DE2809561A1

DE2809561A1 - Kupferlegierung mit einer guten elektrischen leitfaehigkeit und guten mechanischen eigenschaften

Info

Publication number: DE2809561A1
Application number: DE19782809561
Authority: DE
Inventors: Jean Paul Guerlet; Claude Niney
Original assignee: LOUYOT COMPTOIR LYON ALEMAND
Current assignee: LOUYOT COMPTOIR LYON ALEMAND
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1978-03-06
Publication date: 1978-09-14
Also published as: GB1562870A; ES467720A1; DE2809561C2; SE7802567L; YU56478A; FI69118B; IT1107813B; US4427627A; YU40030B; FI780762A; SE444456B; FI69118C; IT7867488A0; CH628686A5

Description

Die Erfindung betrifft neue Kupferlegierungen mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit und guten mechanischen Eigenschaften, sie betrifft insbesondere eine neue Kupferlegierung, die gleichzeitig eine gute elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Erholungstemperatur aufweist.

Da die vorstehend angegebenen Anforderungen gegensätzlicher Natur sind, wird eine Erhöhung der Erholungstemperatur und eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Kupfer im allgemeinen erzielt durch Zugabe von Elementen, die unter anderem die Wirkung haben, daß sie gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit verringern. Meistens akzeptieren die Verarbeiter bzw. Verbraucher von Legierungen einen mehr oder minder vorteilhaften Kompromiß, da es unter den bis heute bekannten Legierungen keine Legierung gibt, die eine Gesamtheit von völlig befriedigenden Eigenschaften in sich vereinigt:

- sei es, daß die bearbeiteten Legierungen von dem oben genannten dreifachen Standpunkt aus betrachtet keine Gesamtheit von völlig befriedigenden Eigenschaften aufweisen,

- sei es, daß die bearbeiteten Legierungen zwar einen guten Kompromiß zwischen mechanischen und elektrischen Eigenschaften aufweisen, daß sie jedoch andere Nachteile haben, die im allgemeinen Schwierigkeiten bei der Be- bzw. Verarbeitung, Herstellung oder Behandlung mit sich bringen.

Die Legierungen, die mechanische Eigenschaften aufweisen, die im wesentlichen auf die Anwesenheit von Be, Zr und Cr zurückzuführen sind, sind schwierig zu bearbeiten bzw. verarbeiten und kostspielig, und diejenigen, deren Eigenschaften im wesentlichen auf die Anwesenheit von Fe, Cd und Ag zurückzuführen sind, sind wenig leistungsfähig.

Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Legierung weist eine Gesamtheit von Eigenschaften auf, mit der alle oben genannten Nachteile überwunden werden können. Sie unterscheidet sich von den bisher bekannten Legierungen dadurch, daß sie gleichzeitig aufweist:

- eine gute elektrische Leitfähigkeit von 75 bis 95 % IACS,

- eine gleichfalls gute Wärmeleitfähigkeit von mehr als 90 % der Leitfähigkeit von reinem Kupfer,

- gute mechanische Eigenschaften, die eine Bruchbelastung, gemessen durch Zug bei gewalzten Produkten, von 50 bis 55 daN/mm[hoch]2 erreichen können und die diese Werte bei ausgezogenen oder gezogenen Produkten übersteigen können,

- eine hohe Temperatur der beginnenden Erholung, die 500°C erreichen kann und die in bestimmten Fällen diesen Wert sogar noch übersteigen kann.

Darüber hinaus verdankt die erfindungsgemäße Kupferlegierung, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, ihre guten Eigenschaften keinem Legierungselement (Zugabeelement), dessen Preis übermäßig hoch ist oder dessen Anwesenheit zu Schwierigkeiten bei der Be- bzw. Verarbeitung, Herstellung oder Verwendung führen kann. Eine solche Gesamtheit von vorteilhaften Eigenschaften wird dadurch erzielt, daß man in Kupfer als Zusätze 0,1 bis 0,5 Gew.-% Kobalt und 0,05 bis 0,25 Gew.-% Phosphor einarbeitet. Bevorzugte Zusammensetzungen enthalten 0,04 bis 0,12 % Phosphor und 0,15 bis 0,35 % Kobalt.

Darüber hinaus liefern innerhalb dieser Bereiche die Legierungen die besten Ergebnisse, deren Zusammensetzungen in bezug auf Co und P so sind, daß das Gewichtsverhältnis von Co zu P zwischen 2,5 und 5 liegt. Es wurde festgestellt, daß innerhalb dieses Bereiches die Legierungen, die ein Verhältnis Co:P zwischen etwa 2,5 und etwa 3,5 aufweisen, eine noch höhere Erholungstemperatur als die anderen aufweisen.

In den erfindungsgemäßen Legierungen kann man einen Teil des Kobalts durch Nickel und/oder Eisen ersetzen. Es wurde nämlich festgestellt, daß ganz allgemein durch die Anwesenheit von Ni und/oder Fe die Eigenschaften der Legierungen niemals sehr deutlich verbessert werden und auch keine wichtigen Nachteile auftreten, so lange der Gewichtsprozentsatz an Ni + Fe nicht oberhalb 0,15 % liegt. Außerdem darf der Gehalt an Ni 0,05 % nicht übersteigen und der Gehalt an Fe darf 0,1 % nicht übersteigen. Die erfindungsgemäßen Legierungen können somit außer dem Kupfer enthalten:

0,1 bis 0,4 Gew.-% Kobalt,

0,04 bis 0,25 Gew.-% Phosphor,

bis zu 0,15 Gew.-% Ni + Fe, mit der Maßgabe, daß der Gehalt an Nickel 0,05 % nicht übersteigt und der Gehalt an Eisen 0,1 % nicht übersteigt.

Unter diesen Legierungen werden die besten Eigenschaften dadurch erzielt, daß man den Co-Gehalt zwischen 0,12 und 0,3 % und den Phosphorgehalt zwischen 0,05 und 0,12 % hält und daß man das Gewichtsverhältnis (Co + Ni + Fe):P zwischen 2,5 und 5 hält.

Darüber hinaus wurde festgestellt, daß durch eine Zugabe von Mg, Cd, Ag, Zn und Sn, entweder einzeln oder in Form einer Kombination, die mechanischen Eigenschaften und das Erholungsverhalten der oben definierten Legierungen verbessert werden, ohne daß dies auf Kosten der physikalischen Eigenschaften, insbesondere der elektrischen Leitfähigkeit, geht. Diese Elemente können in den nachfolgend angegebenen Gewichtsmengen zugegeben werden:

0,01 bis 0,35 % Mg

0,01 bis 0,70 % Cd

0,01 bis 0,35 % Ag

0,01 bis 0,70 % Zn und

0,01 bis 0,25 % Sn.

Wenn sie miteinander kombiniert werden, darf die mit diesen verschiedenen Elementen erzielte Gesamtzugabemenge 1 % nicht übersteigen. Vorzugsweise verwendet man die oben aufgezählten Elemente in den folgenden Mengenanteilen:

0,01 bis 0,15 Gew.-% Mg

0,01 bis 0,25 Gew.-% Cd

0,01 bis 0,15 Gew.-% Ag

0,01 bis 0,2 Gew.-% Zn und

0,01 bis 0,1 Gew.-% Sn.

Die Zugabe von mehreren der oben genannten Elemente in Kombination darf vorzugsweise 0,5 Gew.-% nicht übersteigen.

Eine Variante der erfindungsgemäßen Legierungen enthält außer Kupfer

0,1 bis 0,5 % Kobalt,

0,04 bis 0,25 % Phosphor und

eines der Elemente aus der Gruppe Mg, Cd, Zn, Ag und Sn in Gehalten, die betragen:

0,01 bis 0,35 % Mg, 0,01 bis 0,7 % Cd, 0,01 bis 0,35 % Ag, 0,01 bis 0,7 % Zn und 0,01 bis 0,25 % Sn, oder auch mehrere Elemente aus der Gruppe Mg, Cd, Zn, Ag und Sn, vorausgesetzt, daß die oben angegebenen Grenzen eingehalten werden und ihr Gesamtgehalt 1 % nicht übersteigt.

Unter diesen Legierungen enthalten die bevorzugten Legierungen, welche die besten Eigenschaften ergeben, außer dem Kupfer

0,15 bis 0,35 % Co,

0,05 bis 0,12 % P und

eines der Elemente aus der Gruppe Mg, Cd, Ag, Zn und Sn in Gehalten, die betragen: 0,01 bis 0,15 % Mg, 0,01 bis 0,25 % Cd, 0,01 bis 0,15 % Ag, 0,01 bis 0,2 % Zn und 0,01 bis 0,1 % Sn, oder auch mehrere der Elemente aus der Gruppe Mg, Cd, Ag, Zn und Sn, vorausgesetzt, daß die oben angegebenen Grenzen eingehalten werden und ihr Gesamtgehalt 0,5 % nicht übersteigt.

Bei diesen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Legierungen hält man natürlich die Gehalte an Co und P vorzugsweise so, daß das Gewichtsverhältnis Co:P zwischen 2,5 und 5 bleibt. Es ist auch gegebenenfalls möglich, einen Teil des Kobalts durch Nickel und/oder Eisen zu ersetzen, vorausgesetzt, daß man die oben genannten Grenzen für diese beiden Elemente beachtet und daß das

Verhältnis (Co + Ni + Fe):P vorzugsweise zwischen 2,5 und 5 bleibt. Innerhalb dieses Bereiches weisen die Legierungen, die ein Verhältnis (Co + Ni + Fe):P zwischen 2,5 und 3,5 aufweisen, eine noch höhere Erholungstemperatur auf als die anderen.

Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn man Co- und P-Gehalte verwendet, die unterhalb der für die erfindungsgemäßen Legierungen vorgesehenen Werte liegen, die Eigenschaften der dabei erhaltenen Materialien nicht zufriedenstellend sind aufgrund von unzureichenden mechanischen Eigenschaften und einer zu niedrigen Erholungstemperatur. Dagegen führt das Übersteigen der erfindungsgemäß festgelegten Gehalte an Co und/oder P zu einer deutlichen Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften. Es wurde auch festgestellt, daß die Eigenschaften der Legierung nicht mehr völlig zufriedenstellend sind, wenn das Gewichtsverhältnis Co:P nicht mehr zwischen 2,5 und 5 liegt. Diese Effekte sind im allgemeinen etwas weniger ausgeprägt, wenn die Legierungen Mg, Cd, Ag, Zn und Sn und unter diesen vor allem Cd, Mg und Ag, enthalten.

Andererseits wurde festgestellt, daß durch Zugabe der Elemente Mg, Cd, Ag, Zn und Sn entweder einzeln oder in Form einer Kombination die mechanischen Eigenschaften verbessert und die Erholungstemperatur erhöht werden, ohne daß dadurch die übrigen Eigenschaften der Legierungen wesentlich beeinträchtigt werden. Wenn man jedoch die erfindungsgemäß festgelegten Gehaltsgrenzen übersteigt, führt dies zu einer Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt bei Zn, Sn und Mg. Es wurde ferner festgestellt, daß dann, wenn man die Elemente Mg, Cd, Ag, Zn und Sn in Gehalten von weniger als 0,01 % verwendet, die so hergestellten Legierungen keine merklichen Verbesserungen aufweisen.

Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Legierungen Verunreinigungen in Spurenmengen enthalten oder sie können ein anderes desoxydierendes Element als die oben erwähnten in geringen Mengen enthalten.

Die erfindungsgemäßen rohen Gießlegierungen und/oder die kaltgewalzten erfindungsgemäßen Legierungen können direkt als elektrische Leiter und Wärmeleiter verwendet werden. Man kann jedoch ihre mechanischen und elektrischen Eigenschaften sowie ihre Erholungstemperatur noch wesentlich verbessern durch thermische Behandlungen und Verformungscyclen.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Behandlung einer erfindungsgemäßen kaltverfestigten bzw. gehärteten Legierung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man sie mindestens einmal zwischen etwa 500 und etwa 700°C glüht bzw. anläßt und anschließend kaltverfestigt (härtet).

Gemäß einer Variante betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Behandlung einer erfindungsgemäßen kaltverfestigten bzw. gehärteten Legierung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die dabei erhaltene Lösung einer Lösungsglühung *) zwischen 700 und 930°C unterwirft. Man kühlt die Legierung schnell ab, vorzugsweise durch Abschrecken, und führt anschließend eine Kaltverfestigung

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*) (Überführung in eine feste Lösung) bzw. Härtung durch. In dem zuletzt genannten Verfahren führt man vorzugsweise eine Vergütungs- bzw. Entspannungsbehandlung bei etwa 500°C durch, die man vorzugsweise zwischen der Lösungsglühung und der letzten Kaltverfestigung einschaltet.

Gemäß einer anderen Variante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Überführung in eine feste Lösung während einer Warmverformung zu bewirken. Die erfindungsgemäßen Legierungen werden dabei auf etwa 800 bis etwa 950°C vorerwärmt, durch Auswalzen oder Extrudieren warmverformt und nach der Warmverformung abgeschreckt, während sie noch eine Temperatur von mehr als etwa 600°C haben. Mit den dabei erhaltenen Produkten führt man eine Kaltverfestigung (Kaltverformung) und eine Vergütungsbehandlung (Entspannungsbehandlung) bei etwa 500°C durch, die man vorzugsweise zwischen die Abschreckung und die Kaltverfestigung einschiebt.

Es sei betont, daß nach einer Behandlung zur Überführung in eine feste Lösung, an die sich eine Vergütungsbehandlung (Entspannungsbehandlung) und eine Kaltverfestigung (Kaltverformung) anschließen, die erfindungsgemäßen Legierungen die besten Eigenschaften aufweisen. Die Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den folgenden Beispielen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, auf die die Erfindung jedoch keineswegs beschränkt ist, hervor. Die darin für die Legierungsbestandteile angegebenen Prozentsätze beziehen sich auf Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung. Alle darin angegebenen Kaltverfestigungsgrade wurden aus der Formel errechnet:

((S[tief]o - S) : S[tief]o x 100)

worin S[tief]o den Querschnitt des Produktes vor der Verformung und S den Querschnitt des Produktes nach der Verformung bedeuten.

Die Korngrößen und Kornindices wurden nach der AFNOR-Norm 04-104 bestimmt, die Ziehversuche wurden nach der vorgeschlagenen AFNOR-Norm A 03-304 und A 03-301 vom Februar 1971 durchgeführt und die gemessenen Härtewerte beziehen sich auf das Vickers-Verfahren, im allgemeinen bei einer Belastung von 5 oder 10 kg.

Beispiel 1

Im Rahmen einer großtechnischen Herstellung werden in einer schwach oxydierenden Atmosphäre in einem Tiegel aus gestampftem Silicat drei Legierungen A, B und C mit der in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Zusammensetzung erschmolzen. Die Legierung A ist eine erfindungsgemäße Legierung, während die Legierungen B und C keine erfindungsgemäßen Legierungen darstellen. Nach der Desoxydation mit einem entsprechenden Element, das von Phosphor verschieden ist, werden Blöcke gegossen. Diese Blöcke werden anschließend auf 930°C vorerwärmt und warm ausgewalzt, um ihre Dicke von 120 mm auf 9,4 mm zu verringern. Beim Austritt aus dem Warmwalzwerk werden die Legierungen abgeschreckt, während sie noch eine Temperatur von 700°C haben. Nach der Oberflächenbearbeitung wird die Legierung kalt ausgewalzt, um ihre Dicke von 8,6 mm auf 2,2 mm zu bringen, und sie wird bei verschiedenen

Temperaturen 1 1/2 Stunden lang geglüht.

Die Werte der Vickers-Härte und des Kornindex, die nach der Behandlung erhalten wurden, sind in der folgenden Tabelle II angegeben. Aus dieser Tabelle geht hervor, daß die Erholungstemperatur der Legierung A im abgeschreckten Zustand oberhalb der Erholungstemperatur der Legierungen B und C liegt. Bei der Legierung C tritt bei 800°C eine beträchtliche Kornvergröberung auf.

Beispiel 2

Man verwendet die Legierungen A, B und C des Beispiels 1 im kaltverfestigten Zustand mit einer Dicke von 2,2 mm. Die Legierungen A, B und C werden 1 Stunde lang bei 700°C geglüht und an diese Behandlung schließt sich eine Kaltverfestigung (Kaltverformung) durch kaltes Auswalzen bis auf 1,3 mm an. Anschließend werden sie erneut 1 Stunde lang bei 700°C geglüht, in dem Ofen abgekühlt und erneut durch kaltes Auswalzen bis auf eine variable Dicke kaltverfestigt. Die mechanischen und physikalischen Eigenschaften werden anschließend gemessen und sie sind in der nachfolgenden Tabelle III als Funktion des Grades der Kaltverfestigung angegeben. Die Legierung A, welche die einzige erfindungsgemäße Legierung ist, ist diejenige, welche den besten Kompromiß in bezug auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften aufweist. Dagegen hat die Legierung B schlechte elektrische Eigenschaften und die Legierung C hat die schlechtesten mechanischen Eigenschaften, ohne eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit zu besitzen.

Beispiel 3

Man verwendet die Legierungen A, B und C des Beispiels 2 im geglühten Zustand mit einer Dicke von 1,3 mm. Die Glühung wurde bei 700°C durchgeführt und auf sie folgte eine Abkühlung im Ofen. Die genannten Legierungen werden anschließend bis auf eine Dicke von 0,45 mm entsprechend einer Kaltverfestigung von 65 % ausgewalzt und sie werden erneut bei verschiedenen Temperaturen geglüht. Dann bestimmt man die mechanischen Eigenschaften der dabei erhaltenen Legierungen, die in der nachfolgenden Tabelle IV als Funktion der Glühtemperatur angegeben sind. Die Legierung A behält den besten Kompromiß zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und dem Erholungsverhalten. Dieses Ergebnis ist besonders ausgeprägt nach 1-stündigem Halten bei 400°C.

Beispiel 4

Es wird eine Legierung D der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung erschmolzen

Co 0,27 %

P 0,074 %

Cu Rest (Verhältnis Co:P = 3,07)

vergossen und unter den gleichen Bedingungen wie die Legierungen A, B und C des Beispiels 1 warm ausgewalzt. Nach dem warmen Auswalzen wird die Legierung D oberflächenbehandelt, dann wird sie bis zu einer Dicke von 2,2 mm kalt ausgewalzt. Anschließend wird sie bei etwa 850°C für eine kurze Zeitspanne in eine feste Lösung überführt und scharf abgekühlt (abgeschreckt). Nach der Überführung in eine feste Lösung unterwirft man die Legierung D einer 1 1/2-stündigen Vergütungsbehandlung (Entspannungsbehandlung) bei 535°C. Anschließend wird sie bis auf variable Dicken ausgewalzt. In der folgenden Tabelle V sind die für die verschiedenen Kaltverfestigungsgrade erhaltenen Eigenschaften angegeben.

Beispiel 5

Man verwendet die Legierung D im abgeschreckten (gehärteten), dann vergüteten (entspannten) und anschließend zu 16,6, 33,3, 50 und 66,7 % unter den in dem vorausgegangenen Beispiel angegebenen Bedingungen kalt-verfestigten Zustand. Die dabei erhaltenen Proben werden 1 Stunde lang bei 400, 450, 500, 550 und 600°C geglüht, was die Bewertung ihres Verhaltens bei der Erholung erlaubt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle VI angegeben. Daraus geht hervor, daß die erfindungsgemäße Legierung D selbst nach dem Halten bei hoher Temperatur einen ausgezeichneten Kompromiß in bezug auf ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften beibehält.

Beispiel 6

Im Rahmen eines Laborversuches werden in einem Graphittiegel in einer Argonatmosphäre in Form von Blöcken mit einem Gewicht von etwa 1 kg Legierungen Nr. 1 bis 9 hergestellt, deren Zusammensetzungen in Gew.-% in der weiter unten folgenden Tabelle VII angegeben sind. Die Blöcke werden kalt ausgewalzt und man führt eine 30-minütige Glühung bei 700°C durch. Man verformt die Legierungen erneut durch Auswalzen und entnimmt Proben, die jeweils zu 16,6, 33,3, 50 und 66,7 % kalt-verfestigt worden sind. Man bestimmt die mechanischen Eigenschaften und die elektrische Leitfähigkeit der so erhaltenen Legierungen. Die dabei erhaltenen Werte werden in die weiter unten folgende Tabelle VIII eingetragen im Vergleich zu der erfindungsgemäßen Legierung Nr. 9, die jedoch kein zusätzliches Zugabeelement enthält.

Beispiel 7

Die Legierungen des Beispiels 6, deren Zusammensetzungen in der weiter unten folgenden Tabelle VII angegeben sind, im kaltverfestigten Zustand durch 66,7 %iges Auswalzen, wie in Beispiel 6 angegeben, werden 1 Stunde lang bei verschiedenen Temperaturen geglüht. Nach dem Glühen bestimmt man die mechanischen Eigenschaften und die elektrische Leitfähigkeit. Die dabei gefundenen Werte sind in der folgenden Tabelle IX im Vergleich zu denjenigen der Legierung Nr. 9 angegeben, die nur Co und P enthält.

Wenn man Glühungen bis zu einer Temperatur durchführt, die 300°C nicht übersteigt, sind die Unterschiede in bezug auf das Verhalten zwischen den Legierungen, welche Zusätze von Ag, Cd, Zn, Sn und Mg enthalten oder nicht enthalten, nicht sehr deutlich. Deutliche Unterschiede erhält man, wenn man die Glühungen bei etwa 400 und etwa 500°C durchführt. Bei diesen Temperaturen behalten die Legierungen, denen eines der Elemente Ag, Cd, Sn, Zn und Mg zusätzlich zugesetzt worden ist, mechanische Eigenschaften bei, die besser sind als diejenigen, die mit der nur einen Zusatz von Co und P enthaltenden Legierung Nr. 9 erhalten werden.

Diese Ergebnisse zeigen, daß die Legierungen Nr. 1 bis 8 ein besseres Temperaturverhalten haben und sie zeigen, daß sie eine bessere Brauchbarkeit für die Herstellung von Elementen, die erwärmt werden müssen, aufweisen.

Beispiel 8

Im Rahmen eines Laborversuchs stellt man in einem Graphittiegel in einer Argonatmosphäre in Form von Blöcken mit einem Gewicht von etwa 1 kg Legierungen Nr. 10 bis 15 her, deren Zusammensetzungen in der weiter unten folgenden Tabelle X angegeben sind. Man walzt die Blöcke kalt aus und führt eine 30-minütige Glühung bei 700°C durch. Man verformt erneut die Legierungen bis zum Erreichen einer Kaltverfestigung, immer berechnet nach der Formel

(S[tief]o - S) : S[tief]o x 100

von 50 %. In diesem Stadium führt man eine Behandlung, um sie in eine feste Lösung zu überführen, von 5 Minuten bei 920°C durch und man schreckt die Proben ab. Anschließend werden die Proben zu 16,6, 33,3, 50, 66,7 und 80 % kaltverfestigt und man führt eine Vergütungsbehandlung (Entspannungsbehandlung) zwischen 450 und 550°C durch. Man bestimmt die Vickers-Härten bei einer Belastung von 10 kg der so erhaltenen Proben. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle XI angegeben.

Die Härtewerte, erhalten durch Kombinieren der Effekte einer Härtungsbehandlung mit den Effekten einer Kaltverfestigung, lassen einen deutlichen Vorteil der Legierungen, denen zusätzlich Cd, Zn, Mg oder Ag zugegeben worden ist, im Vergleich zur Legierung Nr. 15 erkennen, die nur Co und P enthält, insbesondere dadurch, daß die erzielte Härte höher ist.

Beispiel 9

Die Legierungen Nr. 10 bis 15, die in eine feste Lösung überführt, nach dem in Beispiel 8 angewendeten Verfahren kaltverfestigt und bei einer Temperatur vergütet (entspannt) worden sind, die so gewählt wird, daß man eine Härtung und eine maximale elektrische Leitfähigkeit erzielt, werden anschließend 1 Stunde lang Temperaturen ausgesetzt, die zwischen 400 und 600°C schwanken. Man bestimmt die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Legierungen Nr. 10 bis 15, die vorher kaltverfestigt und vergütet (entspannt) worden sind, bei den möglichen Belastungen durch länger anhaltende Erhöhung der Temperatur. Bei den in der folgenden Tabelle XII angegebenen Ergebnissen handelt es sich um die Vickers-Härtewerte bei einer Belastung von 10 kg, gemessen nach 1-stündigem Halten bei der Versuchstemperatur.

Es wird festgestellt, daß der Verlust an mechanischen Eigenschaften bis zu 550°C begrenzt ist, daß er jedoch schneller bei der Legierung Nr. 15 oberhalb 550°C als bei den Legierungen Nr. 10 bis 14 auftritt.

Beispiel 10

In einem Versuch zur großtechnischen Herstellung stellt man in Form eines Knüppels (Barrens) mit einem Durchmesser von 120 mm eine Legierung der folgenden Zusammensetzung her:

Co 0,22 %

P 0,070 %

Mg 0,047 %

Cu Rest (Verhältnis Co:P = 3,14)

wobei man vorsichtshalber Cu-Co-, Cu-P- und Cu-Mg-Stammlegierungen verwendet. Dieser Knüppel (Barren) wird zu Elementen einer Länge von 600 mm zerschnitten und bei einer Temperatur von 850°C und zu einem Durchmesser von 8 mm (entsprechend einem Extrusionsverhältnis von 225) warm extrudiert. Der dabei erhaltene Draht wird unmittelbar nach der Extrusion scharf abgekühlt und anschließend durch Eintauchen abgeschreckt. Mit dem dabei erhaltenen Draht führt man eine 2-stündige Vergütungsbehandlung (Entspannungsbehandlung) bei 550°C durch und man verformt in der Kälte. Die dabei erhaltenen mechanischen und physikalischen Eigenschaften sind in der nachfolgenden Tabelle XIII als Funktion des Kaltverfestigungsgrades angegeben.

Im Rahmen eines großtechnischen Versuches stellt man in Form eines Knüppels (Barrens) einer Dicke von 150 mm eine Legierung der folgenden Zusammensetzung her:

Co 0,23 %

P 0,073 %

Mg 0,078 % (Verhältnis Co:P = 3,15)

Cu Rest

wobei man vorsichtshalber Cu-Co-, Cu-P- und Cu-Mg-Stammlegierungen verwendet.

Dieser Knüppel (Barren) wird anschließend auf 930°C vorerwärmt und bis zu einer Dicke von 8 mm warm ausgewalzt. Danach wird er bis zu einer Dicke von 1,6 mm kalt ausgewalzt und einer Härtungsbehandlung unterzogen. Diese Behandlung besteht darin, daß man ihn innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes bei 900°C in eine feste Lösung überführt und eine 2-stündige Vergütung (Entspannung) bei 550°C durchführt. Die Legierung wird anschließend bis zu einer Dicke von 1,2 mm ausgewalzt. In diesem Stadium haben die erhaltenen Walzprodukte (Bleche) die folgenden Eigenschaften:

R : 43 - 50 daN/mm[hoch]2

E : 36 - 39 daN/mm[hoch]2

A % : 3 - 5

HV : 141 - 154 daN/mm[hoch]2

IACS % : 82 - 86

Mit dem dabei erhaltenen Walzprodukt (Blech) stellt man durch Abschneiden in der Presse Formelemente her. Diese Formelemente werden durch Verlöten mittels einer Hochfrequenz-Einrichtung und mit einem Zugabemetall der folgenden Zusammensetzung

Ag : 45 % Cu : 15 % Zn : 16 % Cd : 24 %

deren Schmelzintervall mit etwa 605 bis 620°C angegeben ist, miteinander vereinigt.

Durch Messung der Härte kontrolliert man, ob die Formelemente die Eigenschaften im kaltverfestigten Zustand nach dem Lötcyclus beibehalten.

Tabelle I

Tabelle II

Tabelle III

Tabelle IV

Tabelle V

Tabelle VI

Tabelle VII

Tabelle VIII

R : Belastung beim Bruch in daN/mm[hoch]2

E : Elastizitätsgrenze in daN/mm[hoch]2

A : Dehnung

HV : Vickers-Härte bei einer Belastung von 10 kg in daN/mm[hoch]2

IACS : elektrische Leitfähigkeit (IACS)

Tabelle IX

R : Belastung beim Bruch in daN/mm[hoch]2

E : Elastizitätsgrenze in daN/mm[hoch]2

A : Dehnung

HV : Vickers-Härte bei einer Belastung von 10 kg in daN/mm[hoch]2

IACS : elektrische IACS-Leitfähigkeit

Tabelle X

Tabelle XI

Tabelle XII

Tabelle XIII

R : Belastung beim Bruch in daN/mm[hoch]2

E : Elastizitätsgrenze in daN/mm[hoch]2

A : Dehnung

HV : Vickers-Härte bei einer Belastung von 10 kg in daN/mm[hoch]2

IACS : elektrische IACS-Leitfähigkeit

Claims

1. Kupferlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen enthält oder besteht aus

0,10 bis 0,50 Gew.-% Kobalt,

0,04 bis 0,25 Gew.-% Phosphor und

Rest Kupfer.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen enthält oder besteht aus

0,15 bis 0,35 Gew.-% Kobalt,

0,05 bis 0,12 Gew.-% Phosphor und

Rest Kupfer.

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Kobalt zu Phosphor zwischen 2,5 und 5 liegt.

4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem bis zu 0,15 Gew.-% Nickel und/oder Eisen enthält, wobei der Nickelgehalt oberhalb 0,05 % liegt, der Eisengehalt nicht oberhalb 0,1 % liegt und der Kobaltgehalt 0,4 % nicht übersteigt.

5. Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält

0,12 bis 0,30 Gew.-% Kobalt und

0,05 bis 0,12 Gew.-% Phosphor.

6. Legierung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Gewichtsprozentsätze an Ni, Co, Fe und P so gewählt werden, daß das Gewichtsverhältnis zwischen Ni + Co + Fe und Phosphor zwischen 2,5 und 5 liegt.

7. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem mindestens ein Element enthält, das ausgewählt wird aus der Gruppe 0,01 bis 0,35 % Mg, 0,01 bis 0,7 % Cd, 0,01 bis 0,35 % Ag, 0,01 bis 0,7 % Zn und 0,01 bis 0,25 % Sn, wobei der Gesamtgehalt dieser Elemente 1 % nicht übersteigt und der Rest aus Kupfer besteht.

8. Legierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Element enthält, das ausgewählt wird aus der Gruppe 0,01 bis 0,15 % Mg, 0,01 bis 0,25 % Cd, 0,01 bis 0,15 % Ag, 0,01 bis 0,2 % Zn und 0,01 bis 0,1 % Sn, wobei der Gesamtgehalt dieser Elemente zwischen 0,02 und 0,5 % liegt.

9. Legierung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ausgewählt wird aus Mg und Cd oder einer Mischung davon.

10. Verfahren zum Behandeln einer kaltverfestigten bzw. gehärteten Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man sie mindestens einmal bei einer Temperatur zwischen etwa 500 und etwa 700°C glüht (anläßt) und anschließend kaltverfestigt.

11. Verfahren zum Behandeln einer kaltverfestigten bzw. gehärteten Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man sie bei einer Temperatur zwischen 700 und 930°C in eine feste Lösung überführt, schnell abkühlt und dann eine Kaltverfestigung durchführt.

12. Verfahren zum Behandeln einer kaltverfestigten bzw. gehärteten Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man sie warmverformt, um sie in der Wärme in eine feste Lösung zu überführen, und daß man den dabei erhaltenen Rohling anschließend abschreckt, während er noch eine Temperatur von mehr als 600°C aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem eine Vergütungs- bzw. Entspannungsbehandlung bei etwa 500°C durchführt.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Überführung in eine feste Lösung zwischen etwa 700 und etwa 930°C durchführt und daß man sie durch Eintauchen abschreckt.

15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Glüh- und Kaltverfestigungsbehandlung eine Überführung in eine feste Lösung nach einem der Ansprüche 11 bis 13 durchführt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der zu behandelnden kaltverfestigten Legierung den rohen Gießling mindestens einmal warmverformt und mindestens einmal kaltverformt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß man eine kaltverfestigte Legierung verwendet, die hergestellt worden ist aus einem in einer nicht-oxydierenden Atmosphäre geschmolzenen (gegossenen) Block oder einem in einer oxydierenden Atmosphäre geschmolzenen (gegossenen) Block, der durch ein anderes Element als Phosphor und Kobalt desoxydiert worden ist.