DEP0024952DA

DEP0024952DA - Process for increasing the hot hardness of copper alloys

Info

Publication number: DEP0024952DA
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. Niedernhausen Löhberg
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Publication date: 1951-02-15

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.In addition to portable electrical and thermal conductivity, materials for radio welding electrodes are required to have low oxidizability and non-alloyability with the weld metal and its oxides, and above all a high heat resistance or hot hardness. As a guideline for the electrical conductivity of alloys, around 70% of the conductivity of pure copper is given. For such materials, copper alloys have been proposed and used which, in addition to copper, essentially contain additives of one or more of the metals silver, cadmium, beryllium, zircon, vanadium, magnesium, antimony, chromium or manganese as the main constituents. Examples of such known alloys for electrodes are copper alloys with 2-7% silver, or with 5-6% silver and 1-1.5% cadmium, or with about 1% cadmium, or with 0.4% magnesium and 0.6% antimony, or with 0.24% vanadium, or with 0.6% chromium. Electrode alloys have also been described which, in addition to 1-10% cadmium, can also contain 0.1-5% gold, silver, aluminum, beryllium, magnesium, and tin.

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.All these alloys were brought into the desired shape in the usual way by casting and subsequent pressing, drawing or rolling deformation. In addition, spot welding electrodes, for example made of copper and tungsten, have also been produced by sintering.

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.In these known electrode bronzes, the required strength properties were achieved, for example, through the formation of an alloy as such, but a further increase in hardenable alloys through precipitation hardening was sought.

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.Attempts have also already been made, in particular with non-alloyed copper, which is also occasionally used for the production of spot welding electrodes, to achieve the required strength by cold working. A strength increased in this way, however, drops considerably during use even at relatively low temperatures of 200-250 °. Attempts have already been made in the case of hardenable copper alloys to increase the softening temperatures through a suitable choice of quenching temperatures, cooling conditions and cold working. However, this effect seemed tied to a superimposition of softening and hardening processes, i.e. limited to hardenable alloys.

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%.It has now been found that in copper alloys with 0.8-1.2% cadmium and 0.1-0.3% magnesium, the hot hardness or high temperature strength, which should be as high as possible in materials for spot welding electrodes in particular, can be increased by cold working these alloys with a Degree of cold deformation after the last heating to the soft annealing temperature between 10 and 40%, preferably 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.The procedure here is, for example, that pressed or rolled bars are solidified by drawing, and soft annealing can be switched on at higher temperatures if necessary. It is crucial that when the intended final dimension is reached, the degree of cold deformation, possibly after the last soft annealing, is 10-40%, preferably 25-35%, based on the change in cross-section.

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.The method according to the invention gives a material with softening temperatures that are so high that sufficient hot hardness is still guaranteed at the usual working temperatures. This increase in hot hardness can only be achieved with the method according to the invention in the case of copper alloys containing cadmium and magnesium within the specified content limits. This can be seen from the following experiments shown in the figure.

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.An alloy with 1% cadmium and 0.2% magnesium was chosen for the tests. It was hot pressed into round bars with a diameter of 25 mm. The round bars were drawn down cold to a diameter of 15.5 mm and annealed in this state for 3 hours at 600 °.

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.Individual samples were then pulled down by 11.6%, others by 27.5%, others by 51.1% and others by 72%, others by 83% cold. Some of these samples were annealed for different times at 300 °, another part for different times at 400 °. In each case half of these samples were cooled to room temperature in the usual manner in air after the annealing treatment, and the hardness of all samples was measured at their respective temperature.

In der Abbildung ist die Härte in Abhängigkeit vom Ziehgrad dargestellt. Dabei sind die nach folgenden Glühbehandlungen gemessenen Härten eingezeichnet:The figure shows the hardness as a function of the degree of drawing. The hardnesses measured after the following annealing treatments are shown:

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.It can be seen from the figure that the hardness measured at the annealing temperature in the samples cold-drawn by more than 40% decrease significantly more when the annealing temperature changes from 300 ° to 400 ° than in the samples cold-drawn between 10 and 40%. Cold drawing in the range of 10-40% leads to the favorable values. Cold forming below 10% brings only a slight increase in hardness compared to material that has not been cold-formed, even if the softening during this treatment is relatively low.

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.It is very noteworthy that in alloys treated according to the invention, the hot hardness becomes independent of the annealing time as a result of cold drawing, i.e. that the heat hardness of the spot welding electrodes produced according to the invention over a long period of time remains unchanged and does not decrease. If the cold drawing according to the invention is applied to a copper alloy which contains only cadmium but no magnesium, an increase in hot hardness between 20 and 30% cold deformation is probably obtained; However, this depends on the glow time and drops by 25% within a few hours, for example at 400 °.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht nur anwendbar auf Werkstoffe für Punktschweisselektroden, sondern allgemein für Zwecke, bei denen es auf eine hohe Warmhärte ankommt.The method according to the invention is applicable not only to materials for spot welding electrodes, but also generally for purposes which require a high level of hot hardness.

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.The copper-cadmium-magnesium alloys used according to the invention with the specified cadmium and magnesium contents between them compared to other materials which have been proposed as electrodes and which, measured at room temperature, have a higher hardness than that to be used according to the invention, are characterized by the fact that they have a higher hardness at the working temperature. For use as an electrode alloy, however, it is not the hardness measured at room temperature but the hardness measured at the working temperature that is decisive, and this is particularly high in the alloy composed and processed according to the invention.

Claims

Process for increasing the hot hardness of copper alloys with 0.8-1.2% cadmium and 0.1-1.3% magnesium, in particular as a material for spot welding electrodes, characterized in that the alloy undergoes cold deformation, possibly with intermediate anneals, with a degree of cold deformation after the last heating to soft annealing temperature of 10-40% based on the change in cross-section, preferably from 25-35%.