DE593783C

DE593783C - Verguetung von titanhaltigem Kupfer oder titanhaltigen Kupferlegierungen

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Publication number: DE593783C
Application number: DEK113699D
Authority: DE
Original assignee: Lissauer & Cie M; WILHELM KROLL DR ING
Current assignee: Lissauer & Cie M; WILHELM KROLL DR ING
Priority date: 1929-03-01
Filing date: 1929-03-01
Publication date: 1934-03-10

Description

Vergütung von titanhaltigem Kupfer oder titanhaltigen Kupferlegierungen Es ist bekannt, daß man durch Zusatz von Beryllium zum Kupfer Legierungen erzeugen kann, die nach einem eigentümlichen Vergütungsvorgang, der sog. Alterung, gehärtet werden können. Diese Legierungen werden bei einer höheren Temperatur, vorzugsweise zwischen 700 und iooo°, abgeschreckt und erlangen durch Glühen bei einer niedrigen Temperatur zwischen 25o und 4.50° der Alterung sehr beträchtliche Härtewerte.
Aber auch noch andere Legierungen des Kupfers sind bekannt, die durch einen ähnlichen Alterungsvorgang außerordentlich verfestigt werden können. Es seien genannt: Die Fernären Kupfer-Silicium-Legierungen mit Chrom, Nickel, Kobalt, Eisen oder Manganzusätzen, in denen die verschiedene Löslichkeit der Silicide die Alterung hervorruft. Weiter seien die Legierungen des Kupfers mit Aluminium und einem Metall der Eisengruppe, wie- Mangan, genannt sowie die ternären Legierungen des Kupfers mit Magnesium und Zinn.
Es wurde nun gefunden, daß das Titan, das bislang in der Legierungstechnik kaum verwendet wird und infolgedessenverhältnismäßig wertlos ist, den Legierungen des Kupfers sehr wertvolle Eigenschaften verleiht, indem es diese Legierungen ähnlich wie die vorgenannten nach Abschrecken aus einem höheren Temperaturgebiet durch nachheriges Altern bei niedriger Temperatur vergütbar macht.
Der Einfluß des Titans auf Kupfer wurde schon vielfach untersucht. Die bisherigen Forscher begnügten sich jedoch allgemein damit, stark verunreinigte Legierungen des Kupfers mit Titan zu prüfen, was zur Ermittlung ganz ungenauer Werte der mechanischen Eigenschaften und des elektrischen Widerstandes führte. Bei diesen Versuchen sind auch titanhaltige Kupferlegierungen aus dem Schmelzfluß in Kokillen gegossen worden. Durch die im Verhältnis zu den kleinen Probestäben große Masse der Kokillen wurde eine Abschreckwirkung erzielt und beobachtet, daß eine geringe Verfestigung eintrat. Ferner sind aus titanhaltigem Kupfer bestehende kaltgewalzte Stücke bei verschiedenen Glühtemperaturen; auf ihre Härte untersucht worden, ohne daß ,ein einheitliches, brauchbares Ergebnis gewonnen wäre. Die bisherigen Forscher haben die Alterungsfähigkeit der Kupfer-Titan-Legierungen und ihren ungemein großen Einfluß auf die elektrische Leitfähigkeit gänzlich übersehen.
Die mechanischen Eigenschaften von sehr reinen Kupfer-Titan-Legierungen sind außerordentlich, günstig. So konnte eine Legierung mit einem Titangehalt von 5 °/o, die hierbei noch sehr gut walzbar war, durch Abschrecken bei 82o° in Wasser und nachfolgende Alterung von 3 Stunden bei 32o° von der Abschreckhärte 140 auf die Alterungshärte 225 gebracht werden.
Eine andere Kupfer-Titan-Legierung mit 2,15 % Titan zeigte folgende mechanische Eigenschaften: Bei 85o° abgeschreckt: Festigkeit 35,9 kg/mm', Dehnung 32,5 °f, Kontraktion 6o,91/,. Dieselbe Legierung bei 85o° abgeschreckt und bei 350° 24 Stunden lang gealtert ergab: Festigkeit 66,8 hg(min2, Dehnung 3r,2 °1°, Kontraktion 74,9 Eine Legierung mit 3,05 °/° Titan lieferte nach der gleichen Behandlung folgende Werte: Bei 85o° abgeschreckt: Festigkeit 42,6 hg(mm2, Dehnung 32,5°j°, Kontraktion 79,8°;`°, Härte 8o.4. Nach dem Abschrecken voll 85o' und 24stündigem Altern bei 350° wurde eine Festigkeit von 73,41;gimm=, eine Dehnung von 30,0 °4, eine Kontraktion von 6o"5 °° und eine Härte 175 erzielt.
Durch Kaltrecken nach dem Altern erreicht man außerordentlich hohe Festigkeitswerte bei ausreichender Dehnung. Die Legierung mit 2,15 °,`° Titan gab nach dem Kaltrecken von 43 °f°, das auf das Altern folgte, folgende Werte: Festigkeit 100,7 1g jmrn2, Dehnung 6,5 °i°, Kontraktion 38,3 °j°.
Die Legierung mit 3,05 °j° Titan gab nach demselben Kaltrecken folgende Werte: Festigkeit 113,4 Icgjmrn2, Dehnung 6 ° j°, Kontraktion 35,2 °J°.
Wie man sieht, ist die Verformbarkeit bei 43°!°igem Kaltrecken keineswegs erschöpft. Läßt man die Dehnung auf i °j° sinken, so kann man mit der 3 °j°igen Titanlegierung eine Festigkeit von 13o bis 140lcgjmrri erzielen. Die 4°,"°ige Titanlegierung erreicht nach Altern und 6o °j°igem Kaltrecken 15o kg Festigkeit bei i',', Dehnung.
Der Einfluß des Alterns auf den elektrischen Widerstand ist außerordentlich groß. Die Legierung mit 3,05 ° j° Titan hat beispielsweise nach dein Abschrecken von 85o° einen Widerstand von 0,4o6 Ohm%injmm2. Nach einer Alterung von 21 Stunden bei 350' fällt der Widerstand auf o,142 Ohrnjmjmm2, also fast auf den dritten Teil. Günstiger liegen die Verhältnisse noch bei titanärmeren Legierungen in bezug auf den niedrigsten Widerstand, den man durch Altern erzielen kann. So hatte die Legierung mit 2,15°j° Titan nach Altern und 43 °j°igem Kaltrecken einen Widerstand von 0,o89 Ohmjm;inm2.
Berücksichtigt man die außerordentlich hohe Festigkeit dieser Legierung, so ergibt sich hieraus, daß man solche Legierungen für Telephon- oder Leitungsdrähte vorteilhaft verwenden kann. Der Vorsprung gegenüber anderen Legierungen, die für diesen Zweck verwendet werden, liegt in der hohen Dehnung der Kupfer-Titan-Legierungen. Bei einer Festigkeit von ioo kgjmm2 hat beispielsweise die 6°J°ige Zinnbronze im kaltgereckten Zustand nur o,51/0 Dehnung, wogegen die 2,15°j°ige Kupfer-Titan-Legieruiig bei derselben Festigkeit eine 13mal höhere Dehnung aufweist. Demnach eignen sich die Kupfer-Titan-Legierungen gegebenenfalls nach noch stärkerem Kaltrecken besonders für solche Fälle, in denen man sehr große Entfernungen mit Leitungsdrähten überspannen will, ohne daß die elektrische Leitfähigkeit von allein ausschlaggebender Bedeutung ist. In solchen Fällen ist die Kupfer-Titan-Legierung infolge ihrer großen Widerstandsfähigkeit gegenüber den atmosphärischen Einwirkungen dem Stahl vorzuziehen, dessen elektrischer Widerstand außerdem bedeutend höher ist.
An Stelle der ziemlich schwer herstellbaren binären Kupfer-Titan-Legierungen kann man auch ternäre Legierungen verwenden, insbesondere solche, die außer Titan noch Metalle der Eisengruppe oder Leichtmetalle enthalten. So kommen in .Betracht: Legierungen mit maximal 4.°/° Titan und bis zu io°i° Ni, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, Legierungen mit maximal 4°j° Titan und bis zu 5 % Si, Mg, Al.
Die Eigenschaften dieser Legierungen können von denjenigen der binären Kupfer-Titan-Legierungenhergeleitet `-erden. Die Alterung bleibt prozentual annähernd gleich, die Dehnung ist verhältnismäßig etwas geringer und der Widerstand etwas höher. Die Festigkeit kann entsprechend dein Zusatz des dritten Metalls um maxifinal 2o lig;min2 gesteigert «-erden. Diese Legierungen kommen allgemein als Konstruktionsmaterial beispielsweise in Form von Preßstangen, Rohren u. dgl. zur Verwendung. Als Leitungsmaterial kommen die höher legierten wegen des größeren Widerstandes weniger in Betracht.
Die günstigste Temperatur für das Abschrecken liegt für die binären Kupfer-Titan-Legierungen zwischen 75o° und 85o° C. Die Mehrstoff legierungen, insbesondere diejenigen finit den Metallen der Eisengruppe, erfordern eine höhere Abschreckteinperatur. Die Grenze, innerhalb der das Abschrecken erfolgen kann, liegt zwischen 6j0° C und dein Schmelzpunkt. Höher abgeschreckte Legierungen sind nach dem Abschrecken weicher und altern prozentual stärker.
Die günstigste Alterungstemperatur liegt bei etwa 3.50' C bei einer Alterungszeit von 24 Stunden. Altert man bei höherer Temperatur, so ist die Zeit kürzer zu wählen. Die Mehrstofflegierungen,insbesondere diejenigen mit den Metallen der Eisengruppe, erfordern eine etwas höhere Alterungstemperatur. Im allgemeinen liegt die Alterungstemperatur zwischen 25o und 60o° C.
Ähnliche Alterungseffekte können auch mit Gußlegierungen erzielt werden, doch erfordern diese eine längere Glühzeit vor dem Abschrecken.
Vielfach genügt es, die Legierungen einige Zeit lang auf hohe Temperatur zu erhitzen, worauf man nach einfachem Abkühlenlassen an der Luft im darauffolgenden Alterungsprozeß ebenfalls eine ganz bedeutende Alterungshärte erzielen kann. Das Abschrecken in Flüssigkeiten ist also keinesfalls unbedingt erforderlich, sondern es genügt die gewöhnliche Abkühlung aus einem höheren Temperaturbereich, um bei der Alterung bedeutende Härte zu erzielen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Vergüten von titanhaltigemKupfer oder titanhaltigen Kupfer-Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen einem Abschrecken aus einem Temperaturbereich zwischen 65o° und iooo° C und nachfolgender Alterung bei 25o bis 6oo° C unterworfen werden.
2. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch i vergütete Kupfer-Titan-Legierung mit höchstens q.°/, Titan und einem Zusatz eines der Elemente Nickel, .Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt oder Molybdän in einer Menge bis zu io °/o oder Silicium, Magnesium oder Aluminium bis zu 5 % .