DE19514803A1

DE19514803A1 - Herstellungsverfahren und thermomechanische Behandlung einer Kupfer(Cu)-Zirkonium(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung

Info

Publication number: DE19514803A1
Application number: DE19514803A
Authority: DE
Inventors: Chang-Joo Kim; Chung-Seub Oh
Original assignee: Korea Institute of Machinery and Metals KIMM
Current assignee: Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Priority date: 1994-05-23
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2015-04-22
Also published as: DE19514803C2; JP2744209B2; KR960015216B1; JPH0849028A; KR950032666A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Herstellverfahren sowie die thermomechanische Behandlung einer Kupfer(Cu)-Zirkonium(Zr)-Cer(Ce)-Lan than(La)-Legierung.

Kupfer(Cu)-Chrom(Cr)-Legierungen mit einem Chromanteil von ungefähr 1 Gewichtsprozent können mit einer elektrische Leitfähigkeit hergestellt wer den, die zu 80% der reinen Kupfers entspricht, und ihre Festigkeit kann durch eine geeignete thermomechanische Behandlung ungefähr zwei- bis dreimal ge genüber Kupfer verbessert werden. Im Falle der industriellen Verwendung enthalten diese Legierungen manchmal einen winzigen Anteil von Silber (Ag) und werden zweckmäßigerweise im Bereich elektrischer und elektronischer Anwendungen eingesetzt.

Für den Fall, daß eine derartige Legierung in einem elektrischen Kontaktstück oder in einer Elektrode beim Widerstandsschweißen verwendet wird, wird bei hohen Drücken ein hoher elektrischer Wechselstrom angelegt. Deshalb treten eine Reihe von Problemen auf, wie das Erhitzen auf hohe Temperaturen, sowie der übermäßige Verlust von Schweißspitzen durch Ankleben am zu verschwei ßenden Material.

Fügt man, um die Stoffeigenschaften zu verbessern, eine Reihe spezieller Ele mente hinzu, so läßt sich die Härte solcher Legierungen im allgemeinen bis zu einem bestimmten Grad in Abhängigkeit von den zugefügten Elementen und deren Anteilen verbessern. Die elektrische Leitfähigkeit wird dabei jedoch ziemlich beeinträchtigt.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben genannten Nachteile der allgemein verwendeten Materialien zu vermeiden.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine neue Legierung sowie deren thermomechanischer Behandlung bereitzustellen, bei welcher Cer (Ce) und Lanthan (La) (welche eine niedrige Feststofflösungsgrenze (engl.: "solid solution limit") sowie eine hohe Reaktivität gegenüber Kupfer (Cu) aufweisen) zu einer Kupfer(Cu)-Zirkonium(Zr)-Legie rung hinzugefügt werden, wobei sich nach einer Behandlung der Feststofflö sung (engl.: "solid solution freatment") während einer Vergütungsbehandlung bei 400-500°C feine Ausfällungen gleichmäßig bilden, wodurch es möglich ist, die Härte und die elektrische Leitfähigkeit der Legierungsmatrix auf den Normwerten HRB 70-90 sowie IACS 70-90% zu halten.

Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Legierung ist Kupfer (Cu), dem gege benenfalls Silber (Ag) zugesetzt sein kann, sowie unter Berücksichtigung der elektrischen Leitfähigkeit und der Härte Zirkonium (Zr) im Bereich von 0,2-3,0 Gewichtsprozent anstelle von Chrom (Cr). Weiterhin werden Cer (Ce) und Lan than (La) in der Größenordnung von 0,05-0,50 Gewichtsprozent hinzugefügt, so daß Ausfällungen wie Cu₄Zr, CuZr, Cu_xCe, Cu_xLa, Cu_xNd und Cu_xPr während einer thermomechanischen Behandlung ausgefällt werden können, wobei die Legierung in Gußblöcke gegossen wird.

Um die gesamte Menge des Cer (Ce)- und Lanthan (La)-Anteils auf 0,05-0,5 Gewichtsprozent einzustellen, kann ein Mischmetallanteil in der Größenord nung von 0,05-0,5 Gewichtsprozent hinzugefügt werden. Bei diesem Mischme tall handelt es sich um ein Materialgemisch, welches zu ungefähr 50 Gewichts prozent aus Cer (Ce), ungefähr 25 Gewichtsprozent aus Lanthan (La), ungefähr 15 Gewichtsprozent aus Neodym (Nd) und ungefähr 5 Gewichtsprozent aus Praseodym (Pr) besteht. Das Mischmetall führt dabei zu guten Gesamtergeb nissen.

Weiterhin erfüllt diese neue Legierung die Vorgabewerte HRB 70-90 sowie IACS 70-90% bezüglich der Härte und der elektrischen Leitfähigkeit, wenn drei im folgenden näher erläuterte thermomechanische Behandlungsverfahren angewandt werden, um die Materialien oder daraus gefertigte Teile herzustel len. Dadurch kann die Legierung verbessert werden, so daß sie als Kontaktma terial oder für Elektroden zum Widerstandsschweißen verwendet werden kann.

A. Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren umfaßt:
(1) Heißbehandlung
(2) Behandlung der Feststofflösung
(3) Kaltbehandlung
(4) Härten durch Vergütungsbehandlung
(5) Nach- und Endbearbeitung sowie Herstellung von Teilen
B. Ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren umfaßt:
(1) Heißbehandlung
(2) Behandlung der Feststofflösung
(4) Härten durch Vergütungsbehandlung
(3) Kaltbehandlung
(5) Nach- und Endbearbeitung sowie Herstellung von Teilen
C. Ein drittes erfindungsgemäßes Verfahren umfaßt:
(1) Heißbehandlung
(2) Behandlung der Feststofflösung
(4) Härten durch Vergütungsbehandlung
(5) Nach- und Endbearbeitung sowie Herstellung von Teilen

Im folgenden werden die Parameter für die einzelnen Behandlungsschritte an gegeben:

(1) Heißbehandlung

Die Heißbehandlung wird bei 800-950°C durchgeführt und erfolgt durch Schmieden, Walzen und Extrudieren, die in solchen Anteilen angewandt wer den, daß die Gußstruktur zu existieren aufhört.

(2) Behandlung der Feststofflösung

Dies erfolgt durch Abschrecken in Wasser oder Öl nach Erhitzen auf 800- 1050°C über eine angemessene Zeitspanne hinweg.

(3) Kaltbehandlung

Walzen, Schmieden sowie Ziehen werden bei Zimmertemperatur ausgeführt.

(4) Härten durch Vergütungsbehandlung

Die Legierung wird während einer angemessenen Zeitspanne auf 400-500°C aufgewärmt, und dann mittels Wasser, Öl oder Luft abgekühlt.

(5) Nach- und Endbearbeitung sowie Herstellen der Teile

Platten, Stangen oder Drähte werden durch leichte Verformung nachgearbei tet, um ausreichende gerade und ebene Teile mit einer ausreichend glatten Oberflächenstruktur zu erzielen. Anschließend werden die gewünschten Teile durch Schmieden, Walzen oder Tiefziehen im kalten Zustand geformt.

Tabelle 1 zeigt die chemische Zusammensetzung verschiedener Beispiele der erfindungsgemäßen Legierung und Tabelle 2 zeigt die Härte und die elektri sche Leitfähigkeit einiger erfindungsgemäßer Legierungen, die einer thermo mechanischen Behandlung unterzogen worden sind.

Ein Gußbarren mit einer Dicke von 70 mm wird homogenisiert, dann wird der Verfahrensschritt (1) Heißbehandlung bei einer Temperatur von 880°C durch geführt, wobei der Gußbarren auf eine Dicke von 10 mm gebracht wird, um die Gußstruktur zu beseitigen.

(2) Das Teil wird auf 960°C für mehr als eine Stunde aufgewärmt, und wird dann wassergekühlt, wobei eine Behandlung der Feststofflösung ausgeführt wird.
(3) Durch Kaltbehandlung wird eine 85%-ige Reduktion auf eine Dicke von 1,5 mm erzielt.
(4) Das Teil wird bei 425-550°C drei Stunden lang aufgeheizt, und dann was sergekühlt, wodurch ein Härtungsprozeß erfolgt.

Tabelle 2 zeigt wie eine Cu-Zr-MS-Legierung, in welcher Cer (Ce) sowie Lan than (La) durch als Mischmetall hinzugefügt worden sind, und die im Vergleich zu einigen anderen Legierungen eine hohe Beständigkeit gegen eine Überalte rung bei der Vergütungsbehandlung bei Temperaturen von über 500°C auf weist. Dies ist ein Anzeichen dafür, daß sie eine ausreichende Stabilität hat. Weiterhin werden durch das Hinzufügen zusätzlicher Elemente im Falle einer Cu-Zr-MS-Legierung die Vorgaben für die Härte und elektrische Leitfähigkeit erfüllt, selbst wenn die gesamte Hinzugabe von Zirkonium und Mischmetall (MS) weniger als 0,6 Gewichtsprozent betrug.

Weiterhin werden im Fall von ausgefällten und nicht gelösten Zirkoniumteilen in der Cu-Zr-MS-Legierung eine gleichmäßigere und feinere Verteilung er reicht, wodurch auch eine höhere Homogenität erzielt wird.

Tabelle 1

Beispiele für die chemische Zusammensetzung einer Kupfer(Cu)-Zirkoni um(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung (Einheit: Gewichtsprozent)

Tabelle 2

Härte und elektrische Leitfähigkeit der erfindungsgemäßen Kupfer(Cu)-Zirko nium(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung nach einer thermomechanischen Be handlung (Härte: HRB, Leitfähigkeit: IACS%)

Claims

1. Kupfer(Cu)-Zirkonium(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung, welche umfaßt:

(1) 0,05-0,50 Gewichtsprozent Cer (Ce) und Lanthan (La);
(2) bis zu 0,0 Gewichtsprozent Neodym (Nd) und Praseodym (Pr);
(3) 0,20-0,30 Gewichtsprozent Zirkonium (Zr); und
(4) Kupfer (Cu) sowie Silber (Ag) in gleichen Anteilen.

2. Legierung nach Anspruch 1, wobei zur Kontrolle des Cer (Ce), Lan than (La), Neodym (Nd) und Praseodym (Pr)-Gehalts ein Mischmetall mit 0,05- 0,50 Gewichtsprozent hinzugefügt ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Kupfer(Cu)-Zirkonium(Zr)-Cer(Ce)- Lanthan(La)-Legierung mit der chemischen Zusammensetzung nach Anspruch 1, welches die folgenden thermomechanischen Behandlungsschritte umfaßt:

(1) Heißbehandlung,
(2) Behandlung der Feststofflösung,
(3) Kaltbehandlung,
(4) Härten durch Vergütungsbehandlung, und
(5) Nach- und Endbearbeiten sowie Herstellen von Teilen.

4. Verfahren zur Herstellung einer Kupfer(Cu)-Zirkonium(Zr)-Cer(Ce)- Lanthan(La)-Legierung mit der chemischen Zusammensetzung nach Anspruch 1, welches die folgenden thermomechanischen Behandlungsschritte umfaßt:

(1) Heißbehandlung,
(2) Behandlung der Feststofflösung,
(4) Härten durch Vergütungsprozeß,
(3) Kaltbehandlung, und
(5) Nach- und Endbearbeitung sowie Herstellung von Teilen.

5. Verfahren zur Herstellung einer Kupfer(Cu)-Zirkonium(Zr)-Cer(Ce)- Lanthan(La)-Legierung mit der chemischen Zusammensetzung nach Anspruch 1, welches die folgenden thermomechanischen Behandlungsschritte umfaßt:

(1) Heißbehandlung,
(2) Behandlung der Feststofflösung,
(4) Härten durch Vergütungsbehandlung,
(5) Nach- und Endbearbeitung sowie Herstellung von Teilen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 und 5, wobei

(1) die Heißbehandlung bei 800-950°C durch Schmieden, Walzen oder Extru dieren stattfindet, die in solchen Anteilen angewandt werden, daß die Guß struktur beseitigt wird;
(2) die Durchführung der Feststofflösungsbehandlung nach Aufheizen auf 800- 1050°C während einer angemessenen Zeitspanne und durch Abschrecken in Wasser oder Öl stattfindet;
(3) die Durchführung der Kaltbehandlung durch Walzen, Schmieden oder Zie hen bei Zimmertemperatur stattfindet;
(4) die Durchführung des Härtens durch Vergütungsprozeß durch Kühlen mit Wasser, Öl oder Luft nach Erhitzen auf 400-500°C während einer angemesse nen Zeitspanne stattfindet; und
(5) die Durchführung der Nach- und Endbearbeitung sowie des Herstellens der Teile durch leichte Formveränderung stattfindet, um ausreichende gerade und ebene Teile mit einer ausreichend glatten Oberflächenstruktur zu erzielen, und um ein Teil durch Kaltschweißen, Kaltbearbeiten oder Kaltziehen herzustellen.