RU2104139C1 - Dispersion-hardness material for electrodes of resistance welding - Google Patents
Dispersion-hardness material for electrodes of resistance welding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2104139C1 RU2104139C1 RU96118858A RU96118858A RU2104139C1 RU 2104139 C1 RU2104139 C1 RU 2104139C1 RU 96118858 A RU96118858 A RU 96118858A RU 96118858 A RU96118858 A RU 96118858A RU 2104139 C1 RU2104139 C1 RU 2104139C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- carbon
- electrodes
- copper
- electrical conductivity
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электросварочному производству, в частности, к составам материалов для электродов контактной точечной сварки, преимущественно низколегированных и низкоуглеродистых сталей. The invention relates to electric welding production, in particular, to compositions of materials for resistance spot welding electrodes, mainly low alloy and low carbon steels.
Известно, что электроды контактной сварки подвергаются циклическому воздействию больших сжимающих усилий при высоких температурах. При этом происходит рекристаллизация материала поверхностных слоев электрода, сопровождающаяся образованием внутризеренных и межзеренных трещин, что приводит к деформации электрода, нарушению режимов сварки и, как следствие этого, - к некачественному сварному соединению. It is known that resistance welding electrodes are subjected to the cyclic action of large compressive forces at high temperatures. In this case, the material recrystallizes from the surface layers of the electrode, accompanied by the formation of intragranular and intergranular cracks, which leads to deformation of the electrode, violation of the welding conditions and, as a result, to poor-quality welded joint.
Для материала электрода, предназначенного для сварки деталей и конструкций из низколегированных и низкоуглеродистых сталей, первостепенное значение имеют его температура рекристаллизации и стойкости к взаимному переносу, а также твердость и электропроводность /1/. For the electrode material intended for welding parts and structures made of low alloy and low carbon steels, its temperature of recrystallization and resistance to mutual transfer, as well as hardness and electrical conductivity / 1 / are of paramount importance.
Для сварки деталей и конструкций из указанных сталей применяются медные сплавы, содержащие кадмий, хром и цирконий, которые, повышая прочностные характеристики меди, однако, незначительно снижают ее электропроводность. При этом температура рекристаллизации указанных материалов остается весьма низкой, например, для бронзы БрХЦр (Cr:0,5-1,0 мас.%; Zr:0,03-0,08 мас.%) она не превышает 500oC /2/, тогда как поверхностные слои электродов разогреваются до 600-800oC.For welding parts and structures of these steels, copper alloys containing cadmium, chromium and zirconium are used, which, increasing the strength characteristics of copper, however, slightly reduce its electrical conductivity. The temperature of recrystallization of these materials remains very low, for example, for bronze BrHCr (Cr: 0.5-1.0 wt.%; Zr: 0.03-0.08 wt.%) It does not exceed 500 o C / 2 /, while the surface layers of the electrodes are heated to 600-800 o C.
Известны также дисперсно-упрочненные материалы, содержащие медь, а также алюминий, магний, титан, бериллий, образующие в материалах упрочняющие фазы в виде оксидов алюминия, магния, титана и бериллия /3/. Also known are dispersion-hardened materials containing copper, as well as aluminum, magnesium, titanium, beryllium, which form hardening phases in the materials in the form of oxides of aluminum, magnesium, titanium and beryllium / 3 /.
Материалы обладают высокими значениями электропроводности, температуры рекристаллизации и жаропрочности. Получают их преимущественно методом "внутреннего окисления", для которого характерны длительные технологически сложные окислительно-восстановительные отжиги с применением водорода и других защитных и восстановительных атмосфер. Этим обусловлен основной недостаток указанных материалов - их высокая стоимость. Materials have high values of electrical conductivity, recrystallization temperature and heat resistance. They are mainly obtained by the method of "internal oxidation", which is characterized by long technologically complex redox annealing using hydrogen and other protective and reducing atmospheres. This is due to the main disadvantage of these materials - their high cost.
Наиболее близким материалом к предлагаемому является дисперсно-упрочненный материал на медной основе, содержащий 0,4-1,0 мас.% алюминия и 0,15-0,3 мас. % углерода /4/. Алюминий при этом использован в качестве оксидо- и карбидообразующего элемента, который в процессе получения материала, реагируя с кислородом воздуха и углеродом, образуют мелкодисперсные частицы оксида и карбида алюминия Al2O3 и Al4C3. Благодаря наличию разнородных фазоупрочнителей, которые менее подвержены процессам коагуляции, чем однородные упрочняющие фазы, температура рекристаллизации материала достигает 800oC.The closest material to the proposed one is dispersion-hardened material based on copper, containing 0.4-1.0 wt.% Aluminum and 0.15-0.3 wt. % carbon / 4 /. In this case, aluminum was used as an oxide and carbide-forming element, which in the process of obtaining the material, reacting with atmospheric oxygen and carbon, form fine particles of aluminum oxide and carbide Al 2 O 3 and Al 4 C 3 . Due to the presence of heterogeneous phase enhancers, which are less susceptible to coagulation processes than uniform reinforcing phases, the material recrystallization temperature reaches 800 o C.
Материал обладает твердостью по Виккерсу в проделах 1600-1800 МПа и электропроводностью в пределах 45-50% от электропроводности меди. The material has a Vickers hardness of 1600-1800 MPa and an electrical conductivity in the range of 45-50% of the electrical conductivity of copper.
Однако, как показали проведенные рентгеноструктурный и химический анализы материала, алюминий не полностью вовлекается в процессы оксидации и карбидизации, образуя твердый раствор с медью, что препятствует получению материала с большей электропроводностью, твердостью и температурой рекристаллизации. Это обусловлено значительной растворимостью алюминия в меди. However, as shown by the X-ray structural and chemical analyzes of the material, aluminum is not fully involved in the oxidation and carbidization processes, forming a solid solution with copper, which prevents the production of a material with higher electrical conductivity, hardness, and recrystallization temperature. This is due to the significant solubility of aluminum in copper.
Цель изобретения - получение материала с более высокими значениями электропроводности, твердости и температуры рекристаллизации, а также ресурса работы изготовленных из него электродов для контактной точечной сварки деталей и конструкций из низколегированных и низкоглеродистых сталей. The purpose of the invention is to obtain a material with higher values of electrical conductivity, hardness and temperature of recrystallization, as well as the life of the electrodes made from it for spot welding of parts and structures from low alloy and low carbon steels.
Предлагаемый дисперсно-упрочненный материал, содержащий медь, углерод, оксидо- и карбидообразующий элемент, в качестве оксидо- и карбидообразующего элемента содержит титан, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Титан - 1,2-2,8
Углерод - 0,1-0,3
Медь - Остальное
Материал получают следующим образом.The proposed dispersion-hardened material containing copper, carbon, oxide and carbide-forming element, as the oxide and carbide-forming element contains titanium, in the following ratio, wt.%:
Titanium - 1.2-2.8
Carbon - 0.1-0.3
Copper - Else
The material is prepared as follows.
Смесь указанных порошков металлов и углерода обрабатывают в высокоэнергетической шаровой мельнице, полученный продукт (гранулы) компактируют входную в брикеты, которые затем нагревают до температуры 890oC и в этом состоянии экструдируют в протки или профили. В ходе этого процесса благодаря интенсивному механическому измельчению и механохимической активации компонентов шихты в шаровой мельнице происходит взаимодействие титана с углеродом, а также с кислородом воздуха, поскольку все операции проводятся без применения каких-либо защитных атмосфер. В результате, как показали химический, ренгенофазовый и стереологический анализы, упрочняющими частицами в предлагаемом материале являются мелкодисперстные частицы карбида TiC и оксида TiO2 титана. При этом так же, как и в материале-прототипе, наблюдается присутствие остаточного графита (углерода), который, кроме дополнительного упрочнения материала, также повышает его противоадгезионные свойства и снижает переходное сопротивление в контакте, обеспечивая тем самым качественное сварное соединение.A mixture of these powders of metals and carbon is processed in a high-energy ball mill, the resulting product (granules) is compacted inlet into briquettes, which are then heated to a temperature of 890 o C and in this state are extruded into ducts or profiles. During this process, due to intensive mechanical grinding and mechanochemical activation of the charge components in a ball mill, titanium interacts with carbon, as well as with atmospheric oxygen, since all operations are carried out without the use of any protective atmospheres. As a result, as shown by chemical, x-ray phase and stereological analyzes, the strengthening particles in the proposed material are fine particles of TiC carbide and TiO 2 titanium oxide. At the same time, as in the prototype material, the presence of residual graphite (carbon) is observed, which, in addition to additional hardening of the material, also increases its anti-adhesive properties and reduces the transition resistance in the contact, thereby ensuring a high-quality welded joint.
Пример 1. По технологиям, приведенным выше, были изготовлены прутки диаметром 13 мм из материала-прототипа двух составов (Cu-1,2 мас.%, Al-0,3 мас. % C и Cu-2,8 мас.%-0,3 мас.% C) и предлагаемого материала, также двух составов (Cu-1,2 мас.%, Ti-0,3 мас.% C и Cu-2,8 мас.%, Ti-0,3 мас.% C), причем суммарное содержание титана и углерода в шихте обоих материалов было одинаковым: соответственно 1,5 мас.% и 3,1 мас.%. Прутки были подвергнуты рентгеноструктурному и химическому анализам для определения количества соответственно алюминия и титана в альфа-твердом растворе меди. По данным проведенных указанных анализов определялись периоды решеток материалов, по которым рассчитывалось количество растворенных компонентов в меди. Данные расчетов приведены в табл. 1. Example 1. According to the technologies described above, rods with a diameter of 13 mm were made from the prototype material of two compositions (Cu-1.2 wt.%, Al-0.3 wt.% C and Cu-2.8 wt.% - 0.3 wt.% C) and the proposed material, also two compositions (Cu-1.2 wt.%, Ti-0.3 wt.% C and Cu-2.8 wt.%, Ti-0.3 wt. % C), and the total content of titanium and carbon in the charge of both materials was the same: 1.5 wt.% And 3.1 wt.%, Respectively. The rods were subjected to X-ray diffraction and chemical analyzes to determine the amounts of aluminum and titanium, respectively, in the alpha-solid solution of copper. According to the data of the indicated analyzes, the lattice periods of materials were determined by which the amount of dissolved components in copper was calculated. The calculation data are given in table. one.
Из табл. 1 видно, что у материала-прототипа более 50% количества алюминия содержится в твердом растворе с медью, тогда как у предлагаемого материала количество титана, вошедшее в альфа- твердый раствор, составляет лишь 25 - 40% от количества титана в шихте. From the table. 1 shows that the prototype material contains more than 50% of the amount of aluminum in a solid solution with copper, while the proposed material, the amount of titanium included in the alpha-solid solution is only 25 - 40% of the amount of titanium in the charge.
Как следствие этого, предлагаемый материал обладает более высокими значениями электропроводности и температуры рекристаллизации. Результаты испытаний показали, что, например, материал, содержащий 1,2 мас.% титана и 0,3 мас. % углерода, имеет электропроводность 68% от электропроводности меди и температуру рекристаллизации, равную 950oC, против соответственно 30% и 800oC у материала-прототипа с содержанием алюминия 1,2 мас.% и углерода 0,3 мас.% (табл. 2).As a consequence of this, the proposed material has higher values of electrical conductivity and recrystallization temperature. The test results showed that, for example, a material containing 1.2 wt.% Titanium and 0.3 wt. % carbon, has a conductivity of 68% of the electrical conductivity of copper and a recrystallization temperature of 950 o C, respectively 30% and 800 o C of the prototype material with an aluminum content of 1.2 wt.% and carbon 0.3 wt.% (table . 2).
Для определения твердости и электропроводности предлагаемого материала были приготовлены 35 составов порошковой смеси с содержанием в ней 0,8; 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 2,8; 3,2 мас.% титана и 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 мас.% углерода. To determine the hardness and electrical conductivity of the proposed material were prepared 35 compositions of the powder mixture with a content of 0.8; 1,2; 1.6; 2.0; 2.4; 2.8; 3.2 wt.% Titanium and 0; 0.1; 0.2; 0.3; 0.4 wt.% Carbon.
Порошковые смеси были обработаны в аттриторе в течение 100 мин, из полученных гранул в холодную отпрессованы брикеты диаметром 55 мм и высотой 100 мм, которые затем после нагрева на воздухе до температуры 890oC с этой температуры были экструдированы в прутки диаметром 17 мм.The powder mixtures were processed in the attritor for 100 min, briquettes with a diameter of 55 mm and a height of 100 mm were pressed from the obtained granules into cold pellets, which then, after heating in air to a temperature of 890 ° C, were extruded from this temperature into bars with a diameter of 17 mm.
Из прутков изготавливались стандартные образцы для определения твердости и электропроводности. Standard samples for determining hardness and electrical conductivity were made from rods.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены графики зависимости соответственно электропроводности и твердости материала по Виккерсу от содержания в шихте углерода и титана. In FIG. 1 and FIG. 2 shows graphs of the conductivity and hardness of the material according to Vickers, respectively, on the content of carbon and titanium in the charge.
Из анализа графиков следует, что:
а) оптимальным является содержание углерода в пределах 0,10-0,3% мас., где наблюдаются максимальные значения как электропроводности, так и твердости;
б) оптимальным является содержание титана в пределах 1,2-2,8 мас.%, поскольку при содержании титана менее 1,2 мас.% материала обладает низкой твердостью (ниже твердости материала-прототипа), а содержание титана более 2,8 мас.% приводит к снижению его электропроводности;
в) при указанном содержании компонентов в шихте материал обладает электропроводностью в пределах 40-68% от электропроводности меди и твердостью по Виккерсу в пределах 2000-2480 МПа, что значительно выше соответствующих значений материала-прототипа.From the analysis of the graphs it follows that:
a) the optimum carbon content is in the range of 0.10-0.3 wt.%, where the maximum values of both electrical conductivity and hardness are observed;
b) the optimal titanium content is in the range of 1.2-2.8 wt.%, since when the titanium content is less than 1.2 wt.% the material has low hardness (lower than the hardness of the prototype material), and the titanium content is more than 2.8 wt. .% leads to a decrease in its electrical conductivity;
c) at the indicated content of components in the charge, the material has an electrical conductivity in the range of 40-68% of the electrical conductivity of copper and Vickers hardness in the range of 2000-2480 MPa, which is significantly higher than the corresponding values of the prototype material.
Пример 2. Для определения ресурса работы электродов контактной сварки были изготовлены электроды по ГОСТ 14111-90 из прутков БрХЦр, материала-прототипа и предлагаемого материала различных составов. Example 2. To determine the service life of contact welding electrodes, electrodes were made in accordance with GOST 14111-90 from BrHTsr rods, prototype material and the proposed material of various compositions.
Испытания проводились на контактной сварочной машине МТ-1215 при сварке стали 08Ю толщиной 0,8+0,8 мм по следующим режимам:
Iсв.=10-11 кА; Pсв.=230 кГс; tсв.=7 пер.; темп сварки 40 точек/мин.The tests were carried out on a contact welding machine MT-1215 when welding steel 08Yu with a thickness of 0.8 + 0.8 mm in the following modes:
I St. = 10-11 kA; P St. = 230 kG; t St. = 7 per .; welding speed 40 dots / min.
Составы испытанных материалов и результаты их испытаний представлены в табл. 3. The compositions of the tested materials and the results of their tests are presented in table. 3.
Приведенные в табл. 3 данные показывают, что электроды контактной сварки, изготовленные из предлагаемого материала состава 1,2-2,8 мас.% титана и 0,1-0,3 мас.% углерода, действительно имеют ресурс, превышающий ресурс электродов из бронзы БрХЦр и материала-прототипа. Given in the table. 3 data show that the resistance welding electrodes made from the proposed material with a composition of 1.2-2.8 wt.% Titanium and 0.1-0.3 wt.% Carbon, indeed have a resource exceeding the resource of electrodes made of bronze BrChtsr and material prototype.
Как следует из приведенных данных, введение титана в качестве оксидо- и карбидообразующего элемента в материал, содержащий медь и углерод, позволяют значительно поднять его электропроводность, твердость и температуру рекристаллизации, что обусловлено меньшей растворимостью титана в меди, чем алюминия. Благодаря вышеописанным преимуществам предлагаемого материала электроды контактной сварки, изготовленные из него, имеют значительно более высокий ресурс работы, чем электроды из известных сплавов и из дисперсно-упрочненного материала, выбранного в качестве прототипа. As follows from the above data, the introduction of titanium as an oxide and carbide-forming element into a material containing copper and carbon can significantly increase its electrical conductivity, hardness, and recrystallization temperature, which is due to the lower solubility of titanium in copper than aluminum. Due to the above-described advantages of the proposed material, contact welding electrodes made from it have a significantly higher service life than electrodes from known alloys and from dispersion-hardened material selected as a prototype.
Источники информации:
1. Кабанов Н.С. Сварка на контактных машинах. - М.: Высшая школа, 1985, 271 с.Sources of information:
1. Kabanov N.S. Welding on contact machines. - M.: Higher School, 1985, 271 p.
2. Справочник по обработке цветных металлов и сплавов / Смирягин А.П., Днестровский Н.З., Ландихов А.Д. и др. Под ред. Миллера Л.Е. - М.: Металлургиздат, 1961, 872 с. 2. Handbook for the processing of non-ferrous metals and alloys / Smiryagin A.P., Dniester N.Z., Landikhov A.D. et al. Ed. Miller L.E. - M.: Metallurgizdat, 1961, 872 p.
3. Данелия Е.П., Розенберг В.М. Внутреннеокисленные сплавы. - М.: Металлургия, 1978, 232 с. 3. Danelia E.P., Rosenberg V.M. Internally oxidized alloys. - M.: Metallurgy, 1978, 232 p.
4. Шалунов Е.П., Матросов А.Л. Высокоресурсные токоподводящие наконечники для сварки проволочным электодом в среде защитных газов и материал для их изготовления / Информлисток N 418-96. - Чебоксары: ЧувЦНТИ, 1996, с.3. 4. Shalunov EP, Matrosov A.L. High-resource current-carrying tips for welding with a wire electrode in a protective gas medium and material for their manufacture / Informlist N 418-96. - Cheboksary: ChuvSTSTI, 1996, p.3.
Claims (1)
Углерод 0,1 0,3
Медь ОстальноерTitanium 1.2 2.8
Carbon 0.1 0.3
Copper rest
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96118858A RU2104139C1 (en) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | Dispersion-hardness material for electrodes of resistance welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96118858A RU2104139C1 (en) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | Dispersion-hardness material for electrodes of resistance welding |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2104139C1 true RU2104139C1 (en) | 1998-02-10 |
| RU96118858A RU96118858A (en) | 1998-04-10 |
Family
ID=20185693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96118858A RU2104139C1 (en) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | Dispersion-hardness material for electrodes of resistance welding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2104139C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2510420C2 (en) * | 2009-09-07 | 2014-03-27 | Сирогане Ко., Лтд. | Copper alloy and method of its production |
| RU2551039C2 (en) * | 2013-10-09 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Copper composite for electrodes for contact welding of galvanised steel |
| RU2690737C1 (en) * | 2017-09-22 | 2019-06-05 | ДжейЭкс НИППОН МАЙНИНГ ЭНД МЕТАЛЗ КОРПОРЕЙШН | Titanium-copper material for electronic components |
| RU2691007C1 (en) * | 2017-09-22 | 2019-06-07 | ДжейЭкс НИППОН МАЙНИНГ ЭНД МЕТАЛЗ КОРПОРЕЙШН | Titanium-copper material for electronic components |
-
1996
- 1996-09-20 RU RU96118858A patent/RU2104139C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Шалунов Е.П., Матросов А.Л. Высокоресурсные токопроводящие наконечники для сварки проволочным электродом в среде защитных газов и материал для их изготовления: Информлисток N 418-96. - Чебоксары: ЧувЦНТИ, 1996, с. 3. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2510420C2 (en) * | 2009-09-07 | 2014-03-27 | Сирогане Ко., Лтд. | Copper alloy and method of its production |
| RU2551039C2 (en) * | 2013-10-09 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Copper composite for electrodes for contact welding of galvanised steel |
| RU2690737C1 (en) * | 2017-09-22 | 2019-06-05 | ДжейЭкс НИППОН МАЙНИНГ ЭНД МЕТАЛЗ КОРПОРЕЙШН | Titanium-copper material for electronic components |
| RU2691007C1 (en) * | 2017-09-22 | 2019-06-07 | ДжейЭкс НИППОН МАЙНИНГ ЭНД МЕТАЛЗ КОРПОРЕЙШН | Titanium-copper material for electronic components |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1084393C (en) | Iron aluminide useful as electrical resistance heating element | |
| JP4116677B2 (en) | Aluminum-containing iron-based alloys useful as electrical resistance heating elements | |
| US20060127266A1 (en) | Nano-crystal austenitic metal bulk material having high hardness, high strength and toughness, and method for production thereof | |
| US4292079A (en) | High strength aluminum alloy and process | |
| US3640705A (en) | Treatment of platinum group metals and alloys | |
| JPH1081924A (en) | Production of iron aluminide by thermochemical treatment for element powder | |
| US4297136A (en) | High strength aluminum alloy and process | |
| JPH04325651A (en) | Oxide dispersion strengthened heat resistant sintered alloy | |
| RU2104139C1 (en) | Dispersion-hardness material for electrodes of resistance welding | |
| US3346379A (en) | Niobium base alloy | |
| EP0375374A1 (en) | Low density heat resistant intermetallic alloys of the A13 Ti type | |
| JPH0819890A (en) | Electrode material for welding and its production | |
| US4336065A (en) | Method for the manufacture of a composite material by powder metallurgy | |
| EP0545612B1 (en) | Gamma titanium aluminum alloys modified by boron, chromium, and tantalum | |
| JPS60100646A (en) | High toughness sintered body of ceramic | |
| RU2103134C1 (en) | Copper-base dispersion-hardened material for welding | |
| US3086859A (en) | Columbium base alloys | |
| RU2103103C1 (en) | Dispersion-hardened material based on copper for resistance welding electrodes | |
| US3990861A (en) | Strong, high purity nickel | |
| RU2113529C1 (en) | Dispersedly hardened composition material | |
| RU2109834C1 (en) | Compacted-in-dispersion composite material | |
| RU2769344C1 (en) | Material for arc-quenching and breaking electrical contacts based on copper and method of its production | |
| EP0170651B1 (en) | Metal modified dispersion strengthened copper | |
| JP3370467B2 (en) | Ceramic deposited copper alloy and method for producing the same | |
| JPH11335771A (en) | Oxide-dispersion-strengthened steel and its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | License on use of patent |
Effective date: 20070925 |
|
| QB4A | License on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20071120 |