DE1758122C3

DE1758122C3 - Verwendung von Kupferlegierungen für Gegenstände mit gleichzeitig hoher Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit

Info

Publication number: DE1758122C3
Application number: DE19681758122
Authority: DE
Inventors: Charles D. Alton Ill. Mclain
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1967-06-26
Filing date: 1968-04-05
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE1758122B2; DE1758122A1; GB1188425A; FR1569524A

Description

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Es wurden bereits zahlreiche Legierungszusätze empfohlen, um die Festigkeitseigenschaften von Kupfer zu erhöhen, wobei jedoch die elektrische Leitfähigkeit des Kupfers meistens erheblich vermindert wird. Es wäre daher sehr erwünscht, Kupferlegierungen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und gleichzeitig erhöhter Festigkeit zur Verfügung zu haben, um solche Legierungen für Gegenstände zu verwenden, bei denen es entscheidend auf entsprechend verbesserte Eigen-Schaftskombinationen ankommt.

Die US-PS 30 39 867 befaßt sich mit dem Problem, Kupferlegierungen mit einer möglichst guten Kombination von elektrischer Leitfähigkeit und Festigkeit verfügbar zu machen. Aus dieser Druckschrift geht eine Kupferlegierung bestehend aus 2,0 bis 3,0% Eisen, bis 0,04% Phosphor, Rest Kupfer als bekannt hervor; Mangan und Zink als weitere Legierungselemente sind nicht erwähnt, und Verunreinigungen sind nur in geringen Mengen zugelassen.

Aus »1966 Book of A3TM Standards«, Bd. 5, S. 733. Legierung 194, ist eine Legierung bestehend aus 97,3 bis 97,8% Kupfer, 2,1 bis 2,6% Eisen, bis 0,2% Zink, 0,01 bis 0,03% Phosphor, ggf. kleinen Gehalten an Zinn, Aluminium, Blei, sowie insgesamt bis 0,05% nicht spezifizierten anderen Elementen, bekannt, ohne daß ein bestimmter Verwendungszweck genannt wäre.

Demgegenüber lehrt die Erfindung, Kupferlegierungen der in Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 3 angegebenen Zusammensetzung im ausgehärteten Zustand für Gegenstände zu verwenden, die gleichzeitig hohe Festigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen müssen. Bevorzugte engere Grenzen für den Eisengehalt und den Mangangehalt sind in den Ansprüchen 4 und 5 gekennzeichnet.

Aus der GB-PS 5 12 142 ist zwar eine Kupferlegierung mit 0,1 bis 30% Eisen und/oder Mangan, bis 15% Zink, bis 1% Phosphor und 0,1 bis 5% Zirkonium bekannt Zirkonium wird bei dieser Kupferlegierung als wesentlichstes Legierungselement angesehen, so daß sich eine Weglassen des Zirkoniums nicht empfohlen hat.

Bekannt ist ferner eine Kupferlegierung, bestehend aus 0,02 bis 0,89% Eisen, 0,27 bis 1,12% Mangan, 0,16 bis 0,58% Phosphor, Rest Kupfer (US-PS 27 12 992). Bei dieser Kupferlegierung liegt der Eisengehalt wesentlich niedriger, der Phosphorgehalt höher und insbesondere der Mangangehalt wesentlich höher als bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen besitzen ausgezeichnete Wärmebehandlungseigenschaften, wobei die Eigenschaften der Legierungen, insbesondere Festigkeit und Leitfähigkeit, durch unterschiedliche Wärmebehandlungsmaßnahmen weitgehend variierbar sind. So lassen sich Leitfähigkeiten von über 70% IACS erreichen. Außerdem erreichen die Legierungen hohe Festigkeitswerte im kaltgewalzten Zustand (mit kaltverformtem Gefüge). Die hohe elektrische Leitfähigkeit der Legierungen ist begleitet von ausgezeichneten Zugfestigkeitseigenschaften im ausscheidungsgehärteten Zustand in der Größenordnung von 38,67 kp/mm². Die Festigkeit und die sonstigen physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen variieren bei geringem Gehalt an Verunreinigungen nur unwesentlich.

Die Art des Gusses der Legierungen ist nicht besonders kritisch; es können herkömmliche Gießmethoden verwendet werden, jedoch sollen höhere Temperaturen angewendet werden, um das Eisen in Lösung zu bringen. Vorzugsweise wird die Legierung zu Knüppeln üblicher Größe vergossen, die anschließend einer Warmformgebung unterworfen werden, z. B. gewalzt werden.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform werden Legierungen verwendet, die bei 800 bis 1050⁰C, vorzugsweise bei 900 bis 1050° C, warmgewalzt, danach mit zwischengeschalteten Glühstufen bei 400 bis 600⁰C und Haltezeiten von mindestens 2 Stunden, mit einem Verformungsgrad von vorzugsweise mindestens 50%, kaltgewalzt worden sind.

Kontinuierlich stranggeglühtes Bandmaterial oder Walzgut nimmt ebenso gute Festigkeitseigenschaften an wie im Hauben-Ofen geglühtes Material, doch ist die elektrische Leitfähigkeit nicht so hoch. Zur Entwicklung von sowohl hohei Festigkeit als auch hoher elektrischer

Leitfähigkeit nach dem Glühen sollen daher das Fertigglühen und insbesondere die einzelnen Glühstufen chargenweise durchgeführt und herkömmliches Ofenglühen angewendet werden, z. B. Glühen im Hauben-Ofen.
Das Beispiel erläutert die Erfindung:

Fe Zn

Mn

Cu

5 2,4 0,02

0,10

0,07

Rest

Beispiel

Eine Legierung wurde auf folgende Weise hergestellt Sehr reines Kupfer und sehr reines Eisen wurden in einem Niederfrequenz-Induktionsofen unter einer Holzkohlenschicht bei etwa 1200° C geschmolzen. Etwa 10% der Kupferbeschickung wurde zurückgehalten. Die Sahmelze wurde geringfügig auf etwa 1300° C überhitzt, um das Eisen in Lösung zu bringen. Sehr reine Legierungszusätzc wurden zugegeben, sobald die Schmelze eine Temperatur von etwa 1300° C erreicht hatte. Danach wurde der Rest des Kupfers zugeschlagen

und die Schmelze auf die Gießtemperatur von etwa

1200⁰C gebracht Hierauf wurde die Schmelze mit einer Streck-Gießgeschwindigkeit von 54,1 cm/min in eine wasserge- grenze kühlte Kokille mit den Abmessungen 73 χ 12,7 χ 244 cm kp/mm²

gegossen. Die auf diese Weise erhaltene Legierung 25

hatte folgende Zusammensetzung: 19,54

Die so hergestellte Legierung wurde folgendermaßen verarbeitet Die Legierung wurde bei 900 bis 940⁰C warmgewalzt und danach durch Aufsprühen von ίο Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt Anschließend wurde das Material auf 2,5 mm kaltgewalzt, im Hauben-Ofen 1 bis 4 Stunden bei 480 bis 600° C geglüht, auf 1,27 mm kaltgewalzt, im Hauben-Ofen 1 bis 3 Stunden bei 460 bis 480° C geglüht, auf 0,635 mm kaltgewalzt und 1 bis 3 Stunden im Hauben-Ofen bei 440 bis 480° C geglüht

Anschließend wurde die Legierung auf ihre physikalischen Eigenschaften untersucht Dabei ergaben sich folgende Wer· a:

AUg-

festigkeit
kp/mm²

Bruchdehnung

IACS-Leitfähigkeit

43,24

23,0

73,0

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Kupferlegierungen, bestehend aus 1,5 bis 3,5% Eisen, 0,03 bis 0,12% Mangan, 0,05 bis 0,20% Zink, gegebenenfalls 0,01 bis 0,10% Phosphor, gegebenenfalls bis zu 0,18% Silicium, gegebenenfalls bis zu 0,07% Aluminium, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen, im ausscheidungsgehärteten Zustand für Gegenstände, die gleichzeitig hohe Festigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen müssen.

2. Verwendung von Kupferlegierungen, bestehend aus 1,5 bis 3,5% Eisen, 0,03 bis 0,08% Mangan, 0,05 bis 0,15% Zink, 0,01 bis 0,08% Phosphor, gegebenenfalls bis zu 0,18% Silicium, gegebenenfalls bis zu 0,07% Aluminium, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung von Kupferlegierungen, bestehend aus 1,5 bis 3,5% Eisen, 0,03 bis 0,10% Mangan, 0,01 bis 0,10% Phosphor, gegebenenfalls 0,05 bis 0,20% Zink, gegebenenfalls bis zu 0,18% Silicium, gegebenenfalls bis zu 0,07% Aluminium, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung von Kupferlegierungen der Zusammensetzung und im ausscheidungsgehärteten Zustand nach Anspruch 1, die 1,8 bis 2,9% Eisen enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung von Kupferlegierungen der Zusammensetzung und im ausscheidungsgehärteten Zustand nach Anspruch 1, die 0,04 bis 0,10% Mangan enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1.

6. Verwendung von Kupferlegierungen der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die bei 800 bis 1050⁰C, vorzugsweise bei 900 bis 1050⁰C, warmgewalzt, danach mit zwischengeschalteten Glühstufen bei 400 bis 600° C und Haltezeiten von mindestens 2 Stunden, jeweils mit einem Verformungsgrad von vorzugsweise mindestens 50% kaltgewalzt worden sind, für den Zweck nach Anspruch 1.