DE19514803C2 - Herstellungsverfahren für ein Formteil aus einer Kupfer(CU)-Zirkonium(Zr)-Cer(Ce)-Lanthan(La)-Legierung durch thermomechanische Behandlung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kupfer-Zirkonium-Cer-Lanthan-Legierung nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1. Eine derartige Legierung ist z. B. aus GB 2 181 742 A bekannt.

Kupfer-Chrom-Legierungen mit einem Chromanteil von ungefähr 1 Gewichtsprozent können mit einer elektrische Leitfähigkeit hergestellt wer­ den, die zu 80% der reinen Kupfers entspricht, und ihre Festigkeit kann durch eine geeignete thermomechanische Behandlung ungefähr zwei- bis dreimal ge­ genüber Kupfer verbessert werden. Im Falle der industriellen Verwendung enthalten diese Legierungen manchmal einen winzigen Anteil von Silber (Ag) und werden zweckmäßigerweise im Bereich elektrischer und elektronischer Anwendungen eingesetzt.

Für den Fall, daß eine derartige Legierung in einem elektrischen Kontaktstück oder in einer Elektrode beim Widerstandsschweißen verwendet wird, wird bei hohen Drücken ein hoher elektrischer Wechselstrom angelegt. Deshalb treten eine Reihe von Problemen auf, wie das Erhitzen auf hohe Temperaturen, sowie der übermäßige Verlust von Schweißspitzen durch Ankleben am zu verschwei­ ßenden Material.

Fügt man, um die Stoffeigenschaften zu verbessern, eine Reihe spezieller Ele­ mente hinzu, so läßt sich die Härte solcher Legierungen im allgemeinen bis zu einem bestimmten Grad in Abhängigkeit von den zugefügten Elementen und deren Anteilen verbessern. Die elektrische Leitfähigkeit wird dabei jedoch ziemlich beeinträchtigt.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben genannten Nachteile der allgemein verwendeten Materialien zu vermeiden.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine Legierung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bereitzustellen, bei welcher Cer und Lanthan (welche eine niedrige Lösungsglühgrenze (engl.: "solid solu­ tion limit") sowie eine hohe Reaktivität gegenüber Kupfer aufweisen) zu einer Kupfer-Zirkonium-Legierung hinzugefügt werden, wobei sich nach einem Lö­ sungsglühen (engl.: "solid solution treatment") während einer Vergütungsbe­ handlung bei 400° bis 550°C feine Ausfällungen gleichmäßig bilden, wodurch es möglich ist, die Härte und die elektrische Leitfähigkeit der Legierungsmatrix auf den Normwerten HRB 70 bis 90 sowie IACS 70 bis 90% zu halten.

Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Legierung ist Kupfer, dem gegebe­ nenfalls Silber zugesetzt sein kann, sowie unter Berücksichtigung der elektri­ schen Leitfähigkeit und der Härte Zirkonium im Bereich von 0,2 bis 3,0 Ge­ wichtsprozent anstelle von Chrom. Weiterhin werden Cer und Lanthan (La) in der Größenordnung von 0,05 bis 0,50 Gewichtsprozent hinzugefügt, so daß Aus­ fällungen wie Cu₄Zr, CuZr, Cu_xCe, Cu_xLa, Cu_xNd und Cu_xPr während einer thermomechanischen Behandlung ausgefällt werden können, wobei die Legie­ rung in Gußblöcke gegossen wird.

Um die gesamte Menge des Cer- und Lanthan-Anteils auf 0,05 bis 0,5 Ge­ wichtsprozent einzustellen, kann ein Mischmetallanteil in der Größenordnung von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent hinzugefügt werden. Bei diesem Mischmetall handelt es sich um ein Materialgemisch, welches zu ungefähr 50 Gewichtspro­ zent aus Cer, ungefähr 25 Gewichtsprozent aus Lanthan, ungefähr 15 Ge­ wichtsprozent aus Neodym und ungefähr 5 Gewichtsprozent aus Praseodym besteht. Das Mischmetall führt dabei zu guten Gesamtergebnissen.

Weiterhin erfüllt diese Legierung die Vorgabewerte HRB 70 bis 90 sowie IACS 70 bis 90% bezüglich der Härte und der elektrischen Leitfähigkeit, wenn drei im folgenden näher erläuterte thermomechanische Behandlungsverfahren angewandt werden, um die Materialien oder daraus gefertigte Teile herzustel­ len. Dadurch kann die Legierung verbessert werden, so daß sie als Kontaktma­ terial oder für Elektroden zum Widerstandsschweißen verwendet werden kann.

• A. Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren umfaßt:
• (1) Warmverformen;
• (2) Lösungsglühen;
• (3) Kaltverformen;
• (4) Aushärten und anschließendes Kühlen;
• (5) Kaltverformen.
• B. Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren wird die Aushärtungsbe­ handlung (4) vor dem Kaltverformen (3) durchgeführt.
• C. Bei einem weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren wird auf den Kaltverfor­ mungsschritt im Verfahren A verzichtet.

Im folgenden werden die Parameter für die einzelnen Behandlungsschritte an­ gegeben:

• (1) Warmverformen bei 800 bis 950°C, durch Schmieden, Walzen oder Strangpressen mit einem solchen Verformungsgrad, so daß das Guß­ gefüge beseitigt wird;
• (2) Lösungsglühen bei 800 bis 1050°C für mehr als eine Stunde und an­ schließendes Abschrecken in Wasser oder Öl;
• (3) Kaltverformen durch Walzen, Schmieden oder Ziehen bei Raumtem­ peratur;
• (4) Aushärten bei 400 bis 550°C und anschließendes Kühlen in Wasser, Öl oder Luft;
• (5) Kaltverformen zum Fertigteil durch Walzen, Schmieden oder Ziehen.

Tabelle 1 zeigt die chemische Zusammensetzung verschiedener Beispiele der erfindungsgemäß herzustellenden Legierung und Tabelle 2 zeigt die Härte und die elektri­ sche Leitfähigkeit einiger erfindungsgemäß hergestellten Legierungen, die einer thermo­ mechanischen Behandlung unterzogen worden sind.

Ein Gußbarren mit einer Dicke von 70 mm wird homogenisiert, dann wird der Verfahrensschritt

• (1) Warmverformen bei einer Temperatur von 880°C durchgeführt, wobei der Gußbarren auf eine Dicke von 10 mm gebracht wird, um das Gußgefüge zu be­ seitigen.
• (2) Das Teil wird auf 960°C für mehr als eine Stunde aufgewärmt, und wird dann wassergekühlt, wobei ein Lösungsglühen durchgeführt wird.
• (3) Durch Kaltverformen wird eine 85%ige Reduktion auf eine Dicke von 1,5 mm erzielt.
• (4) Das Teil wird bei 425° bis 550°C drei Stunden lang aufgeheizt, und dann wassergekühlt, wodurch ein Aushärten erfolgt.

Tabelle 2 zeigt wie eine Cu-Zr-MS-Legierung, bei welcher Cer sowie Lanthan in Form von Mischmetall hinzugefügt worden sind, und die im Vergleich zu ei­ nigen anderen Legierungen eine hohe Beständigkeit gegen eine Überalterung bei der Vergütungsbehandlung bei Temperaturen von über 500°C aufweist. Dies ist ein Anzeichen dafür, daß sie eine ausreichende Stabilität hat. Weiter­ hin werden durch das Hinzufügen zusätzlicher Elemente im Falle einer Cu-Zr- MS-Legierung die Vorgaben für die Härte und elektrische Leitfähigkeit erfüllt, selbst wenn die gesamte Hinzugabe von Zirkonium und Mischmetall (MS) we­ niger als 0,6 Gewichtsprozent betrug.

Weiterhin werden im Fall von ausgefällten und nicht gelösten Zirkoniumteilen in der Cu-Zr-MS-Legierung eine gleichmäßigere und feinere Verteilung er­ reicht, wodurch auch eine höhere Homogenität erzielt wird.

Tabelle 1

Beispiele für die chemische Zusammensetzung einer Kupfer-Zirkonium-Cer- Lanthan-Legierung (Einheit: Gewichtsprozent)

In der obigen Tabelle steht MS für Mischmetall.

Tabelle 2

Härte und elektrische Leitfähigkeit der erfindungsgemäßen Kupfer-Zirkonium- Cer-Lanthan-Legierung nach einer thermomechanischen Behandlung. (Härte: HRB, Leitfähigkeit: IACS %)

MS: Mischmetall
HRB: Rockwell Härte auf der B Skala
IACS: International Annealed Copper Standard % (elektrische Leitfähigkeit).

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einer Kupfer-Zirkoni­ um-Cer-Lanthan-Legierung bestehend aus:

• (a) 0.05 bis 0.50 Gew.-% Cer und Lanthan;
• (b) bis zu 0.10 Gew.-% Neodym und Praseodym;
• (c) 0.20 bis 3.0 Gew.-% Zirkonium; und
• (d) Kupfer mit oder ohne Silber als Rest;

durch thermomechanische Behandlung,
gekennzeichnet durch folgende Behandlungsschritte:

• (1) Warmverformen bei 800 bis 950°C, durch Schmieden, Walzen oder Strangpressen mit einem solchen Verformungsgrad, daß das Gußgefüge beseitigt wird;
• (2) Lösungsglühen bei 800 bis 1050°C für mehr als eine Stunde und an­ schließendes Abschrecken in Wasser oder Öl;
• (3) Kaltverformen durch Walzen, Schmieden oder Ziehen bei Raumtem­ peratur;
• (4) Aushärten bei 400 bis 550°C und anschließendes Kühlen in Wasser, Öl oder Luft;
• (5) Kaltverformen zum Fertigteil durch Walzen, Schmieden oder Ziehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Aushärtungsbehandlung (4) vor dem Kaltverformen (3) durch­ geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf den Kaltverformungsschritt (3) verzichtet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Cer-, Lanthan-, Neodym- und Praseodym-Ge­ halts 0,05 bis 0,5 Gew.-% Mischmetall bei der Legierungsherstellung verwen­ det wird.