DE1533160A1 - Legierung - Google Patents

Description

• zegi ereug.

  Die vorliegende Erfindung bezieht eich auf Legierungen auf

  Kupferbasis, insbesondere auf Legierungen der Kupfer-Zirkonium-

  Gruppe.

  Bekanntlich stammen Legierungen der Kupfer-Zirkonium-Gruppe

  aus der Forschung nach hochgradig thermisch und elektrisch

  leitenden Legierungen mit guten meohanisohen'Eigenaohaften,,

  über einen weiten Temperaturbereich. Legierungen dieser Gruppe

  werden z.B, in den U8-patenteohriftin 2 842 438, 2 84? 303,

  3 019 102, 3 't07 998 und 3 194 695 beschrieben. Jede dieser

  Legierungen wurde für einen besonderen Zweck entwickelt, und

  im allgemeinen hat sich jede bei Verwendung für den beabsich-

  tigten Zweck eufriedenetellend' verhalten. llle legierungen.

  haben jedoch, wie fast alle anderen Materialien, bestimmte

  Nachteile, die ihre Verwendung für gewisse Zwecke in großem

  Umfang, wie z.H. als %rattfahrzeugradiatoren, beeinträchtigen,

  insbesondere, wenn die Kosten eine wichtige Holla spielen.

  Mit Äusnahma der in der U$-Batentsohritt 2 847 30> beshrie-

  benen Legierungen werden z.B, alle anderen .Legierungen zweok-

  mäßig aus praktisch saueratoff-freiem Kupfer hergestellt, z.B. Kupfer der OPEC- Klasse, oder Kupfer., das in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum hergestellt wurde. Die aus solchen hochgradig reinen Kupfern hergestellten Legierungen sind relativ teuer, was ihre Verwendung für viele Zwecke verLlindert .
• Die Legierungen der US-Patentschrift 2 847 303 sind ebenfalls unvorteilhaft. So haben z.B. die dort beschriebenen, Phosphor enthaltenden Kupfer-Zirkonium-Legierungen keine ausreichend gute Leitfähigkeit, wenn sie gemäß üblichen Verfahren hergestellt werden, da die der Schmelze zugefügte Phosphormenge stöchiometrisch zu der vorhandenen Sauerstoffmenge in Beziehung gebracht werden muß. Wird zu viel verwendet, so wird die Festigkeit der Legierung verringert. Bei zu geringer Verwendung erfolgt keine vollständige Deozydation. Daher stand die Industrie beim Schmelzen phosphorhaltiger Kupfer-Zirkonium-Legierungen vor dem sehwierigen.Problem, den Sauerstoffgehalt der Charge eorgfUtig zu'regulieren. Diese Regelungen sind vom praktischen oder wirtschaftlichen Standpunkt eindeutig nachteilig.
• Selbstverständlich war es möglich, Kupfer-Zirkonium-Legierungen hoher Festigkeit ohne Verwendung hochgradig reiner AusGangematerialien oder ohne Abfährung des Sauerstoffs aus den un- reinen Ausgangsmaterialien mit Phosphor herzustellen, aber die erhaltenen Legierungen bekommen ihre erhöhte Festigkeit nur auf Kosten ihrer Zeitfähigkeit. Daher besteht nach wie vor die Forderung nach einer billigen Legierung mit guten mechanischen E4gensohaften bei ZimmertQmperatur und. erhöhten Temperaturen sowie guter Leitfähigkeit. Obgleich Versuche zur Herstellung einer solchen Legierung unternommen wurden, war bisher wohl keine in der Praxis in industrielle Maßstab vollständig erfolgreich.
• Es wurde nun gefunden' daß billige Kupfer-Zirkonium-Legierungen .. mit guten mechanischen Eigenschaften in Verbindung mit überraschend hohen Leitfähigkeiten in wirtnohaftlieher Weine hergestellt werden können.
• Die erfindungsgemäßen neuen Kupfer-Zirkonium-Legierungen haben eine einmalige Kombination von Eigenschaften, d.h. sie besitzen gute mechanische Eigenschaften zusammen mit guten Zeitfähigkeiten über einem weiten Temperaturbereich.
• Erfindungsgemäß kennen auch neue Radiatoranlagen für Automobile und andere Fahrzeuge hergestellt werden, die aus Koml)onenten mit besonders guter Y(-rmeübertragung bestehen.
• Die erfindungsgemäßen Kupfer-Zirkonium-Legier,.z@J.:i,:@ .Khanen eine einmalige Kombination von Bestandteilen in besonderen Verhältnissen, wobei die Legierungen- gegen ein Erweichen beständig sind, nachdem sie Temperaturen über 40000 .,z.B. 42500., ausgesetzt wurden.
• Die erfindungs gemäßen Kupier-Zirkonium-Legierungen haben auch gute Giesseigenschaften. Weiterhin wird ein neues Verfahren zur Herstellung hoch leitfähiger Kupfer-Zirkonium-Legierungen mit ,uten mechanischen Eigenschaften geschaffen, in welchem die Verluste an Legierungsbestandteilen verringert werden.

  Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein besonderes

  Verfahren zur Herstellung von Wä,rmeübertragungsvorriohtungen mit

  Komponenten, die ihre Festigkeit Ünd Zeitfähigkeit bewahren, nach-,

  dem.sie einem Zusammenfügungsvorgang bei erhöhter Temperatur

  unterworfen wurden.

  Weitere Ziele und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung

  in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung hervor, die eine

  i

  perspektivische lüzsicht einer typischen Radiatoranlage mit Röhren

  und@Rippen,daretelltg in welcher ein Teil geöffnet ist, um die

  Beziehung zwischen Rippen. und Rohren klarer zu zeigen.

  Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung ein-

  maliger, billiger Kupfer-Zirkonium-legierungen. Jede erfindunge-

  gemä,ße Legierung hat, nach entapreohender Kaltverarbeitung und

  WLrmebehandlungg eine elektrische und thermieehe Leitfähigkeit

  (vgl. International Annealed Copper Standard /IAQB/) über 85 %

  sowie eine endgültige Zugfeetigkeit (UT8) über 300 kg/cm 2

  nachdem sie etwa 5 Minuten Temperaturen von 400o0. oder mehr

  unterworfen wurd6. Die erfindungsgemäßen Legierungen mit den

  oben beschrieberLenwünschenswerten Eigenschaften enthalten

  0,01-0,3 Oew.-%, z.B. 0,15 Gew.,-%, "Zirkohiumg 0,01-0,06 Cxew.-%i

  z.B. 0,04 Gew.-% Magnesium, wobei der Rest - neben den üblichen

  Verunreinigungen und restlicLn Elementen - im wesentlichen aus

  Kupfer besteht,

  . Im Gegensatz $u vergleichbaren, bekannten Legierungen können

  die erfindungegemäßen Rupfer-Zirkonium-Magnesium-Zegierungen

  aus, Kupfern hergestellt'werden, die bis au 600 Teile pro Xill.,'

  d.h. 0,06 Gew.-%, Sauerstoff enthalten, ohne daB die vorteilhaf-

  -ten Eigenschaften dieser Legierungen wesentlich und nachteilig

  verändert werden. Dies tot oft wesentlicher, wirtschaftlicher

  Vorteil, da bei der Herstellung dieser Legierungen die Verwendung

  billigerer Kupferarten möglich ist. So kann bei der Herstellung

  der erfindungsgemäßen Legierungen z.8. zähes l1Pitohn-Kupfer

  ("tough pitoh oopper") erfolgreich verwendet werden, das 0,02-

  0,05 y6 Sauerstoff enthält und elektrolytisch oder durch

  von Kupfer in einem Beverberierofen erhalten wird. Selbstver-

  ständlich kann bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Le-

  gierungen auch hochgradig reines, praktisch sauerstoff=freies

  Kupfer verwendet werden., wenn die Kostenfrage keine Rolle spielte

  So ist Kathodenkupfer ein geeignetes Ausgangsmaterial sowie

  Kupfer, das in einer reduzierenden Atmosphäre hergestellt wurde,

  .vie Kupfer von OPHO-Typ (mit einer Reinheit von 99,99 % oder

  mehr); weiterhin geeignet ist Kupfer, das in einer inerten Atmo-

  sphäre, unter einer Tierkohledeoke oder im Vakuum hergestellt

  wurde, sowie chemisch deoxydierte Kupfer, wie mit lithium,deo:gy-

  diertes Kupfer. Selbst mit Phosphor deozydiertes Kupfer ist an-

  nehmbar. 11o Leitfähigkeit und ?estigkeit der Legierung jedoch

  erhöht werden sollen, sollte die ldenge an rentlioheip9 im end-

  gültigen Kupferpräparat anwesenden Phosphor unter O,1115 Gew.-%

  gehalten werden.

  Die erfindungegemä$en Legierungen, die die obigen Bestandteile,

  d.h. Kupfern Zirkonium und Magnesium, in den oben genannten,

  besonders proportionierten Mengen enthalten, können bei Belastun-

  gen über 4, 20,0 kg/om2 kalt verarbeitet werden. Diese Legie-

  rungen haben eine gute Gießbarkeit. Außerdem zeigen sie in einem

  "wie gegoeeenen" Zustand ("an-caet candition") eine einheitlich

  verteilte, feinkörnige Struktur.

  Wie oben ausgeführt, enthalten die erfindungsgemäßen Legierungen

  Kupfer zusammen mit Zirkonium und-Magnenium; jeden dieser metalli-

  1

  sehen Elemente in Verbindung mit jeden der beiden anderen

  Bestandteile trägt wesentlich zur Erzielung der Eigenschaften

  der Legierungen beJ.. So liegt z.B. der Zirkoniumgehalt zwischen

  ®,ß1-0,3 Gew.-%, z.B. 0,01-0,15 Gew.-%, der Legierung, einschließ-

  lich den Gewichtsprozentsätzen an Kupfer und Magnesium. Die Mx.1-

  verwendung von Zirkonium in den angegebenen Mengen in den er-

  findungegemäßen Legierungen spielt eine wichtige Rolle bei der

  Zugfestigkeit, wenn entsprechende Magneniummeragen gleichzeitig

  anwesend sind. Ist daher weniger als 0901 % Zirkönium anwesend,

  so wird die Festigkeit der Legierung unannehmbar verringert,

  selbst wenn entsprechende Magneelummengen mitirerwendet werden.

  Zweckmäßig sind mindestens 0,0Q 96 Zirkonum anwesend, da größere

  Mengen die Festigkeit der Legierung verbesoe=. Zirkonium scheint

  noch eine weitere, wichtige Rolle in den mangesiumhaltigen

  Kupferlfegierungen der vorliegenden Erfindung zu spielen, d.h.

  es scheint die Magnesiumausfällung zu inhibieren. Statt dessen

  scheint das Zirkonium eine feste Lösung mit dem Magnesium zu

  bilden, so daß die einer Ma&neeiumausfä,llung zuzuschreibenden

  nachteiligen Wirkungen praktisch umgangen werden. Obgleich dar Zirkonium die obigen Merkmale zeigt, sollte auch seine Höchst-

  menge geregelt werden, um eine bessere Kombination von Eigen-

  Bearbeitbarkeit

  schaften, wie Heretellbarkeit,/Feetigkeit und Zeitfähigkeit,

  zu erzielen. Obgleich daher erhöhte Zirkoniummengen die Festig- keit erhöhen, vermindern diese höheren Mengen die Bearbeitbarkeit oder Herstellbarkeit und erhöhen die Kosten bei der Herstellung der Legierung. Ein sehr günstiger Ausgleich dieseiconurrierenden Faktoren wird erzielt, wenn die Zirkoniummenge 0,3 % nicht überschreitet; wo die Leitfähigkeit ein wesentliches Merkmal ist, sollte die anwesende Menge nicht über etwa 0,15 96 liegen. Da weiterhin viele der im Betrieb befindlichen oder im Handel erhältlichen, kontinuierlichen Vergütungsanlagen bei Temperaturen von etwa 600 0 0. arbeiten, ist es zweckmäßig den Zirkoniumgehalt im unteren Teil de® Bereichen zu halten, d.h. 0,03 oder 0,02 y6. Bei diesen niedrigeren Mengen kJnnen die erfindungsgemäßen Legierungen in den verfügbaren, kontinuierlicher. fe °,& ",@janlagen lösungsgeglüht bzw. -geteApert werden.
• Bekanntlich treten im Zirkonium in seinen handelsüblichen Formen relativ geringe Hafniummengen auf. So ist Zirkonium z.H. als Legierungsschwamm erhätlich, der nominell aus bis zu 4 Gew.-% Hafnium, z.B. 0,5 % Hafnium, besteht, wobei der Rest im wesentlichen Zirkonium ist. Die erfindungsgemUen Kupfer-Zirkonium-Magnesium-Legierungen können daher auch solchen, mit dem Zirkonium eingeführten Hafnium enthalten; dieses Hafnium in einer Menge bis zu 20 % den Zirkoniums wird erfindungsgemäß als Zirkonium angesehen. Wenn. Magnesium in den oben angegebenen Mengen, 4.h. 0,01-0,06 p6, zusammen mit den entsprechenden, bben genannten Zirkoniummengen anwesend ist, bringt es verschiedene Vorteile, wie z.B. beim. Legieren und Deoxydieren. Erstens verbessert das Magnesium die Anlassung des ZirXoniums, vermutlich aufgrund seiner deoxydierenden Wirkung zusammen mit der offensichtlichen Fähigkeit, eine feste Lösung mit dem Zirkonium zu bilden. Im Gegensatz zu vielen anderen, bekannten, legierenden Zusätzen zu 1lupfer-Zirkonium-Legierungen hat das Magnesium zweiten eine bemerkens-

  werte aynergistische Wirkung mit dem Zirkonium bei der Erhöhung

  so sehr

  der Festigkeit der Legierung, ohne die Leitfähigkeit/zu ver-

  ringern, wie dies alle anderen, bekannten, legierenden Zusätze

  tune. Drittens verbessert Magnesium die Gießeigenschaften der

  Kupfer-Zirkonium-Legierungen. So wurde z.B. festgestellt, das

  Magnesium das Kornwachstum beider Temperatur. des Lösunge-

  glühens inhibiert. Weiterhin verbessert Magnesium die Fließ-

  barkeit und verringert vermutlich die Ozydationegesohwindigkeit,

  wie durch Ünterschiede in der Zunderbildung deutlich wird.

  D.h. Kupfer-Zirkonium-Legierungen ohne Magnesium bilden ein

  dickes schwarzes Oxyd, während dieoelbenlegierungen, in denen

  ' Maneaiummengen anwesend

  die entepreohenden, oben angegebenen

  sind, ein viel dünneres, wünschexawertereo roten tXyd bilden.

  Viertens ermöglicht das Magnenium bei Verwendung in den oben

  genannten Bereichen die Verwendung billiger Kupferarten, wie

  z.B. zähes Pitch Kupfer, zur Herstellung der erfindungsgemäßen

  Legierungeni diese weniger reinen Kupferarten können verwendet

  .werden, ohne das wün schenewerte Eigerueehaften, Wie Leitfähigkeits

  weaaatliah beeinträchtigt werden. Und. fUnftene kann das Magne-

  sium in Kombination mit dem Zirkonium in den erfindungsgemäßen

  legierungen die Verwendung von Sohaohtofenkupfer als Ausgangs-

  material, wie es aus den, gathodenaohmelßofen kommt, ermögliohe4.

  Im allgemeinen ist ein solches Kupter, wie wo aus dem ':Öfen- ..

  kommt, nicht verwendbar, da es keinen Olevel not" erreicht.

  Zur Erzielung eines '"leyel Beta" wird Sohaohtofenkupfer, das

  bis zu 50 Teile pro Mille Sauerstoff enthält, gewöhnlich auf

  bis zu 200r-400 Teile pro Dill. Sauerstoff oxydiert, indem man

  es durch Luft laufen läBt. Mit 1Wagneaium ist es nicht notwendig,

  das Sohaohtofenkupfer vor der Verwendung zu oxydieren.

  Eine Nichtbeachtung der oben genannten Uagneaiumbereiohe in

  den erfindungsgemäßen Kupter-Zirkonium-Zegierungen ergibt

  schlechtere legierungon. Wird a.B. zu viel Magnesium! wie

  mehr als etwa 0,06 %, verwendet, so verringert sich die leit-

  fähigkeit der Legierung. Wird dagegen zu wenig, d.h. weniger als

  etwa 0,03 p6, verwendet, so können die dem Magnesium oben-zuge-

  sohriebenen Vorteile nicht realisiert werden. Man Anlassen

  des Zirkoniums im endgültigen Megierungepräparat gerrringert

  sich z.B. wesentlich, wenn man nicht hochgradig reines Kupfer"

  wie z.B..OPHO-Kupfer, bei der Herstellung der Legierung ver-.

  wendet.

  Bei der Durohftihrüng der vorliegenden Irfindung werden besoAdera

  überraschende $rgebnMee erzielt, wo= dte logierungen 0,Ql

  0,03 Gew.-% Zijrbo4iujgi, 0,0g-0#04 ßew.-% Ugaerium und als 14!i!

  neben den Ublieben Xem«mi».gen md reqUiohen B3,emrntng . -

  Kupfer e4th"A* vroar - gs@'s:i $4 ei! urspxu. -

  ä

  weniger aled0# ?e, esst xi,"#i#M:QQ xipile pro W,1,11,1 _

  Kombination physikalischer, mechanischer und/oder metallur'-

  gisoher Eigenoohaften und sind außerdem billig in der Herstel-

  lung. Bei Zimjertemperatur haben die@Zegierungen z.B. eine

  endgültige Zugfestigkeit von mindestens 4 200 kg/omg, eine Zug-

  festigkeit bzw. Streckgrenze bei 0,1 % Dehnung von mindestens

  4 060 kg/om2, eine Leitfähigkeit von mindestens 85 % IACS sowie

  (Duktilität)

  eine angemessene Dehnbarkeit/in 90 % kalt verarbeitetem Zustand.

  Werden diese Legierungen weiterhin eine Stunde bei 4000e. ge- altert, so zeigen sie eine leitfähigkeit von mindestens 90 IA08, die nicht nachteilig beeinflu®t wird, selbst wenn man die Legierung 5 Minuten bei 45000. weiter erhitzt. Legierungen in den weiten, vorteilhaften Bereichen sind, wie oben angegeben, alterungehärtbar, wann immer sie zuerst einer Kaltverarbeitung unterworfen wurden. Zwecke besserem Ansprechen auf die Alterungshärtung werden die Legierungen zweckmäßig zu mindestem 40 !:' z.8, mindestens 50 j4, kalt verarbeitet. Am vorteilhaftesten werden sie iu mindestone 75 % kalt verar- beitet. Selbstverständlich Ist die Alterungstemperatur-eine Punktion des Maßes an Kaltverarbeitung, d.h. je weniger Kalt.-

  verarbeitung, umeo höher ist' die ll.terünget.=@:eratur und umge-

  kehrt. In jedem Lall liegt dig Alterungstemperatur zwischen

  325-4750Q., zweckmäßig zwischen 35O-450009 Die Zeit bei dieser

  Temperatur beträgt zweolaug@8ig eine Stunde. Die Alterungezeit

  kann jedoch über einen weiten Bereich vQn wenigen Minuten bis

  zu einigen Otunden variiert werden. 11n besonders geeigneter

  Bereich liegt zwieohen 30 Vinuten i*4" 3 Stunden.

  Die' Behandlung der erfindungsgemäßen, einmaligen Kupfer-

  Zirkonium-ßagnesium-Legierungen sollte unter Anwendung einer

  besonderen Reihenfolge von Stufen unter geregelten Bedingungen

  erfolgen, wie im folgenden genauer beschrieben wird. Des neue

  Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, 0a8 man Kupfer, das .

  wei-iger als 600 Teile pro Mill. Sauerstoff (bezogen auf das

  Gewicht) enthält, wie z.B. elektrolytischen, zähen Pitoh

  Kupfer (ETPIsahmilzt und dann die legierenden Bestandteile

  Zirkonium und Magnesium zufügt. Das Schmelzen den Kupfers kann

  an der Luft, unter einer schützenden Decke oder im Vakuum

  erfolgen. Insbesondere bei Verwendung von zähem Pitoh Kupfer

  oder anderen, relativ hochgradig eaueretöffhaltigen Kupfern

  ist es vorteilhaft, das Magnesium vor oder gleichzeitig mit dem

  Zirkonium zuzufügen, um Zirkoniumverluste zu verringern. Wird

  das Zirkonium vor dem Magnesium zugegeben, so können Zirkonium-

  verluste bis zu 70 96 auftreten. Dagegen kann die gleichzeitige

  oder frühere Mangesiumzugabe zur Schmelze die Z#,1.-knniumver-

  luste auf nur 20 9b oder weniger verringern. Die Schmelze, in

  welcher die entsprechende Reihenfolge von Magnesium und Zirko-

  nium beachtet wurde, wird dadurch eingestellt, d.h. alle Ver-

  luste an legierenden Bestandteilen werden ausgeglichen, und

  die eingestellte Schmelze enthält 0,01-0,3 Gew.-%, z.B.

  0901-0915 Gew. -96, Z irkonium und 0,01-0,06 Gevr. -96, z . B .

  0,01-0,0q. Gew.-%, Magnesium, wobei der Rest aus dem ursprü.ng-

  liohe.Kupfer mit weniger als 600 Teilen pro Mill. Sauerstoff

  besteht. Die eingestellte Schmelze einhält vorzugsweise

  0,01-0,03 "w.-% Zirkonum und 090a-0,0$ Gew.-96 Nagnenium,

  wobei der Reut im weeentliohen Kupfer ist, das ursprünglich '

  weniger als 600 Teile pro Mill. Sauerstoff enthielt. Die.ein-

  &eotellte Schmelze wird dann an der Luft gegossen. Wenn überlegene Eigenechaften@gewänscht werden, kann die eingestellte Schmelze selbstverständlich duroh einen Plammenvorhang oder in anderen, nichtoxydierenden Atmosphären, wie einer Argon-. ..atmosphäre, gegossen werden.
• Insbesondere aufgrund der verwendeten, kleinen Mengen ist es vorteilhaft, Mangesium und Zirkonium in ihrer Elementarform, d.h. z.B. als Schwamm, zur Schmelze zuzugeben. Den Nachteil mit Grundlegierungen besteht darin, daß sie von Fall zu Fall etwas erschöpft oder reimh an einem legierenden Bestandteil sein können; eine derartige Abweichung der Legierungszusammensetzung könnte den sorgfältigen Aus jeich an Bestandteilen, wie er in den erfindungsgemäßen Legierungen notwendig ist, wesentlich stören. Selbstverständlich können jedoch auch Grundlegierungen verwendet werden;, so kann das Zirkonium z.B. als Kupfer-Zirkonium-Legierung zugegeben werden, die nominell 30 Gew.-@o Zirkonium enthält.
• Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, ohne sie zu beschränken.
• B e i a p i e 1 1 Es wurden zwei erfindungsgemäße Legierungen hergestellt, indem man ETP-Kupfer in einem Grapliitgußetahlblock schmolz und bei 12500C. die legierenden Bestandteile Magnesium und Zirkonium zugab. Beide legierenden Zuett ze lagen in Schwammform vor; der Zirl,-_oniumschaamm enthielt nominell etwa 095 Gew.-96 Hafnium. Die Schmelzen wurden etwa 5 Minuten auf 12500C. gehalten, bevor man sie in 2,5 cm (Durchmesser) Stäbe goß. Jedes Guß-

  stück wurde visuell untersucht; die überfläche.i waren gut. .

  Eines der Gußstfioke (im folgenden als Legierung A bezeichnet)

  wurde aus ETP-Kupfer hergestellt, das 0,04 Ge-.j.-% Sauerstoff

  und 0,0017 Gew.-% Schwefel enthielt. Das Gußsthk aus Legierung

  A enthielt 0,014 Gew.-7i Zirkonium und 0,02 Gew.-% Magnesium,*

  Wobei der Rest im weseiitlicheri aus Kupfer bestand. Bei der

  Herstellung der Legierung A wurde das Magnesium vor dem Zir-

  konium zugegeben.

  Das andere Gui?at@ck (im folgenden als Legierung B bezeichnet)

  wurde aus ETB-Kupfer hergestellt, dasmniger als 0,01 Gevr.-q@

  Sauerstoff und 0,0018 Gew.-@ Schwefel enthielt. Die Legierung

  B enthielt U,015 Gew.-% Zirkonium, 0,04 Gew.-% Magnesium und

  als Rest im -,Vesentlichen Kupfer. Bei der Herstellung dieser

  Legierung wurden Magnesium und Zirkonium zusamiaen zugefügt.

  irobeii jeder Legierung wurden dann in normaler Atmosphäre auf

  eine Temperatur von etwa 982o0. vorerhitzt und etwa eine Stunde

  auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend wurden die vor- ,

  erhitzten Legierungstestatüoke zu 6,35 mm Stäben heiß ver-

  walzt. Die Stöbe wurden dann in normaler Atmosphäre 30 Minuten

  bei etwa 649c0. lösungsgeglüht. Selbstverständlich kann die

  Temperatur des'Lösungeglühens von 600-950c0. variiert werden;

  auch die Zeit bei der Temperatur kann von einigen Minuten

  für Draht, bis zu einigen Stunden, z.B. 2 Stunden, für dicnere

  Materialien variiert werden. Dann wurden die TeatstUcke mit

  Wasser abgeschreckt und kalt zu Draht von 0,2 mm Durchmesser

  gezogen (90 % Kaltverarbeitung).

  Die Teststücke wurden auf Bruch getestet; Legierung A hatte

  (UTS)

  eine endgültige Zugfestigkeit/von 4585 kg/cm und eine Zu@;festig-

  ke it

  /bei 0,1 7o Dehnung/von 4410 kg/cm 2, viL.lirend Legierung B eine

  endgültige Zugfestigkeit von 4760 kg/cm 2 und eine Zugfesti-theit

  bei 0,1 ,.' Dehnung von 4550 kg/cm2 hatte. Auch die Leitf.higkeit

  jeder Legierung wurde gemessen; Legierung A hatte eine Leitfähig-

  keit von 89 % IACS, @aL iirend Legierung B eine Leitf.:nigkeit von

  c6 % IACS besaß. Daraus geht klar hervor, daß die erfindungs-

  gemäßen Legierungen im ungealterten, kaltverarbeiteten Zugtand

  gute mechanische 2igenschaften Haben. Weiterhin zeigen die obigen

  Tests deutlich, dah mit den erfindun gsgemäben, einuialigen Le-

  öieruriden öute Zeitfähigkeiten erzielbar sind, obgleich bei der

  Herstellung derselben relativ unreines Kupfer, d.h. elektroly-

  tisches, z@.hes Pitch Kupfer, verwendet wurde.

  B e i s p i e 1 2

  Um die Wirkurig einer Alterung auf äie erfizdundsgeinüßen Legie-

  rungen zu zeigen, .rurdeai Teststäcke von Legiurung A und B me-

  cnanisch auf Bruch bz-a. Reigen getestet, nachdem- die Proben

  eine Stunde unter einer Tierl:ohledecke gealtert und in Wasser

  abgeschreckt worden waren. Neben den mebha:.ischen Testen wurden

  die Proben jeder Legierung auf. Leitfähigkeit untersucht. Die

  Ergebnisse dieser Tests bei Proben, die bei unterschiedlichen

  Temperaturen, d.h. 350o0., 400o0. und 45000. gealtert worden

  waren, sind in Tabelle 1 angegeben:

  /* (0;1 % offset YS)

  Tabelle 1

  Legierung Alterungs- endgültige "Zugfeeti Zeitfähigkeit

  bzw. Anaß- Zugfes@igk. bei 0,1 (96 IACS)

  temp. j C. kg/am Dehnung

  A 350 3780 3570 91

  B 350 4200 3710 87

  A. 400 3640 3150 94

  B 400 3955 3430 92 ,

  A 450 3290 2835 95

  B 450 3745 4585 91

  Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Legierungen nach dem Altern bzw. Anlassen ausgezeichnete Eigenschaften einschließlich Leitfähigkeit haben. Vergleichsweise wurde eine im folgenden als Legierung Z bezeichnete Legierung, die bezüglich des Zirkoniumgeilaltes nicht unter die vorliegende Erfindung fällt, hergestellt, heiß und kalt verarbeitet und wie die Legierungen A und B getestet. Die Legierung Z wurde aus ETR Kupfer mit 0,04 Gew.-% Sauerstoff und 0,0015 Gew.-% Schwefel hergestellt, und die endgiltige Zusammensetzung der Legierung war 0,056 Gew.-%Magnesium, wobei der Rest im wesentlichen aus Kupfer bestand. Diese Legierung hatte nach 1-sttindigem Anlassen bei 450°C. eine e»dgültige Zugfestigkeit von nur 2520 kg/em2 und eine sehr niedrige Zugfestigkeit von 0,1 % Dehnung von 735 kg/o2. Eine andere Kupferlegierung für Vergleichazwecke (Legierung Y), die 0,008 % Chrom enthielt, wurde in ähnlicher Weise aus ETP Kupfer hergestellt und wie die Legierungen A, B und Z getestet. Legierung Y wurde eine Stunde bei 450°C. angelassen und zeigte eine endgültige Zugefestigkeit von nur 840 kg/em2, obgleich sie in 90 % kalt verarbeitetem Zustand FestiGkeiten hatte, die denen der Legierung A und B im nicht angelassenen. Zustand vergleichbar waren. Die Legierungen Y und Z zeigten weiterhin Leitfähigkeiten, die denen der Legierungen A und B gleichwertig waren. Dies zäigt klar, daß die Versuche zur Ver- " beiserung bekannter Legierun_en auf Kupfer-Baeie durch bestimmte Zusätze nicht völlig erfolgreich waren. Während z.B. die Legierungen Y und Z im nicht angelassenen Zustand gute mechanische Eigenschaften und gute Leitfähigkeiten hatten, waren ihre .I Festigkeiten nach dem Anlassen@wesentlich niedriger als bei den erfindungsgemäßen Legierungen.
• B e i.a p i e 1 3 Uiri die Wirkung einer Änderung der Zugabereihenfolge von Zirkonium und Magnesium zu zeigen, wurde aus ETP Kupfer mit 0,044 Gew.-%Md 0,0017 Gew.-%/in L.hnlicher Weise wie für Legierung A und B ein Gußstüc':, hergestellt, wobei das Zirkonium jedoch vor dem Magnesium zur Kupferschmelze zugegeben wurde. Die 0,2 mm Proben (90 % kalt verarbeitet) dieser Legierung enthielten 0,012 Gew.-% Zirkonium und 0,02 Gew.-% Magnäsium, wobei der Best im wesentlichen aus Kupfer bestand; sie wurden wie die Legierungen A und B behandelt und heiß verwalzt. Alle Proben wurden eine Stunde angelassen und mit Wasser abgeschreckt.
• Die Testergebnisse dieser Legierung (im folgenden als Legierung X bezeichnet), sind in Tabelle 2 enge gebent

  Tabelle 2

  Zustand der :Legierung endgültige Zukfesti Leitfähigkeit

  Zugfes@igk. bei 0,1 (gb IACS)

  ki/em Dehnung2

  kg/cm

  nicht angelassen 4550 4410 89

  bei 35000. angelassen 3850 3430 91

  bei 40000. @° 3220 2520 94

  bei 450006 '@ 2345 1435 92

  Aus Tabelle 2 ist deutlich, daß sich die mechanischen Eigenechaften von Legierung 7£, bei welcher leas Zirkonium vor dem Magnesium zugegeben worden war, bei den höheren Anlaßtempe-Taturen wesentlich verschlechterten. Nach einstUndigem Anlassen bei 450°C. hatte Legierung X tatsächlich eine Zugfestigkeit , von nur etwa 50 % derjenigen der Legierung A oder B, die bei derselben Tenperatur und ebenso lange angelassen waren.
• wie oben ausgeführt, besteht Nachfrage nach einer billigen Kupferlegierung, die nach 3 Minuten bei einer Temperatur von 425°C. eine endgültige Zugfestigkeit von 3500-4200 kg/om2 und eine Leitfähigkeit von 85 % IACS bewahrt. Eine Verwendung einer derartigen Legierung ist als Baumaterial für Wärmeübertragungerippen von Radiatoren für Automobile und .andere Fahrzeuge, wie sie in der Radiatorkonetruktur der Zeichnung dargestellt sind. Die Zeichnung stellt eine perspektivische, teilweise geöffnete Ansicht eines tyl)ischen Radiators 10 mit Rippen und Röhren dar mit einer Vielzahl von Rippen oder Wbj'cmeübertragungeoberflächen 12 und Rohren oder Wasserdurchgängen 14. Zwischen den Rippen sind Durchgänge für Kühlluft 16. Die Rippen 12 sind durch Ziöten, z.B. in einem Ofen, an den Verbindungsstellen 18 mit den Rohren 14 verbunden. Selbstverständlich ist der Radiator 10 mit (nicht gezeigten) Kopf-.und Bodenplatten sowie .Deaxelu versehen.

  Die Forderungen n4oh großer ?rsfiigkeit stammen aus dem 1U an

  Handhabung$ insbeson4ere beire E@Nammen"jen und linretMla' den

  :die Vorrichtung unterw0x#;fen wird,$ sowie aus @ i-ir ipYilerun4", da

  die Rip»tn ner um, ivsgefb ]Ist diese,tt nie

  müssen sie stark genug sein, um die zahlreichen Belastungen wz.:hrend der Herstellung und Anbringung auszuhalten. Die Forderungen nach Festigkeit so-wie Leitf@Ihigkeit berücksichtigen weiterhin die Temperatur, bei welcher der Lötvorgang durehgefiihrt wird. . Das folgende Beispiel veranschaulicht die Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Legierungen für solche Wämreübertragungeoberflä.chen.
• B e i a, p i e 1 4 Proben der Legierung A und B wurden im nicht angelassenen und angelassenen Zustand wie oben mecha--iisch auf Festigkeit getestet, nachdem sie 5 Minu-Gen einer Temperatur von 450°C. aus-.
• gesett worden waren. Das Anlassen erfolgt jedoch eine Stunde bei den im folgenden angegebenen Teitperaturen; anac:iließend wurde mit Wasser abgeschreckt. In jedem Fall waren die Proben 90 9 kalt verarbeitet. Neben den mechanischen Tests wurde auch die Leitfähigkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben

  Tabelle 3

  Legier. Zustand der endg.Zugiestigk. Zugfesti .Zeitfähigkeit

  Legierung kg/cm bei G,1 (@ IACS)

  Dehnung2

  kg,/cm

  Ä ' nicht angelass. 3920 3535 93

  B nicht angelass. 4060 3710 87

  A angelass.bei 35000. 3850 3360 92

  B " " 35000. 4095 3570 9o

  A 40000. 3605 - 3045 94

  4000C. 3955 3465 94

  A " " 4500C: 3430 2800 94

  B " " 45000. 3780 3220 94

  Aus Tabelle 3 geht hervor, daß die erfindungsgemäßen Legierungen außergewöhnliche Festigkeiten haben, selbst wenn sie einer erneuten Erhitzungsatufe über der erforderlichen Tei@iperatur unterworfen waren. Daher eignen sie sich ausgezeichnet zur Verwendung in Rippenradiatoren. Die Legierungen X, Y und Z zeigten nach einstündigem Anlassen bei 4000G., Abschrecken mit Wasser und erneutem, 5 Minuten langem Erhitzen auf 425C. endgültige von 3115, 2485 bzw. 2855; die Werte für die 0;9 Zugfestigkeit lagen nur bei 2380, 770 bzw. 770 kg/cm2.
• Die erfindungsgemäßen Legierungen eignen sich aufgrund ihrer ausgezeichneten Eigenschaften vcrzüglich für Zwecke, wo, wie bei Radiatorrippen, hohe Festigkeiten und gute heitfähigkeiten gefordert werden. Sie können auch mit Eifblg für andere Wärmeübertragungez-we.eke, z.B. in Kühlern, verwendet werden, wo nach dem Zusammenfügen bei hoher Te».peratur gute Festigkeiten und Leitfähigkeiten erforderlich sind, insbesondere in Fällen, wo die Kosten verringert werden sollen. Ein weiterer Vorteil dieser Kupfer-Zirkoi-iiu!n-Magiiesium-Zegierungen besteht darin, daß sie relativ geringe Mengen legierender Bestandteile, z.B. nur 0,02 Gew . - %L der Gesamtmenge, enthalten.

Claims (1)

1. P a: t e n t a n s p r ü c h e 1.- Kupfer-Zirkonium-Zegierung, bestehen aua 0,01-0,3 Gew.-% .. Zirkonium.und 0,01-0,06 Gew.-% Magnesium, wobei der.Rest im wesentlichen Kupfer ist. 2..- Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ,. Zirkoniumgehalt nicht über 0,15 % liegt. 3.- Legierung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnesiumgehalt nicht über 0,04 96 liegt. 4.- Legierung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zirkoniumgehalt nicht über 0,3 % und der Magnesiumgehalt nicht über 0,02-0,04 % liegt. 5.- Ziegerung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer ursprünglich weniger als 600 Teile pro Mill. Sauerstoff und weniger als 0,015 % restlichen Phosphor enthält. 6.- Legierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer zLihes @Pitch Kupfer. ist. ?.- Verfahren zur Herstellung einer hoch leitfähigen Kupfer-Zirkonium-Zegierung gemäß Anspruch 1 bis 6 LZit guten mechanischen Eigenschaften, selbst nachdem die Legierung auf 425°0. erhitzt und 3 Minuten auf dieser Te_:peratur gehalten wurde, dadurch gekennzeichnet, daß man Kupfer, das weniger als 600 Gew.-Teile pro Mill. Sauerstoff enthält, schmilzt und diesemMagnesium und Zirkonium zur Bildung einer Schmelze aus 0,01-0,3 Gew.-% Zirk(.#ziium und 0,01-J,06 Gew.-% Magnesium, wobei der Rest im wesentlichen. aus Kupfer besteht, zufügt, wobei zur Verringerung der Zirkoniumverluete das Magnesium dem geschmolzenen Kupfer nicht nach dem Zirkonium zu-efitgt wird. 8.- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als. Kupfer zähes Pitch Kupfer geschmolzen wird. g.- Verfahren nach Anspruch 7 und S, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze bis zu 0,03 Gew.-% Zirkonium und 0,02-0,04 Gew.-% Magnesium enthält, wobei der Rest im wesentlichen Kupfer ist.- 10.- Verfahren. nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium gleichzeitig oder praktisch gleichzeitig mit dem Zirkonium zum geschmolzenen Kupfer zugegeben wird. 11.- Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium vor der Zirkoniumzugabe zum geschmolzenen Kupfer zugegeben wird. 12.- Radiator für Automobile und andere Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Wärmeübertragungsoberfläohen bes@üt, die aus einer Legierung gemäß Anspruch 1 bis 6 hergestellt sind. 13.-Radiator für Automobile und andere Fahrzeuge, dadurch gekexn- zeichnet, daß er aus einer Viezahl von Wärmeübertragungsober- fläehen besteht, die aus einer kalt verarbeiteten Kupfer-Zirkon- nium-Legierung hergestellt sind, in welcher der Zirkoniumgehalt zwischen 0,01-0,03 und der Magnesiumgehalt zwischen 0,02-0,04 liegt und das Kupfer ursprünglich weniger als 600 Teile pro Mille Sauerstoff und weniger als 0,014 % restlichen Phosphor enthält. 14.- Verfahren zur Herstellung von Radiatoren fü:c Automobile und andere Fahrzeuge gemäß Anspruch 13,mit Wärmeübertragungskompo- nenten, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Legierung hezitollt, die 0,01-0,03 G«.-% Zirkonium und 0,02-0'ü4 Gsw.-% Nagneeium -enthält, wobei der Reut im wesentlichen Kupfer ist, das aus einem anfänglich weniger als 6ß0 Tei2.e pra xill. enthaltenden Kupfer erhalten wurde, die Legierung 44 xerarbeitwt, sie bei einer Temperatur zwischen-600-9500C. löeungsblüht, sie zur Bildung von Wärmeübertragungsoberfldchen mindestens 50 % kalt verarbeitet und diese Oberflächen durch löten zu einem Radiator verbindet.