DE3734424A1 - Process for producing dispersion-hardened alloys based on copper - Google Patents
Process for producing dispersion-hardened alloys based on copperInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dispersionsgehärteten Legierungen auf der Basis von Kupfer.The invention relates to a method for producing dispersion-hardened alloys based on copper.
Die heute bekannten Verfahren zur Dispersionshärtung von Kupfer gehen entweder von extrem feinen und damit sehr teuren Pulvern des Matrixmetalles aus, das mit dem Disper soid, zumeist Al2O3 - oder BeO-Teilchen, sorgfältig vermischt und dann kompaktiert und stranggepreßt wird.The processes known today for the dispersion hardening of copper are based either on extremely fine and therefore very expensive powders of the matrix metal, which is carefully mixed with the dispersant, usually Al 2 O 3 or BeO particles, and then compacted and extruded.
Es werden auch Legierungen des Matrixmetalles mit kleinen Anteilen an leicht oxidierbaren Metallen, wie Beryllium oder Aluminium, zu Pulvern verarbeitet, welche in einer zweiten aufwendigen Stufe einer inneren Oxidation unterzogen werden, die bei richtiger Steuerung des Prozesses zu der gewünschten feinen Verteilung von Oxidteilchen mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 µm in der Matrix führt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß während der internen Oxidation auch Kupfer extern oxidiert wird. Dies macht eine abschließende Reduk tionsglühung mit Wasserstoff erforderlich, wobei ein Verbacken der Pulver kaum zu vermeiden ist.There are also alloys of the matrix metal with small Shares in easily oxidizable metals, such as beryllium or Aluminum, processed into powders, which in a second complex internal oxidation, the right control of the process to the desired fine distribution of oxide particles with a diameter of leads to less than 0.1 µm in the matrix. This procedure has the disadvantage that during the internal oxidation also copper is oxidized externally. This makes a final reduk tion annealing with hydrogen is required, a Baking of the powder can hardly be avoided.
Beide bekannten Verfahren sind aufwendig und haben daher nur eine geringe Verbreitung gefunden. Auch die ebenfalls be kannte Simultanfällung von Matrixmetall und Dispersoid aus entsprechenden Metallsalzlösungen ist für eine technische Anwendung zu teuer.Both known methods are complex and therefore only have found little distribution. Also be knew simultaneous precipitation of matrix metal and dispersoid corresponding metal salt solutions is for a technical Application too expensive.
Generell zeigen alle mit Oxiden dieser Art dispersionsge härteten Metalle, wie Kupfer, eine starke Warmversprödung um etwa 500°C. Dabei fällt die bei Raumtemperatur gute Duk tilität mit Dehnungswerten um etwa 20% mit steigender Tem peratur stark ab und erreicht bei etwa 500°C ein Minimum von nur etwa 2%. Dies stellt einen gravierenden Nachteil dieser dispersionsgehärteten Legierungen dar.In general, all show dispersions with oxides of this type hardened metals such as copper, a strong warm embrittlement around 500 ° C. The Duk, which is good at room temperature, falls tility with elongation values of around 20% with increasing tem temperature drops sharply and reaches a minimum of around 500 ° C only about 2%. This represents a serious disadvantage to this dispersion hardened alloys.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und wirtschaft liches Verfahren zur Herstellung von dispersionsgehärteten Legierungen auf der Basis von Kupfer zu finden, bei dem eine Warmversprödung der Legierungen vermieden wird.The object of the invention is a simple and economical Lich process for the preparation of dispersion-hardened To find alloys based on copper, in which one Warm embrittlement of the alloys is avoided.
Die Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kupferschmelze Anteile von 0,3 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-% Molybdän beigemischt werden, daß das Gemisch um bis zu 1000 °C über den Schmelzpunkt des Kupfers über hitzt wird und daß anschließend die resultierende Schmelze einer sehr raschen Abkühlung von mindestens 104 bis 106°C/sek. bis zur Erstarrung der Schmelze unterworfen wird.The object is achieved according to the invention in that proportions of 0.3 to 15% by weight, preferably 1 to 15% by weight, of molybdenum are added to the copper melt in that the mixture is up to 1000 ° C. above the melting point of the copper is heated and that the resulting melt is then cooled very rapidly from at least 10 4 to 10 6 ° C / sec. until the melt solidifies.
Durch die Überhitzung läßt sich Molybdän in der Kupfer schmelze in Lösung bringen und nach einer sehr raschen Er starrung als hochwirksames Dispersoid mit einer Teilchengröße von vorzugsweise weniger als 0,1 µm in der Kupfermatrix aus scheiden. Nach der Erfindung lassen sich somit dispersions gehärtete Kupferlegierungen direkt aus der Schmelze in wirt schaftlicher Weise herstellen. Das als Dispersoid zugege bene Molybdän verhindert eine Warmversprödung der disper sionsgehärteten Kupferlegierungen.By overheating, molybdenum can be found in the copper Bring the melt into solution and after a very rapid er rigidification as a highly effective dispersoid with a particle size of preferably less than 0.1 μm in the copper matrix divorce. According to the invention can thus be dispersions Hardened copper alloys directly from the melt into the host produce economically. The present as a dispersoid bene molybdenum prevents the emper from becoming brittle ion-hardened copper alloys.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 enthalten. In der nachfolgenden Beschreibung wird das er findungsgemäße Verfahren näher erläutert.Further features of the invention are in claims 2 to 11 included. In the description below, he will inventive method explained in more detail.
Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen wurde überraschenderweise festgestellt, daß sich Molybdän als Dispersoid für die Herstellung dispersionsgehärteter Kupferlegierungen besonders gut eignet, weil es eine Warm versprödung verhindert. Bei Temperaturen oberhalb von 1350°C konnten ausreichende Mengen an Molybdän in der zuvor sorg fältig z. B. mit Aluminium desoxidierten Kupferschmelze für eine Dispersionshärtung in Lösung gebracht werden. Zur Herstellung von dispersionsgehärteten Kupferlegierungen werden deshalb nach der Erfindung in die Kupferschmelze Zusätze von 0,3 bis 15 Gew.-% an Molybdän, insbesondere in Form von Pulverpreßlingen aus Kupfer-, Molybdänpulvern, in die zuvor sorgfältig desoxidierte Kupferschmelze eingebracht, wobei diese bis auf 1000°C, vorzugsweise bis auf 850°C, über den Schmelzpunkt des Kupfers erhitzt wird. Dabei wird insbesondere unter Schutzgas, wie z.B. Argon, gearbeitet. Diese Schmelze wird im Anschluß daran insbesondere mit Argon verdüst, wobei Abkühlungsgeschwin digkeiten von mehr als 104 °C/sek. erreicht werden. Das erhaltene Pulver wird dann zu Strangpreßbolzen kompaktiert und anschließend zu Halbzeug verpreßt.In the investigations on which the invention is based, it was surprisingly found that molybdenum is particularly suitable as a dispersoid for the production of dispersion-hardened copper alloys because it prevents warm embrittlement. At temperatures above 1350 ° C sufficient amounts of molybdenum in the previously carefully z. B. be brought into solution with aluminum deoxidized copper melt for dispersion hardening. For the production of dispersion-hardened copper alloys, additives of 0.3 to 15% by weight of molybdenum, in particular in the form of powder compacts from copper or molybdenum powders, are therefore introduced into the previously carefully deoxidized copper melt, with the exception of 1000 ° C, preferably up to 850 ° C, is heated above the melting point of the copper. The process is carried out in particular under protective gas, such as argon. This melt is then atomized in particular with argon, with cooling speeds of more than 10 4 ° C / sec. can be achieved. The powder obtained is then compacted into extrusion billets and then pressed into semi-finished products.
In weiteren Untersuchungen zeigte es sich, daß die in der Kupfermatrix eingelagerten submikrongroßen Molybdänteil chen auch nach mehrstündigem Glühen bis zu Temperaturen von 850°C sich nicht vergröbern. Dies zeigt an, daß die Löslichkeit dieser Teilchen bis zu diesen Temperaturen in der Kupfermatrix sehr klein sein muß. Dies ist eine grund legende Voraussetzung für eine wirksame Dispersionshärtung und eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit.In further investigations, it was found that the Copper matrix embedded submicron-sized molybdenum part even after several hours of annealing up to temperatures from 850 ° C does not coarsen. This indicates that the Solubility of these particles up to these temperatures in the copper matrix must be very small. This is one reason a key prerequisite for effective dispersion hardening and good electrical and thermal conductivity.
An einer erfindungsgemäß durch Verdüsen der Schmelze disper sionsgehärteten Kupferlegierung mit 3 Vol.-% einer feinen Dispersion aus Molybdänteilchen mit einem mittleren Teil chendurchmesser von etwa 0,07 µm wurde im stranggepreßten Zustand eine elektrische Leitfähigkeit von 90% von Rein kupfer und bei 800°C eine Warmzugfestigkeit von 15 kp/mm2 bei einer Bruchdehnung von 23 % ermittelt. Diese Legierung zeigt also keine Warmversprödung.On an inventive dispersion atomization by atomizing the melt with 3 vol .-% of a fine dispersion of molybdenum particles with an average particle diameter of about 0.07 microns in the extruded state, an electrical conductivity of 90% of pure copper and at 800 ° C. a warm tensile strength of 15 kp / mm 2 with an elongation at break of 23% was determined. So this alloy shows no warm embrittlement.
Die Legierungen gemäß der Erfindung eignen sich besonders für elektrische Leiter, die bei erhöhten Temperaturen bean sprucht werden, wie etwa Punktschweißelektroden, Kommutatorlamellen und Kontakte. Sie zeigen neben einer her vorragenden elektrischen Leitfähigkeit eine gleichfalls sehr gute Wärmeleitfähigkeit.The alloys according to the invention are particularly suitable for electrical conductors that bean at elevated temperatures such as spot welding electrodes, Commutator bars and contacts. They show next to one excellent electrical conductivity is also very good good thermal conductivity.
Insbesondere für die Herstellung von Kontakten und Punkt schweißelektroden eignen sich erfindungsgemäß hergestellte Legierungen mit einem erhöhten Volumenanteil an Molybdän teilchen. Es lassen sich bei Temperaturen um etwa 1800°C etwa 7 Gew.-% Molybdän in der Kupferschmelze in Lösung bringen. Noch größere Anteile bis 15 Gew.-% an Molybdän lassen sich durch das Abschmelzen und Granulieren von selbstverzehrenden, pulvermetallurgisch hergestellte Elektroden im Vakuumlichtbogenofen herstellen, etwa durch Anwendung des REP-Verfahrens (Rotating Electrode Process). Die aus diesen Granulaten hergestellten Strangpreßprofile eignen sich insbesondere zur Herstellung dauerhafter Punkt schweißelektroden, insbesondere für das Punktschweißen von verzinkten Blechen.Especially for making contacts and point Welding electrodes are suitable according to the invention Alloys with an increased volume fraction of molybdenum particles. It can be used at temperatures around 1800 ° C about 7% by weight of molybdenum in the copper melt in solution bring. Even larger proportions of up to 15% by weight of molybdenum can be achieved by melting and granulating self-consuming, powder metallurgy Manufacture electrodes in a vacuum arc furnace, for example by Application of the REP process (Rotating Electrode Process). The extruded profiles made from these granules are particularly suitable for making permanent point welding electrodes, in particular for spot welding of galvanized sheets.
Darüber hinaus liegt es im Rahmen dieser Erfindung, die extrem schnelle Erstarrung der Kupfer-Molybdänschmelzen nach dem Schmelz-Spinnverfahren vorzunehmen. Damit kommt man direkt zu dispersionsgehärteten Bändern, welche durch Walzen kalt verformt werden können.In addition, it is within the scope of this invention that extremely rapid solidification of the copper-molybdenum melts the melt spinning process. So you come directly to dispersion-hardened belts, which by rolling can be deformed cold.
Zur Herstellung der Kupfermolybdän-Vorlegierungen für die Einbringung in die zu überhitzende Kupferschmelze eignen sich insbesondere Molybdänteilchen mit einem Durchmesser von etwa 3 bis 15 µm. Diese werden mit Kupferpulver ähnlicher Korngröße gut vermischt und unter dem Druck von etwa 1 bis 3 t/cm2 verpreßt und können anschließend unter Schutz gas vorgesintert werden.Molybdenum particles with a diameter of approximately 3 to 15 μm are particularly suitable for producing the copper molybdenum master alloys for introduction into the copper melt to be overheated. These are mixed well with copper powder of similar grain size and pressed under the pressure of about 1 to 3 t / cm 2 and can then be presintered under protective gas.
Claims (11)
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-
1987
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