DE2007516A1

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Publication number: DE2007516A1
Application number: DE19702007516
Authority: DE
Priority date: 1969-02-24
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1970-10-08
Also published as: BE746431A; CA931385A; JPS4910894B1; NL171726C; DE2007516C2; GB1281971A; NL7002516A; FR2032972A5; US3677745A

Description

-3s ist bekannt, daß verschiedene Legierungen auf Kupferbasis entwickelt worden sind in einem Versuch, den Bedarf an Legierungen mit hoher 7/ärmeleitfcthigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit, die gute mechanische üigeuschaften i und/oder Charakteristiken über einen weiten Temperaturbereich haben, befriedigen. Beispiele von Legierungen auf Kupferbasis, die entwickelt worden sind, um dieses Bedürfnis zu befriedigen, sind Kupferzirkonlegierungen, wie sie in den Uoii-Patentocririfißn2 842 438, 2 847 303, 3 Ü19 102, 3 107 und 3 194 t>bb besenrieben sind. Jede dieser Legierungen wurde für «inen spezieilen Zw<ick entwickelt und allgemein konnte jede zufriedenstellend verwendet werden, wenn sie für den beabsichtigten Zweck verwendet wurae. Jedoch hat jode dieser Legierungen wie

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die meisten anderen Materialien gewisse Nachteile und diese Nachteile sprechen gegen ihre Verwendung für gewisse wirtschaftliche in großen Mengen oder in großem Ausmaß erfolgende Anwendungen, bei denen Kosten einen wichtigen Gesichtspunkt darstellen, beispielsweise bei Kraftfahrzeugkühlern. Beispielsweise ist jede der anderen Legierungen, mit Ausnahme der in der USA-Patentschrift 2 847 303 beschriebenen Legierungen, vorteilhaft aus Kupfer hergestellt, dem im wesentlichen der Sauerstoff entzogen ist, d.h. aus sauerstofffreiem Kupfer oder aus Kupfer, das in einer inerten Atmosphäre oder in einem Vakuum bzw. in Unterdruck hergestellt wurde. Legierungen, die aus Kupfer solch hoher Reinheit hergestellt sind, sind verhältnismäßig teuer, was ihre Verwendung für viele Anwendungen ernsthaft behindert, insbesondere in der Massengüterindustrie wie in der Kraftfahrzeugindustrie oder in der Industrie elektrischer Leiter, wo die Kosten je Einheit sehr wichtig sind. Die in der USA-Patentschrift 2 847 303 beschriebenen .Legierungen sind in ähnlicher Weise nachteilig. Beispielsweise zeigen die dort beschriebenen Phosphor enthaltenden Kupferzirkoniegierungen nicht einwandfrei gute Leitfähigkeitscharakteristiken, wenn sie in Übereinstimmung mit den üblichen wirtschaftlichen oder industriellen Methoden hergestellt werden, da die der Schmelze zugegebene Phosphormenge in stb'chiometrischem Verhältnis zu der Menge vorhandenen Süueratoffs stehen muß, um einen PhosphorüberschuiS in der Legierung zu verhindern. Wenn zuviel verwendet wird, kann die Festigkeit der Legierung verringert werden. Wenn zu wenig verwendet wird, wird eine vollständige Desoxydation nicht erreicht. Demgemäß aah aich die Industrie, wenn sie Phosphor enthaltende Kupferzirkonlegierungen schmolz, dem schwierigen Problem gegenüber, den Sauer-

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etoffgehalt der Charge sorgfältig zu steuern. Diese Steuerungen sind vom praktischen oder wirtschaftlichen Standpunkt aus offensichtlich unerwünscht.

Es ist selbstverständlich möglich gewesen, Kupferlegierungen großer Festigkeit zu erzeugen ohne Ausgangsmaterialien hoher Reinheit zu verwenden oder ohne den Sauerstoff aus verunreinigten oder unreinen Ausgangsmaterialien mit Phosphor zu entfernen, jedoch erhalten die sich ergebenden Legierungen ihre größere Festigkeit lediglich zu Lasten ihrer Leitfähigkeit. Wenn demgemäß die Festigkeit dieser

Legierungen bis zu dem Wert entwickelt wird, bei dem i

die aus der Legierung hergestellten Materialien den bei der Handhabung und beim G-ebrauch austretenden Beanspruchungen widerstehen, kann die Leitfähigkeit der Legierung beträchtlich verringert sein. Beispielsweise ist eines der größten Anwendungsgebiete für Kupfer großer Festigkeit die Herstellung von Kraftfahrzeugkühlern ur.d von elektrischen Bauteilen. Die dünnen Rippen der Kühler werden während des Zusammenbaues des Kühlers und des Kraftfahrzeuges leicht verformt. Die Automobilgesellschaften fordern daher für die Kühlerausführung Legierungen großer Festigkeit. Jedoch ist Festigkeit nicht das einzige Kriterium. Kupferlegierungen zur Verwendung für Kraft- f

fahrzeugkühler müssen hohe Wärmeleitfähigkeit haben, d.h. eine Leitfähigkeit von vorzugsweise über 95 7» IACS und wenigstens über 90 y> IACS (es besteht eine dir/ekte Korrelation zwischen elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit). Eine billige Legierung, alt guten mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur, und bei hohen Temperaturen und nach dem Aussetzen gegenüber hohen Temperaturen zusammen mit guter Leitfähigkeit wird daher im großen Ausmaß benötigt.

Obwohl Versuche gemacht worden sind, eine solche

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Legierung zu schaffen, sind diese Versuche jedoch bisher nicht vollständig erfolgreich gewesen, wenn sie in wirtschaftlichem oder industriellem Maßstab verwirklicht wurden. Weiterhin ist es in der Kraftfahrzeugindustrie sowie in der Raumfahifcindustrie, wo Metalle üblicherweise durchSchweißen, Hartlöten oder Weichlöten miteinander verbunden werden, sehr wichtig, daß die legierung, wie oben erwähnt, ohne merkbares Erweichen hohen Temperaturen widerstehen kann.

Es ist nunmehr gefunden worden, daß billige Kupfermagnesiumphosphorlegierungen, die ausgezeichnete mechanische iäigenschaften in Kombination mit unerwarteten, jedoch erwünscht hohen Leitfähigkeiten von typisch zwischen 90 und 94 > LACS in kaltgewalztem Zustand und von etwa 95 bis etwa 98 oder sogar 99 7° IACS in richtig the πύοmechanisch behandelten Zustand nunmehr wirtschaftlich hergestellt werden können, Es ist ein Zweck der Erfindung, solche Legierungen herzustellen.

Lie Eigenschaften großer Festigkeit und hoher Leitfähigkeiten der Legierungen gemäß der Erfindung machen sie zusätzlich zur Verwendung für Kühlerrippen besonders nützlich für die Erzeugung von elektrischen Bauteilen, beispielsweise von Sammetschienen oder Widerstandsschweißelektroden wie Schweißspitzen oder Schweißräder und dergleichen.

Die Legierungen gemäß der Erfindung schaffen billige Kupfermagnesiumphosphorlegierungen mit guten mechanischen Eigenschaften und/oder Charakteristiken und gutem Wärmewiderstand zusammen mit guten Leitfähigkeiten über einen weiten Temperaturbereich. Die Legierungen gemäß der Erfindung enthalten vorteilhaft weiterhin Silber und/oder Kadmium, und solche Legierungen werden als im Hahmen der Erfindung liegende Legierungen bezeichnet und der Ausdruck "Kupfer-

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magnesiumphosphorlegierung" soll, wenn er allgemein verwendet wird, legierungen umfassen, die Silber und/oder Kadmium enthalten.

Die neuen Kupfermagnesiumphosphorlegierungen, die eine neue Kombination von Bestandteilen in besonderen Anteilen umfassen, sind, wenn sie richtig thermomechanisch behandelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie gegenüber Erweichen beständig sind, nachdem sie für normale Lötkreisläufe Temperaturen im Bereich von etwa 370 bis etwa 427° C (700 bis 800° F) ausgesetzt sind, -^ie Legierungen gemäß der -Erfindung sind insbesondere bei der Fabrikation von Wärme-Übertragungsvorrichtungen nützlich, bei denen die Bauteile ihre Festigkeit und Leitfähigkeit, auch nach dem sie einem Verbindungsvorgang bei hoher Temperatur unterworfen worden sind, beibehalten müssen.

Die Hochleitfähigkeitseigenschaften der Legierungen gemäß der Erfindung sind nicht nur unerwartet sondern 3ie stehen auch im Gegensatz zu den Lehren des Standes der Technik. "Technical ourvey-UFHC Brand Copper", American ketal Co. Ltd. (1957), >->eite 90, lehrt, daß die Zugabe von Phosphor oder Magnesium zu Kupfer den spezifischen elektrischen Widerstand erhöht, was zu verringerter eleKtrischer Leitfähigkeit der .Legierung führt. J-*ie Erfindung ist jedoch auf eine Kupferlegierung gerichtet, die Phosphor und Magnesium enthält und hohe Leitfähigkeit zeigt.

Diese Eigenschaften werden, wie gefunden wurde, dadurch erhalten, dab die wienge an Phosphor relativ zu der Jiaenge magnesium, die in der Legierung vorhanden sinü,_t gesteuert wird. Kine Legierung wird erzeugt, die eine elektrische Leitfähigkeit zwischen 90 und 97 1° IACJ zeigt. Die optimale Leitfähigkeit wird erreicht, wenn Phosphor in einer Menge vorhanden ist, die etwa 65 Gew./" mit Bezug auf das Magnesium äquivalent iut, ü.h. , daß dao Phosphor-Magnesium-Verhältnis

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etwa 0,85:1 ist. Weiterhin wird die Wirkung des Magnesiums hinsichtlich der Verfestigung oder Vergrößerung der Festigkeit auf die Zugfestigkeit der Legierung durch die Zugabe von Phosphor in einer Menge, die etwa 85 i» des Magnesiums äquivalent ist, nicht beträchtlich verringert. Während durch Kaltbearbeitung ein gewisses Bestreben besteht, die elektrische Leitfähigkeit etwas zu verringern, wie es bei Kupferlegierungen allgemein der Fall ist, sind die Vorteile, die durch steuern des Verhältnisses zwischen der Phosphormenge und der Magnesiummenge in der Legierung erbalten werden und wie sie oben erwähnt sind, auch imkaltbearbeiteten Zustand vorhanden.

Es wird angenommen, daß die unerwarteten .Eigenschaften,welche die Legierungen gemäß der Erfindung zeigen, sich aus der Bildung von intermetallischen Verbindungen in der kupfermatrix ergeben.

-Bs wird angenommen, daß Phosphor und Magnesium sich kombinieren, um eine intermetallische Verbindung zu bilden annähernd der Formel kg^Pp, oder daß ein Komplexgemisch von ^erbindungen zwischen Kupfer, Magnesium und Phosphor gebildet wird, beispielsweise Cu^Ii'jg und Cu.,?. Das Vorhandensein chemischer ZusMninenwirkung zwischen dem Magnesium und dem Phosphor ist durch die Tatsache angedeutet, daß, wenn Phosphor in einer Menge gleich oder nahe dem stöchiometrischen Verhältnis von etwa 0,85*1 zugegeben wird, welches zwischen den relativen (Jewichten von Phosphor und Magnesium in der ¥erbindung Mg^P₂ vorhanden ist, die elektrische Leitfähigkeit einen Spitzenwert bei den einfacheren thermomechanischen Behandlungen erreicht, beispielsweise solchen, wie sie in dem späteren Beispiel. 1 beschrieben sind. Wenn das relative Uewichtsverhältnia von Phosphor zu Magnesium beträchtlich niedriger oder beträchtlich

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höher als 0,85ί1 ist, ist die elektrische Leitfähigkeit weiterhin niedriger als der 95 bis 99 > IACS-Spitzenwert, der bei Anwendung der genannten einfachen thermomechanisch&n Behandlung erreicht werden kann. Bs wird angenommen, daß diese Verringerung der Leitfähigkeit durch freien Phosphor oder Magnesium hervorgerufen ist, welches im Überschuß zu der Menge vorhanden ist, die zur Bildung der zwischenmetallischen Verbindung oder Verbindungen verwendet wird, und das freie Magnesium oder der Phosphor sich so verhalten, als wenn sie in dem Kupfer allein vorhanden wären, wodurch die elektrische Leitfähigkeit entsprechend verringert wird. Wie oben erwähnt, ist gefunden worden, daß Cu-Ig-P-Legierungen, die auch Silber als Legierungselement enthalten, in der Lage zu sein scheinen, eine erwünschte Kombination von hoher Leitfahgikeit und großer Zugfestigkeit über einen größeren ^ereioh von Phosphor-MagnesiuiE-Vtxhältnissen als bei Nichtvorhandensein von Silber zu erzeugen.

Die Voraussetzung oder Annahme, daß Magnesium mit dem Phosphor reagiert, wird weiter durch die Tatsache unterstützt, daß durch Vorhandensein lediglich von Phosphor in der Menge von 0,85 i° in reinem Kupfer der spezifische elektrische Y/iderstand des Kupfers auf einen Wert von 2,90 mikroohm mal cm erhöht wird. Dieser spezifische Widerstand ist lediglich 59t5 > IACS elektrischer Leitfähigkeit äquivalent. (Der spezifische Widerstand des Internationalen Standards für geglühtes Kupfer (IAOS) bei 20° C beträgt 1ji7241 mikroohm mal cm).

Ea ist gefunden worden, daß, um Werte elektrischer Leitfähigkeit von 90 bis 99 i» IAOS zu erzielen und gleichzeitig große mechanische Festigkeit zu entwickeln, ee erwünscht ist, die Temperatur und die Zeitdauer der

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letzten G-lühbehandlung zu steuern. Eine gute Balance von Eigenschaften wird erhalten, wenn die Legierung zuletzt während etwa einer bis etwa drei Stunden bei einer Temperatur zwischen etwa 371 und etwa 538 C (700°und 1000° F) geglüht wird, -uie Legierung wird dann durch Kaltbearbeiten, beispielsweise Kaltwalzen, Drahtziehen, Stauchen, Kaltanstauchen, usw. auf ihre endgültigen Abmessungen gebracht. Es wird angenommen, daß die verbesserten Eigenschaften zufolge einer Kombination von die Festigkeit vergrößernden Mechanismen, die Kohärenz umfassen, und der Verbesserung der Festigkeit durch Dispersion vorhanden sind, die durch die feine Dispersion von untermetallischer Verbindung oder intermetallischen Verbindungen hervorgerufen ist, die sich durch Alterungshärten (oder Ausscheidungshärten) und Festigkeitsvergrößerung durch Kaltbearbeitung ergeben.

Es erscheint somit, daß, wenn diesem Legierungssystem Silber zugegeben wird, der Auascheidungsmechanismus besser steuerbar gemacht wird, insbesondere, da die Festigkeitseigenschaften und Leitfähigkeit seigenschaften durch Änderungen der thermomechanischen Behandlung beeinflußt werden. Beispielsweise können, wenn Silber vorhanden ist, bessere Kombinationen von Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit über einen etwas größeren Bereich von Legierungszusammensetzung als bei Nichtvorhandenaein von Silber erreicht werden. Demgemäß können Silber enthaltende Legierungen, die beispielsweise 0,02 bis 0,09 Gew.f<> Silber enthalten, bei einem Phosphor-Magnesium-Verhältnis von 0,3 bis zu 1,4 hohe Leitfähigkeit und große mechanische Festigkeit erreichen.

Um diese guten Ergebnisse zu erreichen, ist es notwendig, in einigen Fällen die thermomeChanisehe Behandlung zu ändern, und dies ist üblicherweise bei

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NichtVorhandensein von Silber schwieriger. Es ist gefunden worden, daß viele änderungen der tbermomeöhanischen Behandlung angewendet werden können, um diesem Legierungssystem einen großen Bereich von Kombinationen von elektrischer Leitfähigkeit und mechanischer Festigkeit zu geben, und diese Vielseitigkeit stellt eines der außergewöhnlichen Merkmale der Cu-Mg-P-Basislegierung dar. Geeignete Techniken umfassen Warmwalzen (Pseudoausformen), "Zerolling", Schock- oder Stoßbelastung, Cryogenkühlung, Spannungsalterung, "Paeudo-Maraging" (direktes .Abschrecken von der Lösungsbehandiungs-

temperatur auf die -Alterungstemperatur), mehrere *

■hlterungsbehandlungen aufeinanderfolgend bei der gleichen oder bei verschiedenen Temperaturen (mit oder ohne dazwischenliegendem Viarmwalzen oder Kaltwalzen zwischen den ^lterungsbehandlungen), und verschiedene Ausmaße von Kaltbearbeitung oder Warmbearbeitung vor der .Alterungsbehandlung. Das vereinigende Merkmal aller dieser thermomechanischen Behandlungen iat die Y/irkung, die sie haben hinsichtlich des Hervorrufens von G-röße, (restalt, Abstand zwischen den Partikeln, Verteilung, Grad von Kohärenz und hinsichtlich anderer steuernder Charakteristiken der ausgeschiedenen Partikel. Eine Mehrzahl dieser i

Ausucheidungsp&rtikei (beispielsweise mehr als 50 '/«) sind charakterisiert durch einen Durchmesser von weniger als 1 Mikron Erütreckung.

LJm die großen Wirkungen zu demonstrieren oder zu zeigen, die vorhergehende thermomechanisch^ Behandlung, beispielsweise das Ausmaß der Kaltbearbeitung, auf die endgültige elektrische Leitfähigkeit hat, wurden zwei verschiedene Ausmaße an Kaltbearbeitung, nämlich 69 > und 91 > bei zuvor warmgewalztem Material durchgeführt, und zwar vor der

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lung. Die nachstehend wiedergegebenen Ergebnisse zeigen, wie höhere elektrische Leitfähigkeit erreicht werden kann durch "Vergrößern des Ausmaßes an Kaltbearbeitung vor der Ausscheidungsbehandlung für eine Legierung, die Kupfer, 0,041 > Silber, 0,09 > Magnesium und 0,09 > Phosphor enthält.

Abmessung Prozentsatz elektrische !leitfähigkeit an Kaltreduktion nach Ausscheidungs-Alte-

rungsbehandlung während drei Stunden bei etwa 427 0

ft» IACS

4,o6 mm 69 ^

(von 12,7 mm auf 4,06 mm) 90 >

0,686 mm 91 > 99 7°

(von 7,62 auf 0,686 mm)

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Pig. 1 ist eine teilweise gebrochene schaubildliche Ansicht eines typischen Kühlers mit Rippen und Kohren.

Pig. 2 ist eine schaubildliche Ansicht einer Widerstandsschweißspitze, die mit Legierungen gemäß der Erfindung gebildet werden soll. Fig. 3 ist eine schaubildliche Ansicht eines

Schweißrades, das aus der legierung gemäß der Erfindung hergestellt werden soll. Pig. 4 zeigt eine Feder mit hoher Leitfähigkeit

und großer Festigkeit, die aus Legierungen gemäß der Erfindung hergestellt ist. Die Erfindung befaßt sich mit der Erzeugung von neuartigen billigen Kupfermagneaiumphosphorlegierungen. Jede Legierung gemäß der Erfindung hat, nachdem sie geeigneter thermomechanischer Behandlung unterworfen worden ist, gute elektrische Leitfähigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit zusammen mit großer mechanischer Festigkeit, beispielsweise eine endgültige Zugfeetig-

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keit von mehr als etwa 4218 kg/cm (mehr als 60000 pai) trotz Erhöhung der Temperatur auf etwa 371° C (700° F) oder höher während etwa drei Minuten. Legierungen innerhalb des vorgesehenen Bereichs gemäß der Erfindung, welche die vorgenannten erwünschten Eigenschaften und/oder Charakteristiken haben, enthalten in Gew.^ 0,002 bis 4,25 Phosphor, 0,01 bia 5,0 °/o Magnesium, wobei der Rest, abgesehen von den Üblichen Verunreinigungen und Spurenelementen, Kupfer ist. Um optimale Eigenschaften zu erhalten, werden Phosphor und Magnesium in Mengen verwendet, die ausreichend sind, ein G-ewichtsverhältnis im Bereich von 0,3 bis 1,3 und vorzugsweise nahe 0,85 hervorzurufen, -^ie Legierungen gemäß der Erfindung können auch 0,02 bis 0,2 Gew. ^ Silber und 0,01 bis 2,0 Gew.lh Kadmium enthalten.

Ungleich vergleichbaren bekannten Legierungen können die Legierungen auf Kupferbasis gemäß der Erfindung aus Kupfer her^eateilt werden, das in Gewichtsanteilen so viel wie 600 Teile je Million ippm), d.h. 0,06 fr Sauerstoff enthält, ohne daß die vorteilhaften Eigenschaften und/oder Charakteristiken dieser Legierungen beträchtlich und nachteilig geändert werden. Dies ist ein sehr erwünschter wirt- , achaftlicher Vorteil, da er es ermöglicht, bei der I Herstellung dieser Legierungen weniger teure Kupferqualitäten zu verwenden. Demgemäß kann hammergares Kupfer, welches ein Kupfer mit 0,02 bis 0,05 f> Sauerstoff iet und welches durch Schmelzen von elektrolytisch erhaltenem Kathodenkupfer oder durch *"euerfrischen oder Peuerfeinem erhalten iet, zum Erzeugen der Legierungen gemäß der Erfindung erfolgreich verwendet werden. Selbstverständlich ist zu verstehen, daß auch im wesentlichen aauerstofffreies Kupfer hoher Reinheit bei der Herstellung der Legierungen gemäß der Erfindung ver-

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wendet werden kann, wenn die Kosten keinen wichtigen Gesichtspunkt darstellen, demgemäß ist Kathodenkupfer ein geeignetes Ausgangsmaterial, wie es Kupfer ist, das in reduzierender Atmosphäre erzeugt ist, wie OFHC-Kupfer (das einen Reinheitsgrad von 99»99 i° oder mehr hat), ferner Kupfer, das in inerter Atmosphäre unter einer Holzkohlendecke oder in einem Vakuum hergestellt ist, oder auch chemisch desoxydiertes Kupfer wie mit Lithium desoxydiertes Kupfer. Die Verwendung von mit Phosphor desoxydiertem Kupfer (DLP-desoxydierter niederer Phosphor und DHP-desoxydierter höherer Phosphor) ist selbstverständlich annehmbar und wird in einigen ballen bevorzugt, weil bei ihm der Schritt der Zugabe von Phosphor zu dem Kupfer fortfallen kann, wenn genügend Phosphor in dem Kupfer in Lösung verbleibt.

^ie Legierungen gemäß der Erfindung, die die vorgenannten Bestandteile, d.h. Kupfer, Phosphor, Magnesium und wahlweise Silber und Kadmium in den zuvo^r angegebenen Anteilmengen enthalten, sind charakterisiert durch Kaltbearbeitbarkeit bis zu Festigkeiten von größer als etwa 4218 kg/cm (60000 psi). Diese Legierungen sind weiter durch gute Gießfähigkeit gekennzeichnet.

Phosphor wird in einer Menge verwendet entsprechend 0,002 bis 4,25 Gew.^ des Gesamtgewichtes der Legierung. Der Phosphor hat, wenn er in solchen Mengen zusammen mit Magnesium verwendet wird, eine Anzahl günstiger Wirkungen einschließlich Legierungsbildung und Desoxydierungswirkung. Das Magnesium wird in Mengen verwendet, die ausreichend sind, um 0,01 bie 5»0 Gew.#> des Gesamtgewichtes der Legierung darstellen. Die Verwendung von Magnesium hat eine wichtige WUcung auf die unerwartete Zugfestigkeit und die Eigenschaften hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleit-

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fähigkeit der Legierung. Die optimale Balance der mechanischen -Eigenschaften sowie der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit wird erhalten, wenn Phosphor und Magnesium mit Bezug aufeinander in einem ^ewichtsverhältnis von etwa 0,85!1 verwendet werden. Wenn sie in Anteilen, die im wesentlichen diesem Verhältnis äquivalent sind, verwendet werden, haben Phosphor und Magnesium eine synergistische Wirkung auf die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische LeitfähigleLt und auf die mechanischen -Sigenschaften. Beträchtliche Abweichungen

von diesem Verhältnis können zu einer Verrigerung |

der Festigkeit der Legierung, einer Verringerung der Wärmeleitfähigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit oder zu einer Verringerung beider iüigenschaften führen, obwohl in den meisten Fällen diesem Bestreben durch geeignete Änderungen der thermomechanischen Behandlung entge^engegiwirkt werden kann. .Es kann weiterhin durch das Vorhandensein von Silber diese Verringerung minimal gehalten werden. Es ist gefunden worden, dai3 Erhöhung des Anteiles an Phosphor mit Bezug auf das Magnesium eine schädlichere Wirkung auf die Eigenschaften der Legierung hat als Erhöhung des Anteiles an Magnesium mit Bezug auf Phosphor. Wenn g der Magnesiumgehalt der Legierung 0,01 bis etwa 0,5 (jew.;° beträgt, werden die gewünschten Festigkeitsund Leitf-i.higkeitseigenachaften erhalten ohne Anwendung besonderer Behandlung oder Bearbeitung. Wenn jedoch die Menge an Magnesium 0,5 üew.^ ubercjteigr, werden besondere thermomechanische Verfahren empfohlen, um optimale Eigenschaften zu erhalten. Es wird angenommen, daß die beuonderen thermomeohaniachen Verfahren notwendig sind zufolge der verhältnismäßig großen i-ienge an intermetallischer Verbindung oder intermetallischen Verbindungen, die in der Kupfermatrix vorhanden aind.

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Eine solche Vielseitigkeit und gute Steuerung eines großen Bereiches erwünschter Eigenschaften sind lange angestrebt worden, sie haben sich jedoch bis zur vorliegenden -Erfindung den Fachleuten dieses Gebietes entzogen. Obwohl die atomistischen Mechanismen, welche die ausgezeichneten Kombinationen von Eigenschaften, die durch die Erfindung erzielt werden, bewirken, noch nicht vollständig erhellt oder verstanden sind, ist das nachstehende hypothetische Modell für die Fachleute dieses Gebietes instruktiv und unterstützt sie in der Verwirklichung der Erfindung:

A. Bei Temperaturen oberhalb etwa 649 bis 760° C (1200 bis 1400° F) erscheint es, daß Phosphor und Magnesium bis zu dem Ausmaß ihrer Festlöslichkeit in Kupfer bei der angwedneten Losungsglühtemperatur in feste lösung gehen.

B. Es erscheint weiterhin, daß sowohl Phosphor als auch Magnesium das Bestreben haben, in fester Lösung zu bleiben, selbst wenn die Temperatur gesenkt wird, so daß der Festlösung^zustand ein üngleichgewichtszustand wird, anstatt daß sie sich leicht ausscheiden zu CUpMg bzw. Cu-^P. Demgemäß wird durch schnelles Kühlen, beispielsweise Abschrecken mittels Wasser oder sogar durch Luftkühlen, ein beträchtlicher Teil des gesamten Phosphors und Aiagnesiums in fester Lösung gehalten. Dies führt zu niedriger Leitfähigkeit und zu Festlösunguverfestigung. Wenn diese übergesättigte Festlösungsstruktur kaltbearbeitet wird, werden sehr hohe Festigkeiten erhalten, beispielsweise eine endgültige Zugfestigkeit von etwa 6.528 kg/cm² (90000 psi) (und 70 ν IACiJ). Es erscheint, daß diese Kaltbearbeitung an sich nicht die -Ausscheidung von Cu-Mg und Cu-P-Verbindungen hervorruft, sundern die Kupfermatrlx so konditioniert, daß solche Verbindungen aungeschteden werden, wann das Material

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danach erhitzt wird. Zusätzliche Kreisläufe von Kaltbearbeitung und Alterung bei hohen Temperaturen unterstützen weiterhin die -Ausscheidung solcher Verbindungen.

C. Um hohe Leitfähigkeiten, bzw. beispielsweise 90 bis 99 i° IACS anstelle der oben genannten Leitfähigkeit von 70 % IACS zu gewährleisten, ist es notwendig, das Magnesium und den Phosphor aus der festen Lösung auszuscheiden. Wie oben unter B angedeutet ,schlagen die binären ßieichgewiöhtsdiagramme von Cu-Mg und von Cu-P vor, daß diese Ausscheidungen CUpMg und Cu,P sein können. Diese Ausscheidung kann |

jedoch ein Komplex von diesen oder anderen Verbindungen sein. Weiterhin können, wie im Fall von Karbidverbindungen bei ^werkeeugstählen, wo einfache Karbide sich zuerst ausscheiden und dann durch Interdiffusion sehr komplexe Karbide während dos Temperns bilden, zwei oder mehrere Verbindungen sich getrennt bilden und darauffolgend die endgültige Ausscheidung bilden, wobei dies insbesondere bei Regierungen gemäß der Erfindung zutrifft, bei denen Silber und/oder Kadmium vorteilhaft vorhanden sind, um die kinetischen Eigenschaften und/oder die Zusammensetzungen der Ausscheidungen zu ändern, -^ie Legierungen gemäß der Erfindung sind somit charakterisiert durch verhältnis- " mäßig gesteuerte Geschwindigkeit oder verhältnismäßig gesteuertes Ausmaß an Ausscheidung. Dies ist sehr günstig. Es können billige Walz- und -ßrhitzungs-^tandardpläne, für die vorhandene Produktionsausrüstung gut angepaßt iat, verwendet werden, während Magnesium, Phosphor, Silber und/oder Kadmium in Lösung gehalten werden. Dann kann wiederum durch billige Standardverfahren in vorhandener Produktionsausrüstung ein metallurgischer Fachmann entsprechend der Lehre der vorstehenden Erfindung optimale Kombinationen von

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Festigkeit und Leitfähigkeit auswählen, indem er bei der hohen Festigkeit beginnt, die durch die Festlösung plus Kaltbearbeitung möglich gemacht ist, und allmählich unter ausgezeichneter Produktionssteuerung die Leitfähigkeit durch geeignete thermomechanische Verfahren erhöhen kann. Der atomistische Mechanismus hierfür ist gesteuerte Ausscheidung von Verbindungen, die durch kritische Mengen und Verhältnisse gemäß der hier gegebenen Lehre von Magnesium, Phosphor, Silber und/oder Kadmium in Verbindung mit geeigenten thermomechanischen Verfahren möglich gemacht ist. Diese gesteuerte Ausscheidung ergibt einen äußerst wiahti^/gen Vorteil, der überraschend hoch ist in seinem Grad von Wirksamkeit hohem Widerstand gegen Erweichen durch Wärme, wie es im nachfolgenden Absatz D beschrieben ist.

D. Ein erster Faktor liegt in der Tatsache, daß grundsätzlich Kupfer zu hoher Leitfähigkeit und hoher Verfestigung durch Kaltbearbeitung beiträgt. Magnesium und Phosphor, wahlweise mit Silber und/oder Kadmium, tragen zuerst zu einer beträchtlichen oder wichtigen -Erhöhung der Verfestigungsmöglichkeit oder Verfestigbarkeit durch Kaibearbeitung von Kupfer über Festlösung bei, jedoch in gewissem -Ausmaß zu Lasten der Leitfähigkeit, dann können innerhalb der hier angegebenen kritischen Frenzen Magnesium, Phosphor, Silber und/oder Kadmium unter ausgezeichneter Steuerung ausgescheiden werden, so daß eine Dispersion von Ausscheidungspartikeln überall in der Kupfermatrix oberhalb der Erweichungstemperatur der Kupfermatrix erhalten wird, wodurch die Verfestigung durch Kaltbearbeitung beeinträchtigt wird, während die Leitfähigkeit durch Ausscheidung von Magnesium, Phosphor, Silber und/oder Kadmium aus der festen Lösung erhöht wird. Ein zweiter Faktor liegt darin,

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daß gefunden wurde, daß die die Ausscheidung enthaltende Matrix nunmehr kaltbearbeitet werden kann, um die Verfestigung durch Kaltbearbeitung mit nur kleinem Verlust an elektrischer Leitfähigkeit wiederzuerhalten. Die die Ausscheidung enthaltende Matrix kann mit größerer Geschwindigkeit bearbeitungsgehärtet werden als die geglühte und abgeschreckte Lösungalegierung, so daß daher höher« Festigkeiten für ein äquivalentes Ausmaß an Kaltbearbeitung erhalten werden können. Sin dritter Paktor liegt darin, daß gefunden wurde, daß die so gebildete iuascheidung nunmehr atomische Bewegungen hindert, die notwendig sind, um Kaltbearbeitungsverfestigung aufzuzehren oder aufzulösen, d.h. die Ausscheidungspartikel blockieren Hekrietallisierung und Erweichung. Das .Ergebnis liegt darin, daß die richtig behandelte Legierung ohne ernsthaftes oder vollständiges Erweichen auf Temperaturen erhitzt und während Zeiträumen verwendet werden kann, die beträchtlich höher baw. langer sind ale die-3a»lgan_f b#i denen bisher bekennte Materialien Hit vergleichbarer Leitfähigkeit and festigkeit vtrwendrt werden können.

3ilber hat, w«nn «β in dm obm angegebenen Mengen*, d.h. in einer idenge von 0,02 bie 0,2 f, *uaamaen »it | riohUgtn Mangan von M*gnaaltt* and Ihbgpöor Unabha»gi# . " davon, ob Kadaiu» vorhanden iat odar nioht), wi* oban ^ •twitoit^ vorhandtn iat_f #lft* Ajiahl von iUqatU·» Wirkungen auf di· mtchaniechen fiigeneohaften und dia Leitungeeigenachaften. Zusätzlich au gröflertr Brtita hinreicht lieh suiäaalger Verhältniaee von Phosphor eu Magnaaiuti, wie ala oben erwähnt aind, wird durch dl« . Zugab· von Silba? dia ^rweichungatamptratur erhöht und dia Faatigkait day Legierung vergrößert. Zwtittni ν·Γ-xdgart Silber Hekrietalliaation von geknetet·» Kupfer beträchtlich. Drittens wird angenommen, daß oilber das

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BAD ORlGtNAl-

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Kornwachsen hemmt. Weiterhin ermöglicht das Erwünscht β β in von Silber in den vorgenannten Bereichen die Verwendung von Basiskupfer, welches Silber enthält, beispielsweise Copper Range White Pine-Kupfer, wenn die Legierungen gemäß der Erfindung hergestellt werden, und diese im Handel verfügbaren Kupferqualitäten können verwendet werden ohne Beeinträchtigung solch erwünschter Eigenschaften und/oder Charakteristiken wie elektrische Leitfähigkeit oder Wärmeleitfähigkeit.

Wi* oben erwähnt, können die Legierungen gemäß der Erfindung bis zu 2,0 Gtew.> Kadmium enthalten.-Die Zugabe von Kadmium zu den Kupfermagnesiumphosphorlegierungen oder Kupfermagjtfnesiumphosphorsilberlegierungen gemäß der Erfindung führt zum Beibehalten von Festigkeiten, die nach dem Aussetzen zu höheren Temperaturen größer sind, ohne daß die Leitfähigkeit und/oder 4ie mechanischen Eigenschaften für viele wichtige Wirtschaftliehe Anwendungen nachteilig oder »chädlioh iverfiegert oder, vtraohlkontert werden.

Bei« Abführen der Erfindung «erden besondere bemerkenswerte Ergebnisse erhalten, wenn die Legierungen In de*.^ ejtwa enthalten Q,0| Mi 0,3 > Magnesium, 0,04 bi« (|, 25 > Phosphor, 0,03 bis 0,09 * Silber und 0,02 bis (J, 1 * Kadmium, »obii der Beet, abgesehen von ae,n Ubiicl|en ^e?UBreiaieune|n uttd Beet* . ' Kupfer let. Solehe Legierungen halen eine oder überwiegen* Kombination von phyeikalieohtn, BtchaniecHen und/oder metallurglachen Äigeneohaften und/oder Charakteristiken in Kombination damit, dafl ■i· bilii* erzeugt siad.

Legierungen innerhalb der weiten und vorteilhaften Bereiche sind gegenüber Warneerweicheη beständig, nachdem ei* Kaltbearb*itungsvorgängen unterworfen worden sind. Vorteilhaft werden die Legierungen zu wenigstens 40 >

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kaltbearbeitet, um größere Festigkeit und Härte zu erhalten. Noch vorteilhafter werden sie zu wenigstens 60 bis 90 fr kaltbearbeitet. Für den Fachmann dieses Gebietes ist es bequem ersichtlich, daß die .Erweichungstemperatur eine Funktion des Ausmaßes an Kaltbearbeitung ist, was bedeutet, daß, je geringer das Ausmaß an Kaltbearbeitung ist, desto höher die Erweichungstemperatur ist und umgekehrt. In jedem Fall liegt die Halbhärtetemperatur der kadmiumfreien Legierungen gemäß der Erfindung zwischen etwa 585 bis etwa 400° C (725 bis 750° F). Wenn Kadmium in den

oben genannten Mengen vorhanden ist, liegt die Halb- i

härtetemperatur für 30 Minuten zwischen etwa 400 und etwa 427° C (750 bis 800° F).

Die Kupfermagnesiumphosphorlegierungen und Kupfermagnesiumphosphorsilberlegierungen gemäß der Erfindung werden in Übereinstimmung mit bekannten Arbeitsweisen hergestellt. Bei repräsentativen Arbeitsvorgängen wird das Kupfer geschmolzen und dia Legierungabestandteile werden zugegeben. Das Schmelzen des Kupfers kann in Luft unter dem Schutzdeckel oder in Vakuum ausgeführt werden. Besondere feuerfeste Materialien wie Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd und dgl. können bei der Erzeugung der Legierung verwendet werden. Es ist vorteilhaft, insbesondere, wenn hammergares Kupfer oder anderes f

verhältnismäßig viel Sauerstoff enthaltendes Kupfer verwendet wird, den Phosphor vor oder gleichzeitig mit dem Silber und das Magnesium oder Kadmium nach der Desoxydation zuzugeben, um Magnesium- und Kadmiumverluste minimal zu halten. Die erzeugte Schmelze wird dann vorzugsweise in nicht oxydierender Atmosphäre, beispielsweise in Sticketoffatmosphäre oder Argonatmosphäre, gegossen.

Ee ist vorteilhaft, insbesondere wegen der kleinen verwendeten Mengen, in Gewichtsprozenten das Magnesium

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ale Kupfer- 10 bis 20 fr Magnesium-Legierung, Phosphor als 15> Phosphor-Kupfer-Legierung und Kadmium als Kupfer-5 fr Kadmium-Legierung zuzugeben. Silber kann andererseits in elementarer Form oder als Hauptlegierung zugegeben werden.

^ie Legierungen gemäß der Erfindung können unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken bearbeitet werden. Gute Balance zwischen den mechanischen Eigenschaften und den Leitfähigkeitseigens ehalten der Legierungen, die von etwa 0,01 bis etwa 1 Gew.^o Magnesium und von etwa 0,002 bis 0,85 Gew.fr Phosphor (mit oder oh^n. Selber und Kadmium) enthalten, wird erhalten, wenn die Legierungen wie folgt bearbeitet werden. Gußwalzteile werden bei Temperaturen von etwa 538 bis etwa 871° C (1000 bis 1600° F) heißgewalzt auf eine Metalldicke von etwa 7,62 bis etwa 12,7 mm (0,3 bis 0,5 Zoll). Weitere Dickenverringerung wird erzielt durch übliche Kaltwalz- und Glühverfahren. Tatsächlich können diese Legierungen zwischendurch in den bequem verfügbaren kontinuierlichen Glüstrecken geglüht werden.

Bei den Legierungen, bei denen Magnesium und Phosphor in Mengen vorhanden sind, die von etwa 1,0 bis etwa 2,0 bzw. von etwa 0,85 bis etwa 1,70 Gew./« äquvalent sind, werden gute mechanische Eigenschaften und gute Leitfähigkeitdeigenschaften erhalten durch Verformen der primären Gußeingußstruktur durch Heißschmiedevorgänge bei Temperaturen zwischen etwa 649 und etwa 760° C (1200 Und 1400° F). Nach dein einleitenden Heißschmieden wird zusätzliche Verringerung oder Reduktion durch Kaltbearbeiten hervorgerufen.

Wenn eine Legierung mit einem Magneaiumgehalt und einem Phosphorgehalt von etwa 2,0 bis 5_f0 bzw. von etwa 1,7 bis etwa 4,25 Gew.fr verwendet wird, wird ein geknetetes Erzeugnis hergestellt durch üeduzieren des Gußrohlings oder zwischendurch bei einer Temperatur

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unter etwa 649° C (1200° F), um Reißen des Gußrohlings zu vermeiden.

ßs ist selbstverständlich zu verstehen, daß die !legierungen gemäß der Erfindung im as-cast-Zustand oder nach irgendeinem Grad an .Reduzierung (heiß oder kalt) verkauft werden können; sie können auch für einige Anwendungen durch kraftmetallur/gische Techniken erzeugt und verarbeitet werden. Der Hersteller kann dann das Material in der gewünschten Stufe seines Herstellungsverfahrens alterungshärten Uid/oder learbeitungshärten.

Die Anpassungsfähigkeit dieser Legierungen zum i

.Erzeugen hoher elektrischer leitfähigkeit und großer Härte von gußähnlichem bzw. as-cast-Zustand oder vom as-cast-Zustand und lösungsgeglühten Zustand mittels einfacher Ausscheidungswärmebehandlung ist durch die nachstehenden Daten für eine Legierung dargestellt, die Kupfer mit 0,041 7° Silber, 0,16 > Magnesium und 0,148 °/o Phosphor enthält und die bei etwa 427° G (800° F) während der angegebenen Zeiten gealtert wurde.

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Alterungazeit bei 427° C (800° F) 5 Min. 1 Std. 8 Std. 16 Std. 24 Std. 32 Std. 56 Std.

Bockwellhärte F

(1) Aa-Caat 61 62 71 76 76 76 76

(2) LÖaungageglüht und abge-

I'Std^ei ^{40 41 46 54 57 64 76} 76O⁰C (1400⁰F)

elektriache Leitfähigkeit

(1) As-Cast 64 71 81 86 88 88 90

(2) Lösungsgeglüht und abgeschreckt, 2 atd. bei

760° c 55 56 59 63 71 73 85 (1400° F)

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beiapielen näher erläutert.

Beiapiel 1

Hie Legierungen gemäß der Erfindung mit einer Zusammensetzung gemäß Tab. I wurden hergestellt durch Schmelzen von ETP-Kupfer bei etwa 1093° C (2000° F). Ler Schmelze wurde Kohlenstoff zugegeben, um daa Kupfer teilweise zu desoxidieren. 15 > Phoaphor-Kupfer wurde dann der »Schmelze zugegeben, um die Deaoxydation deä Kupfers zu vervollatändigen; jedoch muß genug Phoaphor zugegeben werden, um nach Vervollständigung der Desoxydation eine Phosphormenge zu haben, die dem gewünschten Phosphorgehalt der -Legierung äquivalent iat. Nach der Zugabe des Phosphor-Kupfers wurde das Magnesium der Schmelze zugegeben in Form einer Kupfer-Magnesiumlegierung, die etwa 10 > Magnesium enthält.

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2 O O 7 51 C

(Das Silber wird, wenn es/nicht bereits vorhanden ist, vor oder nach dem Desoxydieren zugegeben. Es ist selbstverständlich möglich und zweckjlmäßig, ein Kupfer zu verwenden, welches bereits Silber enthält.) Das gesamte Schmelz- und Verbindungsverfahren wurde ausgeführt unter einer Atmosphäre von nicht oxydierendem Schutzgas wie Stickstoff oder dergleichen. Die Schmelze v-urde zu Kuchen gegossen, während sie sich auf einer Temperatur von etwa 1177° C (2150° F) befand. Kuchen oder dergleichen jeder Legierung wurden dann bei einer Anfangstemperatur von 815 C (1500 ϊ) auf eine Dicke von etwa 7,62 mm (θ,3υ Zoll) beißgewalzt und auf !Raumtemperatur abkühlen gelassen. Der °treifen mit der Dicke von 7,62 mm wurde J. ι auf eine Dicke von etwa 7»24 mm (0,285 Zoll) gehäutet bzw. geschält und danach auf etwa 0,70 mm (O,O275 Zoll) kaltgewalzt. Dieser Streifen mit einer Dicke von etwa G,Γ0 mm wurde dann bei 427 bis 538° C (800 bis 1000° F) geglüht. Der G-lüh- oder ■"Iteruijgbk:. .sl;uf umfaßte 3 Stunden Erhitzen, 3 Stunden Auf Temperatur Halter und 6 Stunden Kühlen auf Räumteaperatur. Der Streifen mit der Dicke von etwa 0,70 mrn wurde schließlich auf 90 > auf eine Dicke von etwa 0,0762 mm (0,003 Zoll) kaltgewalzt. Die so erzeugten Streifen wurden geprüft, um ihre endgültige Zugfestigkeit zu bestimmen. Die elektrische Leitfähgikeit (gemessen in τ» IACS) wurde an Streifen bestimmt, die auf eine Dicke von1,27 mm (0,050 Zoll) kaltgewalzt worden waren. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle I zusammengefaßt.

Wie oben erwähnt, besteht ein Bedarf für eine billige Kupferlegierung, die eine endgültige Zugfestigkeit von etwa 3515 bis 4218 kg/cm² (50000 bis 60000 pei) sowie eine Leitfähigkeitvon wenigstens 90 "h IACS hat, nachdem sie während 3 Minuten einer

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Temperatur von 427° C (800° F) ausgesetzt worden ist. Eine Verwendung einer aolchen Legierung ist ihre Verwendung als Aufbaumaterial für Wärmeübertragungsrippen für Kraftfahrzeugkühler und andere Fahrzeugkühler, wie es durch die Kühlervorrichtung in Fig. 1 der Zeichnung beispielsweise dargestellt ist. Fig. 1 ist eine teilweise gebrochene schaubilalicbe Ansicht eines typischen Hippen und Rohre aufweisenden Kühlers mit einer Mehrzahl von eine große Oberfläche aufweisenden Hippen 22 bzw. Wärmeübertragung siläcljen und Kühlrohren 2ü für den Wasserdurchgang.

Der Grund für die Festigkeitsforderungen ergibt sich aus dem Ausmaß der Handhabung, insbesondere während des Zusammenbaues und Einbaus, welcher die Vorrichtung unterworfen wird, gekoppelt mit der Anforderung, daß die Rippen sehr dünn sind. Wenn die Rippen so dünn sind, müssen sie fest genug sein, um den vielfachen Beanspruchungen zu wi/rfderstehen, denen sie während der Herstellung, des Einbaus und der Verwendung oder Benutzung unterworfen werden. Zusatzlich berücksichtigen die Festigkeitsanfurderun.ren und die Leitfähigkeitsanforderungen die Temperatur, bei welcher der Lotvorgang durchgeführt wird.

Fig. 2 zeigt zwei Metallbleche 24, 26, die mittels zweier Schweißspitzen 30, 32 bei 28 punktverschweißt sind, die aus einer Kupferlegierung gemäß der Erfindung zusammengesetzt sind. Fig. 3 zeigt zwei Metallbleche 34 und 36, die entlang einer Naht 38 widerstandsgeschweißt werden mittels zweier Schweißräder und 42, die aus einer Kupferlegierung gemäß der Erfindung zusammengesetzt sind. Fig. 4 zeigt eine gewickelte Druckfeder 44, die aus einer Kupferlegierung gemäß der Erfindung zusammengesetzt iat.

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Beispiel 2

Bei weiteren Arbeitsvorgängen werden andere Legierungen gemäß der Erfindung hergestellt. Dieae Legierungen wurden aus ETP-Kupfer gemäß Beispiel 1 hergestellt. Jede auf diese Weise hergestellte Legierung wurde bei etwa 788° C (1450° ϊ¹) heißgewalzt und in ihrer Dicke von etwa 2,54 cm auf etwa 1,27 cm (1 Zoll auf 1/2 Zoll) verringert. Das 12,7 mm-Material wurde während 30 Minuten im Glühofen bei einer Temperatur von etwa 788° G angeordnet und dann mit Vaaser abgeschreckt. Das mit Wasser abgeschreckte Material wurde auf. 50 ^a/o kaltgewalzt, um einen streifen |

einer Dicke von etwa 6,35 mm (1/4 Zoll) zu erzeugen, der weiter (85 ^) kaltgewalzt wurde, um einen Streifen einer Dicke von etwa 0,61 mm (0,024 Zoll) zu erhalten. Dieser Streifen wurde bei etwa 399° G (750° F) in geschmolzenem Salz von 10 bis 30 Minuten geglüht und dann wiederum (87 1/2 7^u) kaltgewalzt, um einen Streifen einer Dicke von etwa 0,0762 mm (0,003 Zoll) zu erhalten. Dieser Streifen wurde in Zugfestigkeitspruben unterteilt und als kaltgewalztes Material und nach einem dreiminutigen Glühen bei 377° C (710° F) (in geschmolzenem Salz) geprüft. Die Zusammensetzung dieser Legierungen und ihre Eigenschaften sind in Tabelle II j

wiedergegeben. ™

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Tabelle I

Zugfestigkeit und elektrische Leitfähigkeit im "wie gewalzten" (90 %) Streifen einer Dicke von 0,0762 mm (0,003") nach folgenden Slühbedingunsen bei 0,685 mm (0,027 Zoll).

Legierung Zusammensetzung in Gew.?« Glülitemperatur 538° (100O⁰P) Glühtemperatur 427° C (800⁰P) ^ Ιώ? P Cu während 3 Stunden während 3 Stunden .

während 3 Stunden

endgültige

Zugfestigkeit

(KIPS)

^IACS (Streifen einer Dicke von 1,27 mm (69 70 kaltgewalzt)

endgültige pIACS Zugfestigkeit (Streifen (KIPS) einer Dicke

von 1,27 mm (69 Ί° kaltgewalzt)

CO
Ci»

0,041	0,1	0,008	Rest	61,5
0,041	0,1	0.024	11	76,6
0,041	0,3	0.044	Il	75,7
0,041	0,1	0.060	η	76,4
0,041	0,1	0.085	Il	74,9
0,041	0,1	0.10	Il	76,6

88 90 90 91 90 93

78,1

75,8 77,9 76,9 81,9 80,5

87

87 90 89 69 92

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•Η CD Pi

■^ IN

M O O)CJO «Η O W) ».τ— 3= ΕΝ +»ν—«

α>Ηθ t£ cd

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Beispiel 3

Um die neuartigen und erwünschten Wirkungen zu Folge der Verwendung von Kadmium in den Legierungen gemäß der Erfindung darzustellen, wurden Legierungen X und Y hergestellt in der gleichen Weise wie die in Beispiel 1 beschriebenen Legierungen. Diese Legierungen wurden in Form von Streifen einer Dicke von 2,54 mm (0,10 Zoll) hergestellt, die auf 60 > kaltbearbeitet wurden, bevor sie in einem Salzbad auf 377° C (710° F) erhitzt wurden. Der Streifen wurde dann hinsichtlich seiner Härte geprüft. Die Ergebnisse, die das Beibehalten der "wie gewalzt"-Härte, die die Festigkeit anzeigt, zeigen, sind in der Tabelle III angegeben.

Tabelle III Legierung Zusammensetzung in V»

Cd Cu walzt

Rockwell B-Härte

wie ge- nach Erhitzen

geschmolzenem

Salz auf 377 C

während

3 Min. 90 Min.

X(556) 0.043 0.05
Y. (557) 0.043 0.13

O.	1	0.	02	Rest	70	71	74
0.	1	0.	02	Rest	74	82	81

Beispiel 4

Eine Legierung mit einer Zusammensetzung von 0,041 7" Silber, 0,53 > Magnesium, 0,32 ^c/° Phosphor mit Rest Kupfer, wurde in Teile einer Dicke von 2,54 cm gegossen zum Heißwalzen in Übereinstimmung mit der Arbeitsweise gemäß Beispiel 1. Die Legierung wurde bei 899° C (1650° F) von 25,4 mm auf 12,19 mm (von 1 Zoll zu 0,480 Zoll) heißgewalzt mit Wiedererhitzung nach jedem Durchlauf, und von der Temperatur von 899° C mit Wasser abgeschreckt. Kaltwalzen wurde dann durchgeführt auf 68 ^, um die Dicke des Streifens

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von 12,19 mm auf 4,06 mm (von 0,48 auf 0,16 Zoll) zu verringern. Sehr gutes Beibehalten der Hurte ist bei dieser Legierung festzustellen, wie es angezeigt ist, wenn die Legierung während 200 Minuten auf 371° (700° P) erhitzt wird, und wie es durch die nachsiehenden Tabellendaten wiedergegeben ist.

Tabelle IY

Legierung Zusammensetzung in ^aA Rockwell B-Härte Ag Mg P Cu

S 0.041 0.53 0.32 Rest

Zustand

1. heißgewalzt von 25,4 auf 12,19 mm,

mit Wasser abgeschreckt von 899 C, dann auf 68 y> kaltgewalzt von

12,19 auf 4,06 mm 84,5

gealtert bei 371° C während

der nachstehenden Zeiten:	Zusammenfassung	94,0
3 Minuten		95,0
10 Minuten	92,0
50 Minuten	91,0
100 Minuten	92,0
200 Minuten

Ba ist ersichtlich, da/3 die Additive gemäß der Erfindung zwei grundsätzliche .Eigenschaften reinen Kupfers nicht merkbar nachteilig beeinflussen, d.h. hohe Leitfähigkeit, und zwar sowohl elektrische als auch Wärmeleitfähigkeit, und die hohe Härtbarkeit oder Verfeatigungafähigkeit durch Kaltbearbeitung mit sehr geringem Verlust an Leitfähigkeit, beispieleweise ledriglicn einem Abfall von 100 y> IACü

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auf 97 bis 98 > IACS durch Kaltwalzverringerung von 60 bis 90 >, durch welche die Fließgrenzenfestigkeit um einen Faktor vergrößert werden kann, der so hoch wie 5 sein kann, und durch welche die endgültige Zugfestigkeit um mehr als das Doppelte vergrößert werden kann. Weiterhin werden durch Verwendung von zwei sehr billigen und reichlich vorhandenen Elementen Phosphor und Magnesium innerhalb kritischer Prozentbereiche und in kritischen Verhältnissen vier wichtige Zwecke nach Wunsch und unter guter Steuerung erzielt:

1. Große Festigkeit mit guter Leitfähigkeit, beispielsweise eine endgültige Festigkeit von 6327 kg/cm² (90000 psi) (verglichen mit einem maximalen Wert von reinem Kupfer von 4570 bis 4921 kg/cm² (65000 bis 70000 psi)) bei einer Leitfähigkeit von 70 > IACS.

2. Erreichung mäßiger Festigkeit, selbst nach
Herstellung bei hohen Temperaturen, beispielsweise Löten während 3 Minuten bei 427 C

. (800° F) mit ausgezeichneter Leitfähigkeit von 95 > IACS und einer endgültigen Festigkeit von beispielsweise 3867 kg/cm (55000 psi) (verglichen mit reinem Kupfer oder selbst Silber enthaltendem Kupfer, Jjei dem ein Maximalwert von 2109 bis 2461 kg/cm (30000 bis 35000 psi)) erzielt wird.

3. Kombinationen von Festigkeit und Leitfähigkeit zwischen den unter 1. und 2. genannten Werten, und

4. größeren Widerstand gegen Wärmeerweichen wie oben beschrieben.

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Claims

Patentansprüche

1. Legierungsmaterial auf Kupferbasis, gekennzeichnet durch 0,002 "bis 4,25 Gew. f> Phosphor, 0,01 bis 5,0 Gew. ^ Magnesium, fiest im wesentlichen Kupfer.

2. Legierungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,02 bis 0,2 Gew.?" Silber enthält.

3. Legierungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es bis zu 2 Gew.7° Kadmium enthält.

4. Legierung auf Kiupferbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß Phosphor

und Magnesium in einem Gewichtsverhältnis ve ; 0,3 f

bis 1,4 verwendet sind.

5. Legierungsmaterial auf Kupferbasia ηό α Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 90 ψ IACS hat/

o. Material auf Kupfeiuat . gekennzeichnet durch 2 bis 5 i° Magnesium, 0,6 bie 4,25 "' Phosphor, Rest im wesentlichen Kupfer.

7. Material auf Kupferbasis, gekennzeichnet

durch 1,0 bis 2,0 ^ Magnesium, 0,3 bis 2,0 > Phosphor, Rest im wesentlichen Kupfer.

8. Kühlerrippe, dadurch gekennzeichnet, daß sie g aus dem Kupfermaterial gemäß Anspruch 5 gebildet ist.

9. ßlektiischer leiter, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Kupfermaterial nach Anspruch 5 gebildet ist.

10. Verfahren zum therniomechanischen Bearbeiten eines Kupfermaterials, das 0,002 bis 4,25 Gew./» Phosphor, 0,01 bis 5,0 Gew.> Magnesium und Rest im wesentlichen Kupfer enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Eingußstruktur durch Heißbearbeiten verformt wird, danach das reduzierte Material bei etwa 371 bis 713° C (700 bis 1315° i¹) während einer

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bis drei Stunden geglüht wird, wonach vor endgültigem Kaltbearbeiten das Material langsam auf Raumtemperatur abkühlen gelassen wird.

11. Legierung auf Kupferbasis, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Gesamtgewicht 0,002 bis 4,25 "Ζ⁰ Phosphor und 0,01 bis 5,0 ⁰Jo Magnesium enthält und eine Dispersion von Ausscheidungspartikel hat, die Kombinationen von Zugfestigkeitseigenschaften und Leitfähigkeitseigenschaften erteilen, die besser sind als

1. 5624,6 kg/cm² endgültige Zugfestigkeit (80000 psi-UTS! bei 70 1° IACS, und

2. 3867 kg/cm² endgültige Zugfestigkeit (55000 psi-UTS) bei 90 ⁰Jo IACS, wobei die Minima von Festigkeit

und Leitfähigkeit mit den unter 1. und 2. genannten Grenzen verträglich sind und zwischen diesen Grenzen liegen.

12. Legierung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,02 bis 0,2 ^ Silber enthält.

13. Legierung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Kadmium in einer Menge nicht mehr als 2,0 fo enthält.

14. Material auf Kupferbasis, gekennzeichnet durch 0,01 bis 1,0 °/o Magnesium, 0,003 bis 1,0 f> Phosphor, Rest im wesentlichen Kupfer.

15· Material nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch 0,02 bis 0,2 °/° Silber.

16. Legierungsmaterial nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 7, 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß es diapergierte Partikel enthält, von denen eine Mehrheit eine Ausdehnung von weniger ale 1 Mikron hat.

17. Legierung auf Kupferbasia nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Phosphor und Magnesium in einem Gewichtsverhältnis von 0,3 bis 1,4 verwendet sind.

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18. Verfahren nach .Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfermaterial dispergierte Partikel enthält, von denen ein größerer Teil eine Ausdehnung von weniger als 1 Mikron hat.

19. Material auf Kupferbasis nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß es dispergierte Partikel enthält, von denen ein größerer Teil eine Ausdehnung von weniger als 1 Mikron hat.

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