ES2706474T3 - Cu-Ag alloy wires manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de fabricación de alambres, incluyendo microalambres, de aleaciones de Cu-Ag, en particular de aleaciones con Cu-(3÷7,9) % de Ag en peso caracterizado porque los materiales en forma de cobre y plata con una alta pureza química se funden a una temperatura de 1083 ÷ 1300 ºC en un crisol de grafito colocado en un horno y posteriormente se cuela en continuo a una temperatura de 1083 ÷ 1300 ºC, en una atmósfera de gas inerte usando un molde de grafito, en condiciones de enfriamiento primario (enfriamiento en molde) y de enfriamiento secundario (la aleación solidificada después de dejar el molde) y después la colada obtenida de esta manera se somete a un tratamiento termo-mecánico durante el cual la colada obtenida se recuece en solución a una temperatura de 600 ÷ 779,1 ºC durante 0,5 ÷ 100 horas y posteriormente se enfría bruscamente a una velocidad más rápida que el proceso de precipitado de sus constituyentes de la solución sólida y después se somete a unos procesos adicionales de tratamiento térmico de dos etapas en los que la primera etapa es el mantenimiento a 150 ÷ 300 ºC durante 0,1 ÷ 100 horas, seguido por - en la segunda etapa - mantenimiento a una temperatura de 300 ÷ 500 ºC durante 0,1 ÷ 20 horas y después enfriamiento lento, seguido de estiramiento en alambres de la sección transversal final.A method for manufacturing wires, including micro-wires, of Cu-Ag alloys, in particular of alloys with Cu- (3 ÷ 7.9)% Ag by weight, characterized in that the materials in the form of copper and silver with a high purity are melted at a temperature of 1083 ÷ 1300 ºC in a graphite crucible placed in a furnace and subsequently continuously cast at a temperature of 1083 ÷ 1300 ºC, in an inert gas atmosphere using a graphite mold, under conditions of primary cooling (cooling in mold) and secondary cooling (the solidified alloy after leaving the mold) and then the casting obtained in this way is subjected to a thermo-mechanical treatment during which the obtained casting is annealed in solution at a temperature of 600 ÷ 779.1 ºC for 0.5 ÷ 100 hours and then it cools sharply at a faster rate than the process of precipitating its constituents from the solid solution and then submits to additional two-stage heat treatment processes in which the first stage is maintenance at 150 ÷ 300 ºC for 0.1 ÷ 100 hours, followed by - in the second stage - maintenance at a temperature of 300 ÷ 500 ºC during 0.1 ÷ 20 hours and then slow cooling, followed by stretching in wires of the final cross section.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procedimiento de fabricación de alambres de aleaciones de Cu-AgCu-Ag alloy wires manufacturing process
La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de alambres, incluyendo micro-alambres, de aleaciones de Cu-Ag, en particular de una aleación que comprende Cu-(3-7,9) % de Ag en peso. Estas aleaciones que tienen la forma de barras y que vienen de una línea de fundición y colada se someten a secuencias de tratamiento de calor apropiadamente seleccionadas y se dan forma de alambres, presentando un conjunto de propiedades mecánicas y eléctricas excelentes.The present invention relates to a method of manufacturing wires, including micro-wires, of Cu-Ag alloys, in particular of an alloy comprising Cu- (3-7.9)% Ag by weight. These alloys which are in the form of bars and which come from a casting and casting line are subjected to appropriately selected heat treatment sequences and are shaped into wires, presenting a set of excellent mechanical and electrical properties.
De acuerdo con los informes recientes, las aleaciones de Cu-Ag pueden usarse como conductores en aplicaciones de suministro de potencia, en la industria de la automoción, en sistemas de suministro de potencia y de señalización de vías férreas de alta velocidad, en accesorios médicos y como componentes de suministro de bobinas generadoras de campos magnéticos fuertes.According to recent reports, Cu-Ag alloys can be used as conductors in power supply applications, in the automotive industry, in power supply and high-speed rail signaling systems, in medical accessories and as supply components for coils generating strong magnetic fields.
Hasta ahora, las aleaciones conductoras en base a cobre, que pueden contener también Nb, Be, Zn, Sn, Zr, Cr, etc. se han aplicado en los campos de tecnología analizados. Sin embargo, estas aleaciones, aparte de sus propiedades mecánicas relativamente altas, se caracterizan por baja conductividad eléctrica. Aparte de sus altas propiedades mecánicas, las aleaciones de Cu-Ag muestran también valores excepcionalmente altos de conductividad eléctrica. Un número de soluciones globales se centra en desarrollar estas propiedades seleccionando una tecnología apropiada para obtener y procesar materiales. La investigación en centros científicos e institutos de investigación en todo el mundo se dirige a obtener alambres con propiedades mecánicas excelentes y, al mismo tiempo, la conductividad eléctrica más alta posible. La producción de lingotes con diversas formas en sección transversal y longitudes limitadas y los sistemas continuos de fundición y colada que aseguran que pueda obtenerse un material con longitud teóricamente sin fin, están entre las soluciones de ingeniería comúnmente conocidas aplicadas para obtener aleaciones.Up to now, the conductive alloys based on copper, which may also contain Nb, Be, Zn, Sn, Zr, Cr, etc. they have been applied in the analyzed fields of technology. However, these alloys, apart from their relatively high mechanical properties, are characterized by low electrical conductivity. Apart from their high mechanical properties, Cu-Ag alloys also show exceptionally high values of electrical conductivity. A number of global solutions focus on developing these properties by selecting an appropriate technology to obtain and process materials. Research in scientific centers and research institutes around the world is aimed at obtaining wires with excellent mechanical properties and, at the same time, the highest possible electrical conductivity. The production of ingots with various cross-sectional shapes and limited lengths and continuous casting and casting systems that ensure that a material with theoretically endless length can be obtained, are among the commonly known engineering solutions applied to obtain alloys.
Un análisis de las estructuras globales indica que las aleaciones obtenidas con esos procedimientos se procesan posteriormente mediante la aplicación de diversas tecnologías, en particular por trabajo plástico, por ejemplo, laminar, forjar, estirar, extrudir, además se aplican funciones de tratamiento térmico en diversas etapas de procesamiento mecániAn analysis of the global structures indicates that the alloys obtained with these processes are subsequently processed by the application of various technologies, in particular by plastic work, for example, laminar, forge, stretch, extrude, in addition heat treatment functions are applied in various Mechanical processing stages
Un procedimiento para obtener micro-alambres de una aleación con la composición química de Cu-(2-14) % de Ag en peso se conoce a partir de una solicitud de patente japonesa JP 200-199042. La descripción proporciona un procedimiento de fabricación de microalambres con un diámetro de 0,01 0,1 mm usando ocho variantes de tratamiento. Los descubrimientos de investigación presentados en la descripción de la patente se han centrado en un material en forma de barras moldeadas con un diámetro de 8 mm y que contienen plata como un constituyente de la aleación en la cantidad del 5 y el 10 % de Ag en peso. El esquema para obtener microalambres de acuerdo con la descripción referida proporciona ejecutar las siguientes secuencias de tratamiento. Las arras moldeadas de la aleación de Cu-10 % de Ag en peso se sometieron a una reducción de diámetro en el proceso de estirado de 10 mm a 5 mm, a una reducción ajustada del 61 %. A continuación, el material deformado se trató con calor a 450 °C durante 10 h, para aplicar posterior reducción global de bien el 94,2 % o el 99 %. El diámetro del alambre final fue 1,2 mm y 0,5 mm, respectivamente. Los alambres con dicha historia de desarrollo de tratamiento termo-mecánico alcanzaron propiedades mecánicas y eléctricas a un alto nivel de 1530 MPa y el 76 % de IACS (100 % IACS = 58,0 MS/m). Una variante de tratamiento separada de barras moldeadas con un contenido de plata un poquito menor que en la versión previa (6 % en peso de Ag) de acuerdo con esta solución, proporcionó la aplicación del tratamiento de calor realizado en las mismas condiciones: 450 °C/10 h aplicado al material inicial, es decir, la barra moldeada. A continuación, se ajustó la reducción global alcanzando el 98,4 % (para un diámetro de 1,0 mm), que finalmente permitió una resistencia a la tensión de 1320 MPa a lograrse. La conductividad eléctrica alcanzó el 78 % de IACS. Aparte de las variantes de tratamiento descritas anteriormente, los autores de esta patente introdujeron una etapa adicional de mantener a 370 °C/15 h. Empezando con una barra con un diámetro al moldear de 8 mm, las posteriores etapas implicaron la reducción global del 61 % (a un diámetro de 5 mm), un tratamiento térmico (450 °C/10 h), de nuevo una reducción global del 84 % (a un diámetro de 2 mm).A method for obtaining micro-wires of an alloy with the chemical composition of Cu- (2-14)% Ag by weight is known from a Japanese patent application JP 200-199042. The description provides a method of manufacturing microails with a diameter of 0.01 0.1 mm using eight treatment variants. The research findings presented in the patent description have focused on a material in the form of molded rods with a diameter of 8 mm and containing silver as a constituent of the alloy in the amount of 5 and 10% Ag in weight. The scheme for obtaining micro-wires according to the aforementioned description provides the execution of the following treatment sequences. The castings of the Cu-10% Ag alloy by weight were subjected to a reduction in diameter in the stretching process from 10 mm to 5 mm, at an adjusted reduction of 61%. Then, the deformed material was treated with heat at 450 ° C for 10 h, to subsequently apply overall reduction of either 94.2% or 99%. The diameter of the final wire was 1.2 mm and 0.5 mm, respectively. The wires with this history of thermo-mechanical treatment development reached mechanical and electrical properties at a high level of 1530 MPa and 76% of IACS (100% IACS = 58.0 MS / m). A separate treatment variant of molded bars with a slightly lower silver content than in the previous version (6% by weight of Ag) according to this solution, provided the application of the heat treatment carried out under the same conditions: 450 ° C / 10 h applied to the initial material, that is, the molded bar. Then, the overall reduction was adjusted to 98.4% (for a diameter of 1.0 mm), which finally allowed a tensile strength of 1320 MPa to be achieved. The electrical conductivity reached 78% of IACS. Apart from the treatment variants described above, the authors of this patent introduced an additional step of maintaining at 370 ° C / 15 h. Starting with a bar with a diameter of 8 mm when molding, the subsequent steps involved the overall reduction of 61% (to a diameter of 5 mm), a heat treatment (450 ° C / 10 h), again an overall reduction of 84% (to a diameter of 2 mm).
A continuación, se aplicaron una o dos etapas adicionales de tratamiento térmico (370 °C/15 h). Una de las variantes asumió, después de la reducción global del 84 %, un tratamiento térmico (370 °C/15 h) y un tratamiento adicional a diámetros de 0,05 0,03 mm (reducción total del 99,3 99,8 %). Dicho procedimiento permite un aumento significativo de propiedades mecánicas dentro del intervalo de 1420 1735 MPa y un aumento de la conductividad eléctrica a 60 65 % de IACS. La segunda de las variantes experimentó, después de la reducción global inicial del 61 %, un tratamiento térmico a 450 °C/10 h, la reducción global del 84 %, un tratamiento térmico a 370 °C/15 h, seguido de la reducción global del 97,8 % a un diámetro de 0,3 mm y un tratamiento térmico posterior a 370 °C/60 h y la reducción global final del 99,6 % a un diámetro de 0,02 mm. Dicho procedimiento de proceder permitió que los alambres lograran la resistencia a la tensión de 1250 MPa y la conductividad eléctrica del 71 % de IACS.Then, one or two additional heat treatment steps were applied (370 ° C / 15 h). One of the variants assumed, after the overall reduction of 84%, a thermal treatment (370 ° C / 15 h) and an additional treatment with diameters of 0.05 0.03 mm (total reduction of 99.3 99.8 %). Said process allows a significant increase in mechanical properties within the range of 1420-1735 MPa and an increase in electrical conductivity to 60 65% of IACS. The second of the variants experienced, after the initial global reduction of 61%, a thermal treatment at 450 ° C / 10 h, the overall reduction of 84%, a thermal treatment at 370 ° C / 15 h, followed by the reduction overall of 97.8% at a diameter of 0.3 mm and a subsequent thermal treatment at 370 ° C / 60 h and the final overall reduction of 99.6% at a diameter of 0.02 mm. Said proceeding procedure allowed the wires to achieve the tensile strength of 1250 MPa and the electrical conductivity of 71% of IACS.
Otro procedimiento para obtener materiales a partir de una aleación de Cu-Ag se presenta en la descripción de la solicitud internacional n.° WO 2007-046378. El material de entrada fue un lingote de aleación de Cu-Ag con dimensiones de 10x10x30 mm, obtenido fundiendo en un horno Tamman eléctrico a una temperatura de 1250 °C. Another method for obtaining materials from a Cu-Ag alloy is presented in the description of international application No. WO 2007-046378. The input material was an ingot of Cu-Ag alloy with dimensions of 10x10x30 mm, obtained by melting in an electric Tamman furnace at a temperature of 1250 ° C.
Las aleaciones del intervalo de Cu-(1 10) % de Ag en peso, Cu-(2 6) % de Ag en peso se sometieron a una reducción en el proceso de estirado. Los procesos de tratamiento térmico aplicados en la fase central de la reducción se llevaron a cabo a temperaturas de 400 500 °C durante un periodo de 1 a 50 horas en una atmósfera de vacío o de gas inerte para evitar la oxidación de la superficie del material. Las relaciones presentadas en la descripción de la patente se refieren a aleaciones principalmente en el intervalo de Cu-(1 10) % de Ag en peso. Un lingote de Cu-Ag con dimensiones como se mencionan anteriormente y un contenido de plata del primer 1 %, 2 % y 3 % de Ag en peso se sometió a un tratamiento térmico a 450 °C/20 h, y posteriormente a una reducción global con una medida logarítmica 0,6 (la tensión verdadera es el logaritmo natural del coeficiente de alargamiento en el proceso de estirado del alambre, el coeficiente de alargamiento significa un cuadrado del cociente del diámetro inicial del alambre y el diámetro final del alambre). Alloys of the Cu- (1 10) % Ag by weight, Cu- (2 6) % Ag by weight range were subjected to a reduction in the stretching process. The heat treatment processes applied in the central phase of the reduction were carried out at temperatures of 400-500 ° C for a period of 1 to 50 hours in a vacuum or inert gas atmosphere to avoid oxidation of the surface of the material . The relationships presented in the description of the patent relate to alloys mainly in the range of Cu- (1 10)% Ag by weight. A Cu-Ag ingot with dimensions as mentioned above and a silver content of the first 1%, 2% and 3% Ag by weight was subjected to a heat treatment at 450 ° C / 20 h, and subsequently to a reduction global with a logarithmic measure of 0.6 (the true tension is the natural logarithm of the elongation coefficient in the stretching process of the wire, the elongation coefficient means a square of the ratio of the initial diameter of the wire and the final diameter of the wire).
Después el material de Cu-4 % de Ag en peso se sometió a mantenimiento a 450 °C/10 h y estirado con una tensión de 0,6 en la escala logarítmica. Conforme aumentó el contenido de plata en la aleación, el tiempo del tratamiento térmico aplicado disminuyó. Un lingote de Cu-10 % de Ag en peso se sometió a mantenimiento a 450 °C durante 5 horas. Cada aleación descrita, en la etapa posterior de procesamiento, se sometió a una tensión verdadera de 8 o 12. Como resultado de la investigación, se obtuvieron alambres con una resistencia a la tensión de 1400 MPa y una conductividad eléctrica del 76,4 % de IACS, así como con una resistencia a la tensión de 1200 MPa y una conductividad del 81,7 % de IACS. En la opinión del autor de esta solución, el cociente de la resistencia de las aleaciones de Cu-Ag excediendo el 10 % en peso de Ag al contenido de Ag es desventajoso, de esta manera el intervalo seleccionado de las aleaciones ensayadas estuvo entre el 1 y el 10 % de Ag en peso.Then the material of Cu-4% Ag by weight was subjected to maintenance at 450 ° C / 10 h and stretched with a tension of 0.6 on the logarithmic scale. As the silver content in the alloy increased, the time of the applied heat treatment decreased. An ingot of Cu-10% Ag by weight was subjected to maintenance at 450 ° C for 5 hours. Each alloy described, in the subsequent processing step, was subjected to a true voltage of 8 or 12. As a result of the investigation, wires with a voltage resistance of 1400 MPa and an electrical conductivity of 76.4% were obtained. IACS, as well as with a tensile strength of 1200 MPa and a conductivity of 81.7% of IACS. In the opinion of the author of this solution, the quotient of the resistance of the Cu-Ag alloys exceeding 10% by weight of Ag to the Ag content is disadvantageous, in this way the selected range of the alloys tested was between 1 and 10% Ag by weight.
En la descripción de la solicitud americana n.° US 2008/0202648 A1 se presentan descubrimientos de investigación de aleaciones de Cu-Ag con el contenido de plata dentro del intervalo de 1 3,5 % de Ag en peso. En este caso, el material inicial es un lingote con el contenido máximo de impurezas de 10 ppm o menos, obtenido en el proceso de colada en molde . El metal durante la colada se enfría a una velocidad de enfriamiento de 400 500 °C/min. El producto de acuerdo con esta solución se procesa además por ejemplo por estirado, laminado, etc.In the description of the American application no. US 2008/0202648 A1, research discoveries of Cu-Ag alloys with the silver content within the range of 3.5% Ag by weight are presented. In this case, the initial material is an ingot with the maximum content of impurities of 10 ppm or less, obtained in the mold casting process. The metal during the casting is cooled to a cooling rate of 400-500 ° C / min. The product according to this solution is further processed for example by stretching, rolling, etc.
Las funciones de tratamiento térmico después de los procesos de tratamiento plástico se llevan a cabo a 300 350 °C durante 10 20 h, 350 450 °C durante 5 10 h, o a temperaturas de 450 550 °C durante 0,5 5 h en una atmósfera de gas inerte. Después de los procesos de mantenimiento, el programa para obtener productos del Cu-(1 3,5 %) de Ag en peso de acuerdo con la presente invención proporciona un estiramiento a un diámetro de 0,05 mm o menos. De acuerdo con la descripción a la que se hace referencia la resistencia a la tensión del material final está dentro del intervalo de 800 1200 MPa, mientras que la conductividad eléctrica está dentro del intervalo de 84 % de IACS. Esta solución también asume, a una cierta etapa de obtención de alambres a partir de la aleación de Cu-(1 3,5 %) de Ag en peso, un proceso de mantenimiento adicional a temperaturas de 600 900 °C durante un tiempo muy corto, es decir, de 5 a 120 segundos.The heat treatment functions after the plastic treatment processes are carried out at 300 350 ° C for 10 20 h, 350 450 ° C for 5 10 h, or at temperatures of 450 550 ° C for 0.5 5 h in a inert gas atmosphere. After the maintenance processes, the program for obtaining Cu- (1 3.5%) Ag by weight products according to the present invention provides a stretch at a diameter of 0.05 mm or less. According to the description to which reference is made, the tensile strength of the final material is within the range of 800 1200 MPa, while the electrical conductivity is within the 84% range of IACS. This solution also assumes, at a certain stage of obtaining wires from the Cu- (1 3.5%) weight Ag alloy, an additional maintenance process at temperatures of 600 900 ° C for a very short time , that is, from 5 to 120 seconds.
Una desventaja compartida por las soluciones es la subutilización de una posibilidad de desarrollar ventajosamente la microestructura de aleaciones de Cu-Ag, y una posibilidad relacionada de fabricar alambres con un conjunto incluso más alto de propiedades mecánicas y eléctricas.A disadvantage shared by the solutions is the underutilization of a possibility to advantageously develop the microstructure of Cu-Ag alloys, and a related possibility of manufacturing wires with an even higher set of mechanical and electrical properties.
Los procesos de tratamiento termo-mecánico multi-secuenciales llevados a cabo a intervalos de temperatura seleccionados desfavorablemente, combinados con un tiempo de tratamiento térmico demasiado extendido, no influyen negativamente en la maximización de propiedades mecánicas y eléctricas. Además, los tratamientos con calor intermedios adicionales (inherentes a la generación del coste de producción completo), usados en una etapa inapropiada de la producción de alambre, no se traducen completamente en un alto conjunto de propiedades mecánicas y eléctricas del producto final.The multi-sequential thermomechanical treatment processes carried out at unfavorably selected temperature intervals, combined with a too extended heat treatment time, do not negatively influence the maximization of mechanical and electrical properties. In addition, the additional intermediate heat treatments (inherent to the generation of the full production cost), used at an inappropriate stage of wire production, do not fully translate into a high set of mechanical and electrical properties of the final product.
El objeto de la invención es presentar un procedimiento consistente, integrado para la fabricación de componentes de alambre, incluyendo microalambres, que comprende los procesos continuos de fusión y colada de barras de aleaciones de Cu-Ag y un tratamiento térmico secuencial combinado con estirado, permitiendo que se obtengan alambres, incluyendo micro-alambres, con una resistencia a la tensión Rm dentro del intervalo de 1100 1400 MPa y simultáneamente una conductividad eléctrica dentro del intervalo del 68 84 % de IACS.The object of the invention is to present a consistent, integrated process for the manufacture of wire components, including micro-wires, comprising the continuous processes of melting and casting of Cu-Ag alloy bars and a sequential thermal treatment combined with stretching, allowing that wires are obtained, including micro-wires, with a resistance to the voltage Rm within the range of 1100 1400 MPa and simultaneously an electrical conductivity within the 68 84% range of IACS.
Las aleaciones de Cu-Ag tienen la posibilidad de solubilidad limitada mutua en el estado sólido de plata en cobre y cobre en plata. La microestructura de la aleación consiste en una matriz que comprende principalmente cobre que contiene una cierta cantidad de plata sin precipitar y precipita rica en plata, que contiene también una pequeña cantidad de cobre sin precipitar. Usando un tratamiento termo-mecánico multi-etapa de coladas y apropiadamente temperatura y tiempo seleccionados del tratamiento térmico (enfriamiento bruscamente y envejecimiento), muchos precipitados numerosos de plata fina pueden precipitar dentro del volumen entero de la solución de plata supersaturada en cobre. La aplicación de una tensión plástica significativa contribuye a un alargamiento sustancial de los precipitados formados como resultado del tratamiento termo-mecánico de la aleación. La estructura en una sección longitudinal de los alambres (microalambres) consiste en fibras muy numerosas, delgadas, considerablemente alargadas que comprenden casi completamente plata con una pequeña mezcla de cobre y comprendiendo la matriz casi completamente cobre. El diámetro de estas fibras tiene dimensiones nanométricas. En la solución de acuerdo con esta invención, los materiales en forma de cobre y plata con una alta pureza química se mezclan a una temperatura de 1083 1300 °C en un crisol de grafito colocado en un horno y posteriormente se cuela en continuo a una temperatura de 1083 1300 °C, en una atmósfera de gas inerte usando un molde de grafito, en condiciones de enfriamiento primario (enfriamiento en molde) y condiciones de enfriamiento secundario (la aleación solidificada después de dejar el molde) y así la colada obtenida con este procedimiento se somete a un tratamiento termo-mecánico durante el cual la colada obtenida se recuece en una solución a una temperatura de 600 779,1 °C durante 0,5 100 horas y posteriormente enfriada bruscamente a una velocidad más rápida que el proceso de precipitado de sus constituyentes de la solución sólida y después se somete a unos procesos de tratamiento térmico de dos etapas adicionales en los que la primera etapa es el mantenimiento a 150 300 °C durante 0,1 100 horas, seguido por - en la segunda etapa - mantenimiento a una temperatura de 300 500 °C durante 0,1 20 horas y después enfriamiento lento, seguido de estirar en alambres de la sección transversal final. Preferentemente, durante el tratamiento termo-mecánico, la colada obtenida, después de recocerse en solución a una temperatura de 600 779,1 °C durante 0,5 100 horas y posteriormente enfriarse bruscamente y, posteriormente, se extrae, con una medición de tensión verdadera de 0,1 1 y después se somete a los procesos de tratamiento térmico de dos etapas adicionales, seguido de estirar en alambres de la sección transversal final.Cu-Ag alloys have the possibility of mutual limited solubility in the solid state of silver in copper and copper in silver. The microstructure of the alloy consists of a matrix comprising mainly copper that contains a certain amount of silver without precipitating and precipitates rich in silver, which also contains a small amount of copper without precipitating. Using a thermo-mechanical multi-stage treatment of castings and appropriately selected temperature and time of the heat treatment (quenching and aging), many numerous fine silver precipitates can precipitate within the entire volume of the copper-supersaturated silver solution. The application of a significant plastic stress contributes to a substantial elongation of the precipitates formed as a result of the thermo-mechanical treatment of the alloy. The structure in a longitudinal section of the wires (micro-wires) consists of very numerous, thin, considerably elongated fibers that almost completely comprise silver with a small mixture of copper and the matrix comprising almost completely copper. The diameter of these fibers has nanometric dimensions. In the solution according to this invention, the materials in the form of copper and silver with a high chemical purity they are mixed at a temperature of 1083-1300 ° C in a graphite crucible placed in an oven and subsequently continuously cast at a temperature of 1083-1300 ° C, in an inert gas atmosphere using a graphite mold, under cooling conditions primary (in-mold cooling) and secondary cooling conditions (the solidified alloy after leaving the mold) and thus the cast obtained with this process is subjected to a thermo-mechanical treatment during which the obtained casting is annealed in a solution to a temperature of 600 779.1 ° C for 0.5 100 hours and subsequently quenched at a faster rate than the process of precipitating its constituents from the solid solution and then subjected to a two-step additional heat treatment processes in those that the first stage is maintenance at 150 300 ° C for 0.1 100 hours, followed by - in the second stage - maintenance at a temperature of 300 500 ° C last 0.1 to 20 hours and then slow cooling, followed by stretching in wires of the final cross section. Preferably, during the thermo-mechanical treatment, the obtained casting, after annealing in solution at a temperature of 600 779.1 ° C for 0.5 100 hours and then suddenly cooling and then extracting, with a tension measurement true of 0.1 1 and then subjected to the thermal treatment processes of two additional stages, followed by stretching in wires of the final cross section.
Preferentemente, cuando se deforma el material en los alambres de sección transversal finales, se produce al menos un tratamiento térmico intermedio dentro de 200 600 °C durante 0,1 50 horas, seguido de enfriamiento lento.Preferably, when the material is deformed in the final cross section wires, at least one intermediate heat treatment is produced within 200 600 ° C for 0.150 hours, followed by slow cooling.
Preferentemente, durante la deformación del material en los alambres de sección transversal finales se produce al menos un tratamiento térmico intermedio a 600 900 °C durante 0,1 1000 segundos, seguido de enfriamiento bruscamente.Preferably, during the deformation of the material in the final cross-sectional wires, at least one intermediate heat treatment at 600 900 ° C for 0.1 1000 seconds occurs, followed by abrupt cooling.
Preferentemente, los alambres de sección transversal finales se someten a un tratamiento térmico a una temperatura de 50 300 °C durante 0,1 1000 horas.Preferably, the final cross-section wires are subjected to a heat treatment at a temperature of 50-300 ° C for 0.1 1000 hours.
Preferentemente, después del recocido en solución, la colada se enfría bruscamente con agua.Preferably, after annealing in solution, the melt is quenched with water.
Preferentemente después del recocido en solución, la colada se enfría bruscamente con aceite.Preferably after annealing in solution, the melt is quenched with oil.
Preferentemente después del recocido en solución, la colada se enfría bruscamente con nitrógeno líquido. Preferentemente después del recocido en solución, la colada se enfría bruscamente con emulsión. Preferentemente, el crisol de grafito está hecho de un grafito altamente puro, en el que los constituyentes de la aleación se colocan bajo una capa de carbón vegetal o de grafito.Preferably after annealing in solution, the melt is quenched with liquid nitrogen. Preferably after annealing in solution, the melt is quenched with emulsion. Preferably, the graphite crucible is made of a highly pure graphite, in which the constituents of the alloy are placed under a layer of charcoal or graphite.
Preferentemente, el crisol de grafito se coloca en atmósfera protectora.Preferably, the graphite crucible is placed in a protective atmosphere.
Preferentemente, el molde de grafito se enfría con un sistema que se monta en él, a través del que fluye un agente de enfriamiento (el sistema de enfriamiento primario).Preferably, the graphite mold is cooled with a system that is mounted therein, through which a cooling agent flows (the primary cooling system).
Preferentemente, la colada que deja el molde se enfría adicionalmente mediante un agente de enfriamiento administrado directamente sobre la colada (el sistema de enfriamiento secundario).Preferably, the melt leaving the mold is further cooled by a cooling agent administered directly on the melt (the secondary cooling system).
Gracias a la aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención, se han obtenido los siguientes efectos técnicos y funcionales, es decir una posibilidad de formar un conjunto de propiedades eléctricas y mecánicas excelentes del producto, reducción de los costes de fabricación gracias a los tratamientos termo-mecánicos apropiadamente seleccionados, una posibilidad de seleccionar las condiciones óptimas de la secuencia de tratamiento termo-mecánico para obtener las propiedades mecánicas y eléctricas requeridas, una relación ventajosa del peso a los parámetros mecánicos de los productos obtenidos.Thanks to the application of the method according to the invention, the following technical and functional effects have been obtained, that is to say a possibility to form a set of excellent electrical and mechanical properties of the product, reduction of manufacturing costs thanks to the thermo treatments - appropriately selected mechanics, a possibility to select the optimal conditions of the thermo-mechanical treatment sequence to obtain the required mechanical and electrical properties, an advantageous weight ratio to the mechanical parameters of the products obtained.
La solución de acuerdo con la invención se presenta en los ejemplos de realización en la Tabla 1, en la que con un ejemplo de tres aleaciones de Cu-Ag con diversos contenidos de plata dentro del intervalo de la presente invención, se presenta el procedimiento para obtener alambres (incluyendo micro-alambres), junto con una lista de propiedades mecánicas y eléctricas en diferentes etapas de fabricación del producto.The solution according to the invention is presented in the embodiment examples in Table 1, in which with an example of three Cu-Ag alloys with various silver contents within the range of the present invention, the procedure for obtain wires (including micro-wires), along with a list of mechanical and electrical properties in different stages of product manufacture.
Tabla 1Table 1
continuacióncontinuation
El procedimiento para obtener microalambres a partir de aleaciones de Cu-Ag se describe con los ejemplos de realización a continuación.The process for obtaining micro-wires from Cu-Ag alloys is described with the following exemplary embodiments.
Ejemplo 1Example 1
Los materiales en forma de gránulos de plata de alta pureza del 99,99 % y cobre OFE se fundieron a la temperatura de 1200 °C en un crisol de grafito colocado en un horno de inducción. El proceso de colada continua se llevó a cabo a una temperatura de 1200 °C en una atmósfera de gas inerte. La colada continua de las barras con una composición química de Cu-3 % de Ag en peso, usando un molde de grafito se realizó en condiciones de un enfriamiento primario (enfriamiento en molde) y un enfriamiento secundario (la aleación solidificada que deja el molde). Las barras redondas obtenidas como resultado del proceso de colada continua tuvieron un diámetro de 9,5 mm y una resistencia a la tensión Rm = 190 MPa, y la conductividad eléctrica del 80 % de IACS. El material se sometió después a los procesos de tratamiento termo-mecánico. La colada se recoció en solución a una temperatura de 750 °C durante 20 horas y posteriormente se enfrió bruscamente en aceite para conservar la estructura homogénea del material. El procedimiento adicional incluyó ajustar una tensión en el proceso de estirado, con la medición de la tensión verdadera de 0,4. Después de este proceso, las barras demostraron la resistencia a la tensión de Rm = 230 MPa y la conductividad eléctrica del 94 % de IACS. A continuación, se llevó a cabo un proceso de envejecimiento de dos etapas para extraer tanta plata como fuera posible de la solución sólida homogénea de Cu-Ag. El envejecimiento primario (la primera etapa) se llevó a cabo a 300 °C durante 30 horas. El envejecimiento secundario (la segunda etapa) se llevó a cabo a la temperatura de 450 °C durante 10 horas. Después de los tratamientos con calor preliminares completados, la microestructura con aleación consistió en precipitados de plata finos muy numerosos en la matriz de cobre. A continuación, el material se estiró en alambres con una tensión verdadera de 2,7, seguido de un tratamiento térmico intermedio que consistió en un mantenimiento a una temperatura de 400 °C durante 2 horas. A continuación, el material se estiró en los alambres del diámetro final. Para potenciar las propiedades eléctricas, los alambres de diámetro final se sometieron a un tratamiento térmico a una temperatura de 240 °C durante 2 horas. Al final, los alambres con un diámetro de 0,2 mm y una tensión verdadera de 7,7 tuvieron una resistencia a la tensión Rm = 1100 MPa y una conductividad eléctrica del 82 % de IACS. La microestructura final del alambre, como se observa en su sección longitudinal, presentó bandas de plata delgadas muy numerosas, alargadas y matrices de cobre, favorable para obtener un conjunto de altas propiedades mecánicas y una conductividad eléctrica alta del producto. The materials in the form of high purity 99.99% silver granules and OFE copper were melted at a temperature of 1200 ° C in a graphite crucible placed in an induction furnace. The continuous casting process was carried out at a temperature of 1200 ° C in an inert gas atmosphere. The continuous casting of the bars with a chemical composition of Cu-3% Ag by weight, using a graphite mold was carried out under conditions of primary cooling (cooling in mold) and secondary cooling (the solidified alloy left by the mold ). The round bars obtained as a result of the continuous casting process had a diameter of 9.5 mm and a tensile strength Rm = 190 MPa, and the electrical conductivity of 80% of IACS. The material was then subjected to thermo-mechanical treatment processes. The casting was annealed in solution at a temperature of 750 ° C for 20 hours and then cooled suddenly in oil to preserve the homogeneous structure of the material. The additional procedure included adjusting a tension in the stretching process, with the true tension measurement of 0.4. After this process, the bars showed the tensile strength of Rm = 230 MPa and the electrical conductivity of 94% of IACS. Next, a two-stage aging process was carried out to extract as much silver as possible from the homogenous solid solution of Cu-Ag. The primary aging (the first stage) was carried out at 300 ° C for 30 hours. The secondary aging (the second stage) was carried out at the temperature of 450 ° C for 10 hours. After the preliminary heat treatments completed, the alloy microstructure consisted of very numerous fine silver precipitates in the copper matrix. Next, the material was stretched on wires with a true tension of 2.7, followed by an intermediate heat treatment consisting of a maintenance at a temperature of 400 ° C for 2 hours. Next, the material was stretched on the wires of the final diameter. To enhance the electrical properties, the final diameter wires were subjected to a heat treatment at a temperature of 240 ° C for 2 hours. At the end, the wires with a diameter of 0.2 mm and a true voltage of 7.7 had a resistance to voltage Rm = 1100 MPa and an electrical conductivity of 82% of IACS. The final microstructure of the wire, as seen in its longitudinal section, showed very thin, elongated bands of silver and copper matrices, favorable to obtain a set of high mechanical properties and a high electrical conductivity of the product.
Ejemplo 2Example 2
Los materiales en forma de gránulos de plata de alta pureza del 99,99 % y cobre OFE se fundieron a la temperatura de 1200 °C en un crisol de grafito colocado en un horno de inducción. El proceso de colada continua se llevó a cabo a una temperatura de 1210 °C en una atmósfera de gas inerte. La colada continua de las barras con una composición química de Cu-5 % de Ag en peso, usando un molde de grafito se realizó en condiciones de un enfriamiento primario (enfriamiento en molde) y un enfriamiento secundario (de la aleación solidificada después de dejar el molde). Las barras redondas obtenidas como resultado del proceso de colada continua tuvieron un diámetro de 9,5 mm y una resistencia a la tensión Rm = 210 MPa, y la conductividad eléctrica del 87 % de IACS. De esta manera el material obtenido se sometió a los proceso de tratamiento termo-mecánico. La colada se recoció en solución a una temperatura de 750 °C durante 10 horas y posteriormente se enfrió bruscamente en agua para conservar la estructura homogénea del material. Después de este proceso, fue necesario llevar a cabo un proceso de envejecimiento en dos etapas, para extraer tanta plata como fuera posible de la solución sólida homogénea de Cu-Ag. El envejecimiento primario (la primera etapa) se llevó a cabo a 200 °C durante 20 horas. El envejecimiento secundario (la segunda etapa) se llevó a cabo a una temperatura de 450 °C durante 10 horas. Después de los tratamientos con calor preliminares, la microestructura de aleación consistió en precipitados de plata finos muy numerosos en la matriz de cobre. A continuación, el material se estiró en los alambres de diámetro final. Para potenciar las propiedades eléctricas, los alambres de diámetro final se sometieron a un tratamiento térmico a una temperatura de 180 °C durante 10 horas. Finalmente, los alambres con un diámetro de 0,37 mm y una tensión verdadera de 6,5 tuvieron una resistencia a la tensión Rm = 1220 MPa y una conductividad eléctrica del 74 % de IACS. La microestructura final del alambre, como se observa en su sección longitudinal, presentó bandas de plata delgadas muy numerosas, alargadas y matrices de cobre, favorable para obtener un conjunto de altas propiedades mecánicas y una conductividad eléctrica alta del producto. The materials in the form of high purity 99.99 % silver granules and OFE copper were melted at a temperature of 1200 ° C in a graphite crucible placed in an induction furnace. The continuous casting process was carried out at a temperature of 1210 ° C in an inert gas atmosphere. The continuous casting of the bars with a chemical composition of Cu-5% Ag by weight, using a graphite mold was carried out under conditions of primary cooling (cooling in mold) and secondary cooling (of the solidified alloy after leaving mold). The round rods obtained as a result of the continuous casting process had a diameter of 9.5 mm and a tensile strength Rm = 210 MPa, and the electrical conductivity of 87% of IACS. In this way, the material obtained was subjected to the thermo-mechanical treatment process. The melt was annealed in solution at a temperature of 750 ° C for 10 hours and subsequently cooled in water to preserve the homogenous structure of the material. After this process, it was necessary to carry out an aging process in two stages, to extract as much silver as possible from the homogenous solid solution of Cu-Ag. The primary aging (the first stage) was carried out at 200 ° C for 20 hours. The secondary aging (the second stage) was carried out at a temperature of 450 ° C for 10 hours. After the preliminary heat treatments, the alloy microstructure consisted of very numerous fine silver precipitates in the copper matrix. Next, the material was stretched on the final diameter wires. To enhance the electrical properties, the final diameter wires were subjected to a heat treatment at a temperature of 180 ° C for 10 hours. Finally, the wires with a diameter of 0.37 mm and a true voltage of 6.5 had a resistance to voltage Rm = 1220 MPa and an electrical conductivity of 74% of IACS. The final microstructure of the wire, as seen in its longitudinal section, showed very thin, elongated bands of silver and copper matrices, favorable to obtain a set of high mechanical properties and a high electrical conductivity of the product.
Ejemplo 3Example 3
Los materiales en forma de gránulos de plata de alta pureza del 99,99 % y cobre OFE se fundieron a la temperatura de 1220 °C en un crisol de grafito colocado en un horno de inducción. El proceso de colada continua se llevó a cabo a una temperatura de 1220 °C en una atmósfera de gas inerte. La colada continua de las barras con una composición química de Cu-7 % de Ag en peso, usando un molde de grafito se realizó en condiciones de un enfriamiento primario (enfriamiento en molde) y un enfriamiento secundario (de la aleación solidificada después de dejar el molde). Las barras redondas obtenidas como resultado del proceso de colada continua tuvieron un diámetro de 9,5 mm y una resistencia a la tensión Rm = 240 MPa, y una conductividad eléctrica del 84 % de IACS. De esta manera el material obtenido se sometió después a los procesos de tratamiento termo-mecánico. La colada se recoció en solución a una temperatura de 750 °C durante 20 horas y posteriormente se enfrió bruscamente en agua para conservar la estructura homogénea del material. El procedimiento adicional incluyó ajustar una tensión en el proceso de estirado, con la medición de la tensión verdadera de 0,4. Después de este proceso, las barras tuvieron una resistencia a la tensión de Rm = 260 MPa y una conductividad eléctrica del 83 % de IACS. A continuación, se llevó a cabo un proceso de envejecimiento de dos etapas, que fue para extraer tanta plata como fuera posible de la solución sólida homogénea de Cu-Ag. El envejecimiento primario (la primera etapa) se llevó a cabo a 300 °C durante 20 horas. El envejecimiento secundario (la segunda etapa) se llevó a cabo a la temperatura de 450 °C durante 10 horas. Después de los tratamientos con calor preliminares, la microestructura con aleación consistió en precipitados de plata finos muy numerosos en la matriz de cobre. A continuación, el material se estiró en los alambres del diámetro final. Para potenciar las propiedades eléctricas, los alambres de diámetro final se sometieron a un tratamiento térmico a una temperatura de 150 °C durante 100 horas. Finalmente, los alambres con un diámetro de 0,2 mm y una tensión verdadera de 7,7 tuvieron una resistencia a la tensión Rm = 1250 MPa y una conductividad eléctrica del 75 % de IACS. La microestructura final del alambre, como se observa en su sección longitudinal, presentó bandas de plata delgadas muy numerosas, alargadas y matrices de cobre, favorable para obtener un conjunto de altas propiedades mecánicas y una conductividad eléctrica alta del producto.The materials in the form of high purity 99.99% silver granules and OFE copper were melted at a temperature of 1220 ° C in a graphite crucible placed in an induction furnace. The continuous casting process was carried out at a temperature of 1220 ° C in an inert gas atmosphere. The continuous casting of the bars with a chemical composition of Cu-7% Ag by weight, using a graphite mold was carried out under conditions of primary cooling (cooling in mold) and secondary cooling (of the solidified alloy after leaving mold). The round rods obtained as a result of the continuous casting process had a diameter of 9.5 mm and a tensile strength Rm = 240 MPa, and an electrical conductivity of 84% IACS. In this way, the material obtained was then subjected to thermo-mechanical treatment processes. The melt was annealed in solution at a temperature of 750 ° C for 20 hours and subsequently cooled in water to preserve the homogenous structure of the material. The additional procedure included adjusting a tension in the stretching process, with the true tension measurement of 0.4. After this process, the bars had a tensile strength of Rm = 260 MPa and an electrical conductivity of 83% of IACS. Next, a two-stage aging process was carried out, which was to extract as much silver as possible from the homogenous solid solution of Cu-Ag. The primary aging (the first stage) was carried out at 300 ° C for 20 hours. The secondary aging (the second stage) was carried out at the temperature of 450 ° C for 10 hours. After the preliminary heat treatments, the alloy microstructure consisted of very numerous fine silver precipitates in the copper matrix. Next, the material was stretched on the wires of the final diameter. To enhance the electrical properties, the final diameter wires were subjected to a heat treatment at a temperature of 150 ° C for 100 hours. Finally, the wires with a diameter of 0.2 mm and a true voltage of 7.7 had a resistance to voltage Rm = 1250 MPa and an electrical conductivity of 75% of IACS. The final microstructure of the wire, as seen in its longitudinal section, showed very thin, elongated bands of silver and copper matrices, favorable to obtain a set of high mechanical properties and a high electrical conductivity of the product.
La solución de acuerdo con la invención es un procedimiento previamente desconocido, consistente, integrado de fabricación de barras terminadas como un resultado del proceso continuo de fundición y colada de aleaciones de Cu-Ag que conllevan una alta pureza química con un contenido de oxígeno permisible en la aleación de 3 ppm o menos y otras impurezas hasta un máximo de 20 ppm. La composición química y la estructura de las barras de aleación de Cu-Ag obtenidas en base a la solución de acuerdo con la invención son constantes a lo largo de la longitud completa de la colada. El producto final en forma de alambres (incluyendo micro-alambres) solamente se obtiene estirando las barras coladas en continuo, usando troqueles con un perfil redondo u otro. The solution according to the invention is a previously unknown, consistent, integrated method of manufacturing finished rods as a result of the continuous casting and casting process of Cu-Ag alloys that carry a high chemical purity with an allowable oxygen content in the alloy of 3 ppm or less and other impurities up to a maximum of 20 ppm. The chemical composition and structure of the Cu-Ag alloy bars obtained based on the solution according to the invention are constant throughout the entire length of the cast. The final product in the form of wires (including micro-wires) is only obtained by stretching the continuous cast bars, using dies with a round or other profile.
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