DE1758121A1 - Copper alloy and process for its manufacture - Google Patents
Copper alloy and process for its manufactureInfo
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Description
. CtISAtETH JUNG. DR. VOLKER VOSSlUS. OIPL.-INO. GERHARD COLÜEWEY. CtISAtETH YOUNG. DR. VOLKER VOSSlUS. OIPL.-INO. GERHARD COLÜEWEY
uZ D 019 (To/kft) 6A8 660 uZ D 019 (To / kft) 6A8 660
OLIiI MAIHIESON CHMlCAL CORPORATION Η»τ·ο» OooiHietiottt» V.St.A.OLIiI MAIHIESON CHMlCAL CORPORATION Η »τ · ο» OooiHietiottt »V.St.A.
"Kupfer?uegierung urA Verfaliron zu ihrer HerBtellurig'*"Copper ? Ue alloy urA Verfaliron to their HerBtellurig '*
Priorität; 26. Juni 1967, V.St,A. Araaelde-Nr.s 648 660Priority; June 26, 1967, V.St, A. Araaelde number s 648 660
Bekanntlich -ist Kupfer' ein ausgezeichneter elektrischer Leiter*
Zahlreiche LegierungszusäUiie wurden vorgeschlagene uia die
Festigkeitseigenschaften von Kupfer zu erhöhen. Auf diese Weise
wird jedoch die elektrische Leitfähigkeit des Kupfers erheblich vermindert. Ka iat daher sehr erwünscht, Kupferlogierui-i#en mit
hoher elektrischer Leitfähigkeit und gleichzeitig erhönter Festigkeit
»ur Verfugung zu utIt is well known that copper is an excellent conductor of electricity. Numerous alloying compounds have been proposed, among others
To increase the strength properties of copper. In this way, however, the electrical conductivity of the copper is considerably reduced. It is therefore very desirable to use copper alloy with high electrical conductivity and at the same time increased strength for the jointing
Aus der USA-Patentschrift 3 035) 867 sind Kupferlegierungen mit hoher eXektrj&cher lACS-Lei tfäh'igkeit (Internatior\€(X Standard
for Annealed Copper) und ZugfesUgkeii i bekannt. Diese Legierungen enthalttn 2;0 bis 3,0 i* Eisen, höchsten» 0,04 i» Phosphor.
From the USA patent specification 3,035) 867 copper alloys with a high electrical IACS conductivity (Internat ior \ € (X Standard
for Annealed Copper) and ZugfesUgkeii i . These alloys contain 2 ; 0 to 3.0 i * iron, highest »0.04 i» phosphorus.
2098U/0307 bad original2098U / 0307 bad original
Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen· legierungen der bevoräugten. Zusaauaenaetsung können eine ΪΛ05-leitfähigkeit von et v/a 70 i> und gleichzeitig eins Zugfestigkeit von 3515 kg/cm2 aufweisen. Diese Legierungen werden vorsiigev/eieo au Knüppeln üblicher ßrösse gegossen und auf übliche Stärken heruntergewalzt,, Bereits durch Warmformgebung J.ässt sioh das Eisen ist Kupfer lösen» Nach der Warmformgebung kann man den Knüppel einer Lösungsglühbehandlung unterwarfen« Hierauf kann man die Legierung zur Erhöhung ihrer elelrSiria alien LeitfähigkeitRemainder copper and usual impurities · alloys of the preferred. In addition, a ΪΛ05 conductivity of et v / a 70 i> and at the same time a tensile strength of 3515 kg / cm 2 . These alloys are initially cast from billets of the usual size and rolled down to the usual thicknesses, "Already by hot forming, the iron is copper". After the hot forming, the billet can be subjected to a solution heat treatment elelrSiria alien conductivity
bei niedrigerer Temperatur glühen. Sohllesslich wird die Legierung zur Endstärke kalt gewalzt oder kalt gesogen.anneal at a lower temperature. Soleless the alloy is either cold-rolled or cold-drawn to its final thickness.
Die Erfindung bezweckt es. neue, verbesserte eisenhaltige Kupferlegierungen zur Verfügung zu stellen, die sich duroh eine, hohe elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig hohe Pestigkeitseigenschaften auszeichne^ deren physikalische Eigenschaften nach dem Glühen nicht stark variieren, die selbst in Gegenwart geringer Mengen an Verunreinigungen unterschiedliche Festigkeiten auf Grund unterschiedlicher Gltihbehandlung annehmen können, und die sich billig und auf technisch einfache Weist herstellen lassenοThe invention aims to do so. to provide new, improved ferrous copper alloys that can be their physical properties are characterized by high electrical conductivity and at the same time high resistance properties after the glow does not vary greatly, even in the presence small amounts of impurities can have different strengths due to different annealing treatments, and which can be produced cheaply and in a technically simple manner
Gegenstand der Erfindung 1st eine Kupferlegierung! die 1,5 bis 3,5 Jt Eisen, 0,02 bis 0,21 cf> Silicium, gegebenenfalls 0,01 bis 0,15 ί Phospuor, gegebenenfalls 0,03 bis 0,20 £ Zink, Best Kupfer und übliche Verunreinigungen enthält. Die bevorzugte Phos phormenge liegt zwischen 0,01 und 0,10 5* und die bevorzugte Zinkmenge zwisohen 0,03 und 0,15 7»· Die legierung enthält ElsenThe subject of the invention is a copper alloy! the 1.5 to 3.5 Jt iron, 0.02 to 0.21 c f> silicon, optionally 0.01 to 0.15 ί phosphorus, optionally 0.03 to 0.20 zinc, best copper and usual impurities contains. The preferred amount of phosphorus is between 0.01 and 0.10 5 * and the preferred amount of zinc between 0.03 and 0.15 7 »· The alloy contains Elsen
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: 1'Λ einer Menge τοπ 1,7 bit; 3,0 ^, insbesondere von 1;,8 bis 2r9 $. Der bevorzugte Silitiiuffigeftalt liegt zwischen QfO3 und 0r20 'ß>? insbesoncars swisclien l„0 und 0,17 S&.: 1'Λ a set τοπ 1.7 bits; 3.0 ^, especially from 1;, 8 to 2 r 9 $. The preferred shape is between Q f O3 and 0 r 20 'ß> ? in particular swisclien l "0 and 0.17 S &.
Die erfindung3gomä£5ßen Legierungen sind durch sahireiche unerwartete und überraschende Eigenschaften gekennzeichnet, Ζ«Β» ist die elektrische Leitfähigkeit der Legierungen wesentlich verbessert. Es lassen sich näiul5 c'i IACS-Leitfähigkeitsvrerte von etwa TS bis 81 36 leicht erhalten. Ausserdem haben die Le λ gierungen der Erfindung ausgezeichnete Gltiheigenschaften und die Fähigkeitf unterschiedliche Festigkeiten auf Grund unterschiedlicher Gltihbehandlung annehmen au können. Ausserdem nehmen die Legierungen der Erfindung hohe Anlassfestigkeiten in gewalztem Zustand an„ Die hohe elektrische Leitfähigkeit der erfindungsgemessen Legierungen ist begleitet von ausgezeichneten Zugfestig keitseigenschaften in geglühtem Zustand in der Grössanordnung von etwa 45TO kg/om und höher» Die Festigkeit und physikalischen Eigenschaften der Legierungen der Erfindung variieren bei geringem Gehalt an Verunreinigungen nur unwesentlich. Weiterhin " widerstehen di© Legieroun^sn der Erfindung dem Erweichen beim Löten bei Temperaturen arischen 370 und 427°C.The alloys according to the invention are characterized by rich, unexpected and surprising properties, the electrical conductivity of the alloys is significantly improved. IACS conductivity values from about TS to 81 36 can easily be obtained. Also have the Le λ governments of the invention excellent Gltiheigenschaften and the ability for different strengths due to au accept different Gltihbehandlung. In addition, the alloys of the invention assume high tempering strengths in the rolled state vary only insignificantly if the content of impurities is low. Furthermore "the Legieroun ^ sn of the invention resist softening during soldering at temperatures between 370 and 427 ° C.
Die Legierungen der Erfindung können noch geringe Mengen andere Legierungsbestandteile enthaltenf um bestimmte erwünschte Ergebnisse zu erzielen* Z0B. kann Aluminium in einer Menge bis zu i» und Mangan in einer Menge bis zu 0,08 i» vorhanden sein.The alloys of the invention may be small quantities of other alloying components contain f to certain desired results to achieve * Z 0 as aluminum may be present in an amount up to i 'and manganese in an amount up to 0.08 i ".
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Die Eigenschaften der erfindungegeniäseen Legierungen Laseen sich in einem weiten Bereich von Yere.rbeitungsbedingungen gegenüber herkömmlichen Legierungen verlies sera* Eine spezielle Verarbeitung hat natürlich auch Änderungen der Eigenschaften zur Folge.The properties of the alloys according to the invention Laseen sera * relied on special processing in a wide range of working conditions compared to conventional alloys of course also has changes to the properties Episode.
Die Art des Gusses der Legierung ist nicht besonders kritisch, es können herkömmliche Giessmetkoden für die^e Legierungen ver-) wendet werden, Jedoch sollen höhere Temperaturen angewendet. werdenf um das Eisen in Lösung zu bringen. Vorzugsweise wird die Legierung zu Knüppeln üblicher Giöaae gegoßsen, die anschliessend der Warmformgebung unterworfen werden, z.B. gewalzt werden.The type of casting of the alloy is not particularly critical; conventional casting methods can be used for the alloys, but higher temperatures should be used. will f to bring the iron into solution. The alloy is preferably cast into billets of customary Giöaae, which are then subjected to hot forming, for example rolled.
Nach dem Gieesen soll die Legierung bei erhöhter Temperatur, d.h. zwischen 800 und 1050 C, vorzugsweise bei etwa 95O0C warmgewalzt werden« Anschliessend wird die Legierung mit zwischengeschalteten Glühstufen bei 400 bis 6000G und Haltezeiten von mindestens 2 Stunden kaltgewalztf wobei bei jeder After Gieesen to the alloy at elevated temperature, ie, preferably hot-rolled 800-1050 C, at about 95O 0 C "Subsequently, the alloy with intermediate annealing steps at 400 to 600 0 G, and holding times of at least 2 hours f cold-rolled wherein in each
" Kaltwalzstufe eine Stärkenverttinaorung von mindestens 50 $> durch geführt wird. Es können längere Haltezeiten angewendet werden-, um die elektrische Leitfähigkeit, dor Legierung zu verbessern» Kontinuierlich stranggegliüitos Bandmaterial öder Walzgut nimmt ebensogute physikalische Eigenschaften anP wie im Beil-Ofen geglühtes Material,, doch ist die elektrische Leitfähigkeit nicht so hoch. Zur Entwicklung von sowohl hoher Festigkeit nach dem Glühen und hoher elektrischer Leitfälligkeit seil daher das Fertigglühen und vorzugsweise das G ühen Jm Verfahren chargenweise durchgeführt r/erde)! mr! hovkömraJ iclies"Cold rolling stage a Stärkenverttinaorung is> out of at least $ 50 through. It can longer hold times werden- applied to the electrical conductivity to improve dor alloy" Continuously stranggegliüitos strip material barren rolling takes equally good physical properties of P as in the hatchet-furnace annealed material, However, the electrical conductivity is not so high. In order to develop both high strength after annealing and high electrical conductivity, the final annealing and preferably the annealing process are carried out in batches
2098U/0307 BAD ORIGINAL2098U / 0307 BAD ORIGINAL
Ofengltüien angewendet werden, ζ« Β. Glühen im Beil-Ofen·Oven rules are used, ζ «Β. Glow in the Beil furnace
Die spezielle und bevorsugte Verarbeitung der erfindungsge~ massen Legierung ist in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung «... (u,Z.: D 027; USSN 648 742) erläutert. The special and preventive processing of the invention Mass alloy is explained in the simultaneously filed patent application "... (u, Z .: D 027; USSN 648 742).
Die Beispiele erläutern dia Erfindung.The examples illustrate the invention.
Legierungen wurden auf folgende V/aiße hergestellt. Sehr reines Kupfer und sehr reines Eisen wurden miteinander in einem Niederfrequenz Induktionsofen imtar einer Holzkohlenschicht bei etwa XPOO0C verschmolzen, Etwa 10 # der Kupferbeschickung wurden zurückgehalten, und die Schmelze wurde auf etwa 130O0O geringfUgig überhitzt t um das Eisen in Lösung zu bringen Sehr reine Legierungszusätze wurden zugegeben, sobald die Schmelze eine Temperatur von etwa 13000G aufwies· Danach wurde der Rest des Kupfers zugeschlagen und die Schmelze auf die CkLesstemperatur von etwa 12000C gebracht, Hierauf wurde die Schmelze in eine wasser gekühlte Kokille mit den Abmessungen 73 x 12,7-x 244 cm in einer Giesegeschwindiglceit von 54rl cm/Hin, gegossen. Die auf diese Weise erhaltenen Legierungen hatten folgende Zusammensetzung. Alloys were produced in the following ways. Very pure copper and very pure iron were melted together in a low frequency induction furnace imtar a charcoal layer at about XPOO 0 C, about 10 # of the copper charge were retained, and the melt was superheated NEGLIGIBLE to about 130o 0 O t to the iron in solution to bring very pure alloying additions were added once the melt temperature of about 1300 0 G had · Then the rest of the copper was sold and brought the melt to the CkLesstemperatur of about 1200 0 C, Then was the melt in a water-cooled mold with the dimensions 73 x 12.7 x 244 cm, poured into a Giesegeschwindiglceit of 54 r l cm / Hin. The alloys obtained in this way had the following composition.
1alloy
1
2,3 5*Pe
2.3 5 *
0,021 $ P.
$ 0.021
0,13 #Si
0.13 #
0,08 5έ0.08 5έ
Restrest
(USA Patent
5 039 867)2
(USA patent
5 039 867)
2098U/03072098U / 0307
Die gemäss Beispiel 1 hergestellten Legierungen 1 und 2 wurden folgendermaasen verarbeitet. Die Legierungen wurden bei 900 bis 94O0C warmgewalzt und danach mit einem Wasserspray auf Raumtemperatur abgeschreckt. Ansohliessend wurde das Material auf 2,5 mm kaltgewalzt, 1 bis 4 Stunden bei 480 bis 60O0C im Beil-Ofen geglüht, auf 1,27 mm kaltgewalzt. 1 bis 3 Stunden im BeIl-Ofen auf 460 bis 4800C geglüht, auf 0,635 mm kaltgewalzt und 1 Ma 3 Stunden im Beil-Ofen auf 440 bis 4800C geglüht.Alloys 1 and 2 produced according to Example 1 were processed as follows. The alloys were hot rolled at 900 to 94O 0 C then quenched with a water spray to room temperature. Subsequently, the material was cold-rolled to 2.5 mm, annealed for 1 to 4 hours at 480 to 60O 0 C in the Beil furnace, and cold-rolled to 1.27 mm. 1 annealed to 3 hours in ax-oven at 460-480 0 C at 0.635 mm cold rolled and 1 Ma 3 hours in Beil oven at 440-480 0 C annealed.
Ansohliessend wurden die Legierungen auf ihre physikalischen Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt:The alloys were then examined for their physical properties. The results are in Table II compiled:
Legie» Streckfestig"- Zugfestigkeit, Dehnung, IACS-Leitfähigrung keit, kg/cm kg/om £ keit, £Alloy "stretch strength" - tensile strength, elongation, IACS conductivity, kg / cm kg / om £
1 1991 3754 27 81,21 1991 3754 27 81.2
2 1624 3522 27,5 73,52 1624 3522 27.5 73.5
Aus der Tabelle geht hervor, dass die erfindungsgeraäeee Legierung 1 eine höhere elektrische Leitfähigkeit und auch eine höhere Festigkeit aufweist, als die bekannte Legierung 2.The table shows that the alloy 1 according to the invention has a higher electrical conductivity and also a has higher strength than the known alloy 2.
In diesem Beispiel wurden 3 Legierungen gemäss Beispiel 1 hergestellt. Die Legierungen hatten folgende Zusammensetzung:In this example 3 alloys according to Example 1 were produced. The alloys had the following composition:
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Fe SdL P Ag O OuFe SdL P Ag O Ou
'} . 2r4 °p 0?12 i> - " Rest (Erfindung) '}. 2 r 4 ° p 0 ? 12 i> - " remainder (invention)
4 2Γ4 # 0-02 # ~ -■ Rest (USA-Patent4 2 Γ 4 # 0-02 # ~ - ■ rest (USA patent
3 039 867)3 039 867)
5 -· - - 0r06 56 0,04 # Rest (bekannte5 - - - 0 r 06 56 0.04 # remainder (known
Legierung)Alloy)
Die Legierungen wurden dann ßemäss Beispiel 2 verarbeitetf wo«. | bei eine ausätzliehe Kaitwalssstufe durchgeführt wurde,, um die Festigkeitseigenschaften au erhöhen. Anschliessend wurden die legierungen folgendermaßen auf die Erweichungstemperatur geprüft. Die Legierungen wurden bei !Temperaturen zwischen 315 und The alloys were then processed ßemäss Example 2 where f ". | an etching step was carried out in order to increase the strength properties. The alloys were then tested for softening temperature as follows. The alloys were produced at temperatures between 315 and
427 C während 3 bis 4 Minuten in ein Salzbad getaucht» Danach wurden die Proben auf die Rockwell 15T Härte, die Streckfestig« keit und Zugfestigkeit geprüft., Die Ergebnisse sind in Figur und 2 v/iedergegebenc In Figur 1 ist die Rockvell 15T Härte gegen die Temperatur und in Figur 2 die Festigkeit gegen die Tempe- ι ratur aufgetragene Die ausgezogenen Linien geben die Werte nach 3 mintitiger Tauchzeit in das Salzbad und die gestrichelten Linien die Werte nach 4 minütiger üJaushzeit wieder. Bei keiner der Legierungen ändertesich die elektrische Leitfähigkeit.427 ° C. for 3 to 4 minutes in a salt bath. Then the samples were tested for Rockwell 15T hardness, tensile strength and tensile strength. The results are shown in FIG the temperature and, in FIG. 2, the strength versus the temperature plotted. The solid lines show the values after a 3 minute immersion time in the salt bath and the dashed lines the values after a 4 minute break. In none of the alloys did the electrical conductivity change.
Aus den Figuren geht hervor., dass die erfindungsgemässa Legierung 3 den bekannten Legierungen 4 und 5 erheblich überlegen ist,The figures show that the alloy according to the invention 3 is considerably superior to the known alloys 4 and 5,
2098U/03072098U / 0307
In diesem Beispiel wurden 3 Legierungen geiuäss Beispiel 1 hergestellt. Die legierungen hatten folgende Zusammensetzung:In this example 3 alloys according to Example 1 were produced. The alloys had the following composition:
(Erfindung)(Invention)
(bekannte(acquaintance
Legierung)Alloy)
(USA-Patent
3 039 867) 8th
(USA patent
3 039 867)
Die Legierungen vrurden folgendermaasen verarbeitet. 12,7 cm dicke Knüppel wurden bei 925°C auf 8,89 mm warmgewalzt, dann auf 7t62 mm gewalrt-, hierauf auf 2,54 mm kaltgewalzt. 2 Stunden bei 4900C geglüht, auf. 1,27 mm kaltgewalzt, 2 Stunden bei 4400C geglüht, dann auf 0,63$ mm kaltgewalzt und weitere 2 Stunden bei 4400C geglüht. Nach jeder Glühstufe wurde die Zugfestigkeit und elektrische Leitfähigkeit der Legierung bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengestellt.The alloys are processed as follows. Billets 12.7 cm thick were hot-rolled at 925 ° C to 8.89 mm, then rolled to 7t62 mm, then cold-rolled to 2.54 mm. Annealed at 490 ° C. for 2 hours. 1.27 mm cold-rolled, annealed at 440 ° C. for 2 hours, then cold-rolled to 0.63 mm and annealed at 440 ° C. for a further 2 hours. After each annealing stage, the tensile strength and electrical conductivity of the alloy were determined. The results are shown in Table V.
2098U/03072098U / 0307
Legierungalloy
Erste Glühbehandlung First annealing treatment
Zweite Glühbehandlung
&ugfestig- ο lACS-Leit^Second annealing treatment
& ugfestig- ο lACS-Leit ^
keit, kg/e* fähigkeit^ i» keit, kg/cm fähigkeit Dritte Glühbehandlung ability, kg / e * ability ^ i » ability, kg / cm ability Third annealing treatment
Zugfestig · 2 IAGS-Leitkeit, kg/cm^ fähigkeit, 1° Tensile strength · 2 IAGS conductivity, kg / cm ^ ability, 1 °
4330
3937
31704330
3937
3170
69,7
66,269.7
66.2
69,969.9
4654 4464 39374654 4464 3937
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4796
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