DE1758125B2

DE1758125B2 - Verwendung von Kupferlegierungen für Gegenstände mit gleichzeitiger hoher Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit

Info

Publication number: DE1758125B2
Application number: DE19681758125
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: 1974-03-21
Also published as: DE1758125A1; GB1180893A; FR1569523A

Description

Es wurden bereits zahlreiche Legierungszusätze empfohlen, um die Festigkeitseigenschaften von Kupfer zu erhöhen, wobei jedoch die elektrische Leitfähigkeit des Kupfers meistens erheblich vermindert wird. Es wäre daher sehr erwünscht, Kupferlegierungen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und gleichleitig erhöhter Festigkeit zur Verfügung zu haben, um lolche 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 lACS-Leitf ähigkeit (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 läßii 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 niedriger Temperatur glühen. Schließlich wird die Legierung durch Kaltwalzen oder -ziehen auf die Endstärke heruntergebracht.

jo Es ist weiterhin bekannt, Legierungssysteme für diesen Zweck einzusetzen, welche Eisen und Phosphor in speziellen Mengenverhältnissen enthalten, wobei aber der Phosphorgehalt mindestens 0,1% betragen muß. Zusätzlich können dabei bis zu 1,5% Zinn und bis zu 10% Zink mitverwendet werden, wobei aber spezielle Mengenverhältnisse von Sn : Zj eingehalten werden müssen. Auch diese Legierungssysteme weisen noch keine wirklich befriedigenden Eigenschaftskombinationen auf. Insbesondere liegen die elektrischen Leitfähigkeiten realtiv niedrig.

Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß für Gegenstände, für die gerade eine derartige Eigenschaftskombination erforderlich oder sehr erwünscht ist, Kupferlegierungen verwendet werden können, welche ganz spezielle Legierungskomponenten in spezifischen Konzentrationsbereichen enthalten, wobei Eisen und Zinn als Legierungskomponenten obligatorisch sind.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung von Kupferlegierungen, bestehend aus 1,5 bis 3,5% Eisen, 0,02 bis 0,15% Zinn, gegebenenfalls 0,01 bis 0,10% Phosphor und/oder gegebenenfalls 0,05 bis 0,20% Zink, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen, im ausscheidungsgehärteten Zustand für Gegenstände, die gleichzeitig hohe Festigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen müssen.

Bevorzugt werden im Rahmen der Erfindung Legierungen der vorstehend gekennzeichneten Art verwendet, die 1,8 bis 2,9% Eisen bzw. 0,03 bis 0,12% Zinn enthalten und im ausscheidungsgehärteten Zustand vorliegen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Legierungen der vorstehend beschriebenen Art im ausscheidungsgehärteten Zustand eingesetzt, welche 0,02 bis 0,10 % Zinn und 0,01 bis 0,10 % Phosphor oder 0,05 bis 0,20% Zink enthalten. Ganz besonders zweckmäßig sind Legierungen der vorstehend beschriebenen Art im ausscheidungsgehärteten Zustand, weiche 0,01 bis 0,08% Phosphor, 0,05 bis 0,15% Zink und 0,02 bis 0,10% Zinn 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 Legierungen der Erfindung hohe Festigkeitswerte in kaltgewalztem Zustand (mit kaltverfonntem Gefüge). Die hohe elektrische Leitfähigkeit der Legierungen ist begleitet von ausgezeichneten Zugfestigkeitseigenschaften im ausscheidungsgehärteten Zustand in der Größenordnung von 38,67 kp/mm^a und mehr. Die Festigkeit und die sonstigen physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäß zu verwendenden

Legierungen variieren bei geringem Gehalt an Verunreinigungen nur unwesentlich.

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

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform werden Legierungen verwendet, die bei 800 bis 1050⁰C, vorzugsweise bei 900 bis 1050⁰C, warmgewalzt, danach mit zwischengeschalteten Glühstufen bei 400 bis 600⁰C und Haltezeiten von mindestenes einer Stunde, vorzugsweise mindestens 2 Stunden, mit einem Verformungsgrad von vorzugsweise mindestens 5O⁰O kaltgewalzt worden sind.

Kontinuierlich stranggeglühtes Bandmaterial oder V/alzgut erreicht ebenso gute Festigkeitseigenschaften 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 as Glühstufen chargenweise durchgeführt und herkömmliches Ofenglühen angewandt werden, z. B. Glühen im Hauben-Ofen.

Die folgender. Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel

Legierung	Eisen	Phosphor	Zinn	Kupfer
1 2	2 3°/ 2 3°/	0,03%	0,11%	Rest Rest

b) Die so hergestellten Legierungen 1 und 2 wurden bei 900 bis 940⁰C warmgewalzt und danach durch Aufsprühen von Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt.

Anschließend wurde das Material auf 2,5 mm kaltgewalzt, 1 bis 4 Stunden bei 480 bis 600⁰C im Hauben-Ofen geglüht, auf 1,3 mm kaltgewalzt und 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 Eigen~chaften untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

Legierung	Streckfestig keit kp/mm²	Zugfestigkeit kp/mm^ä	Dehnung	IACS- Leitfähig- keit
1 2 (zum Ver gleich)	20,04 16,24	40,78 35,22	24,5 27,5	71,8 73,5

a) Zwei Legierungen wurden uf 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 wurden zurückgehalten. Die Schmelze wurde geringfügig auf etwa 1300"^JC überhitzt, um das Eisen in Lösung zu bringen. Sobald die Schmelze eine Temperatur von etwa 1300⁰C erreicht hatte, wurden sehr reine Legierungs- 4" zusätze zugegeben. Danach wurde der Rest des Kupfers zugeschlagen und die Schmelze auf die Gießtemperatur von etwa 1200⁰C gebracht. Hierauf wurde die Schmelze in eine wassergekühlte Kokille mit den Abmessungen 73 · 12,7 · 244 ecm mit einer Gießgeschwindigkeit von 54,1 cm/Min, gegossen. Die auf diese Weise erhaltenen Legierungen hatten folgende Zusammensetzung:

Tabelle I

50 Aus dieser Tabelle geht hervor, daß die Legierung 1 der Erfindung bei vergleichbarer elektrischer Leitfähigkeit eine höhere Festigkeit besitzt als die bekannte Legierung 2.

Beispiel 2

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

Fe /0	P %	Sn °/o	Cu %
2,3	0,03	0,08	Rest

und gemäß Beispiel l,b) weiterverarbeitet.

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

(Zum Vergleich USA.-Patent 3 039 867).

Streckgrenze kp/mm²	Zugfestigkeit kp/mm²	Dehnung °/ /0	IACS-Leit- fähigkeit %
55 18,04	41,98	24,5	72

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Kupferlegierungen, bestehend aus 1,5 bis 3,5% Eisen, 0,02 bis 0,15% Zinn, gegebenenfalls 0,01 bis 0,10% Phosphor und/oder gegebenenfalls 0,05 bis 0,20% Zink, 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 ausgehärteten 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 ausgehärteten Zustand nach Anspruch 1, die 0,03 bis 0,12% Zinn enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung von Kupferlegierungen der Zusammensetzung und im ausgehärteten Zustand nach Anspruch 1, die 0,02 bis 0,10% Zinn und 0,01 bis 0,10% Phosphor oder 0,05 bis 0,20% Zink enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung von Kupferlegierungen der Zusammensetzung und im ausgehärteten Zustand nach Anspruch 1, die 0,01 bis 0,08% Phosphor, 0,05 bis 0,15% Zink und 0,02 bis 0,10% Zinn enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1.

6. Verwendung von Kupferlegierungen der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die bei 800 bis 1050⁰C, vorzugsweise bei 900 bis 1050° C, warmgewalzt, danach mit zwischengeschalteten Glühstufen bei 400 bis 600° C und Haltezeiten von mindestens einer Stunde, vorzugsweise mindestens 2 Stunden mit einem Verformungsgrad von vorzugsweise mindestens 50% kaltgewalzt worden sind, für den Zweck nach Anspruch 1.