DEP0024952DA - Verfahren zur Erhöhung der Warmhärte von Kupferlegierungen - Google Patents

Description

Von Werkstoffen für Funkschweisselektroden wird neben einer tragbaren elektrischen und thermischen Leitfähigkeit geringe Oxydierbarkeit und Nichtlegierbarkeit mit dem Schweissgut und dessen Oxyden, vor allem eine hohe Warmfestigkeit bzw. Warmhärte verlangt. Als Richtwert für die elektrische Leitfähigkeit für Legierungen wird dabei etwa 70% der Leitfähigkeit des reinen Kupfers angegeben. Für derartige Werkstoffe sind bevorzugt Kupferlegierungen vorgeschlagen und verwendet worden die neben Kupfer als Hauptbestandteile im wesentlichen Zusätze von einem oder mehreren der Metalle Silber, Kadmium, Beryllium, Zirkon, Vanadin, Magnesium, Antimon, Chrom oder Mangan enthalten. Als Beispiele solcher bekannter Legierungen für Elektroden seien genannt Kupferlegierungen mit 2-7% Silber, oder mit 5-6% Silber und 1-1.5% Kadmium, oder mit etwa 1% Kadmium, oder mit 0.4% Magnesium und 0.6% Antimon, oder mit 0.24% Vanadin, oder mit 0.6% Chrom. Es sind auch schon Elektrodenlegierungen beschrieben, die neben 1-10% Kadmium noch 0.1-5% Gold, Silber Aluminium, Beryllium, Magnesium, Zinn enthalten können.

Alle diese Legierungen wurden auf den üblichen Wege durch Giessen und eine anschliessende Press- und Zieh- oder eine Walzverformung in die gewünschte Form gebracht. Daneben sind auch Punktschweisselektroden, beispielsweise aus Kupfer und Wolfram auf dem Sinterwege hergestellt worden.

Bei diesen bekannten Elektrodenbronzen wurden die erforderlichen Festigkeitseigenschaften beispielsweise durch die Legierungsbildung als solche erreicht, dann aber weiterhin bei aushärtbaren Legierungen eine weitere Steigerung durch eine Auscheidungshärtung angestrebt.

Es ist auch schon versucht worden, insbesondere bei nicht legiertem Kupfer, das auch gelegentlich für die Herstellung von Punktschweisselektroden verwendet wird, die erforderliche Festigkeit durch Kaltverformung zu erreichen. Eine auf solche Weise erhöhte Festigkeit sinkt jedoch im Gebrauch schon bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen von 200-250° erheblich ab. Man hat auch bereits bei aushärtbaren Kupferlegierungen versucht, durch geeignete Wahl der Abschrecktemperaturen, der Abkühlungsbedingungen und der Kaltverformung eine Erhöhung der Entfestigungstemperaturen zu erreichen. Diese Wirkung schien jedoch gebunden an eine Ueberlagerung von Entfestigungs- und Aushärtungsvorgängen, also beschränkt auf aushärtbare Legierungen.

Es wurde nun festgestellt, dass man bei Kupferlegierungen mit 0.8 - 1.2% Kadmium und 0.1 - 0.3% Magnesium die Warmhärte bzw. die Warmfestigkeit, die insbesondere bei Werkstoffen für Punktschweisselektroden möglichst hoch sein soll, dadurch erhöhen kann, dass man diese Legierungen kaltverformt mit einem Kaltverformungsgrad nach der letzten Erwärmung auf Weichglühtemperatur zwischen 10 und 40%, vorzugsweise 25 - 35%.

Man geht dabei beispielsweise so vor, dass gepresste oder gewalzte Stangen durch Ziehen verfestigt werden, wobei gegebenenfalls Weichglühungen bei höheren Temperaturen eingeschaltet werden können. Entscheidend ist, dass bei Erreichen des beabsichtigten Endmasses der Kaltverformungsgrad, gegebenenfalls nach dem letzten Weichglühen, 10-40%, vorzugsweise 25-35% beträgt, bezogen auf die Querschnittsänderung.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird ein Werkstoff mit so hohen Entfestigungstemperaturen erhalten, dass bei den üblichen Arbeitstemperaturen noch eine ausreichende Warmhärte gewährleistet ist. Diese Steigerung der Warmhärte ist nur bei kadmium- und magnesiumhaltigen Kupferlegierungen innerhalb der genannten Gehaltsgrenzen mit dem erfindungsgemässen Verfahren zu erhalten. Dies ist aus folgenden in der Abbildung dargestellten Versuchen zu ersehen.

Für die Versuche wurde eine Legierung mit 1% Kadmium und 0.2% Magnesium gewählt. Sie wurde zu Rundstangen 25 mm Durchmesser heiss verpresst. Die Rundstangen wurden kalt auf 15.5 mm Durchmesser heruntergezogen und in diesem Zustand 3 Std. bei 600° geglüht.

Einzelne Proben wurden dann um 11.6%, andere um 27.5%, weitere um 51.1% und andere um 72%, andere um 83% Kalt heruntergezogen. Ein Teil von diesen Proben wurde verschieden lange Zeiten bei 300°, ein anderer Teil verschieden lange Zeiten bei 400° geglüht. Jeweils die Hälfte dieser Proben wurde nach der Glühbehandlung auf Raumtemperatur in üblicher Weise an Luft abgekühlt und bei sämtlichen Proben bei ihrer jeweiligen Temperatur die Härte gemessen.

In der Abbildung ist die Härte in Abhängigkeit vom Ziehgrad dargestellt. Dabei sind die nach folgenden Glühbehandlungen gemessenen Härten eingezeichnet:

Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die bei der Glühtemperatur gemessenen Härten bei den um mehr als 40% kalt gezogenen Proben beim Uebergang der Glühtemperatur von 300° auf 400° wesentlich stärker absinken, als bei den zwischen 10 und 40% kaltgezogenen Proben. Ein Kaltziehen im Bereich von 10-40% führt zu den günstigen Werten. Ein Kaltverformen unter 10% bringt nur eine geringe Steigerung der Härte gegenüber nicht kaltverformtem Material, wenn auch die Entfestigung bei dieser Behandlung verhältnismässig gering ist.

Sehr bemerkenswert ist, dass bei erfindungsgemäss behandelten Legierungen durch das Kaltziehen die Warmhärte unabhängig von der Glühzeit wird, d.h., dass die Wärmhärte der erfindungsgemäss hergestellten Punktschweisselektroden über lange Zeit unverändert bleibt und nicht absinkt. Wendet man das erfindungsgemässe Kaltziehen auf eine Kupferlegierung an, die nur Kadmium, aber kein Magnesium enthält, so erhält man wohl auch zwischen 20 und 30% Kaltverformung eine Steigerung der Warmhärte; diese ist jedoch abhängig von der Glühzeit und fällt beispielsweise bei 400° innerhalb weniger Stunden schon um 25% ab.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht nur anwendbar auf Werkstoffe für Punktschweisselektroden, sondern allgemein für Zwecke, bei denen es auf eine hohe Warmhärte ankommt.

Die erfindungsgemäss verwendeten Kupfer-Kadmium-Magnesium-Legierungen mit den angegebenen Kadmium- und Magnesiumgehalten zwischen sich gegenüber anderen Werkstoffen, die als Elektroden vorgeschlagen wurden und die, bei Raumtemperatur gemessen, eine höhere Härte als die erfindungsgemäss zu verwendenden aufweisen, dadurch aus, dass sie bei der Arbeitstemperatur eine höhere Härte besitzen. Für die Vewendung als Elektrodenlegierung ist aber nicht die bei Raumtemperatur gemessene Härte, sondern die bei der Arbeitstemperatur gemessene Härte ausschlaggebend, und diese ist bei der erfindungsgemäss zusammengesetzten und verarbeiteten Legierung besonders hoch.

Claims (1)

1. Verfahren zur Erhöhung der Warmhärte von Kupferlegierungen mit 0.8 - 1.2% Kadmium und 0.1 - 1.3% Magnesium, insbesondere als Werkstoff für Punktschweisselektroden, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine Kaltverformung, gegebenenfalls mit Zwischenglühungen erfährt, bei einem Kaltverformungsgrad nach der letzten Erwärmung auf Weichglühtemperatur von 10-40% bezogen auf die Querschnittsänderung, vorzugsweise von 25-35%.