DE1278110C2

DE1278110C2 - Verwendung einer aushaertbaren kupferlegierung zur herstellung von halbzeug mit erhoehtem formaenderungsvermoegen

Info

Publication number: DE1278110C2
Application number: DE1960V0018238
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: 1973-09-20
Also published as: DE1278110B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung ao von aushärtbaren Kupferlegierungen, die aus Nickel, Silizium und Chrom, Rest Kupfer bestehen, zur Herstellung von Halbzeug, das bei der Weiterverarbeitung ein erhöhtes Formänderungsvermögen aufweisen muß. as

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 2 241 815, »Kuprodur®«-Prospekt «on 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 »/β Kupfer, 1 bis 2V. Nickel, 0,5 bis IV. Silizium und 0,11 bis 0,13Ve Eisen oder auch nach den obengenannten Literaturstellen aus 3,5 bis 5 V« Nikkei, 0,7 bis IVo Silizium und 0,3 bis 0,5 V» 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 Wannaushärtung eine ungenügende hohe Kaltverformung, d. h. eine Kaltverformung nur bis zu 60 V. vorausgeht. So zeigt z. B. eine Kupfer-Nickel-Silizium-Legierung, bestehend aus

2V# Nickel,

0,5 V» Silizium,

Rest Kupfer,

nach einer lOVoigen Kaltverformung aus dem lösungsgeglühten Zustand mit nachfolgender Warm- aushärtung, die in einem Glühen von 1,5 Stunden bei 475° C besteht, folgende mechanischen Werte:

Streckgrenze 55 kg/mm* Zugfestigkeit 60 kg/mm* Brucheinschnürung 5V» Härte (HB) 165 kg/mm*

Die Brucheinschnürung von 5 V. 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.

no

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

Streckgrenze KW™!

Zügfestigkeit 89kg/mm* Brucheinschnürung 2·/» Härte (HB) 230kg/mm*

Auch dieser Werkstoff ist trotz seiner guten Festigkeitseigenschaften nicht mehr verformungsfähife 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 kaltzuverfonnen und bei 400 bis 500° C warmauszuhärten. Auch als reine Gußlegierungen sind aus der USA.-Patentschrift 2 241 815 Kupfer-Nickel Silizium-Chrom-Legierupgen bekannt, die aus 0,5 bis 5 V. Nickel, 0,1 bis 2 V. Silizium, Rest Kupfer bestehen und gegebenen falls eine Auswahl aus einer Reihe von dreizehn anderen Legierungsbestandteüen, davon auch Chrom, enthalten können.

Aus keiner dieser Literaturstellen konnte der Fach mann die Lehre entnehmen, daß diese warmaushärt baren Legierungen ein hohes Formänderungsvermögen aufweisen, ohne daß die mechanischen Eigen schaben schlechter sind, wenn man solche von be stimmter 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 Wannaushärten 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 V. Nickel, 0,4 bis 1,25 V. Silizium, 0,05 bis 0,5 V. 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 V. Chrom, Rest Kupfer, mit den üblichen Verunreinigungen, vorzugsweise an Eisen, Zink und Zinn im warmausgehärteten Zustand, besonders nach vorausgegangener bis 4O°/oiger 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 Kup-

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ferschmelze 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 800⁰C. 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 V/asser 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 chrom- *> freier Werkstoff diesem Verformungs- und Warmbehandlungsverfahren unterworfen wird, zeigt sich eine wesentlich verminderte Brucheinschnürung gegenüber dem Halbzeug aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen. Die verminderte »5 Brucheinschnürung ist möglicherweise darauf zurückzuführen, daß sich Nickelsüizide in einer formänderungsbehindernden Art auf den Korngrenzen abscheiden und dadurch eine geringe Brucheinschnürung ergeben. Die nachstehenden Beispiele lassen I« erkennen, in welcheir Weise die erfindungsgemäß zu verwendenden chromhaltigen Legierungen den chromfreien überlegen sind.

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Beispiel 1 Eine Legierung, die aus

2·/. Nickel, 0,5 Vo Silizium, 0,2·/» Chrom, 0,1·/» Eisen, 0,05·/. Zink, 0,01·/» Zinn,

Rest Kupfer

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

Streckgrenze 58 kg/mm* Zugfestigkeit 70 kg/mm* ^ Brucheinschnürung 55°/· Härte (HB) 195 kg/mm* Kerbschlagzähigkeit 12mk£/cm* Beispiel 2 ^M

Eine Kupfer-Nickel-Silizium-Legierung folgender Zusammensetzung:

1,2·/· Nickel, 0,4·/· Silicium, 0,10·/. Chrom, 0,12·/. Eisen, 0,06·/. Zink,

Rest Kupfer, _gs

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

Oo

Streckgrenze 55 kg/mm* Zugfestigkeit 60,5 kg/mm* Brucheinschnürung 55·/· Härte (HB) 160 kg/mm* Kerbschlagzähigkeit 14 mkg/cro²

Beispiel 3
Die Legierung soll aus

4,2·/. Nickel,
0,8V» Silizium,
0,35·/. Chrom,
0,2·/. Eisen,
0,05·/. Zink,

Rest Kupfer

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

Streckgrenze 84 kg/mm* Zugfestigkeit 90 kg/mm* Brucheinschnürung 35·/» Härte (HB) 230 kg/mm* Kerbschlagzähigkeit 9 mkg/cm*

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 chromfreieii 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 Kerbschlagräbigkeit noch etwas zunehmen.

Es wurde nun weiterhin gefunden, daß chromfreie Kupfer-Nkkel-Silizium-Legierungen in der Wärme bei dem üblichen Kurzzerreißversuch in dem Temperaturgebiet zwischen 300 und 500⁰C eine starke Verminderung der Brucheinschnürung erkennen lassen, d. h., daß bei dieser Art der Versuchsdurchführung ein Brechen der Proben praktisch verformungskx 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 siad beitonders 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 Abnutcungswiderstand gefordert wird.

Claims

1

Patentanspruch:

Verwendung einer aur-härtbaren Kupferlegierung, bestehend aus 1 bis 5 V. Nickel, 0,4 bis 1,25 Vo Silizium, 0,05 bis 0,5 Vo Chrom, Rest Kupfer mit den üblichen Verunreinigungen, vorzugsweise an Eisen, Zink und Zinn, im wannausgehärteten Zustand, besonders nach vorausgegangener bis 4OVoiger Kaltverformung, zur Herstellung von Halbzeug, das bei der Weiterverarbeitung ein erhöhtes Formänderungsvermögen aufweisen muß.