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Vergütung einer Kupfer-Berylliumlegierung mit überwiegendem Gehalt
an Kupfer Kupfer-Berylliumlegierungen mit überwiegendem Kupfergehalt und Verfahren
zu ihrer Herstellung sind an sich bekannt. Insbesondere sind die Eigenschaften der
Legierungen mit 5 oder i o °'o Berylliumgehalt bereits untersucht worden. Weiter
ist auch das Zustandsdiagramm für Kupfer-Berylliumlegierungen bis zu einem Berylliumgehalt
von etwa 30 % veröffentlicht worden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergütung einer Kupfer-Berylliumlegierung
mit überwiegendem Gehalt an Kupfer. Gemäßder Erfindung wird eine derartige Legierung,
die gegebenenfalls noch weitere Zusätze, wie beispielsweise bis etwa 25 0'o Zink,
bis etwa i o o'o Nickel, Aluminium und Zinn, enthält, von höheren Temperaturen,
vorzugsweise oberhalb 6oo° C, hinreichend schnell abgekühlt oder abgeschreckt. Dadurch
lassen -sich Eigenschaften für eine derartige Legierung erreichen, die diejenigen
der besten Bronzen unter Umständen wesentlich übertreffen und zum Teil denjenigen
von gehärtetem Stahl etwa entsprechen. Infolge ihrer großen Härte, Festigkeit und
Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion ist die neue vergütete Kupfer-Berylliumlegierung
für zahlreiche technische Zwecke gut verwendbar.
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Die zu vergütende Legierung kann beispielsweise durch Zusammenschmelzen
von Kupfer -und Beryllium in an sich bekannter Weise hergestellt werden. Das Beryllium
wird dabei zweckmäßig als Vorlegierung benutzt. Gegebenenfalls können noch Zusätze
anderer Metalle in den oben angegebenen Mengen angewendet werden. Eine andere Herstellungsart
der zu vergütenden -Legierung besteht darin, daß man Salze oder Erze der Bestandteile
der Legierung gemeinsam reduziert. Der Berylliumgehalt der zu vergütenden Legierung
beträgt zweckmäßig bis zu etwa 12 WO.
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Das neue Verfahren bietet die Möglichkeit, die Eigenschaften der Kupfer-Berylliumlegierungen
des genannten Konzentrationsbereiches durch entsprechende thermische Vergütungsbehandlung
weitgehend zu beeinflussen, so daß man einerseits die Legierung in den Zustand genügender
Weichheit und Duktilität versetzen kann, die sie für die Bearbeitung mit knetenden
oder mit schneidenden Werkzeugen geeignet macht, und an= dererseits durch weitere
Temperaturbehandlung einigen von ihnen Härtegrade erteilen kann, die denjenigen
des gehärteten Stahls nahekommen. Durch modifizierte thermische Behandlung können
in der Härte bzw. Festigkeit und Zähigkeit auch alle gewünschten Zwischenstufen
hergestellt werden. Die Legierungen zeigen bei guten technologischen Eigenschaften
eine Wandlungsfähigkeit durch thermische Behandlung in einem Maße, wie sie sonst
bei Kupferlegierungen nicht bekannt ist.
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Die Arten der thermischen Behandlung richten sich nach der Zusammensetzung
der Legierung und nach dem zu erreichenden Zweck.
Bei Legierungen
bis etwa 5 % Beryllium ist als Vergütungfolgende thermische Behandlungsehr zweckmäßig:
DieLegierungenwerdenaufhöhere Temperaturen, zweckmäßig oberhalb 6oo°, erhitzt und
nach einer genügend schnellen Abkühlung, die bei größeren Stücken durch Abschrecken
und bei kleineren auch durch Abkühlung an der Luft bewirkt werden kann,. einer künstlichen
Alterung durch Erhitzung auf niedrigere Temperaturen, zweckmäßig im Intervall i
5o bis 500°, unterworfen. Es wird also eine Wärmebehandlung durchgeführt, wie in
ähnlicher Weise z. B. für vergütbare Aluminiumlegierungen an sich bekannt ist. Die
Dauer der künstlichen Alterung richtet sich in erster Linie nach der Alterungstemperatur.
Während sie in der Nähe der unteren Temperaturgrenze mehrere Tage betragen kann,
genügen bei 300° nur 2 Stunden, und sie wird mit höheren Temperaturen fortschreitend
geringer. Mit Hilfe dieser doppelten Temperaturbehandlung gelingt es z. B., die
Härte einer Legierung, bestehend aus 97 % Cu und 3 % Be, von etwa 125 bis
auf 4oo bis 45o Brinelleinheiten zu steigern. Der vergütende Einfluß dieser Temperaturbehandlung
besteht auch bei Berylliumkonzentrationen oberhalb der angegebenen Grenze von 5
%, jedoch wird er dort durch andere Vorgänge in der Legierung so stark überdeckt,
daß er nicht unmittelbar in Erscheinung tritt. Trotzdem kann diese Temperaturbehandlung
auch bei diesen Legierungen für gewisse technische Zwecke, diedie Kombination einer
gewissen Härte und Zähigkeit verlangen, zweckmäßig sein.
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Während das bisher beschriebene Vergütungsverfahren bei allen Legierungen
bis etwa io % anwendbar ist, kommt das nunmehr zu beschreibende Verfahren nur für
diejenigen Berylliumlegierungen in FrAge, bei denen sich bei der Erstarxung aus
. dem Schmelzfluß "zunächst eine sehr harte ß-Kristallart ausscheidet, die unterhalb
etwa 580'
wieder zerfällt. Die diesbezüglichen Verhältnisse sind aus dem in
der Zeichnung dargestellten Zustandsdiagramm ersichtlich, das von O e s t e r h
e 1 d veröffentlicht ist. In diesem sind einige. Korrekturen vermerkt; insbesondere
ist die Grenze der a-Kristalle berichtigt worden. Dieses Vergütungsverfahren ist
anwendbar für die Legierungen des Konzentrationsbereiches mit etwa o,5 bis i i %
Beryllium. Durch Zusatz anderer Elemente, wie Zinn, Aluminium usw.,- in den oben
angegebenen Mengen verschieben sich im großen und ganzen nur die honzentrations-
und Temperaturgrenzen des i-Gebietes, und zwar vorwiegend nach der Seite der geringeren
Berylliumgehalte. Sinngemäß erstreckt sich in jedem dieser Fälle der Anwendungsbereich
des zu beschreibenden Verfahrens auf den Existenzbereich der ß=Kristalle unter Berücksichtigung
der veränderten Temperaturverhältnisse.
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Das Verfahren bezweckt ebenfalls, der Legierung eine hohe Härte zu
erteilen. Zu diesem Zweck wird dieselbe bei einer Temperatur oberhalb der Zerfalltemperatur
der ß-Kristalle abgeschreckt, im Falle der reinen Kupfer-Berylliumlegierungen, also
immer oberhalb etwa 58o°. Auf diese Weise gelingt es z. B., eine Kupfer-Berylliumlegierung
mit 6,7 % Be, die in a- und Y-Kristalle zerfallen ist und infolgedessen bei einer
Härte von etwa 3oo verhältnismäßig ieicht bearbeitbar ist, durch Abschrecken von
Temperaturen des ß-Gebietes, also oberhalb 58o° C, -auf eine Härte von etwa
730 zu bringen.
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Wie erwähnt, kann dieses letzte Verfahren mit der zuerst genannten
thermischen Behandlung kombiniert werden.
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Die beschriebenen verschiedenen thermischen Behandlungen lassen sich
sowohl auf gegossene als auch auf geknetete Legierungen anwenden. Bei Gußlegierungen
braucht man im allgemeinen vor der künstlichen Alterung keine besondere Abschreckung
von höheren Temperaturen mehr vorzunehmen, da diese durch die schnelle Abkühlung
in der Gußform ersetzbar ist.