NO134262B - - Google Patents

Description

Kobberlegeringer hører til en omfattende klasse av kommersielle metaller med mange forskjellige anvendelser. Det er meget viktig å tilveiebringe kobberlegeringer som har en høy fasthet etter valsing og som også har en god duktilitet. Det er naturligvis også viktig å tilveiebringe kobberlegeringer som er billige både hva gjelder materialpris og fremstillingskostnader.

Typiske kommersielle legeringer med god fasthet etter valsing er karakterisert ved lav duktilitet, dvs. en forlengelse mindre enn 2% ved tverrsnittsreduksjoner på 50% eller mer.

Det er kjent legeringer som har en høy fasthet etter valsing og en god duktilitet. Det er imidlertid vanlig ved kobberlegeringer at fastheten blir dårligere når legeringen blir utsatt for høye temperaturer. Det er derfor ønskelig å utvikle en fremgangsmåte for å gjenopprette de fasthetsegenskaper som går tapt når legerinen utsettes for høye temperaturer, og/eller for å forsinke en slik avherdning, dvs. å øke temperaturen ved hvilken avherdningen finner sted.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte

til fremstilling av en kobberlegering inneholdende aluminium og et eller flere overgangsmetaller og eventuelt silicium,hvilken legering kan varmebehandles under oppnåelse av høy styrke og duktilitet, og fremgangsmåten er karakterisert ved at en kobberbasert legering som inneholder 2,0-6,0 vekt-% aluminium og 0,1-2,0 vekt-% av et overgangsmeta.il valgt fra. gruppen kobolt, nikkel og zirkonium, fortrinnsvis kobolt, og enten 1,0-4,0 vekt-% silicium eller 3,0-5,0 vekt-% germanium, varmebehandles ved en temperatur på minst 700°C slik at overgangsmetallet og øvrige legeringselementer går i fast oppløsning, hvoretter legeringen kjøles slik at legeringselementet og overgangselementet i det alt vesentlige holdes oppløst i grunnmassen, og legeringen eldnirigsbehandles ved en temperatur på 300-650°C i minst 5 minutter, slik at det

■i hele grunnmassen utskilles en intermediær fase som er rik på overgangsmetallet.

US patent nr.-2 870 051 angir en fremgangsmåte til varmebehandling av aluminiumbronser og modifiserte aluminiumbronser for oppnåelse av en høyere elastisitetsmodul. Man star--ter med en legering med utvalgt sammensetning, oppvarmer '.denne, legering til én temperatur ved hvilken legeringen har en dupleks a.-, pluss p-struktur og bråk jøler legeringen til en lav temperatur • for å omdanne (3-strukturen til en martensitisk:struktur. Til 'slutt blir legeringen varmebehandlet ved en mellomliggende temperatur , slik at bibeholdt■p-struktur omdannes til gamma^-struktur.

I motsetning hertil behandler man i følge den <f>oreliggende opp-■• finnelsé ikke on legering med dupleksstruktur. I følge oppfin- ' nelsen går overgangsme.ta.il og øvrige legeringselementer i fast oppløsning, slik åt de vil foreligge som en hovedsakelig mettet fast oppløsning i kobbergrunnmassen, og denne består da, eiv a-fase. Ved økende aluminiuminnhold blir a-fasen mer mettet inntil full metning oppnås. Dette,punkt tilsvarer a-fase-grensen. At legeringen er -hovedsakelig mettet betyr at den ligger innenfor a-fase-området og til venstre, for a-fase-grensen, men nær: denne..

Fremgangsmåten i følge oppfinnelsen gir flere vesentlige fordeler. Den.gjør det mulig å gjenvinne den fasthet som går tapt ved høye temperaturer, ved hjelp av en varmebehandling uten noen kaldbearbeidelse. Hvis man f.eks. sveiser, er sveisesonen myk.

I henhold til den foreliggende fremgangsmåte kan de tapte egenskaper gjenopprettes. Ved mange anvendelser vil de med frem-stillingen og bruken forbundne betingelser forårsake et tap av fasthetsegenskaper. Fremgangsmåten i følge oppfinnelsen gjør det mulig å gjenopprette den tapte fasthet eller å forsinke tapet av fasthetsegenskaper ved økende temperatur, dvs. at den tid etter hvilken nevnte tap inntrer, forlenges og temperaturen forhøyes.

Kobberlegeringer som brukes for kaldbearbeidelse, er med henblikk på temperaturen normalt begrenset av den temperatur ved hvilken avherdning inntrer (dvs. ved hvilken en rekrystalli-sering skjer). Når de utsettes for slike temperaturer, a.vtar legeringenes fasthet. Foreliggende oppfinnelse representere]-"

en l<r>orbedring ved at man utfører en oppløsningsbehandlinq før kn Idbea rbe ide Isen, hvorved man øker den temperatur ved hvilken avherdning vil finne sted.

Legeringen som erholdes i følge oppfinnelsen, har meget gode herdningsegenskaper, idet en høy flytegrense og høy strekk-fasthet.er kombinert med høy duktilitet. Legeringen har høy fasthet ved en gitt forlengelse under valsing. Legeringen lar seg lett varmvalse og kaldvalse, og fremstillingskostnadene er for-holdsvis lave.

Legeringen som erholdes i følge oppfinnelsen, kan finne mange forskjellige anvendelser, idet den har en rekke, fordelaktige egenskaper. Eksempelvis kan man lett oppnå en bruddfasthet på 7730 kg/cm 2og samtidig en forlengelse på 3%. Den ønskede kom-binasjon av høy fasthet og god duktilitet hos det valsede materiale resulterer i en øket formbarhet sammenlignet med den som oppnås med kjente kommersielle legeringer. Dessuten har legeringen en god formbarhet i glødet tilstand, og fremstillings- og material-kostnadene er lave.

Legeringselementene må foreligge i en hovedsakelig mettet fast oppløsning i kobbergrunnmassen. Dette bevirker at både pak-ningsfeilenergien (stacking fault energy) vil være minimal og at fastheten vil være maksimal. Man kan bruke et overskudd for å sikre metning. Dette overskudd vil foreligge som en utskilt sekun-dær likevektsfase. Denne utskilte sekundære likevektsfase vil foreligge i en mindre mengde enn 20 volum-%. Den primære fase representerer således en mettet fast oppløsning av legeringselementet i kobber, og den sekundære fase er en utfeining av den sekundære likevektsfase. Legeringselementene aluminium og silicium, henholdsvis aluminium og germanium, reduserer kobberets pakningsfeilenergi til under 3 erg/cm 2.

I tillegg til de forannevnte legeringselementer inneholder, den legering som fremstilles i følge oppfinnelsen, minst ett overgangselement fra gruppen nikkel, kobolt og zirkonium, hvilket overgangselement foreligger i legeringen i en mengde på 0,1-2,0 vekt-%. Overgangselementene forsinker kornveksten i materialet ved-høye temperaturer og øker derved dets fasthet i glødet tilstand. Dessuten utvider de sammensetnings- og tempera-turområdene i hvilke den glødede legerings egenskaper er forholds-vis konstante. Ved en gitt grad av kaldbearbeidelse tilveiebringer de vanligvis høye strekkfastheter. Enn videre er det viktig at overgangselementet er til stede i en stabil, utskilt, intermediær fase som er rik på overgangselement etter oppløsningsbehandling og utskillelse, hvilket gjenoppretter fastheten som går tapt ved høye temperaturer og forsinker avherdning etter at legeringene er utsatt for moderate temperaturer, som nevnt ovenfor.

Legeringen som erholdes i følge oppfinnelsen, kan be-arbeides ved konvensjonelle metoder, f.eks. ved varmvalsing,

kaldvalsing og glødning.

I henhold til oppfinnelsen foretas en oppløsningsbe-handling ved en temperatur på minst 700°C for å bringe den intermediære fase som er rik på overgangselement, i oppløsning i grunnmassen, slik at den <i>ntermediære fase under den etterfølgende .eldning vil utskilles som en stabil, intermediær fase. Den intermediære fase er en fase i et legeringssystem .i.hvilket sammensetningen ikke omfatter rene komponenter som sa-■ danne.. Denne intermediære fase forårsaker gjenopprettelsen av

• de tapte fasthetseyohskaper.

•-.V;. Den'laveste. temperatur som kan anvendes ved oppløsnings-. behandlingen,' er 700°C. Når materialet behandles i fast form, varer oppløsningsbehandlingen minst 5 minutter, og temperaturen hår solidustemperaturen. For aluminium-silicium-kobblt-systemet er•solidustémperatureh ca. 970°C. Den foretrukne oppløsnings-.behandlingstid er fra ca. 30 minutter til 2 timer, skjønt lengre

■ "tider kan brukes om"ønske.t; Det er opplagt at hvis man overskrider sblidustemperaturen, vil oppløsningskinetikken i væsken være enda

•hurtigere enn i fast tilstand.

Oppløsningsbehandlingen bringer de oppløselige elementer, deriblant overgangselementet, i oppløsning og holder det i opp-løsning i grunnmassen. En meget lav kjølehastighet er uønsket, fordi deri vil bringe mengden av det oppløste element i den intermediære fase til et minimum, hvorved effektiviteten av den etter-følgende eldningsbehandling. blir redusert. Tilfredsstillende. kjølehastigheter kan oppnås ved kjøling med luft eller bråkjøling med vann.

Hvis materialet smeltes, f.eks. ved sveising, kan opp-løsningsbehandlingen skje praktisk talt momentant, f.eks. blir den koboltrike intermediære fase brakt i oppløsning praktisk talt momentant.

Man kan naturligvis utføre oppløsningsbehandlingen ved hjelp av andre prosesser, f.eks. ved varmvalsing, eller ved andre varmebehandlinger så som sveising, lodding osv.

Eldningstrinnet er en varmebehandling ved en temperatur på 300-650°C, fortrinnsvis 350-500°C, i minst 5 minutter. Eldningstrinnet er selvsagt avhengig av temperaturen og tiden, og lengre behandlingstider foretrekkes fremfor lavere temperaturer. Det er funnet at økede eldningstider øker fastheten, men ned-setter forlengelsen. Innenfor oppfinnelsens ramme velger man derfor behandlingsbetingeIsene under hensyntagen til de særlig ønskede egenskaper i det aktuelle tilfelle.

Eldningsbehandlingen kan utføres enten ved mer spesielle prosesstrinn eller under den normale fremstilling eller bruk, f.eks. bruk som medfører temperaturer i eldningsområdet, eventuelt.en loddeprosess.

Eldningstrinnet gir en stabil, utskilt, intermediær fase som er rik på overgangselement.

Den kobberbaserte legering som fremstilles i følge oppfinnelsen, kan i tillegg til de ovenfor nevnte legeringsele-. menter også inneholde slike forurensninger som er vanlige i kobber-lege.ringssystemer.

De følgende eksempler vil nærmere belyse oppfinnelsen.

EKSEMPEL I

En kobberlegering ble fremstilt ved konvensjonell kokille-støpning, varmvalsing, kaldvalsing og gløding. Legeringen, be-tegnet som legering A,

hadde følgende sammensetning: 3,0% aluminium, 2,1% silicium, 0,4% kobolt, resten vesentlig kobber. Aluminium og silicium var til stede vesentlig som en mettet fast oppløsning i kobbergrunnmassen.

EKSEMPEL II

Prøver av materialet fremstilt i eksempel I, legering A, ble buttsveiset, og de nedenfor angitte egenskaper ble oppnådd. Sveiseprosessen tjente som oppløsningsbehandling og innførte den intermediære koboltrike fase i grunnmassen. Egenskapene var: bruddfasthet 47,6 kg/mm 2 , flytegrense (0,2-grensen) 19,6 kg/mm<2>

og forlengelse 15%.

Deretter ble materialet utsatt for en eldningsbehandling ved 450°C i 1 time, hvilket utskilte den intermediære fase som en stabil utfelning rik på overgangsmetallet kobolt,som var dispergert i hele grunnmassen. De resulterende egenskaper var: bruddfasthet 50,4 kg/mm 2, flytegrense (0,2%) 28,7 kg/ntm'" og forlenge] se 15%.

EKSEMPEL III

Flere legeringsprøver ble fremstilt på den i eksempel I angitte måte, unntatt at legeringene inneholdt forskjellige mengder av kobolt. Legering B inneholdt 0,5% kobolt, legering C inneholdt 1% kobolt og legering D inneholdt 2% kobolt.

Legeringene ble utsatt for en oppløsningsbehandling i

1 time ved temperaturer på 900 eller 950°C, som angitt i tabell I, med de i tabellen angitte resulterende egenskaper.

Legeringene ble deretter utsatt for eldningsbehandlinger ved 450°C i enten 30 minutter eller 24 timer, som vist i tabell I, med de i tabellen angitte resulterende egenskaper.

EKSEMPEL IV

I dette eksempel ble legeringen A glødet i 1 time etter en 60% koldreduksjon, henholdsvis ved glødetemperaturene 200, 300 og 400°C. Egenskapene er angitt i tabell II og viser at varmebehandling ved 400°C i 1 time gir sterk avherdning. Til sammen-ligning ble legeringer B, C og D utsatt for oppløsningsbehandlinger i 1 time ved enten 900 eller 950°C før koldreduksjon, og deretter utsatt for varmebehandling ved temperaturene 200, 300 og 400°C. Egenskapene er angitt i-tabell II og viser at det i henhold til oppfinnelsen oppnås forbedrede egenskaper. Det bemerkes at legeringer- B, C og D ble utsatt for 2-timers varmebehandlinger ved de angitte temperaturer i motsetning til 1-timers behandling av legering A. Til tross for den lengre behandlingstid (2 timer) som. skulle øke varmeavherdningen,■dvs. at man kunne Vente' en større avherdning, har legeringer B, C og D unngått avherdning.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av kobtaerlegering inneholdende aluminium og et eller flere overgangsmetaller og eventuelt silicium, hvilken legering kan varmebehandles under oppnåelse av høy styrke og duktilitet, karakterisert ved at en kobberbasert legering som inneholder 2,0-6,0 vekt-% aluminium og 0,1-2,0 vekt-% av et overgangsmeta11 valgt fra gruppen kobolt, nikkel og zirkonium, fortrinnsvis kobolt, og enten 1,0-4,0 vekt-% silicium eller 3,0-5,0 vekt-% germanium, varmebehandles ved en temperatur på minst 700°C slik at overgangsmetaIlet og øvrige legeringselementer går i fast oppløsning, hvoretter legeringen kjøles slik at legeringselementet og overgangselementet i. det alt vesentlige holdes oppløst i grunnmassen, og legeringen eld-ningsbehandl.es ved en temperatur på 300-650°C i minst 5 minutter, slik at det i hele grunnmassen utskilles en intermediær fase som er rik på overgangsmetallet.