SE443157B - Koppar-tennlegering, forfarande for framstellning derav samt anvendning derav - Google Patents

Description

8008251-4 2 Vidare har i handeln tillgängliga Be-haltiga legeringar an- vänts för det angivna ändamâlet, exempelvis en kopparlegering, som innehåller 0,4-0,7 % Be och 2,3-2,7 % Co samt resten Cu.

Denna legering uppnår hâllfasthetsvärden upp till 700 N/mmz vid en elektrisk ledningsförmâga av 48 % IACS. Sådana lege- ringar har emellertid den stora olägenheten, att de är svåra att framställa och därför förhållandevis dyrbara. Även vid bearbetning måste i allmänhet större åtgärder vidtagas.

Förutom de höga kostnaderna inverkar de giftiga egenskaperna hos beryllium ofta ofördelaktigt, eftersom för vissa bear- betningssteg, exempelvis glödgning, slipning och liknande, särskilda skyddsåtgärder måste vidtagas, Samma begränsningar gäller i ännu större utsträckning för en binär CuBe-legering med ca 2 % Be. Med dessa legeringar kan visserligen håll- fastheter upp till 1500 N/mmz uppnås, men kostnaderna för tillverkning och bearbetning är så höga att dessa legeringar endast kan användas i speciella fall. Ledningsförmågan ligger även för dessa material inom storleksordningen 20'% IACS.

Vidare är en kvaternär Cu-legering med 0,5-5,0 % Sn, 0,3-0,4 % Ti och 0,05-2,0 % Cr tidigare känd (se den amerikanska patent- skriften 3.017.268). Denna legering uppvisar visserligen förhållandevis gynnsam kombination av hâllfasthet och elekt- risk ledningsförmåga (600-700 N/mm2, 40-50 % IACS) men bereder vid framställning av halvfabrikat speciella svårigheter genom att smältning och gjutning måste genomföras i inert skydds- gasatmosfär för uteslutande av icke önskade reaktioner av titan med luftsyre eller väte.

De sistnämnda legeringarna (CuCoBe, CuBe, CuSnTiCr) utgöres av s.k. utskiljningshärdbara material, som erhåller sina gynn- samma egenskaper genom en utskiljningshärdning. Denna pro- cess kräver bl.a. en glödgningsbehandling vidïhög temperatur (homogenisering) med anslutande hastig avkylning. I synner- het âstadkommandet av höga avkylningshastigheter vid fram- ställning av halvfabrikat i teknisk skala kräver förhållande- vis omfattande âtgärder, som inverkar på tillverkningskost- naderna. 8l008251-4 3 Till grund för uppfinningen ligger sålunda uppgiften att åstadkomma en kopparlegering, som förutom tillräckligt hög hâllfasthet uppvisar en i möjligaste mån hög elektrisk led- ningsförmåga och gynnsamt förhållande mellan hållfasthet och duktilitet. Uppgiften är vidare att finna en sammansättning, som tillåter en i möjligaste mån enkel tillverkning av halv- fabrikat, dvs. i synnerhet icke nödvändiggör höga avkylnings~ hastigheter för uppnående av de krävda egenskaperna.

Uppgiften löses enligt uppfinningen med en koppar-tennlege- ring bestående av 0,2-3,0 % tenn O, l-l,5 % titan 0,5-1,0 % krom 0,2-3,0 % nickel resten koppar och vanliga föroreningar.

Procentuppgifterna avser vikten. Summan av vanliga föro- reningar skall härvid icke överskrida 0,1 %.

Nickeltillsatsen enligt uppfinningen till en CuSnTiCr-lege- ring ger helt överraskande en tydlig höjning av såväl håll- fastheten som även den elektriska ledningsförmågan jämfört med nickelfria CuSnTiCr-legeringar. Vanligen medför en Ni-tillsats en sänkning av den elektriska ledningsförmågan.

Exempelvis erhålles hos en legering på basis av CuNiSn (9 % Ni, 2 % Sn, resten Cu) visserligen vid medelhög hållfast- het god duktilitet men den elektriska ledningsförmågan ligger hos dessa legeringar mycket lågt (ca 10 % IACS).

Hos legeringar enligt uppfinningen kan helt överraskande existensen av en NiSnTi-haltig fas påvisas, som uppenbarligen har lägre löslighet i grundmassan och sålunda bidrager till högre elektrisk ledningsförmåga och hårdhet.

Den NiSnTi-haltiga fasen avskiljes på ett sätt, som gör det möjligt att avstå från en vid normala utskiljningshärdbara legeringar erforderlig snabbkylning, dvs. det är även utan 8008251-4 4 snabbkylning möjligt att uppnâ den för hög hållfasthet erfor- derliga finfördelade "dispersionen" av utskiljningsfasen.

Egenskaperna hos legeringar enligt uppfinningen kan sålunda erhållas utan användning av hög avkylningshastighet (stört- kylningshastighet).

Kombinationen av hållfasthet och elektrisk ledningsförmåga är likaledes bättre än för de vanliga Sn-bronserna. Legeringar enligt uppfinningen har en elektrisk ledningsförmâga, som ligger över ledningsförmàgan hos tidigare kända tennbronser med en faktor av 2-3 vid jämförbar hâllfasthet. Vid jämför- bar ledningsförmåga kan högre hâllfastheter uppnås.

Legeringarna enligt uppfinningen uppvisar ett med tennbronser jämförbart hållfasthets/töjningsförhâllande vid 2-3-faldigt högre elektrisk ledningsförmåga.

Ytterligare föredragna legeringssammansättningar framgår av patentkraven 2-5.

Koppar-tennlegeringarna enligt uppfinningen kan gjutas pâ vanligt sätt. För uppnâende av gynnsamma egenskapskombina- tioner underkastas legeringarna efter gjutningen företrädes- vis (a) homogenisering vid temperaturer av 850-950°C mellan l och 24 timmar, (b) varmvalsning vid temperaturer av 600-800°C i ett eller fler stick och (c) avkylning med en avkylningshastighet mellan 10 och 2000°C/minut till rumstemperatur.

Det är lämpligt att genomföra förfaringssteg (b) i synnerhet vid 650-750°C och förfaringssteg (c) i synnerhet med en av- kylningshastighet mellan 50 och lO0O°C/minut. Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet genomföres efter förfaringssteg (c) kallformning (d) upp till 95'% i ett eller fler stick. Mellan kallvalsningssticken kan kdppar-tennlege- 8008251-4 5 ringen företrädesvis för uppnående av en likformig dispersion enligt uppfinningen glödgas upp till maximalt 10 timmars tid.

För maximal elektrisk ledningsförmåga lämpar sig härvid en glödgning såsom band i huvugn vid temperaturer av 300-450°C, för maximal hâllfasthet glödgas i genomloppsugn vid tempera- turer av 400-550°C.

Enligt uppfinningen kan koppar-tennlegeringen formas till fjädermaterial, i synnerhet till strömförande delar, stick- kontakter, förbindningselement, hlämmor, kontaktfjädrar.

Uppfinningen beskrives närmare med följande utföringsexempel.

Exempel 1.

I tabell I visas sammansättningen av ett exempel på en lege- ring enligt uppfinningen samt tvâ jämförelselegeringar, utan Ni-tillsats (legering B) resp. utan Cr-tillsats (legering C) (uppgifter i viktprocent).

Tabell I.

Sammansättning hos proverna Legering Sn Ti Cr Ni Cu (och ' oundvikliga föroreningar A l,O9 0,42 0,73 0,93 rest B 1,08 0,41 0,73 n.p.* rest C 1,08 0,57 n.p.* 0,98 rest *n.p. = icke påvisbar Legeringen framställdes på följande sätt: Elektrolytkoppar smältes tillsammans med katodnickel och fin- tenn i en induktionsugn vid ca l200°C under ett träkolsskikt.

Efter fullständig upplösning av dessa material tillsattes Cr och Ti i form av lämpliga förlegeringar CuCr resp. CuTi. För- legeringarna innehöll vardera ca 5-10 % Cr resp. Ti i ren form.

Efter upplösning av dessa material göts smältan i en järn- 8008251-4 6 kokill med måtten 25x50xlOO mm. Blocken homogeniserades en timme vid 900°C och varmvalsades därefter vid 750°C till 1,87 mm. Avkylningen av banden genomfördes kontinuerligt i luft; Därefter framställdes genom kallvalsning och mellan- glödgning vid l h/470°C band med tjockleken 0,3 mm. Slut- valsningen uppgick för alla prover enhetligt till 60 %.

Efter anlöpning undersöktes provernas mekaniska och fysika- liska egenskaper. Resultaten är sammanställda i tabell II.

Tabell II.

Hâllfasthet, fjäderböjgräns och e1ektrisk.lednings- förmåga hos 0,3 mm bandprover i anlöpt tillstånd Lege- Sträck- Drag- Töj- Vickers- Fjäder- Elektrisk ring gräns brott- ning -hårdhet böj- lednings- gräns gräns förmåga Rpo 2 Rm A10 HV l 51:e ' 2 2 2 (m/Shm' (N/mm ) (N/mm ) (%) (N/mm ) mm ) % IACS A 600 629 10 205 551 29,9 51,4 B 502 546 12 194 515 28,7 49,4 C 507 ' 538 8,2 179 490 30,4 52,3 De angivna värdena visar de i överraskande grad förbättrade egenskaperna hos kopparlegeringen enligt uppfinningen. Lege- ringen A har t.ex. jämfört med jämförelselegeringarna B och C en hâllfasthet, som är ca 20 % högre vid likartad duktilitet samt förbättrad eller åtminstone lika hög elektrisk lednings- förmåga. På samma sätt förhåller det sig med den s.k. fjä- derböjgränsen åbr enligt DIN so151 1 anlöpt tillstånd, som ofta användes för karakterisering av material för fjäder- delar. För uppmätning av denna karakteristiska storhet - utböjes 10 mm breda provremsor mellan tvâ fasta upplag genom stegvis stigande belastning och av sambandet mellan belast- ning och elastisk eller plastisk deformation bestämmes det karakteristiska värdet àbE.

Legeringen A enligt uppfinningen uppvisar en stegring av 8-10 % jämfört med legeringen B eller C. 8008251-4 ExemEel'2.

Detta exempel visar den relativa okänsligheten.hos legeringen . enligt uppfinningen i förhållande till den vid legeringens bearbetning använda avkylningshastigheten och visar att åtgärden att störtkyla legeringen icke medför bättre resultat.

Legering A enligt exempel 1 homogeniserades 1 h/900°C och avkyldes under olika i laboratoriet simulerade betingel- ser. Avkylningssättet 3 motsvarar i huvudsak avkylnings- hastigheten, som uppträder vid kylning av 127 mm tjocka varmvalsade plåtar i drift.

Proverna deformerades efter den reglerade avkylningen 60 % och anlöptes l h/425°C. Prover av de på detta sätt behand- lade bandstyckena uppvisade de i tabell III angivna hårdhets- och ledningsförmågevärdena.

Tabell III. hårdhet och elektrisk ledningsförmâga vid olika avkylningsbetinqelser Brinell- Elektrisk ledningsförmåga hårdhet 2 . _. 2 2 (HB) (m/ohm-mm ) ' % IAcs ßènanaling 1* 191 19,2 33,0 Behandling 2** 212 22,6 38,9 Behandling 3*** 191 26,8 46,1 _*Störtkylning i vatten **Långsam avkylning <500°C/minut ***Lângsam avkylning Det framgår att legeringen enligt uppfinningen icke kräver störtkylning för âstadkommande av hög hårdhet och elektrisk ledningsförmâga. Tvärtom erhålles helt överraskande vid långsammare, i drift realiserbara avkylningshastigheter ett totalt sett högre förhållande mellan elektrisk ledningsför- måga och hårdhet än vid höga störtkylningshastigheter.

Claims (13)

1. 8008251- 1. 4 Ö PATENTKRAV Koppar-tennlegering, k ä n n e t e c k n a d därav, att den består av 2. 0,2-3,0 % tenn 0,1-1,5 % titan 0,5-1,0 % krom* O,2-3,0 % nickel resten koppar och vanliga föroreningar.

2. Koppar-tennlegering enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att den innehåller 0,6-1,2 % nickel.

3. Koppar-tennlegering enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller 0,5-1,0 % tenn.

4. k ä n n e t e c k n a d därav, att den titan.

5. k ä n n e t e c k n a d därav, att den krom.

6. enligt adärav, (a) (b) (c)

7. n a t av patentkraven l-3, innehåller 0,3-0,6 % Koppar-tennlegering enligt något av patentkraven l-4, innehåller 0,6-0,8 % Koppar-tennlegering enligt något Förfarande för framställning av en koppar-tennlegering något av patentkraven l-5, k ä n n e t e c k n a t att koppar-tennlegeringen homogeniseras vid temperaturer från 850 till 950°C mellan l och 24 h, varmvalsas i ett eller fler stick vid temperaturer från soo till soo°c och avkyles med en avkylningshastighet mellan 10 och 2000°C/minut till rumstemperatur. Förfarande enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k - därav, att förfaringssteget (b) genomföras vid tempe- 8008251-4 raturer från sso till 7so°c.

8. Förfarande enligt patentkravet 6 eller 7, k ä n n e - t e c k n a t därav, att förfaringssteget (c) genomföres med en avkylningshastighet mellan 50 och lOOO°C/minut.

9. Förfarande enligt något av patentkraven 6-8, k ä n - n e t e c k n a t därav, att man efter förfaringssteget (c) genomför en kallbearbetning (d) med upp till 95 % i ett eller fler steg.

10. Förfaranåe enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k - n a t därav, att mellan varje kallvalsningsstick enligt förfaringssteg (d) genomföres en glödgning (e) under mindre än 10 h.

ll. Förfarande enligt patentkravet 10, k ä n n e t e c k - n a t därav, att koppar-tennlegeringen glödgas i form av band i huvugn vid temperaturer från 300 till 450°C.

12. Förfarande enligt patentkravet lO, k ä n n e t e c k - n a t därav, att koppar-tennlegeringen glödgas kontinuerligt i genommatningsugn vid temperaturer från 400 till 550°C.

13. Användning av koppar-tennlegeringen enligt något av patentkraven 1-5 såsom fjädermaterial, i synnerhet för ström- förande delar, stickkontakter, förbindningselement, klämmer, kontaktfjädrar.