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Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines Formkörpers, der
Be-Cu-Legierungsmaterial umfaßt.
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Zur Herstellung verschiedener Produkte, wie Relais und Anschlußstücke, finden
Be-Cu-Legierungen als hervorragendes Rohmaterial mit hoher mechanischer
Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit weitverbreitet Anwendung.
In Anbetracht des zunehmenden Bedarfs an Produkten mit geringer Größe in
letzter Zeit, besteht die Nachfrage nach einem Be-Cu-Legierungsmaterial mit
ausreichender Verformbarkeit, um harte Bearbeitungsbedingungen auszuhalten.
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Es ist herkömmliche Praxis gewesen, ein Walzblech aus Be-Cu-Legierung zum
Verarbeiten in einen Körper aus Formteilen mit einer vorbestimmten
Konfiguration herzustellen, indem das Rohmaterial gegossen und warmgewalzt
wurde, das warmgewalzte Material wiederholt Kaltwalzen und Tempern und dann
einer darauffolgenden Lösungsbehandlung, gefolgt von weiterem Kaltwalzen,
unterworfen wurde. Darüber hinaus wird das obengenannte walzblech aus
Be-Cu-Legierung auf eine der folgenden Arten in die gewünschte Konfiguration
eines aus Teilen bestehenden Körpers verarbeitet.
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Die erste Art besteht darin, das Walzblech aus der Be-Cu-Legierung einer
darauffolgenden Alterungshärtung zu unterwerfen und das Material den Kunden
als ein sogenanntes werkgehartetes Material zu liefern. Das Material wird
dann verschiedenen Bearbeitungsbehandlungen unterworfen, einschließlich Biegen
in die gewünschte Konfiguration eines aus Teilen bestehenden Körpers in der
Fabrik des Kunden. In vielen Fallen wird der so erhaltene Körper aus Formteilen
in die Produkte eingearbeitet, wie er ist.
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Die zweite Art besteht darin, den Kunden das Walzblech aus der Be-Cu-Legierung
zu liefern, die dann in der Fabrik des Kunden verschiedenen
Bearbeitungsbehandlungen unterworfen wird, um die gewünschte Konfiguration
eines aus Teilen bestehenden Körpers zu erreichen, und daraufhin einer
Alterungshärtung in der Fabrik entweder des Kunden oder des
Rohmateriallieferanten, um einen fertigen aus Teilen bestehenden Körper mit
einer gewünschten Festigkeit zu bilden.
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Bei beiden Arten ist das nach der Lösungsbehandlung durchzuführende Kaltwalzen
ein Parameter, der die Eigenschaften des Materials maßgeblich beeinflußt,
und soll die Festigkeit des Produkts verbessern, um die Verformung des
Materials nach der Alterung zu verhindern und um die Ausfallung beim Altern
zu fördern.
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Bei der Durchführung des Kaltwalzens nach der Lösungsbehandlung führt ein
übermäßig hoher Verformungsgrad (Reduktion) zu einer Verschlechterung der
90º-Biegeeigenschaften des Walzblechs, wenn es um eine Achse gebogen wird,
die parallel zur Walzrichtung verläuft; daher kann, auch wenn das Walzblech
vor der Alterungshärtung in die Konfiguration eines aus Teilen bestehenden
Körpers geformt wird, kein ausreichender Freiheitsgrad beim Formen erreicht
werden. Folglich wird bei einem Material, das außerordentliche Tendenz zur
Verformungshärtung aufweist, das Kaltwalzen üblicherweise mit einer Reduktion
von nicht mehr als 60% durchgefuhrt. Mit anderen Worten, es ist für notwendig
befunden worden, die Anzahl an Wiederholungen des Kaltwalzens und Temperns
vor der Lösungsbehandlung zu erhöhen, und das führt zu Schwierigkeiten bei
der Verringerung der Herstellungskosten.
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Andererseits weist bei dem Material, das bereits als werkgehärtetes Material
Alterungshärtung unterworfen worden ist, das Material mit einer höheren
Festigkeit nach der Alterung eine verringerte Bruchdehnung, eine schlechtere
Verformbarkeit und einen deutlich verringerten Biegefreiheitsgrad auf. Daher
könnte die Beibehaltung der gewünschten Verformbarkeit einer Be-Cu-Legierung
nur erreicht werden, indem das wesentliche Merkmal der Legierung, d.h. seine
hervorragend hohe Festigkeit, geopfert wird.
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Ein Beispiel für den obigen Stand der Technik ist die WO 80/01169, die ein
Verfahren beschreibt, bei dem auf Kaltwalzen nach Lösungsbehandlung zwei
Alterungshärtungsschritte bei 260-430ºC bzw. 480-650ºC folgen, bevor Ausrichten
und Spannungsabbau stattfinden.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung des
Be-Cu-Legierungsmaterials mit einer ursprunglich verschlechterten
Verformbarkeit als Ergebnis des Kaltwalzens bei einer Reduktion von 20% oder
mehr, sodaß das Material fähig ist, wahrend des Formens in die gewünschte
Konfiguration eines Körpers aus Teilen ein Biegen mit einem geringeren
Krümmungsradius auszuhalten, sowie das leichte Erreichen der maximalen
Festigkeit nach der Alterung der Be-Cu-Legierung, die bereits in die gewünschte
Konfiguration geformt worden ist.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Lösungsbehandlung bezogen auf ein
gewalztes Be-Cu-Legierungsblech durchgeführt, das 0,2 bis 0,8 Gew.-% Be, 0,3
bis 4,0 Gew.-% Ni und/oder Co enthält, wobei der Rest aus Cu und
unvermeidlichen Verunreinigungen besteht. Dieses Blech wird Kaltwalzen mit
einer Reduktion von 20% oder mehr unterworfen, und das kaltgewalzte Blech
wird Tempern bei einer Temperatur von 250 bis 550ºC unterworfen, um einen
Teil der durch die Verformung hervorgerufenen Spannungen aufzuheben, um die
Verformbarkeit des Be-Cu-Legierungsmaterials wiederzuerlangen. Das so erhaltene
Material wird der notwendigen Bearbeitung unterworfen, einschließlich Biegen
in eine vorbestimmte Konfiguration des Körpers aus Teilen, und dann Alterung
bei einer Temperatur von 350-500ºC, um dadurch die maximale Festigkeit nach
der Alterung zu erreichen.
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In der einzigen Figur wird ein Fließschema der Herstellungsschritte gezeigt,
worin die vorliegende Erfindung mit dem obengenannten Stand der Technik
verglichen wird. Herkömmlicherweise wird entweder das nach der
Lösungsbehandlung der Be-Cu-Legierung erhaltene kaltgewalzte Blech direkt
Formen in die gewünschte Konfiguration und einer darauffolgenden
Alterungshärtung unterworfen, oder das nach der im voraus durchgeführten
Alterungshärtung erhaltene werkgehärtete Material wird dem Formen in die
Konfiguration des Produkts unterworfen. Wie bereits erwähnt, sind derartige
Produktionsschritte von einer Vielzahl von Problemen begleitet.
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Im Gegensatz zu oben folgt dem nach der Lösungsbehandlung durchgeführten
Kaltwalzen gemäß vorliegender Erfindung ein Tempern bei einer vorbestimmten
Temperatur, um dadurch einen Teil der durch die Verformung hervorgerufenen
Spannungen aufzuheben und um die Verformbarkeit wiederzuerlangen, und das
so erhaltene Be-Cu-Legierungsmaterial mit einer verbesserten Verformbarkeit
wird dann in die gewünschte Konfiguration des fertigen Körpers geformt und
einer Alterungshärtung unterworfen, wodurch es möglich wird, Produkte mit
einer gewünschten hohen Festigkeit herzustellen.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird, wie zuvor erwähnt, eine Be-Cu-Legierung
verwendet, die 0,2 bis 0,8 Gew.-% Be, 0,3 bis 4,0 Gew.-% Ni und/oder
enthält, wobei der Rest aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
Diese Begrenzungen eines jeden der Bestandteile basieren auf den folgenden
Gründen.
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Zunächst ist festgestellt worden, dar bei einer Menge an Be von weniger als
0,2 Gew.-% eine ausreichende Aushärtung durch Ausfällung nicht erreicht werden
kann, während, wenn die Menge an Be 0,8 Gew.-% übersteigt, keine Verbesserung
der Festigkeit, die der erhöhten Menge entspricht, festzustellen ist; daher
ist die Menge an Be auf den Bereich von 0,2 bis 0,8 Gew.-% begrenzt worden.
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Zweitens ist auch festgestellt worden, daß bei einer Menge an Ni und/oder
Co von weniger als 0,3 Gew.-% keine ausreichende Aushärtung durch Ausfällung
erreicht werden kann, während, wenn die Menge an Ni und/oder Co 4,0 Gew.-%
übersteigt, die Verformbarkeit abnimmt; daher ist die Menge an Ni und/oder
Co auf den Bereich von 0,3 bis 4,0 Gew.-% begrenzt worden.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird das Walzblech aus Be-Cu-Legierung mit der
obengenannten Zusammensetzung nach der Lösungsbehandlung Kaltwalzen mit einer
Reduktion von 20% oder mehr unterworfen. Das ist auf die Erkenntnis
zurückzuführen, daß bei einer Reduktion von weniger als 20% die Verformbarkeit
keiner wesentlichen Verschlechterung unterliegt und keine Wiederherstellung
durch Tempern erforderlich ist, während eine höhere Reduktion es möglich macht,
die Anzahl an Wiederholungen des Kaltwalzens und Temperns vor der
Lösungsbehandlung zu verringern.
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Darüber hinaus wird zur Durchfuhrung des Temperns zwischen dem Kaltwalzschritt
nach der Lösungsbehandlung und dem Bearbeitungsschritt zum Formen des Materials
in die gewünschte Konfiguration des Körpers aus Teilen gemäß vorliegender
Erfindung der Temperaturbereich von 250 bis 550ºC festgelegt, da einerseits
eine Temperatur unter 250ºC nicht zu ausreichender Wiedererlangung der
Verformbarkeit führt, während andererseits eine Temperatur über 550ºC zu einem
übermäßig gealterten Zustand führt, wodurch keine ausreichend hohe Festigkeit
durch die Alterungshärtung nach dem Formen in die gewünschte Konfiguration
erreicht werden kann.
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Weiters legt die vorliegende Erfindung zur Durchführung der Alterungshärtung
nach dem Formen in die gewünschte Konfiguration eines Körpers aus Teilen einen
Temperaturbereich von 350 bis 500ºC fest, weil einerseits eine Temperatur
unter 350ºC keine Aushärtung herbeiführt, während andererseits eine Temperatur
über 500ºC, obwohl sie die spezifische elektrische Leitfähigkeit wirksam
verbessert, zu einem übermäßig gealterten Zustand führt, wodurch keine
ausreichende Festigkeit erreicht werden kann.
Beispiele
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In der folgenden Tabelle 1 werden die Zusammensetzungen,
Herstellungsbedingungen und mechanischen Eigenschaften von Proben (1) bis
(16) gemäß vorliegender Erfindung und Vergleichsproben (17) bis (24) gezeigt.
TABELLE 1(a)
Zusammensetzung (Gew.-%)
Formbarkeit (R/t)
Probennummer
Reduktion beim Kaltwalzen (%)
Tempertemperatur (ºC)
Alterungshärtungstemperatur (ºC)
0,2% Streckgrenze nach der Alterung (kg/mm²)
vor dem Tempern
nach dem Tempern
TABELLE 1(b)
Zusammensetzung (Gew.-%)
Formbarkeit (R/t)
Probennummer
Reduktion beim Kaltwalzen (%)
Tempertemperatur (ºC)
Alterungshärtungstemperatur (ºC)
0,2% Streckgrenze nach der Alterung (kg/mm²)
vor dem Tempern
nach dem Tempern
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Die in Tabelle 1 angeführten Proben (1) bis (24) sind bis zum
Lösungsbehandlungsschritt im in der Figur gezeigten Verfahren auf bekannte
Art und daraufhin unter jeweils unterschiedlichen Verfahrensbedingungen
hergestellt worden.
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Die Verformbarkeit, wie in Tabelle 1 und Anspruch 2 der vorliegenden Anmeldung
genannt, ist bezogen auf Walzbleche aus Be-Cu-Legierung vor dem
Alterungshärtungsschritt bestimmt worden, und wird als R/t-Wert ausgedrückt,
worin R ein Sicherheitsbiegeradius ist, der dadurch festgelegt ist, ob Risse
im gebogenen Abschnitt des Blechs gebildet werden, nachdem es um 180º um eine
zur Walzrichtung parallele Achse gebogen worden ist, oder nicht, und t die
Dicke des Blechs ist, durch die der Sicherheitsbiegeradius dividiert wird.
Hier gibt ein kleinerer R/t-Wert an, daß das Blech härtere
Bearbeitungsbedingungen einschließlich Biegen mit einem kleineren Biegeradius
aushalten kann.
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Wie Tabelle 1 deutlich zeigt, weisen alle der erfindungsgemäßen Proben (1)
bis (16) hervorragende Verformbarkeit und Festigkeit auf (0,2% Streckgrenze
nach der Alterung gemäß JIS Z2241 erhalten). Andererseits haben die
Vergleichsproben (17), (19) und (21) die gleiche Zusammensetzung wie die
erfindungsgemäßen Proben (5) bis (8), während die Vergleichsproben (18), (20)
und (22) die gleiche Zusammensetzung wie die erfindungsgemäßen Proben (10)
und (11) aufweisen.
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Auf die Vergleichsproben (17) und (18) bezogen ist das Kaltwalzen mit einer
geringeren Reduktion durchgeführt worden. Es ist offensichtlich, daß bei einer
Reduktion von 15% hervorragende Verformbarkeit erzielt werden kann, obwohl
die 0,2% Streckgrenze nach der Alterung im Vergleich zu entsprechenden
erfindungsgemäßen Proben mit der gleichen Zusammensetzung viel geringer wird.
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Bezogen auf Vergleichsbeispiel (19) ist das Tempern bei einer höheren
Temperatur durchgeführt worden, sodaß die Ausfällungskerne grob wurden,
begleitet von einer Verringerung der 0,2% Streckgrenze nach der Alterung.
Was Vergleichsprobe (20) betrifft, wurde das Tempern unter einer geringeren
Temperatur durchgeführt, sodaß es nicht möglich war, eine ausreichende
Wiedererlangung der Verformbarkeit nach dem Tempern zu erreichen.
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Die Vergleichsprobe (21) weist als Ergebnis der Alterung bei einer höheren
Temperatur einen übermäßig gealterten Zustand auf, während sich die
Vergleichsprobe (22) aufgrund der Alterungsbehandlung bei einer geringeren
Temperatur in einem nicht gealterten Zustand befindet; bei beiden dieser Proben
ist die 0,2% Streckgrenze nach der Alterung verringert.
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Des weiteren konnte bei den Vergleichsproben (23) und (24) aufgrund eines
unzureichenden Gehalts an Be bzw. Co keine ausreichende Festigkeit erreicht
werden.
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Es sind weitere Proben mit der gleichen Zusammensetzung wie die
erfindungsgemäßen Proben (10) und (11) hergestellt worden, und diese Proben
wurden Kaltwalzen mit einer variablen Reduktion von 20 bis 90%, darauffolgendem
Tempern bei einer Temperatur von 400ºC, gefolgt von Messung der
Verformbarkeit, und dann einer Alterung bei einer Temperatur von 400ºC
unterworfen, gefolgt von der Messung der 0,2% Streckgrenze. Das Ergebnis wird
in der folgenden Tabelle 2 gezeigt.
TABELLE 2
Reduktion (%) beim Kaltwalzen
Verformbarkeit vor dem Tempern (R/t)
Verformbarkeit nach dem Tempern (R/t)
0,2% Streckgrenze nach der Alterung (kg/mm²)
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Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, führt eine nöhere Reduktion beim Kaltwalzen
zu einer Verringerung der Verformbarkeit, die gemäß vorliegender Erfindung
wieder auf einen praktisch hohen R/t-Wert gebracht werden kann, indem Tempern
durchgeführt wird.
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Es wird anerkannt werden, daß gemäß vorliegender Erfindung das Kaltwalzen
nach der Lösungsbehandlung mit einem höheren Wert durchgeführt wird, um die
Festigkeit nach der Alterung zu verbessern und um Verformungen nach der
Alterung auf wirksame Art zu verhindern. Auch die Verschlechterung der
Verformbarkeit, die bisher als unvermeidlich betrachtet wurde, kann durch
das Tempern bei einer vorbestimmten Temperatur sicher verhindert werden.
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Des weiteren kann bei der höheren Reduktion des Kaltwalzens nach der
Lösungsbehandlung die Lösungsbehandlung an einem Blech mit größerer Dicke
durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Lösungsbehandlung im Fall einer
Reduktion von 80% und einer Dicke des Endprodukts von 0,2 mm bezogen auf ein
Blech mit 1,0 mm Dicke durchgeführt werden. Daher ist es möglich, die Anzahl
an Wiederholungen des Kaltwalzens und des Temperns vor der Lösungsbehandlung
im Vergleich zum Kaltwalzen beim herkömmlichen Verfahren mit einer geringeren
Reduktion zu verringern, wodurch ein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil
erreicht wird.
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Darüber hinaus kann, wenn das Tempern an einem eingespannten Blech
durchgeführt wird, die Form des Blechs richtig korrigiert werden, und auch
die Aushärtung kann mehr oder weniger angeregt werden, sodaß es möglich ist,
unerwünschtes Schrumpfen zu verhindern, das während des Alterns auftritt,
nachdem das Material in die Konfiguration des Körpers aus Teilen verarbeitet
worden ist.