DE2743471A1

DE2743471A1 - Verfahren zur herstellung von chrom enthaltenden kupferlegierungen

Info

Publication number: DE2743471A1
Application number: DE19772743471
Authority: DE
Inventors: John F Breedis; W Gary Watson
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1976-10-04
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1978-04-06
Also published as: IT1091144B; CA1089337A; JPS5344423A; US4047980A; GB1566776A; FR2366375A1

Description

u.Z. : M 346
Case: 728976-B
OLIN CORPORATION
East Alton, Illinois, V.St.A.

"Verfahren zur Herstellung von Chrom enthaltenden Kupferlegierungen"

Technisch brauchbare Kupferlegierungen mit hoher Festigkeit und gleichzeitig hoher elektrischer Leitfähigkeit sind im allgemeinen schwer zu erhalten, da die Bearbeitungsverfahren und Legierungsbestandteile, die beispielsweise zu guten Festigkeitseigenschaften führen, meist eine Erniedrigung der elektrisehen Leitfähigkeit der Legierungen mit sich bringen. Unter den zahlreichen Versuchen, dieses Problem zu lösen, wurde hauptsächlich nach zwei Gesichtspunkten verfahren. Der eine beruht auf der Auswahl der Elemente, die mit dem Kupfer legiert werden sollen, um eine hohe Festigkeit und gute elektrische Leitfähigkeit zu erzielen. Dabei, wurden bisher Elemente, wie Zirkonium und Chrom als Zusatz zu Kupferlegierungen verwendet. Ausscheidungsgehärtete, Chrom enthaltende Kupferlegierungen haben eine niedrigere elektrische Leitfähigkeit, jedoch eine höhere Festig-

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keit als reines Kupfer. Es ist bekannt, daß die Ausscheidung von Zirkonium in Kupfer gegenüber den Werten für die feste Lösung von Zirkonium.in Kupfer eine starke Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit, jedoch eine nur geringe Zunahme in den Festigkeitseigenschaften bewirkt.

Das andere Verfahren zur Erzielung der gewünschten Kombination von hoher Festigkeit und guter elektrischer Leitfähigkeit besteht in entsprechenden Bearbeitungsschritten der Legierung, nämlich im Homogenisierungsglühen, Warmbearbeiten, Lösungsglühen und Vergüten zur Erzielung hoher Festigkeitswerte, ohne daß hierbei eine Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit des Legierungssystems eintritt. So wird beispielsweise in der US-PS 3 930 894 ein Verfahren zur Bearbeitung von Phosphorbronzen beschrieben, bei dem die Legierung bei hohen Temperaturen homogenisierungsgeglüht, warmbearbeitet und kaltgewalzt, dazwischen lösungsgeglüht und schließlich hitzebehandelt wird, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Das in der US-PS beschriebene Legierungssystem kann auch Chrom enthalten. Nicht beschrieben ist die Bearbeitung von ausscheidungshärtbaren, Chrom enthaltenden Kupferlegierungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung Chrom enthaltender ausscheidungshärtbarer Kupferlegierungen zu schaffen, das eine Legierung mit verbesserter. Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit liefert. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

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Die Erfindung betrifft somit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Chrom enthaltender Kupferlegierungen mit verbesserter Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit ist somit gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte des Lösungsglühens, bei dem alle Legierungselemente in eine maximale feste Lösung gebracht werden, des Kaltwalzens, um die Legierung zu einer hohen Festigkeit kalt zu härten, und schließlich der Verfahrensschritte der abwechselnden Vergütung und des Kaltwalzens der Legierung.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Kupferlegierung muß ausscheidungshärtbar sein und mindestens eine geringe Menge Chrom enthalten. Gegebenenfalls können dem Kupfer-Chroin-Systern weitere Legierungselemente, wie Zirkonium, Vanadium und Niob, zugesetzt werden. Darüber hinaus können andere Elemente zugesetzt werden, die besonders erwünschte Festigkeits- und/oder Leitfähigkeitseigenschaf ten herbeiführen.

Die Stufe der Warmbearbeitung im erfindungsgemäßen Verfahren kann bereits für sich den Effekt des Lösungsglühens herbeiführen. Im allgemeinen erfolgt dies durch eine Varmbearbeitung bei Temperaturen, die ein Maximum an fester Lösung aller Legierungselemente bewirken. Diese Temperaturen sollen mindestens 95O°C, vorzugsweise 975 bis 1000⁰C betragen.

Vorzugsweise werden die erfindungsgemäß eingesetzten Legierun-L _J

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gen bei einer Temperatur von 25⁰C über dem Schmelzpunkt der Legierung bis zu etwa 13OO°C vergossen. Das Vergießen erfolgt nach bekannten Methoden.

Die Warmbearbeitung durch Walzen ist für die Weiterbearbeitung am zweckmäßigsten. Die im erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführte v/armbearbeitung unterliegt keinen besonderen dimensionalen Bedingungen. Sie wird wie in üblichen Walzbetrieben durchgeführt. Soll die V/armbearbeitung auch ein Lösungsglühen der Legierung bewirken, so muß sie ein Maximum an fester Lösung aller Legierungselemente herbeiführen. Damit wird während der Vergütung die spätere Ausscheidung eines sehr erwünschten mengenmäßig hohen Anteils einer feinen gleichmäßigen Dispersion von festen Zwischenphasen möglich, die aus Chrom und beispielsweise aus Zirkonium, Vanadium und/oder Niob bestehen, wobei die Phasen im Legierungsgefüge entweder als abhängige oder als durchmischte Phasen existieren. Das Lösungsglühen, sei es während dem Vsrfahrensschritt der Warmbearbeitung, sei es als gesonderter Verfahrensschritt nach der Warmbearbeitung, bewirkt auch ein Maximum an fester Lösung aller Legierungselemente. Dieses Lösungsglühen wird bei einer Temperatur von 950 bis 1000⁰C, vorzugsweise 975 bis 1000⁰C durchgeführt. Der Verfahrensschritt des Lösungsglühens kann zu jedem Zeitpunkt nach der V/armbearbeitung erfolgen, jedoch

müssen die Verfahrensschritte des raschen Abkühlens, des KaItbearbeitens und der Vergütung nach dem Lösungsglühen erfolgen.

Nach der V/armbearbeitung, gegebenenfalls in Kombination mit L -J

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einem anschließenden Lösungsglühen, wird die Legierung rasch abgekühlt, um das Maximum an fester Lösung aller Legierungselemente zu erhalten. Hierzu ist ein rasches Abkühlen auf mindestens 3SO⁰C bevorzugt. Das Abkühlen erfolgt nach bekannten Methoden unter Verwendung von Luft oder Flüssigkeit als Kühlmedium.

Der nächste erfindungsgemäße Verfahrensschritt ist die Kaltbearbeitung der Legierung. Mit ihr wird die Festigkeit der Legierung erhöht und dem Material die gewünschte Abmessung gegeben. Im allgemeinen wird die Legierung auf einen anfänglichen Verformungsgrad von mindestens 60%, vorzugsweise mindestens 75% kaltgewalzt. Mit diesem relativ hohen Kaltverformungsgrad wird sowohl eine höhere Kaltverfestigung der Legierung vor dein Vergüten als auch eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit der vergüteten Legierung erzielt. Die Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit nach dem Vergüten wird wahrscheinlich durch eine Veränderung der Kinetik der Ausscheidung im Legierungsgefü£-e verursacht. Ist die Legierung bei der Kaltbearbeitung auf die gewünschte Dimension reduziert, so ist das Verfahren mit der anschließenden Vergütungsstufe beendet. Die Kaltbearbeitung kann jedoch auch mit der Vergütungsstufe wiederholt abwechseln und das Verfahren entweder mit der Vergütung oder mit dem Kaltbearbeiten beendet werden.

Auf das Kaltbearbeiten der Legierung folgt die Vergütung. Sie wird im allgemeinen 1 bis 24 Stunden bei Temperaturen von 400 bis 500⁰C, vorzugsweise 2 bis 10 Stunden bei Temperaturen

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von ^·3Ο bis 4-7O⁰C, durchgeführt. Durch die Vergütung werden sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die elektrische Leitfähigkeit der Legierung verbessert. Nach diesem Verfahrensschritt der Vergütung wird die Legierung zu einem Verformungs- grad von mindestens 5O,<£, vorzugsweise 75% kaltgewalzt. Anschließend wird die Legierung 1 bis 24- Stunden bei Temperaturen von 150 bis 250⁰C, vorzugsweise 2 bis 10 Stunden bei 175 bis 225°C, vergütet. Durch diese letzte Vergütung wird die elektrische Leitfähigkeit der stark kaltgewalzten Legierung wieder hergestellt und somit die gewünschte Kombination von hoher elektriscner Leitfähigkeit und hoher Festigkeit der Legierung erhalten.

Das erfindungsgemäile Verfahren betrifft auch Verfahrensschritte der Fertigung von Endfabrikater. bzw. Formteilen aus der bearbeiteten Legierung, wobei die Formteile anschließend dem Verfahrensschritt der Vergütung bei niedrigen Temperaturen unterworfen werden. Der erfindungsgemäPe Verfahrensschritt des letzten Kaltwalzens wird also zu einem Verfahrensschritt der Fertigung des Formteils, das anschließend dem letzten Verfahrensschritt, d.h. der Vergütung bei niederen Temperaturen, unterworfen wird.

Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung. 25

Beispiel

Eine Kupferlegierung mit einem Gehalt von 0,60 Gewichtsprozent Chrom, 0,16 Gewichtsprozent Zirkonium und 0,18 Gewichts-

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y / /ι j /ι / ι

/!1

prozent Niob, Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen, wird unter vermindertem Druck geschmolzen und unter Argon als Schutzgas vergossen. Nach der Wärmebehandlung wird die Legierung 45 Minuten bei 1000⁰C lösungsgeglüht, um alle Legierungselemente möglichst vollständig in eine feste Lösung zu überführen. Anschließend wird die Legierung abgekühlt und zu einem Verformungsgrad von 75% kaltgewalzt. Die Legierung wird 4 Stunden einer Wärmebehandlung von 450⁰C unterworfen und anschließend bis zu einem v/eiteren Verformungsgrad von 75% kaltgewalzt.

Nach diesem Verfahrensschritt werden die Eigenschaften der Legierung ebenso wie nach einer zusätzlichen Wärmebehandlung von 8 Stunden bei 200⁰C gemessen. Sowohl die Festigkeit als auch die elektrische Leitfähigkeit der Legierung stiegen nach der zusätzlichen Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur. Die Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengefaßt. Die Werte werden in dieser Tabelle verglichen mit denen einer Legierung, die gemäß der in der Tabelle zitierten Veröffentlichung behandelt worden ist. Die bekannte Kupferlegierung enthält 0,40 Gewichtsprozent Chrom, 0,15 Gewichtsprozent Zirkonium und 0,05 Gewichtsprozent Magnesium, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen. Diese Legierung wurde dem in der Tabelle wiedergegebenen Bearbeitungsverfahren unterworfen und es wurden seine Werte sowohl nach dem Verfahrensschritt des Kaltwalzens als auch nach der zusätzlichen Wärmebearbeitung bestimmt.

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Tabelle

Festigkeit und elektrische	Leitfähigkeit	bei bleiben	Leitfähig
Bearbeitungsverfahren	Zugfestig«- Zugspannung	der Verfor	keit, %
	keit,0	mung von	(Internatio
	kg/cm	0,2%,₂	nal Annealed
		kg/cm	Copper Stan
			dard)
		6186
LG + 75% KG + 450⁰C/		6538	71
4 Std.+ 75% KG (A)	6468		74
(A) + 200°C/8 Std.	6889

Bearbeitungsverfahren der Vergleichslegierung (1)

LG + 60% QV +

1/2 Std. + 90% QV (A)

(A) + 45O°C/1/2 Std.

7Ο3Ο 6678

6819
6327

65 80

LG = Lösungsglühen KG = Kaltverformung QV = Querschnittsverminderung

(1) P.W. Taubenblatt u. Mitarb., Metals Engineering Quarterly, November 1972, Bd. 12, S. 41.

Die in der Tabelle wiedergegebenen Werte zeigen die Verbesserung sowohl in den Pestigkeits- als auch elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften der Legierung, die dem erfindungsgemäßen Verfahrensschritt des letzten Vergütens bei niedrigen Temperaturen unterworfen worden ist. Dieser Verbesserung sowohl der Festigkeit als auch der elektrischen Leitfähigkeit

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stehen die Eigenschaften der Legierung gegenüber, die nach dem in der Literatur beschriebenen Verfahren einer Warmbehandlung unterworfen wurde, wobei die Festigkeitseigenschaften bei der weiteren Bearbeitung abfielen und nur die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden konnte. Demzufolge stellt das erfindu.ngsgemäße Verfahren einen Weg zur Verfügung, bei dem sowohl die Festigkeits- als auch elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften einer Legierung verbessert werden, ohne daß eine der

Eigenschaften nachteilig beeinflußt wird. 10

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Claims

VOSSIUS VCSGIUS HILTL ?ATENTAN -.V Ä LTE SIEBERTSTRASSE 4 SOOO MÜNCHEN ββ PHONE: (Ο89) 47 4Ο 79 CABLE: BENZOLPATENT MÜNCHEN ■ TELEX 5-2Θ453 VOPAT D u.Z.: M 3-4-6 (DV/H) 27. September 1977 Case: 728976-B OLIN CORPORATION East Alton, Illinois, V.St.A. "Verfahren zur Herstellung von Chrom enthaltenden Kupferlegierungen" Priorität: 4. Oktober 1976, V.St.A., Nr. 728 976 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Chrom enthaltenden Kupferlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Chrom enthaltende, ausscheidungshärtbare Kupferlegierung vergießt,

b) die Legierung bei einer Anfangstemperatur von 950 bis 100O⁰C warmbearbeitet,

c) rasch abkühlt,

d) zu einem Verformungsgrad von mindestens 60% kaltwalzt,

e) 1 bit^C4 Stunden bei 4Ό0 bis 50O⁰C vergütet,

f) zu einem weiteren Verformungsgrad von mindestens 50.'^ kaltwalzt und

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g) 1 bis 24 Stunden bei I50 bis 25O⁰C vergütet.

2. Verfahren zur Herstellung von Chrom enthaltenden Kupferlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Chrom enthaltende, ausscheidungshärtbare Kupferlegierung vergießt,

b) die Legierung bei einer Anfangstemperatur von 850 bis

95O°C warmbearbeitet,

c) bei einer Temperatur von 950 bis 100O⁰C solange lösungsglüht, bis ein Maximum an fester Lösung der Legierungsmetalle sichergestellt ist,

d) rasch abkühlt,

e) zu einem Verformungsgrad von mindestens 60% kaltwalzt,und

f) 1 bis 24 Stunden bei 400 bis 500⁰C vergütet,

g) zu einem weiteren Verformungsgrad von mindestens 50%

kaltwalzt und
h) 1 bis 24 Stunden bei I50 bis 25O°C vergütet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung abwechselnd vergütet (e) und kaltwalzt (d), wobei man das Verfahren entweder mit der Vergütung oder dem Kaltwalzen beendet.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung abwechselnd vergütet (a) oder kaltwalzt (g).

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet·, daß man die Legierung bei einer. Temperatur von 25°C über dem Schmelzpunkt der Legierung bis zu 130O⁰C vergießt.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung beim raschen Abkühlen auf mindestens 55O°C abkühlt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Varmbearbeitung bei 975 bis 1000⁰C durchführt.

8. Verfahren nach Anspruch 2 und 4-, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung bei einer Temperatur von 25°C über dem Schmelzpunkt der Legierung bis zu 130O⁰C vergießt.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung beim raschen Abkühlen auf mindestens 35O°C abkühlt.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung bei 975 bis 100O⁰C lösungsglüht.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung im Verfahrensschritt (e) 2 bis 10 Stunden bei 43Ο bis 47O⁰C vergütet.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung im Verfahrensschritt (g) 2 bis 10 Stunden bei 175 bis 225°C vergütet.

13· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung im Verfahrensschritt (f) 2 bis 10 Stunden bei bis 47O⁰C vergütet. j

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14. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung im Verfahrensschritt (h) 2 bis 10 Stunden bei 175 bis 225⁰C vergütet.

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15. Verfahren nach Anspruch 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Verfahrensschritt der Vergütung (g) aus der bearbeiteten Legierung geknetete Formteile fertigt.

16. Verfahren nach Anspruch 2 und 4-, dadurch gekennzeichnet, 10 daß man vor dem Verfahrensschritt der Vergütung (h) aus der bearbeiteten Legierung geknetete Formteile fertigt.

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