DE1508341A1

DE1508341A1 - Verfahren zum metallischen Verbinden von Metallteilen aus Kupfer-Aluminiumlegierungen durch Hartloeten

Info

Publication number: DE1508341A1
Application number: DE19661508341
Authority: DE
Inventors: Irwin Broverman; Eichelman George H
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1965-05-25
Filing date: 1966-05-25
Publication date: 1970-02-12
Also published as: SE344419B; US3345156A

Description

"Verfahren zum metallischen Verbinden von Metallteilen aus Kupfer-Aluainiumlegierungen durch Hartlöten"

zeugmotoren die Leitungen an den Tank gelötet werden, wobei die Lötstelle eine hohe Festigkeit aufweinen muss, damit kein Lecken auftritt. Häufig müssen auch zwei verschiedene Kupferlegierungen oder aber zwei oder mehrere Oberflächen aus derselben Kupferlegierung me- tallisch verbunden werden. Dies ist zum Beispiel bei der Verbindung zusammengehöriger Einzelteile von Wärmeaustausehertanks und -leitungen und bei der Herstellung von elastischen Verbindungsteilen der Fall. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Herstel- lung von Wärmeaustauscherleitungen aus Kupferstreiten. In allen Pällen müssen Teile aus Kupferlegierungen metallisch verbunden werden und die erhaltenen Körper sollen gute physikalische Eigenschaften, einschliesslich einer hohen Festigkeit der Verbindungsstelle, aufweisen, ohne dass eine Herabsetzung der physikalischen Eigenschaften der miteinander verbundenen Grundwerkstoffe auf- tritt.

tei t:bn jr.@i:, z.D. bei Druck- oder Vakuumanlagen.
Oie Hei-stellung von hochfesten, hartgelöteten Körpern aus Kupferlegiorungen, die gegenüber entsprechenden weichgelöteten Körtl;:rn eine höher. e Festigkeit der Lötotelle aufweisen, ist daber Fror f,-rnuSe'1 Interesse. Jedoch müssen zu verlötende Kupfer-1egierunUen auf ::inc Temperatur. von bis zu etwa 538°C, in vielen :@@äl? en bis 2_u etwa 816°C erhitzt werden, was gegenwärtig nichtdurchführbar ist, da durch des Hartlötverfahren herkömmliche Kup-;ie@.@iu@en völlig erweicht werden und darüberhinaua eine Nachhärtung vf-@aöfieter I!_unferle gierungen unzweckmässig ist. Die Erfindung bezweckt es, ein metallisches Verbinden von Metallteilen aus ILtipferlegyerungen durch Hartlöten zu ermöglichen; das Verfahren ist einfach, und die erhaltenen hartgelöteten Körper sind in ihren physikalischen Eigenschaften entsprechenden herkümmlichen Körpern Überlegen. Die Lötstellen der erfindungsgemäss herstellbaren Körper aus Kupferlegieru#agen weisen eine hohe Festigkeit auf, und insbesondere die verlöteten Grundwerkstoffe erreichen äusserst hohe, überraschende Festigkeitswerte. Demgemäss ist das erfindureegemässe Verfahren sum metallischen Verbinden von Metallteilen aus Kupfer-Aluminiumlegierungen durch Hartlöten dadurch gekennzeichnet, dass als Grundwerkstoffe zum Verbinden ge`h'",:lzie Kupfer-Aluminiumlegierungen mit einem Gehalt _t1011 9r0 b4-9 7-1,8 ü Aluminium verirendet werden, dass ein Flusemittel und ein Hartlot auf die zu verbindenden Oberflächen aufgebracht wird, wobei das Hartlot einen Schmelzpunkt oberhalb etwa 565°C, jedoch unterhalb des Schmelzpunkte der Kupfer-Alu.-miniumlegierung aufweist, und das Flussmittel unterhalb den Hartlote schmilzt, dass man die zu verbindenden Grundwerkstoffe mit flus'smittel und Hartlot zwischen den 2u verbindenden Oberflächen in innige Berührung bringt und den Aufbau auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Hartlots, jedoch unterhalb des Sehmelzpiulkts der Kupfer--Aluminiumlegierung, erhitzt und ansch?iesaond rasch in einer Geschwindigkeit von mindestens l67o/min auf eine TeLiperatur von mindestens 5380C abkühlt. Die erfindungsgemäss herstellbaren hochfesten, hartgelöteten Metallkörper weisen mindestens zwei miteinander $u verbindende Oberflächen auf, wobei die zu verbindenden Metalltei=le aus der vorstehenden Kupfer-Aluminiumlegiermg bestehen, die 5 bis 95 ,% ß-Phase und Rest a---Phase enthält. Die Legierungen weisen eine gleichmässige, feine Kornstruktur mit einer Korngrösse von weniger als 0,065 inm auf und werden mittels eines Hartlote verbunden, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Kupfer-Aluminiumlegierung liegt. Die erfindungsgemäss herstellbaren hartgelöteten Metallkörper sind durch eine aussergewöhnlich hohe Festigkeit gekennzeichnet, wobei die Festigkeit der Lötstelle im allgemeinen grösser als die des verwendeten Grundwerkstoffs ist. Z.8. wurde festgestellt, dass die Zugfestigkeit eines erfindungsgemäee hergestellten ' hartgelöteten Metallkörpers (bestehend aus einer Kupfer-Aluminiumlegzer?ari.--; mit einem Gehalt von 9,8 % Aluminium) grösser als 7030 kg/am 2, d. i. die Zugfestigkeit des Grundwerkstoffe. Die miteinander verbitedenen Oberflächen wiesen dabei eine Stärke von 1, 016 mm auf, des Hartlot bestand aus einer KupferlegiESrung mit einem khoephorgehalt von 7%, die hötteraperatur betrug 816°C und die Breite der Überlappung am Stoss betrug 7,14 mm- In diesem Fall brach, wie üblich, der Grundwerkstoff eher als die Lötstelle, d.h. die Festigkeit der Lötstelle hängt einzig und allein von der Festigkeit des Grundwerkstoffs ab. Darüberhinaus wiesen die ver- löteten Lagierungen eine gleichmässige, feine Korbstruktur mit einer :%orngrösse von weniger als 0,065 mm Durchmesser auf, und die Anteile an 0U- und ß-Phase bewegten sich innerhalb des vor- stehend angegebenen Bereichen. Die hohe Festigkeit der erfindungsgemäss hergestellten Metallkörper aus Kupfer-Aluminiumlegierungen ist besondere überraschend. Bisher konnte eine Festigkeit von wenigstens annähernd 7030 kg/cm2 nicht erzielt werden, da der Grundwerkstoff nicht so fest war, oder zwar anfänglich eine derart hohe Festigkeit aufwies, aber durch die beim Hartlöten angewendeten hohen Temperaturen spröde wurde. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird jedoch überraschenderweise die Festigkeit des Grundwerkstoffe erhöht. Z.B: weist die vorstehende Kupfer-Aluminiumlegierung mit einem Ge- halt an Aluminium voix 9,8 y6 nach Glühbehandlung eine Festigkeit von etwa 5976 kg/cm 2, nach dem wie vorstehend beschriebenen Hartlöten jedoch eine Festigkeit von über 7030 kg/cm 2 auf. Dem- gegenüber hat handelsübliches 70--30 Messing in härtestem Zustand eine Zugfestigkeit von 7030 kg/0a2- Nach dem Hartlöten bei einer Temperatur von 732 °C und bei im übrigen gleichen, wie vorstehend beschriebenen Bedingungen, betrug die Zugfestigkeit 2953 kg/cu,2, und der Grundwerkstoff brach eher als die hötatelle. In diesen Fall hatte der Grundwerkstoff eine metallographische Kornstruktur mit einer Korngrösse von etwa 0,3 mm. Ein besonders überraschendes und vorteilhaften gennzeichßn des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, daos durch das

wird. Normalerweise verursacht ein Hartlöten bei hohen Temperaturen Korngrössenwachstum in der Umgebung der Lötstelle, was eine Verschlechterung der gewünschten physikalischen Eigenschaften zur folge hat. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird jedoch die feine Korngrösse von weniger als 0,065 mm auch nach der Anwendung einer hohen Löttemperatur beibehalten. Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Hartlötvertahren besteht darin, dass unter Normalbedingungen das Hartlöten ein itbermässiges Eindiffundieren des Hartlotsin den Grundwerkstoff, insbesondere an den Korngrenzen, verursacht. Dies führt sehr häufig zu einem Sprödewerden des Grundwerkstoffe.dureh die Bildung von groben intermetallischen Verbindungen. Erfindungegemäes dringt jedoch das Hartlot nur begrenzt in den Grundwerkstoff ein, im allgemeinen nur bis zu einer Tiefe von weniger als einem Korndurchmesser, d.h. 0,065 mm. Dies stellt einen bedeutenden Vorteil dar, da dadurch ein Sprödewerden durch die Bildung von groben intermetallischen Verbindungen vermieden wird.
Die erfindungsgemäss verwendeten Kupfer--Aluninlumlegierungen können entweder aus binären Kupfer-Aluminiumlegierungen der vore i oherilen Zusst!::iensetzung besterzen oder zusätzlich 0,05 bis 59G my:idetone eines weiteren Elemente enthalten, das eine Löslichkeit in festem Zustand in Kupfer von weniger als 4,0,% auf- weist und das mindestens eine intermetallieehe Hindung mit Aluminium bil(Iet. Die Gesamtmenge der Zusatzelemente soll weniger als 10,0 % und vorzugsweise weniger als 5,0 betragen. Vorz ugsweise werden folgende Zusatzelemente in den nachstehend angegebenen Mengen verwendet: Eisen; 2,0 bis 5,0 y6, vorzugsweise 3 bim 4 @; Cliron; J, dlt. bis 2"0 %, vorzugsweise 1 bis 2 96; Titan 0,4 bis 2.,0 p, vorzugeweise 1 bis 2 %; Zirkon; 0,05 bis 0,2 96, vorzugsweise 0,3. bis 0,2 %; Molybdän:0,4 bis 2,0 %, vorzugsweise 1 bis 2 ;ro; Niob:0,4 bis 2,0 96, vorzugsweise 1 bis 2 @; 9anadium: (?t4 bis 2,0 %, vorzugsweise 1 bis 2 %, sowie Gemische aus diesen Elementen. Enthält die Legierung mindestens eines der vorstehend genannten Zusatzelemente, so enthält die Mikrostruktur der Legierung eine Dispersion, die wahrscheinlich teilweise aus einer oder mehreren intermetallisohen Verbindungen besteht, die von Aluminium und je- weile einem der erfindungsgemäss verwendeten Zusatzelemente ge- bildet wird. Die metallographische Kornstruktur der Legierung ist gleichmässig und fein mit einer Korngrösse von weniger als 0.065 mm., und im allgemeinen weniger als 0,040 mm. .E@rfindtangagewäss wird. vorzugsweise eine Kupfer-Aluminiumlegierung verwendet, die mindestens,eines der vorstehend angegebenen Zusatzelemente enthält. Das Zusatzelement bzw. die Zusatzelemente dienen dazu, das Korngrössenwaohstum zu verhindern, so dass mit dem Zusatzelement, bzw. den Zusatzelementen, eine noch feinere Korngrösse erzielt wird, als die binäre Kupfer-Aluminiumlegierung allein aufweist. Diese weitere Verbesserung der Korngrösse ist auf die vorstehende Dispersion einschliesslich der intermetallisohen Verbindung bzw. Verbindungen, zurückzuführen, deren hauptsächlicher Effekt darin besteht, dass bei der ternären Legierung sogar noch höhere Pestigkeitewerte erzielt werden als bei, der binären Legierung. Die zu verbindenen Legierungen enthalten vorzugsweise 9,4 bis 10,4 % Aluminium; besonders bevorzugt ist ein Gehalt von 9,8 bis 10,0 % Aluminium. Das Zusatzelement soll vorzugsweise intermetallische Verbindungen mit Aluminium bilden. Darüberhinaus sollen das Zusatzelement und/oder die gebildeten intermetallisehen Verbindungen in Kupfer vorzugsweise eine Dispersion bilden und eine begrenzte Löslichkeit in festem Zustand bei Tempera- turen bis zu 982°C aufweisen. Der Rest der Legierung besteht im wesentlichen aus Kupfer, d.h. sie kann übliche Verunreinigungen oder andere Stoffe enthalten, die die physikalischen Eigenschaften der Legierung nicht wesentlich herabsetzen. Beispiele für derartige gegebenenfalls anwesende Elemente sind Zinn, Zink, Blei, Nickel, Silicium, Silber, Phosphor, Magnesium, Antimon, wismuth. und Arsen. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren liegen die zu verbindenden Kupfer-Aluminiumlegierungen in tempergewalztem Zuej üend vor. ai eser Zustand wird dadurch erzielt, .dass die hegiey rung der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung bei einer Tem-peratur von 1010 bis 538°C heiss bearbeitet und anschliessend bei einer i'emperatur unterhalb 2600C kalt bearbeitet mied. Das Heiss- und Naltbearbeiten erfolgt vorzugsweise durch Warm- bzw. Kaltwalzen, kann aber auch z.B. Schweissen, Strangpressen, Ziehen, Gesenkschmieden und Kaltschweissen umfassen. Das Warmwalzen er- fölgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 899 bis 538°C und das Kaltwalzen vorzugsweise bei einer Temperatur von -17,8 bis 93°C. Nach dem Warmwalzen uzid vor dem Kaltwalzen enthält die Legierung die grösstmögliche Menge an ef-Phase, die durch das Phasengleiohgewicht für diese bestimmte Zusammensetzung bestimrut wird. Die Erzielung einer maximalen Menge an «-Phase wird dadurch gewährleistet, dass die Legierung mindestens 2 Min. entweder während oder nach dem Warmwalzen bei einer Temperatur zwischen 566 und 593°C gehalten wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass man die Legierung langsam Während des normalen Verlaufs des Warmwalzens innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs abkühlt. Nach dem Kaltwalzen kann die Legierung bei einer Temperatur von 538 bis 760°C, vorzugsweise 538 bis 593°C und insbesondere 566 bis 5930C geglüht werden. Bei der bevorzugten Auaführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Kaltwal- und die Glühbehandlungsstufe vorzugsweise mehrfach wiederholt, wobei die günstigsten Ergebnisse erzielt wurden, wenn das galtwalzen und die Glühbehandlung in drei Zyklen durchgeführt wurde. Die Legierung enthält nach dem Temperwalzen und gegebenenfalls Glühen 5 bis 95 A B-Phase und Rest «-phase. Nach dem Ter;ijrwelzen und vorzugsweise anschliessender Glühbehandlung werden Flussmittel und Hartlot auf die zu verbindenden Oberflächen aufgetragen,und die Hartlötung wird wie vorstehend beschrieben durchgeführt. Die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemäss hergestellten hartgelöteten Körper werden durch die Hartlötung bei erhöhten Temperaturen erzielt. Die zu verbindenden `feile werden bei einer Temperatur von 2.B. 593 bis 9820C hartgelätet,und dabei wird die als Grundwerkstoff verwen- dete Legierung in einem hohen Anteil in die ß-Phase umgewandelt. Das aneehliessende rasche Abschrecken auf mindestens 538°C mit einer Kühlgeschwindigkeit von mindestens 167o/min führt zu hohen Festigkeitswerten der Legierung, d.h. einer Umwandlung in die ß-Phase. wird mit ;Iasser und mit einer Geechwindigkeit von etwa 55380 /min rasch auf eine Temperatur von vorzugs-weise unterhalb 427°C abgeschreckt. Bei den raschen Abkühlen wird in der Legierung ein hoher Anteil an ß-Phase beibehalten und die 8-Phase wird einer strukturellen Umwandlung unterzogen, die als eine Martensitumwandlung bekannt ist und zu einer beträchtlichen Steigerung der Festigkeit führt, wodurch die Legierung eine hervorragende Kombination von Festig-keit und Duktilität aufweist. Dartuberhinaus führt auch die An- wesenheit der vorstehend beschriebenen Dispersion zu demselben vorstehend genannten vorteilhaften Et fekt. Man erhält also im Endergebnis einen hartgelöteten Körper mit hoher Festigkeit der Lötstelle und auseergewöhalieh hoher eetigkeit des Grundwerk- stoffs.

Dass FJusemittel soll einen Schmelzpunkt aufweisen, der unterhalb des Schmelzpunktes das Hartlots liegt. Es kann jedes herkömmliche Flussmittel für Aluminiumlegierungen verwendet werden, L. B. ein FZuagmittel, das Aluminium- und Kupferoxyde entfernt und eine ton Oxyden freie Metall- oder Metallegierungsoberfläehe freilegt. Zweck der Verwendung eines Flussmittels ist die E'rzielung von reinen Metalloberflächen, so dass ein Kontakt zwischen den beiden zu verlötenden Metallteilen erzielt und die Benetzbarkeit verbessert wird.
Die Art und Weise der Aufbringung des Flussmittels ist nicht besonders kritisch. Das Flussmittel wird auf die zu verlötenden Oberflächen aufgebracht, damit reines Metall auf die vorstehend beschriebene :Meise erzielt wird. Das Flussmittel wird vorzugsweise in Form einer Faste hei Raumtemperatur aufgetragen.
,ii:@ Ute'. und. `aar tlot können getrennt oder aber vorzugaweis E in eia@osr@ .erbe i ;@:ge.n@r aufgetragen werden. Das Hartlot wird-. A .m meinen in-fester Form und häu.fij; als Lötdraht oder als Pulver im Gemisch mit @ler P? ussmittelpaste aufgebracht.
Hartlot und Flussmittel werden auf die Oberflächen der zu verlö- tenden Metallteile aufgebracht., die vorzugsweise aus derselben KupferR'AlurjiJ.niumlegierung bestehen. Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst jedoch auch die metallische Verbindung von unterschiedlichen 'X.upfer-=Aluminivumlegierungen sowie die metallische Verbindung von unterschiedlich geformten Oberflächen von Teilen aus derselben Kupfer-Aluminiumlegierung, wie es z.B. bei der Eierstellung von Wärmeaustauscherleitungen aus Kupferstreifen der Fall ist. Die Tatsache, dass das erfindungsgemässe Verfahren das Hartlöten bei normalerweise erhöhter Temperatur umfasst, ist ein überraschender Aspekt des erfindungsgemässen Verfahrene. Bei den herkömmlichen Verfahren werden durch das Hartlöten oder die Wärmebehandlung von Kupferlegierungen bei normalerweise hohen Hartlöttemperaturen die physikalischen gigensohaften der Grundwerkstoffe herabgesetzt, da bei derartigen Hartlöttemperaturen ein Aueglühen erfolgt, d.h. die hartlöttemperatur für Kupferlegierungen liegt gewöhnlich oberhalb 538°C und die Wärmebehandlung von Kupferlegierungen in diesen Temperaturbereichen führt zu einer be- trächtlichen Verschlechterung der ßigenschaften der Legierung. Der Schmelzpunkt des verwendeten Hartlots soll unterhalb den Schmelzpunkt der zu verlötenden Kupferlegierung liegen, d.h. nAterhalb etwa 1038°C. Desgleichen muss das Hartlot einen Sehmelz-r punkt oberhalb etwa 5650C, jedoch unterhalb des Schmelzpunkts der betreffenden zu verlötenden Kupfer-Aluminiumlegierung aufweinen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässest Verfahrens weist das Hartlot einen Solidus-Liquidus-Temperaturber^ich von 704 bis 927°C auf, da dies der bevorzugte Temperaturbereich ist, in dem die erfiiidungs;emäss verwendeten Legierungen automatisch zu einem grossen Teil in die D-Phase umgewandelt werden. Werden die Legierungen in dem Temperaturbereich des Schmelzpunkts des Hartlots hartgelötet und anschliessend erfindungsgemäss rasch abgekühlt, so erhält man einen hervorragenden hartgelöteten Körper, wobei die Grundwerkstoffe besonders hohe Festigkeitswerte entwickeln. Dies stellt einen besondere überraschenden und äusserst vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung dar, da der Temperaturbereich für das Hartlöten sich zufällig mit dem Temperaturbereich deckt, in dem diese Legierungen zu einem grossen Teil in die 9-Phase umgewandelt werden, wodurch sich ein ungewöhnliches Zusammentreffen von Umständen ergibt, die die Herstellung von hochfesten hartgelöteten Körpern ermöglichen. Innerhalb der vorstehend angegebenen Einschränkungen kann jede Art von Hartlot verwendet werden, nur soll das Hartlot oberhalb etwa 565°C schmelzen, da bei dieser Temperatur die eutebtoide Umwandlung dieser Kupfer-Aluminiumlegierungen eintritt. Das Hartlot soll bei der Hartlöttemperatur fliessfähig sein und sich nicht zusammenballen oder verklumpen, sondern sich gleichmässig über die Oberfläche des zu verlötenden Grundwerkstoffs vertei- len und diese benetzen. Darüberhinana kann jedes Flussmittel ver- wendet worden, das unterhalb des Hartlote schmilzt und Aluminium-und Kupferoxyde löst. Das Plus@t:;ittel kann z. B. ein Gemisch aus Metallhalogeniden= wie Natrium-, Kalium-, Zink--, Lithium- oder Aluminiumchlorid und Lithiunfluorid,enthalten, die die Aluminium--oxyde lösen, sowie Boroxyd und seine Verbindungen, wie Kaliumborat oder riatriumborat und die Kupferoxyde lösen. Beiopiele für erfindungsgemäss verwendete Hartlote sind: Silberlote, die Silber, Kupfer und Zink in verschiedenen Mengen und in manchen Fällen weitere Zusätze wie Cadmium, Phosphor und Zinn enthalten, wie z. B. eine Legierung mit einem Gehalt von 50 % Silber, 16 % Kupfer, 16 % Zink und 18 % Cadmium mit einem Schmelzpunkt von 635°C; eine Legierung mit einem Gehalt von 15@ Silber, 80 % Kupfer, 5 % Phosphor, die bei 704°C schmilzt,oder eine Legierung mit einem Gehalt von 56 % Silber, 22 % Kupfer, 17 Gink und 5 % zoinn, die bei 9270C schmilzt. Weiterhin können Kupfer-Phosphorlegierungen, z.B. mit einem Gehalt von 5 bis 7 % Phosphor und einem Schmelzpunkt von 732 bis 7880C Kupfer-Zinklegierungen, z.8. mit einem Gehalt von 52 % Kupfer und 48 % Zink und einem Schmelzpunkt von etwa 8710C oder eine Legierung mit einem Gehalt von 52 % Kupfer, 45 y6 Zink und 3 y6 Zinn mit einem Schmelzpunkt von etwa 8820C als Hartlot verwendet werden. Das Hartlöten erfolgt auf herkömmliche 'deine, d.h. die zu verbindenden Grundwerkstoffe werden mit Flussmittel und Hartlot zwischen den zu verbindenden Oberflächen in innige Berührung gebracht und der Aufbau wird auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Hartlots, jedoch unterhalb des Schmelzpunkts der Zu verbindenden Legierungen erhitzt. Nach dem Erhitzen wird der rufbau rasch in der vorsten.End beschriebenen weise abgekühlt 1und mnn erhält einen hartgelöteten Metallkörper von ungewöhr_lioh hoher Festigkeit. Erfindungsgemäss können die Eigenschaften der hartgelöteten Metallkörper durch nachfolgende Bearbeitung noch weiter verbessert werden. Ler hartgelötete Metallkörper kann s. B. nach dem Hartlöten und raschen Abkühlen, d.h. den Stufenyin denen die Umwandlung in die ß-Phase erfolgt, wärmevergütet werden. Diese Wärme- vergütung führt zu eine: noch grösseren Festigkeit des Grundwerk- stoffs, vor allem wird die Streckgrenze erhöht. Dies wird dadurch erielt, dass man den hartgelöteten Metallkörper mindestens 20 hin. bei einer Temperatur zwischen 260 und etwa 482, vorzugsweise zwischen etwa 316 und etwa 371°C hält. Diese Wärmevergütung kann entweder in einer gesonderten Wärmeberlandlungsstufe oder anlässlich einer weiteren metallischen Verbindung, z. B. mittels Weichlöten bei einer Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs der Wärmevergütung erfolgen. Die Erfindung ist nachstehend anhand der Beispiele näher erläutert. Beispiel 1 Aus Kathodenkupfer und technischem Aluminium werden Legierungen hergestellt, die 9,8 % Aluminium, 4 ;@ Eisen und Rest Kupfer ent- halten, und zu Giesslingen mit den Abmessungen 44,45 mm = 44,45 mit x 114,3 mm verarbeitet. Die Giesslinge werden in einem Temperaturbereich zwischen B71 bis 704.00 warmgewalzt und pro Stichdurchgang um 10 bis 20 % der Ausgangsdicke von 44,45 mm auf 2,54 mm heruntergewalzt.-Es hängt vor. allem vam Durchmesser der Yialze ab, um wieviel Prozent der Ausgangsdiobe die Giesslinge pro Stichdurchgang heruntergewalzt werden. Anschliessend werden die Legierungen 30 nein bei einer Temperatur von 5930C gehalten und hierauf zur Erzielung der best- möglichen Kaltwalzbarkeit luftgekühlt. Das Kaltwalzen der Legierung, wodurch diese auf 42 96 der Ausgangs- dicke heruntergewalzt wird, ergibt Legierungen mit einer Streckgrenze von 8015 kg/cm 2, einer Zugfestigkeit von 10 616 kg/em2 und eine entsprechende Abnahme der Dehnung auf 2,5 96. Die legi.erungen weisen eine gleiohmässige feine Korngrösse von weniger als 0,065 mm Durchmesser auf und das Verhältnis des Gehalts an « -- zu B--Phase liegt innerhalb des erfindungsgemässen Bereichs. Die erhaltene Legierung ist in tempergewalztem Zustand. Beispiel 2 Anschliessend an die in Beispiel 1 beschriebene Behandlung wird die Mikrostruktur der Legierungen durch Kaltwalzen in drei Stufen, wobei die Legierung nach jeder Kaltwalzstufe bei 593°C geglüht wird, weiter verfeinert. Die Dicke wird dabei von 2,54 mm auf 1,27 mm reduziert. Man erhält durch dieses Kaltwalzen und das Glühen bei 595°C nach jedem Stichdurchgang Korngrössen von etwa. 0,020 mm Durchmesser, wobei das Verhältnis des -Gehalts an c(_ zu B-Phase innerhalb des erfindungsgemässen Bereichs liegt. Die erhaltendn Legierungen sind in tempergewalztem und geglühtem Zustand, Bei@ps i,@el__2 Von den gemäss Beispiel 1 und .2 hergestellten Legierungen_werden Probestreifen mit den Ausmessungen 25,4 mm z 127 mm x 1,02 mm hergestellt. In den nachstehenden Beispielen wird als Hartlot das Hartlot 1 verwendet, das aus einem Gemisch aus 93 y6 Kupfer und 7 % Phosphor besteht und einen Schmelzpunkt von etwa 7320C aufweist. Das verwendete Flussmittel weist dic nachstehende Zusammensetzung auf

33 % - K802

28 % -- KCl

7 % - hiCl

5 % - 3Zn0 . 2B203

4 % - Aicl3

Rest -- H20

Die proben werden zugeschnitten, mit Methyläthylketon entfettet, in einer heissen, wässrigen Lösung von Schwefelsäure und Kalium- bichromat abgebeizt und trocken mit grober Stahlwolle abgerie- ben. Die Proben werden in einem Aufbau überlappend gehalten, wobei zuvor das vorstehende Flussmittel auf die zu verlötenden Oberflächen gebürstet und das Hartlot aufgebracht wird. Alle Muster werden in einEn auf 10100C erhitzten Ofen verbracht und nach dem Schmelzen des Hartlots 15 sec bzw. 55 sec dort belassen. Die Proben werden dann aus dem Ofen genommen und anschliessend rasch auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei zunächst mit .Druckluft und einer Kühlgeschwindigkeit von mindestens 1670/m in auf eine Temperatur unterhalb 4270C und anschliessend unter Normalbe.-dingungen auf Raumtemperatur gekühlt wird.

Nach dem herkömmlichen Verfahren (Amerioan Welding Society, Standard Test for Brazed Joints, 1963, S.60) werden die einseitig überlappt verlöteten Proben durch Ausfräsen am Mittelteil zu Zerreissproben mit einer Breite von 12,7 mm an der Lötstelle und einer Länge von 101,6 mm zugeschnitten. Die Proben werden mit einer Scherspannung beaufschlagt, bis der Überlappstoss bricht. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle T und 1I angegeben, wobei die in Tabelle I angeführten Proben nach Schmelzen des Hartlots wie vorstehend beschrieben noch 15 sec, die in Tabelle II noch 55 sec im Ofen belassen wurden.

Tabelle I

Festigkeit der Lötstellen

Breite Aufge- Scherspannung Zugspannung

der Über- brachte an der Lötstel- an der Lötstel- truchstelle

lappung, Last, 1e bei Bruch, 1e bei Bryuch,

mm kg kg/cm kg/cm

1,587 340 1 687 2 637 Lötstelle

3,97 828 1 645 6 416 Lötstelle

7,14 930 1 025 7 217. Metall

11,l1 912 503 7 066 Metall

13,49 925 541 7 171 Metall

17,06 907 418 7 031 Metall

21,03 907 340 7 031 Metall

25,4 934 290 7 242 Metall

Tabelle 11

Festigkeit der Lötstellen

Breite Aufge- Scherepannung Zugspannung an

der Über brachte an der Lötetel- an der Lötstel- Bruchstelle

Iappung, Last, 1e bei Pruch, le bei Bruch,

fLL kg kg/cm kg/cm

4,76 680 1. 125 5 273 Lötstelle

7r93 773 766 5 994 Lötstelle

10,011 930 684 7 207 Metall

14r68 921 494 7 136 Metall

16,66 889 420 6 890 Metall

21,03 880 329 6 819 Metall

25,00 898 288 6 961 Metall

Die verlöteten Körper weisen folgende Eigenschaften auf: Gehalt an ß--Phase 30 %, Gehalt an «-.Phase 70 p, gleichmässige, feine Korngrösse, selbst in der Umgebung der Lötstelle, Korngrösse etwa 0,030 mm. Das Hartlot dringt nicht sichtbar in den Grundwerkstoff ein. Beisviel 4 Unter Verwendung von Zähkupfer und 70430 Messing, des vorstehenden Hartlots 1 und eines Hartlots 2, d.h. einer Legierung aus 50 % Silber, 3 6 % Kupfer, 16 % Zink und 18 % Cadmium mit einem Schmelzpunkt von 635°C werden Vergleichsversuche durchgeführt. Die Proben werden gemäss dem Verfahren von Beispiel 3 behandelt, wobei. jedoch die Proben aus dem Ofen genommen werden, sobald das Hartlot völlig flüssig ist und zwischen den eich berührenden Oberflächen fliesst. Die Zugfestigkeit der Lötstellen ist nachstehend in Tabelle ZII angegeben.

Tabelle III

Grundwerk- Hartlot Breite Bruch- Zugfestig- Korn-

stoff der Über- stelle keit, 2 grosse,

lappung, kg/om mm

mm

Zähkupfer Hartlot 1 l,19 Metall 2 179 0,045

Zähkupfer Hartlot 2 1,19 Metall 2 179 0,036

70Q30 Hartlot 1 1,79 Metall 2 953 0,300

Messing

70-30 Hartlot 2 1,98 Metall 3 234 0,100

Messing

Hei jedem Grundwerkstoff brachen die Lötstellen eher als der Grundwerkstoff, wenn der UberlapItstose schmäler war. Die verlöteten Körper weisen folgende Eigenschaften aufs Beide Legierungen befinden sich in der «-Phase; der 7C-30 l'.esein" hat eine grobe Korngrösee; beide Grundwerkstoffe zeigen merkliches' "Eindringen des Hartlote in den Grundwerkstoff auf einer Strecke, die einem Mehrfachen des Korndurchmessers entspricht.

Claims

P a t e n t a n e p r ü e h e 1. Verfahren zum metallischen Verbinden von Metallteilen aus Kupfer-Aluminiumlegierungen durch Hartloten, d a d u roh g e k e n n z e i o h n e t, dass als Grundwerxstoffe zum Verbinden gewalzte Kupfer-Aluminiumlegierungen mit einem Gehalt von 9,0 bis 11,8 % Aluminium verwendet werden, dass ein Flussmittel und ein Hartlot auf die $u verbindenden Oberflächen aufgebracht wird, wobei das Hartlot einen Schmelzpunkt oberhalb etwa 565°C, jedoch unterhalb des Schmelzpunkts der Kupfer--Aluminiumlegierung aufweist, und das Flussmittel unterhalb den Hartlots schmilzt, dass man die zu verbindenden Grundwerkstoffe mit Flussmittel und Hartlot zwischen den zu verbindenden Oberflächen in innige Berühreng bringt, den Aufbau auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Hartlote, jedoch unterhalb des Schmelzpunkte der Kupfer-Aluminiumlegierung erhitzt und aneohlieseend rasch in einer Geschwindigkeit von mindestens 167o/'in auf eine Temperatur von mindestens 538°C abkühlt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u roh g e k e n n -z e i c h n e t, dass für das Hartlot ein Metall mit einem Solidus-Liquidus-Temperaturbereich zwischen 7G4 und 927°C vor- wendet wird, dass man den Aufbau auf eine Temperatur oberhalb des Solidus-Liquidus-Temperaturbereiche des Hartlots, jedoch unterhalb 927°C erhitzt und anschliessend in einer Geschwindigkeit von mindestens 167oC/min auf eine Temperatur unterhalb mindestens 427 °C abkühlt. 3. 'Terfahren nach Anspruch I. und 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass der Aufbau nach dem Abkühlen durch mindestens 30--minütiges Halten bei einer Temperatur von 260 bis 482°C wärmevergütet wird. 4. Verfahren nach Anspruch l bis 3, d a d u r c h g ek e n n z e i e h n e t, dass die Wärmevergütung im Anschluss an das Kühlen in einem Temperaturbereich von 260 bis 482°C in Verbindung mit einem nachfolgenden W'eichlötvorgang erfolgt. 5. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zu verbindenden Metallteile in tempergewalztem und geglühtem Zustand verwendet werden und dass das Flussmittel unterhalb 593°C schmilzt. 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r e h g e k e n n -z e i c h n e t, dass das Temperwalzen und Glühen der zu verbindenden Metallteile mittels a) Heissbearbeiten bei einer Temperatur zwischen 1010 und 538oCr b) Kaltbearbeiten bei einer Temperatur unterhalb 26C°C, e) Glühen bei einer Temperatur zwischen 538 und 760°C und d) anschliessendes Verformen zur gewünschten Form erfolgt. 7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r e h g e k e n n - . ,z e i e h n e t, dass die als Grundwerkstoff verwendete Kupfer-Aluminiumlegierung 9,0 bis 11,8 y6 Aluminium und 0,05 bis 5 y6 mindestens eifies zusätzlichen Elements enthält, das eine Löslichkeit in festem zustand in Kupfer von weniger als 4,0 % aufweist und mindestens eine intermetallisehe Verbindung mit Aluminium bi ldet, wobei die Gesamtmenge der zusätzlichen Elemente weniger als 1.0 ( der Legierung beträgt und der Rest der Legierung aus Kupfer 1)Ljtcllt. B. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Legierung 9,4 bis 10,4 % Aluminium enthält.