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Verfahren zur Herstellung von Kupfer-Chrom-Legierungen Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Kupfer-Chrom-Legierungen
durch Gießen in Kokillen. Derartige Gegenstände besitzen eine relativ hohe thermische
und elektrische Leitfähigkeit und vermögen bei ihrer Beanspruchung ohne Härteverlust
und/oder Festigkeitsverlust hohen Temperaturen zu widerstehen; die erfindungsgemäß
erzeugten Gegenstände können somit beispielsweise für Elektrodenspitzen für Punkt-,
Stumpf- oder Nahtschweißung und für Zylinderkopfeinsätze für Brennkraftmaschinen
Verwendung finden.
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Die Verwendung von Kupfer-Chrom-Legierungen, welche eine geringe Menge
Chrom enthalten, für elektrische Kontakte und ähnliche Zwecke ist wegen ihrer Hitzebeständigkeit,
Härte und Beibehaltung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit bei erhöhten
Temperaturen bekannt, doch hat man bisher diese Eigenschaften nur solchen Legierungen
zugesprochen, in denen der ChraTngehalt die Löslichkeit des Chroms im Kupfer nicht
wesentlich übersteigt, d. h. welche einen Chromgehalt von bis zu etwa i % aufweisen.
Außerdem wurden solche Legierungen gewöhnlich nach doppelter Wärmebehandlung, d.
h. nach einer Lösungsglühung bei annähernd goo° C oder mehr und einem Ablöschen
und Altern bei 3oo bis 70o° C, verwendet, wobei der Zweck einer solchen Wärmehandlung
darin besteht, ein Härten der Legierungen durch Ausscheiden des Chroms aus der übersättigten
festen Lösung zu bewirken.
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Derart wärmebehandelte Legierungen zeigen jedoch Neigung, die erworbenen
Eigenschaften unter der Einwirkung von 'hohen Temperaturen zu verlieren. Ziel der
vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von Gegenständen aus harten Kupfer-Chrom-Legierungen,
welche ihre Härteeigenschaften, Wärmebeständigkeit und verhältnismäßig
hohe
thermische und elektrische Leitfähigkeit auch nach Anwendung höherer Temperaturen
als jene, welche im Falle der obenerw ähnten, wärmebehandelten Legierungen statthaft
sind, beil>elialten.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, harte Kupferlegierungen mit einem
Chromgehalt von o,5 bis 20°/o zu erzeugen, in denen die Dispergierung des Chroms
im geschmolzenen Metall durch zusätzliche Mittel, bestehend aus einem Metall, wie
Zink, oder verschiedenen Oxyden oder Salzen, erleichtert wird. Eine 9 Teile Kupfer
auf i Teil Chrom enthaltende Legierung wurde ebenfalls vorgeschlagen. Diese früheren
Vorschläge enthalten indessen keinen Hinweis auf die Notwendigkeit der Kontrolle
besonderer Bedingungen während des Fabrikationsprozesses zwecks Beibehaltung der
Eigenschaften der Legierungen bei erhöhten Temperaturen. Es wurde ferner vorgeschlagen,
Hartguß aus Kupfer-Chrom-Legieruigen mit o,2 bis 20/0 Chrom von 'hoher elektrischer
und thermischer Leitfähigkeit zu erzeugen, und zwar unter Auslassung der Lösungsglühung
und unter Verwendung von nur einer Wärmebehandlung bei 300 bis 700° C, wodurch
eine Ausscheidungshärtung erreicht werden sollte.
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Erfindungsgemäß gelangt man durch Kokillenguß zu Gegenständen aus
Kupfer-Chrom-Legierungen mit einem Chromgehalt von i bis 350%, welche sich für die
genannten Zwecke eignen, indem man die Chrompartikel gleichmäßig in fein verteilter
Form durch kontrolliertes Abkühlen dispergieren läßt, nämlich durch rasches Abkühlen
der in die Kokille gegossenen Legierung von der Gießtemperatur auf eine ,wenig unterhalb
der Solidustemperatur der Legierung liegende Temperatur und durch nachfolgendes
Kühlen von -dieser Temperatur in gewünschtem Maße, und zwar zeit oder ohne Ausglühen
zur Vervollständigung der Chrornausscheidung.
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Die Legierung wird zweckmäßig bei einer io bis 5o° C über der Liquidustemperatur
liegenden Temperatur in die Kokille gegossen und rnit einer Geschwindigkeit von
mindestens ioo° C je :Minute, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 200° C
je Minute" von der Gießtemperatur auf 105o° C gekühlt. Für eine 1,5% Chrom enthaltende
Legierung wird man beispielsweise zweckmäßig ein", Gießtemperatur von i ioo° C anwenden
und die Gußlegierung innerhalb 1/4 Minute auf io5o° C abkühlen, während für eine
5% Chrom enthaltende Legierung zweckmäßigerweise eine Gießtemperatur voll 125o°
C angewandt und die Gußlegierung innerhalb i Minute auf io5o° C gekühlt wird. Bei
mehr als 5% Chrom enthaltenden Legierungen ist das Gießen bei noch höheren Temperaturen
vorzunehmen. Die Legierung kann in einer Eisen-, Graphit-oder mit Wasser gekühlten
Kupfergießform gegossen werden: nach Möglichkeit wird man für dünne Querschnitte
der gegossenen Materialien sorgen, um einen maximalen Kühleffekt zu gewährleisten,
so daß sie vorzugsweise Querschnitte von 1,27 bis 2,54 cm Dicke aufweisen.
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Bei Güssen mit größeren Dimensionen wird rnan vielleicht die genannte
bevorzugte Kühlungsgeschwindigkeit nicht auf den ganzen Guß ausdehnen können, doch
wird man danach trachten, diese Kühlwirkung soweit als möglich zu erreichen. \,ermöge
dieser raschen Kühlung gelangt man zu äußerst feinen und durch den ganzen Gußquerschnitt
gleichmäßig verteilten primären Chrompartikeln, wobei eine dauerhafte Härtung erzielt
wird.
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Nachdem eine wenig, z. B. 20 bis 10o° C, unterhalb der Solidustemperatttr
der Legierung liegende Temperatur erreicht ist, kann das Gußmaterial in beliebiger
Weise gekühlt werden. Zweckmäßig wird man die weitere Kühlung genügend langsam vornehmen,
um eine praktisch vollst:indige Aussch°idung des Chroms aus der übersättigten festen
Lösung sicherzustellen. Das Gußmaterial kann aber auch rascher gekühlt und eine
vollständige Ausscheidung des Chroms dadurch bewirkt werden, daß man die Legierung
nachträglich bei .40o 1>1s 750° C während einer Datier von 1/z bis S Stunden ausglüht.
In gewissen Fällen kann sich ein solches Ausglühen- als erforderlich erweisen, um
eine maximale elektrische und thermische Leitfähigkeit der Legierung sicherzustellen,
während in anderen Fällen ein derartiges Ausglühen durch geeigneten Kühlungsverlauf
vermieden w-er.deii kann.
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Die Legierungen enthalten zweckmäßig mehr als 3% Chrom, und dies insbesondere,
wenn sie für die Herstellung von Elektrodenspitzeil verwendet werden.
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Sowohl Elektrodenspitzen als auch die andern eingangs erwähnten Gegenstände
können direkt als Gußstücke gebildet werden oder durch eine nachträgliche Bearbeitung
des Gusses.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung
von Elektrodenspitzen für die Widerstandsschweißung. Es wurde festgestellt, daß
Elektroden, welche aus w-ärnlebehandelten Kupfer-Chrom-Legierungerl mit einem Chromgehalt
von bis zu i °/o bestelieri, bei starker Beanspruchung sich rasch abnutzen. während
die Lebensdauer von erfindungsgemäß erzeugten Elektroden vermöge der durch das fein
dispergiert-Chrom verliehenen dauernden Härte verlängert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ebenfalls zur Herstellung
von Zylind erikopfeinsätzen u. dgl., da deren Verwendung hö hereArbeitstemperaturen
im Zylinderkopf gestattet und die schädliche Wirkung des Hartlötens auf die Härte
der Legierung wesentlich geringer ist als bei den bisher verwendeten Legierungen
mit niedrigerem Chromgehalt. Aus einem ähnlichen Grunde eignen sich solche Legierungen
ebenfalls z. 1i. für Schneidw-erkzeuge, deren Körper aus einer Kupfer-Chrorn-Legierung
und deren Schneidteile aus aufgelötetem Wolframcarbid bestehen.
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Obwohl verschiedene Anwendungen der erfindungsgemäß erhaltenen Gegenstände
angedeutet wurden, soll die Erfindung selbstverständlich nicht darauf beschränkt
sein: die Legierungen können für zahlreiche andere Anwendungszwecke, 1>e1
welchen
die Legierungen hohen Temperaturen ohne Einbuße an mechanischen und physikalischen
Eigenschaften ausgesetzt werden, verwendet werden.