DE1758119B2

DE1758119B2 - Verwendung von Kupferlegierungen für Gegenstände mit gleichzeitiger hoher Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit

Info

Publication number: DE1758119B2
Application number: DE19681758119
Authority: DE
Inventors: Charles D. Alton Ill. Mclain (V.St.A.)
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1967-06-26
Filing date: 1968-04-05
Publication date: 1974-01-24
Also published as: FR1569525A; GB1188426A; DE1758119C3; DE1758119A1

Description

Es wurden bereits zahlreiche Legierungssätze empfohlen, um die Festigkeitseigenschaften von Kupfer zu erhöhen, wobei jedoch die elektrisiche 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 Eigenschaftskombinationen ankommt.

Aus der USA.-Patentschrift 3 039 867 sind zwar Kupferlegierungen mit hoher elektrischer IACS-Leitfähigkeit (International Standard for Annealed Copper) und erhöhter Zugfestigkeit bekannt, doch haben diese in der Praxis noch nicht völlig befriedigen können, insbesondere bezüglich der Festigkeitseigenschaften.

Diese bekannten Legierungen enthalten 2,0 bis 3,0 % Eisen, höchstens 0,04 %> Phosphor, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen. Legierungen der bevorzugten Zusammensetzung können eine IACS-Leitfähigkeit von etwa 70 % und gleichzeitig eine Zugfestigkeit von 35,15 kp/mm² aufweisen. Diese Legierungen werden vorzugsweise zu Knüppeln üblicher Größe vergossen und auf übliche Stärken heruntergewalzt. Bereits durch Warmformgebung läßt sich das Eisen in Kupfer lösen. Nach der Warmformgebung kann man den Knüppel einer Lösungsglühung unterwerfen. Hierauf kann man die Legierung zur Erhöhung ihrer elektrischen Leitfähigkeit bei niedrigerer Temperatur glühen. Schließlich wird die Legierung durch Kaltwalzen oder -ziehen auf die Endstärke heruntergebracht.

Es ist weiterhin bekannt, Kokillen aus einem Baustoff herzustellen, der einer Kupferlegierung mit einem Aluminiumgehalt bis zu 12 °/o entspricht, welehe zusätzlich höchstens je 45 ⁰O Zink oder Nickel oder je 8 ^u/o Eisen, Mangan und/oder Zinn enthalten kann. Infolge des Aluminiumgehalts bildet sich auf der Innenseite der Kokille eine in der Hauptsache aus Aluminiumoxid bestehende Oxidschicht aus, welehe die wichtige Aufgabe hat, ein Zusammenschweißen des Gußblocks mit der Kokille zu verhindern. Eine Eigenschaftskombination aus gleichzeitig hoher Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit ist für eineff KokiUenbaustoff nicht erforderlich,
ao Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß für Gegenstände, für die gerade eine derartige Eigenschaftskombination erforderlich oder sehr er-. wünscht ist, Kupferlegierungen verwendet werden können, welche ganz spezielle Legierungskomponenten in spezifischen Konzentrationsbereichen enthalten, wobei Eisen und Aluminium als Legierungskomponenten obligatorisch sind.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung von Kupferlegierungen, bestehend aus 1,5 bis 3,5 °/o Eisen, 0,01 bis 0,10 % Aluminium, gegebenenfalls 0,01 bis 0,10 % Phosphor, gegebenenfalls 0,05 bis 0,20 °/o Zink, gegebenenfalls bis zu 0,18 °/o Silicium, gegebenenfalls bis zu 0,08 % Mangan, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen, im ausscheidungsgehäi teten Zustand für Gegenstände, die gleichzeitig hohe Festigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen müssen.

Bevorzugt werden im F üimen der Erfindung Legierungen der vorstehend gekennzeichneten Art ver-♦o wendet, die 1,8 bis 2,9 % Eisen bzw. 0,02 bis 0,08 °/o Aluminium enthalten und im ausscheidungsgehärteten Zustand vorliegen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Legierungen der vorstehend beschrie-♦5 ben^n Art im ausscheidungsgehärteten Zustand eingesetzt, welche 0,01 bis 0,08 % Phosphor, 0,05 bis 0,15 % Zink und 0,01 bis 0,07% Aluminium enthalten.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen sind durch zahlreiche unerwartete und überraschende Eigenschaften gekennzeichnet. Zum Beispiel ist die elektrische Leitfähigkeit der Legierungen wesentlich verbessert. Es lassen sich nämlich IACS-Leitfähigkeitswerte von über 70% leicht erhalten. Außerdem haben diese Legierungen ausgezeichnete Wärmebehandlungseigenschaften und die Fähigkeit, auf Grund unterschiedlicher Wärmebehandlung unterschiedliche Festigkeitswerte annehmen zu können. Außerdem erreichen die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen hohe Festigkeitswerte im kaltverformten Zustand. Die hohe elektrische Leitfähigkeit der Legierungen ist begleitet von ausgezeichneten Zugfestigkeitseigenschaften im ausscheidungsgehärteten Zustand in der Größenordnung von 38,67 kp/ mm² und mehr. Die Festigkeit und die sonstigen physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen variieren bei geringem Gehalt an Verunreinigungen nur unwesentlich.

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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 Losung zu bringen. Vorzugsweise wird die Legierung ä 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 SdO bis 1050° C, vorzugsweise bei 900 bis 1050° C, warmgewalzt, danach mit zwischengeschalteten Glühstufen bei 400 bis 600° C und Haltezeiten von mindestens 1 Stunde, vorzugsweise mindestens 2 Stunden, mit einem Verformungsgrad von vorzugsweise mindestens 50 %> kaltgewalzc worden sind.

Kontinuierlich stranggeglühtes Bandmaterial oder Walzgut erreicht ebenso gute Festigkeitseigenschaften wie im Hauben-Ofen geglühtes Material, doch ist die elektrische Leitfähigkeit nicht so hoch. Zur Entwick- ao lung von sowohl hoher 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.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

a) Zwei Legierungen wurden 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 °/o der Kupferbeschickung wurde zurückgehalten. Die Schmelze wurde geringfügig auf etwa 1300° C überhitzt, um das Eisen in Lösung zu bringen. Sobald die Schmelze eine Temperatur von etwa 1300° C erreicht hatte, wurden sehr reine Legierungszusätze zugegeben. Danach wurde der Rest des Kupfers zugeschlagen und die Schmelze auf die Gießtemperatur von etwa 1200° C gebracht. Hierauf wurde die Schmelze mit einer Gießgeschwindigkeit von 54,1 cm/min in eine wassergekühlte Kokille mit den Abmessungen 73 X 12,7 χ 244 cm gegossen. Die auf diese Weise erhaltenen Legierungen hatten folgende Zusammensetzung:

Tabelle I

Legierung	Eisen °/o	Phosphor	Alu minium	Kupfer
1 2 (zum Vergleich USA.-Patent- schrift 3 039 867)	2,4 2,3	0,03	0,08	Rest Rest

b) Die so hergestellten Legierungen 1 und 2 wur- 40 gleichbarer elektrischer Leitfähigkeit eine höhere den bei 900 bis 940° C warmgewalzt und danach Festigkeit besitzt als die bekannte Legierung 2. durch Aufsprühen von Wasser auf Raumtemperatur
abgeschreckt.

Anschließend wurde das Material auf 2,5 mm kaltgewalzt, 1 bis 4 Stunden bei 480 bis 600° C im Hauben-Ofen geglüht, auf 1,3 mm kaltgewalzt, 1 bis 3 Stunden im Hauben-Ofen 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 wurden die Legierungen auf ihre physikalischen Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt:

Tabelle II

Legierung	Streck grenze kp/mm²	Zug festigkeit kp/mm²	Bruch dehnung °/o	IACS- Leit- fähigkeit °/o
1 2 (Vergleich)	19,83 16,24	41,83 35_;22	24,1 27,5	73,1 73,5

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Beispiel 2

Gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 1 a) wird eine Legierung 3 der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

50 Fe »/0	P °/o	Al °/o	Zn °/o	Cu »/0
2,4	0,03	0,07	0,10	Rest

und gemäß Beispiel 1 b) weiterverarbeitet.

Die fertig gewalzten Bleche von 0,635 mm Dicke hatten die folgenden Eigenschaften:

Aus dieser Tabelle geht hervor, daß die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung 1 bei ver-

Streckgrenze kp/mm²	Zugfestigkeit kp/mm²	Bruch dehnung °/o	IACS- Leitfähigkeit »/0
19,83	42,19	25,0	73,0

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung vor Kupferlegierungen, bestehend aus 1,5 bis 3,5 % Eisen, 0,01 bis 0,10% Aluminium, gegebenenfalls 0,01 bis 0,10 ⁰Zo Phosphor, gegebenenfalls 0,05 bis 0,20 % Zink, gegebenenfalls bis zu 0,18 °/o Silicium, gegebenenfalls bis zu 0,08 ⁰O Mangan, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen, im ausscheidungsgehärteten Zustand für Gegenstände, die gleichzeitig hohe Festigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen müssen.

2. 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.

3. Verwendung von Kupferlegierungen der Zusammensetzung und im ausscheidungsgehärteten Zustand nach Anspruch 1, die 0,02 bis 0,08 % Aluminium enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung von Kupferlegierungen der Zusammensetzung und im ausscheidungsgehärteten Zustand nach Anspruch 1, die 0,01 bis 0,08% Phosphor, 0,05 bis 0,15% Zink und 0,01 bis 0,07 % Aluminium enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung von Kupferlegierungen der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die bei 800 bis 1050° C, vorzugsweise bei 900 bis 1050° C, warmgewalzt, danach mit zwischengeschalteten Glühstufen bei 400 bis 600° C und Haltezeiten von mindestens 1 Stunde, vorzugsweise mindestens 2 Stunden, mit einem Verformungsgrad von vorzugsweise mindestens 50 °/o kaltgewalzt worden sind, für den Zweck nach Anspruch 1.