DE19501223A1 - Copper@ alloy containing chromium@, zirconium@, cerium and lanthanum - Google Patents

Copper@ alloy containing chromium@, zirconium@, cerium and lanthanum

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Abstract

Copper alloy contains in wt.%:- 0.05-0.5 Ce+La; max. 0.1Nd+Pr; 0.2-3 Cr+Zr; and balance Cu with or without Ag. Pref. the Ce, La, Nb and Pr are added to the alloy as a mischmetal in an amount of 0.5-0.5 wt.%. The alloy is treated by hot working, solution heat treatment, cold working, heat treatment, surface finishing and then final manufacturing, the cold working and heat treatment stages can be reversed. Hot working is carried out at 800-950 deg C using forging or extrusion to remove the cast grain structure. Solution heat treatment is carried out by heating to 800-1050 deg C and water in oil quenching. Cold working is carried out by rolling, forging or drawing at room temperature. Heat treatment is effected heating to 400-550 deg C followed by cooling in water, air or oil.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fertigungsprozeß und die thermomechanische Behandlung von Kupfer(Cu)-Chrom(Cr)-Zir­ kon(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung.The present invention relates to a manufacturing process and the thermomechanical treatment of copper (Cu) -chrome (Cr) -Zir Kon (Zr) -Cer (Ce) -lanthan (La) alloy.

Kupfer(Cu)-Chrom(Cr)-Zirkon(Zr)-Legierung, enthaltend Chrom(Cr) und Zirkon(Zr), kann mit einer elektrischen Leitfä­ higkeit von 80% der des reinen Kupfers hergestellt werden und seine Festigkeit läßt sich durch geeignete thermomechanische Behandlung auf das zwei- bis dreifache der des reinen Kupfers verstärken. Diese Legierung enthält zur gewerblichen Nutzung bisweilen eine winzigen Menge Silber(Ag) und wird mit Erfolg auf dem Gebiet der Elektrotechnik und der Elektronik einge­ setzt.Containing copper (Cu) -chromium (Cr) -zirconium (Zr) alloy Chromium (Cr) and zirconium (Zr), can with an electrical guide capability of 80% of that of pure copper and its strength can be determined by suitable thermomechanical Treatment two to three times that of pure copper reinforce. This alloy contains for commercial use sometimes a tiny amount of silver (Ag) and is successful in the field of electrical engineering and electronics puts.

Beim Einsatz für Hochleistungsschalter oder Elektroden zum Widerstandsschweißen werden jedoch zyklisch hohe elektrische Ströme und starker Druck angewandt. Dabei treten dann ver­ schiedene Probleme auf wie Erhitzen auf hohe Temperaturen und Verbrauch der Elektrodenspitzen mit Kontaktkleben.When used for high-performance switches or electrodes for Resistance welding, however, becomes cyclically high electrical Currents and strong pressure applied. Then ver problems such as heating to high temperatures and Consumption of the electrode tips with contact adhesive.

Durch Zugabe bestimmter besonderer Elemente beim Versuch einer Verbesserung der Materialeigenschaften kann im allge­ meinen in Abhängigkeit von bestimmten Zusatzelementen und deren Menge die Härte auf einen bestimmten Grad verbessert werden. Jedoch verschlechtert sich im allgemeinen dabei die elektrische Leitfähigkeit.By adding certain special elements to the experiment an improvement in the material properties can in general  mean depending on certain additional elements and the amount of which improves the hardness to a certain degree will. However, this generally worsens electric conductivity.

Die vorliegende Erfindung soll die obigen Nachteile der üblicherweise dafür eingesetzten Materialien verbessern.The present invention is intended to address the above drawbacks of Improve commonly used materials.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer neuen Legierung und deren thermomechanischen Behandlung bereitzustellen, in der enthal­ tenes Cer(Ce) und Lanthan(La) (die eine niedrige Festlösungs­ grenze und eine gute Reaktionsfähigkeit mit Kupfer(Cu) aufweisen) zur allgemein verwendeten Kupfer(Cu)-Chrom(Cr)- Zirkon(Zr)-Legierung zugegeben werden, so daß sich während der Vergütungsbehandlung bei 400-550°C nach der Festlösungs­ behandlung feine Präzipitate gleichmäßig ausbilden und es somit ermöglichen, die Härte und die elektrische Leitfähig­ keit der Matrix auf HRB 70-90 und IACS 70-90% einzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide a Process for producing a new alloy and its To provide thermomechanical treatment in the ent tenes cerium (Ce) and lanthanum (La) (which is a low solid solution limit and good reactivity with copper (Cu) to) commonly used copper (Cu) chromium (Cr) - Zirconium (Zr) alloy are added so that during the tempering treatment at 400-550 ° C after the solid solution treatment to form fine precipitates evenly and it thus allow the hardness and the electrical conductivity setting of the matrix to HRB 70-90 and IACS 70-90%.

Der Hauptbestandteil ist Kupfer(Cu) mit oder ohne Sil­ ber(Ag)-Gehalt, und unter Berücksichtigung der elektrischen Leitfähigkeit und der Härte werden Chrom(Cr) und Zirkon(Zr) in einer Menge von 0,20-3,0 Gew.-% zugegeben. Ferner werden Cer(Ce) und Lanthan(La) in einer Menge von 0,05-0,50 Gew.-% zugegeben, so daß sich bei der thermomechanischen Behandlung Präzipitate wie CuxCe und CuyLa ausbilden können, um auf diese Weise ein Legierungsschmelzenblöckchen herzustellen.The main component is copper (Cu) with or without silver (Ag) content, and taking into account the electrical conductivity and hardness, chromium (Cr) and zirconium (Zr) are used in an amount of 0.20-3.0 wt. -% added. Furthermore, cerium (Ce) and lanthanum (La) are added in an amount of 0.05-0.50% by weight, so that precipitates such as Cu x Ce and Cu y La can form during the thermomechanical treatment in order to act on them Way to make an alloy melt block.

Um den Gesamtgehalt von Cer(Ce) und Lanthan(La) auf 0,05-0,5 Gew.-% einzustellen, können 0,05-0,5 Gew.-% Mischmetall, das ist ein aus etwa 50 Gew.-% Cer(Ce), etwa 25 Gew.-% Lanthan(La), etwa 15 Gew.-% Neodym(Nd) und etwa 5 Gew.-% Praseodym(Pr) zusammengesetztes Material, zugesetzt werden. Es zeigt sich ein gutes Ergebnis.To the total content of cerium (Ce) and lanthanum (La) to 0.05-0.5 Adjust wt .-%, 0.05-0.5 wt .-% mixed metal, the is a from about 50 wt .-% cerium (Ce), about 25 wt .-% lanthanum (La), about 15 wt% neodymium (Nd) and about 5 wt% praseodymium (Pr) composite material to be added. It appears a good result.

Diese neue Legierung erfüllt die Vorgabe der angestrebten Härte bzw. der elektrischen Leitfähigkeit mit HRB 70-90 und IACS 70-90% bei drei Arten thermomechanischer Behandlung, wie nachstehend ausgeführt wird, so daß die Materialien oder Teile hergestellt werden können, und diese Legierung kann auch noch verbessert werden, so daß sie als Kontaktmaterial oder Widerstandsschweißelektroden eingesetzt werden kann.This new alloy meets the target of the target  Hardness or electrical conductivity with HRB 70-90 and IACS 70-90% for three types of thermomechanical treatment, such as is carried out below so that the materials or Parts can be made and this alloy can also be improved so that it can be used as a contact material or resistance welding electrodes can be used.

A. Erstes vorgeschlagenes VerfahrenA. First proposed procedure

(1) Heißbearbeiten - (2) Festlösungsbehandlung - (3) Kalt­ bearbeiten - (4) Vergütungsbehandlung - (5) Verbesserung, Schlichten und Teilefertigung.(1) hot working - (2) solid solution treatment - (3) cold edit - (4) compensation treatment - (5) improvement, Finishing and part production.

B. Zweites vorgeschlagenes VerfahrenB. Second proposed method

(1) Heißbearbeiten - (2) Festlösungsbehandlung - (4) Vergü­ tungsbehandlung - (3) Kaltbearbeiten - (5) Verbesserung, Schlichten und Teilefertigung.(1) Hot working - (2) Solid solution treatment - (4) Comp treatment - (3) cold working - (5) improvement, Finishing and part production.

C. Drittes vorgeschlagenes VerfahrenC. Third proposed procedure

(1) Heißbearbeiten - (2) Festlösungsbehandlung - (4) Vergü­ tungsbehandlung - (5) Verbesserung, Schlichten und Teilefer­ tigung.(1) Hot working - (2) Solid solution treatment - (4) Comp treatment - (5) improvement, finishing and part removal maintenance.

Hierbei sind die Bedingungen für die Behandlung der einzelnen Schritte wie folgt:Here are the conditions for the treatment of each Steps as follows:

(1) Heißbearbeiten(1) hot working

Das Heißbearbeiten wird ausgeführt bei 800-950°C, und Schmie­ den, Walzen und Strangpressen werden ausgeführt mit einem Bearbeitungsverhältnis, das das Gußgefüge entfernen kann.The hot working is carried out at 800-950 ° C, and Schmie The, rolls and extrusion presses are carried out with one Machining ratio that can remove the cast structure.

(2) Festlösungsbehandlung(2) Solid solution treatment

Diese wird ausgeführt durch Abschrecken in Wasser oder in Öl nach Erwärmen auf 800-1050°C während einer geeigneten Zeit­ spanne.This is done by quenching in water or in oil after heating to 800-1050 ° C for a suitable time span.

(3) Kaltbearbeiten(3) Cold working

Walzen, Schmieden oder Ziehen wird bei Zimmertemperatur ausgeführt.Rolling, forging or drawing is done at room temperature  executed.

(4) Vergütungsbehandlung(4) Compensation treatment

Erwärmen auf 400-500°C während einer geeigneten Zeitspanne, dann Kühlen in Wasser, Öl oder in der Luft.Heating to 400-500 ° C for a suitable period of time, then cooling in water, oil or in the air.

(5) Verbessern, Schlichten und Teilefertigung(5) Improve, finish and manufacture parts

Platten, Stangen oder Draht werden durch leichte Deformation verbessert, um Geradheit oder Ebenheit oder einen Ober­ flächenfeinzustand zu erhalten. Und dann werden die gewünsch­ ten Teile durch Schmieden, Walzen oder Kaltziehen herge­ stellt.Slabs, bars or wire are easily deformed improved to straightness or flatness or a waiter to obtain surface fine condition. And then the ones you want parts by forging, rolling or cold drawing poses.

Tabelle 1 zeigt die chemische Zusammensetzung der verschiede­ nen Musterlegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung, und Tabelle 2 zeigt die Härte und die elektrische Leitfähigkeit der thermomechanisch behandelten Musterlegierungen. Ein Block mit einer Dicke von 70 mm wird homogenisiert, dann (1) wird Heißbearbeitung bei 850°C auf eine Dicke von 10 mm durchge­ führt, um das Gußgefüge zu entfernen. (2) Er wird eine Stunde lang auf 950°C erwärmt und dann in Wasser abgekühlt und so wird die Festlösungsbehandlung abgeschlossen. (3) Die Kalt­ verarbeitung wird unter 85% Reduktion auf eine Dicke von 1,5 mm ausgeführt. (4) Der Block wird drei Stunden lang auf 425-550°C erwärmt, im Wasser gekühlt, und damit wird die Vergütungsbehandlung abgeschlossen.Table 1 shows the chemical composition of the various NEN pattern alloys according to the present invention, and Table 2 shows the hardness and the electrical conductivity of the thermomechanically treated sample alloys. A block with a thickness of 70 mm is homogenized, then (1) Hot processing at 850 ° C to a thickness of 10 mm leads to remove the cast structure. (2) He will be an hour heated to 950 ° C for a long time and then cooled in water and such the solid solution treatment is completed. (3) The Cold Processing is reduced to a thickness of 1.5 with a 85% reduction mm executed. (4) The block is open for three hours 425-550 ° C heated, cooled in water, and with that the Compensation treatment completed.

Nehmen wir jetzt Bezug auf Tabelle 2: Eine Cu-Cr-Zr-MS-Le­ gierung, der Cer(Ce) und Lanthan(La) durch Mischmetall der Cu-Cr-Legierung zugesetzt werden, verhindert die Einschrän­ kung des Überalterungseffekts bei hohen Temperaturen über 500°C im Vergleich zur Cu-Cr-Legierung. Ferner wird im Gesamtgewicht der zusätzlichen Elemente im Falle der Cu-Cr-Zr-MS-Legierung eine zufriedenstellende Härte und elektrische Leitfähigkeit hergestellt, auch wenn die Summe der Zusätze von Chrom(Cr), Zirkon(Zr) und Mischmetall (MS) weniger als 0,75 Gew.-% betrug. Damit läßt sich ein Vorteil gegenüber den herkömmlichen Legierungen erzielen.Let us now refer to Table 2: A Cu-Cr-Zr-MS-Le alloy, the cerium (Ce) and lanthanum (La) by mixed metal The addition of Cu-Cr alloy prevents the restriction the aging effect at high temperatures 500 ° C compared to the Cu-Cr alloy. Furthermore, in Total weight of the additional elements in the case of Cu-Cr-Zr-MS alloy a satisfactory hardness and electrical Conductivity established, even if the sum of the additives of chromium (Cr), zircon (Zr) and mixed metal (MS) less than  Was 0.75% by weight. This can be an advantage over the achieve conventional alloys.

Inzwischen zeigt sich bei den ausgefällten und nichtgelösten Chrom(Cr)-Partikeln in der genannten Cu-Cr-Zr-MS-Legierung eine gleichmäßigere und feine Verteilung, während sie auch in der Homogenität überlegen ist.In the meantime it shows up in the precipitated and unsolved Chromium (Cr) particles in the mentioned Cu-Cr-Zr-MS alloy a more even and fine distribution while also in is superior to homogeneity.

Ferner, wie in Tabelle 2 gezeigt wird, wenn der Zir­ kon(Zr)-Gehalt unter 2,0 Gew.-% liegt, verändern sich Härte und Leitfähigkeit nicht ernsthaft, und in dieser Hinsicht wird erwartet, daß, auch wenn der Zirkon(Zr)-Gehalt die 2,0 Gew.-% leicht überschreitet, der Trend der Eigenschaften ähnlich sein müßte.Furthermore, as shown in Table 2, when the Zir con (Zr) content is less than 2.0% by weight, hardness changes and conductivity not serious, and in that regard it is expected that even if the zirconium (Zr) content is 2.0 % By weight slightly exceeds the trend of properties should be similar.

Tabelle 1 Table 1

Beispiele für die chemische Zusammensetzung von Kupfer(Cu)-Chrom(Cr)-Zirkon(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung Einheit: Gew.-% Examples of the chemical composition of copper (Cu) chromium (Cr) zircon (Zr) -Cer (Ce) lanthanum (La) alloy unit:% by weight

Tabelle 2 Table 2

Härte und elektrische Leitfähigkeit thermomechanisch behandelter Kupfer(Cu)-Chrom(Cr)-Zirkon(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung (Härte: HRB, Leitfähigkeit: IACS%) Hardness and electrical conductivity of thermomechanically treated copper (Cu) -chrome (Cr) -zircon (Zr) -cer (Ce) -lanthanum (La) alloy (hardness: HRB, conductivity: IACS%)

Claims (6)

I. Kupfer(Cu)-Chrom(Cr)-Zirkon(Zr)-Cer(Ce)-Lan­ than(La)-Legierung enthaltend:
  • (1) 0,05-0,50 Gew.-% Cer(Ce)+Lanthan(La);
  • (2) bis 0,10 Gew.-% Neodym(Nd) + Praseodym(Pr);
  • (3) 0,20-3,00 Gew.-% Chrom(Cr)+Zirkon(Zr); und
  • (4) Rest Kupfer (Cu)+Silber(Ag).
I. Copper (Cu) Chromium (Cr) Zircon (Zr) -Cer (Ce) -Lan than (La) alloy containing:
  • (1) 0.05-0.50 wt% cerium (Ce) + lanthanum (La);
  • (2) to 0.10 wt% neodymium (Nd) + praseodymium (Pr);
  • (3) 0.20-3.00 wt% chromium (Cr) + zircon (Zr); and
  • (4) balance copper (Cu) + silver (Ag).
2. Zur Einstellung ein Gehalt an Cer(Ce), Lanthan(La), Neodym(Nd) und Praseodym(Pr), der durch 0,05-0,50 Gew.-% Mischmetall zugegeben werden kann.2. For setting a content of cerium (Ce), lanthanum (La), Neodymium (Nd) and praseodymium (Pr), which by 0.05-0.50 wt .-% Mixed metal can be added. 3. Ein Verfahren zur Herstellung von Kupfer(Cu)-Chrom(Cr)-Zir­ kon(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung der chemischen Zusammensetzung aus Anspruch 1, das die folgende thermo­ mechanische Behandlung beinhaltet:
(1) Heißbearbeitung, (2) Festlösungsbehandlung, (3) Kaltbearbeitung, (4) Vergütung und (5) Verbesserung, Schlichten und Teilefertigung.3. A process for producing copper (Cu) chromium (Cr) zirconium (Zr) cerium (Ce) lanthanum (La) alloy of the chemical composition of claim 1, which includes the following thermo-mechanical treatment:
(1) hot machining, (2) solid solution treatment, (3) cold machining, (4) tempering and (5) improvement, finishing and parts manufacturing. 4. Ein Verfahren zur Herstellung von Kupfer(Cu)-Chrom(Cr)- Zirkon(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung der chemischen Zusammensetzung aus Anspruch 1, das die folgende thermo­ mechanische Behandlung beinhaltet:
(1) Heißbearbeitung, (2) Festlösungsbehandlung, (4) Vergütung, (3) Kaltbearbeitung und (5) Verbesserung, Schlichten und Teilefertigung.4. A process for producing copper (Cu) chromium (Cr) zirconium (Zr) cerium (Ce) lanthanum (La) alloy of the chemical composition of claim 1, which includes the following thermo-mechanical treatment:
(1) hot machining, (2) solid solution treatment, (4) tempering, (3) cold machining, and (5) improvement, finishing and parts manufacturing. 5. Ein Verfahren zur Herstellung von Kupfer(Cu)-Chrom(Cr)- Zirkon(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung der chemischen Zusammensetzung aus Anspruch 1, das die folgende thermo­ mechanische Behandlung erfährt:
(1) Heißbearbeitung, (2) Festlösungsbehandlung, (4) Vergütung und (5) Verbesserung, Schlichten und Teilefer­ tigung.5. A process for producing copper (Cu) chromium (Cr) zirconium (Zr) cerium (Ce) lanthanum (La) alloy of the chemical composition of claim 1, which undergoes the following thermo-mechanical treatment:
(1) hot processing, (2) solid solution treatment, (4) remuneration and (5) improvement, finishing and part production. 6. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 3, 4 und 5, in dem
  • (1) die Heißbearbeitung ausgeführt wird bei 800-950°C mit einem Arbeitsverhältnis, das das Gußgefüge entfernt, durch Schmieden, Bearbeiten oder Strangpressen;
  • (2) die Festlösungsbehandlung ausgeführt wird durch Abschrecken in Wasser oder Öl nach Erwärmen auf 800-1050°C während einer geeigneten Zeitspanne;
  • (3) die Kaltbearbeitung ausgeführt wird durch Anwenden von Walzen, Schmieden oder Ziehen bei Zimmertemperatur;
  • (4) die Vergütungsbehandlung durchgeführt wird durch Kühlen in Wasser, Öl oder Luft nach Erwärmen auf 400-550°C während einer geeigneten Zeitspanne;
  • (5) die Verbesserung, das Schlichten und die Teileferti­ gung durch leichte Deformation ausgeführt wird, um die Verbesserung durch Erreichen der Geradheit oder Ebenheit und das Schlichten der Oberfläche durchzuführen und ein Teil durch Kaltschmieden, Kaltbearbeiten oder Kaltziehen zu fertigen.
6. The method according to any one of claims 3, 4 and 5, in which
  • (1) the hot working is carried out at 800-950 ° C with an employment that removes the cast structure by forging, machining or extrusion;
  • (2) the solid solution treatment is carried out by quenching in water or oil after heating to 800-1050 ° C for a suitable period of time;
  • (3) cold working is carried out by rolling, forging or drawing at room temperature;
  • (4) the tempering treatment is carried out by cooling in water, oil or air after heating to 400-550 ° C for a suitable period;
  • (5) the improvement, the finishing and the part production is carried out by slight deformation in order to carry out the improvement by achieving the straightness or flatness and the finishing of the surface and to manufacture a part by cold forging, cold working or cold drawing.
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