DE2418686C2

DE2418686C2 - Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus dispersionsgehärteten Kupferlegierungen

Info

Publication number: DE2418686C2
Application number: DE19742418686
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr.rer.nat. 4500 Osnabrück Wallbaum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-18
Filing date: 1974-04-18
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE2418686A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus dispersionsgehärieten Kupferlegierungen, vorzugsweise für Elektroden für das Widerstandsschweißen, bei dem zunächst Pulver aus einer dispersionshärtbaren Kupferlegierung in einem oxidierenden Medium geglüht wird.

Metallphysikalische und metallkundliche Kenntnisse gestatten es, die Eigenschaften metallischer Werkstoffe gezielt zu verändern. Eine positive Beeinflussung bestimmter Materialkenngrößen ist dabei oft mit der Verschlechterung anderer Eigenschaften verbunden. Die Kompromißlösung muß dem entsprechenden Anwendungsfall angepaßt sein.

So hat Kupfer beispielsweise sehr gute elektrische und thermische Leiteigenschaften, als reines Metall ist es jedoch mechanisch nur gering beanspruchbar. Die mechanischen Eigenschaften des Kupfers lassen sich durch eine Verfestigung erhöhen, jedoch geschieht dies vielfach auf Kosten der elektrischen und thermischen Eigenschaften.

Die Verfestigung kann im wesentlichen durch folgende Methoden erreicht werden, die allein oder gemeinsam angewandt werden können: Kaltverfestigung, Mischkristall-Verfestigung, Dispersionsverfestigung und Faserverstärkung.

Die Wirkung der Dispersionsverfestigung ist wesentlich günstiger als die der Kalt- oder der Mischkristall-Verfestigung. Die mechanischen Eigenschaften werden stärker verbessert als bei den anderen Methoden und die elektrischen Eigenschaften weniger negativ beeinflußt. Dispersionsgehärtete Kupferwerkstoffe zeichnen sich durch hohe Warmfestigkeit und sehr gute elektrische Leitfähigkeit aus.

Der Mechanismus der Dispersionshärtung wird darin gesehen, daß die eingelagerten Partikel das Wandern von Versetzungen in der Matrix sowohl bei Verformungsvorgängen als auch bei Glühungen oberhalb der Rekristallisationstemperatur der Matrix behindern. Die Behinderung ist so stark, daß selbst bei Temperaturen um 90% der absoluten Schmelztemperatur keine Rekristallisation und kein Abbau der Verfestigung eintritt. Bei Verformungen werden die Versetzungen von den eingelagerten Partikeln aufgefangen und lösen sich von diesen erst unter stark erhöhter Spannung. Auch das Wandern von Korngrenzen wird bis zu sehr hohen Temperaturen verhindert und damit jegliches Kornwachstum unterdrückt

Ein Nachteil der Dispersionshärtung im festen Zustand sind die relativ langen Diffusionszeiten für Sauerstoff. So rechnet man zum Beispiel für die innere 5 Oxidation von Kupfer-Aluminium-Legierungen mit einer Diffusionszeit von ca. 100 Stunden/cm Wandstärke bei ca. 1000⁰C Man hat deshalb schon vorgeschlagen, diese langen Zeiten zu umgehen, indem man Metallteile mit geringerer Dicke dispersionshärtet und

ίο sie anschließend kompaktiert (Zeitschrift »Metall«, 24. Jahrgang, Mai 1970, Heft 5, Seite 465 ff.)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, dispersionsgehärtete Werkstoffe mit verbesserter Zähigkeit in wirtschaftlicher Weise herzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß das Pulver nach dem oxidierenden Glühen in ein Kupferrohr in wechselnder Folge mit Ronden aus Kupfer und/oder einer aushärtbaren Kupferlegierung eingebracht wird und anschließend gemeinsam mit dem Kupferrohr stranggepreßt wird. Beim Strangpressen werden die Pulverteilchen miteinander und mit den Rondenlagen metallurgisch verbunden und ein kompakter Strang erzeugt.

Man erhält so ein Halbzeug, das im Querschnitt aus konzentrischen Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung und somit unterschiedlicher Materialeigenschaften besteht. Die konzentrischen Schichten aus dispersionsgehärtetem Werkstoff verleihen dem Halbzeug dabei eine hohe Kriechfestigkeit, die mit steigender Temperatur nur wenig abfällt. Die Schichten aus einer aushärtbaren Kupferlegierung verleihen dem Halbzeug höhere Festigkeiten bei niedrigen Temperatüren, während die Ringe aus reinem Kupfer den Leitfähigkeitsabfall verringern. Der verringerte Leitfähigkeitsabfall kann in vielen Fällen wünschenswert sein, obwohl die physikalischen Eigenschaften des dispersionsgehärteten Werkstoffs sich nur etwa proportional

-to zum Volumenanteil der dispersen Phase ändern.

Nach einer besonders günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Strangpressen die Luft aus dem Innern des Kupferrohres entfernt und ein Schutzgas eingeführt. Das Schutzgas

■»5 soll dabei eine Oxidschichtbildung an der Oberfläche der Pulverteile sowie der Ronden verhindern.

Soll ein Kupferrohr, in dem sich außer dem Pulver Ronden aus einer aushärtbaren Kupferlegierung befinden, verpreßt werden, so ist es zweckmäßig Jen aus der Matrize austretenden Strang in Wasser abzuschrecken und das Halbzeug ggf. in abgelängtem Zustand bei Temperaturen von 400° bis 55O⁰C zu glühen.

Das gemäß der Erfindung vorgeschlagene Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung von Elektroden für das Widerstandsschweißen. Zweckmäßigerweise wird man dann in wechselnder Folge Pulverschichten aus einer dispersionsgehärteten Kupferlegierung, beispielsweise einer Kupfer-Aluminium-Legierung, mit 0,5 bis 1,5% Aluminium und Ronden aus einer Kupferlegierung mit 0,6% Chrom und 0,2% Zirkon übereinanderstapeln, in ein dünnwandiges Kupferrohr einführen und gemeinsam verpressen.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Aus einer Kupferlegierung, der 0,5% Aluminium zulegiert ist, wird zunächst in bekannter V/eise ein Pulver hergestellt. Dieses Pulver wird in einem oxidierenden Medium bei ca. 900⁰C geglüht.

Aus einem Band von 1 mm Wandstärke aus einer Kupferlegierung mit 0,6% Chrom und 0,2% Zirkon werden Ronden gestanzt und in wechselnder Folge mit dem Pulver aus der dispersionsgehärteten Kupferlegierung in ein Kupferrohr von beispielsweise 3 mm Wandstärke eingebracht Die innerhalb des Kupferrohres befindliche Luft wird mit einem Schutzgas ausgetrieben und das Pulver und die Ronden gemeinsam mit dem Kupferrohr nach Erwärmung auf ca. 1000⁰C in einer Strangpresse verpreßt Der aus der Strangpresse austretende Strang wird in Wasser eingeführt und dabei abgeschreckt Das abgeschreckte Halbzeug wird dann ggf. in abgelängtem Zustand bei Temperaturen zwischen 400° und 550⁰C geglüht, wobei die Kupfer-Chrom-Zirkon- Legierung aushärtet Im Anschluß an diesem Aushärtungsvorgang kann der Strang kalt verformt werden.

Mit Hilfe des erfindungsgeinäßen Verfahrens gelingt es, ein Halbzeug herzustellen, in welchem die guten Eigenschaften eines dispersionsgehärteten Werkstoffes mit den guten Eigenschaften eines ausscheidungsgehärteten Werkstoffes und/oder eines reinen Metalls vereinigt sind bei gleichzeitiger Verbesserung der Zähigkeit

So weisen beispielsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Elektroder, für die Widerstandsschweißung aus einer dispersionsgehärteten Kupferlegierung und einer ausscheidungsgehärteten Kupferlegierung hervorragende Festigkeiten bei niedrigen Temperaturen auf, die auf die ausscheidungsgehärtete Kupfer-Chrom-Zirkon-Legierung zurückgehen. Der

ίο wesentliche Vorteil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektroden ist aber darin zu sehen, daß ihre Festigkeit bei erhöhten Temperaturen wesentlich weniger abfällt als die der herkömmlichen Elektroden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, daß bei den geringen Anteilen an Dispersoid sowohl die elektrische als auch die thermische Leitfähigkeit nur geringfügig verringert sind. Dies wirkt sich insofern vorteilhaft aus, daß einmal beim Stromdurchgang nur geringe Widerstandserwärmungen auftreten, zum anderen kann die entstehende Wärme besser abgeführt werden.

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus dispersionsgehärteten Kupferlegierungen, vorzugsweise von Elektroden für das elektrische Widerstandsschweißen, bei drm zunächst Pulver aus einer dispersionshärtbaren Kupferlegierung in einem oxidierenden Medium geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver nach dem oxidierenden Glühen in ein Kupferrohr in wechselnder Folge mit Ronden aus Kupfer und/oder einer aushärtbaren Kupferlegierung eingebracht wird und anschließend gemeinsam mit dem Kupferrohr stranggepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Strangpressen die Luft aus dem Innern des Kupferrohres entfernt und ein Schutzgas eingeführt wird.