Žveplo in telur v bakrovih zlitinah z dobro električno prevodnostjo za obdelavo na avtomatskih strojih

DK 669.35:621.9.01 Žveplo in telur v bakrovih zlitinah z dobro električno prevodnostjo za obdelavo na avtomatskih strojih ANTON P O D G O R N IK B O JA N B R ESK V A R A L O JZ K R IZ M A N Čisti baker ima visoko prevodnost in je zelo žilav. Na avtomatskih strojih je zato obdelovalnost omejena. Z legiranjem žvepla ali telurja smo obdelovalnost zboljšali na raven pri kvaliteti Ms 58 Pb (po JUS: Cu 58 ZnPb). Ponekod pa je bila obdelovalnost celo boljša kakor pri klasični medi. Takšne bakrove avtomatske zlitine smo v okviru te raziskovalne naloge prvič izdelali v naši državi ter jih je že letos pričakovati na domačem tržišču. UVOD Zaradi izredno dobre električne prevodnosti [1, 2, 3, 4] zavzem a baker m ed tehničnim i elem enti zelo pomembno mesto. Tako je praktično nenadom estljiv v določenih panogah elektroindustrije in elektronike. Na pom em bnosti pa je pridobil zlasti z uvedbo postopka taljenja, ki ga poznamo z im enom OFHC (oxygen free, high conductivity). Zlasti čisto kovino pa je mogoče dobiti s postopki taljen ja v vakuum u, ki so se zadnji čas razvili že do in d u strijsk ih razm er. B aker se uporab lja pretežno v obliki profilov cevi, žic, pločevin in trakov te r folij. P ri določenih konstrukcijskih zahtevah p a ne zadoščajo standardne oblike m etalurških polizdelkov. Z obdelavo je potrebno d ati posam eznim elem entom zaželene oblike. Brž ko pa se pojavi ta zahteva, je baker zaradi velike žilavosti slabo obdelovalen, k ar se izraža predvsem v dolgih nelom ljivih ostružkih in hrapavi površini. K akor pri jeklu je tudi pri bakru mogoče reševati problem skrajšanja ostružkov z legiranjem m ajhnih količin tu jih elem entov, ne da bi pri tem prihajalo do bistvenega poslabšanja električne prevodnosti. Ta problem rešujejo ta čas v vrsti tehniško razvitih držav, k ar opažam o v prvih zam etkih posam eznih nacionalnih standardov. Predvsem legirajo telu r in žveplo U, 5, 6, 7]. V tem sestavku želimo seznaniti širši krog stro j nikov z napori, ki so bili pri nas* v zadnjem času usm erjeni v ta k razvoj z nam enom, da bi osvojili proizvodnjo zlitin za strojno predelavo n a avtom atih. PRIPRA V A M ATERIALA ZA PREISKAVE Za študij obdelovalnosti n a avtom atski stružnici kakor tu d i za poskusno izdelavo posam eznih k o n stru k cijskih delov je bilo potrebno izdelati palice in profile. V ta nam en smo izbrali ustrezno množino zlitin s telu rjem in žveplom, legiranih v določenem koncentracijskim področju. T aline so bile izdelane v g rafitnem loncu, ogretem s tokom srednje frekvence. Ulite ingote okroglice smo zagreli v indukcijski peči in jih stisnili v horizontalni stiskalnici v obliko palice ali kvadratnega profila. Zatem je bilo na vrsti luženje za odpravljanje škaje po topli predelavi in za konec hladno vlečenje te r ravnanje. Tako pripravljeni polizdelki so sestavljali osnovni m aterial za študij obdelovalnosti. Izkušnje m etalurškega dela so pestre, saj smo opazili pojave, k i so za zdaj v teoriji še dokaj nepojasnjeni. Ta opažanja pom enijo zadostno spodbudo za nadaljevanje teoretičnih raziskav m etalurške narave. P rav tako pa so izkušnje m etalurškega dela zadostno jam stvo, ki omogoča prehod n a neposredno in d u strijsko prakso pri pilotni proizvodnji. * T o d elo je d el r ezu lta to v r a zisk o v a ln e n a lo g e, k i so jo gm otn o o m o g o čili S k la d B o risa K id riča, M arib orsk a liv a rn a M aribor in M etalurški in štitu t v L jubljani. IZBIRA METODE ZA PRESO JO OBDELOVALNOSTI O bdelava kovin in zlitin n a avtom atskih stru ž nicah je združena s posebnim i zahtevam i pri strojih, nožih, hladilnem sredstvu in m aterialu. N a težave pa zadevamo, brž ko bi hoteli kvantitativno opredeliti sposobnost določenega jekla ali zlitine za takšno vrsto obdelave. Tako ni čudno, če obstaja v literatu ri kakor tudi v praksi v rsta m etod in postopkov, ki podajajo sliko o obdelovalnosti. Te m etode izhajajo iz različnih zahtev, ki so včasih tu d i v m edsebojni divergenci. Ce presojam o obdelovalnost po vzdržljivosti noža [8], je potrebno im eti n a izbiro veliko m a teria la za p reiskave. Ocena oblike ostružkov [1] lahko zavaja v enostransko sklepanje. K akor kaže to delo, lah k o n a sta ja pri k ratk ih lom ljivih k rh k ih ostružkih, ki so navidezno idealni, bolj groba površina kak o r p ri d a ljših. Ce uporabim o sam o k rite rij nasipnega števila [8], p a izvemo še m anj. Tako smo se v danem p rim eru sprva odločili za m etodo konstantnega podajalnega p ritisk a [9,10, 11]. R ezultati, dobljeni tak o p ri jeklu, so doslej bolj k v a n titativ n i, saj om ogočajo m eritev indeksa o obdelovalnosti in kasnejši izračun o ekonom ski h itro sti rezanja. V našem prim eru p a je bilo potrebno n ajp re j določiti specifične p aram etre preiskav za bakrove zlitine. P ri tem delu smo dobili rezultate, ki nakazujejo določene težnje, vendar s prevelikim raztrosom. V erjetno bo za preiskavo obdelovalnosti b a k ra potrebno uporabiti preciznejšo stružnico. Tako smo se slednjič odločili za klasično stru ž nico (Prvom ajska) in dodatne m eritve o hrapavosti površine n a m eriln em stro ju (Taylor Hobson) z referenčno dolžino 12 mm. S troj avtom atično reg istrira oblikovanje površine, povrh tega p a om ogoča neposredno razbiranje srednje vrednosti hrapavosti Ra v um. Razpredelnica št. 1 K em ična T rdota HB H ladna E lektrična sestava deform acija prevodnost % kp/m m % m /fl m m 2 0,45 S 95,5 61,0 53,9 0,59 S 100,0 61,0 51,6 0,78 S 104,0 36,0 50,8 0,32 Te 95,0 36,0 55,8 0,81 Te 97,0 27,8 55,8 0,58 S 84,0 11,1 52,8 0,59 S 84,5 11,1 52,0 0,60 S 86,0 11,1 51,8 0,72 Te 90,0 11,1 57,2 0,78 Te 92,5 11,1 56,6

Sl. 1. Bakrovi sulfidi v hladno deformirani osnovi (500 :1) REZU LTATI PREISKAV V razpredelnici št. 1 prikazujem o uporabljene zlitin e p ri p reisk av ah obdelovalnosti. Po kem ični sestavi jih uvrščam o m ed podobne inozem ske. Iz m erjenih vrednosti o električni prevodnosti vidimo, da jih lahko razporedim o m ed bakrove zlitine z dobro električno prevodnostjo. P alice so bile različno hladno deform irane glede n a zah tev an e dim enzije vzorcev za določanje obdelovalnosti. Z litine z žveplom so bolj drobnozrnate od zlitin s telurjem. M ikro stru k tu ri n a slikah 1 in 2 p rik az u je ta te razm ere za hladno deform irano stanje. N asprotno so bakrovi te lu rid i v sestavi С ш Те veliko bolj drobnozrnati od bakrovega sulfida Cu2S. Lom ljiv o st ostružkov je fu n k cija m nožine velikosti in porazdelitve teh vključkov. O čitno je ugodnejša fina d isperznost b ak ro v ih teluridov. K ak o r je razvidno iz razpredelnice 1, kaže 1. serija vzorce, ki so bili m očneje hladno deform irani, 2. serija p a tak e z najm anjšo stopnjo hladne deform acije. P rv a serija je bila preisk an a na avtom atskih stro jih s pogoji, k ak ršn e predpisuje lite ra tu ra [1,12] za zlitine b a k ra s telurjem. Za zlitine z žveplom v tej lite ra tu ri n i podatkov. N a sliki 3 so razv id n i podatki, ki zajem ajo k v a liteto ostružkov in hrapavost površine v odvisnosti od p o d ajan ja p ri konstantnih pogojih struženja. P rim erjav a v elja za m ed M s5 8 P b proti zlitini b ak ra z žveplom. Podobno p rik azu jem o n a sliki 4 rezu ltate stru ženja za zlitino b a k ra s telu rjem v p rim erjav i z Ms 58 Pb. T udi v tem p rim eru gre za enake pogoje dela k ak o r n a sliki 3. P rik aze s slik 3 in 4 pa je mogoče podati tudi v diagram ski obliki. T ako prikazuje diagram 1 odvisnost hrapavosti površine od m nožine leg im ih elem entov žvepla in te lu rja p ri različnih podajanjih. D iagram 2 pa podaja odvisnost hrapavosti površine od podajanja. L iteratu ra, ki n av aja kote nožev pri avtom atičnih bakrovih zlitinah, ni enotna. Tem u je vzrok nepreiskanost področja, ki se šele uveljavlja. Tako smo v prvi seriji pod vplivom podatkov [1,12] uporabljali kote nožev: 7 = 0, A = 0, v drugi pa pod vplivom p o datkov [6] y 9, ). + 1 za grobo in 7 = 9, 1 = 4 za fino struženje. R azen tega smo v drugi seriji razširili pom ike na večje področje, h itro st rezan ja p a je b ila v dveh Sl. 2. Bakrovi teluridi v hladno deformirani osnovi (100: 1) prim erih povečana vzporedno na 200 m /m in. R ezultate druge serije prikazujejo analogno prvi seriji sliki 5 in 6 te r diagram a 3 in 4. Po končanem delu smo prejeli podatke za obdelovalnost bak ro v ih zlitin s telu rjem [13]. T udi ti n a kazu jejo neenotnost stališč glede n a optim alno p red e lavo teh zlitin. T ako je podano: S truženje: rezalna h itro st globina rezan ja 100... 250 m /m in p ri grobem struženju globina rezan ja 0,2... 0,5 m m pri finem struženju 0,05... 0,4 m m p ri grobem struženju 0,15... 0,50 m m /vrt. p ri finem struženju 0,05... 0,30 m m /vrt. rezilni kot 7 = 3... 8 prosti kot nagibni kot a = 0... 10 1 = 5... +5 tanje: rezalna h itro st 50... 150 m /m in 0.03... 0,7 m m /vrt. rezilni kot 7 = 3... 8 prosti kot a = 12... 15 zasučni kot y> = 10... 22 kot konice s = 115... 120 ezanje: rezalna hitrost 70... 130 m /m in n a zob/vrtljaj 0,2 m m rezilni kot 7 = 15 prosti kot a = 6 nagibni kot 1 5 RAZLAGA REZULTATOV R ezultati, prikazani v obliki foto posnetkov o ostružkih, vrednostih m eritev hrapavosti in diagram ih odvisnosti hrapavosti so rezu ltat v rste preiskav, pri k aterih smo se skušali držati določenih skupnih p aram etrov. P ri tem smo se om ejevali samo n a dve hitrosti rezanja, sprem injali p a smo nek atere kote. Zaradi dokaj razširjen e p alete pogojev je bilo število poskusov precej skrom no. M orda bi bili lahko im eli za p aralelk e določene kem ične sestave, ki so sd po m nožini leg im ih elem entov precej blizu.

Hitrost rezanja 120 m /min P o d a ja n ja [ m m / v r t J: 0,125 0,0 6 2 0,0 3 0 Ms 58 Pb c *1 f»**41» -1 :yi v '1 * * *.»j/v-lfcr j r v v «** 4.A v ji *;;*» & ^ v «/V h»'* - V - i^ f,*«* *- */ * * ** *, **<? *1* *e *».* <*Л \ s -.-iv* V t. 4**» *»«IJ * ШX W /?a /^ л о ;.- 4,3 7,6 гч W k' > «Г, 5, r «, v l ш ' b RaT/imJ: 4,5 e CV.^ ф ' ф р vi» Љ Ф 9 4,4 ~кп.ч»,0 т>с% ф * Ш х 2.4 **»Л f~h ' O ( **-,. ' ' r* j?/'. M t 1» ß&fr&ss * & % a ^ " j - 2.3 JU, 0,5 9 % S. - 'J Л r j) 4 ^. > " 4 w ^ - - r K «* : A* >c A * «C M r Ч Л ; Ч с * о U r * % < o c $ * $ \ n *- R a [jurnj: 4,3 Q. >, A C/ 6» $ 2.5» ' ' ^ j / ' V * A) O <C1#* <> i S cfe o C i > *9,Ш л & *** П & 8 J 2,7 <** **«**$ 4 «4 V»,*.» 0,78 %S * - V* RaCjuunJ; 4.7 v * ~ «. a J**»,. Д л»и : r -v.«.- j,. v*. л g i> ' V*.» js*-v 2.2 Sl. 3. P rva serija poskusov vp liv žvepla (Merilo 1:1,1) P o g o ji p resk u sa : n o ž BRC3 s k o ti: a = 8, v = 0", X = 0, za o b litev r = 0,5 m m, g lo b in a reza 0,5 m m. Ne glede n a orientacijsko naravo m eritev o obdelovalni sposobnosti preiskovanih zlitin pa je možno zajeti n ek atere za prakso zanim ive izsledke. Predvsem je treb a ugotoviti, da m etoda ocenjev an ja ostružkov ni vedno skladna z m eritvam i o h ra pavosti površine. O stružki niso sam i sebi nam en, zato poudarjam o prednost m eritev o hrapavosti. Četudi so oblike ostružkov v vseh p reiskanih p rim erih zadovoljive, pa se prednost zlitin z žveplom ah telu rjem kaže ravno v m anjši hrapavosti površine, v določenih pogojih m ehanske obdelave. M edtem ko lahko pri kotih y 0 in X 0 dajem o glede n a m anjšo h ra pavost prednost zlitini Ms 58 Pb, p a je pri kotih druge serije in m ajhnih podajanjih zadeva vprav nasprotna. A vtom atična m ed je bolj hrapava. P rv a serija, ki je bila m ed drugim prilagojena tu d i vplivu legirnega elem enta n a obdelovalnost, jasno kaže, da se oblika ostružkov izboljšuje pri enakih podajanjih z dodatkom žvepla ali telu rja. H rapavost površine in oblika ostružkov je zadovoljiva že pri

Hitrost rezanja J20 m/min Podajanja Cm m / v rt J: qj25 q,062 ' *»*i %*** % Ч Џ *» 0,030 Ms58Pb 'š ip r n -A v s? ; " p. */* >&* *4fA» * *f Hr *, A A V* ''%' * v<v*«v» Vgl л * i [u m i: 7,4 0,32% Te c* \ D>> < 0? c v хч^ ^ 5- :1& 3 ^ O j* A \ '*JL r-s VT'-^<? 4, o <7V-, Ц; m ' / V Ti 0 Krhp R cjc /im J: 4,6 2.3 7.5 ^ S '> V 0,81 % Te!f у*г. Л**Ч>2л w». *«y 1 ; - ' W v ä tv.,'* >. «ff** V \ s<**& Х< у,:^.'у 4 џ ] M $ i Ra [jumt: 4,4 18 12 Sl. 4. P ru a serija preskusov vpliv telurja (Merilo 1:1,1) P o g o ji presk usa : nož BRC3 s koti: a = 8», y = O, X = 0, zaoblitev r = 0,5 m m, globina reza 0,5 mm. srednje odstopanje profila Raf/uml D iagram 2. Prva serija preskusov vpliv žvepla ali telurja B a k ro v e zlitin e: a 0,78 /o S b 0,59 /» S C 0,45»/o S ti 0,81»/o. T e e 0,32»/o T e f M s 58 Pb D iagram 1. P rva serija p re sk u sov vp liv žvep la ali te lu rja Z litin e bakra in telurja : Z litin e bak ra in žvepla: a p o d a ja n je 0,03 m m /vrt. d p o d a ja n je 0,03 m m vrt. b p o d a ja n je 0,062 m m /vrt. e p o d a ja n je 0,062 m m /vrt. c p o d a ja n je 0,125 m m /v rt. f p o d a ja n je 0,125 m m /vrt.

Podajanja fmm/ vrti: 0,250 Hitrost rezanja 120 m/min 0,125 0.062 0,030 Ms 58 P b Ra t/um J: 6,70 2,95 t*»*;?* *;> /> % v«4 '#A 2 2 0 0,78 % Te Ra [/um J: 7,50 ^ Q 6 ß o o <t G C p -} 2,00 J, i 1- er.: p P. p p V j N "! 0 ^ 0 <0 " ' 7,25 0,60%S Ш V '» a ^ - * (c ^ ( d, Ш * ( p > ( ци» E > " O f ) - vs., S v* ^ * *' a c o o G < t! e (35* * * "'e*".a ' 'Г < *' ^ * Sš.» 'S* -- 4* ' v lv,j.w7.»v. «fcd, ' P * * V'- * 1> X./v* Ra [jumj: 7,80 2,35 1,45 Hitrost rezanja 200 m /min 7.20 0,60%S Ra [/Ui c*, e &\ V i' ^ л s~\ Ö o if o ) @ 1 **./ @ 1 ß ^ - p, Ä ** 1: 7,45 2,75, 7,55 v Л Г / - * V? # '5 ^,S / J p' * -J -* -L, v Sl. 5. Druga serija preskusov vp liv žvepla ali telurja pri fin em stru žen ju (Merilo 1:1,1) P o g o ji presk usa : nož BRC3 s koti: a = 8, r = 9, X = 4, glob in a reza 0,5 m m. dodatku 0,3 odstotka žvepla ali telu rja. Z n araščajočim dodatkom posam eznih legirnih elem entov pa se še izboljšuje. P ri enaki vrednosti žvepla ali telu rja je obdelovalnost zlitin s telu rjem boljša. P ri m ajhnih podajanjih kažejo zlitine b ak ra z žveplom ali telurjem vedno m anjšo hrapavost od zlitine M s58p b. T a ugotovitev velja tudi za pogoje, ko je bila h itro st rezanja povečana od standard n e 120 m /m in n a m aksim alno 200 m /m in. V elja p a tu d i za grobo in fino struženje. SKLEP Izdelane in preiskane m alo legirane zlitine b ak ra z žveplom ali telurjem, ki im ajo dobro električno

Hitrost rezanja 120 m/min Podajanja [m m/vrt J: qi250 0,125 0,062 0,030 Ms 58 S ta i R a [ju m l: 6,10 2,90 3,50 3,17 0,72 % Te j C ^ V 4 ( A 9 S - r' o 4 ' \ *4,V do ^ * ; У n J J r y 3 c > ć t r i «V up h / c с л ( P Q, s» > ^ a W r, - 0 G O - *. ;,V... V Ra [jumj: 6,00 1,65 1,40 1,20 Hitrost rezanja 200 m /min 0,58 %S Ra [ju ml: Sl. 6. D ruga serija preskusov vp liv žvepla ali telu rja pri grobem struženju (M erilo 1:1,1) P o g o ji p r e sk u sa : n o ž BRC3 s k o ti: a = 8, Y = 9, X = +1, g lo b in a reza 0,5 m m. prevodnost in dobro mehansko obdelovalnost, so bile preiskane z metodo merjenja o hrapavosti površine in oceno oblike ostružkov. Ze orientacijski poskusi tega dela kažejo, da imamo opraviti z novimi kovinskimi gradivi, ki se bodo nedvomno uveljavila povsod tam, kjer so potrebni proizvodi v velikih serijah z dobro električno prevodnostjo. Z aradi tega menimo, da je potrebno opozoriti, da se preiskane zlitine po k v aliteti ostružkov v n i čem er ne razlikujejo ali zaostajajo za klasično m edjo za obdelavo na avtom atih tipa Ms 58 Pb. N asprotno če pritegnem o h k rite riju ocenjevanja še fak to r o h rap av o sti površine, m oram o reči, da je v v rsti delovnih pogojev p ri obdelovanju na stružnici površina

LITERATURA [1] Dies, K.: K u p fer- und K upferlegierungen in der Technik, B erlin, H eidelberg, N ew York, Springer-V erlag, 1967. [2] V ereinigte deutsche M etallw erke A. G., Blankes M aterial fü r die E lek tro technik, F ra n k fu rt a. M.-H edderheim, 1955. [3] D. I. Sučkov: M ed i e splavy, Metallyrgija, 1967. [4] A. P. S m irjagin: P rom yslennye cvetnye splavy, M etallurgizdat 1956. [5] Deutsches K u p fer-in stitu t, G e norm te K upferlegierungen, V ergleich zw i schen USA, G roßbritannien, D eutschland und der ISO, Berlin, julij 1965. D iagram 3. Druga serija preskusov vp liv žvepla H itrost rezanja v = 120 m /m ln : H itrost rezanja v = 200 m /m ln: a Ms 58 P b, X = +1* e 0,58 "/o S, X = +1» b M s 58 P b, X = 4" f 0,60»/» S, X = 4» c 0,59 /o S, X = +1«d 0,60 /o S, X = 4«[6] OSNA Cu 58 A utom atenkupfer, K abel- und M etallw erke, G utehoffnungsh ü tte A ktiengesellschaft, F achbereich 7 N E-Sonder-Erzeugnisse. [7] B ritish S tandard, B. S., 2874: 1962, C 109. [8] Vodopivec, F., Žvokelj, J., K alan, A.: P reskusi obdelovalnosti jekel za avom ate Železarne Jesenice, Poročilo M etalurškega in štitu ta v L jubljani, ja n u ar 1963. [9] Razinger, A.: Določanje obdeloval - nisti jekel za obdelavo na avtom atih po postopku s k o n stan tn im pritiskom, Železarski zbornik Železarne Jesenice, Ravne in Štore ter M etalurški in štitu t I, (1968), 21... 34. [10] Boulger, F. W. in dr.: C onstant- P ressure L athe Test for M easuring the M achinability for Free-C utting Steels, T ransaction of the ASME, Ju ly 1949, str. 431. [11] Thom sen in di.: M echanics of plastic deform ation in m etal processing. M achining (1965), 448. D iagram 4. Druga serija preskusov vp liv telurja H itrost reza n ja v = 120 m /m in: a M s 58 P b, X = +1» b M s 58 P b, X = 4» c 0,72 /o T e, X = + 1» d 0,78 /o T e, X = 4» [12] Die spanabhebende B earbeitung von K upfer und K upferlegierungen, H e rausgegeben vom D eutschen K upfer - In stitu t e. V. Berlin, 1956. [13] Deutsches K upfer-institut: N iedriglegierte K upferlegierungen, Berlin, 1965. zlitin z žveplom ali telurjem bistveno boljša kakor p ri klasični medi. Te nove bakrove zlitine za avtom atično obdelavo so bile v okviru tega dela prvič izdelane v naši državi. A vtorji tega dela sodijo, da utegnejo te nove zlitine uporabljene v proizvodnji postati vsakdanji m ateriali, s kakršnim i bo računal tako konstru k te r kak o r tudi graditelj'. Redno bo začela izdelovati te zlitine M ariborska livarna že letos. Tako se tudi pri nas začenja uveljavljati praksa, kakršno sprem ljam o v razvitih državah. N a slo v i a v to rjev : p ro f. dr. in g. A n to n P o d g o rn ik, O d d elek za m o n ta n istik o, F a k u lte te za n a r a v o slo v je in teh n ologijo v L jubljani dip l. in g. B o ja n B resk v a r, M etalurški in štitu t v L jubljani dip l. in g. A lo jz K rižm an, M ariborska livarna M aribor