DE2128829A1

DE2128829A1 - Low grain growth metal composites prodn

Info

Publication number: DE2128829A1
Application number: DE19712128829
Authority: DE
Inventors: Jerrold Myles Alton 111 Alyea (V St A) P
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1971-06-09
Filing date: 1971-06-09
Publication date: 1972-12-21

Abstract

Integral composite metal article of suitable grain size for mechanical deformation, for e.g. prodn. of utensils, heat exchangers, electrical hardware etc, is produced by recrystallising annealing of a cold worked composite, having a brass component contg. 5-35% Zn and a grain growth inhibiting element selected from Fe, Co, P, Ca or their mixtures, with balance Cu, integrally bonded to a side of an Fe base component. Annealing is carried out at 575-1000 degrees C to give a grain size of 0.005-0.025 mm.

Description

" Verfahren zur Herstellung eines Verbundmetalles lt Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur lIerstellung eines Verbundmetalles mit einer für die mechanische Verformung geeigneten Korngrösse, welches aus einem Grundmetall und mindestens einem davon verschiedenen Plattierungswerkstoff besteht."Method of making a composite metal according to the present The invention relates to a method for producing a composite metal with a grain size suitable for mechanical deformation, which consists of a base metal and at least one cladding material different therefrom.

Verbundmetalle, welche aus mindestens zwei voneinander verschiedenen Metallkomponenten bestehen, weisen vie:Le ganstige Eigenschaften auf und zwar infolge der Tatsache, dass die guten Eigenschaften eines Grundmetalles und mindestens -eines davon verschiedenen Plattierungswerkstoffes in einem einzigen Metallwerkstoff miteinander kombiniert werden können. Bei Verwendung nur einer einzigen Metallegierung können eine Vielzahl von Eigenschaften1 beispielsweise der Elastizitätsmodul, die Farbe, die Dichte sowie die Festigkeit in Kombination mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder auch hoher elektrischer Leitfähigkeit' durch die Zulegierung anderer Metalle oder Warmebehandlung nicht grtmdlegend modifiziert werden. Bei Verbundmetallen lassen sich jedoch die Eigenschaften des Plattierungswerkstoffes abändern, während die dem Grundmetall innewohnenden Eigenschaften beibehalten werden. Auf diese Weise lassen sich im Gegensatz zu einer einzigen Metallegierung die Eigenschaften des Werkstoffes oft ganz wesentlich abändern und in günstiger Weise beeiriflussen.Composite metals consisting of at least two different Metal components consist, have many: Le ganstige properties and that as a result the fact that the good properties of a base metal and at least one therefrom different cladding material in a single metal material with each other can be combined. If only a single metal alloy is used, you can a variety of properties1 such as the modulus of elasticity, the color, the density as well as the strength in combination with high thermal conductivity or also high electrical conductivity 'through the addition of other metals or Heat treatment cannot be fundamentally modified. Leave with composite metals however, the properties of the cladding material change, while the inherent properties of the base metal are retained. In this way In contrast to a single metal alloy, the properties of the Often change the material very significantly and influence it in a favorable manner.

Beispielsweise zeigt eine Eisenlegierung den Vorteil hoher Festigkeit und guter Kaltverformbarkeit. Durch Herstellung von Verbundmetallen unter Verwendung solcher Eisenlegierungen können die vorteilhaften vorstehend erwähnten Eigenschaften beibehalten werden, während gleichzeitig weitere gü@stige Eigenschaften durch den J?lattierungswerkstoff zusätzlich zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise eine hohe Verschleissbeständigkeit, eine ansprechende Farbe, eine gute Oxydationsbeständigkeit, eine -gute Anlaufbeständigkeit, -die Eigenschaft des IScntleitens von Wärme und/oder Elektrizität sowie eine gttte Oberflächenbeschaffenheit, d.h., die Oberflächeneigenscliaften des Werkstoffes werden in günstiger Weise verändert.For example, an iron alloy shows the advantage of high strength and good cold formability. By making composite metals using such iron alloys can have the advantageous properties mentioned above are retained, while at the same time other favorable properties through the J? Lattierungswerkstoff can also be made available, for example high wear resistance, attractive color, good resistance to oxidation, -good tarnish resistance, -the property of dissipating heat and / or Electricity and a good surface quality, i.e. the surface properties of the material are changed in a favorable manner.

Derartige Verbundmetalle können für die verschiedensten Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise für Wärmeaustauscher, als Metallwerkstoff für elektrische Zwecke und für Bauzwecke, zur Herstellung von Geräten, für Autozubehörteile, für - verschiffbare Transportbehälter und für Dekorationszwecke.Such composite metals can be used for a wide variety of purposes are, for example, for heat exchangers, as a metal material for electrical Purposes and for building purposes, for the manufacture of devices, for car accessories, for - Shippable transport containers and for decorative purposes.

Wenn jedoch das Verbundmetall nach seiner Herstellung einer Glühbehandlung unterworfen wird, kann in der Metallkomponente mit der niedrigsten Rekristallisationstemperatur bzw. dem niedrigsten Erweichungspunkt ein sehr starkes Kornwachstum auftreten, da es notwendig ist, die Glühtemperatur so hoch zu wählen, dass auch in der Metallkomponente oder der Legierung mit dem höchsten Erweichungspuilkt oder der höchsten Rekristallisationstemperatur noch eine Rekristallisation bewirkt wird.However, when the composite metal is subjected to an annealing treatment after its manufacture may be subjected to the metal component with the lowest recrystallization temperature or the lowest softening point, a very strong grain growth occur because it is necessary to keep the annealing temperature so high too choose that too in the metal component or alloy with the highest softening point or recrystallization is still effected at the highest recrystallization temperature.

Je nach der relativen Lage der Erweichungspunkte der das Verbundmetall aufbauenden Komponenten kann daher in dem Metall mit dem niedrigsten Erweiehungspunkt ein sehr starkes Kornwachstum beobachtet werden. Bei einer anschliessenden mechanischen Verformung, beispielsweise beim Ziehen oder einer anderen Verformungsoperation, kann dann bei dem Verbundmetall eine für kommerzielle Anwendungszwecke ungeeignete Oberflächenbeschaffenheit auftreten.Depending on the relative position of the softening points of the composite metal constituent components can therefore be found in the metal with the lowest softening point very strong grain growth can be observed. With a subsequent mechanical Deformation, for example during pulling or another deformation operation, The composite metal may then be unsuitable for commercial use Surface texture occur.

Erfindungsgemäss lassen sich die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten und Nachteile auf eine sehr einfache zweckmässige und bequeme Gleise beheben und insbesondere lassen sich Verbundmetalle herstellen, bei denen nach einer Glühbehandlung kein unerwünscht starkes Kornwachstum beobachtet wird.According to the present invention, the above-mentioned difficulties can be solved and fix disadvantages on a very simple practical and comfortable track and In particular, composite metals can be produced after an annealing treatment no undesirably strong grain growth is observed.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Verbundmetalles mit einer für die mechanische Verformung geeigneten Korngrösse, welches aus einem Grundmetall und mindestens einem davon verschiedenen Plattierungswerkstoff besteht, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Komponente des Verbundmetalles aus einem Messing mit einem Zinkgehalt von 5 bis 35 Prozent besteht, welches zusätzlich Eisen, Kobalt, Phosphor und/oder Calcium als Inhibitor für das Kornwachstum enthält, und dass das Verbundmetall zwecks Rekristallisation unter Einstellung einer Korngrösse im Messing von 0,005 bis 0,025 mm bei Temperaturen im Bereich von 575 bis 100000 geglüht wird.The inventive method for producing a composite metal with a grain size suitable for mechanical deformation, which consists of a Base metal and at least one different cladding material, is characterized in that at least one component of the composite metal consists of a brass with a zinc content of 5 to 35 percent, which is also Contains iron, cobalt, phosphorus and / or calcium as an inhibitor for grain growth, and that the composite metal for the purpose of recrystallization with adjustment of a grain size in brass from 0.005 to 0.025 mm at temperatures in the range from 575 to 100,000 is annealed.

Gemäss einer bevorzugten AusführungsfornI der B+findung werden die verschiedenen Iletallkomponenten des Verbundmetalles gemäss der Behre-der USA.-Patentschrift Nr. 3 381 365 miteinander verbunden. Infolge der Ausbildung von Oxidschichten, die sowohl anhaftend als auch flockiger Natur sind bei den für das Warm -walzen erforderlichen Temperaturen ist es nämlich schwierig, ein Verbundmetall unter Verwendung eines eisenhaltigen erkstoffes als Grundmetall herzustellen. Zwar bricht diese Oxidschicht während des Warmwalzvorganges öfters auf, doch bestehen trotzdem nach wie vor ziemlich schwierige technische Probleme bei der Herstellung eines solchen Verbundmetalles.According to a preferred embodiment of the invention, the various metal components of the composite metal according to the Behre-der USA.-Patent No. 3 381 365 connected to each other. As a result of the formation of oxide layers that both adherent and flaky in nature are among those required for hot rolling Namely, temperatures it is difficult to produce a composite metal using a to produce ferrous material as the base metal. It is true that this oxide layer breaks often during the hot rolling process, but still exist quite a bit difficult technical problems in the manufacture of such a composite metal.

Gemäss der in der USA. -Patentschrift 3 381 365 beschriebenen Methode wird das Grundmetall aus eisenhaltig cm Material mit einer Dicke von weniger als 12,7 mm auf eine Temperatur von 148,9 bis 732,2°C vorerhitzt und dann in einem Durchgang unter einer Dickenverminderung zwischen 35 bis 75 Prozent mit dem Plattierungswerkstoff bei einer Geschwindigkeit von mindestens 30,48 m je Minute zusammengewalzt. Dabei kommen das Grundmetall und der Plattierungswerkstoff erstmalig im Eingriffspalt der Walzen miteinander in Berührung. Das Plattierurgsmetall weist eine Dicke von weniger als 6,35 mm auf und berührt die Walze eher-als das Grundraetall aus Eisen. Es ist unbedingt erforderlich, dass der von dem zugeführten Grundmetall und dem zugeführten Plattierungswerkstoff eingeschlossene Winkel vor Eintritt in den Walzenspalt mehr als 50 und vorzugsweise mehr als 10 beträgt. Nur wenn dieser Einschlusswinkel mehr als 100 beträgt, wird nämlich sichergestellt, dass der Plattierungswerkstoff erst im Eingriffs spalt der Walzen mit dem Grundwerkstoff in Berührung kommt.According to the one in the USA. - Patent 3 381 365 described method The base metal is made of ferrous material with a thickness of less than cm Preheated 12.7 mm to a temperature of 148.9 to 732.2 ° C and then in one pass with a thickness reduction of between 35 to 75 percent with the cladding material rolled together at a speed of at least 30.48 m per minute. Included The base metal and the cladding material come into the engagement gap for the first time of the rollers in contact with each other. The plating metal has a thickness of less than 6.35 mm and touches the roller rather than the iron base metal. It is imperative that the base metal and the supplied cladding material included angles before entering the nip is more than 50 and preferably more than 10. Only if this included angle is more than 100, it ensures that the cladding material only when the rollers are in contact with the base material in touch comes.

Beim Eintritt in die Walzen ist die Vorwärtsgeschwindigkeit des Plattierungswerkstoffes und der Walzen voneinander verschieden, wäiirend beim Austritt aus der Walze diese Geschwindigkeit infolge der Dickenverminderung des Plattierungswerlrstoffes gleich geworden ist. Infolge dieses Unterschiedes in der Geschwindigkeit der Walzen und des Plattierungswerkstoffes sowie infolge der Tatsache, dass der Plattierungswerkstoff die Walzen eher berührt als das Grundmetall, wird eine Scherspannung erzielt und beim Walzeneingri-rf sowie an der Grenzfläche zwischen Grundmetall und Plattierungswerkstoff treten Scherkräfte auf. Diese Scherspannung verursacht in der genannten Grenzfläche einen turbulenten Materialfluss, wodurch eine innige Bindung zwischen den Metallen hervorgerufen~wird, da die lineare Grenzfläche zwischen den einzelnen Komponenten des Verbundmetalles um mindestens 20 Prozent vergrössert wird. Ausserdem ist diese Grenzfläche zwischen dem Grundmetall und den Plattierungswerkstoffen dadurch gekennzeichnet, dass praktisch keine interatomare Diffusion zwischen den Metallkomponenten zu beobachten ist.When entering the rollers is the forward speed of the cladding material and the rollers are different from one another, while these are different when they exit the roller The same speed due to the reduction in the thickness of the plating material has become. As a result of this difference in the speed of the rollers and of the cladding material as well as due to the fact that the cladding material touches the rolls sooner than the base metal, shear stress is achieved and for roller penetration and at the interface between base metal and cladding material shear forces occur. This shear stress is caused in the aforementioned interface a turbulent flow of material, creating an intimate bond between the metals caused ~ because the linear interface between the individual components of the composite metal is increased by at least 20 percent. Besides, this is Interface between the base metal and the cladding materials characterized in that that practically no interatomic diffusion can be observed between the metal components is.

Selbstverständlich können auch andere Arbeitsweisen dazu dienen, um die Plattierungswerkstoffe auf ein Grundmetall aus eisenhaltigem Material aufzuplattieren. Dabei brauchen auch keine Beschränkungen bezüglich der Dicke des Grundmetalles und des Plattierungswerkstoffes berücksichtigt zu werden Als eisenhaltiges Grundmetall eignet sich beispielsweise hochreines Eisen, Eisen-Kohlenstofflegierungen, Eisen-Manganlegierungen, Eisen-Nickellegierungen, Eisen-Chromlegierungen sowie Eisen-Nickel-Chromlegierungen.Of course, other working methods can also be used to clad the cladding materials on a base metal made of ferrous material. There are also no restrictions on the thickness of the base metal and of the cladding material to be considered as a ferrous base metal for example, high-purity iron, iron-carbon alloys, iron-manganese alloys, Iron-nickel alloys, iron-chromium alloys as well Iron-nickel-chromium alloys.

Es muss als ausserordentlich überraschend bezeichnet werden, dass es erSindungsgemäss gelingt, ein Verbundmetall herzustel len, bei dem der aus Messing bestehende Plattierungswerkstoff mit dem niedrigeren Erweichungspunkt nach der Glühbehandlung eine Korngrösse aufweist, welche eine anschliessende mechanische Verformung ode Bearbeitung nicht verhindert. Dies beruht auf der Anwesenheit von inhibitoren für das Kornwachstum in dem Plattierungswerkstoff aus Messing. Demgemäss lässt sich erfindungsgemäss ein Verbmldmetall herstellen, welches eine für wirtschaftliche Anwendungszwecke gute geeignete Qualität aufweist. Beispielsweise ist die Neigung zur Ausbildung einer elefantenhautähnlichen Oberfläche nach den verschiedenen Bearbeitungsmassnahmen praktiscn nicht mehr zu beobachten, wodurch man ein Verbundmetall mit qualtitativ hochwertiger Oberfl,iche und ansprechendem Aussehen erhält.It must be described as extraordinarily surprising that it succeeds in accordance with the invention in producing a composite metal in which the one made of brass existing cladding material with the lower softening point after the annealing treatment has a grain size, which a subsequent mechanical deformation ode Processing not prevented. This is due to the presence of inhibitors for the grain growth in the brass cladding material. Accordingly, can According to the invention produce a Verbmldmetall, which one for economical Uses good suitable quality. For example, the slope is for the formation of an elephant skin-like surface after the various processing measures practically no longer observable, whereby one is a composite metal with qualitative high-quality surface and attractive appearance.

Das Frschmelzen und Giessen des Messings ist nicht kritisch und kann gemäss der üblichen Hüttenpraxis erfolgen.The pre-melting and casting of the brass is not critical and can take place in accordance with the usual hut practice.

Bevorzugte Konzrnfrationen für die im Messing enthaltenen Inhibitoren des Kornwachstums sind: Eisen 0,4 bis 3 Prozent, Kobalt 0,1 bis 1,5 Prozent, Phosphor bis zu 0,1 Prozent und Calcium bis zu 0,1 Prozent.Preferred concentrations for the inhibitors contained in the brass of the grain growth are: iron 0.4 to 3 percent, cobalt 0.1 to 1.5 percent, phosphorus up to 0.1 percent and calcium up to 0.1 percent.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren karin also nach der Herstellung des Verbundmetalles eine Glühbehandlung bei ausreichend hohen Temperaturen durchgeführt werden, um eine Rekrital)isation oder Erweichung der Metallkomponente mit dem höchsten Temperaturbereich sicherzustellen, beispielsweise bei einer Glühtemperatur, welche höher liegt als die für eine ReYistallisation des Plattierungswerkstoffes aus Messing erforderliche Temperatur, ohne dass diese Messingplattierung anschliessend ein zu starkes Kornwachstum zeigt.In the case of the method according to the invention, this means after production the composite metal is subjected to an annealing treatment at sufficiently high temperatures be to a recrital) ization or softening of the metal component with the highest Temperature range ensure, for example at an annealing temperature, which is higher than that for a re-crystallization of the cladding material brass required temperature without this brass plating subsequently shows excessive grain growth.

Die Glühtemperatur liegt im allgemeinen im Bereich von 575 bis 100000 und ricntet sich im Einzelfall darnach, welches spezielle Metall als Grundmetall verwendet und welche Messingtype als Plattierungswerkstoff verwendet wird. Vorzugsweise betragt die Korngrösse im I;I«ssiz nach der Glühbehandlung weniger als 0,015 mm.The annealing temperature is generally in the range from 575 to 100,000 and in the individual case orientates itself according to which special metal is used as the base metal used and what type of brass is used as the cladding material. Preferably the grain size in the size after the annealing treatment is less than 0.015 mm.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemässe Verfahren auf Verbundmetalle angewendet werden, welche ansteDe der genannten eisenhaltigen Komponenten oder daneben andere Metallkomponenten enthalten.The method according to the invention can of course be applied to composite metals whichever of the mentioned iron-containing components is used or in addition contain other metal components.

Ausserdem ist es möglich, nur eine einzige Nessingtype als Plattierwerkstoff und nur eine Art von Grundmetall miteinander zu kombinieren.It is also possible to use only one Nessingtype as a cladding material and to combine only one type of base metal with each other.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated in more detail by the following examples.

Beispiel 1 Ein Hülsenmessing vom Typ 70-30, welches etwa 1 Prozent Eisen als Inhibitor des Kornwachstums enthält, wird beidseitig auf ein Grundmetall aus Stahl vom Typ SAE 1010 aufplattiert. Dieses Verbundmetall wird etwa 1 Stunue lang bei einer Temperatur von etwa 6500C geglüht. Bei einer anschliessenden Untersuchung zeigt sich, dass die Korngrösse in dem Messing nur etwa 0,007 mm beträgt und dass die Korngrösse in der Stalilkomponente einer Kennzahl von Tor, 8 bis içr 10 entspricht. Example 1 A sleeve brass of the 70-30 type, which is about 1 percent Containing iron as an inhibitor of grain growth, both sides act on a base metal made of steel of the type SAE 1010. This composite metal will be about 1 stunue annealed for a long time at a temperature of about 6500C. During a subsequent examination shows that the grain size in the brass is only about 0.007 mm and that the Grain size in the style component corresponds to a figure from Tor, 8 to içr 10.

Beispiel 2 Ein Hülsenmessing vom Typ 70-30, welches etwa 1 Prozent Eisen als Inhibitor für das Kornwachstum enthält, wird beidseitig auf ein Grundmetall aus rostfreiem Stahl vom Typ 409SS aufplattiert. Das so hergestellte Verbundmetall wird 1 Stunde lang bei einer Temperatur von etwa 7500C geglüht. Leine anschliessende Untersuchung der Korngrösse zeigt, dass diese beim Plattierungswirkstoff etwa 0,013 mm beträgt, während das Grundmetall aus rostfreiem Stahl eine Korngrösse entsprechend einer Kennzahl von Nr. 8 bis lIr. 9 aufweist. Example 2 A sleeve brass of the 70-30 type, which is about 1 percent Containing iron as an inhibitor for grain growth is made on both sides of a base metal made of stainless steel of type 409SS. The composite metal thus produced is annealed for 1 hour at a temperature of about 7500C. Leash Examination of the grain size shows that this is around 0.013 for the plating agent mm, while the base metal made of stainless steel has a grain size accordingly a code from No. 8 to lIr. 9 has.

Beispiel 3 Ein Messing der Type 80-20, welches etwa 0,5 Prozent Eisen als Inhibitor des Kornwachstums enthalt, wird beidseitig auf ein Grundrnetall aus Stahl vom Typ SAE 1010 aufplattiert. Example 3 A Type 80-20 brass containing about 0.5 percent iron contains as an inhibitor of grain growth, a base metal is used on both sides Steel of type SAE 1010 plated on.

Dieses Verbundmetall wird 1 Stunde lang bei einer Temperatur von etwa 6000C geglüht. Anschliessend wird die Korngrösse sie untersucht und es zeigt sich, dass/im Ilessing etwa 0,008 mm beträgt, während die Korngrösse in dem Grundmetall aus Stahl einer Kennzahl Nr. 9 bis Nr. 10 entspricht.This composite metal is for 1 hour at a temperature of about 6000C annealed. Then the grain size is examined and it shows that / in Ilessing is about 0.008 mm, while the grain size in the base metal made of steel corresponds to a code number 9 to 10.

Claims

1. Process for the production of a composite metal with one for the mechanical deformation suitable grain eyelet, which consists of a base metal and consists of at least one different cladding material, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that at least one component of the composite metal consists of a brass with a tin content of 5 to 35 percent, which is also Contains iron, cobalt, phosphorus and / or calcium as an inhibitor for grain growth, and that the composite metal for the purpose of recrystallization with adjustment of a grain size imIdessing from 0.005 to 0.025 mm at temperatures in the range from 575 to 100,000 is annealed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the iron Brass 0.4 to 3 percent / and / or 0.1 to 1.5 percent cobalt and / or up to 0.1 percent Contains phosphorus and / or up to 0.1 percent calcium.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the Composite metal as base metal a ferrous metal component, especially steel, contains.