DE2536167B2

DE2536167B2 - Verfahren zur Herstellung von blasenfreien Kupferlegierungen

Info

Publication number: DE2536167B2
Application number: DE2536167A
Authority: DE
Inventors: Harvey P. Cheskis; Michael J. Woodbridge Pryor; Stanley Shapiro
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1974-08-30
Filing date: 1975-08-13
Publication date: 1979-02-08
Also published as: FR2283239B1; AU8343275A; DE2536167A1; JPS5143314A; CA1045009A; FR2283239A1; AU502316B2; GB1507227A; US3929516A

Description

Kupferlegierungen haben einen weiten industriellen Anwendungsbereich und sind durch hohe Verformbarkeit gute Leitfähigkeit und ansprechendes Aussehen der daraus hergestellten Formteile gekennzeichnet Ein hoher Prozentsatz aller Kupferlegierungen wird in Form von Bändern oder Blechen verwendet Das Verfahren zur Herstellung von Bändern oder Blechen zu einer bestimmten Endstärke umfaßt gewöhnlich abwechselnde Schritte des Verformens und Glühens. Bei bestimmten Legierungen wird oft gefunden, daß das Glühen nach deir. Verformen, insbesondere bei dünneren Stärken, unerwünschte Blasenbildung zur Folge hat Diese Blasen sind gasgefüllte Fehlstellen, die beim Erhitzen der Legierung sichtbar werden. Wenn bei steigender Temperatur der Gasdruck innerhalb der Fehlstelle ansteigt, wird das umgebende Metall expandiert und verformt da es wegen der erhöhten Temperatur eine niedrige Streckfestigkeit besitzt. Dieses Problem ist besonders häufig bei Legierungen, die 2,5 bis 3,1 % Aluminium, 1,5 bis 2,1 % Silicium, 0,25 bis 0,55% Kobalt, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen enthalten (amerikanische Normbezeichnung: CDA 638). Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kupierlcgicrursgcn ιγλΙ hoher Qualität, das heißt minimaler Blasenbildung zu schaffen. Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst

Die Erfindung betrifft somit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.

Das Gießen der Legierung kann mit jedem Verfahren durchgeführt werden, bei dem ein fehlerfreier Gußblock hergestellt wird. Jedoch ist ein solches Verfahren vorzuziehen, bei dem ein Minimum des Oberflächenbereichs des geschmolzenen Metalls während des Gießens der umgebenden Luft ausgesetzt wird. Deshalb wird vorzugsweise der fallende Guß angewendet

Trotz der unternommenen Vorsichtsmaßregeln ist ein bestimmter Wasserstoffgehalt innerhalb des Metalls vorhanden, wenn das Gießen unter normalen atmosphärischen Bedingungen durchgeführt wird. Die Wasserstoffaufnahme kann aus dem Feuchtigkeits- oder Schmutzgehalt der Beschickung, des Zuschlags, der Schmelzenabdeckung oder in der Gießform und aus dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft erfolgen. Geschmolzene Kupferlegierungen können bei ähnlichen Temperaturen viermal soviel Wasserstoff als erstarrte Kupferlegierungen enthalten. Aus diesem Grund enthalten erstarrte Kupferlegierungen üblicherweise mehr Wasserstoff als unter Gleichgewichtsbedingungen vorhanden sein sollte.

Das Gußstück wird danach gewöhnlich durch Walzen bei der entsprechenden Warmverformungstemperatur warmverformt Bei der vorstehend genannten CDA-Legierung 638, liegt die Warmverformungstemperatur im Bereich von 800 bis 920⁰C, vorzugsweise von 850 bis 900⁰C Im allgemeinen liegt die Warmverformungstemperatur im Bereich von 0,7 bis 0,95 T_m wobei T_n, der absolute Schmelzpunkt der Legierung ist Während der Anfangsstufen des Warmverformens kommt Innenrißbildung vor. Durch diese inneren Risse kann der gelöste Wasserstoff diffundieren und anschließend Blasen bilden. Der Wasserstoff liegt im Metall selbst in dissoziierter oder atomarer Form vor. Der Wasserstoff in inneren Fehlstellen kann unter Bildung von molekularem Wasserstoff reagieren. Molekularer Wasserstoff ist praktisch unlöslich in Kupferlegierungen und diffundiert nicht durch Kupferlegierungen. Vorzugsweise erfolgt bei der Warmverformung eine Stärkenverminderung um mindestens 50%, da hierbei Innenrisse teilweise geheilt werden oder sich verbinden. Bei steigender Verformung werden einige Fehlstellen beseitigt da ihre Oberflächen sich wieder vereinigen. Vorzugsweise soll die Warmverformung eine Stärkenverminderung von 75 bis 95% bewirken, da Legierungen mit Verminderungen dieser Größenordnungen weniger innere Fehlstellen aufweisen als Legierungen mit niedrigerer Verminderung. Die völlige Beseitigung der Innenrisse ist wegen der Anwesenheit von Wasserstoff innerhalb der Fehlstelle nicht möglich, der die völlige Vereinigung der inneren Rißoberflächen störend beeinflußt Die Endstärke nach dem Warmverformen muß im Bereich von 5 bis 19 mm, vorzugsweise von 7,6 bis 14 mm liegen.

Das warmverformte Band wird danach unter Bedingungen geglühlt, die die Diffusion des Wasserstoffs aus dem Inneren zur Oberfläche des Bandes und von dort in die Umgebung zuläßt. Die Temperatur und die Metalldicke hängen so zusammen, dab das Metall zwar noch nicht durch den inneren Gasdruck verformt wird, aber die Dissoziation des in den Fehlstellen eingeschlossenen Wasserstoffs und seine Diffusion aus dem Metall zugelassen wird. Es ist sehr überraschend, daß bei den verwendeter! Temperaturen der molekulare

Wasserstoff innerhalb der Fehlstellen durch Dissoziation aus den Leerstellen und durch das Metall hindurch in die Umgebung diffundieren kann. Dies ist besonders überraschend, da bei den angewendeten Temperaturen der Wasserstoff in der umgebenden Luft nicht dissoziieren und deshalb nicht in das Metall eindringen kann. Die Glühtemperatur soll in einen Bereich von 0,4 bis 0,7 T_n, fallen. Bei der CDA-Legierung 638 beträgt der Temperaturbereich ungefähr 450 bis 650⁰C. Natürlich muß die Behandlungszeit so gewählt werden, daß der Wasserstoff aus dem Metall diffundieren kann. Die Zeitgrenze hängt von der Dicke des Bandes ab, die die mittlere Diffusionslänge des Wasserstoffs bestimmt Sie ist ebenfalls von der Behandlungstemperatur begrenzt Im allgemeinen sind Behandlungszeiten von 1 bis 24 Stunden angemessen. Mit wachsender Banddicke werden längere Diffusionszeiten bei der gleichen Temperatur benötigt; für Bänder der gleichen Dicke werden längere Diffusionszeiten bei niedrigeren Temperaturen benötigt Wichtig für den betrachteten Temperaturbereich ist, daß das Band nicht dünner als 5 mm sein soll, da dünne Bänder der Ausdehnung der Fehlstellen infolge des angewachsenen inneren Wasserstoffdrucks weniger widerstehen können als dicke Bänder. Es ist auch wichtig, daß die Diffusionsglühbehandlung nicht langer als nötig dauert da unerwünschte Änderungen der metallurgischen MikroStruktur und der Eigenschaften der Legierung vorkommen könner. Diese unerwünschten Veränderungen umfassen Veränderungen in Menge und Verteilung der Sekundärphasen, Absicherung der gelösten Elemente und/oder ein unerwünschtes Anwachsen der Korngröße.

D.'e Wirksamkeit der Diffusionsglühbehandlung ist unabhängig von der Ofenatmosphäre, da der atomare Wasserstoff an der freien Oberfläche des Metalls rekombiniert und der molekulare Wasserstoff in der

Atmosphäre nicht in die Legierung diffundieren kann. Deshalb sind entweder reduzierende, inerte oder oxidierende Umgebungsbedingungen zulässig. Vorzugsweise werden konventionelle reduzierende Atmosphären verwendet um die Oberflächenoxidation während dieses Glühschritts möglichst gering zu halten.

Nach der Diffusionsglühbehandlung wird das Band um wenigstens 60%, vorzugsweise wenigstens 75%, kaltgewalzt Diese Kaltwalzbehandlung dient der Zusammenschweißung der inneren Fehlstellen. Verminderungen von weniger als 60% haben kein geeignetes Verbinden der Oberflächen der inneren Fehlstellen zur Folge. Jedoch können Verminderungen von 40% zufriedenstellend sein, wenn das Band nach diesem Kaltwalzschritt geglüht wird. Ein solcher gegebenenfalls durchgeführter Glühschritt kann bei Temperaturen von 0,4 bis 03 T_n, und Zeiten von 5 Sekunden bis 24 Stunden durchgeführt werden. Gegebenenfalls kann das Verbinden auch durch eine Walzbehandlung bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur erreicht werden.

Nach der Kaltwalzbehandlung kann das Band gegebenenfalls geglüht werden, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Duktilität, zu erhalten. Dieser Glühschritt dient zur Beseitigung sämtlicher Reste früherer innerer Fehlstellen. Nach dem gegebenenfalls durchgeführten Glühschritt können weitere Behandlungen folgen. Wenn beispielsweise ein Endprodukt mit mechanischen Eigenschaften gewünscht wird, das denen einer lOprozentigen Kaltverformung entspricht wird es nötig sein, die Legierung nach dem ersten Kaltwalzschritt zu glühen und dann um 10% kaltzuwalzen, da der erste Kaltwalzschritt einen größeren Verformungsanteil beinhalten muß.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von blasenfreien Kupferlegierungen unter Verwendung einer Kupferlegierung als Ausgangsmaterial, die um mindestens 50% auf eine Dicke von 5 bis 19 mm warmverformt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kupferlegierung

(A) 1 bis 24 Stunden bei einer Temperatur von 40 bis 70% der absoluten Schmelztemperatur der Legierung glüht und

(B) entweder

(a) um mindestens 60% kaltverformt oder

(b) um mindestens 40% bei einer Temperatur unterhalb der in der Stufe (A) verwendeten Temperatur kaltverformt und anschließend bei einer Temperatur von 40 bis 90% der absoluten Schmelztemperatur glüht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schritt A in einer reduzierenden Schutzatmosphäre durchführt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Schritt (B) a) die Legierung um mindestens 75% in ihrer Dicke verformt

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf eine Kupferlegierung, die aus 2,5 bis 3,1% Aluminium, 1,5 bis 2,1% Silicium, 0,25 bis 035% Kobalt, Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen besteht

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf eine Kupferlegierung, die während des Wanr.verformens um mindestens 75% in ihrer Dicke vermindert wurde.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf Teile aus einer Kupferlegierung mit einer Dicke von 7,6 bis 12,7 mm.