DE202018100075U1

DE202018100075U1 - Copper-zinc alloy

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Publication number: DE202018100075U1
Application number: DE202018100075.6U
Authority: DE
Original assignee: Otto Fuchs KG
Current assignee: Otto Fuchs KG
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: RU2020115663A; EP3529389A1; JP7374904B2; JP2021509934A; RU2020115663A3; CN111788321A; ES2780202T3; KR20200103709A; EP3529389B1; US20200370147A1; BR112020012537A2; WO2019137832A1

Abstract

Kupfer-Zink-Legierung zum Herstellen von elektrisch leitenden Bauteilen, etwa von Kontakten, bestehend aus:
Cu: 62,5 - 67 Gew.-%,
Sn: 0,25 - 1,0 Gew.-%,
Si: 0,015 - 0,15 Gew.-%,
wenigstens zwei Silizid bildende Elemente aus der Gruppe Mn, Fe, Ni und Al mit jeweils max. 0,15 Gew.-%, wobei die Summe dieser Elemente 0,6 Gew.-% nicht überschreitet,
Rest Zn nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.Copper-zinc alloy for producing electrically conductive components, such as contacts, consisting of:
Cu: 62.5-67% by weight,
Sn: 0.25-1.0 wt%,
Si: 0.015 - 0.15 wt.%,
at least two silicide-forming elements from the group Mn, Fe, Ni and Al, each with max. 0.15% by weight, the sum of these elements not exceeding 0.6% by weight,
Remaining Zn plus unavoidable impurities.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Kupfer-Zink-Legierung sowie ein aus einer solchen Legierung hergestelltes Kupfer-Zink-Legierungsprodukt.The invention relates to a copper-zinc alloy and a copper-zinc alloy product produced from such an alloy.

Die Erfindung betrifft eine Sondermessinglegierung. Sondermessinglegierungen werden zum Herstellen verschiedenster Produkte eingesetzt. Ein typischer Anwendungsfall, für den Einsatz von Sondermessinglegierungsprodukten sind Lagerteile, Motor- und Getriebeteile, wie beispielsweise Synchronringe und dergleichen sowie Armaturen, vor allem für Trinkwasseranwendungen. Messinglegierungsprodukte werden auch für Elektro- und Kühltechnikanwendungen eingesetzt, beispielsweise zur Herstellung von Steckerschuhen, Kontaktklemmen oder dergleichen. Bei Kühltechnikanwendungen wird die gute Wärmeleitfähigkeit von Messinglegierungsprodukten genutzt. Diese Messinglegierungen weisen auf Grund der bekannten guten Wärmeleitfähigkeit von Kupfer einen hohen Kupfergehalt auf und sind nur entsprechend niedrig legiert. Sondermessinglegierungen weisen eine deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit auf.The invention relates to a special brass alloy. Special brass alloys are used to produce a wide variety of products. A typical application, for the use of special brass alloy products are bearing parts, engine and transmission parts, such as synchronizer rings and the like, and fittings, especially for drinking water applications. Brass alloy products are also used for electrical and refrigeration applications, for example, for the manufacture of connector shoes, contact terminals or the like. Cooling applications utilize the good thermal conductivity of brass alloy products. These brass alloys have a high copper content due to the known good thermal conductivity of copper and are only correspondingly low alloyed. Special brass alloys have a significantly lower thermal conductivity.

Wenn eine Messinglegierung besonders gute elektrisch leitende Eigenschaften aufweisen soll, ist der Cu-Gehalt entsprechend hoch zu wählen. Die elektrische Leitfähigkeit eines solchen Produktes sinkt allerdings mit steigendem Zinkgehalt. Aus diesem Grunde werden für Sondermessinglegierungsprodukte, bei denen eine gute elektrische Leitfähigkeit im Vordergrund steht, solche Legierungen eingesetzt, die einen Zn-Gehalt von typischerweise nicht mehr als 5 bis 10 Gew.-% ausweisen. Neben den Elementen Kupfer und Zink sind an dem Aufbau von Sondermessinglegierungen ein oder mehrere der folgenden Elemente beteiligt: Al, Sn, Si, Ni, Fe und/ oder Pb. Jedes dieser Elemente hat unterschiedlichen Einfluss auf die Eigenschaften des aus der Legierung hergestellten Sondermessinglegierungsproduktes. Dabei ist festzustellen, dass ein und dasselbe Legierungselement in Abhängigkeit von seiner Beteiligung verantwortlich für unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich der Verarbeitbarkeit der Legierung sowie hinsichtlich der Eigenschaften eines daraus hergestellten Sondermessinglegierungsproduktes sein kann. Entsprechendes gilt für die Verarbeitbarkeit der Legierung. Auf Grund der Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen von Sondermessinglegierungsprodukten sind auch eine Vielzahl, sich bezüglich ihrer Legierungszusammensetzung unterscheidender Sondermessinglegierungen bekannt. Diese unterscheiden sich etwa in ihren Festigkeitswerten, ihrer Zerspanbarkeit, ihrer Oberflächenbearbeitbarkeit, ihrer Wärmeleitfähigkeit, ihrem E-Modul, ihrer Temperaturformbeständigkeit und dergleichen. In den meisten Fällen sind die vorbekannten Sondermessinglegierungen bezüglich ihrer Zusammensetzung für ganz bestimmte Einsatzzwecke entwickelt worden.If a brass alloy should have particularly good electrically conductive properties, the Cu content should be selected to be correspondingly high. However, the electrical conductivity of such a product decreases with increasing zinc content. For this reason, for special brass alloy products in which a good electrical conductivity is in the foreground, such alloys are used which have a Zn content of typically not more than 5 to 10 wt .-%. In addition to the elements copper and zinc, one or more of the following elements are involved in the construction of special brass alloys: Al, Sn, Si, Ni, Fe and / or Pb. Each of these elements has a different influence on the properties of the special brass alloy product produced from the alloy. It should be noted that one and the same alloying element, depending on its participation, may be responsible for different properties with regard to the processability of the alloy and with respect to the properties of a special brass alloy product produced therefrom. The same applies to the processability of the alloy. Due to the large number of different applications of special brass alloy products, a large number of special brass alloys differing in their alloy composition are also known. These differ, for example, in their strength values, their machinability, their surface workability, their thermal conductivity, their modulus of elasticity, their thermal stability and the like. In most cases, the previously known special brass alloys have been developed with regard to their composition for very specific purposes.

Eine Sondermessinglegierung, aus der Sondermessinglegierungsprodukte für Elektroanwendungen hergestellt werden sollen, müssen nicht nur eine hinreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen, sondern diese müssen zudem, um die gewünschten Produkte herstellen zu können, eine gute Ver- und Bearbeitbarkeit aufweisen, wie auch hinreichende Festigkeitswerte. In Bezug auf eine Verarbeitbarkeit der Legierung soll diese mit standardmäßigen Verarbeitungsschritten herstellbar sein, um die Kosten daraus hergestellter Sondermessinglegierungsprodukte nicht durch aufwendige und unter Umständen unübliche Prozessführungsschritte zu verteuern.A special brass alloy from which special brass alloy products are to be produced for electrical applications not only have to have sufficient electrical conductivity, but also have to be able to produce the desired products to have a good machinability and workability, as well as sufficient strength values. With regard to processability of the alloy, it should be able to be produced using standard processing steps so that the costs of special brass alloy products produced therefrom are not made more expensive by expensive and possibly unusual process management steps.

Aus DE 20 2017 103 901 U1 ist eine Sondermessinglegierung für Elektro- und/oder Kühltechnikanwendungen bekannt geworden. Diese enthält 58,5 - 62 Gew.-% Cu, 0,03 - 0,18 Gew.-% Pb, 0,3 - 1,0 Gew.-% Fe, 0,3 - 1,2 Gew.-% Mn, 0,25 - 0,9 Gew.-% Ni, 0,6 - 1,3 Gew.-% Al, 0,15 - 0,5 Gew.-% Cr, max. 0,1 Gew.-% Sn, max. 0,05 Gew.-% Si mit einem Rest an Zn nebst unvermeidbaren Verunreinigungen. Zwar weist diese vorbekannte Sondermessinglegierung eine hinreichende Wärmeleitfähigkeit für die damit vorgesehenen Kühltechnikanwendungen und eine für etliche Anwendungen ausreichende elektrische Leitfähigkeit auf, jedoch wäre es wünschenswert, wenn nicht nur die elektrische Leitfähigkeit sondern auch die Strangpressbarkeit und die Zerspanbarkeit verbessert werden könnte, um die Herstellbarkeit von elektrischen Bauteilen, wie beispielsweise Kontakten, Buchsen oder dergleichen besser herstellen zu können. Zudem soll das aus einer solchen Legierung hergestellten Legierungsprodukt gute Kaltumformbarkeitseigenschaften, wie etwa gute Kaltziehbarkeitseigenschaften aufweisen, um auf diesem Wege das umgeformte Halbzeug mit höheren Festigkeitswerten für das Endprodukt ausstatten zu können.Out DE 20 2017 103 901 U1 a special brass alloy for electrical and / or cooling technology applications has become known. This contains 58.5-62% by weight of Cu, 0.03-0.18% by weight of Pb, 0.3-1.0% by weight of Fe, 0.3-1.2% by weight. Mn, 0.25-0.9 wt% Ni, 0.6-1.3 wt% Al, 0.15-0.5 wt% Cr, max. 0.1% by weight of Sn, max. 0.05 wt .-% Si with a balance of Zn plus unavoidable impurities. Although this known special brass alloy has sufficient thermal conductivity for the cooling technology applications provided for this purpose and sufficient electrical conductivity for a number of applications, it would be desirable if not only the electrical conductivity but also the extrudability and the machinability could be improved in order to increase the manufacturability of electrical Components such as contacts, sockets or the like to produce better. In addition, the alloy product made from such an alloy should have good cold workability properties, such as good cold drawability properties, in order to be able to provide the formed semi-finished product with higher strength values for the end product in this way.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kupfer-Zink-Legierung vorzuschlagen, die diesen Anforderungen genügt.Thus, the invention has for its object to propose a copper-zinc alloy that meets these requirements.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Kupfer-Zink-Legierung zum Herstellen von elektrisch leitenden Bauteilen, etwa von Kontakten, bestehend aus:

Cu: 62,5 - 67 Gew.-%,
Sn: 0,25 - 1,0 Gew.-%,
Si: 0,015 - 0,15 Gew.-%,
wenigstens zwei Silizid bildende Elemente aus der Gruppe Mn, Fe, Ni und Al mit jeweils max. 0,15 Gew.-%, wobei die Summe dieser Elemente 0,6 Gew.-% nicht überschreitet,
Rest Zn nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.

This object is achieved according to the invention by a copper-zinc alloy for producing electrically conductive components, such as contacts, consisting of:

Cu: 62.5-67% by weight,
Sn: 0.25-1.0 wt%,
Si: 0.015 - 0.15 wt.%,
at least two silicide-forming elements from the group Mn, Fe, Ni and Al, each with max. 0.15% by weight, the sum of these elements not exceeding 0.6% by weight,
Remaining Zn plus unavoidable impurities.

Diese Kupfer-Zink-Legierung zeichnet sich durch seine besondere Legierungszusammensetzung aus. Bestimmend ist zum einen der Zn-Gehalt von 31 - 37 Gew.-% und die deutliche Beteiligung des Elementes Sn am Aufbau der Legierung mit 0,5 - 1,0 Gew.-%. Aufgrund des relativ hohen Zn-Gehaltes war es überraschend festzustellen, dass dennoch die elektrische Leitfähigkeit den an ein aus dieser Legierung gefertigten Produkt gestellten Anforderungen genügt und sogar die Leitfähigkeit von vorbekannten Sondermessinglegierungen übersteigt. Si ist an der Legierung mit 0,015 - 0,15 Gew.-% beteiligt. Das Si in der Legierung dient zum Ausbilden von Siliziden als feine Ausscheidungen im Gefüge. Die Größe der Silizide liegt typischerweise im Durchschnitt unter 1 µm. Wenn die Silizide eine gewisse Größe überschreiten, hat dieses nachteilige Auswirkungen in Bezug auf die Polierbarkeit, Beschichtbarkeit und/oder Lötbarkeit der Oberfläche des aus der Legierung hergestellten Legierungsproduktes. Ein höherer Si-Anteil vermag die besonderen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung nicht zu verbessern. Vielmehr könnte sich dieses nachteilig auf die gewünschte gute elektrische Leitfähigkeit auswirken. Aus der Gruppe der Elemente Mn, Fe, Ni und Al als Silizid bildende Elemente sind zumindest zwei Elemente am Aufbau der Legierung beteiligt. Zusammen mit Si bilden diese Elemente fein verteilte Mischsilizide, die sich positiv auf die Abrasionsbeständigkeit des aus der Legierung hergestellten Produktes auswirken. Diese Silizide sind fein verteilte Partikel in der Gefügematrix. Der Anteil dieser Elemente am Aufbau der Legierung ist beschränkt, und zwar auf max. 0,15 Gew.-% je Element, wobei die Summe dieser Elemente 0,6 Gew.-% nicht überschreitet. Bevorzugt sind am Aufbau der Legierung die Elemente Fe, Ni und Al beteiligt. Mn kann als Silizidbildner Bestandteil der Legierung sein. Bevorzugt sind die Elemente Fe, Ni und Al als Silizidbildner vorgesehen, die typischerweise Mischsilizide ausbilden. Dabei ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Ni- und Al-Anteile jeweils etwa gleich groß sind, während der Fe-Anteil nur 40 - 60% des Ni- bzw. Al-Anteils beträgt. In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Fe-Anteil etwa 50% des Ni- bzw. Al-Anteils. Mit dieser besonderen Zusammenstellung der Silizidbildner Fe, Ni und Al zusammen mit dem Si-Gehalt zwischen 0,015 - 0,15 Gew.-% wirkt sich nicht in nennenswertem Maße nachteilig auf die gewünschte besonders gute elektrische Leitfähigkeit des aus der Legierung hergestellten Produktes aus. Dennoch verleihen diese dem Legierungsprodukt seine gewünschten Festigkeitswerte.This copper-zinc alloy is characterized by its special alloy composition. On the one hand, the Zn content of 31-37% by weight and the significant contribution of the element Sn to the structure of the alloy are 0.5-1.0% by weight. Due to the relatively high Zn content, it was surprisingly found that nevertheless the electrical conductivity meets the requirements imposed on a product made from this alloy and even exceeds the conductivity of previously known special brass alloys. Si is involved in the alloy at 0.015-0.15 wt%. The Si in the alloy serves to form silicides as fine precipitates in the microstructure. The size of the silicides is typically less than 1 μm on average. If the silicides exceed a certain size, this has adverse effects on the polishability, coatability and / or solderability of the surface of the alloy product made of the alloy. A higher Si content can not improve the particular properties of the alloy according to the invention. Rather, this could adversely affect the desired good electrical conductivity. From the group of elements Mn, Fe, Ni and Al as silicide-forming elements at least two elements are involved in the construction of the alloy. Together with Si, these elements form finely divided mixed silicides which have a positive effect on the abrasion resistance of the product made from the alloy. These silicides are finely divided particles in the matrix. The proportion of these elements in the structure of the alloy is limited, to max. 0.15 wt .-% per element, wherein the sum of these elements does not exceed 0.6 wt .-%. The elements Fe, Ni and Al are preferably involved in the construction of the alloy. Mn can be part of the alloy as a silicide-forming agent. The elements Fe, Ni and Al are preferably provided as silicide formers, which typically form mixed silicides. It is provided in one embodiment that the Ni and Al components are each about the same size, while the Fe content is only 40 - 60% of the Ni or Al content. In a preferred embodiment, the Fe content is about 50% of the Ni or Al content. With this particular combination of the silicides Fe, Ni and Al, together with the Si content between 0.015-0.15% by weight, the extent to which the desired particularly good electrical conductivity of the product made from the alloy does not have a significant adverse effect. Nevertheless, these give the alloy product its desired strength values.

Unerwartet und überraschend hat sich bei dieser Legierung bzw. einem aus dieser Legierung hergestellten Legierungsprodukt gezeigt, dass dieses nicht nur ein besonders feines Korn (typischerweise 10-100 µm) aufweist, sondern auch sehr gut strangpressbar bzw. warmumformbar ist, durch Kaltumformung gut kaltverfestigbar ist und eine gute Zerspanbarkeit aufweist und dennoch eine für Sondermessinge der in Rede stehenden Art sehr gute elektrische Leitfähigkeit von mehr als 12 MS/m (20% IACS) aufweist. Festgemacht wird dieses an dem relativ hohen Sn-Anteil bei gleichzeitig begrenzten Anteilen der Silizid bildenden Elemente.Unexpectedly and surprisingly, this alloy or an alloy product produced from this alloy has shown that this not only has a particularly fine grain (typically 10-100 μm) but is also very readily extrudable or heat-formable, and can be cold-worked well by cold working and has a good machinability and still has a special brasses of the type in question very good electrical conductivity of more than 12 MS / m (20% IACS). This is moored at the relatively high Sn content with simultaneously limited proportions of the silicide-forming elements.

Was für Elektroanwendungen eines aus dieser Legierung hergestellten Sondermessinglegierungsproduktes von Interesse ist, ist seine besonders gute galvanische Beschichtbarkeit. In einigen Anwendungsfällen sind derartige Produkte mit einer elektrisch besonders gut leitenden Metallschicht beschichtet, einer Beschichtung, deren elektrische Leitfähigkeit diejenige des aus der Messinglegierung hergestellten Produktes deutlich überschreitet. Eine solche Metallschicht wird typischerweise galvanisch aufgetragen. Dieses erfordert nicht nur eine gewisse Leitfähigkeit des Sondermessinglegierungsproduktes, sondern vor allem auch, dass ein darauf aufgebrachter galvanischer Auftrag daran dauerhaft und über die Oberfläche gleichmäßig haftet. Begründet ist dieses insbesondere in dem sich bei dieser Sondermessinglegierung einstellenden gleichmäßigen feinkörnigen Gefüge. Dieses ist bei aus dieser Legierung hergestellten Produkten der Fall. Eine Beschichtung des Messinglegierungsproduktes kann auch einem Verschleißschutz dienen. Ferner können Beschichtungen eingesetzt werden, um bestimmte Eigenschaften des Messinglegierungsproduktes an der Oberfläche zu verbessern, wie beispielsweise eine bessere Lötbarkeit, beispielsweise zum Anbringen von Kontakten, eine Wärmeisolierung zum Wärmeschutz des Sondermessinglegierungsproduktes oder auch als Haftvermittlungsschicht für eine weitere Beschichtung.What is of interest for electrical applications of a special brass alloy product produced from this alloy is its particularly good galvanic coatability. In some applications, such products are coated with an electrically highly conductive metal layer, a coating whose electrical conductivity significantly exceeds that of the product produced from the brass alloy. Such a metal layer is typically applied by electroplating. This requires not only a certain conductivity of the special brass alloy product, but above all, that an applied thereto galvanic order adheres to it permanently and evenly over the surface. This is justified, in particular, in the uniform fine-grained microstructure occurring in this special brass alloy. This is the case with products made from this alloy. A coating of the brass alloy product can also serve for wear protection. Furthermore, coatings can be used to improve certain properties of the brass alloy product on the surface, such as better solderability, for example for attaching contacts, thermal insulation for thermal protection of the special brass alloy product or as an adhesion-promoting layer for a further coating.

Zudem ist das E-Modul hinreichend hoch, damit aus dieser Messinglegierung auch Produkte mit federnden Eigenschaften, wie beispielsweise Steckerschuhe als Kontakte hergestellt werden können. Mit einem E-Modul von mehr als 100 bis 120 GPa liegt dieses in dem Größenbereich der E-Module, die aus niedrig legierten Kupfer-Zink-Zweistofflegierungen bekannt sind, wie diese typischerweise für Elektroanwendungen, bei denen es mitunter auch um aufzubringende Federkraft geht, eingesetzt werden. Mit dieser Messinglegierung lassen sich Legierungsprodukte herstellen, die eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 12 MS/m (20% IACS) aufweisen. Damit werden elektrische Leitfähigkeitswerte erzielt, die im Allgemeinen höher als bei anderen Sondermessinglegierungen mit einem Zn-Anteil von 30 Gew.-% und mehr sind und die für viele Anwendungen hinreichend sind. Dieses wird bei Legierungsprodukten, die aus dieser Legierung hergestellt sind, mit Festigkeitswerten kombiniert, wie diese ansonsten nur von speziell für diese Zwecke ausgelegten Sondermessinglegierungen bekannt sind, die jedoch dann nicht in die weiteren positiven Eigenschaften dieser Legierung bzw. eines daraus hergestellten Produktes aufweisen.In addition, the modulus of elasticity is sufficiently high, so that products with resilient properties, such as connector shoes can be made as contacts from this brass alloy. With an E-modulus of more than 100 to 120 GPa, this lies in the size range of the E-modules, which are low alloyed copper-zinc binary alloys are known, as is typically used for electrical applications, which sometimes involves applied spring force. This brass alloy can be used to produce alloy products with electrical conductivity greater than 12 MS / m (20% IACS). This achieves electrical conductivity values which are generally higher than other special brass alloys with a Zn content of 30% by weight or more and which are sufficient for many applications. This is combined with alloy products made of this alloy, with strength values, as they are otherwise known only by specially designed for this purpose special brass alloys, but then do not have in the other positive properties of this alloy or a product produced therefrom.

Nicht unwesentlich bei dem aus dieser Sondermessinglegierung hergestellten Sondermessinglegierungsprodukt ist, vor allem bei Elektro-Anwendungen, die gute Lötbarkeit desselben.Not insignificant in the produced from this special brass alloy special brass alloy product, especially in electrical applications, the same good solderability.

Hervorzuheben ist zu dieser Kupfer-Zink-Legierung aufgrund der geringen Anzahl der am Aufbau der Legierung beteiligten Elemente ihr einfacher chemischer Aufbau. Hierzu zählt auch, dass die Legierung Cr-frei ist. Die Legierung ist ebenfalls typischerweise Pb-frei, wobei ein Pb-Anteil von max. 0,1 Gew.-% gestattet ist. Es kann nicht immer vermieden werden, dass durch Verschleppungen oder durch Einsatz von Recyclingmaterial geringe Pb-Mengen in die Legierung eingetragen werden. Pb wirkt sich innerhalb des zugelassenen Bereiches nicht negativ auf die vorbeschriebenen positiven Eigenschaften dieser Kuper-Zink-Legierung aus. Des Weiteren wird auf den Einsatz von Elementen wie P, S, Be, Te und andere verzichtet - Elemente, die neben Cr zum Erzielen bestimmter Legierungseigenschaften bei anderen Sondermessinglegierungen zum Erzielen bestimmter Festigkeits- oder Verarbeitungseigenschaften oftmals eingesetzt werden. Auch dieses begründet das überraschende Ergebnis, dass sich die vorbeschriebenen positiven Eigenschaften eines aus der Legierung hergestellten Produktes sich einstellen, obwohl die Legierung nur aus wenigen Elementen aufgebaut ist, vorausgesetzt, dass die Elemente mit den angegebenen Anteilen an der Legierung beteiligt sind. Der Einsatz nur einer geringen Anzahl von Elementen im Aufbau der Legierung vereinfacht den Herstellungsprozess. Gefahr von Elementverschleppungen für andere Legierungen ist bei der kommerziellen Herstellung vermieden, da die am Aufbau der Legierung beteiligten Elemente Standardelemente jeder Sondermessinglegierung sind.It should be emphasized that this copper-zinc alloy due to the small number of elements involved in the construction of the alloy their simple chemical structure. This also includes that the alloy is Cr-free. The alloy is also typically Pb-free, with a Pb content of max. 0.1 wt .-% is allowed. It can not always be avoided that small quantities of Pb are introduced into the alloy as a result of carry-over or the use of recycled material. Within the permitted range, Pb does not adversely affect the above-described positive properties of this copper-zinc alloy. Furthermore, the use of elements such as P, S, Be, Te and others is dispensed with - elements that are often used in addition to Cr to achieve certain alloy properties in other special brass alloys to achieve certain strength or processing properties. This, too, justifies the surprising result that the above-described positive properties of a product made from the alloy, although the alloy is composed of only a few elements, assuming that the elements are involved with the specified proportions of the alloy. The use of only a small number of elements in the structure of the alloy simplifies the manufacturing process. Danger of elemental carryover for other alloys is avoided in commercial production since the elements involved in the assembly of the alloy are standard elements of any special brass alloy.

Die besonders gute Zerspanbarkeit eines aus dieser Legierung hergestellten Legierungsproduktes kann mit einem Index von 60 - 70 und in einer speziellen Ausführung von mehr als 80 angegeben werden.The particularly good machinability of an alloy product made from this alloy can be given with an index of 60-70 and in a specific embodiment of more than 80.

Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Kupfer-Zink-Legierung folgende Zusammensetzung auf:

Cu: 64 - 66 Gew.-%,
Sn: 0,3 - 0,7 Gew.-%,
Si: 0,03 - 0,1 Gew.-%.

The copper-zinc alloy according to the invention preferably has the following composition:

Cu: 64-66% by weight,
Sn: 0.3-0.7 wt%,
Si: 0.03-0.1 wt%.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Sn- und Si-Anteil weiter beschränkt, ebenso wie der Anteil der Silizid bildenden Elemente. Eine solche Legierung setzt sich wie folgt zusammen:

Cu: 64,5 - 66 Gew.-%,
Sn: 0,4 - 0,6 Gew.-%,
Si: 0,03 - 0,08 Gew.-%,
wenigstens zwei Silizid bildende Elemente aus der Gruppe Mn, Fe,
Ni und Al mit jeweils max. 0,1 Gew.-%, wobei die Summe dieser Elemente 0,4 Gew.-% nicht überschreitet,
Rest Zn nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.

According to one embodiment, the Sn and Si content is further limited, as is the level of silicide-forming elements. Such an alloy is composed as follows:

Cu: 64.5-66% by weight,
Sn: 0.4-0.6 wt%,
Si: 0.03-0.08 wt%,
at least two silicide-forming elements from the group Mn, Fe,
Ni and Al with max. 0.1% by weight, the sum of these elements not exceeding 0.4% by weight,
Remaining Zn plus unavoidable impurities.

Der bevorzugte Zn-Gehalt liegt zwischen 32 und 36 Gew.-%.The preferred Zn content is between 32 and 36 wt .-%.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Vergleich zu drei Vergleichslegierungen beschrieben. Die erfindungsgemäße Legierung wurde neben drei Vergleichslegierungen hergestellt und stranggepresst. Die Zusammensetzung der untersuchten Legierungen ist in der nachstehenden Tabelle wiedergeben: Cu Pb Sn Fe Mn Ni AI Si Cr Zn A 65 - 0,5 0,035 - 0,07 0,07 0,06 - Rest 1 60,3 0,11 - 0,5 0,8 0,5 0,9 - 0,24 Rest 2 60 0,1 0,08 0,05 0,025 0,01 0,03 0,005 0,01 Rest 3 58,3 0,1 0,08 0,1 0,008 0,01 0,01 0,005 0,02 Rest (Angaben in Gew.-%) The invention is described below with reference to an embodiment in comparison to three comparative alloys. The alloy according to the invention was produced in addition to three comparative alloys and extruded. The composition of the tested alloys is shown in the table below: Cu pb sn Fe Mn Ni AI Si Cr Zn A 65 - 0.5 0,035 - 0.07 0.07 0.06 - rest 1 60.3 0.11 - 0.5 0.8 0.5 0.9 - 0.24 rest 2 60 0.1 0.08 0.05 0,025 0.01 0.03 0.005 0.01 rest 3 58.3 0.1 0.08 0.1 0,008 0.01 0.01 0.005 0.02 rest (In% by weight)

In der vorstehenden Tabelle ist die erfindungsgemäße Legierung die Legierung A, während die Vergleichslegierungen die Legierung 1, die Legierung 2 und die Legierung 3 sind. Im Strangpresszustand weist die erfindungsgemäße Legierung folgende Festigkeitswerte auf:

0,2% Dehngrenze: 180 - 250 N/mm²,
Zugfestigkeit: ca. 600 N/mm²,
Bruchdehnung: ca. 30%,
Härte: 80 - 130 HBW.

In the above table, the alloy according to the invention is alloy A, while the comparative alloys are alloy 1, alloy 2 and alloy 3. In the state of extrusion, the alloy according to the invention has the following strength values:

0.2% proof stress: 180-250 N / mm ² ,
Tensile strength: approx. 600 N / mm ² ,
Elongation at break: approx. 30%,
Hardness: 80 - 130 HBW.

Die gute Kaltziehbarkeit und eine damit einhergehende Kaltverfestigung mit der Folge des Einbringens gesteigerter Festigkeitswerte in das Legierungsprodukt lassen sich an dem kaltgezogenen Zustand des Strangpressstabes in einem ersten Schritt mit 20%-iger Querschnittminderung und in einem zweiten Schritt mit einer 35%-igen Querschnittsminderung darstellen:Good cold drawability and concomitant work hardening with the result of introducing increased strength values into the alloy product can be represented on the cold drawn state of the extrusion rod in a first step with 20% reduction in cross section and in a second step with a 35% reduction in cross section:

Festigkeitswerte des kaltgezogenen Stabes mit 20%-iger Querschnittsminderung:

0,2% Dehngrenze: 400 - 450 Nmm²,
Zugfestigkeit: ca. 500 - 600 N/mm²,
Bruchdehnung: ca. 8 - 15%,
Härte: 120 - 150 HB.

Strength values of the cold drawn rod with 20% reduction in cross section:

0.2% proof stress: 400 - 450 Nmm ² ,
Tensile strength: approx. 500 - 600 N / mm ² ,
Elongation at break: approx. 8 - 15%,
Hardness: 120 - 150 HB.

Festigkeitswerte des kaltgezogenen Stabes mit 35%-iger Querschnittsminderung:

0,2% Dehngrenze: 450 - 500 Nmm²,
Zugfestigkeit: ca. 750 N/mm²,
Bruchdehnung: ca. 10%,
Härte: 150 - 200 HB.

Strength values of the cold drawn rod with 35% reduction in cross section:

0.2% proof stress: 450 - 500 Nmm ² ,
Tensile strength: approx. 750 N / mm ² ,
Elongation at break: approx. 10%,
Hardness: 150 - 200 HB.

Das Gefüge der erfindungsgemäßen Legierung weist bei Raumtemperatur überwiegend α-Phase in der Matrix auf. Bei Temperaturen der Warmumformung liegt ein ausreichender Anteil an β-Phase vor. Das Korngefüge ist bei Raumtemperatur mit einer mittleren Korngröße von 10 bis 100 µm klein. Die Silizide sind als feine Ausscheidungen, die sich aus der Presshitze bilden, fein verteilt.The microstructure of the alloy according to the invention has predominantly α-phase in the matrix at room temperature. At hot forming temperatures there is a sufficient proportion of β-phase. The grain structure is small at room temperature with a mean grain size of 10 to 100 microns. The silicides are finely distributed as fine precipitates that form from the press heat.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung A bei Raumtemperatur im Vergleich zu den drei Vergleichslegierungen sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt: Eigenschaften nach Ziehen [20% Verformung] Einheit Legierung 1 Legierung 2 Legierung 3 Legierung A Strangpressbarkeit Gut Gut Gut Sehr gut Kaltziehbarkeit Gut Sehr gut Gut Gut Spanbarkeit Index 80 20 25 ≥ 80 Elektrolytisches Polieren Gut Sehr gut Mittel Gut Galvanisches Polieren Sehr gut Sehr gut Gut Sehr gut Wärmeleitfähigkeit [W/(m*K)] 100-110 385 ≥ 310 ≥ 100 Elektrische Leitfähigkeit [MS/m] 9,1 56 ≤ 43 ≥ 12 (20% IACS) E-Modul [GPa] 96 107 110- 130 100- 120 0,2%-Dehngrenze [MPa] ≥ 550 ≥ 240 ≥ 350 400 Zugfestigkeit [MPa] ≥ 650 ≥ 280 ≥ 420 520-570 Bruchdehnung [%] ≥ 15 ≥8 ≥ 8 6 - 11,3 The properties of the inventive alloy A at room temperature compared to the three comparative alloys are shown in the following table: Properties after drawing [20% deformation] unit Alloy 1 Alloy 2 Alloy 3 Alloy A extrudability Well Well Well Very well Kaltziehbarkeit Well Very well Well Well machinability index 80 20 25 ≥ 80 Electrolytic polishing Well Very well medium Well Galvanic polishing Very well Very well Well Very well thermal conductivity [W / (m * K)] 100-110 385 ≥ 310 ≥ 100 Electric conductivity [MS / m] 9.1 56 ≤ 43 ≥ 12 (20% IACS) Modulus [GPa] 96 107 110-130 100-120 0.2% proof stress [MPa] ≥ 550 ≥ 240 ≥ 350 400 tensile strenght [MPa] ≥ 650 ≥ 280 ≥ 420 520-570 elongation [%] ≥ 15 ≥8 ≥ 8 6 - 11.3

Diese Gegenüberstellung zeigt, dass die erfindungsgemäße Legierung (Legierung A) besonders gute Eigenschaften bei den für Elektro-Anwendungen relevanten Parametern aufweist. Verbunden ist dieses jedoch mit einem besonders hohen E-Modul und sehr guten Festigkeitswerten. Aus diesem Grund eignet sich diese Legierung vor allem auch zum Herstellen von elektrischen Kontaktelementen, die materialelastische Eigenschaften aufweisen müssen.This comparison shows that the alloy according to the invention (alloy A) has particularly good properties in the parameters relevant for electrical applications. However, this is associated with a particularly high modulus of elasticity and very good strength values. For this reason, this alloy is above all also suitable for the production of electrical contact elements which must have material-elastic properties.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202017103901 U1 [0005]

Claims

Copper-zinc alloy for producing electrically conductive components, such as contacts, consisting of: Cu: 62.5-67% by weight, Sn: 0.25-1.0 wt%, Si: 0.015 - 0.15 wt.%, at least two silicide-forming elements from the group Mn, Fe, Ni and Al, each with max. 0.15% by weight, the sum of these elements not exceeding 0.6% by weight, Remaining Zn plus unavoidable impurities.

Copper-zinc alloy after Claim 1 with Cu: 64 - 66.5 wt .-%, Sn: 0.3 - 0.7 wt .-%, Si: 0.03 - 0.1 wt .-%.

Copper-zinc alloy after Claim 2 with Cu: 64.5-66 wt.%, Sn: 0.4-0.6 wt.%, Si: 0.03-0.8 wt.%, at least two silicide-forming elements from the group Mn , Fe, Ni and Al with max. 0.1 wt .-%, wherein the sum of these elements does not exceed 0.4 wt .-%, balance Zn plus unavoidable impurities.

Copper-zinc alloy after one of Claims 1 to 3 , characterized in that the alloy Zn contains 32-36 wt .-%.

Copper-zinc alloy after one of Claims 1 to 4 characterized in that among the silicide-forming elements in the alloy are Fe, Ni and Al, wherein the proportions of Ni and Al are each about the same and the Fe content is 40% to 60% of the Ni and Al contents, respectively is.

Copper-zinc alloy after the Claim 5 , characterized in that the Ni and Al content is 0.04 to 0.1 wt% and Fe is 0.02 to 0.05 wt%, respectively.

Copper-zinc alloy after Claim 6 characterized in that the Ni content and the Al content are respectively 0.06 to 0.08 wt% and the Fe content is 0.03 to 0.04 wt%.

Copper-zinc alloy after one of Claims 1 to 7 , characterized in that the alloy is Cr-free.

Copper-zinc alloy product made from a copper-zinc alloy according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the matrix at room temperature largely contains α-phase.

Copper-zinc alloy product after Claim 9 , characterized in that the mean grain size of the structure is between 10 and 100 microns.

Copper-zinc alloy product after Claim 9 or 10 , characterized in that its electrical conductivity is at least 12 MS / m (20% IACS).

Copper-zinc alloy product according to one of Claims 9 to 11 , characterized in that the product is cold worked from a semi-finished product by drawing it having a cross-sectional reduction of about 20% and having the following strength values: 0.2% proof stress: 400-450 Nmm ² , tensile strength: about 500-600 N / mm ² , Elongation at break: approx. 8 -15%, Hardness: 120 - 150 HB.

Copper-zinc alloy product according to one of Claims 9 to 11 characterized in that the product is cold worked from a semi-finished product by drawing it having a cross-sectional reduction of about 35% and having the following strength values: 0.2% proof stress: 450-500 Nmm ² , tensile strength: about 750 N / mm ² , elongation at break : approx. 10%, hardness: 150 - 200 HB.