FI84627B - Foerfarande foer att tillverka en koppar-berylliumlegering. - Google Patents

Description

1 84627

Menetelmä kupari-berylliumlejeeringin valmistamiseksi Tämä keksintö kohdistuu kuparilejeerinkien, erityisesti pieniä, toisistaan riippuvia määriä berylliumia ja kobolttia sisältävien lejeerinkien metallurgiseen prosessointiin 5 taottujen kuparilejeerinkien valmistamiseksi. Tarkoituksena on valmistaa käyttökelpoisia tuotteita, joilla on parempi yhdistelmä jännitysrelaksaation vastustuskykyä, muotoutuvuutta, johtavuutta ja lujuutta.

Kupari-berylliumlejeerinkejä on nyt käytetty kaupalli-10 sesti noin viisikymmentä vuotta sovellutuksissa, joissa vaaditaan suurta lujuutta, muotoutuvuutta, jännitysrelaksaation vastustuskykyä ja johtavuutta. Kaupallisiin kupa-ri-berylliumlejeerinkeihin kuuluvat esimerkiksi Copper Development Associationin merkintöjen (C17500, C17510, 15 C17000, C17200 sekä C17300) mukaiset lejeeringit. Yleises ti beryllium-kuparilejeerinkien kehitys ja niiden valmistusprosessit ovat vieneet siihen, että parhaat karakteris-tiikat, nimittäin suurimmat lujuudet, parhaat venyvyydet ja muut erityisen halutut ominaisuudet, on saavutettu käyttä-20 mällä hyväksi näiden lejeerinkien erkaumakarkaisuominaisuuk-sia. Niinpä US-patenttijulkaisut 1 893 984, 1 957 214, 1 959 15^, 1 97^ 839, 2 131 475, 2 166 794, 2 167 684, 2 172 639 ja 2 289 593 tuovat esiin erilaisia taottuja le-jeerinkejä, jotka sisältävät vaihtelevia määriä berylliumia : 25 ja muita alkuaineita.

Niinä noin viitenäkymmenenä vuotena, jotka ovat kulu- i : neet edellä käsiteltyjen patenttien myöntämisestä, on syn- i : tynyt kokonaan uusia teollisuuden aloja, ja lejeerinkien valmistajille on asetettu uudenlaisia vaatimuksia. Niinpä 30 esimerkiksi elektroniikan ja tietokoneteollisuuden vaati- mukset olivat tuntemattomia 1930-luvulla. Myös elektroniikan ja tietokoneiden miniatyrisointi on alkanut ja jatkunut kiihtyvällä vauhdilla vasta aivan viime vuosina. Jousityyp-pisten kytkimien ja koskettimien tuotannossa ovat vaatimuk-35 set kasvaneet nopeasti, mitä tulee tarvittavien osien monimutkaisuuteen sekä lämpöhäviöihin kuin myös osien kestoon korotetuissa lämpötiloissa ilman jännitysrelaksaatiosta ai- 2 84627 heutuvia häiriöitä. Lisäksi ostajat ovat tulleet yhä hintatietoisemmiksi, ja kustannussyistä on käytetty esimerkiksi sellaisia kytkinlejeerinkejä kuin fosforipronssit C51000 ja C52100, vaikkakin sen tapaisten lejeerinkien heikommat 5 ominaisuudet, kuten huonompi johtavuus, huonompi muotoutuvuus ja heikompi jännitysrelaksaation vastustuskyky beryl-lium-kuparilejeerinkeihin verrattuna ovat olleet tiedossa. Lisäksi muotoutuvuudelle asetetut vaatimukset, jotka ovat tärkeitä valmistettaessa monimutkaisia osia, liuskasta tai 10 langasta käyttäen jatkuvaa pakotusta tai muita muovausmenetelmiä, ovat aiheuttaneet lejeerinkien toimittajille lisääntyneitä vaikeuksia verrattuna US-patentin 2 131 ^73 helppoihin päiviin, jossa julkaisussa kuvattu hitsaus-elektrodi on pelkästään tako- tai valumetallisauva, jonka 15 tuli kestää "sienettymistä" kuormitettaessa, mutta jonka suhteen ei asetettu minkäänlaisia muotoutuvuusvaatimuksia.

Tekniikan tavasta tunnettujen kupari-berylliumlejeerin-kien prosessointimenetelmät takotuotteiden (eli liuskojen, levyjen, lankojen, sauvojen, tankojen tai putkien jne) val-20 mistamiseksi ovat yleensä keskittyneet parhaat ominaisuus-yhdistelmät omaaviin lejeerinkeihin, joissa berylliumin ja " - kolmannen pääkomponentin pitoisuudet ovat lähellä kaupal listen lejeerinkien C17500, C17510 ja C17200 koostumuksia.

. . Näihin menetelmiin on yleensä kuulunut vaiheina sulan le- ·' 25 jeeringin valmistus, harkon valaminen, harkon muuttaminen takomuotoon kuuma- ja/tai kylmämuokkaamalla mahdollisesti välillä hehkuttaen lejeeringin muokkautuvuuden säilyttämiseksi, takomuodon karkaisu jähmeässä liuoksessa lämpöti-lassa, joka on riittävä lejeeringin uudelleenkiteytymiseksi 30 ja berylliumin liukenemiseksi kiinteänä kuparimatriisiin, ja sitten lejeeringin nopea jäähdytys, jotta beryllium saadaan pysymään ylikyllästetyssä jähmeässä liuoksessa, mahdollisesti määrätyn suuruinen liuoskarkaistun takomuodon kylmämuokkaus seuraavan vaiheen vanhenemiskarkaisun lu-' ; 35 juuden lisäämiseksi, sen jälkeen mahdollisesti kylmämuoka-tun takomuodon vanhenemiskarkaisu lämpötiloissa, jotka ovat liuoskarkaisulämpötilan alapuolella, jotta saadaan halutut 3 84627 yhdistelmät lujuutta ja venyvyyttä. Tätä tekniikkaa kuvataan US-patenttijulkaisuissa 1 893 984, l 959 154, 1 974 839, 1 975 113, 2 027 750, 2 527 983, 3 196 006, 3 138 493, 3 240 635, 4 179 314 ja 4 425 168, jotka myöskin 5 opettavat, että optimaaliset liuoskarkaisun ja erkautuskar-kaisun lämpötila-alueet riippuvat lejeeringin koostumuksesta, ja että vanhenemiskarkaisu voidaan suorittaa joko ennen tai jälkeen sen, kun liuoskarkaistu ja mahdollisesti kylmä-muokattu muoto on työstetty valmisteeksi (esim. sähköä joh-10 tavaksi jouseksi, painehitsauselektrodiksi tai vastaavaksi laitteeksi) hyvintunnettuja metallinmuovausmenetelmiä käyttäen.

Tunnetut kuparipohjaiset lejeeringit, jotka eivät ole erkautuskarkaistuvia (kuten C51000-ja 052100-fosforiprons-15 sit) ja joiden lujuus tulee ainoastaan muokkauskarkaisusta, kylmämuokataan usein pinta-alan muokkausasteelle, joka on yli 50 %, jotta päästään kaupallisesti merkittäville lujuus-tasoille. Tunnettujen kupari-berylliumlejeerinkien ollessa kysymyksessä, liuoskarkaisun ja vanhenemiskarkaisun välillä 20 suoritettava kylmämuokkaus - muu kuin metallinmuovausope-raatioissa osien muovaukseen liittyvä kylmämuokkaus - jää tavallisesti muokkausasteille alle 50 %. Niinpä US-patent-tijulkaisut 3 138 493, 3 196 006, 4 179 314 ja 4 425 168 . . kuvaavat prosesseja, joihin liittyy vähintään 3 SK ja enin- / 25 tään 42 % kylmämuokkaus ennen erkautuskarkaisua. Eräs se- ' litys tähän kaupallisten kupari-berylliumlejeerinkien kyl- mämuokkauksen rajoitukseen on annettu julkaisussa Wrought Beryllium Copper, Brush Wellman Incorporated, 1982, joka osoittaa, että venyvyys valssattuna (ja siten muotoutuvuus 30 - minimi taivutussäde ilman säröilyä, kun taivutetaan 90° ; ’ tai 180° muovausoperaatiossa) pienenee kaupallisesti ei-hy- ... väksyttävälle tasolle, kun ennen vanhentamista suoritettu kylmämuokkaus kasvaa muokkausasteelle, joka on yli n. 40 %, ja että kylmämuokkauksen jälkeen suoritetun vanhenemiskar-35 kaisun lujuus on suhteellisesti suurimmillaan kylmämuok- kausasteella n. 30-40 %t mutta pienenee suuremmilla kylmä-muokkauksilla, kun lejeerinkejä vanhennetaan kaupallisesti 4 84627 suositelluissa lämpötiloissa.

Rinnakkainen Amitava Guhan patenttihakemus no 550 631, joka on siirretty Brush Wellman Incrlle, esittää parannetun prosessin kaupallisen kupari-beryllium-nikkelilejeeringin 5 C17510 valmistamiseksi, johon prosessiin kuuluu jopa n.

90 %>:n kylmämuokkaus välivaiheena erityisessä runsaasti nikkeliä sisältäviä erkaumia muodostavassa, korkeassa lämpötilassa suoritettavassa jähmeäliuoskarkaisussa sekä van-henemiskarkaisuvaihe matalassa lämpötilassa, jolla kaikella 10 pyritään aikaansaamaan sellainen yhdistelmä lujuutta ja sähkönjohtavuutta, jota ei aiemmin ole saavutettu C17510:llä, mutta siten, että muotoutuvuus ja jännitysre-laksaation vastustuskyky heikkenevät vain vähän tai eivät lainkaan.

15 Jännitysrelaksaatio on ominaisuutena tärkeä suunnitte- luparametri, joka voi antaa suunnittelijalle varmuuden siitä, että tietty kosketin tai kytkin tai sen tapainen laite ylläpitää vaadittua kontaktipainetta korotetuissa lämpötiloissa ja takaa näin pitkän toimintaiän koko laitteistolle, 20 johon osa kuuluu. Jännitysrelaksaatio määritellään sinä jännityksen alenemana aikayksikössä, jonka vakiokuormitus aikaansaa annetussa lämpötilassa. Materiaalin jännitysre-laksaation käyttäytymisestä annettujen tietojen avulla suunnittelija voi määrittää, kuinka paljon huoneen lämpöti-25 lassa tarvittavaa jousivoimaa on lisättävä, jotta varmistetaan tietty minimivoima käyttölämpötilassa ylläpitämään liitettävien osien välinen sähkökontakti pitkällä aikavälillä.

Lujahkoilla berylliumia sisältävillä vanhenemiskarkene-30 villa lejeeringeillä kuten C17200, joka sisältää n. 2 % berylliumia, on tunnetusti hyvä jännitysrelaksaation vastustuskyky. Toisaalta, merkittävästi halvemmat fosforiprons-sit, kuten C51000 ja C52100, jotka eivät ole vanhenemiskar-kenevia ja joita on runsaasti kylmämuokattava korkean lu-35 juuden saavuttamiseksi, ovat jännitysrelaksaation vastustuskyvyltään huonoja.

Tässä esityksessä jännitysrelaksaation vastustuskyky 5 84627 määritetään testillä, joka on kuvattu artikkelissa "Stress Relaxation of Beryllium Copper Strip in Bending",

Harkness ja Lorenz, 30th Annual Relay Conference, Stillwater, Oklahoma, 5 April 27-23, 1982. Testin mukaisesti litteitä, stan-dardipituisia jousinäytteitä kuormitetaan kiinnittimessä vakioalkujännitykseen ja pidetään kiinnittimessä jännitettynä pitkähkön ajan korotetussa lämpötilassa, esimerkiksi 150 °C:ssa. Aika ajoin näyte irrotetaan, ja määritetään 10 materiaaliin syntynyt pysyvä muutos, josta voidaan laskea jäljellä olevan jännityksen arvo prosentteina.

Muotoutuvuus määritetään taivuttamalla litteää jousi-näytettä esimerkiksi 90° meistin ympäri, jolla on kärkiosa, jonka säde voidaan vaihtaa halutuksi. Viaksi katsotaan se 15 kohta, jossa säröytymistä tapahtuu taivutuskohdan ulommissa säikeissä. Testissä annetaan arvo suureena R/t, jossa R on meistin kärkiosan säde ja t on liuskan paksuus. Suunnittelijat voivat käyttää tätä arvoa päätelläkseen, voidaanko tietty materiaali muotoilla tietyssä osassa tarvittavaan 20 geometriaan.

Keksintö tarjoaa prosessin vanhenemiskarkenevien kupa-ri-berylliumlejeerinkien valmistamiseksi. Lejeeringeillä on lähes samaa luokkaa oleva jännitysrelaksaation vastustuskyky kuin lujimmilla kaupan olevilla lejeeringeillä sekä 25 lisäksi hyvä muotoutuvuus ja venyvyys, hyvä johtavuus ja käyttökelpoinen lujuus.

Keksintö ja eräät sen sovellutukset on yksityiskohtaisesti määritelty patenttivaatimuksissa.

Piirustuksissa kuvio 1 esittää pinta-alan muokkausas-30 teen 0-72 % vaikutusta lujuuteen ja venyvyyteen liuskassa, joka on tehty keksinnön mukaisesta lejeeringistä ja sisältää 0,35 % berylliumia, 0,25 % kobolttia ja loput oleellisesti kuparia ja joka on liuoskarkaistu 1000 °C:ssa, sekä valssatussa tilassa että kylmävalssauksen ja *100 °C:ssa 35 suoritetun 3 tunnin vanhenemiskarkaisun jälkeen.

Kuvio 2 esittää sekä pituussuuntaista että poikittaissuuntaista lujuutta ja venyvyyttä liuskassa, joka on tehty 6 84627 kuvion 1 mukaisesta lejeeringistä, kun se on liuoskarkaistu 930 °C:ssa, kylmävalssattu eri määriä pinta-alan muokkaus-asteelle 50-60 %y ja vanhenemiskarkaistu 5,5 tuntia *100 °C:ssa; 5 kuvio 3 esittää välillä 315-450 °C olevien eri vanhene- miskarkaisulämpötilojen vaikutusta liuskan kovuuteen 3 tunnin vakiovanhennusajalla, kun liuska on tehty erilaisista keksinnön mukaisista kupari-koboltti-berylliumlejeeringeis-tä, jotka on liuoskarkaistu eri lämpötiloissa alueella 870-10 1000 °C ja kylmävalssattu pinta-alan muokkausasteelle 72 !; kuvio *1 esittää vanhentamislämpötilan vaikutusta liuskan lujuuteen 400 °C vakiolämpötilassa, joka liuska on tehty erilaisista keksinnön mukaisista lejeeringeistä ja liuoskarkaistu 900 °C:ssa ja kylmävalssattu pinta-alan 15 muokkausasteelle 90 %; kuvio 5 esittää pituussuuntaista ja poikittaissuuntaista muotoutuvuutta lujuuden suhteen liuskassa, joka on tehty keksinnön mukaisesta lejeeringistä ja sisältää 0,3 % berylliumia, 0,25 % kobolttia ja loput oleellisesti kuparia ja 20 joka on liuoskarkaistu 900 °C:ssa ja kylmävalssattu pinta-alan muokkausasteille 72 % ja 90 %t sekä valssatussa että ... - kylmävalssatussa ja 5 tuntia 400 °C:ssa vanhenemiskarkais- tussa tilassa, verrattuna tunnettuun ei-erkaumakarkaistu-vaan lejeerinkiin, esim. C51000 fosforipronssiin; ja 25 kuvio 6 esittää keksinnön mukaisten lejeerinkien jänni- tysrelaksaatiokäyrää 150 °C:ssa ja alkujännityksellä, joka on 75 % 0,2 %:n siirtymän myötörajasta, jotka lejeeringit sisältävät 0,3 - 0,5 % berylliumia, 0,25 % kobolttia ja loput oleellisesti kuparia, ja joita on liuoskarkaistu kek-30 sinnön mukaisesti ja testattu sekä käyttämällä loppuvanhe-nemiskarkaisua että ilman sitä. Tunnettuja kuparipohjaisia lejeerinkejä, esim. C17200 ja C52100, esitetään vertailun vuoksi.

Keksintö kohdistuu n. 0,05 - 0,5 % berylliumia ja n. 0,05 - 2 % kobolttia sisältävien kupari-berylliumlejeerin- : 35 7 84627 kien käsittelyyn, jossa mainittu lejeerinki karkaistaan jähmeässä liuoksessa n. 790-1000 °C, edullisesti n. 870-930 C, lämpötila-alueella, mainittu lejeerinki kylmämuoka-taan poikkipinnan paksuuden muokkausasteelle, joka on aina-5 kin n. 50 t, parhaiten ainakin n. 70-90 %, ja mainittu kyl-mämuokattu lejeerinki vanhennetaan n. 315~50 °C lämpötila-alueella, jotta mainitulle vanhennetulle lejeeringilie saadaan hyvä yhdistelmä jännitysrelaksaation vastustuskykyä, muotoutuvuutta, venyvyyttä, johtavuutta ja lujuutta.

10

Keksintö perustuu havaintoon, että beryllium-kuparile-jeeringei1lä, joilla on pienet, määrätyt pitoisuudet berylliumia ja kobolttia, yhdistyvät erittäin käyttökelpoisella 15 tavalla jännitysrelaksaation vastustuskyky, muotoutuvuus ja venyvyys, johtavuus ja lujuus, kun ne prosessoidaan käsittelemällä jähmeässä liuoksessa, voimakkaasti kylmämuokkaa-malla ja vanhentamalla. On odottamatta havaittu, että kun nämä lejeeringit vanhennuskarkaistaan kylmämuokkauksen jäl-20 keen pinta-alan muokkausasteelle, joka on yli n. 50 %, sekä lujuus, mitattuna 0,2 >ί:η siirtymän myötörajana, että venyvyys, mitattuna jännityspitenemänä, paranevat merkittävästi, kun muokkausta lisätään n. 95 5?:iin tai sen yli, verrattuna vanhennettuun materiaaliin, jota on muokattu vähem-25 män kuin 50 1. Lejeeringit sisältävät n. 0,05 % - 0,5 % berylliumia ja n. 0,05 - 2 % kobolttia. Sen prosessointi voidaan suorittaa minkä tahansa kuuma- tai kylmämuokkauksen jälkeen, jota tarvitaan alkuperäisen valutuotteen muuttamiseksi sopivasti mitoitetuksi välituotteeksi. Prosessoin-30 tiin kuuluu jähmeäliuoskäsittely n. 790-1000 °C, parhaiten n. 870-930 °C lämpötilassa, sitä seuraava kylmämuokkaus kuten valssaus, jossa välituotteen poikkipintaa muokataan ainakin 50 - 70 - 95 % tai enemmän, ja sitä seuraava kylmä-muokatun tuotteen vanhentaminen n. 315-5^0 °C lämpötila-35 alueella alle n. 1-8 tuntia. Käsittely eroaa kaupallisesta kupari-berylliumlejeerinkien prosessoinnista siinä, että lejeerinkiä kylmämuokataan runsaasti ennen vanhentamista.

s 84627 Käsittelyllä aikaansaadaan näille, kaupallisesti valmistettuihin taottuihin kupari-berylliuir.lejeerinkeihin verrattuna alhaiset pitoisuudet seosaineita sisältäville seoksille käyttäkelpoinen ja aivan odottamaton ominaisuusyhdis-5 telmä. Lejeeringeillä on erityisesti ylivoimainen yhdistelmä jännitysrelaksaation vastustuskykyä, muotoutuvuutta ja venyvyyttä, kun niitä verrataan olemassa oleviin pronssi- ja messinkiseoksiin, esimerkiksi fosforipronsseihin, joilla on sama lujuus.

10 Lejeeringit voidaan valaa harkoiksi käyttäen tavanomai sia staattisia, puolijatkuvia tai jatkuvia valumenetelmiä. Harkot voidaan vaikeuksitta muokata suoraan, esimerkiksi kuuma- tai kylmävalssaamalla. Välihehkutuksia n. 5^0-955 °C lämpötiloissa voidaan käyttää. Kun harkko on muokattu 15 haluttuihin välituotteen mittoihin, joista VGidaan suorittaa ennalta määrätyn suuruinen kylmämuokkaus haluttuihin loppumittoihin, suoritetaan karkaisu jähmeässä liuoksessa. Liuoskarkaisu tehdään lämpötilavälillä, joka on n. 790-815 °C:sta n. 930-1000 °C:een. Alimmat lämpötilat eivät ai-20 kaansaa täydellistä uudelleenkiteytymistä kaikissa lejee-ringeissä, kun taas keskialueen lämpötilat aikaansaavat hienokokoisempia rakeita ja parempaa muotoutuvuutta, mutta ____: huonompaa lujuutta. Joillakin lejeeringeillä voivat kiteet kasvaa mainitulla lämpötila-alueella, mikä ei ole toivotta-25 vaa. Tätä tapahtuu, kun liuoskäsittelyssä käytetään 900 °C tai korkeampia lämpötiloja. Tällöin lujuus kuitenkin para-nee, ja johtavuus muuttuu vain vähän. Liuoskäsitelty materiaali kylmämuokataan sen jälkeen oleellisesti loppumittoihin, käyttäen valssausta, vetämistä tai muita metallinmuok-30 kausmenetelmiä siten, että materiaalin poikkipinta muokkautuu ainakin n. 50 %, mieluimmin ainakin n. 70-90 % tai enemmän. Kylmämuokattu materiaali vanhennetaan sitten n. 315-5^0 °C lämpötila-alueella alle n. 1-8 tuntia.

Vanhentaminen toimii sekä erkaumakarkaisuna että jänni-35 tyksiä vähentävänä hehkutuksena. Vanhentamisen tarkoitus on lisätä lujuutta ja samalla se myös suuresti lisää lejee-ringin venyvyyttä ja jännitysrelaksaation vastustuskykyä.

9 84627

Myös muotoutuvuus lisääntyy merkittävästi. Alle *480 °C vanhentamislämpötiloissa käytetään ainakin n. 1-7 tunnin vanhentamisaikoja, kun taas korkeammissa lämpötiloissa tarvitaan n. 1 tunnin tai sitä pienempi vanhentamisaika. Myös 5 pienemmät berylliumpitoisuudet vaativat pitempiä vanhene-misaikoja kuin korkeammat berylliumpitoisuudet, jotta saavutettaisiin halutun tasoiset ominaisuudet.

10 Valmistettiin harkoiksi sarja lejeerinkejä, joilla oli taulukossa I esitetyt koostumukset. Harkot muutettiin halutun mittaisiksi välituoteliuskoiksi kuuma- ja kylmävals-saamalla välihehkutuksia mahdollisesti käyttäen. Muokattu liuska karkaistiin sen jälkeen jähmeässä liuoksessa 900 tai 15 930 °C lämpötilassa n. 15 minuuttia tai sitä vähemmän. Sit ten seurasi nopea jäähdytys huoneen lämpötilaan. Liuoskar-kaistu liuska kylmämuokattiin sitten pinta-alan muokkausas-teelle 90 % ja vanhenemiskarkaistiin esitetyt ajat li00 °C:ssa. Jännitysominaisuudet, kovuus ja johtavuus määri-20 tettiin ja ne esitetään taulukossa I, josta myös näkyvät tulokset muotoutuvuustesteistä, jotka on suoritettu 90° taivutuksella, sekä tulokset jännitysrelaksaatiotesteistä, jotka on suoritettu 150 °C lämpötilassa ja alkujännityksel-lä, joka oli 75 % 0,2:n siirtymän myötörajasta.

25 Taulukossa II on koetulokset liuskasta, joka oli tehty tietyistä taulukon I lejeeringeistä ja muista keksinnön mukaisista koostumuksista ja jotka oli prosessoitu kuten taulukon I mukaiset lejeeringit, paitsi että niitä oli kylmä-valssattu 72 % ja vanhennettu *400 °C:ssa. Taulukko III 30 esittää mittaustuloksia eräistä näistä lejeeringeistä, kun niitä oli kylmävalssattu 50 % ennen vanhentamista *100 °C:ssa.

Toisessa esimerkissä, jossa käytettiin korkeampaa lop-puvanhennuslämpötilaa lyhyemmän aikaa kuin edellä on mai-35 nittu, todettiin, että lejeeringillä, joka sisälsi 0,3*4 % berylliumia ja 0,25 % kobolttia, loput kuparia, ja joka oli liuoskarkaistu 900 °C:ssa, kylmävalssattu 90 % ja vanhen- 10 84627 nettu 1 minuutti 5^0 °C:ssa, murtovetolujuus oli 662 MPa, pitenemä 11 %, Rockwell-kovuus B90, sähkönjohtavuus ^3 % IACS ja muotoutuvuus pituussuunnassa, R/t, nolla.

Ja vielä eräässä esimerkissä lejeeringillä, joka sisäl-5 si 0,31 % berylliumia, 0,50 % kobolttia, loput kuparia ja joka oli liuoskarkaistu ja muokattu kuten edellisessä esimerkissä ja vanhennettu 20 minuuttia ^55 °C:ssa, murtovetolujuus oli 7*15 MPa, 0,2 %:n myötöraja 696 MPa, pitenemä 13 %, Rockwell-kovuus B95, sähkönjohtavuus 51 % IACS, ja 10 muotoutuvuus pituussuunnassa, R/t, nolla.

Il 1] 84627 c c (0 <11 qj ^ ω C iJ ^ H · 1“^ <-> C :nj

to C 'i-) CO

to :to to iiiiiiiootniiivoiii

3 ——i C to I I I I t I I 00 00 t I I <— I I I

««·*· C :θ jC U tu c o to c o 0 :tO O O tJ :ιβ O to pH *-—) Γ-t I—( to

*rA

4J ^ iiiiiiio^iijloiii

^ IIIIIII--III-III

Ctf «H I I I I I I I v£) vD I I I I I I

o O Cl, 0-- CTs (/) • 0) C p ooil r^tnvO! I ^—* CV| *r«l 3 *> I I - - - I I - - 2* U OOI I OOOr-HOO I OO I CNiro

• rA

_ Ph _ to 3 1 3 ui c > o

a to C

Pd 4J M Ο-νΟιΟ-χΤΟχΟχΟιΟΌ-ιΟιΟχΟΌχΟχΟιΟ JZ Λ :co O &-s V) > to 3

3 CQ ^ (J> H -i xf I OiOOlOHON^COlNtN

> Od lOSOiOMO I OMJvOtOOtMJOiOO

O I—4 I—I -—4 I—t M ___ O :t0

Prf Θ

Pi <D

3 C 6-ΐ OitJlHtNNHOOHtx I H N n -O rx t—4 Q) --4 I—I i—t I—t I—H i—I I 1—- -—4 --4 3 4-1

tfl -H

H _Ph___ C to :t0 ·ό C B to ·· >»t-i 10 νΟΟΟΓ'χΓ'-.Οο.ΟνΟνΟΓ'' I W n tO <t xf 6x? 4-1 Ό Ph CO-OHNOtNONOtN I N Ο Γ' σι Ot

V-I4JX Λ'ίιΟνΟΛώΓ'ΌΌΟΟ I Γη Γχ vO 00 W

CM -p-4 :o . *rH 0>x 0 to E__ 0 4-1 0) >oi to ΦησιΟν-ίσιΝΝοοσ- I oooocooo

03 pH OOOOr^vOOOOiOOiOxOlOtOO-CNCxI

4-13 a n-jiotOOtorxNrxffl I 00 tx rx σ. ot μ --1 5 3 S -—1________ 1 J= e 1 m to « to 3 -rl to υ ·> C E PiO r^r^iotorxrxrx-toiOtONrx-roioOio

to to -H

> 4-1 tO___ 3 I to 0000000000000000

Μ·Η O OOOOOOOOOOOOOOOO

CQ CQ o CTN OX OX OX OX Ox OX OX Ox Ox OX OX Ox Ox OX OX

&d Pi__ to ο-—ιΟχοοΟχίοίχοοσχΗΟΟΟ.—10

3 O o-—ItNOxoOCNOtNCNxd-CNOOtNLOCNOO

s 0 ·>·>»··>·« «..,..«...

3 6xS OOOOr-tOOOOO--l.-tOO.-l.-i 4-1----- 0) V000x3-0tx40r-l0xr-40c»0\0000r-x O <U OO^HPNNNOONNilXiA-ixl- O « ................

ad E-g 0000000000000000

:cQ

V4 i-tcNiroxQ-t/xxor^oooxo-—1 n n 4 m -o

(zj f—< H H r—4 rH H

12 84627 e Π e C CO 4) P UI φ 4) 4) Φ >v 41 C [i Ui

• H *H »H »H pH

i—( P -rt h c m rt p ·π rt rt P ·’-> rt rt :rt m II l I I l oo rt :rt co I n

3 -1-1 c 0) Il lllloo 3·ηβ # I CO

4J co ·· ·· 4J » ·· · p :o x o P :o x o

4) P O 0) C O

U) Co co C O

0 :rt O O O :rt O O

u :rt o m I-. :rt o m

CL, *r—) r-1 M 0-1 I M M

CO 10

•H *iH

4-> -id I I I v£> I I O 4-1 i ·ίΟ ^ X I I I I »Il X - « pi m i i I i in i i en ρΰ m es m o o O pv. o Pj 0--------- 0 — -- av en co co . co · co C 3 I I 1 1 ro I I o G 3 m M 3 1111*11« M 3 « «

S 4-1 I I I I 1—< I I .—< X LJ M O

M M

pv. FM _ co co 3 3 1 3 CO I 3 co

C > U C > O

:0rt < ooooohoonno :ort < \oh X 4-1 m vDsTiDvOststUVS· -*! 4-1 M -ΐ x x xx :rt O es :rt o es co m-) co •’—l co ui 3 3 3 pq voov<rr^-<roooo 3 > pd nfflpppoocn m > ρί oo en

MO MM MO

M ___M ___ O :rt o :rt X g Jd E.

ai x φ 3 C es M<rcsrsuoocnco 3 C es -o- m

r*H i—< i-H I i—< QJ pH

3 4-1 3 4J

rt M rt M

H __H ____ C rt e rt :rt *m irt 3 S rt G S rt ·· >, L. rt mcsmoocSMr^co ·· S u rt p»

6vf 4J .Ό Cl. Ciiooi-irtSNS· eS4J:OP-i OO

h LI Σ mmm«X>vDvDOOvO M -M X S3 vO

rs m :o rs m :o

* *r4 « ‘H

0 co g o co E

1 l 0 o 4-1 4-1 Φ a) > CO rt COSONNOvONS ;> co rt m en 03 Pj VlrUOrlMPOOM 03 Pj LO 00 w 3 χ jtcovonnOooN 4-1 3 X vovo L4 ·ι—ϊ M ·"-) 3 3 3 3 X H__X ^___ 1 x 1 x

Cl C 1 un 4) co « 4) CO * * -Cm rt o Moioiomiooo -Cm rt o rnro p e io e E io rt rt m rt rt m > 4J cc) > 4-1 rt _ 3 3 1 co 00000000 ico o o

L4 M O OOOOmoOO M M O m O

rt rt o cncncncncnavcnov rt rt o over»

Ui X__^ * co Ovo^fcNLOiOMin co vo co 3 o CSOICSONNON 3 O rsrs Q (J *v#v*#v*vpppi 0 U * * 3 es 000000M0 3 es 00 4-1 - ------ 4-1--

CO O-COCOMMMOOO CO MO

o 4> MMcsesmsrmm o ai mm O £Q ·ν·ν*ν·νρρρ*ν Q pQ * a

^ 6^S OOOOOOOO ^ O O

:td :rt μ (η<\θΓ^σ»ΓΝθθη M en

W . 1—1 Γ-H r—I (jJ rH

i3 84627

Loppuvanhennuskäsittelyn merkitys näiden liuoskarkais-tujen ja voimakkaasti kylmämuokattujen lejeerinkien ominaisuuksien parantamisessa käy ilmi kuviosta 1, josta havaitaan, että 72 % kylmämuokatun, 0,35 % berylliumia, 0,25 % 5 kobolttia ja loput oleellisesti kuparia sisältävän liuskan lujuus parani lähes 50 % ja venyvyys kasvoi kaksinkertaiseksi, kun sitä vanhennettiin 400 °C:ssa; ja merkitystä havainnollistetaan edelleen kuviossa 6, jossa liuoskarkais-tulla, 90 % kylmävalssatulla ja vanhentamattomalla, 0,31 % 10 berylliumia, 0,25 % kobolttia ja loput oleellisesti kuparia sisältävällä liuskalla oli 2 - 1/2 kertaa suurempi alkujän-nityksen pienenemä 1000 tunnin jälkeen 150 °C:ssa, kun al-kujännitys oli 75 %, 0,2 %:n siirtymän myötörajasta, kuin samalla liuskalla 400 °C:ssa vanhennettuna. Keksinnön mu-15 kaisten karkaistujen, kylmämuokattujen ja vanhennettujen lejeerinkien jännitysrelaksaation vastustuskyky on lähellä tunnettujen erkaumakarkaistujen lejeerinkien, esim. C17200, suurempaa lujuutta, kun taas ennen vanhenemiskarkaisua keksityt lejeeringit käyttäytyvät samoin kuin tunnetut ei-er-20 kaumakarkaistuvat, kylmämuokatut lejeeringit, esim. C51000 ja C52100.

Näiden esimerkkien tarkastelu paljastaa, että ainakin n. 0,15 - 0,2 % berylliumia ja n. 0,1 % kobolttia, loput kuparia tarvitaan, jotta keksinnön mukaisella tavalla käsi-25 teltynä saavutetaan halutut yhdistelmät sähkönjohtavuutta, joka on yli n. 40 % IACS, ja lujuutta, joka on yli n. 480 MPa 0,2 %:n myötörajana, ja että merkittävää yli 900 MPa:n menevää lisäystä lujuudessa ei voida saavuttaa yli n. 0,5 % berylliumpitoisuuksi11a ja yli n. 1,8 - 2 % kobolttipitoi-30 suuksilla, loput kuparia, kun lejeerinki käsitellään keksinnön mukaisesti. Toisaalta voidaan saavuttaa hyvin suuri, n. 60 % IACS ylittävä sähkönjohtavuus sekä kohtuulliset, ainakin 345 MPa lujuudet lejeeringeillä, joissa on niinkin vähän kuin 0,05 % berylliumia ja 0,05 % kobolttia, 35 loput kuparia, kun ne prosessoidaan keksinnön mukaisesti.

Keksinnön mukaisesti prosessoidut takomuodot ovat käyttökelpoisia virtaa johtaviin jousiin, mekaanisiin jousiin, 1» 84627 kalvoihin, vaihteen kieliin, koskettimiin, kytkimiin, liit-timiin, sulakkeen pitimiin, palkeisiin, ruiskuvalumäntien kärkiin, liukulaakereihin, muovin muokkaustyökaluihin, öl-jyn/hiilenporausvälineiden komponentteihin, vastushitsaus-5 elektrodeihin ja -komponentteihin, johtokehyksiin jne.

Lejeerinkiliuskasta, -levystä, -sauvasta, -tangosta tai -putkesta keksinnön mukaisesti lopulliseen muotoon liuos-karkaisemalla, kylmämuokkaamalla ja vanhenemiskarkaisemalla prosessoitujen käyttökelpoisten tuotteiden lisäksi, halu-10 taan kiinnittää huomiota myös muihin sellaisten tuotteiden valmistusmenetelmiin, jotka kuuluvat keksinnön piiriin. Niinpä päällystettyä, valssaamalla kiinnitettyä tai upotettua liuskaa tai lankaa, jossa ensimmäisen taotun metallimateriaalin, esim. kuparipohjaisen lejeeringin, nikkelipoh-15 jäisen lejeeringin, rautapohjaisen lejeeringin, kromipoh-jaisen lejeeringin, kobolttipohjaisen lejeeringin, alumii-nipohjaisen lejeeringin, hopeapohjaisen lejeeringin, kuvapohjaisen lejeeringin, platinapohjaisen lejeeringin tai palladiumpohjaisen lejeeringin tai minkä tahansa kahden tai 20 useamman edellä mainitun yhdistelmän muodostama kerros liitetään metallurgisesti toiseen metallimateriaaliin, joka on keksinnön mukainen kupari-berylliumlejeerinki, voidaan valmistaa asettamalla mainitun ensimmäisen metallimateriaalin tai ensimmäisten metallimateriaalien muodostama kerros tai 25 kerrokset kiinni mainitun liuoskarkaistun toisen metallin sopivasti puhdistettuun pintaan, kylmävalssaamalla (tai, jos kysymyksessä on lanka, vetämällä) päällekkäinasetetut metallimateriaalit keksinnön mukaiselle korkealle muokkaus-asteelle, esim. 50-70 % tai jopa 90 % tai sen yli, jotta 30 aikaansaadaan kylmähitsautuminen, ja sen jälkeen vanhenemiskarkaisemalla saatua monikerroksista liuskaa tai lankaa keksinnön mukaisella alueella, esim. 315-540 °C, alle 1 -n. 8 tuntia, jotta aikaansaadaan kupari-berylliummateriaa-liin haluttu yhdistelmä lujuutta, venyvyyttä, muotoutuvuut-35 ta, johtavuutta ja jännitysrelaksaation vastustuskykyä.

Keksinnön mukaisista lejeeringeistä voidaan valmistaa käyttökelpoisia tuotteita siten, että tuotteen olennainen is 84627 loppumuoto tehdään runsaasti kylmämuokkaamalla, esim. kyl-mätakomalla, kylmätyssäämällä tai kylmäpuristamalla, liuos-karkaistu ja mahdollisesti osaksi kylmävalssattu tai -vedetty lejeerinkiliuska, -levy, -sauva, -tanko tai -taos 5 loppumittoihin, jotta aikaansaadaan lejeeringissä keksinnön mukainen kyImämuokkauksen kokonaisaste, esim. 50-70 tai 90 % tai sen yli, sitten vanhenemiskarkaisemalla kylmämuo-kattu lopputuote keksinnön mukaisella alueella, esim. 315-5*10 °C:ssa alle 1 - n. 8 tuntia, jolloin lopputuotteille 10 saadaan haluttu, keksinnön mukainen ominaisuusyhdistelmä.

Vaikka tätä keksintöä on kuvattu ensisijaisiin suoritusmuotoihin viitaten, on ymmärrettävä, että sovitelmia ja muunnelmia voidaan kehitellä poikkeamatta keksinnön hengestä ja suojapiiristä, kuten alaan perehtyneet helposti ym-15 märtävät. Sellaisten sovitelmien ja muunnelmien on katsottava kuuluvan keksinnön ja oheisten patenttivaatimusten alueelle ja suojapiiriin.

Claims (12)

16 84627

1. Menetelmä kupari-berylliumlejeeringin valmistamiseksi, joka lejeerinki sisältää n. 0,05 - 0,5 % berylliumia, n. 0,05 - 2 % kobolttia ja loput oleellisesti 5 kuparia ja jossa menetelmässä valmistetaan taottu väli muoto, joka sitten liuoskäsitellään, kylmämuokataan ja vanhenemiskarkaistaan, tunnettu siitä, että taottu välimuoto käsitellään jähmeässä liuoksessa n. 790 - 1000 °C lämpötilavälillä niin pitkän aikaa, että aikaansaa-10 daan uudelleenkiteytyminen ja niiden lejeerinkialkuai- neiden jähmeä liuos, jotka pystyvät vaikuttamaan er-kaumakarkaisuun, liuoskäsitelty lejeerinki kylmämuokataan pinta-alan muokkausasteelle, joka on ainakin n. 50 %, ja kylmämuokattu lejeerinki vanhennetaan lämpöti-15 la-alueella n. 315 - 540 °C alle 1 - n. 8 tuntia, jotta aikaansaadaan erkaumakarkaistuminen ja sen myötä jänni-tysrelaksaation vastustuskyvyn, muotoutuvuuden, veny-vyyden, johtavuuden ja lujuuden oleellinen lisääntyminen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lejeerinki sisältää n. 0,2 - n. 0,5 % berylliumia ja n. 0,2 - n. 2 %, erityisesti n. 0,2 - 0,4 % kobolttia.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 25 siitä, että lejeerinki sisältää n. 0,05 - 0,2 % beryl liumia ja n. 0,2 % kobolttia.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jähmeäliuoskäsittely suoritetaan n. 815 - 930 °C, parhaiten n. 870 - 900 °C, lämpö- 30 tilavälillä.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että kylmämuokkausaste on ainakin 70 %, parhaiten n. 70 - 95 %.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetel- 35 mä, tunnettu siitä, että mainittu vanhenemiskarkaisu suoritetaan n. 370 - 425 °C lämpötila-alueella n. 1-7 tuntia. 17 84627

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kokonaiskylmämuokkausaste aikaansaadaan kylmähitsaamalla mainitun kylmämuokkauksen aikana mainittu kupari-berylliumlejeerinki yhteen tai 5 useampaan metallimateriaaliin, joka metallimateriaali on kuparipohjäinen lejeerinki, nikkelipohjäinen lejeerinki, rautapohjainen lejeerinki, kromipohjäinen lejeerinki, kobolttipohjäinen lejeerinki, alumiinipohjainen lejeerinki, hopeapohjäinen lejeerinki, kultapohjäinen lejee-10 rinki, platinapohjäinen lejeerinki tai palladiumpohjäi nen lejeerinki, päällystetyn, valssaamalla kiinnitetyn tai upotetun takotuotteen valmistamiseksi, joka sitten vanhenemiskarkaistaan.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen mene- 15 telmä, tunnettu siitä, että kokonaiskylmämuokkausaste aikaansaadaan kylmämuovaamalla liuoskarkaistu ja mahdollisesti osaksi kylmämuokattu kupari-berylliumlejeerinki oleellisesti lopulliseen tuotteen tai osan muotoon ja dimensioihin ja tuote tai osa sen jälkeen vanhenemiskar-20 kaistaan.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaisella menetelmällä valmistetun lejeeringin käyttö sähkökontak-tielementtien valmistukseen.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaisella 25 menetelmällä valmistetun lejeeringin käyttö sähköjohto- levyjen valmistukseen.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaisella menetelmällä valmistetun lejeeringin käyttö vastushit-sauselektrodien valmistukseen.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaisella menetelmällä valmistetun lejeeringin käyttö muovien muotoilu- ja työstötyökalujen valmistukseen. { τ ! . \ 18 84627