KR960014950B1

KR960014950B1 - 전기 접점재나 용접용 전극재인 동-크롬-지르코늄-마그네슘 합금의 제조방법

Info

Publication number: KR960014950B1
Application number: KR1019930028655A
Authority: KR
Inventors: 김창주; 오충섭
Original assignee: 한국기계연구원; 서상기
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1996-10-21
Also published as: KR950018597A

Abstract

내용없음.

Description

전기 접점재나 용접용 전극재인 동-크롬-지르코늄-마그네슘 합금의 제조방법

본 발명은 전기 접점재나 강판의 저항용접 및 점(스포트)용접용 전극재로서 그 특성을 발휘할 수 있는 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr)-마그네슘(Mg) 합금의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 경우는 크롬(Cr)을 1%(중량백분율) 전·후 함유한 동(Cu)-크롬(Cr) 2원합금에 지르코늄(Zr)을 합금한 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) 3원합금은 적당한 가공과 열처리로써 도전류률을 순동의 80% 정도 유지하면서 강도는순동의 2∼3배 정도까지 향상시킬 수 있게 하여, 공업적으로 전기 및 전자용 분야에서 접점재나 강판의 저항용접 및 스포트용접 전극재료소 사용하고 있다.

동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) 3원합금을 용체화처리하는 부근의 온도인 1,000℃에서 크롬(Cr)은 동(Cu)중에 약 0.45중량 퍼센트 정도가 고용되며, 지르코늄(Zr)은 동(Cu)중에서 약 0.1중량 퍼센트 정도가 고용된다. 이를 시효처리하면 미세한 크롬(Cr)과 지르코늄(Zr) 입자들이 석출하여 기지를 강화시키나 시효온도가 450℃ 이상에서도 경도가 급격히 낮아지는 현상이 있다. 이러한 현상은 재료가 사용중에 450℃ 이상의 열적 영향을 받으면 급격히 열화됨을 의미한다.

이러한 관점에서, 종래의 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) 3원합금은 전기접점이나 강판의 저항용접 및 점(스포트) 용접용 전극으로 사용되는 경우에, 순간적으로 높은 가압력 하에서 대전류가 통하여 높은 저항 열이 발생하는 상황이므로 접촉부의 소모가 크며, 피접물에 들러붙는 소위 스티킹(Sticking) 현상이 종종 나타나는 경우가 있다. 이러한 문제점들은 전극의 수명을 저해하며, 용접부를 깨끗하게 못하게 한다.

한편, 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) 3원합금에 대하여 제반의 특성을 개선하기 위해, 시효경화성이 높은 Al, Si, Be, Co 등과 같은 원소들을 첨가하는 경우에, 그 원소의 종류와 첨가량의 증가에 따라 경도는 어느 정도 향상시킬 수 있으나 도전률은 크게 저하되는 경우가 일반적이어서 적당하지 못하다.

또한, 일본국 특개평 5-277755호(1993.10.26)의 ''Al 합금판의 점용접 전극용 합금 및 그 제조방법 및 이것을 이용한 점용접 전극''에서는 청구항 1항에서 크롬(Cr)의 함량을 1.5∼20wt%로 정하고, 알루미늄(Al) 및 알루미늄(Al) 합금판의점(스포트)용접 전극재에 한정하고 있으나, 여기서 알루미늄(Al) 및 알루미늄(Al) 합금은 도전성이 좋아서 점용접시에는 강판의 점용접시보다 2∼3배의 큰 전류가 요구되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 기존의 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) 3원합금중에 고용할 수 있고, 주성분인 동(Cu)과 화합물을 형성할 수 있는 원소인 마그네슘(Mg)을 첨가하여 용해 후 주괴를 제조하고,이를 가공 열처리하여 높은 온도에서도 미세하고 안정한 마그네슘동계 석출물이 가지 전반에 생성하여 재료의 특성을 개선할 수 있는 전기 접점재나 용접용 전극재인 동-크롬-지르코늄-마그네슘 합금의 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

그리고 마그네슘(Mg)의 첨가는 합금용해 과정에서 탈산제로서의 역할도 할 수있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기 접점재나 강판의 저항용접 및 스포트용접 전극재용 동합금 제조에 있어서, 크롬(0.20∼1.45)-지르코늄(0.02∼2.00%)-마그네슘(0.02%∼0.50%)-동(나머지%)의 동(Cu)합금을 주과 제조공정, 열간가공공정, 용체화처리 공정, 냉간가공 공정, 시효경화 열처리 공정을 행하거나, 크롬(0.20∼1.45%)-지르코늄(0.02%∼2.00%)-마그네슘(0.02%∼0.50%)-동(나머지%)의 동(Cu)합금을 주괴 제조공정, 열간가공 공정, 용체화처리 공정, 시효경화 열처리 공정, 냉간가공 공정을 행하거나, 크롬(0.20∼1.45%)-지르코늄(0.02∼2.00%)-마그네슘(0.02%=0.50%)-동(나머지%)의 동(Cu)합금을 주괴 제조공정, 열간가공 공정, 용체화처리 공정, 시효경화 열처리 공정을 행하여 전기 접점재나 용접용 전극재인 동-크롬-지르코늄-마그네슘 합금을 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 높은 온도에서도 재료의 특성을 개선할 수 있는 방법으로서, 기지의 경도와 도전률은 500℃ 이상의 시효에서도 각각 HRB(경도) 60∼90, IACS(도전률) 70∼95%인 범위를 유지할 수 있는 방법으로 이를 설명하면 다음과 같다.

동(Cu)을 주성분으로 하고, 크롬(Cr)의 함량은 0.20∼1.45%(중량백분률), 지르코늄(Zr)의 함량은 0.02∼2.00%(중량백분율)의 범위로 첨가하고 여기에가공열처리시 마그네슘동계 석출물인 MgxCu를 생성시킬 수 있는 성분인 마그네슘(Mg)을 0.02%∼0.50%(중량백분율) 범위로 첨가하여 합금용해한 후 주괴를 제조한다.

그리고 이러한 성분으로 제조된 주괴는 다음의 3가지 가공열처리 공정을 거쳐 재료나 전극을 제조함으로써, 기지중에는 미세하고 안정한 석출물인 MgxCu가 균일하게 다량 분포되어 전기 접점재료나 강판의 저항용접 및 스포트용접용 전극으로서의 내구성을 향상시킬 수 있게 하였다.

[실시예]

이하 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

크롬(Cr) 0.20∼1.45%(중량백분률), 지르코늄(Zr) 0.02∼2.00%(중량백분률)에, 마그네슘(Mg) 0.02%∼0.50%(중량백분률) 함유하고, 동(Cu)을 나머지로 하는 동(Cu)합금을 용해후 주괴를 제조한다.

상기 주괴의 주괴조직을 제거할 수 있는 7S(약 85%) 이상의 가공비로써 800∼950℃에서 단조, 압연, 압출 등의 열간가공을 행한다.

상기를 800∼1,050℃에서 두께 1인치당 30분 이상 유지한 후, 수냉, 유냉 등으로 급냉하여 용체화처리를 행한다.

상기를 상온에서 70% 이상의 가공비로써 압연, 단조, 인발 등의 냉간가공을 행한다.

상기를 350∼550℃에서 1시간 이상 유지후 수냉, 유냉, 공냉등으로 시효경화 열처리를 행한다.

상기의 과정을 거친 소재를 그 상태대로 사용하거나, 전극 등의 부품을 제조한다.

[실시예 2]

크롬(Cr) 0.20∼1.45%(중량백분률), 지르코늄(Zr) 0.02∼2.00%(중량백분률)에, 마그네슘(Mg) 0.02%∼0.50%(중량백분률) 함유하고, 동(Cu)을 나머지로 하는 동(Cu) 합금을 용해 후 주괴를 제조한다.

상기를 800∼1.050℃에서 두께 1인치당 30분 이상 유지한 후 수냉, 유냉 등으로 급냉하여 용체화처리를 행한다.

상기를 350∼550℃에서 1시간 이상 유지한 후 수냉, 유냉, 공냉 등으로 시효경화 열처리를 행한다.

상기를 상온에서 70%이상의 가공비로써 압연, 단조, 인발 등의 냉간가공을 행한다.

[실시예 3]

크롬(Cr) 0.20∼1.45%(중량백분률), 지르코늄(Zr) 0.02∼2.00%(중량백분률)에, 마그네슘(Mg) 0.02%∼0.50%(중량백분률) 함유하고, 동(Cu)을 나머지로 하는 동(Cu) 합금을 용해후 주괴를 제조한다.

상기를 800∼1.50℃에서 두께 1인치당 30분 이상 유지한 후 수냉, 유냉 등으로 급냉하여 용체화처리를 행한다.

본 발명의 실시예 1에 따라 실시한 예와 그 결과를 제시하면 다음과 같다.

실시예에서 합금의 종류와 각각의 성분은 표1에 나타내었으며, 두께 70mm의 주괴로 용해 주조하였다. 상기를 880℃에서 두께 10mm까지 7S(약 85%)의 가공도로써 열간압연하고, 960℃에서 1시간 유지 후 수냉함으로써 용체화처리한 것을 상온에서 두께 1.5mm까지 85% 냉간압연한 후, 400℃, 425℃, 450℃,475℃ 및 500℃에서 각각 3시간 유지후 수냉시켜 시효경화 열처리 하였다. 그 결과는 다음의 표2에서 도시한 바와 같으며, 표2중에는 같은 공정을 거친 기존의 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) 3원합금의 경우와 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) 2원합금도 제시하였다. 여기서 보면, 본 발명 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) -마그네슘(Mg) 합금은 400∼500℃에서 시효 처리한 결과를 보면 경도와 도전률이각각 HRB 75∼85와 IACS% 75∼85를 유지하여 안정된 높은 수준을 유지하여,동(Cu)-지르코늄(Zr) 2원합금이나 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) 3원합금의 수준을 해치지 않으며, 기지내에 다량으로 석출된 미세한 동마그네슘계 산화물은 용접시 전극이 강판에 들러붙는 스티킹 현상을 억제하는 장점이 있다.

한편, 동(Cu)-크롬(Cr) 2원합금의 경우에서는 HRB 45-85와 IACS% 75∼90정도의 높은 편차로 안정성이 적고 특히 450℃ 이상의 고온에서 더욱 심하여 고온에서의 수명상에 문제가 예상된다.

그리고 스포트용접 전극의 경우는 용접 작용시 피접물과 들러붙는 스티킹(Sticking)효과를 현저히 개선하였으며, 이는 기지중에 균일하게 분포된 미세하고 안정한 마그네슘동계 석출물인 MgxCu의 존재에 기인한 것으로 본다.

상술한 바와 같은 본 발명은 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) -마그네슘(Mg)을 첨가함으로써 고온에서도 안정된 경도도와 도전률 유지와 전기 접점재료나 강판의 저항용접 및 스포트용접용 전극으로서의 내구성을 향상시키는 효과는 물론 피접물이 들러붙는 스티킹 효과가 현저히 개선되며, 합금용해시 탈산제로서의 효과가 있는 것이다.

Claims

전기 접접재나 강판의 저항용접 및 스포트용접 전극재용 동합금 제조에 있어서, 크롬(Cr) 0.20∼1.45%(중량백분률), 지르코늄(Zr) 0.02∼2.00%(중량백분률)에 마그네슘(Mg) 0.02%∼0.50%(중량백분률)함유하고, 동(Cu)을 나머지로 하는 동-크롬-지르코늄-마그네슘 합금을 용해 후 주괴를 제조하는 주괴 제조공정, 상기 주괴 제조공정에서 제조된 주괴의 주괴조직을 제거할 수 있는 7S(약 85%) 이상의 강공비로써 800∼950℃에서 단조, 압연,압출 등을 행하는 열간가공 공정, 상기를 800∼1.050℃에서 두께 1인치당 30분이상 유지한 후, 수냉, 유냉, 등으로 급냉하여 용체화처리하는 용체화처리 공정, 상기를 상온에서 70% 이상의 가공비로써 압연, 단조, 인발 등의 냉간가공하는 냉간가공 공정, 상기를 350∼550℃에서 1시간 이상 유지후, 수냉, 유냉, 공냉 등으로 시효경화 열처리를 하는 열처리공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 접점재나 용접용 전극재인 동-크롬-지르코늄-마그네슘 합금의 제조방법.