DE2235381C3 - Ausscheidungshärtbare Kupferlegierung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ausscheidungshärtbare Kupferlegierungen.

Die erfindungsgemäße Legierung kann in der elektrotechnischen Industrie, z. B. zur Herstellung elektrischer Leiter in Form von Draht mit kleinem Durchmesser, der einer erheblichen mechanischen Last ausgesetzt ist, verwendet werden.

Elektrische Leiter werden aus Kupfer und Kupferlegierungen gefertigt. Für reines Kupfer, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat, ist eine niedrige mechanische Festigkeit kennzeichnend. Diese mechanische Festigkeit kann man durch Kaltverformen erhöhen, aber eine niedrige Rekristallisierungstemperatur verhindert die Verwendung von Kupfer für Werkstücke, die einer Erwärmung unterliegen.

Um die Festigkeitseigenschaften zu verbessern, werden deshalb dem Kupfer verschiedene Elemente zulegiert, die elektrische Leitfähigkeit verschlechtert sich aber dabei. Man kann gesetzmäßig vermuten, daß die mechanische Festigkeit um so höher und die elektrische Leitfähigkeit um so niedriger ist, je größer der Gehalt an Legierungselementen ist.

Die Praxis der Herstellung von Kupferlegierungen hat jedoch gezeigt, daß es Abweichungen von der genannten Gesetzmäßigkeit in diesem oder jenem Maße gibt, d. h., daß es beim Zulegieren von Elementen nicht immer zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften kommt, wobei die elektrische Leitfähigkeit der Legierung abfällt. Somit besteht bei der Herstellung einer Kupferlegierung das Erfordernis, daß die Verschlechterung z. B. der elektrischen Leitfähigkeit unbedingt durch die Erhöhung z. B. der mechanischen Eigenschaften kompensiert werden soll. Es ist eine Reihe von Kupferlegierungen bekannt, die in der elektrotechnischen Industrie zur Verwendung kommen, und die eine bestimmte Güte der mechanischen und elektrischen Eigenschaften haben. Unter diesen ist eine Kupferlegierung bekannt, die 0,03 bis 0,15% Titan, 0,10 bis 0,25% Zinn, 0,05 bis 0,6% Chrom, Rest Kupfer enthält (UdSSR-Urheberschein Nr. 263157 vom 4. Februar 1970). Nach dem Härten, Kaltziehen und Anlassen weist die Legierung eine Zugfestigkeit von 60 kp/mm¹, Bruchdehnung 4·/· und elektrische Leitfähigkeit 7O°/o (bezogen auf Kupfer) auf.

Man sieht daran, daß diese Legierung gute mechanische und elektrische Eigenschaften hat.

Jedoch ist die Verminderung des Durchmessers eines Kabels, das aus Draht der bekannten Kupferlegierung hergestellt wird, nicht möglich ohne Herabsetzung seiner mechanischen Festigkeit bei gleichbleibender elektrischer Leitfähigkeit. Gleicherweise ist auch bekannt, daß die Erhöhung der Zugfestigkeit einer Kupferlegierung um nur 10 kp/mm* die Verminderung des Kabeldurchmessers um 15% zuläßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupferlegierung anzugeben, die Elemente enthält, welche die mechanische Festigkeit bei guter elektrischer Leitfähigkeit und Verformbarkeit dieser S Legierung erhöhen.

Diese Aufgabe kann man durch Einführen einer bestimmten Menge von Zirkonium in die oben beschriebene Kupferlegierung lösen.

Aus der hier beschriebenen Kupferlegieruna, die ίο 0,05 bis 0,6 Gewichtsprozent Cr, 0,10 bis 0,25 Gewichtsprozent Sn, 0,03 bis 0,15 Gewichtsprozent Ti 0,03 bis 0,4 Gewichtsprozent Zr, Rest Kupfer enthält' kann man Werkstücke mit guter Plastizität herstellen! Die zulässige Verformung, z. B. eines Drahtes, beim Ziehen erreicht das lOOOOfache; die Einschnürung bleibt dabei mehr als 75 %.

Die aus dieser Legierung gefertigten elektrischen Leiter mit einem Durchmesser von weniger als 0,8 mm erhalten gute mechanische und elektrische ao Eigenschaften bei Temperaturen von 450 bis 500⁰C Um den Einfluß der Elemente im einzelnen zu bestimmen, wurden fünf Kupferlegierungen folgender Zusammensetzung hergestellt:

Nr. 1 Legierungszusatz Chrom; Nr. 2 Legierungszusatz Chrom und Titan; Nr. 3 Legierungszusatz Chrom und Zinn; Nr. 4 Legierungszusatz Chrom, Zinn, Titan; Nr. 5 ist die in der vorliegenden Erfindung beschriebene Legierung.
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Die Legierungen wurden nach der üblichen Arbeitsweise hergestellt: Erhitzung auf 900 bis 1050⁰C, Abschrecken in Wasser, Kaltziehen bis auf einen Durchmesser von 0,8 mm und Ausscheidungshärten bei einer Temperatur von 350 bis 550° C während 1 bis 5 Stunden. Die Prüfung der Legierungen wurde im ausgehärteten Zustand durchgeführt. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des gefertigten Drahtes wurden auf üblichen Vorrichtungen geprüft.

Die Fehlerstreuung betrug im Versuch für Zugfestigkeit ±0,8 kp/mm*, relative Längsdehnung ±2"/ elektrische Leitfähigkeit ±1,5%.

Unten werden die Versuchsangaben für die genannten Legierungen angeführt.

Legierungs nummer	Zug festigkeit (kp/mm«)	Bruch dehnung (%)	Elektrische Leitfähigkeit (bezogen auf Kupfer) (%)
1 2 3 4 5	43,0 52,1 43,6 57,4 64,5	10 3 15 5 4	91 72 86 75 72

Die erste Legierung wurde als Vergleichslegierung genommen, ihre Festigkeit ist nicht groß bei guter Plastizität und elektrischer Leitfähigkeit. Die Zugabe

von Zinn (Legierung 3) verbessert die Plastizität, bei praktisch unveränderter Festigkeit, und die Leitfähigkeit vermindert sich um 5%. Für eine wesentliche Verbesserung der Zugfestigkeit wird der Legierung Titan zugesetzt, aber dabei verschlechtern sich merklieh die Plastizität und die Leitfähigkeit. Wenn man in die Legierung gleichzeitig Titan und Zinn einführt, ist eine bessere Kombination der drei genannten Eigenschaften zu beobachten; die quaternär Kupfer-

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legierung mit Zusätzen von Titan, Zinn und Chrom Diese Legierung kann man auch mit Nickel, Zinn

hat "ine erhebliche Verbreitung gefunden. Durch und Silber beschichten.

weiteres Legieren dieses Werkstoffes mit Zirkonium Werkstücke aus dieser Legierung halten längere

wurde eine Kupferlegierung mit noch höherer mecha- Erwärmungszeiten bei 25O⁰C ohne merkliche Vernun-Bischer Festigkeit hergestellt; die Plastizität und die 5 derung der mechanischen und elektrischen Eigenelektrische Leitfähigkeit verändern sich dabei nicht. schäften aus.

Zirkonium wurde aus folgenden Gründen aus- Beispiel 1

«wählt: Erstens verschlechtert sich die elektrische r>n°/-rt

ι -itfähiekeit des Kupfers bei Zusetzen von Zirkonium Die Legierung enthält 0,5 /_a Chrom, 0,13 _/o man,

m,r unwesentlich. Zweitens kann Zirkonium mit io 0,25% Zinn, 0,12% Zirkonium, Rest Kupfer. Nach emieen Legierungskomponenten Intermetallide bilden dem Abschrecken, Kaltverformen und Ausharten sind (UdSSR-Urheberschein Nr. 263 157), und es ist be- folgende Eigenschaften erhalten worden:

kannt, daß die Verfestigung durch Bildung von Inter- Zugfestigkeit 62 bis 67 kp/mm*

metaliid oft wirksamer ist als die durch jedes einzelne Bruchdehnung 3 bis 6%

in einer äquivalenten Menge genommene Element, das 15 Leitfähigkeit

dieses Intermetallid bildet. (bezogen auf Kupfer) 72%

Es wurde festgestellt, daß der optimale Zirkoniumgehalt der Legierung 0,03 bis 0,4% ausmacht. Wenn Beispiel 2 man in die Legierung weniger als 0,03% Zirkonium η m°/ Titan Anführt läßt sich keine wesentlich höhere mecha- *o Die Legierung enthalt 0,6% Chrom, 0,03/_o Titan, niche Festigkeit gegenüber der bekannten Legierung 0,10% Zinn, 0,03% Zirkonium, Rest Kupfer. Nach «reichen Wenn dieser Gehalt mehr als 0,4% beträgt, dem Abschrecken, Kaltverformen und Ausharten sind vermindert sich die elektrische Leitfähigkeit der neuen folgende Eigenschaften erhalten worden.

Legierung erheblich, was die Verwendung dieser Le- Zugfestigkeit 61 bis 64 kp/mm²

gierung als elektrischer Leiter unzulässig einschränken 25 Bruchdehnung 2 bis 5 %

wird. Leitfähigkeit

Es sei bemerkt, daß die vorliegende Legierung gute (bezogen auf Kupfer) 75 %

Arbeitseigenschaften besitzt, was das Drahtziehen auch

im angelassenen Zustand ermöglicht. Die Zugfestig- Beispiel 3

keit wächst auf 75 bis 90 kp/mm^a, die Bruchdehnung 30

sei auch bemerkt, daß trotz der niedrigen Bruchdehnung (0,5%) die Plastizität der Legierung, die nach der Einschnürung beim Zerreißen bestimmt wurde, 35 hoch genug ist: ψ = 80%.

Die hier beschriebene Kupferlegierung kann man für Elektromotorkollektoren und für Elektroden von Kontaktschweißmaschinen verwenden.

Abschrecken, Kaltverformen und Ausharten sind fol gende Eigenschaften erhalten worden:

_{59 bis 63 kp}/mm*

Brfchdelnung !!!!!!! 2 bis 5%

Leitfähigkeit .

(bezogen auf Kupfer) 73 /_o

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Ausscheidungshärtbare Kupferlegierung, bestehend aus 0,05 bis 0,6% Chrom, 0,03 bis 0,15% Titan, 0,10 bis 0,25% Zinn und Rest Kupfer, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von 0,03 bis 0,4 % Zirkonium.