DE1458549B1

DE1458549B1 - Verfahren zur herstellung einer hochfesten aluminiumbronze legierung

Info

Publication number: DE1458549B1
Application number: DE1964O0010549
Authority: DE
Inventors: Irwin Broverman; George H Jun Eichelmann
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1963-12-05
Filing date: 1964-12-05
Publication date: 1971-05-27
Also published as: SE328708B; DE1783133A1; GB1085988A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her-

einer hochfesten Aluminiumbronze-Legierung mit stellbaren Legierungen sind außerordentlich vielseitig

Feinkorngefüge. und können für sehr viele verschiedene Zwecke Ver-

Aus der Broschüre »Die Aluminiumbronzen«, 1959, wendung rinden, z. B. für korrosionsfeste Teile, wie S. 23 bis 26 und 30 bis 42, sind bereits Aluminium- 5 Kondensatorröhren, Ventile, Metallbalggebläse, wärbronzen mit 8,5 bis 11 % Al bekannt, die bei 850 bis mebeständige Teile, deren Korrosionsbeständigkeit bei 900°C warmverformt, bei 650°C weichgeglüht und hohen Temperaturen wesentlich ist, z. B. Teile für Verdann kaltverformt werden. Die dabei erhaltenen Alu- brennungsmotoren, verschleißfeste Teile und Metallminiumbronzen weisen jedoch physikalische Eigen- formmatrizen. Die erfindungsgemäß herstellbaren schäften auf, die den heute an sie gestellten Anforde- io Aluminiumbronze-Legierungen weisen eine überrungen, insbesondere hinsichtlich der Kornfeinheit, der raschend hohe Zugfestigkeit in Verbindung mit einer Streckgrenze und Zugfestigkeit sowie der Dehnung hohen Dehnung auf. Die Kombination dieser Eigennicht mehr genügen. schäften führt zu einer überragenden Zähigkeit und

Aufgabe der Erfindung war es daher, Aluminium- Verformbarkeit. Darüber hinaus besitzen die erfinbronzen mit wesentlich besseren Eigenschaften herzu- 15 dungsgemäß erhältlichen Legierungen eine verhältnisstellen, ohne dadurch die erwünschten Eigenschaften mäßig gute elektrische Leitfähigkeit zusammen mit solcher Legierungen zu verschlechtern. Aufgabe der einer guten Hartlötfähigkeit, Lötfähigkeit, Schweiß-Erfindung war es insbesondere, Aluminiumbronze- fähigkeit, Spannungskorrosionsfestigkeit und Ermü-Legierungen mit physikalischen Eigenschaften herzu- dungsbeständigkeit.

stellen, die bei solchen Legierungen bisher nicht be- 20 Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es mögobachtet wurden und die insbesondere durch eine lieh, auf billige Art und Weise Legierungen herzustellen, wesentlich bessere Streckgrenze, Zugfestigkeit und die eine hohe Festigkeit in Verbindung mit einer guten Dehnung ausgezeichnet sind und auf zweckmäßige, Verformbarkeit aufweisen, die mit den bisher beschnelle und billige Art und Weise hergestellt werden kannten Legierungen dieses Typs nicht erzielbar war. können. 25 So liegt beispielsweise die Zugfestigkeit der erfindungs-

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe dadurch gemäß herstellbaren Aluminiumbronze-Legierungen gelöst werden kann, daß man aus Kupfer, Aluminium zwischen 77,3 und 112,0 kg/mm², und ihre 0,2 %- und einem der weiter unten aufgezählten Zusatzele- Streckgrenzen liegen zwischen 30,9 und 56,2 kg/mm² mente in ganz bestimmten Mengenverhältnissen be- bei Bruchdehnungen zwischen 12 und 9⁰I₀, während stehende Aluminiumbronze-Legierungen knapp über 30 sich die gemessenen Werte der elektrischen Leitfähigder eutektoiden Temperatur von 565° C glüht, wodurch keit zwischen 10 und 16% IACS bewegen. Solche es möglich ist, das Phasengleichgewicht weitgehend Eigenschaften entsprechen in etwa jenen der verhältnisherzustellen und damit eine ausreichend große Menge mäßig kostspieligen Beryllium-Kupfer-Legierungen, an «-Phase zu erzeugen, was der Kaltverformbarkeit Daher können die erfindungsgemäß erhältlichen Legieder auf diese Weise hergestellten Legierung zugute 35 rungen als Ersatz für die teuren Beryllium-Kupferkommt. Legierungen auf den verschiedensten Gebieten VerGegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur wendung finden, z. B. als Ersatz für Beryllium—Kupfer Herstellung einer hochfesten Aluminiumbronze-Legie- bei der Herstellung elektrischer Federn, Kontakte und rung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Legie- Membranen.

rung hergestellt wird, die aus 9,0 bis 11,8 °/o Aluminium 40 Die erfindungsgemäß erhältlichen Legierungen haben

und 2,0 bis 5,0% Eisen, 0,4 bis 2,0% Chrom, Titan, ferner ein Gefüge, das 5 bis 95 % jS-Phase aufweist, wo-

Molybdän, Niob oder Vanadin oder 0,05 bis 0,2% bei der Rest aus «-Phase besteht. Das Mikrogefüge der

Zirkonium oder Mischungen dieser Elemente in einer erfindungsgemäß herstellbaren Legierungen enthält

Gesamtmenge von weniger als 10,0 %und Rest Kupfer eine Dispersion, die wahrscheinlich teilweise aus einer

besteht, daß diese Legierung im Gußzustand bei 1010 45 oder mehreren halbleitenden Verbindungen zwischen

bis 538°C warm verformt, während der Warmver- dem Aluminium und dem jeweiligen erfindungsge-

formung oder anschließend an dieselbe wenigstens mäßen Zusatzelement besteht. Auch hat die erfindungs-

2 Minuten lang auf einer Temperatur im Bereich von gemäß herstellbare Legierung ein gleichmäßiges fein-

566 bis 593° C gehalten, bei einer Temperatur unterhalb körniges Gefüge mit einer Korngröße von weniger als

260°C kalt verformt, auf eine Temperatur von 593 bis 50 0,065 mm, im allgemeinen von weniger als 0,040 mm.

982° C erhitzt und anschließend schnell abgekühlt wird. Durch das Legieren mit einem oder mehreren der

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Zusatzelemente der vorstehend angegebenen Art, das Erfindung wird das Verfahren in der Weise durchge- die Fähigkeit besitzt, eine feste Lösung in Kupfer zu führt, daß die Legierung nach dem Kaltwalzen für bilden und mindestens eine halbleitende Verbindung mindestens 2 Minuten auf 538 bis 760° C erhitzt und 55 mit dem Aluminium bildet, werden die angegebenen anschließend schnell abgekühlt wird, wobei das Kalt- vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäß herwalzen sowie das Glühen vorzugsweise mehrere Male stellbaren Aluminiumbronze-Legierungen erzielt. Das wiederholt werden. Zusatzelement bzw. die Zusatzelemente hemmen das

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Er- Kornwachstum, so daß es nur möglich ist, Legierungen findung wird das Verfahren in der Weise durchgeführt, 60 mit kleiner Korngröße zu erzielen,
daß das Kaltwalzen und das Glühen dreimal wieder- Die erfindungsgemäß herstellbaren Aluminiumholt werden. bronze-Legierungen enthalten 9,0 bis 11,8 % Alumi-

Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung der nium. Der kritische Aluminiumgehalt muß innerhalb

Erfindung wird das Verfahren in der Weise durchge- desobenerwähntenBereichsundvorzugsweiseinnerhalb

führt, daß das schnelle Abkühlen sich an die Glühung 65 des Bereichs von 9,4 bis 10,4% Aluminium und opti-

der Legierung bei einer Temperatur von 260 bis 482° C mal zwischen 9,8 und 10,0% Aluminium liegen. Die

während einer Zeitspanne von wenigstens 30 Minuten erfindungsgemäß herstellbare Legierung muß auch

anschließt. einen kritischen Gehalt von mindestens einem der

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obenerwähnten Zusatzelemente aufweisen, wobei fol- formungsmethoden, wie z. B. Warmpressen und Strang-

gende Elemente bevorzugt verwendet werden: Eisen, pressen, angewendet werden.

Chrom, Titan, Zirkonium, Molybdän, Niobium und Die Art, in welcher das Material in den Warmver-

Vanadium. Eisen ist in einer Menge von 2 bis 5% formungstemperaturbereich gebracht wird, ist nicht

und optimal von 3 bis 4% vorhanden. Chrom, Titan, 5 kritisch, und jedes beliebige herkömmliche Heizver-

Molybdän, Niobium und Vanadium sind jeweils in fahren kann angewendet werden.

einer Menge von 0,4 bis 2,0 % und optimal von 1 bis Wie schon erwähnt, liegt die Temperatur beim

2% vorhanden. Zirkonium ist in einer Menge von Warmverformen zwischen 1010 und 538⁰C und vor-

0,05 bis 0,2% und optimal von0,1 bis0,2%vorhanden. zugsweise im engeren Bereich von 899 bis 538°C.

Wie erwähnt, muß das zusätzliche Element eine be- ίο Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das Gußschränkte Fähigkeit zur Bildung fester Lösungen in material einfach auf die Ausgangstemperatur erhitzt Kupfer und halbleitender Verbindungen mit Aluminium werden. Die Erhitzungsdauer ist nicht wesentlich, und haben. Das zusätzliche Element muß eine starke Fähig- der Guß wird im allgemeinen einfach so lange erhitzt, keit zur Bildung halbleitender Verbindungen mit bis eine gleichmäßige Temperatur erreicht ist. Man kann Aluminium besitzen und diese auch bilden. Das zu- 15 dann unmittelbar von dieser Temperatur aus die sätzlicheElementund/oderdarausgebildetehalbleitende Warmverformung beginnen. Während der Barren Verbindungen müssen ferner eine Dispersion in bzw. Gußblock warmverformt wird, findet eine geKupfer mit einer beschränkten Fähigkeit zur Bildung wisse Abkühlung statt. Es ist nicht erforderlich, den fester Lösungen bei Temperaturen bis 982⁰C bilden. Gußblock bei irgendeiner Ausgangstemperatur zu Das Vorhandensein dieser Dispersion hindert während 20 halten. Es wird vielmehr bevorzugt, beim Gußstück die der Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen das Ausgangstemperatur nicht aufrechtzuerhalten, da sich Kornwachstum. beim Abkühlen des Materials die α-Phase fortlaufend

Der Rest der Legierung besteht aus Kupfer, die abscheidet und die Arbeitsweise mit fortschreitend Legierung kann aber auch noch Verunreinigungen fallenden Temperaturen zur Verbesserung des Gefüges oder andere Stoffe enthalten, die jedoch die physika- 25 führt. Mit anderen Worten, das Warmverformen wird lischen Eigenschaften der Legierung nicht wesentlich vorzugsweise bei den höheren Temperaturen innerhalb beeinträchtigen. Derartige Elemente können z. B. Zinn, des Temperaturbereichs für das Warmverformen beZink, Blei, Nickel, Silicium, Silber, Phosphor, Magne- gönnen und die Temperatur allmählich herabgesetzt, sium, Antimon, Wismut und Arsen sein. um das Korngefüge zu verbessern. Die Zeitdauer für

Die erfindungsgemäß herstellbare Legierung wird 30 das Warmverformen (Warmwalzen) ist nicht wesent-

nach der obenerwähnten Kombination von Ver- lieh. Die Legierung kann nach Wunsch warmgewalzt

fahrensschritten hergestellt. werden, bis die unterste Temperaturgrenze innerhalb

Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens des Temperaturbereichs für das Warmwalzen, d. h.

ist die Wärmebehandlung innerhalb des obenerwähn- 538 ⁰C, erreicht ist.

ten Temperaturbereiches. Als Vorbereitung zur Wärme- 35 Ein Vorteil der erfindungsgemäß herstellbaren Le-

behandlungsstufe muß die Legierung natürlich ge- gierung besteht darin, daß ihre Warmverformungs-

schmolzen und in Form eines geeigneten Barrens ge- eigenschaften mindestens so gut wie jene von Legierun-

gossen werden, wobei die herkömmlichen Methoden gen auf Kupferbasis sind, die eine viel kleinere Festig-

zur Erzielung einer homogenen Zusammensetzung und keit aufweisen, wie z. B. eine 70/30-Messinglegierung,

eines homogenen Gefüges angewendet werden. So kann 4° z.B. in bezug auf Leistungsbedarf und Querschnitts-

z. B. Kathodenkupfer unter einer Holzkohlendecke abnähme pro Stich.

oder einem geeigneten Salzfluß induktiv geschmolzen Nach dem Warmwalzen enthält die Legierung einen werden, worauf die erforderliche Menge sehr reinen hohen Gehalt an «-Phase, der durch das Phasengleich- bzw. handelsüblichen Aluminiums zugegeben und gewicht für die jeweilige Zusammensetzung geregelt die Schmelze zum Mischen gründlich gerührt wird. 45 wird, sowie ferner einen verhältnismäßig hohen Gehalt Jedes beliebige Element kann auf die geiche Weise zu- an der obenerwähnten Dispersion. Der Höchstgehalt gesetzt werden, z. B. sehr reines bzw. handelsübliches an «-Phase wird erhalten, indem sichergestellt wird, daß Eisen, Chrom, Titan, Zirkonium, Molybdän, Niobium die Legierung entweder während der Warmwalzbehand- und/oder Vanadium, indem die gewünschte Menge lung oder nachträglich mindestens 2 Minuten lang bei zugegeben und die Schmelze bis zur Erzielung einer 50 einer Temperatur im Bereich von 566 bis 593 ⁰C beguten Mischung gründlich gerührt wird. Die Schmelz- handelt wird. Dies kann auf verschiedene Weise entmasse kann dann auf beliebige übliche Weise vergossen weder während der Warmwalzbehandlung oder wähwerden, um ein festes Gußgefüge zu erhalten, das von rend einer nachfolgenden Warmverformung geschehen, mitgerissenem Aluminiumoxyd praktisch frei ist. Die Legierung kann z. B. während des Warmwalzvor-

Bei Zugabe eines zusätzlichen Elements weist das 55 ganges innerhalb dieses Temperaturbereiches langsam

zur Herstellung der erfindungsgemäßen Legierungen abgekühlt und darin mindestens 2 Minuten lang und

verwendete Ausgangsgefüge eine in der ganzen *- und vorzugsweise länger gehalten werden.

/?-Matrix verteilte Dispersion auf. Diese Dispersion Nach der Warmwalzbehandlung wird die Legierung

trägt zur Erzielung eines feineren Korngefüges des bei einer Temperatur unter 260⁰C und vorzugsweise

Gusses bei, als sie Binärlegierungen ohne zusätzliches 60 zwischen — 18 und 93 ⁰C kaltverformt.

Element aufweisen. Unwesentlich ist die Arbeitsweise, die zum Abkühlen

Wie oben schon erwähnt, wird die Legierung inner- der Legierung auf die Kaltwalztemperatur angewendet

halb des obenerwähnten Temperaturbereichs warm wird, und es kann daher jede beliebige geeignete

verformt, wobei erfindungsgemäß die bevorzugte Arbeitsweise, jedes beliebige Kühlverhältnis gewählt

Arbeitsweise das Warmwalzen ist und das vorliegende 65 werden; so kann die Legierung z. B. durch Sprühen,

Verfahren in bezug auf diese bevorzugte Arbeitsweise im Wasserbad oder an der Luft gekühlt werden,

näher beschrieben wird. Selbstverständlich können Der Ausdruck Kaltverformung wird in seiner her-

auch sonstige, dem Fachmann bekannte Warmver- kömmlichen Bedeutung verwendet, obwohl erfindungs-

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gemäß das Kaltwalzen bevorzugt ist und dasvorliegende 982° C warmverformt und daraufhin schnell abgekühlt

Verfahren in bezug auf diese bevorzugte Arbeitsweise werden. Die Temperatur ist bei der Warmverformung

näher beschrieben wird. Selbstverständlich können im Verhältnis zum Aluminiumgehalt in umgekehrter

auch andere Kaltverformungsmethoden, wie z. B. Proportion veränderlich, d. h., je kleiner der Alumini-Kaltrecken bzw. -ziehen, Gesenkschmieden bzw. Kalt- 5 umgehalt ist, desto höher ist die Temperatur bei der

gesenkdrücken und Kalthämmern bzw. -kneten, ange- Warmverformung. Die Temperatur der den optimalen

wendet werden. Aluminiumgehalt enthaltenden Zusammensetzung liegt

Besonders überraschend ist, daß die erfindungsge- zwischen 816 und 899° C. Die Behandlungszeit ist maß erhältlichen Legierungen ohne weiteres kaltver- unwesentlich und muß nur insofern berücksichtigt werformt werden können, wobei Kaltwalzreduzierungen io den, als sie zum Erhalt einer gleichmäßigen Temperabis 50 °/o innerhalb des optimalen Zusammensetzungs- tür ausreicht. Nach der Warmverformung wird die Lebereichs (9,8 bis 10,0% Aluminium) und sogar von gierung rasch auf mindestens 538°C abgekühlt, wobei über 50%. wenn Aluminium innerhalb des breiten Zu- später die Abkühlgeschwindigkeit nicht mehr wesentsammensetzungsbereichs (9,0 bis 11,8 °/„ Aluminium) lieh ist, obwohl die Legierung auf Wunsch auch auf eine in Richtung auf den niedrigsten Aluminiumgehalt liegt, 15 niedrigere Temperatur schnell abgekühlt werden kann, erhalten werden können. Die bevorzugte Kühlmethode ist die Wasserkühlung,

Diese überraschende Möglichkeit gestattet die Ein- obgleich auch die ölkühlung und die Kühlung mit umführung einer ganz neuen Klasse von Handelsproduk- laufender Luft für die Legierung angewendet werden ten auf der Basis dieser Zusammensetzung. Besonders können.

wichtig ist, daß diese Legierungen nunmehr in Form ao Durch die Warmverformung wird der größte Teil der

von Bandrollen oder Blech geringer Dicke als handeis- Legierung in die /?-Phase übergeführt. Beim raschen

übliche Erzeugnisse herstellbar sind. Diese Erzeugnisse Abkühlen behält die Legierung einen großen Anteil an

befriedigen einen bedeutenden Bedarf des Handels und /J-Phase bei, wobei die ß-Phase eine strukturmäßige

waren bisher im Handel nicht erhältlich. Umwandlung durchmacht, welche als martensitische

Die Dickenabnahme während der Kaltwalzung as Umwandlung bekannt ist, und zu einer bedeutsamen hängt von mehreren Faktoren ab. Falls keine Walzun- Erhöhung der Festigkeit und zum Erhalt einer Legiegen mit Zwischenglühungen erforderlich sind, kann die rung führt, die eine ausgezeichnete Festigkeit, gepaart Legierung bis auf die Endabmessung kalt ausgewalzt mit Dehnbarkeit, besitzt. Diese Kombination von werden. Der genaue Reduktionsprozentsatz beim Kalt- Warmverformung und raschem Abkühlen wird als walzen ist unwesentlich, da der Prozentsatz und die 30 »^-Phasen bildender« Vorgang bezeichnet.
Anzahl der Kaltwalzvorgänge von der Wirtschaftlich- Die erfindungsgemäßen Zusatzelemente der vorkeit der Fertigung abhängig sind. Um die Kaltwalz- liegenden Legierung behindern wirksam das Kornreduktion auf ein Minimum zu beschränken, kann die wachstum während des /J-bildenden Vorgangs und Legierung nach Wunsch innerhalb des angegebenen tragen somit zum Erhalt einer Endkorngröße bei, die Warmwalzbereichs wieder erhitzt und für die Kalt- 35 feiner ist, als wenn kein solches zusätzhches Element walzung auf eine geringere Stärke weiter warmgewalzt vorhanden ist.
werden. Eine noch weitergehende Verbesserung kann erzielt

Die Legierung kann nach Wunsch in diesem Kalt- werden, indem die Legierung noch dem ^-bildenden

walzzustand in den Handel gebracht werden. Vorgang einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

Nach der gewünschten Reduktion im Kaltwalzvor- 40 Dabei erhält man eine noch bessere Zugfestigkeit und

gang kann die Legierung aber auch bei Temperaturen insbesondere Streckgrenze. Dies wird dadurch erreicht,

zwischen 538 und 760⁰C und vorzugsweise zwischen daß die Legierung zumindest 30 Minuten lang bei einer

538 und 593° C und optimal zwischen 566 und 593° C Temperatur zwischen 260 und 482⁰C, vorzugsweise

vergütet werden. Bei Erhöhung der Glühtemperatur zwischen 316 und 399⁰C, geglüht wird. Weitere Ver-

steigt der 0-Phasengehalt, wobei — falls sich durch 45 besserungen der Festigkeit können durch Kaltwalzen

nachträgliches Abkühlen nicht der maximale Betrag entweder vor oder nach dem Glühen erzielt werden,

an «-Phase ausscheidet — die Dickenabnahme bei der Nach der Glühung erreichen die erfindungsgemäß

nachträglichen Kaltwalzung herabgesetzt wird. erhältlichen Legierungen höhere Streckgrenzenwerte

Die jeweilige Arbeitsweise bei der Wiedererhitzung sowie eine größere Festigkeit als vergleichbare Legie-

der Legierung auf diese erhöhte Temperatur ist nicht 50 rungen ohne zusätzliches Element. Man nimmt an, daß

sehr wesentlich, und jede geeignete Erhitzungsart kann dieser erhöhte Festigkeitszuwachs auf die Vergütuags-

angewendet werden. Die Legierung muß mindestens wirkung zurückzuführen ist, die zusätzlich neben der

2 Minuten lang bei dieser erhöhten Temperatur behan- Anlaßwirkung auftritt. Man nimmt ferner an, daß die

delt werden. Vergütung mit der Ausscheidung aus der übersättigten

Bei der bevorzugten Ausführungsform werden der 55 festen Lösung der obenerwähnten halbleitenden Ver-

Kaltwalz- und Vergütungsvorgang vorzugsweise mehr- bindungen zusammenhängt.

mais wiederholt. Optimale Ergebnisse wurden nach drei Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung be-

Kaltwalz- und Vergütungsvorgängen erzielt. Nach der steht darin, daß sich die vergütete Legierung dank ihrer

erfindungsgemäßen Arbeitsweise und insbesondere den ausgezeichneten Verformbarkeit zu Gegenständen bzw.

drei Kaltwalz- und Vergütungsvorgängen kann ein 60 Bauteilen verschiedener Formen verformen läßt und

sehr feinkörniges Gefüge erhalten werden. Dieses fein- sich besonders zur Verwendung als Balggebläse und

körnige Gefüge führt zur überlegenen Kombination Membrane eignet.

von Festigkeit und Dehnbarkeit der erfindungsge- Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die

mäßen Legierungen. vergütete oder warmverf ormte Walzlegierung in die

Das erfindungsgemäße Verfahren ist äußert viel- 65 gewünschte Gestalt gebracht werden kann. Das so her-

seitig und bietet dem Fachmann ohne weiteres die ver- gestellte Teil wird dann bei einer Temperatur von 760

schiedensten Abwandlungsmöglichkeiten. So kann die bis 927° C einer Hartlötbehandlung unterworfen, wäh-

Legierung z. B. nach dem Kaltwalzvorgang bei 593 bis rend welcher das Teil automatisch in einen Zustand mit

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einem hohen Anteil an /?-Phase gebracht wird, wobei wurden 10 bis 20 % Dickenabnahme pro Stich ange-

eine sehr hohe Festigkeit erhalten wird, wenn es nach wendet. Diese Dickenabnahmen wurden hauptsächlich

träglich, d. h. bei einem /^-bildenden Vorgang, abge- durch den Walzendurchmesser begrenzt, wobei größere

schreckt wird. Die Anwesenheit der Dispersion in den Dickenabnahmen besonders bei Legierungen ohne

erfindungsgemäßen Legierungen führt zu den oben- 5 weiteres erzielbar sind, die 10 % oder mehr Aluminium

erwähnten, vorteilhaften Eigenschaften. mit reiner /S-Sturktur bei 871⁰C enthalten und somit

Man kann wahlweise auch nach der Hartlötbehand- eine maximale Warmwalzfähigkeit besitzen,

lung oder Warmverformung des Formkörpers eine b) Nach der Warmwalzung wurden alle obengenann-

weitere Erhöhung der Festigkeit durch eine Glüh- ten Legierungen bei 593 ⁰C 30 Minuten lang zur/?-Bil-

behandlung erzielen, wobei die Dispersion die oben- io dung geglüht und dann zur Erzielung einer maximalen

erwähnten vorteilhaften Wirkungen ausübt. Dies kann Kaltwalzfähigkeit luftgekühlt. Die obige, 10,0 % Al

durch eine beliebige Nachbehandlung entweder durch und 5,0 % Fe enthaltende, im /3-Zustand befindliche

eine besondere Wärmebehandlung oder durch eine zu- Legierung konnte z. B. zu 35 % kaltgewalzt werden,

sätzliche Bearbeitung, wie z. B. Hartlöten, erreicht Die Mikrogefüge aller Legierungen wurden dann

werden, welche innerhalb des Vergütungsbereiches 15 durch Kaltwalzen von 1,2 mm weiter verfeinert. Dies

durchgeführt wird. geschah in drei Arbeitsgängen mit Zwischenglühung

Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Ver- bei 621° C nach jedem Kaltwalzvorgang. Durch diese

fahren außerordentlich vielseitig ist und daß dem Kaltwalzung wurde eine Korngröße der Legierungen

Fachmann zahlreiche Abwandlungen im Sinne der von etwa 0,010 mm Durchmesser erzielt,

vorliegenden Erfindung ohne weiteres naheliegen. 20 Die Mikrogefüge der Legierungen enthielten eine

Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß durch das diskrete, gleichmäßig verteilte Dispersion, die mit dem

oben beschriebene, einfache und brauchbare Verfahren Zusatzelement Eisen angereichert war.

eine neuartige und verbesserte Aluminiumbronze- c) Eine maximale Zugfestigkeit der Legierungen

Legierung erhalten werden kann, die sehr wünschens- wurde nach der oben angegebenen Behandlung durch

werte und überraschende vorteilhafte physikalische 25 eine /S-Behandlung innerhalb des Bereichs von 816 bis

Eigenschaften aufweist, wie sie bei solchen Legierungen 954° C unter Erzeugung von etwa 95% /?-Phase und

bisher nicht erreichbar waren, insbesondere hinsieht- 5% α-Phase erhalten. Optimale Eigenschaften der

lieh Festigkeit und Dehnung. So kann z. B. eine Zug- 10 % Al und 5,0 % Fe enthaltenden Legierung wurden

festigkeit von 77,3 bis 112,0 kg/mm² und eine 0,2 °/_?- durch eine 30 Minuten lange ^-Glühung bei 732° C und

Streckgrenze von 30,9 bis 56,2 kg/mm² zusammen mit 30 eine nachträgliche Abschreckung mit Wasser erhalten:

einer Bruchdehnung zwischen 12 bis 9 % erreicht wer- Streckgrenze 25,72 kg/mm²

^ Die» legierungen ^habf Trf ^gUI% t f tT£c⁶ Zugfestigkeit 116,07 kg/mm*

Leitfähigkeit, und zwar zwischen 10 und 16% IACS. Dehnung 10 6°/

Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ' °

können die Eigenschaften der Legierungen weitere 35 Eine weitere Verbesserung der Streckgrenze wurde

Verbesserungen erfahren. So erhöht z.B. die Vergü- durch eine /?-Behandlung bei 854° C und eine Anlaßbe-

tung, allerdings auf Kosten der Dehnung, die Streck- handlung bei 343°C während einer Stunde erzielt:

grenze beträchtlich, und zwar von 42,2 auf 77,3 kg/mm². Streckgrenze 71 35 kg/mm²

Bei anderen Ausführungsformen, bei welchen das Zugfestigkeit!'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. ll&OO kg/mm²

Kaltwalzen der Legierung nach ihrer Warmverformung 40 Dehnung 5 0°/

erfolgt, können Streckgrenzenwerte bis zu 80,9 kg/mm² '

und darüber zusammen mit einer Zugfestigkeit bis zu Die elektrische Leitfähigkeit der 10 % A1-/5 % Fe-

104,0 kg/mm² erreicht werden. Legierung, die einer jS-Glühung bei 816° C unterzogen

Diese Eigenschaften können auch unter Beibehaltung und dann mit Wasser abgeschreckt wurde, war 10,3 %

der anderen wünschenswerten Eigenschaften derartiger 45 IACS. Die Leitfähigkeit wurde durch eine nachträg-

Legierungen erhalten werden, wie z. B. einer guten liehe Gleichung bei 343⁰C, die 1 Stunde dauerte, ver-

Hartlötfähigkeit, Lötfähigkeit, Schweißfähigkeit, Kor- bessert. Die elektrische Leitfähigkeit wurde auf 11,4%

rosionsfestigkeit, Spannungskorrosionsfestigkeit und IACS erhöht.

Ermüdungsbeständigkeit. Ähnliche Eigenschaften wurden bei den anderen

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele 5° Legierungen durch ein vergleichbares Mengenverhält-

näher erläutert. nis der oc- und ß-Ph&SQ erzielt, indem die /S-bildende

Beispiel 1 Temperatur entsprechend eingestellt wurde.

Kupfer-Aluminium-Eisen-Legierungen Beispiel 2

a) Legierungen mit den nachfolgenden Zusammen- 55 Kupfer-Aluminium-Eisen-Legierungen
Setzungen wurden aus einer Beschickung aus Kathodenkupfer, einer Aluminium-Vorlegierung und handeis- a) Legierungen der folgenden Zusammensetzungen üblichem, reinem Aluminium in Form eines wurden aus einer Beschickung, die jener des Beispiels 1 · 44 · 114-mm-Kokillengusses hergestellt: ähnlich war, in Form von 62 · 305 · 762-mm-Guß-1.Al 9,4·/* Fe5,Oo/_o, Rest Cu 60 stücken Hartguß hergestellt:

2. Al 9,8%, Fe 3,0%, Rest Cu 1. Al 9,2%, Fe 4,4%, Rest Cu

3. Al 10,0%, Fe 4,0%, Rest Cu 2. Al 9,3%, Fe 4,3%, Rest Cu

4. AIlO₅OV₀, Fe 1,8%, Rest Cu 3. Al 9,5%, Fe 4,9%, Rest Cu

5. Al 10,0%, Fe 5,0%, Rest Cu _6g 4. Al 9,6%, Fe 4,3%, Rest Cu

Jede der Legierungen wurde innerhalb eines Tempe- Die Legierungen wurden bei Temperaturen von 871

raturbereiches von 871 bis 704°C warmgewalzt. Bei bis 704°C warmgewalzt. Reduzierungen von etwa 5

Reduzierung der Stärke von 44 mm auf 1,2 mm bis 10% pro Stich wurden zur Reduktion der Dicke

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von 63 auf 8,8 mm verwendet, wobei diese wie im zierung der Dicke von 44 auf 1,2 mm verwendet, die

Beispiel 1 vom Walzendurchmesser begrenzt waren. vom Walzendurchmesser begrenzt war.

b) Nach dem Warmwalzvorgang wurden alle oben- b) Nach dem Warmwalzvorgang wurden sämtliche genannten Lagerungen bei 621⁰C 30 Minuten lang obengenannten Legierungen 30 Minuten lang — ähneiner ^-Glühung unterworfen und nachher luftgekühlt, 5 lieh wie im Beispiel 1 — bei 621⁰C einer /S-Glühung um eine maximale Kaltwalzfähigkeit zu erhalten. Die unterworfen, worauf sie luftgekühlt wurden. Die obige, Legierungen wurden von 8,8 mm auf eine Stärke von 10,1% Al und 1,06% Cr enthaltende Legierung im 0,7 mm kaltgewalzt. Die Legierungen wiesen eine /3-Zustand konnte z. B. 35 % kaltgewalzt werden.
Korngröße von 0,010 mm Durchmesser auf, während Die Mikrogefüge sämtlicher Legierungen wurden ihre Mikrogefüge eine an Eisen reiche, gleichmäßig io dann wie im Beispiel 1 weiter verbessert, wobei eine verteilte Dispersion enthielten. Korngröße von etwa 0,010 mm Durchmesser erhalten

Bei der niederen Temperatur im ^-Zustand zeigten wurde. Die Mikrogefüge der Legierungen enthielten

die 9,5% Al und 4,9% F^e enthaltenden Legierungen eine diskrete, gleichmäßig verteilte Dispersion, die

folgende Eigenschaften: reich an Chrom war.

Streckgrenze 35,2 kg/mm^{2 15} „^c) Maximale mechanische Eigenschaften wurden bei

Zugfestigkeit 67,5 kg/mm² f™ obengenannten Legierungen wie bei Beispiel 1

•p. T γ, o / durch eine p-Benandlung zur Erzielung einer maxima-

^g ^/o len jS-Phase erhalten. So wurde z. B. die 10,1 % Al und

Nach dem Kaltwalzen um 54% zeigten diese Legie- 1,06% Cr enthaltende Legierung 30 Minuten lang

rungen folgende Eigenschaften: a° einer ß-Glühung bei 843⁰C unterworfen und dann mit

Streckgrenze 81,46 kg/mm^{2 Was}f^r abgeschreckt, wobei folgende Ergebnisse erzielt

Zugfestigkeit 104,0 kg/mm² wurden:

Dehnung 2,0% Streckgrenze 47,1 kg/mm²

..,,., „ , , , , , . , , Zugfestigkeit 131,7 kg/mm²

Ähnliche Eigenschaften wurden auch bei den ande- as Dehnung 10°/

ren Legierungen erzielt. °

c) Maximale mechanische Eigenschaften wurden bei Eine weitere Verbesserung der Streckgrenze wurde den obengenannten Legierungen durch eine ß-Behand- durch eine /?-Behandlung bei 854⁰C, die 30 Minuten lung zur Erzielung eines maximalen Anteils an ß-Phase dauerte, erzielt, auf die 1 Stunde lang eine Anlaßerhalten, und zwar auf eine Weise, die jener des Bei- 30 behandlung bei 343°C folgte:

spiels 1 ähnlich war. Die 9,5% Al und 4,9% Fe ent- Streckgrenze 78,5 kg/mm²

haltende Legierung wurde z. B bei 887 C 30 Minuten Zugfestigkeit 176,7 kg/mm²

lang einer p-Gluhung unterworfen und dann mit Wasser Dehnung 5 °/

abgeschreckt. Als Ergebnis dieser Behandlung wurden °

folgende Eigenschaften erzielt: 35 Die elektrische Leitfähigkeit dieser Legierung,

Streckgrenze 45 0 kg/mm² welche bei 816° C einer /S-Glühung und nachher einer

1127 kg/mm² Abschreckung mit Wasser unterworfen worden war, ' ^8/ betrug 12,5 % IACS. Eine Verbesserung der Leitfähigkeit wurde durch eine lstündige nachträgliche Anlaß-Eine weitere Verbesserung der Streckgrenze wurde 40 behandlung bei 343⁰C erzielt. Die elektrise Leitfähigdurch eine 30 Minuten dauernde ^-Behandlung bei keit wurde auf 15,1% IACS erhöht.
899° C erhalten, worauf 1 Stunde lang eine Anlaßbe- Ähnliche Eigenschaften wurden bei den anderen handlung bei 343 ⁰C folgte, wobei folgende Ergebnisse Legierungen dieses Beispiels durch ein vergleichbares erzielt werden: Mengenverhältnis der «-und /J-Phase und eine entStreckgrenze 74,64 kg/mm^{2 45} sprechende Einstellung der ^-bildenden Temperatur erZugfestigkeit 159,8 kg/mm² ^nelt

Dehnung 5,0% Beispiel 4

Ähnliche Eigenschaften wurden auch bei den ande- Kupfer-Aluminium-Zirkonium-Legierungen

ren Legierungen diese sBeispiels erhalten. 50 a) Legierungen in den nachfolgenden Zusammensetzungen wurden wie im Beispiel 1 in Form eines Beispiel3 44-44- 114-mm-Kokillengusses erhalten.

Kupfer-Aluminium-Chrom-Legierungen 1. Al 9,9%, Zr 0,17%, Rest Cu

_{Λ T} . . , -, , . _. , «, 2. Al 10,0%, Zr 0,24%, Rest Cu

a) Legierungen mit den nachfolgenden Eigenschaften 55 3 AIlOl⁰/ Zr 0 08°/ Rest Cu
wurden aus einer Beschickung aus Kathodenkupfer, ' ' '

einer Aluminium-Chrom-Vorlegierung und handeis- Jede der Legierungen wurde auf eine Weise warmüblichem, reinem Aluminium in Form eines gewalzt, die jener des Beispiels 1 ähnlich war.
44 · 44 ■ 114-mm-Kokillengusses hergestellt: b) Nach dem Warmwalzen wurden alle obengenann-

60 ten Legierungen wie im Beispiel 1 30 Minuten lang bei 621° C einer /3-Glühung unterworfen und dann zur Erzielung einer maximalen Kaltwalzfähigkeit luftgekühlt. Die obige, 9,9% Al und 0,17% Zr enthaltende Legierung im /J-Zustand konnte z. B. 50% kaltgewalzt wer-65 den.

Jede der Legierungen wurde bei Temperaturen Die Mikrogefüge aller Legierungen wurden dann

zwischen 871 und 704⁰C warmgewalzt. Es wurden durch Kaltwalzen wie im Beispiel 1 zur Erzielung einer Reduktionen von etwa 10 bis 20% pro Stich zur Redu- Korngröße mit einem etwa 0,010 mm großen Durch-

Dehnung 7«V

1.	Al	9,7%,	Cr	1,2%,	Rest	Cu
2.	Al	9,9%,	Cr	0,46%,	Rest	Cu
3.	Al	10,0%,	Cr	1,4%	Rest	Cu
4.	Al	10,1%,	Cr	1,06%,	Rest	Cu

Claims

11 12

messer weiter reduziert, und sie enthielten eine gleich- Optimale Eigenschaften wurden z. B. bei der obigen,

mäßig verteilte Dispersion, die reich an Zirkonium 10,3% Al und 2,0% Ti enthaltenden Legierung durch

war. eine 30 Minuten dauernde /?-Glühung bei 843 ⁰C er-

c) Maximale mechanische Eigenschaften wurden zielt, auf die eine Wasserabschreckung folgte, wobei

bei allen obengenannten Legierungen durch eine 5 folgende Ergebnisse erhalten wurden:

^-Behandlung nach Beispiel 1 zur Erzielung einer Streckgrenze 65,82kg/mm²

jö-Phase von etwa 95 % und einer «-Phase von 5 % er- Zugfestigkeit 102 14 kg/mm²

halten. Bei der obigen, 10,1 % Al und 0,08 % Zr ent- Dehnunf 3 °/

haltenden Legierung wurden maximale Eigenschaften

durch eine 30 Minuten dauernde/3-Glühung bei 843° C io Durch die Temperbehandlung wurde zwar die

erzielt, auf welche eine Abschreckung mit Wasser er- Streckgrenze etwas erhöht, die Zugfestigkeit jedoch

folgte, wobei folgende Ergebnisse erzielt wurden: vermindert. Die elektrische Leitfähigkeit dieser Legie-

Streckgrenze 58,12 kg/mm² ™ng, ^die ^h£ 816°C einer /Wluhung unterworfen und

Zugfestigkeit 100,51 kg/mm* J*?_ ^mil Wasser abgeschreckt wurde betrug 10,8 %

¹⁵ IACS Eine Verbesserung der Leitfähigkeit wurde

J?_ l
Dehnung 8°/ ¹⁵ IACS. Eine Verbesserung der Leitfähigkeit wurde

durch die nachträgliche, 1 Stunde dauernde Anlaß-

Eine weitere Verbesserung der Streckgrenze wurde behandlung bei 343 ⁰C erhalten, wobei ein Wert von durch eine /S-Glühung, die 30 Minuten dauerte, bei 13,2% IACS erzielt wurde.

854°C erzielt, auf welche eine Wasserabschreckung Ähnliche Eigenschaften wurden bei den anderen undeinelstündigeTemperbehandlungbei343°Cfolgte: 20 Legierungen durch ein vergleichbares Mengenver-Streckgrenze 81,32 kg/mm* ^Μ1*^ηίδ <*er «Γ. ^u"^d f^Pi*^{se und} entsprechende EinZugfestigkeit 120,50 kg/mm^{2 ste}"^{une der} 0-Mdenden Temperatur erreicht.

Dehnung 2°/ ^{e scnon} erwähnt, sind die erfindungsgemaß her-

zustellenden Legierungen außerordentlich vielseitig und

Die elektrische Leitfähigkeit dieser Legierung, welche 25 finden auf sehr vielen Gebieten Verwendung, wie z. B. bei 816⁰C einer /3-Glühung und nachher einer Ab- für ungeheizte, kryogene Druckbehälter, bei welchen schreckung mit Wasser unterworfen worden war, be- außerordentlich hohe Schweißfestigkeiten erzielt wertrug 12,4 % IACS. Eine Verbesserung der Leitfähigkeit den können. Wird eine Legierung im weichen Zustand, wurde durch eine nachträgliche lstündigeAnlaßbehand- d. h. im maximalen «-Zustand, unter Verwendung der lung bei 343° C erzielt, wobei ein Wert von 13,7% IACS 30 Stamm-Legierung als Schweißzusatz TIG-geschweißt, erhalten wurde. erfolgt der Bruch im Zugversuch stets in der Grund-

Ähnliche Eigenschaften wurden bei den anderen Le- platte. Die Eigenschaften der Schweißkonstruktion gierungen durch ein vergleichbares Mengenverhältnis sind somit jene des Grundmaterials,
der κ- und /3-Phase und eine entsprechende Einstellung Die erfindungsgemäß herstellbaren Legierungen

der /^-bildenden Temperatur erhalten. 35 können ferner ähnlich wie die Beryllium-Kupfer-Le

gierungen dort verwendet werden, wo große Festigkeit

Beispiel 5 und Funkenfreiheit erforderlich sind. Weitere Ver-

Kupfer-Aluminium-Titan-Legierungen Wendung finden die erfindungsgemäß erhältlichen Le-

gierungen auch bei Messerschmiedearbeiten, da man

a) Legierungen mit den folgenden Zusammensetzun- 40 durch die kombinierte Wärmebehandlung und Kaltgen wurden wie im Beispiel 1 in Form eines walzbehandlung eine außerordentlich hohe Härte und 44 · 44 · 114-mm-Kokillengusses erhalten, nur daß Schneidhaltigkeit erzielen kann. Die Legierungen könjetzt vor der Zugabe der Aluminium-Titan-Vorlegie- nen darüber hinaus als Drahtlegierungen bei Fourrung die Holzkohlendecke entfernt und eine KCl- driniermaschinen Verwendung finden, da sie infolge Flußdecke verwendet wurde: 45 ihrer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit in ihrer

1 Al 10 3 °/ Ti 2 0 °/ Rest Cu Leistung den herkömmlichen Legierungen auf Kupfer-

2. Al ll|4«/I,' Til,'l%°,' Rest Cu basis überlegen sind.

3. Al 11,6%, Ti 1,2%, Rest Cu ^Sie _1T ^{konnen fe}™^{er al}* Lagermaterial fur Stahl

mantellager verwendet werden, da sie ein Gefuge haben,

Jede der Legierungen wurde wie im Beispiel 1 warm- 50 in welchem eine Hartphase in einer weichen Matrix gewalzt. verteilt werden kann.

b) Nach dem Warmwalzen wurden alle obengenann-

ten Legierungen 30 Minuten lang —wie im Beispiel 1 — Patentansprüche:

bei 621° C einer/3-Glühung unterworfen und dann zum 1. Verfahren zur Herstellung einer hochfesten

Erhalt einer maximalen Kaltwalzfähigkeit luftgekühlt. 55 Aluminiumbronze-Legierung, dadurch ge-Die obige, 10,3% Al und 2,0% Ti enthaltende Legie- kennzeichnet, daß eine Legierung aus

rung konnte im ^-Zustand z. B. 30% kaltgewalzt wer- 9,0 bis 11,8 % Aluminium und 2,0 bis 5,0% Eisen,

den. 0,4 bis 2,0% Chrom, Titan, Molybdän, Niob oder

Die Mikrogefüge aller Legierungen wurden dann Vanadin oder 0,05 bis 0,2% Zirkonium oder

wie im Beispiel 1 zur Erzielung einer Korngröße von 60 Mischungen dieser Elemente in einer Gesamtmenge etwa 0,010 mm Durchmesser durch Kaltwalzen weiter von weniger als 10,0% und Rest Kupfer im Gußzu-

reduziert. Die Mikrogefüge der Legierungen enthielten stand bei 1010 bis 538° C warm verformt wird, wäh-

eine diskrete, gleichmäßig verteilte Dispersion, die rend der Warmverformung oder anschließend an

reich an Titan war. dieselbe wenigstens zwei Minuten lang auf einer

c) Maximale mechanische Eigenschaften wurden bei 65 Temperatur im Bereich von 556 bis 593 ° C gehalten, allen vorgenannten Legierungen erhalten, und zwar bei einer Temperatur unterhalb 260° C kalt verdurch eine /3-Behandlung zur Erzielung einer Menge an formt, auf eine Temperatur von 593 bis 982° C er-/?-Phase von etwa 95 % und an α-Phase von 5 %· hitzt und anschließend schnell abgekühlt wird.

13 14

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Kaltwalzen und das Glühen dreizeichnet, daß die Legierung nach dem Kaltwalzen mal wiederholt werden.

für mindestens zwei Minuten auf 538 bis 760° C

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

erhitzt und anschließend schnell abgekühlt wird, zeichnet, daß das schnelle Abkühlen sich an die

wobei das Kaltwalzen sowie das Glühen Vorzugs- 5 Glühung der Legierung bei einer Temperatur von

weise mehrere Male wiederholt werden. 260 bis 482° C während einer Zeitspanne von wenig-

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- stens 30 Minuten anschließt.