,5 bis 12 Gewichtsprozent vertreten sein. Der hohe Siliziumgehalt bestimmt neben Nickel als wesentlicher Bestandteil in diesen Kupferlegierungen die Eigenschaften derselben. Die bekannten Kupferlegierungen sind nicht aushärtungsfähig und erreichen auch keineswegs die hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit der erfindungsgemäßen Legierungen. Außerdem sind sie wenig verformungsfähig.There are already copper-silicon alloys known under others can also have chrome. The silicon content is known in these However, alloys 5 to 10 percent by weight. Nickel is said to be in amounts from 1.5 to 12 Be represented in percent by weight. The high silicon content determines besides nickel as essential component in these copper alloys is the properties of the same. The known copper alloys are not age hardenable and do not achieve them in any way the high thermal and electrical conductivity of the alloys according to the invention. In addition, they are not very deformable.

Es sind zwar schon Legierungen auf der Basis Kupfer, Kobalt und Silizium bekanntgeworden, in denen das Kobalt durch andere Metalle, wie z. B. Chrom, Eisen, Titan, Molybdän, Mangan, ganz oder teilweise ersetzt werden kann. Damit ist aber keineswegs der Fachwelt die Lehre vermittelt worden, die Kupferlegierungen nur aus Eisen, Chrom, Silizium und Nickel aufzubauen; selbst wenn die Gehalte an Silizium mit 0,5 bis 3% bei den bekannten Legierungen vorhanden sein sollen und das Nickel als Ni. Si in den bekannten Legierungen vorhanden sein kann. Für die Zusammensetzung der letzteren besteht nämlich die Bedingung, daß Nickel nur bei Abwesenheit von Eisen einlegiert sein soll. Außerdem beeinflussen die Komponenten, die außer Eisen, Chrom und Silizium in der Basis vorhanden sein müssen, wie z. B. Beryllium und Cadmium, die Legierungseigenschaften wesentlich. Schließlich liegt der Anteil des Chroms nicht fest. Die Chromkomponente ist -für die erfindungsgemäßen Legierungen aber gerade wichtig; weil sie in Mengen von 0,05 bis 0,50% die Ausscheidung von Siliziden an den Korngrenzen verhindert.They are alloys based on copper, cobalt and silicon became known, in which the cobalt is replaced by other metals such. B. Chromium, iron, Titanium, molybdenum, manganese, in whole or in part, can be replaced. But with that The teaching has by no means been imparted to the professional world, the copper alloys only from Build iron, chromium, silicon and nickel; even if the contents of silicon with 0.5 to 3% in the known alloys should be present and the nickel as Ni. Si can be present in the known alloys. For the composition The latter is subject to the condition that nickel only be used in the absence of Iron should be inlaid. In addition, the components that, besides iron, Chromium and silicon must be present in the base, such as B. Beryllium and Cadmium, the alloy properties are essential. After all, the proportion of the Chromes not fixed. The chromium component is -for the alloys according to the invention, however just important; because they reduce the excretion of silicides in amounts of 0.05 to 0.50% prevented at the grain boundaries.

Die Legierungen können in bekannter Weise auf dem Schmelzweg oder - dem Sinterweg hergestellt werden. Das Vergießen kann beispielsweise im Sandguß, Kokillenguß oder Strangguß erfolgen. Die Gußbarren werden entweder nach dem Erkalten oder sofort nach der Gießhitze zu geformten Werkstücken verarbeitet, beispielsweise durch Strangpressen, Rohrpressen, Schmieden oder Gesenkschmieden. Die Verformungstemperatur soll hierbei zur Vermeidung des Anschmelzens der Silizide unter deren Schmelzpunkt gewählt werden. Die günstigsten Ergebnisse erbringen Temperaturen zwischen 600 und 800° C.The alloys can in a known manner on the melting route or - the Sinterweg are produced. Potting can be done, for example, in sand casting, Chill casting or continuous casting take place. The cast ingots are either after cooling or processed into shaped workpieces immediately after the casting heat, for example by extrusion, pipe pressing, forging or drop forging. The deformation temperature is intended to prevent the silicides from melting below their melting point to get voted. Temperatures between 600 and 800 ° C.

Nach dem Verformen können die Legierungen sofort aus der Preßhitze abgeschreckt werden oder aber auch nach einer vorausgegangenen Erkaltung, gegebenenfalls Lagerung und neuem Lösungsglühen. Die Abschreck- bzw. Lösungsglühtemperatur rnuß oberhalb der Löslichkeitsgrenze für die Silizide liegen, um die volle Wirksamkeit der Aushärtung und der Verhinderung der Korngrenzenausscheidung herbeizuführen. Erfahrungsgemäß ist eine Temperatur von über 700° C zur Erzielung einer guten Warmaushärtungsfähigkeit erwünscht.After deforming, the alloys can be removed from the press heat immediately be deterred or even after a previous cooling, if necessary Storage and new solution annealing. The quenching or solution annealing temperature must be used lie above the solubility limit for the silicides in order to be fully effective bring about the hardening and the prevention of grain boundary precipitation. Experience has shown that a temperature of over 700 ° C is required to achieve good heat hardening properties he wishes.

Um optimale mechanische und physikalische Werte zu erhalten, werden die Legierungen einer Warmaushärtung unterzogen, der gegebenenfalls eine Kaltverfestigung vorausgehen kann. Die Warmaushärtung erfolgt vorzugsweise in einer bis zu 5 Stunden dauernden Glühung bei Temperaturen zwischen 300 und 500° C, wobei das jeweilige Festigkeitsminimum von der Höhe der Temperatur und der Glühdauer in bekannter Weise abhängt. Das so hergestellte Werkstück kann im Anschluß an die Wärmeaushärtung noch eine geringe Kaltverformung erfahren, beispielsweise um die Teile zu richten.In order to obtain optimal mechanical and physical values, the alloys are subjected to hot age hardening, which may also be subjected to work hardening can precede. Artificial curing takes place preferably in one to five hours continuous annealing at temperatures between 300 and 500 ° C, the respective Strength minimum from the level of the temperature and the duration of annealing in a known manner depends. The workpiece produced in this way can still be used after the heat hardening experience a small amount of cold deformation, for example to straighten the parts.

Die erfindungsgemäßen Legierungen zeichnen sich durch gute mechanische Festigkeitswerte aus, insbesondere besteht bei den ausgehärteten Legierungen keine Gefahr einer verminderten Einschnürung durch Abscheiden von Siliziden auf den Korngrenzen. Die ausgehärteten Legierungen weisen gegenüber den Legierungen, die ohne Zusatz an Chrom ausgehärtet werden, eine Kornverfeinerung auf. Die Gefahr von interkristallinen Brüchen bei erhöhter Temperatur ist wesentlich vermindert. Die ausgehärteten Legierungen haben auch eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber wechselnder und schlagartiger Beanspruchung in der Kälte. Die elektrische und thermische Leitfähigkeit liegt über der der chromfreien Legierungen.The alloys according to the invention are characterized by good mechanical properties Strength values, in particular none of the hardened alloys Risk of reduced constriction due to the deposition of silicides on the grain boundaries. The hardened alloys differ from the alloys without additives are hardened on chromium, a grain refinement. The danger of intergranular Breakage at elevated temperature is significantly reduced. The hardened alloys also have a higher resistance to changing and sudden changes Stress in the cold. The electrical and thermal conductivity is above that of chromium-free alloys.

Die erfindungsgemäßen Legierungen zeichnen sich weiterhin durch gute Korrosionsbeständigkeit sowohl bei Raumtemperatur als auch bei höheren Temperaturen aus. Sie weisen ferner eine hohe Dauerstandfestigkeit in der Wärme auf und lassen sich infolgedessen mit Vorteil zur Herstellung von Schrauben, Klemmen und anderen Verbindungsteilen für elektrotechnische Zwecke anwenden. Die Legierungen besitzen vor allem gute Gleiteigenschaften bei reibender Beanspruchung mit und ohne Schmiermittel, so daß sie sich beispielsweise für Lager und andere Gleitorgane jeglicher Art vorzüglich eignen. Sie finden daher ferner Anwendung zur Herstellung von Kupplungs- und Bremslamellen. Außerdem lassen sich die Legierungen mit Vorteil zur Herstellung von Kurbelwellen, Pleuelstangen und Federn verwenden. Dank ihrer guten Gleiteigenschaften können die erlndungsgemäßenLegierungen auch als Laufschicht auf Unterlagen, z. B. aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, Stahl oder Stahllegierungen, aufplattiert werden. Es ist ferner möglich, die gegossenen Legierungen zu zerkleinern und daraus Lagerkörper auf dem Sinterweg mit oder ohne Porenvolumen herzustellen.The alloys according to the invention are also characterized by good quality Corrosion resistance both at room temperature and at higher temperatures the end. They also have a high fatigue strength in the heat and can As a result, it is advantageous for the manufacture of screws, clamps and others Use connecting parts for electrotechnical purposes. Own the alloys especially good sliding properties under rubbing loads with and without lubricants, so that they are excellent, for example, for bearings and other sliding elements of any kind suitable. They are therefore also used in the manufacture of clutch and brake disks. In addition, the alloys can be used with advantage for the production of crankshafts, Use connecting rods and springs. Thanks to their good sliding properties, the alloys according to the invention also as an overlay on substrates, e.g. B. made of aluminum or aluminum alloy, steel or steel alloys. It is also possible to crush the cast alloys and produce bearing bodies from them to be produced by sintering with or without pore volume.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Hardenable copper-based alloys containing silicides of the metals nickel and iron, the contents of these metals being approximately, but at least equal to, the stoichiometric ratio of these compounds, characterized by the following composition: 1 to 5% nickel, 0, 4 to 1.25% silicon, 0.05 to 0.5% chromium, 0.2 to 0.5% iron, the remainder copper.

2. Use of the alloys according to claim 1 as a material for manufacture of slidingly stressed objects.

3. Use of the alloys according to claim 1 as a material for the production of screws, clamps and other connecting parts for electrotechnical purposes.

4. Use of the alloys according to claim 1, as a material for crankshafts, connecting rods and springs. Considered publications: German Patent Nos. 447 247, 491 358, 539 294, 586 338, 612 322, 671973, 757 956, 831453, 908 414; Austrian Patent No. 129 734; Swiss patents No. 262 027, 265 897; U.S. Patent No. 2,400,566; Chemisches Zentralblatt, 1939/1, p. 1969 (report on USA: Patent No. 2155 408); 1946, p.1773 (Paper on U.S. Patent No. 2,334,753); 1955, p. 2529 (report on Swedish patent specification No. 137 922):