DE1278110B

DE1278110B - Verwendung einer aushaertbaren Kupferlegierung zur Herstellung von Halbzeug mit erhoehtem Formaenderungsvermoegen

Info

Publication number: DE1278110B
Application number: DEV18238A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Dies
Original assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1960-03-09
Filing date: 1960-03-09
Publication date: 1968-09-19
Also published as: DE1278110C2

Description

Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung zur Herstellung von Halbzeug mit erhöhtem Formänderungsvermögen Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von aushärtbaren Kupferlegierungen, die aus Nickel, Siizium und Chrom, Rest Kupfer bestehen, zur Herstellung von Halbzeug, das bei der Weiterverarbeitung ein erhöhtes Formänderungsvermögen aufweisen muß.
Warmaushärtungsfähige Kupferlegierungen mit Nickel und Silizium als Sollkomponenten, die im verformten und gegebenenfalls geglühten und ausgehärteten Zustand Verwendung finden sollen, sind bereits bekannt (USA.-Patentschrift 2 241815, »Kuprodur@«-Prospekt von 1953 der Patentinhaberin und Iron Age vom 20. 11. 1952, S. 131 bis 133). Diese Legierungen bestehen nach W. Krauskopf, »Metall- und Legierungsregister«, 1950, S. 75, aus 97 bis 98% Kupfer, 1 bis 2% Nickel, 0,5 bis 1% Silizium und 0,11 bis 0,13% Eisen oder auch nach den obengenannten Literaturstellen aus 3,5 bis 51/o Nikkel, 0,7 bis 1% Silizium und 0,3 bis 0,5% Eisen, Rest Kupfer.

Es hat sich aber gezeigt, daß bei diesen bekannten Legierungen durch den Warmaushärtungsvorgang eine Verminderung der Brucheinschnürung, die ihrerseits ein charakteristisches Kennzeichen für das Formänderungsvermögen ist, eintritt. Die Herabsetzung der Brucheinschnürung tritt besonders dann in Erscheinung, wenn der Warmaushärtung eine ungenügende hohe Kaltverformung, d. h. eine Kaltverformung nur bis zu 60 % vorausgeht. So zeigt z. B. eine Kupfer-Nickel-Silizium-Legierung, bestehend aus 2% Nickel, 0,5% Silizium, Rest Kupfer, nach einer 10%igen Kaltverformung aus dem lösungsgeglühten Zustand mit nachfolgender Warmaushärtung, die in einem Glühen von 1,5 Stunden bei 475° C besteht, folgende mechanischen Werte:

Streckgrenze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 kg/mm2

Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 kg/mm2

Brucheinschnürung ............ 5%

Härte M) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 kg/mm2

Die Brucheinschnürung von 5% liegt entsprechend der hohen Festigkeit sehr niedrig und ist für einen Werkstoff, der einer Verformung unterworfen werden soll und zusätzlich auch noch schlagartig beansprucht wird, wie dies z. B. bei Schrauben der Fall ist, völlig ungeeignet.

Eine Legierung mit etwa 4 % Nickel, 1% Silizium, ; Rest Kupfer ergibt nach einer etwa 40%igen Kaltverformung aus dem lösungsgeglühten Zustand und 2 anschließender Warmaushärtung von 1,5 Stunden bei 475° C folgende mechanischen Werte:

Streckgrenze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 kg/mm2

Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 89 kg/mm2

Brucheinschnürung ............ 2%

Härte (HB) . . . . . . . . . . . . . . . . 230 kg/mm2

Auch dieser Werkstoff ist trotz seiner guten Festigkeitseigenschaften nicht mehr verformungsfähig und zeigt bei Schlagbeanspruchung ein sprödes Verhalten.

Aus der deutschen Patentschrift 594 957 ist es bekannt, Kupfer - Nickel - Silizium - Legierungen, bei denen es auch freigestellt ist, Chrom zuzusetzen, bei Temperaturen oberhalb 750° C lösungszuglühen, abzuschrecken, gegebenenfalls kaltzuverformen und bei 400 bis 500° C warmauszuhärten. Auch als reine Gußlegierungen sind aus der USA.-Patentschrift 2 241815 Kupfer-Nickel-Silizium-Chrom-Legierungen bekannt, die aus 0,5 bis 5% Nickel, 0,1 bis 2% Silizium, Rest Kupfer bestehen und gegebenenfalls eine Auswahl aus einer Reihe von dreizehn anderen Legierungsbestandteilen, davon auch Chrom, enthalten können.
Aus keiner dieser Literaturstellen konnte der Fachmann die Lehre entnehmen, daß diese warmaushärtbaren Legierungen ein hohes Formänderungsvermögen aufweisen, ohne daß die mechanischen Eigenschaften schlechter sind, wenn man solche von bestimmter Zusammensetzung mit einem Chromgehalt innerhalb bestimmter Grenzen auswählt.
In der deutschen Patentschrift 33 102 ist erwähnt, daß man durch Zusatz von Chrom dem Kupfer und seinen verschiedenen Legierungen bald eine größere Duktilität, bald eine größere Härte verleihen kann. Daraus mußte der Fachmann schließen, daß die größere Duktilität nur durch Verminderung der Härte und, umgekehrt, die höhere Härte nur unter Verminderung der Duktilität zu erreichen ist. Die vom Erfinder entdeckte Wirkung des Chroms bei ganz bestimmten Legierungen des Kupfers, diesen Legierungen unter Erhaltung der durch das Warmaushärten erzielten Härteeigenschaften ein erhöhtes Formänderungsvermögen zu verleihen und die technische Ausnutzung dieser Eigenschaft, konnte deshalb auch aus dieser Literaturstelle nicht hergeleitet werden. Es wurde erkannt, daß diese Wirkung bei den aushärtbaren Kupferlegierungen aus 1 bis 5% Nickel, 0,4 bis 1,251/o Silizium, 0,05 bis 0,5 % Chrom, Rest Kupfer, mit den üblichen Verunreinigungen, vorzugsweise an Eisen, Zink und Zinn unter bestimmten Voraussetzungen eintritt.

Die Erfindung besteht demnach in der Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung, bestehend aus 1 bis 5% Nickel, 0,4 bis 1,25'% Silizium, 0,05 bis 0,5 % Chrom, Rest Kupfer, mit den üblichen Verunreinigungen, vorzugsweise an Eisen, Zink und Zinn im warmausgehärteten Zustand, besonders nach vorausgegangener Kaltverformung, zur Herstellung von Halbzeug, das bei der Weiterverarbeitung ein erhöhtes Formänderungsvermögen aufweisen muß. Um die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen herzustellen, wird zweckmäßig so vorgegangen, daß zunächst Nickel und Silizium in. Form von Vorlegierungen einer desoxydierten Kupferschmelze zugesetzt werden und danach Chrom entweder in metallischer Form oder auch in Form einer Vorlegierung in die Schmelze einlegiert wird. Nach dem Vergießen der Schmelze und einer anschließenden Knetbearbeitung zu Halbzeug erfolgt ein Abschrecken von der Lösungsglühtemperatur. Die Lösungsglühtemperatur soll oberhalb der Löslichkeitsgrenze gewählt werden, etwa bei 800° C. Das Abschrecken kann entweder unmittelbar nach der Knetbehandlung, beispielsweise einem Pressen, vorgenommen werden oder auch nach einer Zwischenabkühlung und Erwärmung auf die vorerwähnte Lösungsglühtemperatur. An das Abschrecken, was tunlichst in Wasser erfolgen soll, schließt sich die Warmaushärtung an. Der Werkstoff wird zu diesem Zweck auf Temperaturen zwischen 300 und 500° C erhitzt und dann, sich selbst überlassend, an Luft abgekühlt. Es kann der Warmaushärtung aber auch noch eine Kaltverformung vorgeschaltet werden; wenn die Kaltverformung nur 60 % beträgt und ein chromfreier Werkstoff diesem Verformungs- und Warmbehandlungsverfahren unterworfen wird, zeigt sich eine wesentlich verminderte Brucheinschnürung gegenüber dem Halbzeug aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen. Die verminderte Brucheinschnürung ist möglicherweise darauf zurückzuführen, daß sich Nickelsilizide in einer forrnänderungsbehindernden Art auf den Korngrenzen abscheiden und dadurch eine geringe Brucheinschnürung ergeben. Die nachstehenden Beispiele lassen erkennen, in welcher Weise die erfindungsgemäß zu verwendenden chromhaltigen Legierungen den chromfreien überlegen sind.

Beispiel 1

Eine Legierung, die aus

2% Nickel,

0,511/o Silizium,

0,2% Chrom,

0,111/o Eisen,

0,05% Zink,

0,01% Zinn,

Rest Kupfer

besteht und die nach einer 10%igen Kaltverformung einer nachfolgenden Warmaushärtung von 1,5 Stunden bei 475° C unterworfen worden ist, zeigt folgende mechanischen Werte:

Streckgrenze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 kg/mm2

Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 kg/mm2

Brucheinschnürung . . . . . . . . . . . . 55019

Härte (HB) ....... . . . . . . . . . . . 195 kg/mm2

Kerbschlagzähigkeit . . . . . . . . . . . 12 mkg/cm2

Beispiel 2 Eine Kupfer-Nickel-Silizium-Legierung folgender Zusammensetzung:

1,2'% Nickel,

0,40% Silizium,

0,10% Chrom,

0,12'% Eisen,

0,06% Zink,

Rest Kupfer,

wird um 20% kaltverformt, 1,5 Stunden bei 475° C warmausgehärtet und liefert folgende mechanischen Werte:

Streckgrenze . . . . . . . . . . . . . . . 55 kg/mm2

Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 60,5 kg/mm2

Brucheinschnürung ......... 55%

Härte (HB) . . . . . . . . . . . . . . . . 160 kg/mm2

Kerbschlagzähigkeit . . . . . . . . 14 mkg/cm2

Beispiel 3

Die Legierung soll aus

4,2% Nickel,

0,8'% Silizium,

0,35% Chrom,

0,2% Eisen,

0,05% Zink,

Rest Kupfer

bestehen. Sie wird nach dem Lösungsglühen und darauffolgenden Abschrecken um 40% kaltverformt und anschließend bei 475° C 1,5 Stunden warmausgehärtet. Die mechanischen Werte sind dann:

Streckgrenze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 kg/mm2

Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 kg/mm2

Brucheinschnürung ............ 35%

Härte (HB) . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 kg/mm2

Kerbschlagzähigkeit . .-. . . . . . . . . 9 mkg/cm2

Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen auch gegenüber während der Warmbehandlung sich einschleichender Fehler unempfindlicher als chromfreie Legierungen sind. Wird z. B. von der Lösungsglühtemperatur nicht schroff abgeschreckt, sondern verzögert, d. h. mit einer gewissen Vorkühlzeit, so weisen die chromfreien Legierungen, ähnlich wie bei zu geringer Kaltverformung, nach der Warmaushärtung mit oder ohne vorgeschalteter Kaltverformung ungenügende Werte der Brucheinschnürung und auch der Kerbschlagzähigkeit auf, während die chromhaltigen Legierungen, die in gleicher Weise gefertigt werden, diesen Mangel nicht kennen. überrascht hat ferner auch die Beobachtung, daß bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen mit sinkenden Temperaturen sowohl die Festigkeit als auch die Brucheinschnürung und Kerbschlagzähigkeit noch etwas zunehmen.

Es wurde nun weiterhin gefunden, daß chromfreie Kupfer-Nickel-Silizium-Legierungen in der Wärme bei dem üblichen Kurzzerreißversuch in dem Temperaturgebiet zwischen 300 und 500° C eine starke Verminderung der Brucheinschnürung erkennen lassen, d. h., daß bei dieser Art der Versuchsdurchführung ein Brechen der Proben praktisch verformungslos erfolgt. Demgegenüber tritt bei den chromhaltigen Legierungen eine Verminderung der Einschnürung nicht ein oder jedenfalls nur in einem so geringen Maß, daß sie kaum beobachtbar ist. Demzufolge zeigen diese Legierungen in der Wärme auch ein wesentlich besseres Verhalten. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen sind besonders gut brauchbar als Werkstoff für Schrauben, Klemmen und andere Teile, bei denen es auf ein hohes zusätzliches Formänderungsvermögen, also beispielsweise auf eine hohe Brucheinschnürung, insbesondere auch in der Kälte, ankommt. Darüber hinaus sind sie auch brauchbar für die Fertigung von Gegenständen, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen sollen, und für solche, von denen ein hoher Abnutzungswiderstand gefordert wird.

Claims

Patentanspruch: Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung, bestehend aus 1 bis 5 % Nickel, 0,4 bis 1,25% Silizium, 0,05 bis 0,5% Chrom, Rest Kupfer mit den üblichen Verunreinigungen, vorzugsweise an Eisen, Zink und Zinn, im warmausgehärteten Zustand, besonders nach vorausgegangener Kaltverformung, zur Herstellung von Halbzeug, das bei der Weiterverarbeitung ein erhöhtes Formänderungsvermögen aufweisen muß. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 33 102, 594 957; USA.-Patentschriften Nr. 2137 282, 2 241815; »Kuprodur-Prospekt«, VDM Akt.-Ges., 1953; W. Krauskopf, »Metall- und Legierungsregister«, 1950, S. 75; »Iron Age«, 20. 11. 1952, S. 131 bis 133.