DE2604262C2 - Anwendung eines mit gesteuertem Kornwachstum arbeitenden Verfahren zur Herstellung von Kupferlegierungen mit hoher Dehnung - Google Patents
Anwendung eines mit gesteuertem Kornwachstum arbeitenden Verfahren zur Herstellung von Kupferlegierungen mit hoher DehnungInfo
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Description
a) Kaltverformen im geglühten Zustand,
b) Glühen bei hoher Temperatur,
c) End-Kaltverformen,
d) End-Glühen bei hoher Tempera tür
auf eine Kupferlegierung aus 15 bis 31% Zink, vorzugsweise 21 bis 25% Zink, 2 bis 4,5%
Aluminium, 0,001 bis 3% Eisen, vorzugsweise 0,2 bis 0,7% Eisen, oder 0,001 bis 1% Chrom, vorzugsweise
0,2 bis 0,7% Chrom, oder 0,001 bis 1% Zirkonium, vorzugsweise 0,2 bis 0,7% Zirkonium, oder 0,001 bis
3% Kobalt, vorzugsweise 0,2 bis 0,7% Kobalt, oder
Mischungen mehrerer dieser Elemente, Rest Kupfer, mit der Maßgabe, daß die Kaltverformung in
Verfahrensschritt a) 15 bis 40% beträgt, daß die Glühtemperatur in Verfahrensschritt b) 625 bis
7250C beträgt, daß die Kaltverformung in Verfahrensschritt
c) 12 bis 45% beträgt und daß die Glühtemperatur in Verfahrensschritt d) 600 bis
725° C beträgt.
2. Anwendung nach Anspruch 1 auf eine Kupferlegierung mit 3 bis 4% Aluminium.
3. Anwendung nach Anspruch 2 auf eine Kupferlegierung, bestehend aus 72,3 bis 74,7%
Kupfer, 3,0 bis 3,8% Aluminium, 0,25 bis 0,55% Kobalt, Rest Zink.
4. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß die Kaltverformung in
Verfahrensschritt c) 20 bis 30% beträgt.
5. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit der Maßgabe, daß die Glühtemperatur in
Verfahrensschritt d) 625 bis 725° C beträgt.
6. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit der Maßgabe, daß die Kaltverformung in
Verfahrensschritt a) 20 bis 35% beträgt, daß die Glühtemperatur in Verfahrensschritt b) 650 bis
7000C beträgt, daß die Kaltverformung in Verfahrensschritt
c) 15 bis 35% beträgt und daß die Glühtemperatur in Verfahrensschritt d) 675 bis
725° C beträgt.
7. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit der Maßgabe, daß die Kaltverformung in
Verfahrensschritt a) etwa 30% beträgt und daß die Glühtemperatur in Verfahrensschritt b) etwa 700° C
beträgt.
8. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit der Maßgabe, daß die Kaltverformung in
Verfahrensschritt c) 20 bis 30% beträgt und daß die Glühtemperatur in Verfahrensschritt d) etwa 700° C
beträgt.
9. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit der Maßgabe, daß die Legierung vor den
Verfahrensschritten a) bis d) zusätzlich im geglühten Zustand einer Kaltverformung um 10 bis 70%, die
eine Rekristallisation bei einer Temperatur von weniger als 600°C ermöglicht, unterworfen und
dann zusätzlich bei einer Temperatur von 400 bis 600°Cgeglüht wird.
10. Anwendung nach Anspruch 9 mit der Maßgabe, daß die zusätzliche Kaltverformung
Gegenstand der Erfindung ist die Anwendung eines mit gesteuertem Kornwachstum arbeitenden Verfahrens
zur Herstellung von Kupferlegierungen mit hoher Dehnung mittels der Verfahrensschritte
a) Kaltverformen im geglühten Zustand,
b) Glühen bei hoher Temperatur,
c) End-Kaltverformen,
d) End-Glühen bei hoher Temperatur
auf eine Kupferlegierung aus 15 bis 31% Zink, vorzugsweise 21 bis 25% Zink, 2 bis 4,5% Aluminium,
0,001 bis 3% Eisen, vorzugsweise 0,2 bis 0,7% Eisen, oder 0,001 bis 1% Chrom, vorzugsweise 0,2 bis 0,7%
Chrom, oder 0,001 bis 1% Zirkonium, vorzugsweise 0,2 bis 0,7% Zirkonium, oder 0,001 bis 3% Kobalt,
vorzugsweise 0,2 bis 0,7% Kobalt, oder Mischungen mehrerer dieser Elemente, Rest Kupfer, mit der
Maßgabe, daß die Kaltverformung in Verfahrensschritt a) 15 bis 40% beträgt, daß die Glühtemperatur in
Verfahrensschritt b) 625 bis 725° C beträgt, daß die Kaltverformung in Verfahrensschritt c) 12 bis 45%
beträgt und daß die Glühtemperatur in Verfahrensschritt d) 600 bis 725°C beträgt.
Ein mit gesteuertem Kornwachstum arbeitendes Verfahren zur Herstellung einer Kupferlegierung mit
hoher Dehnung aus 2 bis 9,5% Aluminium, weniger als 1% Zink, 0,001 bis 5% Eisen oder 0,001 bis 1% Chrom
oder 0,001 bis 1% Zirkonium oder 0,001 bis 5% Kobalt oder Mischungen mehrerer dieser Elemente, Rest
Kupfer, ist bekannt (DE-OS 23 58 510). Büi diesem bekannten Verfahren wird die Kupferlegierung um
mindestens 10% kaltverformt, bei einer Temperatur von 400 bis 600° C geglüht, um 8 bis 22% endkaltverformt
und bei einer Temperatur zwischen 550 und 715° C endgeglüht.
Die Erfindung macht somit ein mit gesteuertem Kornwachstum arbeitendes Verfahrens zur Herstellung
von Kupferlegierungen mit hoher Dehnung, wie es aus der DE-OS 23 58 510 bekannt ist, für Kupferlegierungen
mit wesentlich höherem Zinkgehalt verfügbar, wobei im Verfahrensschritt b) eine höhere Glühtemperatur
eingesetzt wird. Diese höhere Giühtemperatur würde bei der Legierung gemäß der DE-OS 23 58 510 zu
ungleichmäßigem Kornwachstum führen.
Eine Kupferlegierung aus 67 bis 80% Kupfer, 15 bis 31% Zink, 1 bis 5% Aluminium, 0,1 bis 3% Kobalt und
Verunreinigungen, beispielsweise Eisen, ist bekannt (US-PS 34 02 043). Die Gehaltsbereiche dieser Legierung
überschneiden sich mit den Gehaltsbereichen der Legierung, auf die das mit gesteuertem Kornwachstum
arbeitende Verfahren erfindungsgemäß angewandt werden soll. Bei der Verarbeitung dieser bekannten
Legierung sind mehrfache Kaltverformungen im Bereich von 50 bis 60%, mehrfache Glühungen bei 538° C,
eine End-Kaltverformung um 50% sowie eine End-Glühung
bei 5380C oder bei 6490C eingesetzt worden.
Hiervon unterscheidet sich das erfiiidungsgemäß angewandte Verfahren durch eine geringere Kaltverformung
und eine höhere Glühtemperatur in den Verfahrensschritten a) und b) sowie eine geringere
Kaltverformung in Verfahrensschritt c).
10
15
In der Zeitschrift »Metall«, 1970, S. 1207 bis 1214, wird
die Ausbildung ungleichmäßigen Gefüges bei Kupferlegierungen, insbesondere auch bei einer Kupferlegierung
aus ca. 77% Kupfer, ca. 21% Zink, ca 2% Aluminium, 0,07% Eisen sowie geringen Gehalten an Mangan,
Phosphor und Arsen, untersucht Dieser Literaturstelle, insbesondere Abschnitt 2.4. und Abbildung 8, läßt sich
entnehmen, daß — abgesehen von Unterschieden im Ausgangsgefüge und in der Vorbehandlung — bei
End-GIühtemperaturen oberhalb von 600° ungleichmäßiges Duplexgefüge nur bei einer niedrigen, vorhergehenden
End-Kaltverformung um 10% vermeidbar ist
Die in der Kupferlegierung, auf die das mit gesteuertem Kornwachstum arbeitende Verfahren zur
Herstellung einer Kupferlegierung mit hoher Dehnung erfindungsgemäß angewandt werden soll, vorhandenen
Zusätze an Eisen und/oder Chrom und/oder Zirkonium und/oder Kobalt wirken als kornfeinende Mittel.
Einerseits wird bei mit kornfeinenden Mitteln versehenen Kupferlegierungen häufig als günstig festgestellt
daß eine kleine Korngröße und gleichförmige Legierungseigenschaften über einen Bereich von Zusammensetzungen
und Verarbeitungsbedingungen, insbesondere Glühtemperaturen, beibehalten werden und daß sich
insbesondere die mechanischen Eigenschaften innerhalb dieser Bereiche nur wenig ändern. Andererseits
beobachtet man bei mit kornfeinenden Mitteln versehenen Kupferlegierungen häufig, daß die Duktilität nicht
sehr groß ist und daß jeder Versuch, die Korngröße über das durch die kornfeinenden Zusätze gegebene, stabile
Niveau hinaus zu vergrößern, zu einer unkontrollierten Mischkorngröße führt die aus sehr kleinen und
außergewöhnlich großen Körnern besteht Dieses ungleichmäßige Kornwachstum wird insbesondere
durch sekundäre Rekristallisation verursacht und ist eine Folge der Wirkung der Zweitphasenteilchen auf die
Matrix während der Kaltverformung und des nachträglichen Glühens. Legierungen, in denen ungleichmäßiges
Kornwachstum stattgefunden hat, sind zur Herstellung von Teilen nicht geeignet, die glatte Oberflächen für
eine Glanzbehandlung, Polieren und/oder Elektroplattieren bzw. Galvanisieren benötigen. Außerdem besitzen
solche Legierungen ungleichmäßige mechanische Eigenschaften und neigen zur Ausbildung einer
orangenhautartigen Oberfläche.
Mit dem erfindungsgemäß angewendeten Verfahren erhält man eine Knetlegierung mit gleichmäßiger
Korngröße, hoher Duktilität, hoher Dehnung und gleichmäßigen Duktilitäts- und Festigkeitseigenschaften,
insbesondere Zugfestigkeitseigenschaften. Die so Korngröße wird gesteigert, beträgt aber weniger als
0,03 mm. Die Dehnung steigt mit zunehmender Temperatur in Verfahrensschritt d). Es sind Werte von
mindestens 483 N/mm2 Zugfestigkeit, mindestens 207 N/mm2 0,2-Grenze und mindestens 40% Dehnung,
im Fall der CDA-Legierung 688 (72,3 bis 74,7% Kupfer; 3 bis 3,8% Aluminium; 0,25 bis 0,55% Kobalt; Rest Zink)
von bis zu 510 N/mm2 Zugfestigkeit, bis 276 N/mm2 0,2-Grenze und 50% Dehnung, erreichbar.
Glühtemperaturen in den Verfahrensschritten b) und d) unterhalb der in Anspruch 1 angegebenen Untergrenze
würden zu einer unangemessenen Steigerung der Dehnung und der Duktilität sowie zu einer übermäßigen
Abhängigkeit der Zugfestigkeit von der Legierungszusammensetzung führen. Auch Kaltverformungen unterhalb
der in Anspruch 1 angegebenen Untergrenzen würden zu unangemessener Duktilität und zur Verschlechterung
anderer physikalischer Eigenschaften
30
35 führen. Wenn die in Anspruch 1 angegebenen Obergrenzen der End-Kaltverformung oder der End-Glühtemperatur
überschritten werden, zeigt sich ungleichmäßiges Kornwachstum.
Im Fall von Legierungen mit höheren Aluminiumgehalten
wird die Abkühlung nach den Glühbehandlungen am besten mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 75"CZi1
von der jeweiligen Glühtemperatur bis auf 500° C durchgeführt, woran sich eine Abkühlung mit herkömmlicher
Geschwindigkeit bis auf Umgebungstemperatur anschließt, um etwaige gesonderte Gefügebestandteile
der Beta-Phase sicher wieder aufzulösen. Im allgemeinen sind jedoch die Haltezeiten bei der Glühtemperatur
und die Aufheiz- sowie die Abkühlgeschwindigkeiten bei den Glühschritten nicht kritisch. Sie können wie im
Einklang mit der herkömmlichen Praxis bei diesen Legierungstypen gewünscht gewählt werden, wobei
Glühzeiten von 15 min bis 1 h im allgemeinen zur Durchführung der gewünschten Rekristallisation angemessen
sind.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet. Es sei hervorgehoben, daß vor den in Anspruch 1 angegebenen
Verfahrensschritten noch andere Verfahrensschritte durchgeführt werden können, insbesondere die in
Anspruch 9 angegebenen, wobei die vorgeschaltete Kaltverformung z. B. 45% betragen und die vorgeschaltete
Glühung bei 575° C erfolgen kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand spezieller Beispiele erläutert.
Bei den Beispielen werden die Legierungsproben für 1 h auf der entsprechenden Glühtemperatur gehalten,
wobei sich die Temperaturangabe bei jeder Glühung auf die Metalltemperatur bezieht.
Bei den Beispielen wurden die Ergebnisse mit den folgenden repräsentativen Legierungszusammensetzungen
erreicht, wobei die Prozentangaben in Gewichtsprozent erfolgen:
| Legie rung |
Gehalt Zn |
an Al |
Co | HA) | Cu |
| A B C |
22,6 22,6 22,3 |
3,2 3,5 3,8 |
0,42 0,38 0,44 |
Rest Rest Rest |
|
| Beispiel |
Alle oben angegebenen Legierungen werden mit herkömmlichen Mitteln in Form von Streifen von
2,29 mm Stärke und durch Glühung bei 575°C in den rekristallisierten Zustand gebracht. Sie werden dann
entsprechend den in Tabelle 1 angegebenen Verfahrens-Schrittfolgen behandelt. In Tabelle 1 sind die gemessenen
Eigenschaftswerte aufgeführt, einschließlich der Werte für eine Vergleichsprobe der CDA-Legierung
688 mit 72,3 bis 74,7% Kupfer, 3 bis 3,8% Aluminium, 0,25 bis 0,55 Kobalt und Zink als Rest nach
repräsentativer, angegebener Behandlung. Bei jeder Probe sind die mechanischen Eigenschaften in der
Reihenfolge Zugfestigkeit/0,2-Grenze/(Bruch-)Dehnung angegeben, wobei die Einheiten N/'mm2//N/mm2//
Prozent sind.
Verfahrensfolge
End-Glühtemperatur
Legierung A
| (D | 575°C | 517/290/37 | 490/228/45 | 510/255/42 |
| (D | 6500C | 517/276/38 | 496/228/47 | 496/241/42 |
| (D | 7000C | 496/248/41 | 478/200/46 | 483/207/47 |
| (D | 725°C | 496/234/44 | 483/214/50 | |
| (2) | Vergleichslegierung | 552-586/331-379/35-38 | ||
| CDA 688 | ||||
Verfahrensfolgen:
(1) Kaltverformung um 45%, Glühung bei 575°C, Kaltverformung um 30%, Glühung bei 575°C,
Kaltverformung um 15%, End-Glühung.
(2) Kaltverformung um 50%, Glühung bei 575°C, Kaltverformung um 50%, Glühung bei 575°C.
Bei allen angegebenen Proben ist die Korngröße gleichmäßig und kleiner als 0,03 mm, wodurch die
Tatsache belegt ist, daß die End-Glühung günstigerweise bei hoher Temperatur durchgeführt werden kann,
ohne daß übermäßiges Kornwachstum auftritt. Der sich ergebende Anstieg an Duktilität, wie er in den
Dehnungswerten zum Ausdruck kommt, zeigt sich jedoch als vom Aluminiumgehalt abhängig und allgemein
nicht so groß, wie es angesichts der Abnahme anderer Eigenschaften erwünscht ist.
Beispiel l(B)
Ein Anheben der Zwischenglühtemperatur auf 700°C
führt zu den in Tabelle 2 angegebenen Werten, die analog wie in Tabelle 1 angegeben sind.
Verfahrensfolge
Legierung
A
A
40
496/248/41
455/200/49
455/200/49
476/200/46 441/172/52
483/207/47 434/152/50
Verfahrensfolgen:
(3) Kaltverformung um 45%, Glühung bei 5750C, Kaltverformung
um 30%, Glühung bei 7000C, Kaltverformung
um 15%, Glühung bei 7000C.
Diese Verfahrensweise ergibt also den erstrebten wesentlichen Anstieg der Duktilität, während jede
Empfindlichkeit gegenüber dem Aluminiumgehalt überwunden ist. In allen Fällen sind die Korngrößen
gleichmäßig und kleiner als 0,03 mm.
Beispiel 2(A)
Dieses Beispiel liefert einen direkten Vergleich des Einflusses von Änderungen im Kaltverformungsschritt
vor der End-Glühung in den Verfahrensfolgen (1) und (3). So entsteht ein Vergleich zwischen einer Durchführung
der Zwischenglühung bei einer niedrigen Temperatur von 575°C und bei einer hohen Temperatur von fe5
7000C. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse bei Änderung der End-Kaltverformung in der Verfahrensfolge (1), wobei
die Ergebnisse analog wie in Tabelle 1 angegeben sind.
End-Kaltverformuhg
Legierung
A
A
10% Übermäßiges Kornwachstum
15% 496/248/41 483/207/47
25% 503/248/41 483/214/47
40% Übermäßiges Kornwachstum
Mit den angegebenen Ausnahmen sind alle Korngrößen gleichmäßig und kleiner als 0,03 mm.
Beispiel 2(B)
Wenn man die End-Kaltverformung bei der Verfahrensfolge (3), bei der die Zwischenglühtemperatur mit
700°C hoch ist, variiert, ergeben sich die in Tabelle 4
aufgeführten Resultate, wobei die Angaben analog wie in Tabelle 1 gemacht sind.
End-Kaltverformung
Legierung
A
A
10% Übermäßiges Kornwachstum
15% 455/200/49 434/152/50
25% 476/221/46 462/186/50
40% 490/248/43 469/200/52
50% Übermäßiges Kornwachstum
Mit Ausnahme der um 10% und um 50% end-kaltverformten
Proben sind die Korngrößen gleichmäßig und kleiner als 0,03 mm.
Die Daten der Tabellen 3 und 4 zeigen schlüssig, daß
eine Zwischenglühung bei einer hohen Temperatur oberhalb von 6000C einen signifikanten Anstieg der
Duktilität des Endprodukts erbringt, verglichen mit dem Produkt einer Verfahrensweise, die mit Ausnahme einer
Niedrigtemperatur-Zwischenglühung identisch ist. Ferner sieht man, daß eine Erhöhung der Zwischenglühtemperatur
auf über 6000C einen signifikanten Anstieg im zulässigen Bereich der End-Kaltverformung erzeugt.
Dieses Beispiel zeigt vergleichende Versuche bezüglich der Auswirkungen von Variationen des Zwischen-Kaltverformungsschritts
auf der Basis der Verfahrensfolge (3): Kaltverformung um 45%, Glühung bei 575°C,
variierte Zwischen-Kaltverformung, Glühung bei 7000C, Kaltverformung um 15%, Glühung bei bei
7000C.
Die Werte in Beispiel 2(B) haben belegt, daß mit dieser Verfahrensfolge ausgezeichnete Ergebnisse bei
einem Zwischen-Kaltverformungsgrad von 30% erreicht werden. Bei Zwischen-Kaltverformungsgraden
von 10 und 45% ergeben sich jedoch endgültige streifenförmige Produkte, die ein gewisses, beanstandbares,
übermäßiges Kornwachsturn zeigen, das zuweilen als Duplexstruktur bezeichnet wird und zwangsläufig
von ungleichmäßigen Dehnungswerten, Zugfestigkeitseigenschaften und unbefriedigendem Endaussehen begleitet
ist.
Dementsprechend wurden als Arbeitsgrenzen für den Zwischen-Kaltverformungsschriu bei mit kornfeinenden
Zusätzen versehenen Kupfer-Zink-Aluminium-Legierungen des Typs der CDA-Legierung 688 15 bis 40%
festgestellt.
Die Ergebnisse der vorstehenden Beispiele zeigen deutlich die entscheidende Natur der Zwischen-Kaltverformung,
der End-Kaltverformung und der Glühtemperaturen im Einklang mit dem erfindungsgemäß angewendeten
Verfahren.
Die Erfindung wurde anhand einer einzigen End-Kaltverformung und End-Glühung beschrieben. Es ist
jedoch klar, daß auch eine Reihe von Kaltverformungen und Glühungen in den Bereichen der End-Kaltverformung
und der End-Glühung Verwendung finden kann, ohne daß es in der Legierung zu ungleichmäßigem
Kornwachstum kommt. Die Erfindung umfaßt also auch eine derartige Folge von mehreren Verformungsschritten
und Glühschritten innerhalb der Grenzen der End-Verformung und der End-Glühung.
Claims (1)
1. Anwendung eines mit gesteuertem Kornwachstum arbeitenden Verfahrens zur Herstellung von
Kupferlegierungen mit hoher Dehnung mittels der Verfahrensschritte
mindestens 30% beträgt und daß die Glühtemperatur la Verfahrensschritt b) 650 bis 700° C beträgt
Applications Claiming Priority (1)
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8128 | New person/name/address of the agent |
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