DE1165876B

DE1165876B - Verwendung einer Kupfer-Chrom-Legierung zur Herstellung von elektrisch, mechanisch und thermisch hoch beanspruchten Werkstuecken

Info

Publication number: DE1165876B
Application number: DEO4787A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Eckhard Tuschy
Original assignee: Osnabruecker Kupfer und Drahtwerk
Current assignee: Osnabruecker Kupfer und Drahtwerk
Priority date: 1956-03-26
Filing date: 1956-03-26
Publication date: 1964-03-19

Description

Verwendung einer Kupfer-Chrom-Legierung zur Herstellung von elektrisch, mechanisch und thermisch hoch beanspruchten Werkstücken Kupfer-Chrom-Legierungen, die aus mindestens 940/, Kupfer, Rest Chrom und Zirkonium bestehen, sind bekanntlich warm aushärtbar. Sie werden als Elektroden für elektrische Widerstandspunkt- oder Nahtschweißmaschinen benutzt. Solche Elektroden aus 1 % Chrom und 0,2°/o Zirkonium, Rest Kupfer, weisen bereits in ungehärtetem Zustand eine Härte von 93 kg/mm' bei einer elektrischen Leitfähigkeit von 52 m/Ohm . mm2 auf.
Etwas höhere Härtewerte, nämlich annähernd 100 kg/mm2, ergeben Kupfer-Chrom-Legierungen mit 30/, Aluminium und 10/, Chrom durch die Warmaushärtung des Halbzeugs. Dabei wird das Halbzeug zum Aushärten wenig unterhalb der Schmelztemperatur der Legierung lösungsgeglüht, abgeschreckt und bei 400 bis 550°C angelassen. Wenn jedoch das Halbzeug aus einer Kupfer-Chrom-Legierung aus etwa 1 % Chrom, Rest Kupfer, vor dem Warmaushärten stark kalt verformt wird, so ergeben sich sogar Härtewerte bis 175 kg/mm2. Diese Härtewerte bleiben auch nach einer Erwärmung annähernd erhalten, solange die Werkstücke nur bis zu etwa 450°C erwärmt werden. Diese Härtewerte fallen jedoch erheblich, sobald sich die Werkstücke auf Temperaturen im Bereich von 450 bis 700°C erhitzen. Ebenso sinkt die Leitfähigkeit nach Erwärmung auf diese Temperaturen stark ab.
Auf diesen Temperaturbereich werden aber elektrisch, thermisch und mechanisch hoch zu beanspruchende Werkstücke in der Praxis erhitzt. Solche Werkstücke, die nach einer Erwärmung in diesem Temperaturbereich ihre ursprünglichen Härte- und Leitfähigkeitswerte verlieren, genügen daher den Anforderungen der Praxis nicht.
Die bekannten elektrisch, mechanisch und thermisch hoch beanspruchte Werkstücke auf der Basis Kupfer-Chrom überschreiten das Härteniveau von etwa 160 kg/mm2 nicht wesentlich, auch dann nicht, wenn stärker kalt verformt wird oder die Aushärtungsmaßnahmen geändert oder beide Maßnahmen kombiniert werden.
Überraschenderweise lassen sich jedoch thermisch und mechanisch hoch beanspruchte Werkstücke, deren elektrische, in kaltem Zustand gemessene Leitfähigkeit auch nach Erwärmungen auf den Temperaturbereich von 450 bis 700°C beständig bleibt, die also anlaßbeständig sind, auch aus warm ausgehärteten Kupfer-Chrom-Legierungen, bestehend aus 0,3 bis 1,5°/o Chrom, 0,03 bis 0,501, Zirkonium und bzw. oder 0,05 bis 10/, Kadmium, Rest Kupfer, erzeugen. Zu diesem Zweck wird das Halbzeug nach seiner Warmaushärtung, die aus einer Lösungsglühung bei Temperaturen über 700°C, Abschrecken und Anlassen zwischen 400 und 500°C besteht, erfindungsgemäß stark kalt verformt. Auf diese Weise wird das Härteniveau erhöht. Die elektrische Leitfähigkeit bleibt anlaßbeständig. Infolgedessen wird beispielsweise die Standzeit von Elektroden für die Widerstandsschweißung wesentlich erhöht. Diese überraschenden Eigenschaftsänderungen werden einerseits einer Veränderung der Löslichkeit des Chroms im Kupfer durch den Zusatz und andererseits dem wesentlich unterschiedlichen Atomdurchmesser des Zusatzstoffes im Verhältnis zum Kupfer zugeschrieben.
Auf diese Weise sind also erfindungsgemäß eine hohe Warmfestigkeit und eine im kalten Zustand gemessene anlaßbeständige Leitfähigkeit von über 45 m/Ohm - mm' zu erreichen. Die in kaltem Zustand gemessene Leitfähigkeit des Werkstücks ist nach seiner Erwärmung auf den Temperaturbereich von 450 bis 700°C und nach seiner Abkühlung noch über die Leitfähigkeit angestiegen, die das kalte Werkstück vor dieser Erhitzung gehabt hat.
Wenn man die elektrische Leitfähigkeit der Kupfer-Chrom-Legierung mit der erfindungsgemäß behandelten und zu verwendenden Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierung vergleicht, die das höhere Härteniveau aufweist, so ergibt sich, daß die elektrische Leitfähigkeit dieser Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierung nach einer Erwärmung über 450°C merklich gesteigert ist. Der Zusatz von Zirkonium und/oder Cadmium als die Löslichkeit des Chroms verändernde Legierungskomponente bewirkt also, daß die Leitfähigkeit des Werkstücks bei einer Temperatur bis zu 700°C, die es bei Überlastung oder mangelnder Kühlung annehmen kann, ansteigt, im Gegensatt: zu den bekannten Elektrodenlegierungen, deren Leitfähigkeit bei diesen Temperaturen schon wesentlich abgefallen ist. Die bekannten Elektroden vermindern bei Überhitzung schon ab 400°C ihre Leitfähigkeit, werden also weniger wärmeleitend und steigern daher ihre Überhitzung. Die Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, wie sie erfindungsgemäß erreicht ist, verbessert auch die Wärmeleitfähigkeit der Elektrode und führt daher infolge verbesserter Kühlung zu einer Entlastung einer überhitzten Elektrode. Die Standzeit der erfindungsgemäßen Elektroden, deren Brinellhärte und Leitfähigkeit gegenüber den vorbekannten gesteigert ist, ist also auch bei einer großen Belastung wesentlich länger.
Die Abhängigkeit der Brinellhärte und der Leitfähigkeit sowie der Warmhärte von der Temperatur bei zirkoniumfreien und zirkoniumhaltigen Kupfer-Chrom-Legierungen zeigt das Kurvenblatt. Das Blatt gibt die Werte der Anlaßbeständigkeit von drei Werkstücken wieder. Die Werte sind wie üblich gemessen, nämlich bei Raumtemperatur, nachdem das Werkstück auf die jeweilige, im Kurvenblatt verzeichnete Temperatur 30 Minuten lang erhitzt und danach abgekühlt worden ist. Bei der Kurve a handelt es sich um eine Kupfer-Chrom-Legierung mit 10/,) Chrom, Rest Kupfer, wie sie in der Zeitschrift für Metallkunde, 44. Jahrgang (1953), auf S. 71 bis 76 beschrieben ist. Bei den Kurven b und c handelt es sich um erfindungsgemäß behandelte und zu verwendende Werkstücke aus einer Kupfer-Chrom-Legierung mit 0,6 °/o Chrom, 0,1 °/o Zirkonium, Rest Kupfer, bzw. aus einer Kupfer-Chrom-Cadmium-Legierung aus 0,60/, Chrom, 0,501, Cadmium, Rest Kupfer.
Die drei Legierungen, deren Anlaßbeständigkeitswerte das Kurvenblatt wiedergibt, wurden gleichmäßig behandelt, nämlich bei einer Temperatur von 1040°C lösungsgeglüht, dann von dieser Temperatur oder einer nur um wenige Grade niedrigeren Temperatur abgeschreckt und darauf 16 Stunden bei etwa 450°C angelassen. Beispielsweise hatte Halbzeug aus einer erfindungsgemäß zu verwendenden Kupfer-Chrom-Legierung mit 0,60/, Elektrolytchrom, 0,10/, Zirkonium, Rest Kupfer, nach der angegebenen Wärmebehandlung eine Brinellhärte von 150 kg/mm2 bei einer Leitfähigkeit von 48,5 m/Ohm - mm'. Nach einer Kaltverformung um 60°/o ergaben sich folgende Werte: Brinellhärte 180 kg/mm2 und 47 m/Ohm - mm2 oder 810/0 IACS.
Der Zusatz von Zirkonium bzw. Cadmium bewirkt insbesondere in Gegenwart von Kohlenstoff oder Stickstoff außerdem eine Kornverfeinerung der Legierung gegenüber der Korngröße der einfachen Kupfer-Chrom-Legierung. Der Kohlenstoff kann einmal dem Graphittiegel oder der Abdeckschicht, der Stickstoff der umgebenden Luft entstammen; beide Bestandteile können aber auch bewußt zugegeben werden, also z. B. in Form von Gasspülungen.

Claims

Patentanspruch: Verwendung einer Kupfer-Chrom-Legierung, bestehend aus 0,3 bis 1,5°/o Chrom, 0,03 bis 0,5°/o Zirkonium und bzw. oder 0,05 bis 10/, Cadmium, Rest Kupfer, für die Herstellung von elektrisch, mechanisch und thermisch hoch beanspruchten, anlaßbeständigen Gegenständen, die eine hohe Warmfestigkeit und eine im kalten Zustand gemessene elektrische Leitfähigkeit über 45 m/ Ohm - mm" aufweisen, die auch nach Erwärmungen auf 450 bis 700°C erhalten bleibt, wobei diese Warmfestigkeit und Anlaßbeständigkeit durch eine starke Kaltverformung im Anschluß an die Wärmebehandlung erreicht ist, die aus einer Lösungsglühung bei Temperaturen über 700°C, Abschrecken und Aushärten zwischen 400 und 500'C besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 721 683; österreichische Patentschrift Nr. 150 282; britische Patentschrift Nr. 398 385; »Zeitschrift für Metallkunde«, 44 (1953), H.
2, S. 71 bis 76; »ETZ-A«, 76 (1955), S. 384 und 385.