DE1608104B1 - PROCESS FOR INCREASING THE SOFTENING TEMPERATURE OF A COPPER ALLOY - Google Patents
PROCESS FOR INCREASING THE SOFTENING TEMPERATURE OF A COPPER ALLOYInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Erweichungstemperatur einer Kupfer-Bor-Schwefel-Legierung bei guter elektrischer Leitfähigkeit. Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist gegebenenfalls vorgesehen, die Legierung nach der Kaltverarbeitung einer Glühbehandlung zu unterwerfen, um dadurch Zwischenhärten zu erhalten.The invention relates to a method for increasing the softening temperature of a copper-boron-sulfur alloy with good electrical conductivity. In the method according to the invention, if necessary provided to subject the alloy to an annealing treatment after cold working to thereby To obtain intermediate hardening.
Es ist bekannt, daß Kupfer neben Silber als bester Leiter für Elektrizität und Wärme gilt. Die Leitfähigkeit wird jedoch im allgemeinen schon durch die Anwesenheit von Spuren anderer Elemente im Kupfer stark herabgesetzt.It is well known that copper is the best conductor of electricity and heat alongside silver. The conductivity however, it is generally caused by the presence of traces of other elements in the copper greatly reduced.
Kupfer hat auf den verschiedensten Gebieten Anwendung gefunden, wobei dem Metall — um es für d6n jeweiligen speziellen Verwendungszweck brauchbar zu machen — verschiedene andere Metalle zulegiert werden müssen. Dabei gingen zwangläufig die guten Leitfähigkeitseigenschaften verloren.Copper has found applications in the most varied of fields, with the metal - around it to make them usable for each special purpose - various other metals must be added. The good conductivity properties were inevitably lost.
Es sind schon zahlreiche. Versuche unternommen worden, für spezielle Verwendungszwecke geeignete Kupferlegierungen mit guter Leitfähigkeit herzustellen. Beispielsweise ist eine Kupfer-Bor-Legierung bekannt, die aus 0,02 bis 0,1 % Bor, Rest Kupfer sowie unvermeidliche Verunreinigungen besteht. Diese Legierung ist speziell für die Verwendung als Schweißstab zum Verbinden von Kupferstücken entwickelt worden.There are already numerous. Attempts made have been to produce suitable copper alloys with good conductivity for special purposes. For example, a copper-boron alloy is known which consists of 0.02 to 0.1% boron, the remainder copper as well as inevitable impurities. This alloy is specially designed for use as a welding rod for connecting copper pieces.
Beim Erhitzen behält Kupfer bis zu einer Temperatur von 175°C seine volle Härte bei, erweicht jedoch bei 2500C vollkommen. Es ist daher verschiedentlich versucht worden, die Erweichungstemperatur des Kupfers, durch Zulegieren zu erhöhen. So sind beispielsweise silber- oder cadmiumhaltige Kupferlegierungen bekannt, deren Erweichungstemperaturen auf nahezu 300 oder 4000C erhöht wurden. Cadmiumkupfer weist z. B. nach ausgiebigem Walzen eine Zugfestigkeit von 47,60 kg/mm2 auf und wird erst nach lOminutigem Erhitzen auf 400° C weich. Jedoch fällt die elektrische Leitfähigkeit dieser Legierungen weit unter den Leitfähigkeitswert von 100% IACS für reines Leitkupfer ab.When heated copper reserves up to a temperature of 175 ° C at its full hardness, but softened completely at 250 0 C. Various attempts have therefore been made to increase the softening temperature of copper by adding it to the alloy. For example, copper alloys containing silver or cadmium are known, the softening temperatures of which have been increased to almost 300 or 400 ° C. Cadmium copper shows z. B. after extensive rolling a tensile strength of 47.60 kg / mm 2 and only softens after 10 minutes of heating to 400 ° C. However, the electrical conductivity of these alloys falls far below the conductivity value of 100% IACS for pure conductive copper.
Der Erfindung lag 4ie Aufgabe zugrunde, eine Kupferlegierung einer solchen Behandlung zu unterziehen, daß die hohe elektrische Leitfähigkeit des Kupfers weitgehend erhalten bleibt und dabei gleichzeitig eine Erhöhung der Erweichungstemperatur erzielt wird, so daß die Legierung auf hohe Temperaturen erhitzt werden kann, ohne dabei zu erweichen.The invention was based on the object of subjecting a copper alloy to such a treatment, that the high electrical conductivity of copper is largely retained and at the same time an increase in the softening temperature is achieved, so that the alloy to high temperatures can be heated without softening.
Es wurde festgestellt, daß zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe eine Kupferlegierung geeignet ist, die aus 0,004 bis 0,3% Bor, 0,002 bis 0,1% Schwefel und gegebenenfalls Verunreinigungen in gelingen Mengen, Rest Kupfer besteht.It has been found that a copper alloy is suitable for achieving the object of the invention is, which consists of 0.004 to 0.3% boron, 0.002 to 0.1% sulfur and optionally impurities in quantities succeed, the remainder is copper.
Die Behandlung dieser Kupferlegierung erfolgt gemäß der Erfindungin der Weise,, daß die Bor und Schwefel innerhalb der oben angegebenen Grenzen enthaltende Legierung bei Temperaturen von 900 bis 10400C lösungsgeglüht, danach rasch auf Zimmertemperatur abgekühlt und kalt verformt wird.The treatment of these copper alloy according to the invention in such a manner ,, that the boron and sulfur is solution within the limits specified above containing alloy at temperatures of 900-1040 0 C, then rapidly cooled to room temperature and is cold worked.
Dadurch wird eine Legierung erhalten, deren Erweichungstemperatur über 450° C liegt und die eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 100% IACS aufweist.This gives an alloy whose softening temperature is above 450 ° C and which has an electrical conductivity of about 100% IACS.
Vorzugsweise wird das Lösungsglühen in einer nichtoxydierenden Atmosphäre vorgenommen. Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Legierung nach dem Lösungsglühen sogleich abgeschreckt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abschrecken während einer Zeit von weniger als 20 Sekunden durchgeführt.The solution treatment is preferably carried out in a non-oxidizing atmosphere. aside from that it has proven to be advantageous if the alloy is quenched immediately after the solution heat treatment will. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the quenching carried out for a time of less than 20 seconds.
Durch die erfindungsgemäße Behandlung wird der gut leitenden Legierung eine hohe Erweichungstemperatur verliehen.The treatment according to the invention gives the alloy with good conductivity a high softening temperature awarded.
Gegebenenfalls kann die erfindungsgemäß zu behandelnde Legierung dadurch auf Zwischenhärten gebracht werden, daß sie nach erfolgtem Glühen und Kaltverformen auf eine unterhalb ihrer Erweichungstemperatur liegenden Temperatur erhitzt wird.If necessary, the alloy to be treated according to the invention can thereby be brought to intermediate hardening that they are after annealing and cold working to a temperature below their softening temperature lying temperature is heated.
Der hier benutzte Ausdruck »Erweichungstempelatur« bedeutet die niedrigste Glühtemperatur, welche einen merkbaren Abfall der Härte und Zugfestigkeit bewirkt. Es ist darunter auch die Temperatur zu verstehen, bei der als Funktion von der Zeit des Einhaltens eines konstanten Temperaturwertes eine allmähliche Änderung dieser Eigenschaften eintritt. Metallurgisch gesehen ist dies bedingt durch Eigenschaftsänderungen, die sich aus der Summe folgender Effekte ergeben: Erholung, Rekristallisation, Kornwachstum und durch Ausscheidung bedingte Härtungseffekte. ■The term "softening stamp" used here means the lowest annealing temperature, which causes a noticeable decrease in hardness and tensile strength. It is also to be understood as the temperature, in which, as a function of the time, a constant temperature value is maintained, a gradual Change in these properties occurs. From a metallurgical point of view, this is due to changes in properties, which result from the sum of the following effects: recovery, recrystallization, grain growth and hardening effects caused by precipitation. ■
Im folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an Beispielen näher erläutert werden.The following are preferred embodiments of the present invention are explained in more detail using examples.
Eine Probe von 1,65 cm einer erfindungsgemäß zu behandelnden Legierung aus 0,009% Bor, 0,0026% Schwefel und zwei Verunreinigungen von weniger als 0,002 % Eisen und 0,002 % Silicium, Rest Kupfer wurden 1 Stunde lang in einer Argon-Wasserstoff-Atmosphäre bei 900° C lösungsgeglüht und unmittelbar darauf mit Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt. Danach wurde die Probe auf 0,165 cm (90% Kaltreduktion) kaltgewalzt. Die Proben wurden zur Messung der Zugfestigkeit in einem Salzbad bei 400, 450 und 500° C 3,6 und 12 Minuten lang erhitzt und auf ihre Zugfestigkeit, Streckgrenze und Duktilität geprüft. Die Ergebnisse wurden in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Wie beobachtet wurde, trat merkbare Erweichung nur bei 500° C ein. Weiterhin konnte beobachtet werden, daß beim Wiedererhitzen des kaltgewalzten Kupfers auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur die Duktilität beträchtlich ansteigt, ohne daß dabei die Streckgrenze merkbar vermindert wird. (Die Duktilität wurde in einem Zugfestigkeitsprüfversuch als prozentuale Verlängerung [Dehnung] gemessen.)A sample of 1.65 cm of an alloy to be treated according to the invention made of 0.009% boron, 0.0026% Sulfur and two impurities of less than 0.002% iron and 0.002% silicon, the balance copper were solution heat treated for 1 hour in an argon-hydrogen atmosphere at 900 ° C and immediately then quenched with water to room temperature. After that, the sample was 0.165 cm (90% cold reduction) cold rolled. The samples were placed in a salt bath for measurement of tensile strength at 400, 450 and 500 ° C 3.6 and 12 minutes and heated to their tensile strength, yield point and Checked ductility. The results are compiled in the table below. As observed noticeable softening occurred only at 500 ° C. It could also be observed that the Reheating the cold rolled copper to a temperature below the softening temperature Ductility increases considerably without the yield strength being noticeably reduced. (The ductility was measured in a tensile strength test as the percentage elongation [elongation].)
festigkeit
kg/mm2 train
strength
kg / mm 2
grenze
0,5 »/ο
Dehnung
kg/mm2 Stretch
border
0.5 »/ ο
strain
kg / mm 2
(<5 5)
in "/οstrain
(<5 5)
in "/ ο
handelte Cu-Legierung \
Nach 3 Minuten
bei400°C
Nach 3 Minuten
bei400°C
Nach 6 Minuten
bei400°C
Nach 6 Minuten
bei400°C According to the invention, Γ
traded Cu alloy \
After 3 minutes
at 400 ° C
After 3 minutes
at 400 ° C
After 6 minutes
at 400 ° C
After 6 minutes
at 400 ° C
59,8
54,0
54,6
53,8
54,562.0
59.8
54.0
54.6
53.8
54.5
56,0
51,3
51,8
50,6
51,761.5
56.0
51.3
51.8
50.6
51.7
7
6,5
8
6,5
77.5
7th
6.5
8th
6.5
7th
Probesample
Nach 12 MinutenAfter 12 minutes
bei 4000C ....
Nach 12 Minutenat 400 0 C ....
After 12 minutes
bei 4000C ....
Nach 3 Minutenat 400 0 C ....
After 3 minutes
bei450°C ....
Nach 6 Minutenat 450 ° C ....
After 6 minutes
bei450°C ....
Nach 12 Minutenat 450 ° C ....
After 12 minutes
bei450°C ....
Nach 3 Minutenat 450 ° C ....
After 3 minutes
bei500°C ....
Nach 6 Minutenat 500 ° C ....
After 6 minutes
bei500°C at 500 ° C
Nach 12 MinutenAfter 12 minutes
bei500°C at 500 ° C
festigkeit
kg/mm2 train
strength
kg / mm 2
grenze
0,5·/,
Dehnung
kg/mm2 Stretch
border
0.5 /,
strain
kg / mm 2
Dehnung (<S 5)
in %Elongation (<S 5)
in %
1010
1111th
11,511.5
11,511.5
2626th
3131
In einem zweiten Beispiel wurde eine Kupfer-Bor-Schwefel-Legierung der folgenden Zusammensetzung verwendet: 0,009 % Bor, 0,0021% Schwefel, 0,001% Eisen, 0,002% Silicium, Rest Kupfer. Die Legierung war zu einem 1,152 cm Draht verarbeitet und auf einer Spule aufgewickelt. Der Draht wurde in einem Strang-Glühofen in einer Atmosphäre von gekracktem Ammoniak 7 Minuten lang in der Weise erhitzt, daß man den Draht durch eine etwa 4,5 m lange, auf 925 0C erhitzte Zone mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,6 m pro Minute hindurchführte. Der Draht wurde in Wasser abgeschreckt und kalt auf 0,15 cm gewalzt. Wenn der so verarbeitete Draht V2 Stunde lang einer Temperatur von 4500C ausgesetzt wurde, konnte keine nennenswerte Erweichung der Legierung beobachtet werden.In a second example, a copper-boron-sulfur alloy with the following composition was used: 0.009% boron, 0.0021% sulfur, 0.001% iron, 0.002% silicon, the remainder being copper. The alloy was made into 1.152 cm wire and wound on a spool. The wire was heated in a strand annealing furnace in an atmosphere of cracked ammonia for 7 minutes in such a way that the wire was passed through a zone about 4.5 m long and heated to 925 ° C. at a speed of about 0.6 m per minute passed. The wire was quenched in water and cold rolled to 0.15 cm. When the wire V processed in this way was exposed to a temperature of 450 ° C. for 2 hours, no appreciable softening of the alloy could be observed.
Wie bereits erwähnt, wird die angestrebte Erhöhung der Erweichungstemperatur des Kupfers bei Legierungen mit Borgehalten von 0,004 bis 0,3% und Schwefelgehalten von 0,002 bis 0,1% erzielt. Aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus sind jedoch Kupferlegierungen mit einem Borgehalt von etwa 0,007 bis 0,015% und Schwefelgehalten von etwa 0,003 bis etwa 0,006% besonders günstig.As already mentioned, the aim is to increase the softening temperature of copper in alloys achieved with boron contents of 0.004 to 0.3% and sulfur contents of 0.002 to 0.1%. the end economic considerations are out however copper alloys with a boron content of about 0.007 to 0.015% and sulfur contents of about 0.003 to about 0.006% are particularly favorable.
Sowohl bei den vorerwähnten Metallen als auch bei weiteren Proben, die zur Bestimmung der vorgenannten Werte hergestellt worden waren, lagen die Leitfähigkeitswerte sehr nahe bei 100% IACS, so daß in vielen Fällen Legierungen hoher Leitfähigkeit erhalten wurden.Both with the aforementioned metals and with other samples used to determine the aforementioned Values had been established, the conductivity values were very close to 100% IACS, so that high conductivity alloys were obtained in many cases.
Vergleichsversuche ergaben, daß Kupfer, das auf 75 bis 95% kalt verarbeitet worden war, eine Erweichungstemperatur von etwa 25O0C aufwies. Eine silberhaltige Kupferlegierung, die in gleicher Weise bearbeitet worden war, wies eine Erweichungstemperatur von 300° C auf, während eine ähnlich verarbeitete Cadmium-Kupfer-Legierung eine Erweichungstemperatur von 4000C zeigt. Demgegenüber tritt bei der erfindungsgemäß behandelten Legierung eine merkbare Erweichung erst bei Temperaturen über 5000C ein.Comparative experiments showed that copper, which had been cold worked to 75 to 95%, having a softening temperature of about 25O 0 C. A silver-containing copper alloy, which was processed in the same manner, had a softening temperature of 300 ° C, while a similarly processed cadmium-copper alloy exhibits a softening temperature of 400 0 C. In contrast, a softening occurs at an appreciable according to the invention treated alloy only at temperatures over 500 0 C.
Mit den folgenden Zahlenangaben soll die Anwendbarkeit der erfindungsgemäß behandelten Legierungen gezeigt werden. Es sind bereits mehrere handelsübliche Posten mit einem Gewicht von über etwa 13 600 kg vergossen, gewalzt, geglüht und wieThe following figures are intended to indicate the applicability of the alloys treated according to the invention to be shown. There are already several commercial items weighing over about 13 600 kg cast, rolled, annealed and how
ίο oben beschrieben fertiggewalzt worden. Der Borgehalt variierte zwischen 0,007 und 0,015%, während der Schwefelgehalt zwischen 0,0030 und 0,0059% lag. Dabei wurden Metalle erhalten, die hinsichtlich Erweichungstemperatur und Leitfähigkeit die angestrebten Eigenschaften aufwiesen. Die Leitfähigkeitswerte lagen zwischen 100,7 und 101,4% IACS. ίο has been finish-rolled as described above. The borrowing varied between 0.007 and 0.015%, while the sulfur content between 0.0030 and 0.0059% lay. Metals were obtained that had the desired softening temperature and conductivity Properties. The conductivity values were between 100.7 and 101.4% IACS.
Schließlich sollen noch folgende Vergleiche gezogen werden: Ein gewalztes Cadmiumkupfer mit einer Zugfestigkeit von 47,60 kg/mm2 wird nach 10 Minuten langem Erhitzen auf 4000C weich. Die in technischem Maßstab hergestellte erfindungsgemäß zu behandelnde Kupfer-Bor-Schwefel-Legierung zeigt nach dem Walzen eine Zugfestigkeit von 45,50 kg/mm2. Ihre Zugfestigkeit sinkt auf 39,90 kg/mm2 nach 15 MinutenFinally, the following comparisons should be made: A rolled cadmium copper with a tensile strength of 47.60 kg / mm 2 becomes soft after heating at 400 ° C. for 10 minutes. The copper-boron-sulfur alloy to be treated according to the invention and produced on an industrial scale shows, after rolling, a tensile strength of 45.50 kg / mm 2 . Their tensile strength drops to 39.90 kg / mm 2 after 15 minutes
a5 langem Erhitzen auf 4000C und 32,90 kg/mm2 nach 15 Minuten langem Erhitzen auf 4500C. Nach lstündigem Erhitzen auf 4000C ergibt sich eine Zugfestigkeit von 37,80 kg/mm2 und eine Zugfestigkeit von 27,30 kg/mm2 nach lstündigem Erhitzen auf 4500C. Dieses allmähliche Absinken innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne erlaubt ein Glühen auf Zwischenhärten. Diese Tatsache ist für die Herstellung der Legierung deshalb von entscheidendem Vorteil, weil das Metall während des Kaltwalzens auf seine endgültige Dicke reduziert und nachträglich auf die gewünschte Zwischenhärte geglüht werden kann. Es braucht daher nur ein einfacher Vorratsbestand gehalten zu werden, der den verschiedensten Härtungsbedingungen unterworfen werden kann. 5 a long heating at 400 0 C and 32.90 kg / mm 2 after 15 minutes heating to 450 0 C. After lstündigem heating to 400 0 C results in a tensile strength of 37.80 kg / mm 2 and a tensile strength of 27 , 30 kg / mm 2 after lstündigem heating to 450 0 C. This gradual decrease within a predetermined period allows a glow on intermediate curing. This fact is of decisive advantage for the production of the alloy because the metal can be reduced to its final thickness during cold rolling and subsequently annealed to the desired intermediate hardness. It is therefore only necessary to keep a simple stock that can be subjected to a wide variety of curing conditions.
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