DE2243731A1 - Kupferlegierung - Google Patents

Kupferlegierung

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DE2243731A1
DE2243731A1 DE19722243731 DE2243731A DE2243731A1 DE 2243731 A1 DE2243731 A1 DE 2243731A1 DE 19722243731 DE19722243731 DE 19722243731 DE 2243731 A DE2243731 A DE 2243731A DE 2243731 A1 DE2243731 A1 DE 2243731A1
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Pawel A Dmitrowskij
Walerij N Fedorow
Aron L Goldberg
Wasilij I Verstor Koschewnikow
Jurij A Matwejew
Teodor M Orlowitsch
Wladimir M Rosenberg
Jurij F Schewakin
Anatolij L Solotoj
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper

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Description

  • KUPFERLEGIERUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Ni@@te@senhüttenwesen, insbesondere auf Kupferlegierungen.
  • Diese Erfindung kann eine breite Verwendung in der elektrotechnischen Industrie, zum Beispiel zur Herstellung von Stromleitern a@s Draht kleineren Querschnitts mit einer hinreichend hohen elektrischen Leitfähigkeit finden, welche mechanisch@mäßig beansprucht werden.
  • Stromleiter werden fast immer aus Kupfer und Kupferlegierungen hergestellt. Doch weist reines Kupfer bei einer hohen Leitfähigkeit (nach dem Absolutwert der spezifischen Leitfähigkeit steht Kupfer an zweiter Stelle hinter dem Silber) eine niedrige mechanische Festigkeit auf.
  • Es ist möglich, die mechanische Festigkeit von Kupfe@ durch Kaltverfermen zu steigern, jedoch hat das reine Kupfer wegen der niedrigen Rekristallisationsanfangstemper@tu@ keine Verwendung zur Herstellung von Werkstücken gefunden, welche einer Erwärmung unterwerfen werden. Es wurde auch festgestellt, daß zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und der Rekristallisationsanfangstemperatur Kupfer mit verschiedenen Legierungselementen zusätzlich legiert worden muß, doch wird dabei ein Abfall der Leitfähigkeit beobachtet. Bs ist folgerichtig anzunehmen, daß je mehr Legierungselemente in eine Kupferlegierung eingeführt werden, deste deutlicher die Verfestigung der Legierung beohachtet und desto bedeutender ihre Leitfähigkeit herabgesetzt wird.
  • Allerdings hat die Praxis bei der Entwicklung von nied@@@-legierten Kupferlegierungen gezeigt, daß bestimmte Abweichungen von den bestehenden Gesetzmäßigkeiumvorkommen, daß heißt, daß die Einführung <in die Legierung> von Legierungsel@m@ntea < > nicht immer zu einer Verbesserung ihrer mechanischen Eigenschaften führt, während die Leitfähigkeit dieser Legierung herabgesetzt wird.
  • So ist es bei der Entwicklung einer neuen upterlegierung mit vorgegebenen Eigenschaften nötig, eine oveatuelle Ver- schlechterung des Leitwerts unbedingt-zum Beizpiel durch die Erhöhung des mechanischen Festigkeitswertes-auszugleichen.
  • Es ist eine Reihe von Kupferlegierungen mit Chrom- und Zirkoniomzusätzen bekannt (britische Patentschrift 921795; USA-Patentschrift 3194655; Zacharow, M.@. "Metallowedenie i obrabotka metallow" (M.B. @@@@@@@. "@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@- ##### ########"), Nr.5, 1956, S.52; Sudzuki, Nichen kindzoku rackaissi, 1969, 33, Nr.5, S.628). Diese Legierungen unterscheiden sich von anderen Kupferlegierungen für Stromleiter durch erhöhte Festigkeits- und Leitfähigkeitswerte. Außerdem übersteigt die Hitzebeständigkeit der genannten Legierungen wesentlich die entsprechenden Eigenschaften der bekannten Chrom- und Zirkoniumbronzen. Doch erlaubtes das Niveau der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Chrom- und Zirkoniumbronzen nicht, diese für.eine ganze Reihe von Erzeugnissen der elektrotechnischen Industrie zu verwenden.
  • So weist, zum Beispiel, eine Legierung mit 0,3 Gew.% Zirkonium und 0,34 Gew.% Chrom, Rest Kupfer nach einer wärmemechanischen Behandlung inklusive abschrecken von 9500C, Ziehen auf 6o und Ausscheidungshärten bei 450 0q während einer Stunde folgende Eigenschaftswerte auf: Zugfestigkeit ### 48 kp/mm² elektrische Leitfähigkeit # 83%, bezogen auf die von Kupfer (Hao Tarora, Takami Maruta, J.Japan @nst. of Metals, v. 25, Bo. 10, 1961, p. 615).
  • Die zur Zeit bekannten Kupferlegierungen haben also eine hinreichend hohen Leitwert, während ihre mechanischen Eigeaschaften den an sie bestellten @nforderungen nicht entsprechen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, des Gefügeemer Kupferlegierung auf solche Weise zu verändern, daß die kupferlegierung unter Beibehaltung einer hohen elektrischen Leitfähigkeit auch hohe mechanische Eigenschaf ten aufeist, Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß iriene Kupferlegierung, welche 0,01 bis 0,8 Gew.% Chrom und 0,01 bis 0,6 Gew.% Zirkonium enthält, zusätzlich 0,01 bis 0,6 Gew.% Le- gierungszusätze eingeführt sond, wobei es bei diesen Zu sätzen @m Bor, Silber, Kalzium, Yttrium, Indium, Zerium, Hafnium handeln kann.
  • Die beim komplexen Legieren gewonnene neue Kupferlegierung erlaubt es, in nicht festem Zustand eine Zugfestigkeit von 60 bis 65 kp/mm2 und eine elektrische Leitfähigkeit von 83 bis 92%, bezogen auf die von Kupfer, zu gewährleisten.
  • Bekanntlich ruft die gemeinsame Einführung von Chrom und Zirkonium ins Kupfer (zum Beispiel, in die oben erwänhnte Legierung) die Bildung einer feineren Dispersionsform von Se£undärphasen für Cr und Cr3Zr im Vergleich zu denselben Phasen in binären Legierungen hervor, was letzten Endes z@ hohen Festigkeits- und Hitzebeständigkeitswerten von ternäre Legierungen führt.
  • Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierungen mit Zusätzen zu legieren, welche nach ihrem Einfluß auf Legierungen in zwei Gruppen unterteilt werden können.
  • I. Legierungszusätze: Bor, Kalzium, Yttrium, Zerium Diese Elemente sind in Kupfer schlecht löslich und bilden mit Kupfer und den anderen Legierungselementen intermetallfeche Verbindungen. Solche Zusätze fuhren zur starken Kornverfeinerung der Legiorung, binden den Sauerstoff unter Bildung von i Kupfer unlöslichen Oxyden usw. Die positive Wirkung der Legierungszusätze äußert sich in der Steigerung der mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur und bei Temperaturerhöhung.
  • So weist, zum Beispiel, eine tornäre mit Kalzium Legierte Kupferlegierung eine um 9% höhere Zugfestigkeit bei 250°C als Legierung eine ähnlicher Zusammensetzung, aber ohne Kalzium zusatz auf.
  • II. Legierungszusätze : Indium, Silber, Hafnium Diese Elemente sind in Kupfer in festem Zustand beschrankt löslich; binäre Kupferlegierungen mit den genannten Elementen außer Indium weisen eine Verfestigungsneigung beieiner Wärmebehandlung, auf.
  • So kann das Zusammenwirken von drei Zusätzen offeober eine höhere Verfestigun6 bei der Wärmebehandlung als des Zusammenwirken von Chrom und Zirkonium allein hervorrufen.
  • Die erfindungsgemäßen Legierungen können lange Erwärmungen bei 250°C ohne merkliche Entfestigung und ohne Änderung der elektrischen Eigenschaften aushalten. Gute Fertigungsgerechtheit der Legierung erlaubt es, Drähte bis zu 20 im Durchmesser herzustellen.
  • Auf Grund von Versuchsergehnisser wurde festgestellt, daß das Ninführen in eine ternäre Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierung der. Legierungszusätze unter 0,01 Gew.% zu koiner Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der elektrischen Leitfähigkeit führt. Das Legieren dieser Legierung mit dem vierten Legierungszusatz (Indium, Silber, Hafnium) in einer Menge von mehr als 0,6 Gew.% führt zu einem Merklichen Abfall der elektrischen Leitfähigkeit.
  • Der günstigste Gehalt an Zirkonium und Chrom beti@gt 0,01 bis 0,6 bzw. 0,01 bis 0,8 Gew.%. Die Einführung in die Legierung von Zirkonium oder Chrom in der Menge unter 0,01 Gew.% erlaubt es nicht, die erforderliche Festgkeitssteigerung nach dem Ausscheidungshärten eines der Verformung unter zogenen Werkstoffs zu erzielen, während das Legieren mit einer erhöhten Menge von Chrom und Zirkonium (mehr alS die bzw 0,6 Gew.%) zu einem heträchtlichen Abfall der elektrischen Leitfähigkeit der Legierung führt, was bei der Ausnutzung der Legierung als Stromleiter unzulässig ist.
  • Die erfindungsgemäße Zusammensetzung der Legierung wird durch Normalverfahren der chemischen und der Spektralamalyse überwacht, welche es gestatten, das Yorhandensein der erfindungsgemäßen Legierungszusätze in der Legierung fest.-zustellen.
  • Die erfindungsgemäße Kupferlegierung, welche 0,01 bis 0,8 Gew.% Chrom, 0,01 bis 0,6 Gew.% Zirkonium, 0,01 bis 0,6 Gew.% Legierungszusätzt (Bor, Silber, Kalzium, Yttrium, Indium, Zerium, Hafnium), Rest Kupfer enthält, erlaubt es, Erzeugnisse aus dieser Legierung mit guter Plastizität zu erhalten. Sie läßt die Verformung zum Beispiel von Draht oLS zu einem Ziehgrad von 10 000 zu, wobei dia relative Brucheinschnütung beim Zugversuch 75% nicht überschreitet.
  • Die aus der erfindungsgemäßen Legierung horgestellten Stromleiter mit einem Durchmesser unter 0,8 mm behalten ihre hohen nechanischen und elektrischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen bei.
  • Die beschriebenen Legierungen werden. nach der Verfestigung durch Wärmebehandlung im Zustand der Ausscheidungshartung und im festen Zustand verwendet.
  • Sonstige Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden des weiteren an Hand von Herstellungsbeispielen dci Legierungen erläutert.
  • Beispiel 1 Als Vergleichslegierung wurde folgende Urlegierung gewählt.
  • 0,3% Zr und 0,34% Cr, Rest Kupfer. Die Legierung, welche nach folgender Technologie, und zwar: Abschrecken in Wasser von 950°C, Kaltverformen, Anlassen bei 450°C während einer Stunde hergestellt ist, weist folgende Eigenschaften auf: Zugfestigkeit ...... 49 kp/mm² Dehnung .................... 5% elektrische Leitfähigkeit, bezogen 83% auf Kupfer Beispiel 2 Eine Legierung nach Beispiel 1 mit einem Borzusatz in der Mange von 0,01% des Gesamtgewichts nach der im Beispiel 1 beschriebenen Behandlung weist folgende Eigenschaften auf: Zugfestigkeit ................... 50,2 kp/mm² Dehnung ....................... 8% elektrische Leitfähigkeit, bezogen 91% auf Kupfer Beispiel 3 Legierung, welche 0,01% Chrom, 0,6% Zirkoniu@, @ Kalzium, Rest Kupfer enthält.
  • Nach Abschrecken, Kaltverformen und Anlassen @eist die Legierung folgende Eigenschaften auf: Zugfestigkeit ........... 52,0 kp/mm² Dehnung ................... 4% elektrische Leitfähigkeit, bezogen 84% auf Kupfer Beispiel 4 einem Legierung nach Beispiel 1 mit Silberzusatz in der Menge von 0,6% des Gesamtgewichts. Diese Legierung kann mit der Legierung nach der japanischen Patentschrift Nr. 1074 vom 18.01.1969 verglichen werden.
  • q 2 Legierung nach der Erfindungsgemäße Patentschrift Nr. 1074@, Legierung Zusammensetzung Chrom nicht mehr Chrom 0,01 bis 0,8% der Legierung als 2,0S Zirkonium 0,5 bis 3,0% Zirkonium 0,01 bis 0,6% Silber nicht uelr als Silber 0,01 bis 0,6% Kupfer Rest Kupfer Rest 1 2 Zugfestigkeit, kp/mm² 65 bis 69 66 bis 7' Elektrische Leitfähigkeit in % bezogen auf Kupfer 64 bis 72 84 bis 87 Anmerkung : die Legierungen sind im kaltverfestigten Zustand geprüft.
  • Beispiel 5 Legierung nach Beispiel 1 mit einem Yttriumzusatz in der Menge von 0,6; des Gesamtgewichts. Nach Abschrecken, Kaltverformen und Anlassen weist die Legierung folgende Eigenschaften auf : Zugfestigkeit ................... 5 kp/'I:LYn Dehnung - - - 3,0 elektrische Leitfähigkeit, bezogen auf Kupfer 86% Beispiel 6 Legierung, welche 0,8% Chrom, 0,01% Zirkonium, 0,2% In diuin, Rest Kupfer enthält.
  • Nach Abschrecken, Kaltverformen und Anlassen weist die Legierung folgende Eigenschaften auf: Zugfestigkeit ..................... 52 kp/mm² Dehnung ........................... 4% elektrische Leitfähigkeit, bezogen 87% auf Kupfer Beispiel 7 Legierung nach Beispiel 1 mit einem Zeriumzusatz in der Menge von 0,05% des Gesamtgewichts. Nach Abschrecken, Kaltverformen und Anlassen weist die Legierung folgende Eigenschaften auf: Zugfestigkeit......................... 51 Dehnung .......................... 5% elektrische Leitfähigkeit, bezogen 84% auf Kupfer Beispiel 8 Legierung nach Beispiel 1 mit Hafniumzusatz in der Menge von 0,1% des Gesamtgewichts. Nach Abschrecken, .tverformen und Anlassen weist die Legierung folgende Eigenschaften guf: Zugfestigkeit ....................... 53 kp/mm² Dehnung ............................ 3% elektrische Leitfähigkeit, bezogen 85% auf Kupfer

Claims (3)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. kupferlegierung, d a d u r c h g e k e @ n n z e 1 c h n e t, daß sie 0,01 bis 0,8 Gew.% Chrom, 0,01 bis 0.6 Gew.% Zirkonium, 0,01 bis 0,6 Gew.% Legierungszusatz, Rest Kupfer enthält.
  2. 2. Legierung nach Anspruch 1, d a d u r e h g e s e n nz e i c h n e t, daß der Legierungszusatz Bor ist.
  3. 3. Legierung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Legierungszusatz Silber ist, 4. Legierung nach Anspruch 1, d a d u r c h g k e n n z e i c h n e t, daß der Legierungszusatz Kalzium ist 5. -Legierung nach Anspruch 1;, d a d u . c 1i g e -e n n z e i c h n e t, daß der Legierungszusatz Yttrium ist 6. Legierung nach Anspruch 1, d a d u r c h g k e n n z e i c h n e t, daß der Legierungszusatz Indium ist, 7. Legierung nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z a i c h n e t, daß der Legierungszusatz Zerium ist 8. Legierung, nach Anspruch 1, d a du r e g e k e ri nz e i c h n e t, daß der Legierungszusatz Hafnium ist.
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