DEI0000599MA

DEI0000599MA - Process for the production of copper-chromium alloys

Info

Publication number: DEI0000599MA
Authority: DE
Inventors: William Oliver Knowle Warwickshire Alexander
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Publication date: 1951-04-26

Description

Dfpl.-tr.il. A-^ohi ^ 4. März 1950. Dfpl.-tr.il. A- ^ ohi ^ March 4, 1950.

Df. Η, Hncke . Baschraibung Df. Η, Hncke. Basement

BerlinLichterfelde-iWestBerlinLichterfelde-iWest

Frelw&Msuer Weg 28 zum Patentgesueh Frelw & Msuer Weg 28 to the patent application

der Firma Imperial Chemical Industries Limited, London,of Imperial Chemical Industries Limited, London,

(Grosshritannien)·(Great Britain)

"betreffend;"concerning;

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen,.auff Kupfer-Chrom-Legierungen xjnsLjaaah-iULa^^ Process for the production of objects, .auff copper-chromium alloys xjnsLjaaah-iULa ^^

Priorität: 17· Januar Priority: January 17th 19k5 19k5 (Grossbritannien)«(Great Britain)"

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oegenstanden aus Kupf er-Chrora-Leglerungen durch Gieesen in Kokillen« Derartig* Qegenatfinde besitzen eine relativ hohe thermische unde · elektrische Leitfähigkeit und vermögen bei ihrer Beanspruehung ohne HarteverluBt und/oder Feetigkeitsverlust hohen Temparaturen zu widerstehen; die erfindungsgem&ss erzeugten Gegenstände können somit beispieleweise fur Elektrodenaeoaea^fur Punkt-, Stumpf- oder Nahtschweiesung und für Zylinder-kopfeinafitze für Brennkraftmaschinen Verwendung finden* The present invention relates to a process for the production of objects from copper-chroma alloys by casting in molds. Such compounds have a relatively high thermal and electrical conductivity and are able to withstand high temperatures when subjected to stress without loss of hardness and / or loss of moisture; The objects produced according to the invention can thus be used , for example, for electrodes, for point, butt or seam welding and for cylinder head fittings for internal combustion engines *

Die Verwendung von Kupfer-Chrom-Legierungen, welche eine geringe Menge Chrom enthalten, for elektrische Kontakte und ähnliche Zwecke ist wegen ihrer Hitzebeständigkeit, Hfirte und Beibehaltung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit bei erhöhten Temperaturen bekannt, doch hat man bisher diese Eigenschaften nur solchen Legierungen zugesprochen, in denen der Chromgehalt die Löslichkeit des Chroms im Kupfer nicht wesentlich übersteigt, d.h. welche einen Chromgehalt von bis zu ca. 1 % aufweisen. Ausserdem wurden solche Legierungen gewöhnlich nach doppelter Wfirmebehandlmag, d»h* nach einer LBsungBglahung bei annähernd 900° C oder mehr und einem Ablöschen und Altern bei The use of copper-chromium alloys, which contain a small amount of chromium, for electrical contacts and similar purposes is known because of their heat resistance, hardness and retention of electrical and thermal conductivity at elevated temperatures, but these properties have so far only been attributed to such alloys in which the chromium content does not significantly exceed the solubility of the chromium in the copper, ie which have a chromium content of up to approx. 1% . In addition, such alloys were usually subjected to double heat treatment, that is, after dissolution annealing at approximately 900 ° C. or more and quenching and aging

300 - 700° C, verwendet» wobei der Zweck einer solchen Wärmebehandlung darin besteht, ein Hirten der Legierungen durch Ausscheiden des Chroms aus der ObersIttigten, festen LSsung zu bewirken. 300 - 700 ° C, used, the purpose of such a heat treatment being to bring about a shepherd of the alloys by precipitating the chromium from the saturated, solid solution.

Derart wBrmebehandelte Legierungen zeigen jedoch Neigung, die erworbenen Sigenschaften unter der Binwirkung von hohen Temperaturen zu verlieren« Ziel der vorliegenden Srfindung ist die Schaffung von fegenetladem aus harten KupferKJhroa--Legierungen, welche ihre HKrteeigenschaf ten, Warmebestandigkeit und verhältnismässig hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit auch nach Anwendung höherer Temperaturen, als jene, welche im Falle der oben erwähnten, warraebehandelten Legierungen statthaft sind, beibehalten«Such heat-treated alloys, however, show a tendency to the acquired properties under the effect of high Losing temperatures «The aim of the present invention is the creation of sweeping materials made of hard copper alloys, which their material properties, heat resistance and relatively high thermal and electrical conductivity even after use higher temperatures than those permissible in the case of the above-mentioned heat-treated alloys are maintained "

Ss wurde bereite vorgeschlagen, harte Kupferlegierungen mit einem Ghromgehalt von 0,5 - 20 # zu en in denen die Dlspergierung des Chroms im geschmolzenen Metall dureh zusätzliche Mittel, bestehend aus einem Metall, wie Zink, oder verschiedenen Ozyden oder Salzen, erleichtert wird« Bine 9 Teile Kupfer auf 1 Teil Chrom enthaltend® Legierung wurde ebenfalls vorgeschlagen« Diese früheren Vorschlage enthalten indessen keinen Hinweis auf die Notwendigkeit der Kontrolle bes©aä@i» Bedingungen wShread dem Fabrlkatloneprozess zwecke Beibehaltung der Sigenschaften der Legierungen bei erhöhten Temperaturen* Ss wurde ferner vorgesehlagen, Hartguss aus Kupfer-Chrom-Legierungen mit 0,2 - 2 % Chrom von hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit zu erzeugen, und zwar unter Auslassung der L&sungsglahung und unter Verwendung von nur einer Wärmebehandlung bei 300 - 700° C, wodurch eine Aueaeheldungah&rtung erreicht werden sollte«Ss was ready proposed hard copper alloys with a Ghromgehalt 0.5 to 20 # where the Dlspergierung of the chromium in the molten metal dureh additional means is composed of a metal such as zinc, or various Ozyden or salts to facilitate en "Bine 9 parts of copper to 1 part of chromium-containing® alloy was also proposed. «These earlier proposals, however, contain no indication of the need for control bes © aä @ i» Conditions wShread the fabrication process for the purpose of maintaining the properties of the alloys at elevated temperatures * Ss was also suggested To produce chilled cast iron from copper-chromium alloys with 0.2 - 2 % chromium of high electrical and thermal conductivity, while omitting the solution annealing and using only one heat treatment at 300 - 700 ° C, whereby a heat treatment can be achieved should"

Brfindungsgemass gelangt man durch Kokillenguss zu Gegenstanden aus Kupfer-Chrom-Legierungen mit einem Chromgehalt von 1 - 35 % welche sich für die genannten Zwecke eignen, indemAccording to the invention, objects made of copper-chromium alloys with a chromium content of 1 - 35 % which are suitable for the purposes mentioned are obtained by permanent mold casting

man die Chrompartikel gleichmassig-in fein verteilten Form durch kontrolliertes Abkühlen dispergieren IllBBt_v nemlieh doreh rasches Abkühlen der in die Kokille-gegossenen Legierung von der GieBStemperatur auf eine wenig unterhalb der Solidustemperatur der Legierung Siegende Temperatur und durch nach folgendes Kühlen von dieser Temperatur in gewünschtem Hasse und zwar mit oder ohne Ausglühen zur Vervollständigung der Chromausscheidung*If the chromium particles equal to moderately-in dispersing finely divided form by controlled cooling IllBBt _v nemlieh doreh rapid cooling of the cast ingot mold in the alloy of the GieBStemperatur to a little below the solidus temperature of the alloy victory end temperature and according to the following cooling from this temperature to the desired Hasse with or without annealing to complete the chromium precipitation *

Die Legierung wird zweckmässig hei einer 19 - 50° C Über der Llquidustemperatur liegenden Temperatur in die Kokille gegossen und mit einer Geschwindigkeit von mindestens 100° C je Uinute₉ vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 200° C je Minute, von der Giesstemperatur auf 1050® C gekühlt* Für eine 1,5 fo Chrom enthaltende Legierung wird man "beispielsweise zweckmassig eine Gies&emperatur von 1100° C anwenden und die Gusslegierung innerhalb 1/k Minute auf 1050® C abkühlen,, wahrend für eine 5 % Chrom enthaltende Legierung zweckmlBBlgerweise ein· Giesstemperatur von 1250° C angewandt und die Gusslegierung innerhalb 1 Minute auf 1050° C gekühlt wird« Bei mehr als 5 % Chrom enthaltenden Legierungen 1st das Glessen bei noch höheren Temperaturen vor« zunehmen« Die Legierung kann in einer Eisen-, Graphit- oder mit Wasser gekühlten Kupfergiessfοrm gegossen werden; nach MBgllchkeit wird man für Ofinne Querschnitte der gegossenen Materialien sorgen, um einen maximalen Kühleffekt zu gewährleisten, sodass sie vorzugsweise Querschnitte von 1,27 - 2,5*4- cm Dicke aufweisen. The alloy is expediently poured into the mold at a temperature 19 - 50 ° C above the liquidus temperature and at a rate of at least 100 ° C per minute _9, preferably at a rate of 200 ° C per minute, from the casting temperature to 1050 ° C cooled * for 1, 5 fo chromium alloy containing one while containing a 5% chromium alloy is "for example purpose moderately a Gies & emperature use of 1100 ° C and to cool the cast alloy within 1 / k minutes 1050® C ,, zweckmlBBlgerweise a · casting temperature of 1250 ° C is applied and the casting alloy is cooled to 1050 ° C within 1 minute. "With alloys containing more than 5% chromium, the glazing is carried out at even higher temperatures. The alloy can be made of iron, graphite or water cooled copper casting mold; if possible, internal cross-sections of the cast materials will be provided in order to guarantee a maximum cooling effect Eisten so that they preferably cross sections of 1, 27 - have 2, 5 * 4 cm thickness.

Bei Güssen mit grösseren Dimensionen wird man vielleicht die genannte, bevorzugte Kühlungegeschwindigkeit nicht auf den ganzen Guss ausdehnen können, doch wird man danach trachten, diese Kühlwirkung so weit als möglich zu erreichen* VermSge dieser raschen Kühlung gelangt man zu Äusserst feinen und durah denIn the case of casts with larger dimensions, one may not be able to extend the preferred cooling speed mentioned to the entire cast, but one will strive to achieve this cooling effect as far as possible * By virtue of this rapid cooling one arrives at extremely fine and thorough ones

ganzen Gussqueroehnltt gleichmassig verteilten, primären Chrompartikeln, wobei eine dauerhafte SrhBirtung erzielt wird»evenly distributed primary chromium particles throughout the cast cross-section, whereby a permanent coating is achieved »

Nachdem eine wenig« z.B* 20 - 100° C, unterhalb der SolIdustemperatur der Legierung liegende Temperatur erreicht ist. kann das Gussmaterial in beliebiger Weise gekühlt werden* Zweckmfisslg wird man die weitere Kühlung genagend langsam vornehmen, um eine praktisch vollständige Aueecheldung des Chrome aus der übersättigten, festen LKsung sicherzustellen* Bas Gusematerial kann aber auch ras eher gekühlt und eine rollst findige Ausscheidung des Chroms dadurch bewirkt werden, dass man die Legierung nachträglich hai lj.00 - 750° C wahrend einer Bauer von 1/2 - 8 Stunden ausglüht» Zn gewissen f 81** Ien kann sich ein solches Ausglühen als erforderlich erweisen, um eine maximale elektrische und/eder- thermische Leitfähigkeit der Legierung sicherzustellen, wahrend in anderen Flllen ein derartiges Ausglühen durch geeigneten Kühlungsverl auf vermieden werden kann*After a temperature slightly below the target temperature of the alloy has been reached, e.g. 20 - 100 ° C. the casting material can be cooled in any way to ensure practically complete re-registration of the chrome from the oversaturated, solid solution * Bas cast material can also be quicker cooled and a clever precipitation of the chromium can be brought about by the fact that the alloy is subsequently hai lj.00 - 750 ° C while a farmer burns out for ½ to 8 hours, such a burnout may prove necessary for certain people to ensure a maximum electrical and / or thermal conductivity of the alloy, while in other cases such a conductivity Annealing can be avoided by suitable cooling loss *

Sie Legierungen enthalten zweckmässig mehr als 3 % Chrom und dies Insbesondere, wenn sie für die Herstellung von Slektrodenspitzen verwendet werden*The alloys suitably contain more than 3 % chromium and this especially when they are used for the production of slectrode tips *

Sowohl Slektrodenspitzen als auch die andern eingangs erwfihnten Gegenstand« können direkt als Gusstüek« gebildet werden oder durch eine nachträgliche Bearheitung des Gusses«Slectrode tips as well as the other objects mentioned at the beginning "can be formed directly as castings" or by subsequent machining of the cast "

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Slektrodenspitzen für die WiderBtandsechweissung* Ss wurde festgestellt, dass Blektroden, welche aus waraebehandelten Kupfer-Chrom-Legierungen mit einem Chromgehalt von bis zu 1 % bestehen, bsi starker Beanspruchung sich rasch abnutzen, wfihrend die Lebensdauer von erf IndungsgemRss erzeugten Elektroden vermöge der durch das fein dispergierte Chrom verliehenen, dauernden Hfirte verlängert wird.The present invention is particularly suitable for the manufacture of electrode tips for resistance welding. It has been found that electrodes, which are made of heat-treated copper-chromium alloys with a chromium content of up to 1 % , wear out quickly if they are subjected to heavy loads, which increases their service life electrodes produced in accordance with the invention by virtue of the fact that the permanent heat imparted by the finely dispersed chromium is lengthened.

Das erfindungsgenfease Verfahren eignet sieh ebenfalls zur Herstellung τοη Zylinderkopfeins&tsen und dergl., da deren Verwendung höhere Arheitβtemperaturen im Zylinderkopf gestatten und die schädliche Wirkung des Hartlötens auf die Hfirte der Legierung wesentlich geringer ist als bei den Meher Terwendeten Legierungen mit niedrigerenem Chromgehalt· Aus einem ähnlichen Grunde eignen sich solche Legierungen ebenfalls z*B* für Schneidwerkzeuge, deren Körper aus einer Kupf er-Ghrom-Legie rung und deren Schneidteile aus aufgelötetem Wolfram-Carbid bestehen* The process according to the invention is also suitable for the production of cylinder head elements and the like, since their use allows higher working temperatures in the cylinder head and the harmful effect of brazing on the hardness of the alloy is significantly less than in the case of alloys with a lower chromium content used for a similar reason Such alloys are also suitable e.g. for cutting tools whose bodies are made of a copper-chromium alloy and whose cutting parts are made of soldered-on tungsten carbide *

Obwohl Terschledene Anwendungen der erf indungsgemass erhaltenen Gegenstand« angedeutet wurden, soll die Erfindung selbstverständlich nicht darauf beschrankt sein; die Legierungen können für zahlreiche andere Anwendungezwecke, hei welchen die Legierungen hohen Temperaturen ohne Eihbusse mn mechanischen und physikalischen Eigenschaften ausgesetzt werden» Terwendet werden* Although applications of the objects obtained according to the invention have been indicated, the invention is of course not intended to be restricted thereto; the alloys can be used for numerous other purposes, in which the alloys are exposed to high temperatures without mechanical and physical properties.

Claims

P. at ent ana ρ r tt c h · at ent ana ρ r tt ch

I * Process for the production of copper-ohroaa = alloys with a chromium content of 1-35% in which the chromium particles are evenly dispersed in finely divided form » characterized by this

JL·JL

zeichnet, dass die Legierung in Kokillen unter kontrolliertem Kuhlvorgang gegossen wird, gemäss welchem sie von der Giesetetoperatur auf eine wenig unterhalb der Solidustemperatur rasch abgekühlt und hierauf von dieser Temperatur in beliebigem Masse weitergekühlt wird*shows that the alloy is poured into permanent molds under a controlled cooling process, according to which it is produced by the Giesetetoperatur rapidly cooled to a little below the solidus temperature and then further cooled from this temperature to any desired extent *

2 * Method according to claim 1 _9, characterized in that the alloy is cast at a temperature 10 - 50 ° above the liquidus temperature «

3 «Method according to claim 1 or 2, characterized» that the alloy is cooled from the casting temperature to approx. 1050 ° C at a rate of at least 100 ° C, preferably 200 ° C _f per minute.

k · Method according to claim I ₉ 2 or 3 »characterized in that the weather · cooling takes place so slowly that practically complete« precipitation of the chromium from the oversaturated solid solution is guaranteed »

5 * Method according to claim I _t 2 or 3 », characterized in that the alloy is subjected to a subsequent annealing treatment at a temperature of - 750 ° C for a time of £ - 8 hours *