DE1483271A1 - Kupfer-Eisen-Aluminium Legierungen mit Faserstruktur - Google Patents
Kupfer-Eisen-Aluminium Legierungen mit FaserstrukturInfo
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Description
National Reeearoh Development Corporation Kingsgate House 66-74 Victoria Street, London S.IÄM,
England
betreffend
Kupfer-Eisen-Aluminium Legierungen mit Faserstruktur
Kupfer-Eisen-Aluminium Legierungen mit Faserstruktur
Die Erfindung betrifft Kupfer-Eisen-Aluminium Legierungen, die erfindungsgemäß aus einer Grundmasse einer
kupferreichen festen Lösung mit einem Gehalt an Aluminium von etwa 5-10 Gew.-^ bestehen, in die in Form von Fasern
eine eisenreiche feste Lösung mit einem Aluminiumgehalt von etwa 10 - 20 Gew.-$ eingebettet ist.
Die erfindungsgemässe Legierung soll vorzugsweise nicht weniger als 20 Gew.-0Jo und nicht mehr als etwa
50 Gew.-^ an Eisen enthalten und der Gesamtgehalt an
Aluminium soll vorzugsweise weder größer als etwa 15 Gew.-^, noch geringer als etwa 5 Gew.-^ sein.
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H83271
Selbstverständlich oraucht die Faserstruktur nicht
auf tatsächliche Fasern beschränkt zu sein - sie kann aus
einer Vielzahl von z.B. Plättchen oder ahnlichem bestehen, aber die Form der Struktur wird im allgemeinen charakterisiert
durch die Anwesenheit von Teilchen der eisenreichen festen Lösung mit mindestens einer Langsdimension, die
um ein vielfaches grower ist als die Queraimension.
Die beigefügte Zeichnung gibt ein Zustandsdiagramm nach Braaley und Goidschraidt (J. Inst. Metals, 1939,£5 389)
wieder, das den Zustand von langsam gekühlten Legierungen in dem Kupfer-Eisen-Aluminiumsystem veranschaulicht. Da
Zustandsveranderungen bei Temperaturen unterhalb 500 C
langsam sind, wird das Diagramm allgemein als dem Gleichgewicht bei etwa 5000C entsprechend angesehen., Das Zustandsdiagramm
zeigt, daß bei Temperaturen in der Nähe von 5000C und darunter eine erfindungsgemässe Legierung
vorzugsweise praktisch aus einer der in dem schraffierten Gebiet angegebenen Zusammensetzungen besteht. Man sieht,
daß keine Neigung zur Bildung der ffp-Kupfer-Aluniiniumphase
in den erfindungsgemässen Legierungen besteht, mit Ausnahme in der Mähe der oberen Grenzwerte des Aluminiumgehalts.
In der Tat kann, wie das Zustandsdiagramm zeigt, der obere Grenzwert des Aluminiumgehaltes bei etwa 15 Gewe-?ü
liegen, wenn Eisen in höheren Konzentrationen vorliegt.
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H83271
Da Jedoch die ^p-Kupfer-Aluminiumphase spröde ist,
wird man es wahrscheinlich mit Bezug" auf die mechanischen Eigenschaften für wünschenswert halten, den Aluminiumgehalt
so sorgfältig zu steuern, daß dieser obere Grenzwert, wenn überhaupt, durch nur eine ganz geringe
Menge überschritten und so die Anwesenheit von mehr als einer vernachlässigbaren Menge von Einschlüssen
der 0.,-Kupfer-Aluminiumphase verhindert wird.
Die erfindungsgemässen Legierungen liegen fast
als
ausnahmslos zunächst G-ießlinge vor und werden unter Verwendung von Arbeitsverfahren hergestellt, die denen gleichen, die zur Herstellung der bekannten Aluminium/ Bronze/Legierungen angewendet werden unter Berücksichtigung des etwas höheren Schmelzpunktes, der im Bereich bis zu 1 3750C liegt, verglichen mit etwa 1 08O0G für die Aluminiumbronzen und einem längeren Erstarrungsbereich. Die Mikrostruktur in dem Gußgefüge der erfinüungsgemässen Legierungen besteht aus Dendriten der eisenreichen festen Lösung in der Grundmasse einer kupferreichen Phase und es scheint, daß diese eisenreiche feste Lösung die Fe~A.l-Phase in dem binären Pe-Al System unter Zusatz von etwa 5-10 Gew.-fo Kupfer in Lösung ist. Die Gieülinge müssen so bearbeitet werden, aaß die eisenreiche feste Lösung zu der gewünsch ten Faserform gedehnt oder gestreckt wird» In manchen Fällen kann eine befriedigende Faserstruktur durch
ausnahmslos zunächst G-ießlinge vor und werden unter Verwendung von Arbeitsverfahren hergestellt, die denen gleichen, die zur Herstellung der bekannten Aluminium/ Bronze/Legierungen angewendet werden unter Berücksichtigung des etwas höheren Schmelzpunktes, der im Bereich bis zu 1 3750C liegt, verglichen mit etwa 1 08O0G für die Aluminiumbronzen und einem längeren Erstarrungsbereich. Die Mikrostruktur in dem Gußgefüge der erfinüungsgemässen Legierungen besteht aus Dendriten der eisenreichen festen Lösung in der Grundmasse einer kupferreichen Phase und es scheint, daß diese eisenreiche feste Lösung die Fe~A.l-Phase in dem binären Pe-Al System unter Zusatz von etwa 5-10 Gew.-fo Kupfer in Lösung ist. Die Gieülinge müssen so bearbeitet werden, aaß die eisenreiche feste Lösung zu der gewünsch ten Faserform gedehnt oder gestreckt wird» In manchen Fällen kann eine befriedigende Faserstruktur durch
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Kaltbearbeitung des G-iesslings z.B, durch hydrostatisches
Strangverpressen erhalten werden, am Besten wird sie aber durch eine Warmformgebung, wie Strangpressen
oder Walzen erreicht. Die Faserstruktur kann jedoch noch weiter durch eine auf die Warmformgebung
folgende Kaltverarbeitung entwickelt werden.
Es wurden Versuche mit legierungen durchgeführt, in welchen das Verhältnis von Kupfer zu Eisen in
der Größenordnung von 1 t 1 und 1 t 2 liegt, und die Resultate sind in den folgenden Tabellen 1, 2 und 3
wiedergegeben.
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H8327.1
Mechanische Eisensehaften der Legierung 61Cu - 26Fe - 13Al
Zustand
Streckgrenze x kg/mm2 (tons/in2)
Zugfestigkeit
kg/mm (tons/in
kg/mm (tons/in
Sehnung
65,1
(41,1)
Heiß gewalzt zu Band
bei 6000C, 60 % Querschnittsverminderung
bei 70O0O, 87 % Querschnittsverminderung
49,4 49,4
(31,2) (31,2) ö2,6
(52,2) (68,0)
3,5 3,5
Stranggepresst 9*1 bei 9000C
86,5
(54,6) (65,9)
Stranggepresst 15:1 bei 80O0C
73,5
(46,4) 05,2
(66,8)
Stranggepresst 40:1 bei 8000C
77,9
(49,1) 07,3
(68', 1)
1,5
Streckgrenze 0,5
Tabelle II
Mechanische Eigenschaften der Legierung 59Cu - 33Fe - 8Al
Mechanische Eigenschaften der Legierung 59Cu - 33Fe - 8Al
Zustand
Streckgrenze** kg/mnr (tons/in^)
Zugfestigkeit 2 Dehnung kg/mm^ (tons/in j #
Stranggepresst 16:1 bei O0
51,1 (32,2) 69,7 (44,0)
29
Stranggepresst 16:1
bei 85O0C kalt gewalzt zu Band
Querschnittsvenninderung 80 °/o
105,5 (67,0)
Stranggepresst 16:1 bei 8500C,
kalt gewalzt Querschnittaverminderung 80 fo
angelassen' 5 h bei 5?Cr und mit H2O abgeschreckt
76,3 (48,2)
1Ί
xStreokgrenze 0,5 Ί»
909804/0912
Mechanische Eigenschaften der Legierung 45Cu -
- 10Al
Zustand
Streckgrenze kg/mnr (tonkin )
Zugfestigkeit kg/mm (t ons
Dehnung
Stranggenresst 9:1 bei 9000C
ü6,4 (42,2) 82,ö (52,6)
Stranggepresst 16:1 bei 95O0C
37,7* (23,9)' 80,3 (51,0)
13
Stranggepresst und heiü gewalzt, beides bei 95O0C, Gesamtquer
schnitt sverminderung 150:1
81,8 (52,0)
Stranggepresst 9i1 bei 9000C
kaltgewalzt zu Band Querschnittsverminderung ^O fo
114,ö (72,9)
Stranggepresst S:1 bei 95O0C
kaltgeschmiedet, Gesamtquerschnittsverminderung 80 a/o
kaltgeschmiedet, Gesamtquerschnittsverminderung 80 a/o
03,2 (65,5) 115,8 (73,5)
7,5
wie oben, aber angelassen
4 h bei 8000C, im Ofen abgekühlt
70,8 (45,0) 87,5 (55,6)
17,5
Streckgrenze 0,5 ^ Streckgrenze 0,1 i>
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K83271
Tabelle I zeigt, daß man, indem man einen Gießiing einer QuerschnittBverminderung um 50 - 90 °J» durch Heißwalzen
in einer Richtung und bei Temperaturen über 5000C
unterwirft, die Streckgrenze von erfindungsgemäseen Legierungen um einige 50 # erhöhen kann gegenüber der Streok-
zugeschrieben werden grenze, die für gewöhnlich Aluminiumbronze/, in welcher
der Eisengehalt nur bis zu 6 % betragt· Typische Werte
für diese Aluminiumbronzen sind Zugfestigkeiten von
2 / Dehn-
63-70 kg/mm (40 - 44,5 tons/sq..in·) und 'eung um
12 - 20 #. Strangpressen im Verhältnis von etwa 9 t 1
an aufwärts bei Temperaturen von etwa 800°-900°C ergibt, wie die Tabellen zeigen, auch ein Material mit Eigenschaften,
die jenen vergleichbar sind, die durch Heißwalzen mit geradem Durchzug erzielt werden können.
Darüberhinaus wurde festgestellt, daß durch anschließendes
Kaltbearbeiten des stranggepressten Materials wie
Walzen oder Schmieden zu Bandstahl oder zu Stangen sogar noch höhere Zugfestigkelten erzielt werden können, und
die Größenordnung der Ergebnisse, die durch die Weiterbearbeitung erzielt werden können, ist wiederum in den
Tabellen angegeben. Die zweckmässlgste Bearbeitung zur
Erzielung optimaler Resultate besteht in der Tat wahrscheinlich in einem Strangpressen, gefolgt von Kaltbearbeitung
wie Walzen, Schmieden oder Ziehen. Wenn die verhältnismäesig niedrigen Dehnungezahlen für bestimmte
Anwendungen nicht voll genügen, kann die Dehnfähigkeit
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des Materials durch Anlassen verbessert werden, allerdings zu Lasten der höchsten Zugfestigkeiten. Dies wird im Falle
der legierungen 45Ou - 45Fe - 10Al und 59Ou - 33Fe- 8Al
der Tabellen II und III erläutert.
Man hat festgestellt, daß bei den erfindungsgemässen
Legierungen die HäArte der eisenreichen Phase, obwohl
wesentlich größer als die der kupferreichen Grundmaase, immer noch in derselben Größenordnung lieg!?. Z.B. wurde
in einer Legierung die Härte der eisenreichen Phase mit 360 nach Vickers gemessen, während die Härte der kupferreichen
Phase 200 betrug. Daher erscheinen trotz der faserigen Natur der ersteren Phase die Legierungen nicht als
wirkliche sogenannte faserverstärkte Legierungen, da in diesen letzteren Legierungen die Härte des Fasermaterials für
gewöhnlich um mindestens eine Größenordnung höher ist, als die der Grundmasse. Die von den erfindungsgemässen
Legierungen erzielten hohen mechanischen Festigkeiten sind daher etwas unerwartet.
Manchmal betragen Kurze Festigkeiten in Querrichtung
einiger der erfindungsgemässen Legierungen lediglich einen Bruchteil, möglicherweise nicht mehr als 1/3 der Festigkeiten
in Längsrichtung und es scheint daher, daß die letzteren hohen Werte Ergebnisse der faserigen Form der
eisenreichen Phase in jedem einzelnen Falle sind.
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Gewiß, bei einem Eerbversuoh nach Izod bei Eaumteoperatur
mit Prüfstäben einer Legierung von einer
Zusammensetzung gemäß Tabelle II, wobei die Proben nur zum Teil zerbroohen werden, wies das Material eine gut entwickelte
Paserstruktur auf. Die Schlagwerte dieser legierungen
liegen jedoch im allgemeinen innerhalb eines weiten Bereiohs, je nach der Struktur des Materials.
Selbstverständlich können, während die Mengenver-BHtnisse
der Hauptbestandteile innerhalb der gegebenen Grenzen bleiben, geringe Mengen anderer Bestandteile
vorhanden sein, sowohl als normale Verunreinigungen ale auch in Form geringer Zusätze, z.B. um die fasrige
elsenreiche feste Lösung zu verstärken oder deren Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Solche Zusätze sind dem Pach-
wemt geläufig und werden daher hier nicht im einzelnen
aaageführt.
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Claims (6)
- Λ ν U-30 9Γ9Γ Ξ5 7~\Ι γ. Expl. jPatentansprüche 1483 27 1M. ) Kupfer-Eisen-Aluminium legierung, g e k e η η zeichnet durch eine kupferreiche feste Phase mit etwa 5-10 Gew.-^ Aluminium, die eine eisenreichere Phase mit etwa 10-20 Gew.-^ Aluminium in Form von Pasern enthält.
- 2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 20 - 50 Gew.-J& Eisen.
- 3. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gesamtgehalt von 5-15 Gew.-fi Aluminium.
- 4. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man die Paserform der eisenreicheren festen Phase durch Warm-. formgebung eines Legierungsgießlings, vorzugsweise durch Strangpressen mit einer Querschnittsverminderung von mindestens etwa 9 s 1 bei Temperaturen oberhalb 500°C erzielt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß man zur weiteren Ausbildung der909804/09121-44 U83271Fasern der eisenreicheren festen Phase kalt verformt.
- 6. Verfahren naoh Anspruch 5?f dadurch gekennzeichnet , daß man durch Kaltwalzen oder Kaltschmieden verformt.
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---|---|---|---|
GB52152/64A GB1137123A (en) | 1964-12-22 | 1964-12-22 | Improvements in and relating to copper/iron/aluminium alloys |
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DE1483271A1 true DE1483271A1 (de) | 1969-01-23 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19651483271 Pending DE1483271A1 (de) | 1964-12-22 | 1965-12-22 | Kupfer-Eisen-Aluminium Legierungen mit Faserstruktur |
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CH (1) | CH450733A (de) |
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GB (1) | GB1137123A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113088750A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-07-09 | 宁波金田铜业(集团)股份有限公司 | 一种铜铁合金线材及其制备方法 |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
US3902930A (en) * | 1972-03-13 | 1975-09-02 | Nippon Musical Instruments Mfg | Method of manufacturing iron-silicon-aluminum alloy particularly suitable for magnetic head core |
CN109943782B (zh) * | 2017-12-20 | 2021-02-02 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种00Cr17Ni14Mo2不锈钢阀块的加工方法 |
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---|---|---|---|---|
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- 1964-12-22 GB GB52152/64A patent/GB1137123A/en not_active Expired
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1965
- 1965-12-14 US US513786A patent/US3384517A/en not_active Expired - Lifetime
- 1965-12-22 CH CH1766865A patent/CH450733A/fr unknown
- 1965-12-22 DE DE19651483271 patent/DE1483271A1/de active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113088750A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-07-09 | 宁波金田铜业(集团)股份有限公司 | 一种铜铁合金线材及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3384517A (en) | 1968-05-21 |
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CH450733A (fr) | 1968-01-31 |
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