DE1452223C - Verfahren zur Herstellung gut zerspan baren Halbzeugs aus bleihaltigen Kupfer Beryllium Legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gut zerspanbarem Halbzeug aus bleihaltigen Kupfer-Beryllium-Legierungen, insbesondere aus Beryllium, Blei und Kobalt und/oder Nickel enthaltenden Kupfer-Beryllium-Legierungen durch Auspressen derselben zu Stäben, Stangen oder Rohren mit hoher Festigkeit, guter Dehnung und Härte bei gleichzeitig leichter Bearbeitbarkeit.

Die Bearbeitung, insbesondere die spanabhebende Verformung von Kupfer-Beryllium-Legierungen war immer schwierig. Es ist aus der deutschen Patentschrift 665 734 bekannt, daß der Zusatz kleiner Bleimengen zu diesen Legierungen deren Bearbeitbarkeit erhöht, dadurch entsteht jedoch ein anderes Problem.

Es ist nämlich äußerst schwierig, Gegenstände, z. B. Stangen oder Stäbe, aus bleihaltigen Kupfer-Beryllium-Legierungen auf die übliche Weise durch Warmwalzen herzustellen, da diese Legierungen in der Wärme spröde oder brüchig werden und während der Herstellung daher leicht zerbrechen. Die Erfindung schafft nun ein Verfahren zur Herstellung von gut bearbeitbaren Stangen oder Stäben ohne Brechen oder Rißbildung während der Herstellung, welche die Festigkeit und die anderen Eigenschaften der üblichen Legierung aufweisen.

Wie bereits gesagt, verbessert der Zusatz kleiner Bleimengen zu Kupfer-Beryllium-Legierungen deren Bearbeitbarkeit. Die normalen Warmwalzmethoden verhindern jedoch die Verwendung von mehr als 0,005% Blei, was bisher die Verwendung von Blei in diesen Legierungen unmöglich machte. Bleimengen von über 0,005 % verursachen eine Rißbildung während des Warmwalzens der Legierung, Es wurde bereits vorgeschlagen, -' solche für das Warmwalzen ungeeigneten Werkstoffe durch Strangpressen zu verformen. Bei den bleihaltigen Kupfer-Beryllium-Legierungen trat jedoch trotzdem auch beim Strangpressen eine Rißbildung und ein dadurch bedingter Festigkeitsverlust auf.

Es wurde nämlich festgestellt, daß, wenn der Durchmesser des auszupressenden Barrens relativ zur Größe des Strangpreßbehälters zu klein ist, während der Anfangsphase des Preßvorgangs, wenn der Barren innerhalb des Behälters vor seinem Austritt gestaucht wird, leicht reißt, und das ausgepreßte Material zeigt dann Risse. Es ist daher wichtig, die Größe des Strangpreßbehälters bei der Herstellung des in dieser Strangpresse weiter zu bearbeitenden Barrens zu berücksichtigen. · ■

Die Erfindung schafft nun ein Verfahren zur Herstellung gut zerspanbaren Halbzeugs aus bleihaltigen Kupfer-Beryllium-Legierungen, bestehend aus 0,45 bis 2,05% Beryllium, 0,07 bis 1,0% Blei, Rest Kupfer, durch Strangpressen eines gegossenen Barrens aus der Legierung, und sie ist gekennzeichnet dadurch, daß der auszupressende Barren fast genau den Durchmesser des Strangpreßbehälters aufweist.

Es wurde gefunden, daß der Zusatz von 0,07 bis 1,0% Blei zu Kupfer-Beryllium-Legierungen unter den vorstehenden Bedingungen Stäbe oder Stangen mit verbesserter Bearbeitbarkeit, ausgezeichneter Festigkeit und frei von Rissen ergibt.

Daß die erfindungsgemäße Maßnahme eine Wirkung ergibt, die bisher offenbar nirgends erkannt wurde, ergibt sich aus folgendem: Es besteht ein grundsätzlicher Unterschied zwischen Kupferlegierungen allgemein und Kupfer-Beryllium-Legierungen. Kupfer-Beryllium-Legierungen sind in ihrem normalen Zustand nicht homogen, d. h., sie bilden keine einzige Phase. Man kann sie zwar unter bestimmten Bedingungen einphasig machen, was jedoch beim normalen Strangpressen nicht erfolgt. Gemäß der Erfindung erhält man nun äußerst feinkörnige, das Blei in völlig homogener Verteilung enthaltende Strangpreßlinge, indem man den auszupressenden, gegossenen Barren genau der Größe des Strangpreßbehälters anpaßt, so daß die Toleranz zwischen dem Behälter und dem Barren so klein wie möglich ist. Eine mikroskopische Untersuchung des auf diese Weise strangverpreßten Materials ergab eine ganz gleichmäßige Dispergierung des Bleis in den Legierungen und eine viel feinere Korngröße und somit wesentlich bessere mechanische Eigenschaften als bei einem üblichen Strangpreßvorgang.

Die erfindungsgemäße Maßnahme bewirkt, daß während der Anfangsphase des Preßvorgangs, wenn der Strang innerhalb des Behälters vor seinen Austritt gestaucht wird, er sofort in dem Behälter unter einem solchen Druck steht, daß keine Risse auftreten können.

Man kann bleihaltige Kupferberylliumstäbe auch

durch Kaltwalzen eines Stranges und/oder Stabes erhalten. Diese Methode ist jedoch sowohl kostspielig als auch langsam. Das Strangpressen bietet die schnellste, wirtschaftlichste und eine zufriedenstellende Methode zur Herstellung dieser Halbzeuge. Eine andere Methode zur Herstellung von Stäben aus den genannten Legierungen besteht darin, daß man einen halbfertigen Stab durch mehrere Ziehdüsen zieht; zu diesem Zweck muß jedoch von einem Stab ausgegangen werden. Das kontinuierliche Gießen von Stäben mit dem für das anschließende Ziehen richtigen Ausgangsdurchmesser bildet eine andere Methode zur Herstellung von Stangen aus dieser Legierung, vorausgesetzt, · daß die Stäbe eine ausreichende Dickeverminderung zur Erzielung einer befriedigenden Qualität des Materials erfahren.
Der erfindungsgemäß auszupressende Barren kann statisch oder kontinuierlich gegossen oder durch Druckguß erhalten werden. Er kann anschließend überholt und/oder homogenisiert werden. Der Barren wird dann zu dem fertigen oder zu einem Zwischenprodukt stranggepreßt. Der Strangpreßling kann dann lösungsgeglüht oder entspannt werden. Er wird anschließend gegebenenfalls gereinigt und schließlich, falls erforderlich, kalt zu dem Endprodukt gezogen, wobei zwischenzeitlich so viele Glühungen und Oberflächenreinigungen erfolgen, daß das Material auf die endgültige Länge und Größe gezogen werden kann. Die zur Herstellung eines Stabes mit den nachstehenden mechanischen Eigenschaften verwendete Einrichtung, Auspreßbedingungen und die anderen wichtigen Faktoren waren die folgenden:

Einrichtung:
' 1700 Tonnen Horizontal-Strangpresse.

Füllraum: . ■

134 mm Durchmesser.

Verhältnis der Dickeabnahme:

21,4:1 (ergibt eine Stange mit einem Durchmesser von 30,2 mm).

Ausbildung der Preßmatrize:

120° eingeschlossener Winkel, 30° Einführungswinkel.

Schmiermittel für die Preßmatrize: Suspension von Kupferpulver und Graphit.

Schmiermittel für den Strangpreßbehälter: ein übliches.

Werkzeugtemperaturen, Preßmatrize:

bis 260⁰C.
Strangpreßbehälter:

316bis371°C.

Strangnummer
2 3

Auspreßbedingungen
Erhitzungsmethode .

Strangtemperatur

Auspreßkraft

Stauchkraft, kg/cm² ,

Während des Auspressens, kg/cm² Am Ende, kg/cm²

Geschwindigkeit

Kolben- oder Stempelgeschwindigkeit,

mm/Sekunde

Auspreßgeschwindigkeit, mm/Sekunde .

Widerstandserhitzung 704⁰C

8120 6290 7931

8,4 179 Widerstandserhitzung
760° C

7560
5750
7196

8,4
179

Widerstandserhitzung 76O⁰C

7560
5750
7196

8,4 179

Widerstandserhitzung 760° C

7350 5555 7014

8,4 179

Widerstand gegen Fließfaktor K = 19

Eine Änderung der Auspreßtemperatur des Barrens bedingt eine Änderung sämtlicher anderer Betriebsbedingungen der Strangpresse. Außerdem könnte man bei ausreichender Kapazität der Strangpresse kalt pressen. Der Strang kann mit Preßdrücken von 3160 bis 14 lOO.1cg/cm² ausgepreßt werden. , Die bevorzugten Bereiche der Preßbedingungen für die erfindungsgemäß auszupressende Legierung sind:

Blocktemperatur, ⁰C 704 bis 788

Auspreßkraft

Stauchkraft in kg/cm² 5620 bis 8440

Während des Auspressens, kg/cm² 4220 bis 6680 Am Ende, kg/cm² 6330 bis 8790

Geschwindigkeit

Kolben- oder Stempelgeschwindigkeit, mm/Sekunde 0,38 bis 1,27

Auspreßgeschwindigkeit,

mm/Sekunde 7,6 bis 38

Widerstand gegen Fließfaktor K = 15 bis 21

Legierungen mit den folgenden Zusammensetzungen wurden nach der vorstehend beschnebenen Methode hergestellt:

55

60 Ziehen und 3stündiger Alterung bei 316° C die folgenden :

40

45

Schmelz probe	Zugfestig keit kg/mm2	Streck grenze 0,2% kg/mm2	Dehnung %	Härte
1 2 3 4	134,96 145,46 144,06 140,34	134,19 133,84 129,92	■ 7 3 2 3.	44Rc 43Rc 44 Rc

Schmelz--	Be	Co	Analyse DU	Cu
probe	%	%	%	%
1	1,88	0,26	0,17	Rest
2	1,98	0,25	0,39	Rest
3	1,98	0,25	0,46	Rest
4	1,98	0,25	■ 0,55	Rest

65

Die mechanischen Eigenschaften der obigen Proben sind nach einer Lösungsglühung bei 788° C und Wasserabschreckung, 37%iger Kaltverformung durch Einige andere, in den Rahmen der Erfindung fallende Legierungen sind die folgenden:

Beispiel 1 _{Gewichtsprozent}

Be 1,80 bis 2,05

Co oder Ni 0,20 bis 0,30

Pb \ .. 0,10 bis 0,75

Cu Rest

B e i S ρ i e 1 2 Gewichtsprozent

Be 1,65 bis 1,80

Co oder Ni 0,20 bis 0,30

Pb 0,10 bis 0,75

Cu Rest

Beispiel 3 Gewichtsprozent

Be '. 0,45 bis 0,70

Co 2,35 bis 2,70

Pb 0,10 bis 0,75

Cu : Rest

Aus vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen aus einer bleihaltigen, stranggepreßten Kupfer-Beryllium-Legierung mit verbesserter spanabhebender Bearbeitbarkeit, hoher Festigkeit und frei von Rissen schafft. Aus der Legierung gegossene

Barren werden dabei durch Strangpressen zu Stäben, Stangen oder Rohren als Endprodukt oder als Zwischenprodukt verarbeitet, die nach den üblichen Methoden noch weiter wärmebehandelt werden können.

Claims (6)

Patentansprüche: .

1. Verfahren zur Herstellung gut zerspan baren Halbzeugs aus bleihaltigen Kupfer-Beryllium-Le-

■ gierungen, bestehend aus 0,45 bis 2,05% Beryllium, 0,07 bis 1,0% Blei, Rest Kupfer, durch Strangpressen eines gegossenen Barrens aus der Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß der auszupressende Barren fast genau den Durchmesser des Strangpreßbehälters aufweist.

2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des gegossenen Barrens vor dem Auspressen 704 bis 788⁰C beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Barren unter einem Druck von -3.16$ bKiTiÜ-ÖO kg/cm² ausgepreßt wird.
'

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegossene Barren vor dem Auspressen homogenisiert wird.

5. Verfahren nach'Ahspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Barren bei 785° C lösungsgeglüht, gereinigt und anschließend an das Strangpressen kalt gezogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des auszupressenden Barrens 0,20 bis 2,70% Kobalt und/oder Nickel enthält.