DE1758122B2

DE1758122B2 - Verwendung von Kupferlegierungen fur Gegenstande mit gleichzeitiger hoher Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit

Info

Publication number: DE1758122B2
Application number: DE19681758122
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: 1973-11-08
Also published as: DE1758122A1; GB1188425A; DE1758122C3; FR1569524A

Description

Aus der USA.-Patentschrift 3 039 867 sind zwar Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierun-

Kupferlegierungen mit hoher elektrischer IACS-Leit- gen sind durch zahlreiche unerwartete und Überfähigkeit (International Standard for Annealed Cop- raschende Eigenschaften gekennzeichnet,
per) und erhöhter Zugfestigkeit bekannt, doch haben 65 Zum Beispiel ist die elektrische Leitfähigkeit der diese in der Praxis noch nicht völlig befriedigen können, Legierungen wesentlich verbessert. Es lassen sich insbesondere bezüglich der Festigkeitseigenschaften. nämlich IACS-Leitfähigkeitswerte von über 70% Diese bekannten Legierungen enthalten 2,0 bis leicht erhalten. Außerdem haben die Legierungen der

Erfindung ausgezeichnete Wärmebehandlungseigenschaften und die Fähigkeit, auf Grund unterschiedlicher "Wärmebehandlungen unterschiedliche Festigkeitswerte annehmen zu können. Außerdem erreichen diese Legierungen hohe Festigkeitswerte im kaltgewalzten Zustand (mit kaltverformtem Gefüge). Die hohe elektrische Leitfähigkeit der Legierungen ist begleitet von ausgezeichneten Zugfestigkeitseigenschaften im ausscheidungsgehärteten Zustand in der Größenordnung von 38,67 kp/mm². Die Festigkeit und die son- ίο stigen physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen variieren bei geringem Gehalt an Verunreinigungen nur unwesentlich.

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

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform werden Legierungen verwendet, die bei 800 bis 1050⁰C, vorzugsweise bei 900 bis 1050⁰C, warmgewalzt, danach mit zwischengeschalteten Glühstufen bei 400 bis 600⁰C und Haltezeiten von mindestens 1 Stunde, vorzugsweise mindestens 2 Stunden, mit einem Verformungsgrad von vorzugsweise mindestens 50°/₀, kaltgewalzt worden sind.

Kontinuierlich stranggeglühtes Bandmaterial oder Walzgut nimmt ebenso gute Festigkeitseigenschaften an, wie im Hauben-Ofen geglühtes Material, doch ist die elektrische Leitfähigkeit nicht so hoch. Zur Entwicklung von sowohl 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% der Kupferbeschickung wurde zurückgehalten. Die Schmelze wurde geringfügig auf etwa 1300° C überhitzt, um das Eisen in Lösung zu bringen. Sehr reine Legierungszusätze wurden zugegeben, sobald die Schmelze eine Temperatur von etwa 1300⁰C erreicht hatte. 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 · 12,7 · 244 cm gegossen. Die auf diese Weise erhaltenen Legierungen hatten folgende Zusammensetzung:

Tabelle I

Legierung	Eisen V.	Phosphor %	Mangan Vo	Kupfer
1	2,4 2,3	0,03	0,12	Rest Rest
2 (zum Ver gleich)

(USA^Patentschrift 3 039 867)

b) Die so hergestellten Legierungen 1 und 2 wurden folgendermaßen verarbeitet. Die Legierungen wurden bei 900 bis 94O⁰C warmgewalzt und danach durch

»5 Aufsprühen von Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt. Anschließend wurde das Material auf 2,5 mm kaltgewalzt, itn Hauben-Ofen 1 bis 4 Stunden bei 480 bis 600⁰C geglüht, auf 1,27 mm kaltgewalzt, im Hauben-Ofen 1 bis 3 Stunden bei 460 bis 480° C

ao geglüht, auf 0,635 mm kaltgewalzt und 1 bis 3 Stunden im Hauben-Ofen bei 440 bis 480⁰C 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 Vo	L\CS-Leit- fähigkeit Vt
1	19,55 16,24	42,89 35,22	23,0 27,5	72,2 73,5
2 (zum Ver gleich) ..

Aus dieser Tabelle geht hervor, daß die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung 1 bei vergleichbarer elektrischer Leitfähigkeit eine höhere Festigkeit besitzt als die bekannte Legierung 2.

Beispiel 2

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

Fe Vo	P V«	Zn Ve	Mn Vo	Cu Vo
50 2,4	0,02	0,10	0,07	Rest

und gemäß Beispiel 1 b) weiterverarbeitet.

Die fertiggewalzten Bleche von 0,635 mm Dicke haUen die folgenden Eigenschaften:

Streckgrenze kp/mm²	Zugfestigkeit kp/mm²	Bruch dehnung Vo	IACS-Leit- fähigkeit °/o
19,54	43,24	23,0	73,0

Claims

3,0% Eisen, höchstens 0,04% Phosphor, Rest Kupfer Patentansprüche: und übliche Verunreinigungen. Legierungen der be vorzugten Zusammensetzung können eine IACS-

1. Verwendung von Kupferlegierungen, be- Leitfähigkeit von etwa 70% und gleichzeitig eine stehend aus 1,5 bis 3,5% Eisen, 0,01 bis 0,15% 5 Zugfestigkeit von 35,15 kp/mm² aufweisen. Diese Mangan, gegebenenfalls 0,01 bis 0,10% Phosphor, Legierungen werden vorzugsweise zu Knüppeln ubgegebenenfalls 0,05 bis 0,20% Zink, gegebenen- licher Größe vergossen und auf ubbche Starken herfalls bis zu 0,18% Silicium, gegebenenfalls bis zu untergewalzt. Bereits durch Warmformgebung läßt 0,07% Aluminium, Rest Kupfer und übliche sich das Eisen in Kupfer lösen. Nach der Warmform-Verunreinigungen, im ausscheidungsgehärteten Zu- io gebung kann man den Knüppel einer Lösungsglühung stand für Gegenstände, die gleichzeitig hohe Festig- unterwerfen. Hierauf kann man die Legierung zur keit und hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen Erhöhung ihrer elektrischen Leitfähigkeit bei medngemüssen. rer Temperatur glühen. Schließlich wird die Legierung

2. Verwendung von Kupferlegierungen der Zu- durch Kaltwalzen oder -ziehen auf die Endstärke sammensetzung und im ausscheidungsgehärteten 15 gebracht.

Zustand nach Anspruch 1, die 1,8 bis 2,9% Eisen Auch enthält die USA.-Patentschnft 3 039 867

enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1. einen ganz allgemein gehaltenen Hinweis auf Versuche,

3. Verwendung von Kupferlegierungen der Zu- entsprechende Verbesserungen bei Kupferlegierungen sammensetzung und im ausscheidungsgehärteten durch die Mitverwendung von Mangan, Phosphor Zustand nach Anspruch 1, die 0,04 bis 0,10% 20 und Eisen zu erzielen, ohne daß jedoch Einzelheiten Mangan enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1. bezüglich der erforderlichen Zusammensetzung solcher

4. Verwendung von Kupferlegierungen der Zu- Legierungen mitgeteilt werden.

sammensetzung und im ausscheidungsgehärteten Andererseits ist aus z. B. der USA.-Patentschrft

Zustand nach Anspruch 1, die 0,01 bis 0,10% 2 712 992 bekannt, daß Kupferlegierungen mit relativ Phosphor und 0,03 bis 0,10% Mangan enthalten, 25 hohem Phosphor- und Mangangehalt, welche 0,16 für den Zweck nach Anspruch 1. bis 0,58% Phosphor, 0,27 bis 1,12% Mangan sowie

5. Verwendung von Kupferlegierungen der Zu- 0,02 bis 0,89% Eisen enthalten, elektrische Leitsammensetzung und im ausscheidungsgehärteten fähigkeiten von mindestens 50% und im kaltbe-Zustand nach Anspruch 1, die 0,05 bis 0,20% arbeiteten Zustand Zugfestigkeiten von mindestens Zink und 0,03 bis 0,12% Mangan enthalten, für 30 32,73 kp/mm² aufweisen. Ein so hoher Manganden Zweck nach Anspruch 1. gehalt ist jedoch wirtschaftlich nicht immer vertretbar.

6. Verwendung von Kupferlegierungen der Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden. Zusammensetzung und im ausscheidungsgehärte- daß für Gegenstände, für die gerade eine Eigenschafts-

' ten Zustand nach Anspruch 1, die 0,01 bis 0,08% kombination aus gleichzeitig hoher Festigkeit und Phosphor, 0,05 bis 0,15% Zink und 0,03 bis 35 hoher elektrischer Leitfähigkeit erforderlich oder 0,08% Mangan enthalten, für den Zweck nach sehr erwünscht ist, Kupferlegierungen verwendet Anspruch 1. werden können, die spezielle Legierungskomponenten

7. Verwendung von Kupferlegierungen der Zu- in spezifischen Konzentrationsbereichen enthalten,
sammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf die Verdie bei 800 bis 1050⁰C, vorzugsweise bei 900 bis 40 wendung von Kupferlegierungen, bestehend aus 1,5 1050⁰C, warmgewalzt, danach mit zwischenge- bis 3,5% Eisen, 0,01 bis 0,15% Mangan, gegebenenschalteten Glühstufen bei 400 bis 600⁰C und falls 0,01 bis 0,10% Phosphor, gegebenenfalls 0,05 Haltezeiten von mindestens 1 Stunde, vorzugsweise bis 0,20% Zink, gegebenenfalls bis zu 0,18% Silicium, mindestens 2 Stunden, mit einem Verformungsgrad gegebenenfalls bis zu 0,07% Aluminium, Rest Kupfer von vorzugsweise mindestens 50% kaltgewalzt 45 und übliche Verunreinigungen, im ausscheidungsgeworden sind, für den Zweck nach Anspruch 1. härteten Zustand für Gegenstände, die gleichzeitig

hohe Festigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen müssen.

Bevorzugt werden im Rahmen der Erfindung Le-

50 gierungen der vorstehend gekennzeichneten Art verwendet, die 1,8 bis 2,9% Eisen bzw. 0,04 bis 0,10%

Es wurden bereits zahlreiche Legierungszusätze Mangan bzw. 0,01 bis 0,10% Phosphor und 0,03 bis empfohlen, um die Festigkeitseigenschaften von Kup- 0,10% Mangan enthalten und im ausscheidungsgefer zu erhöhen, wobei jedoch die elektrische Leit- härteten Zustand vorliegen.

fähigkeit des Kupfers meistens erheblich vermindert 55 Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird. Es wäre daher sehr erwünscht, Kupferlegierungen werden Legierungen der vorstehend beschriebenen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und gleichzeitig Art im ausscheidungsgehärteten Zustand eingesetzt, erhöhter Festigkeit zur Verfugung zu haben, um solche welche 0,05 bis 0,20% Zink und 0,03 bis 0,12% Legierungen für Gegenstände zu verwenden, bei denen Mangan oder noch besser 0,01 bis 0,08 % Phosphor, es entscheidend auf entsprechend verbesserte Eigen- 60 0,05 bis 0,15 % Zink und 0,03 bis 0,08% Mangan Schaftskombinationen ankommt. enthalten.