DE2437653A1

DE2437653A1 - Kupferlegierungen fuer die herstellung von formen

Info

Publication number: DE2437653A1
Application number: DE2437653A
Authority: DE
Inventors: Koji Kitazawa; Minoru Maeda; Yamaguchi Masaru; Seizo Watanabe
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1973-08-04
Filing date: 1974-08-05
Publication date: 1975-02-27
Also published as: GB1431729A; CA1041796A; FR2240958A1; BR7406426D0; DE2437653B2; ATA595174A; US3988176A; AT342322B; IT1018735B; FR2240958B1

Description

, patentanwAlth WECKEN ί, LÄUFER

DR. HUCO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WIuCKtN · DiPL.-CHEM. DR. WOLFGANG LAUFER

LÜBECK LOBECK MÜNCHEN

Hitachi Shipbuilding & Engineering Co., Ltd. No. 47, Edobori 1-chome, Nishi-ku
Osaka (Japan)

Kupferlegierungen für die Herstellung von Formen

Die Erfindung betrifft Kupferlegierungen sowie aus diesen Kupferlegierungen hergestellte Formen, die insbesondere bei kontinuierlichen Gußvorrichtungen Verwendung finden.

Die in der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Bezeichnung "Formtemperatur" bezieht sich auf die Temperatur, bei der die Form verwendet wird. Die im Zusammenhang mit der Zu-

v.

sammensetzung mit der Legierung angegebenen Prozentsätze sind Gewichtsprozentsätze. ■

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LUBEC)C 1 · Breit· Straße 52-54 · Telefon (0451) 75888 * !MÜNCHEN 10· PrinzreflentarutraBe 74 · Telefon (089) 477364

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Es ist bekannt, daß desoxydiertes Kupfer mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit im großen Ausmaße für Formen für kontinuierliche Gußvorrichtungen verwendet wird. Durch die Verwendung von kontinuierlichen Gußvorrichtungen mit größeren Ausmaßen, die für schnell laufende und wirksame Verfahren benutzt werden, unterliegen die dabei verwendeten Formen verschiedenen Belastungen und werden beispielsweise deformiert oder verschlissen, weil sie relativ oft beim Gußverfahren verwendet werden. Eine solche Deformierung oder ein Verschleiß der Form behindert die Verbesserung der Wirksamkeit der kontinuierlich laufenden Gußvorrichtungen.

Um die bekannten Schwierigkeiten zu überwinden, wurden ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt, die zu den in der folgenden Beschreibung beschriebenen Erkenntnissen und zur Entwicklung einer spezifischen und vorteilhaften Kupferlegierung für Formen führten.

-1/2 Der Zusammenhang zwischen der Erstarrungskonstante K ( mm «min )

des Stahls und der thermischen Leitfähigkeit Lamda (Kcal/m· hr· C) der Form wird durch folgende Gleichung dargestellt:

K = 22,9 K⁰

Die obige Gleichung gibt an, daß die thermische Leitfähigkeit der Form kaum irgendeinen Einfluß auf die Erstarrungskonstante des geschmolzenen Stahls in der Form ausübt. Da die thermische Leitfähigkeit für reines Kupfer bei 290 Kcal/m· hr· C liegt, befindet sich die Erstarrungskonstante von Stahl innerhalb einer aus reinem Kupfer hergestellten Form bei etwa 28. Falls die thermische Leitfähigkeit

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auf die Hälfte des oben angegebenen Wertes reduziert wird, befindet sich dennoch die Erstarrungskonstante bei etwa 27. Während allgemein angenommen wurde, daß die Form von einem stark wärmeleitfähigen Material hergestellt sein muß, um die Erstarrung zu fördern, zeigt die Gleichung, daß die thermische Leitfähigkeit als nicht so kritisch angesehen werden muß.

Die herkömmlich verwendete Form aus desoxydiertem Kupfer hat eine hohe thermische Leitfähigkeit und unterliegt daher den oben beschriebenen Schwierigkeiten, da desoxydiertes Kupfer nicht in jeder Hinsicht zufriedenstellende Eigenschaften bei hohen Temperaturen besitzt. Da die thermische Leitfähigkeit keinen bemerkenswerten Einfluß auf die Erstarrungskonstante ausübt, ist es erwünscht, eine Form zu schaffen, die aus einem Material hergestellt ist, das eine hohe Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur besitzt und eine hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen, obgleich die Form eine niedrigere thermische Leitfähigkeit haben kann als die bisher verwendeten Formen aus desoxydiertem Kupfer.

Aufgrund der durchgeführten Untersuchungen konnte festgestellt werden, daß die bei der Form bzw. Gußform auftretenden Schwierigkeiten sowohl mit der Formtemperatur als auch mit dem thermischen Stress bzw. der thermischen Beanspruchung zusammenhängen, die bei dieser Temperatur auftreten. Die vorliegende Erfindung beruht auf den Erkenntnissen, die man durch die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen der Erweichungstemperatur des Formmaterials und der Formtemperatur und den Zusammenhängen zwischen der Festigkeit des Forrnmaterials bei hohen Temperaturen und dem inneren thermischen Stress der Form erlangte.

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-A-

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Kupferlegierungen zu entwickeln, die die erwünschten vorteilhaften Eigenschaften bei hohen Temperaturen zeigen.

Der Erfindung lag weiterhin die Aufgabe zugrunde Formen bzw. Gußformen für die Verwendung bei kontinuierlichen Gußverfahren zu entwickeln, die über einen längeren Zeitraum verwendet werden können, ohne daß Deformierungen oder Verschleiß auftreten.

Die Erfindung betrifft daher eine Kupferlegierung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus 0,18 bis 0,85 % Zinn und Rest Kupfer besteht .

Die Form bzw. Gußform nach der Erfindung ist aus einer Kupferlegierung hergestellt, die eine thermische Leitfähigkeit von 40 bis 75 % der thermischen Leitfähigkeit von reinem Kupfer besitzt, eine Erweichungstemperatur (softening temperature) von mindestens 370 C und eine Hochtemperaturfestigkeit von mindestens 32 kg/mm , wenn die thermische Leitfähigkeit bei 40 % und höher liegt. Die Kupferlegierung besitzt weiterhin eine Erweichungstemperatur von

ο
mindestens 270 C und eine Hochtemperaturfestigkeit von mindestens

21 kg/mm , wenn die thermische Leitfähigkeit bei den oben angegebenen 75 % liegt.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und der beiliegenden Figuren im einzelnen erläutert.

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Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis des Zinngehaltes in der Kupferlegierung zu der Erweichungstemperatur und zu der Formtemperatur darstellt.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis des Zinngehaltes zu der inneren thermischen Beanspruchung bzw. Spannung (internal thermal stress) der Form und zu der Hochtemperaturfestigkeit der Kupfer-Zinnlegierung darstellt.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Hochtemperaturfestig— keit beim Heißschmieden von desoxydiertem Kupfer, bei 20 % kalt verformten bzw. kalt verarbeiteten gleichem Material und. vom Produkt nach der Erfindung darstellt.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Glühtemperatur von 20 % kalt verarbeiteten Materials aus desoxydiertem Kupfer und dem Produkt nach der vorliegenden Erfindung zu ihren Härten darstellt.

Wie bereits oben beschrieben, beruhen die Schwierigkeiten bei den bekannten Gußformen auf die schlechten Hochtemperatureigenschaften des Formmaterials. Demgemäß wurden Untersuchungen durchgeführt, bezüglich der Hochtemperatureigenschaften eines Formmaterials, das erforderlich ist, um die oben angegebenen Schwierigkeiten zu beseitigen. Dabei wurden Zusammenhänge und Verhältnisse herausgefunden, die durch die folgenden Formeln (1) und (2) ausgedrückt werden:

T = 1400C X (1)

S = 274C λ ~^B

(2)

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- β - "fein den oben angegebenen Formeln sind A =0,1 bis 0,9, B = 0,2 bis 1,0, C = 0,5 bis 3, T ist die für das Formmaterial erforderliche Erweichungstemperatur ( C), S ist die für das Formmaterial erforderliehe Hochtemperaturfestigkeit (kg/mm ), und X ist die thermische Leitfähigkeit (%) der Form, wenn angenommen wird, daß die thermische Leitfähigkeit einer reinen Kupferform bei 100 % liegt, wobei jeweils A, B und C Konstanten sind, die im Zusammenhang und in Übereinstimmung mit der Konstruktion der Form, der Verfahrensbedingungen und der gleichen bestimmt werden müssen.

Falls Λ bestimmt wird, ergeben sich T und S durch die Formeln (1) und (2). Wenn die thermische Leitfähigkeit der Form reduziert wird, erhöht sich die Formtemperatur, so daß .das Formmaterial eine höhere Erweichungstemperatur und Hochtemperaturfestigkeit haben muß wie durch die Formeln (1) und (2) bestimmt. Falls ein Formmaterial Hochtemperatureigenschaften besitzt entsprechend den in diesen Formeln angegebenen Zahlenwerten, dann wird eine aus diesen Materialien hergestellte Form kei ne Verfahrenschwierigkeiten bereiten.

Unter Berücksichtigung der normalen Festigkeit von Kupferlegierungen muß die untere Grenze der thermischen Leitfähigkeit X so sein, daß die Formtemperatur nicht über 400 C liegt und zwar etwa bei 115 Kcal/m*hr· C oder 40 %. Da das bisher für die Formen verwendete reine Kupfer die Formeln (1) und (2) nicht befriedigen kann, liegt die obere Grenze von Λ in geeigneter Weise bei 75 %.

Wenn beispielsweise eine Form eine thermische Leitfähigkeit Tv. von 60 % besitzt, dann muß die Form eine Erweichungstemperatur von

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mindestens 300 C und eine Hochtemperaturfestigkeit von mindestens

2
26 kg/mm haben entsprechend den Formeln (1) und (2) .

Eine Kupferlegierung, die die oben angegebenen Erfordernisse der thermischen Leitfähigkeit, Erweichungstemperatur und Hochtemperaturfestigkeit erfüllt, ist charakterisiert durch eine Zusammensetzung bzw. Mischung, die aus 0,18 bis 0,85 % Zinn und Rest Kupfer besteht.

Der Zusatz von Zinn zu Kupfer bewirkt eine Erhöhung der Erweichungstemperatur und verbessert die Festigkeit bei hohen Temperaturen.

Fig. 1 zeigt das Verhältnis zwischen dem Zinngehalt der Kupferlegierungen und der Erweichungstemperatur, die kritisch ist, wenn die Form über längere Zeiträume verwendet wird. Die Temperatur ist in der Ordinate angegeben und der Zinngehalt in der Abszisse. Im vorliegenden Fall liegt die Erhitzungszeit bei 100 Stunden und die Kupferlegierungen sind auf 20 % kalt verarbeitet bzw. kalt verformt. Der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß das allein aus. Kupfer hergestellte Material eine Erweichungstemperatur von 220 C besitzt, während die

oo ο

Erweichungstemperatur auf 250 C, 375 C und 415 C ansteigt, wenn der Zinngehalt auf 0,15 %, 0,5 % und 0,8 % erhöht wird. Eine weitere Erhöhung des Zinngehaltes über 0,8 % zeigt keine besondere Wirksamkeit zwecks Erhöhung der Erweichungstemperatur. Obgleich der Zusatz von Zinn ebenfalls die Formtemperatur erhöht, wie aus Fig. 1 zu ei— sehen, muß die Erweichungstemperatur immer höher sein als die Formtemperatur. Demgemäß wird die untere Grenze des Zinngehaltes bei 0,18 % durch die Erweichungstemperatur bestimmt.

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Mit der Erhöhung der zu Kupfer zugesetzten Zinnmenge erhöht sich ebenfalls die Formtemperatur wie oben angegeben, jedoch steigt die Erweichungstemperatur in einem viel höheren Grade an als die Formtemperatur. Daher wird die Erhöhung des Zinngehaltes nicht durch die Erweichungstemperatur limitiert, sondern in Hinsicht auf die Hochtemperaturfestigkeit begrenzt. In der Beschreibung wird später noch angegeben werden, daß der Zusatz von Zinn zu Kupfer eine größere Hochtemperaturfestigkeit ergibt als im Falle , daß kein Zinn verwendet wird. Jedoch wird die Hochtemperaturfestigkeit durch einen Zusatz von Zinn über eine bestimmte Grenze hinweg nicht wesentlich verbessert, sondern die thermische Leitfähigkeit wird dadurch erniedrigt und die Formtemperatur erhöht, wodurch die thermische Spannung bzw. Beanspruchung in der Form erhöht wird. Demgemäß wird die obere Grenze des Zinngehaltes so bestimmt, daß die Hochtemperaturfestigkeit des Formmaterials in einem Bereich liegt, der größer ist als die vorbestimmte innere thermische Spannung der Form.

Fig. 2 zeigt das Verhältnis zwischen der Reduzierung der relativen Hochtemperaturfestigkeit, die sich aus der Abnahme der thermischen Leitfähigkeit ergibt, wenn der Zinngehalt in die Nähe seiner oberen Grenze erhöht wird, und der thermischen Beanspruchung bzw. Spannung in der Form, die durch Erhöhung der Formtemperatur erzeugt wird. Die Festigkeit und die thermische Spannung sind als Ordinate und die Zinnmenge als Abszisse angegeben. Es ist die Festigkeit des Formmaterials bei Formtemperatur die kritisch ist, wenn die Form in Benutzung genommen wird. Die Verwendung von Materialien, die unter schiedliche thermische Leitfähigkeit bei der Herstellung der Form be-

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sitzen, erzeugen invariabel eine Differenz bei der Formtemperatur, so daß die Differenz der Formtemperatur in Betracht gezogen werden muß, wenn Materialien unterschiedlicher Leitfähigkeiten verglichen werden bezüglich der Hochtemperaturfestigkeit. Dies bedeutet insbesondere, daß im Falle, daß der Zinngehalt in der Kupfer-Zinnlegierung im Bereich von 0,80 bis 0,90 % liegt, kaum irgendeine Veränderung der Festigkeit einer Legierung bei der gleichen Temperatur vorliegen wird, jedoch wird die thermische Leitfähigkeit mit der Erhöhung der Zinnmenge erniedrigt und folglich wird die Formtemperatur erhöht. Daher ist also die Festigkeit des Materials bei höheren Temperaturen. wesentlich entsprechend der Erhöhung der Formtemperatur aufgrund der Erhöhung des Zinngehalts.. Je höher der Zinngehalt ist, desto niedriger ist die relative Hochtemperaturfestigkeit, die kritisch ist. Aus der Fig. 2 ergibt sich, daß die Hochtemperaturfestigkeit die thermische Spannung der Form übertrifft und die Form keiner plastischen Deformierung unterliegen wird, wenn der Zinngehalt geringer ist als 0,85 %, während die thermische Spannung höher als die Hochtemperaturfestigkeit ist, wenn der Zinngehalt größer als 0,8554ist. Daher liegt die obere Grenze für den Zinngehalt bei 0,85 %.

Der Zusatz von mindestens einem Metall wie Chrom, Silizium und Magnesium zu Kupferlegierungen, die 0,18 bis 0,85 % Zinn enthalten, ist wirksam bezüglich der Erhöhung der Erweichungstemperatur. Die Erweichungstemperatur einer Kupfer- Zinnlegierung- mit einem Zinngehalt von 0,5 %, die bei 390 C liegt, wird auf 450 C erhöht, wenn sie zusätzlich 0,3 % Chrom enthält, auf 420 C und auf 430 C erhöht, wenn die Legierung zusätzlich 0,2 % oder 0,5 % Silizium enthält, und auf

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ο
420 und 440 C erhöht, wenn die Legierung zusätzlich 0,2 oder 0,5 % Magnesium enthält.

Die Zugabe von mindestens einem Metall wie Chrom, Silizium oder Magnesium ergibt ebenfalls eine geringe Erhöhung der Festigkeit bei hohen Temperaturen und eine größere Erhöhung der Formtemperatur. Demzufolge ergibt sich auch eine geringe Erhöhung der relativen Festigkeit der Form bei der Formtemperatur. Auf der anderen Seite erhöht sich die in der Form erzeugte thermische Spannung mit der Erhöhung der Formtemperatur. Daraus ergibt sich, daß die Menge des dritten Elementes, das zu der Kupferlegierung mit einem Zinngehalt von 0,18 bis 0,85 % zugesetzt wird, auf einen solchen Bereich begrenzt werden muß, daß die relative Festigkeit der Form niedriger ist als die innere thermische Spannung der Form. Der Zusatz von mindestens einem Metall wie Chrom, Silizium oder Magnesium zu der oben angegebenen Kupferlegierung erzeugt eine Erhöhung von etwa

2 kg/mm bei der relativen Hochtemperaturfestigkeit bei der Formtemperatur» Dies erlaubt eine Erhöhung der inneren thermischen

Spannung der Form auf 2 kg/mm insbesondere aufgrund des Inkrements der relativen Hochtemperaturfestigkait im Vergleich mit dem Fall, daß kein Chrom oder Silizium oder Magnesium zugesetzt werden.

2
Das erlaubte Inkrement von 2 kg/mm für die innere thermische Spannung der Form kann interpretiert werden als eine Erhöhung der Formtemperatur, die wiederum als eine. Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit der Form angesehen werden kann. Daher kann die Legierung, die ein drittes Element enthält, eine um etwa 16 Kcal/ m^#hr-^oC niedrigere thermische Leitfähigkeit besitzen als die Kupfer-

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Zinnlegierung. Dies bedeutet, daß die obere Grenze des zu der Kupfer-Zinnlegierung zugesetzten Chroms, Siliziums oder Magnesiums eine solche ist, daß die thermische Leitfähigkeit um 16 Kcal/m· hr· C erniedrigt wird. Diese Grenze wird durch die thermische Leitfähigkeit bestimmt. Wenn Chrom oder Silizium oder Magnesium zu einer Kupfer-Zinnlegierung mit einem Gehalt von 0,18 bis 0,85 % Zinn zugesetzt werden, dann liegt die obere Mengengrenze eines dritten Elementes, das in der Legierung enthalten ist, bei 0,2 % im Falle einer Kupfer-Zinnlegierung mit einem Gehalt von 0,85 % Zinn, die die niedrigste thermische Leitfähigkeit besitzt, und bei 0,7 % für eine Kupfer-Zinnlegierung mit einem Zinngehalt von 0,18 %, die die höchste thermische Leitfähigkeit besitzt. Wenn zwei oder drei Elemente der angegebenen Metalle Chrom, Silizium und Magnesium kombiniert zugesetzt werden, dann liegt die obere Grenze der kombinierten Menge dieser Elemente ebenfalls bei 0,7 %. Falls die Menge von mindestens einem Element Chrom oder Silizium oder Magnesium unter 0,1 % liegt, dann wird das dritte Element die Erweichungstemperatur nicht wesentlich erhöhen.

Demgemäß erteilen die Kupfer-Zinnlegierung, die 0,18 bis 0,85 % Zinn enthält und Rest Kupfer, mindestens ein Element wie Chrom, Silizium und Magnesium enthalten und zwar vorzugsweise von einer Gesamtmenge von 0,1 bis 0,7 %.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Kupfer-Zinnlegierung nach der Erfindung enthält die Legierung 0,18 bis 0,4 % Zinn und zusätzlich 0 bis 0,22 % Magnesium, 0,3 bis 0,7 % Silizium, 0,45 bis 2,5 % Nickel, 0,02 bis 0,15 % Silber und 0,02 bis 0,15 % Lithium. Der Zu-

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- rs- "^ή^

satz von 0 bis 0,22 % Magnesium und 0,3 bis 0,7 % Silizium soll der Form eine höhere Erweichungstemperatur und eine höhere Festigkeit bei hohen Temperaturen geben. Der Zusatz von 0,45 bis 2,5 % Nickel erzeugt ähnliche Effekte. Der Zusatz von 0,02 bis 0,15% Silber führt zu einer Erhöhung der Erweichungstemperatur. Die Verwendung von 0,02 bis 0,15 % Lithium führt zu einer feineren kristallinen Struktur der Legierung. Vorzugsweise werden die Kupfe»— legierungen nach der Erfindung einer 15 bis 40 %igen Kaltbearbeitung (cold working) unterworfen und daraus die Formen hergestellt. Wenn der Bearbeitungsgrad niedriger ist als 15 %, dann wird die Legierung nicht die erwünschte Festigkeit als Material für Formen besitzen, während ein höherer Bearbeitungsgrad als 40 % zu einem Material mit einer Erweichungstemperatur führt, die unter dem erwünschten Niveau Hegt.

Beispiel 1

Die nach diesem Beispiel hergestellte Kupferlegierung bestand aus 0,6 % Zinn und Rest Kupfer. Die Kupferlegierung wurde einer 20 %igen Kaltverarbeitung bzw. Kaltverformung unterworfen und daraus eine Form hergestellt, die in einer kontinuierlichen Gußvorrichtung eingesetzt und getestet wurde. Während sich bei herkömmlichen Formen aus desoxydiertem Kupfer schon nach etwa 50maligem Gießen Deformierungen bildeten, könnte die Form nach der Erfindung für den Gußvorgang etwa 150mal verwendet werden. Die erfindungsgemäße Form wird im folgenden beschrieben im Vergleich mit Formen aus einem heiß geschmiedeten desoxydiertem Kupfer, die weit verbreitet Verwendung finden, und im Vergleich mit ei nem 20 % kaltverformten

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desoxydiertem Kupfer.

Die Formtemperatur der Form aus desoxydiertem Kupfer wurde tatsächlich gemessen und deren thermische Spannung bzw. Beanspruchung auf Grund dieser Temperatur wurde berechnet. Es wurde festgestellt, daß die Formtemperatur bei etwa 240 C liegt und die thermische

2 Spannung (thermal stress) bei etwa19 kg/mm .

In Fig. 3 ist das Verhältnis zwischen der Erhöhung der Temperatur und der Festigkeit dargestellt. Die Festigkeit ist als Ordinate und die Temperatur als Abszisse angegeben. Die aus heiß geschmiedetem desoxydiertem Kupfer hergestellte Form hat eine Festigkeit von etwa

2
5 kg/mm bei der Formtemperatur und unterliegt daher sehr stark plastischen Deformierungen aufgrund der inneren thermischen Spannung der Form. Dadurch entstehen Schwierigkeiten beim Arbeiten mit solchen Formen. Die Kaltverformung bzw. Kaltbearbeitung verleiht dem desoxydiertem Kupfer eine bedeutend höhere Festigkeit als dem heiß geschmiedeten Kupfer. Jedoch zeigt ein desoxydiertes Kupfer selbst nach einer Kaltverarbeitung bis zu 20 % eine Festigkeit von etwa '

2
9 kg/mm bei Formtemperatur und diese ist bedeutend niedriger als die thermische Spannung. Das nach der vorliegenden Erfindung herge-

stellte Produkt hat eine Festigkeit von etwa 35 kg/mm bei Raumtemperatur. Dies ist ein Wert, der etwa fünfmal so groß ist als der entsprechende bei heißgeschmiedetem desoxydiertem Kupfer erhaltene Wert. Bei Formtemperatur hat das erfindungsgemäße Produkt eine Festigkeit von etwa 2"i
thermische Spannung.

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Festigkeit von etwa 27 kg/mm und dies ist bedeutend höher als die

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Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen der Erhöhung der Glühtemperatur und der Härte. Die Härte ist als Ordinate angegeben und die Glühtemperatur als Abszisse. Desoxydiertes Kupfermaterial , das durch eine 20 %ige Kaltverformung hergestellt wurde, erweichte

bei Temperaturen von über etwa 270 C, wenn die Erhitzungszeit 1 Stunde betrug und erweichte bei Temperaturen von über etwa 200 C, wenn die Erhitzungszeit 100 Stunden betrug. Wenn dagegen das Produkt nach der Erfindung eine Stunde oder 100 Stunden lang erwärmt wurde, dann war die Differenz der Erweichungstemperatur zwischen beiden Versuchsprodukten sehr gering. Selbst wenn das findungsgemäße Produkt 100 Stunden lang erhitzt wurde, erweicht

ο dasselbe nicht bei Temperaturen unter etwa 390 C. Das ist eine um etwa 170 C höhere Erweichungstemperatur als die Erweichungstemperatur für ein 20 % kaltverarbeitetes desoxydiertes Kupfer, und ist natürlich bedeutend höher als die Formtemperatur.

Aus den obigen Angaben ist zu ersehen, daß das Produkt nach der Erfindung eine Hochtemperaturfestigkeit besitzt, die bedeutend größer ist als die innere thermische. Spannung der Form. Weiterhin besitzt das Produkt nach der Erfindung eine Erweichungstemperatur, die höher ist als die Formtemperatur. Aus diesem Grunde können die aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Formen über längere Zeiträume bei Gußverfahren Verwendung finden.

* Beispiel 2

Die nach diesem Beispiel hergestellte Kupferlegierung enthielt 0,3 % Zinn und Rest Kupfer. Diese Kupferlegierung wurde einer 20 %igen

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Kaltverformung unterworfen und es wurde daraus eine Form hergestellt, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 untersucht wurde. Man konnte feststellen, daß diese Form etwa 100 mal bei einem kontinuierlichen Gußverfahren verwendet werden konnte.

Beispiel 3

Die nach diesem Beispiel hergestellte Kupferlegierung bestand aus 0,75 % Zinn und Rest Kupfer. Diese Kupferlegierung wurde einer 20 %igen Kaltverformung unterworfen und daraus wurde eine Form hergestellt, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben untersucht wurde. Diese Form konnte etwa 170 mal bei einem kontinuierlichem Gußverfahren verwendet werden.

Beispiel 4

Die nach diesem Beispiel hergestellte Kupferlegierung bestand aus 0,5 % Zinn, 0,5 % Chrom und Rest Kupfer. Diese Kupferlegierung wurde einer 20 %igen Kaltverformung unterworfen und daraus eine Form hergestellt, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben untersucht wurde. Diese Form konnte etwa 250 mal bei einem kontinuierlichen Gußverfahren verwendet werden.

Beispiel 5

Die nach diesem Beispiel hergestellte Kupferlegierung bestand aus 0,4 % Zinn, 0,2 % Silizium und Rest Kupfer. Diese Kupferlegierung wurde einer 20 %igen Kaltverformung unterworfen und es wurde daraus

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eine Form hergestellt, die in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben untersucht wurde. Diese Form konnte etwa 200 mal bei einem kontinuierlichen Gußverfahren verwendet werden.

Beispiel 6

Die nach diesem Beispiel hergestellte Kupferlegierung bestand aus 0,4 % Zinn, 0,2 % Magnesium und Rest Kupfer Diese Kupferlegierung wurde einer 20 %igen Kaltverformung unterworfen und dann daraus eine Form hergestellt, die in gleicher Weise wie in Beispiel 1 untersucht wurde. Diese Form konnte etwa 200 mal bei einem kontinuierlichen Gußverfahren verwendet werden.

Beispiel 7

Die nach diesem Beispiel hergestellte Kupferlegierung bestand aus 0,4 % Zinn, 0,2 % Chrom, 0,2 % Silizium, 0,15 % Magnesium und Rest Kupfer. Diese Kupferlegierung wurde einer 20 %igen Kaltverformung unterworfen und es wurde daraus eine Form hergestellt, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben untersucht wurde. Diese Form konnte etwa 300 mal bei einem kontinuierlichen Gußverfahren verwendet werden.

Beispiel 8

Die nach diesem Beispiel hergestellte Kupferlegierung bestand aus 0,4 % Zinn, 1,9 % Nickel, 0,4 % Silizium, 0,1 % Silber, O,O5 % Lithium und Rest Kupfer. Die so hergestellte Kupferlegierung wurde

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einer 20 %igen Kaltverarbeitung unterworfen und dann daraus eine Form hergestellt, die in gleicher Weise wie in Beispiel 1 untersucht wurde. Diese Form konnte etwa 400 mal bei einem kontinuierlichen Gußverfahren verwendet werden.

Beispiel 9

Die nach diesem Beispiel hergestellte Kupferlegierung bestand aus 0,2 % Zinn, 1,6 % Nickel, 0,6 % Silizium, 0,1 % Silber, 0,03 % Lithium und Rest Kupfer . Diese Kupferlegierung wurde einer 20 %igen Kaltverformung unterworfen und daraus wurde eine Form hergestellt, die in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben untersucht wurde. Diese Form konnte etwa 300 mal bei einem kontinuierlichen Gußverfahren verwendet werden.

Die nach der Erfindung hergestellte Kupferlegierung kann selbstverständlich geringe Mengen an Verunreinigungen enthalten, insoweit diese nicht die Aufgaben der Erfindung nachteilig beeinflussen.

Patentansprüche: - 18 -

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Claims

Patent a ns ρ r ü ehe

1. Kupferlegierungen zur Herstellung von Formen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 0,18 bis 0,85 % Zinn und Rest Kupfer bestehen.

2. Kupferlegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin mindestens ein Element wie Chrom, Silizium und/oder Magnesium in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 0,7 % enthalten.

3. Kupferlegierungen nach Ansprüchen 1 und 2., dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,18 bis 0,4 % Zinn, 0 bis 0,22 % Magnesium, 0,3 bis 0,7 % Silizium, 0,45 bis 2,5 % Nickel, 0,02 bis 0,15% Silber und 0,02 bis 0,15 % Lithium enthalten.

4. Formen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Kupferlegierung bestehen, die 0,18 bis 0,85 % Zinn und Rest Kupfer enthält.

5. Formen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Kupferlegierung mindestens ein Element wie Chrom, Silizium und/oder Magnesium in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 0,7 % enthält.

6. Formen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Kupferlegierung durch ein 15 bis 40 %iges Kaltbearbeiten bzw. Kaltverformen hergestellt werden.

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— ΙΟΙ v7

7. Formen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichne t,' daß sie aus einer Kupferlegierung bestehen, die 0,18 bis 0,4 % Zinn, O bis 0,22 % Magnesium, 0,3 bis 0,7 % Silizium, 0,45 bis 2,5 % Nickel, 0,02 bis 0,15 % Silber und 0,02 bis 0,15 % Lithium enthält.

8. Formen nach Anspruch 7, dadurch gekennzei chnet , daß sie aus einer Kupferlegierung durch ein 15 bis 40 %iges Kaltver— arbeiten bzw. Kaltverformen hergestellt werden.

9. Formen, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus Kupferlegierungen bestehen, die eine thermische Leitfähigkeit von 40 bis 75 % der thermischen Leitfähigkeit von reinem Kupfer besitzen sowie eine Erweichungstemperatur und eine Hochtemperaturfestigkeit , deren Zahlenwerte durch die folgenden Formeln (1) und (2) dargestellt werden,

T = 1400C A-~^A (1)

S = 274C K ~^B (2)

worin A = 0,1 bis 0,9 , B=O, 2 bis 1,0, C = 0,5 bis 3 sind, T die für das Formmaterial erforderliche Erweichungstemperatur ( C) ist, S die für das Formmaterial erforderliche Hochtemperaturfestigkeit (kg/mm ) ist, und Λ die thermische Leitfähigkeit (%) der Form ist, wenn die thermische Leitfähigkeit einer Form aus reinem Kupfer mit 100 % angenommen wird, wobei A, B und C jeweils eine Konstante sind, die gemäß der Konstruktion der Form, der Verfahrensbedingungen und dergleichen bestimmt werden.

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10. Formen nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet ,daß sie aus einer Kupferlegierung bestehen, die 0,18 bis 0,85 % Zinn und Rest Kupfer ist.

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