KR960015516B1 - 저항용접기 전극용 동-지르코늄-마그네슘합금의 제조방법 - Google Patents

저항용접기 전극용 동-지르코늄-마그네슘합금의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용없음

Description

저항용접기 전극용 동-지르코늄-마그네슘합금의 제조방법
본 발명은 전기접점재나 강판의 저항용접 및 점(스포트)용접용 전극재인 동(Cu)-지르코늄(Zr)-마그네슘(Mg)합금의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 경우는 크롬(Cr)과 지르코늄(Zr)의 총함량을 1%(중량백분률)전후 함유한 동(Cu)-크롬(Cr) 2원합금이나 동(Cu)-크롬(Cr)-지르코늄(Zr) 3원합금을 적당한 가공과 열처리로써 도전률을 순동의 80% 정도 유지하면서 강도는 순동의 2∼3배 정도까지 향상시킬 수 있게 하여, 공업적으로 전기 및 전자용 분야에서 접점재나 강판의 저항용접 및 스포트용접 전극재로서 사용하고 있다.
동(Cu)-크롬(Cr) 2원합금이나 동(Cu)-지르코늄(Zr) 2원합금의 상태도를 보면, 용체화처리하는 부근의 온도인 1,000℃ 정도로 가열하면 전자에서 크롬(Cr)은 동(Cu)중에 약 0.45% 정도가 고용되며, 후자에서 지르코늄(Zr)은 0.15% 정도가 고용되며, 이를 시효지리하면 각각 미세한 크롬(Cr)과 지르코늄(Zr) 입자들이 석출하여 기지를 강화시키나 시효온도가 450℃ 이상에서는 경도가 급격히 낮아지는 현상이 있다.
이러한 현상은 재료가 사용중에 450℃ 이상의 열적 영향을 받으면 급격히 열화됨을 의미한다.
이러한 관점에서, 종래의 동(Cu)-크롬(Cr) 및 동(Cu)-지르코늄(Zr) 2원합금들은 저항용접 및 점(스포트)용접용 전극으로 사용되는 경우에, 순간적으로 높은 가압력 하에서 대전류가 통하여 높은 저항열이 발생하는 상황이므로 접촉부의 소모가 크며, 피접물에 들러불는 소위 스티킹(sticking)현상이 종종 나타나는 경우가 있다.
이러한 문제점들은 전극의 수명을 저해하며, 용접부를 깨끗하지 못하게 한다.
한편, 동(Cu)-크롬(Cr) 및 동(Cu)-지르코늄(Zr) 2원합금에 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 저해되는 경우가 일반적이어서 적당하지 못하다.
이러한 현상은 특히 동(Cu)-크롬(Cr) 2원합금에서 심하다.
그리고 이미 알려진 일본 특개소 63-38543호는 냉간가공후에 용체화 열처리하는 방법이고 본 발명은 용체화처라후 냉간가공을 하여 일본 특개소 63-93837호는 전자기기 리드용 동합금의 제조법이나 본 발명 저항용접기 전극용 동합금의 제조방법과는 그 기술개념이 상이하다.
이러한 문제점을 고려하여 본 발명에서는, 기존의 동(Cu)-지르코늄(Zr) 2원합금 중에 고용할 수 있고, 주성분인 동(Cu)과 화합물을 형성할 수 있는 원소인 마그네슘(Mg)을 첨가하여 용해후 주괴를 제조하고, 이를 가공열처리하여 높은 온도에서도 미세하고 안정한 마그네슘동계 석출물이 기지 전반에 생성하여 재료의 특성을 개선할 수 있게 하였다.
그리고 마그네슘(Mg)의 첨가는 합금용해 과정에서 탈산제로서의 효과도 매우 크다.
즉, 본 발명은 높은 온도에서도 재료의 특성을 개선할 수 있는 방법으로서, 실시예의 결과를 보면 마그네슘(Mg)을 0.1% 첨가하고 0.5%의 적은량의 지르코늄(Zr)을 첨가한 경우인 Cu-0.5Zr-0.1Mg 합금은 550℃의 고온시효 후에도 경도와 도전률은 각각 HRB 77과 IACS 82%를 유지시킬 수 있는 방법으로, 그 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
동(Cu)을 주성분으로 하고, 지르코늄(Zr)의 함량은 0.20∼3.00%(중량백분률)의 범위로 첨가하고, 여기에 가공열처리시 지르코늄동계 석출물인 Cu4Zr, CuZr과 아울러 마그네슘동계 석출물인 Mg2Cu, MgCu2를 생성시킬 수 있는 성분인 마그네슘(Mg)을 0.02∼0.50%(중량백분률) 범위로 첨가하여 합금용해한 후 주괴를 제조한다.
그리고 이러한 성분으로 제조된 주괴는 다음의 3가지 가공열처리 공정을 거쳐 재료나 전극을 제조함으로써, 기지 중에는 미세하고 안정한 석출물인 Cuxzr과 MgxCu가 균일하게 다량 분포되어 저항용접용 전극으로서의 내구성을 향상시킬 수 있게 하였다.
(실시예 1)
지르코늄(Zr)을 0.20∼3.00%(중량백분률) 함유하고, 상기에 마그네슘(Mg)을 0.02∼0.50%(중량백분률) 함유하고, 동(Cu)을 나머지로 하는 동(Cu)합금을 용해후 주괴를 제조하고, 상기 주괴의 주조조직을 제거할 수 있는 7S(약 85%) 이상의 가공비로써 800∼950℃에서 단조, 압연, 압출 등을 행하고 상기를 800∼1,050℃에서 두께 1인치 당 30분 이상 유지한 후 수냉, 유냉등으로 급냉하여 용체화처리를 행하고, 상기를 상온에서 70% 이상의 가공비로써 압연, 단조, 인발 등의 냉간가공을 행하고, 상기를 350∼550℃에서 1시간 이상 유지후 수냉, 유냉, 공냉 등으로 시효경화 열처리를 행하고 상기의 과정을 마친 소재는 그 상태대로 사용하거나 전극 등의 부품을 제조한다.
(실시예 2)
지르코늄(Zr)을 0.20~3.00%(중량백분률) 함유하고, 상기에 마그네슘(Mg)을 0.02 ~0.50%(중량백분률) 함유하고, 동(Cu)을 나머지로 하는 동(Cu)합금을 용해후 주괴를 제조하고, 상기를 주조조직을 제거할 수 있는 7S(약 85%) 이상의 가공비로써 800∼950℃에서 단조, 압연. 압출 등을 행하고, 상기를 800∼1,050℃에서 두께 1인치 당 30분 이상 유지한 후에 수냉, 유냉 등으로 급냉하여 용체화처리를 행하고, 상기를 350∼550℃에서 1시간 이상 유지후 수냉, 유냉, 공냉 등으로 시효경화 열처리를 행하고 상기를 상온에서 70% 이상의 가공비로써 압연, 단조, 인발 등의 냉간가공을 행하고, 상기의 과정을 마친 소재는 그 상태대로 사용하거나 전극등의 부품을 제조한다.
(실시예 3)
지르코늄(Zr)을 0.20~3.00%(중량백분률) 함유하고, 상기에 마그네슘(Mg)을 0.02 ~0.50%(중량백분률) 함유하고, 동(Cu)을 나머지로 하는 동(Cu)합금을 용해후 주괴를 제조하고, 상기를 주조조직을 제거할 수 있는 7S(약 85%) 이상의 가공비로써 800∼950℃에서 단조, 압연, 압출 등을 행하고 상기를 800∼1,050℃에서 두께 1인치 당 30분 이상 유지한 후에 수냉, 유냉 등으로 급냉하여 용체화처리를 행하고, 상기를 350∼550℃에서 1시간 이상 유지후 수냉, 유냉, 공냉 등으로 시효경화 열처리를 행하고, 상기의 과정을 마친 소재는 그 상태대로 사용하거나 전극 등의 부품을 제조한다.
위의 제1실시예에 따라 제조한 실시한 예의 결과를 제시하면 다음과 같다.
실시예에서 합금의 종류와 각각의 성분은 다음의 표 1에서와 같으며, 두께 70mm의 주괴로 용해주조하였다.
상기를 880℃에서 두께 10mm까지 7S(약 85%)의 가공도로써 열간압연하고, 960℃에서 1시간 유지후 수냉함으로써 용체화처리한 것을 상온에서 두께 1.5mm까지 85% 냉간압연한 후, 425℃, 450℃, 475℃, 500℃, 525℃ 및 550℃에서 각각 3시간 유지후 수냉시켜 시효경화 열처리하였다.
그 결과는 다음의 표 2에서와 같으며, 표 2중에는 같은 공정을 거친 기존의 동(Cu)-크롬(Cr) 2원합금 및 동(Cu)-지르코늄(Zr) 2원합금의 경우도 제시하였다.
여기서 보면, 본 발명은 마그네슘(Mg)을 0.1% 첨가하고 0.5%의 적은량의 지르코늄(Zr)을 첨가한 Cu-0.5Zr-0.1Mg 합금은 550℃의 고온시효 후에도 경도와 도전률은 각각 HRB 77과 IACS 82%를 나타내고 있다.
한편, 기존의 동(Cu)-크롬(Cr) 2원합금에서 크롬(Cr)의 함량이 1.5wt%를 초과하면, 450℃ 이상의 시효온도에서 경도는 더욱 급격히 저하함을 나타내고 있다.
그리고 동(Cu)-지르코늄(Zr) 2원합금에서는 지르코늄(Zr)의 함량이 2.0%로서 다량 함유한 경우에 경도와 도전률은 각각 HRB 78과 IACS 84%로서 Cu-0.5Zr-0.1Mg 합금과 비슷한 정도를 나타내고 있다.
그리고 스포트용접 전극의 경우는 용접작업시에 피접물질과 서로 들러불는 스티킹(sticking) 효과를 현저하게 개선하였으며, 이는 기지중에 균일하게 분포된 미세하고 안정한 마그네슘동계 석출물인 MgxCu의 존재에 기인한 것으로 본다.
[표 1]
동(Cu)-지르코늄(Zr)-마그네슘(Mg) 합금의 예에 있어서
화학성분조성(중량백분률)
[표 2]
동(Cu)-지르코늄(Zr)-마그네슘(Mg) 합금의 예에 있어서 시효온도에 따른 경도와 도전률의 비교
* 참고문헌 ; 1) Binary alloy phase diagrams, ASM, vol.1(1986) P820
2) Binary alloy phase diagrams, ASM, vol.1(1986) P933

Claims (1)

  1. 저항용접기 전극재용 합금을 제조함에 있어서, 지르코늄(Zr)을 0.20∼3.00%(중량백분률) 함유하고, 상기에 마그네슘(Mg)을 0.02%∼0.50%(중량백분률) 함유하고, 동(Cu)을 나머지로 하고 동(Cu)합금을 용해후 주괴를 제조하는 공정.
    상기를 주조조직을 제거할 수 있는 7S(약 85%) 이상의 가공비로써 800∼950℃에서 단조, 압연, 압출 등을 행하는 공정.
    상기를 800∼1,050℃에서 두께 l인치 당 30분 이상 유지한 후에 수냉, 유냉등으로 급냉하여 용체화처리를 행하는 공정.
    상기를 상온에서 70% 이상의 가공비로써 압연, 단조, 인발 등의 냉간가공을 행하는 공정.
    상기를 350∼550℃에서 l시간 이상 유지후 수냉, 유냉, 공냉 등으로 시효경화 열처리를 행하는 공정.
    상기의 과정을 마친 소재는 그 상태대로 사용하거나 전극 등의 부품을 제조하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저함용접기 전극용 등-지르코늄-마그네슘 합금의 제조방법.
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