DE3031336A1

DE3031336A1 - Verwendung von kupferlegierungen fuer standfeste gegenstaende

Info

Publication number: DE3031336A1
Application number: DE19803031336
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr.-Ing. 6380 Bad Homburg Dies
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-20
Filing date: 1980-08-20
Publication date: 1982-04-01

Description

Verwendung von Kupfer-Legierungen für standfeste Gegenstände.
In der Technik besteht ein erheblicher Bedarf an kraftschlüssigen Verbindungen, die auch stromleitend sein können. Durch rein mechanische Klemmwirkung verbundene Teile lockern sich jedoch leicht, und die Klemmwerkzeuge sind in der Praxis nur schwer zu handhaben.
Man hat deshalb nach anderen metallkundlichen Lösungen gesucht und sie in Verbindungen aus Ni-Ti-Legierungen gefunden, die nach einer Vorbehandlung bei sehr tiefen Temperaturen ,nach ihrer Erwärmung auf Raumtemperatur auf die zu verbindenden Teile aufschrumpfen, ohne daß andere mechanische Hilfsmittel angewendet werden müssen.
Diese Verbindungen haben jedoch den Nachteil, daß sie mit flüssigen Gasen behandelt,und auch dort bis zur Verwendung gelagert werden müsse. Der das Schrumpfen bewirkende Gefügezustand - ein metastabiler Martensit -zerfällt jedoch unter den Einflüssen von Spannung, Temperatur und Zeit. Durch Kriechvorgänge lässt die Klemmspannung nach,vor allem aber bilden sich interkristallineRizze, die einen vorzeitigen Bruch der Verbindung bewirken.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, diese Mängel ß beseitigen. Sie bedient sich hierbei martensitischer Kupfer-Mehrstofflegierungen hoher Reinheit für Anwendungsbereiche bei Beanspruchungen unterhalb Raumtemperaturbei Gegenständen'die höheren Temperaturen bis ca 20000 ausgesetzt sind - wie z.B.
elektrisch belastete Verbindungen für Stromschienen -bewirken überraschend geringe Zusätze von As , Ag Sn und Zr, eine Stabilisierung des Martensits. Dadurch bleiben die Verbindungen standfest,im Sinne von zeitstandfest und rißsicher.
De erfindungsgemäße Lösung stellt sich demnach wie folgt dar: Als Werkstoff für die erfindungsgemässen Gegenstände dienen Kupfer-Mehrstofflegierungen, einmal auf der Basis Kupfer-Zink (Gruppe 1) und zum andern auf der Grundlage Kupfer-Aluminium (Gruppe 2), mit den vom Einsatz abhängigen ungewollten Beimengungen, denen weitere gewollte Legierungselemente beigegeben werden, so daß sie durch eine Wärmebehandlung in einen geeigneten martensitischen Zustand bei Raumtemperatur (RT) übergeführt werden können. Gegenstände, die nur unterhalb RT benutzt werden, bestehen aus der reinen Dreistofflegierungen mit möglichst wenig ungewollten Beimengungen der Gruppen 1 und 2. Für einen Einsatz der erfindungsgemässen Gegenstände oberhalb RT (ca +20°C) werden noch weitere gewollte stabilisierende Elemente einzeln oder gemeinsam zugesetzt (Gruppen 1a und 2a).
Die Zusammensetzung (in Massenprozenten) der erfindungsgemäßen Legierungen soll wie folgt liegen: Gruppe 1 (Sn) Cu% Zn% 3.Leg.Elem.% Beimeng.% Zusatz% 62 / 66 Rest 2 / 5 Sn 0 - 0,5 Gruppe 1a(Sn) 62/66 Rest 2/5 Sn 0-0,5 0,01-0,5 As 0,01-0,5 Ag 0,01-0,3 Zr Gruppe 1 (AL) 62/76 Rest 1,5/6,0 Al 0-0,5 # Gruppe 1a(Al) 62/76 Rest 1,5/6,0 Al 0-0,5 0,01-0,5 As 0,01-0,5 Ag 0,01-0,5 Sn 0,01-0,3 Zr Gruppe 1 (Si) 60/70 Rest 0,5/1,5 Si 0-0,5 # Gruppe 1a(Si) 60/70 Rest 0,5/1,5 Si 0-0,5 0,01-0,5 As 0,01-0,5 Ag 0,01-0,5 Sn 0,01-0,3 Zr Gruppe 2 (Ni) Cu % Al % 3.Leg.Elem.% Beimeng.% Zusatz % 80 / 88 Rest 2 / 5 Ni 0 - 0,5 Gruppe 2a (Ni) 80 /88 Rest 2 /5 Ni 0-0,5 0,01-0,5 As 0,01-0,5 Ag 0,01-0,5 Sn 0,01-0,3 Zr Innerhalb der angegebenen Bereiche ist die Legierungszusammensetzung so sm wählen, daß im martensitischen Zustand eine Dehnung 2,5 von 8-12% im Zugversuch erzielt wird, und die Martensitumwandlung bei RT abgeschlossen ist.
Beispiele: 1) Gruppe 1a (Sn) Cu% Zn% 3.Leg.Elem.% Beimeng.% Zusatz% 64 Rest 4,1 Sn 0,45 0,35 As 2) 65,5 " 2,2 Sn 0,2 0,2 Ag 3) 63 " 3,2 Sn 0,49 0,2 Zr 4) Gruppe 1a(Al) 62 Rost 1,76 Al 0,3 0,1 As 5) 69,9 " 5,9 Al 0,5 0,1 Ag 6) 65 " 2,5 Al 0,4 0,35 Sn 7) 74,5 " 5,5 Al 0,01 0,02 Zr Gruppe 1a (Sn) 8) 65,5 " 0,9 Si 0,2 0,2 As 9) 62 lt 0,55 Si 0,35 0,15 Ag 10) 68 " 1,4 Si 0,25 0,1 Sn 11) 69 " 1,0 Si 0,45 0,05 Zr Gruppe 2a(Ni) 12) 82 Al Rest 3,1 Ni 0,3 0,1 As 13) 80 Al " 4,5 Ni 0,4 0,05 Ag 14) 87 Al " 2,5 Ni 0,45 0,02 Sn 15) 85 Al " 4,9 Ni 0,35 0,06 Zr Für Gegenstände, die unterhalb RT beansprucht werden gelten die oben angeführten Beispiele, jedoch ohne die gewollten Zusätze.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Gegenstände verläuft wie folgt: Die Legierungen werden in Induktionsöfen oder Lichtbogenöfen -gegebenenfalls unter Vakuum - erschmolzen und entweder in Kokillen oder im Strangguß vergossen.
Es können auch dichtgepresste Sinterteile erstellt werden0 Anschließend. wird das Rohmaterial durch eine ca 1 stündige Glühung bei Temperaturen zwischen etwa 800 bis 900°C geglüht.
Darauf folgt ein Warmknetvorgang um 850°C auf Strangpressen oder Walzen. Die Abkühlung erfolgt an Luft. In Sonderfällen kann auch in Wasser gepresst werden.
Stangen, Rohre, Profile oder Walzplatten werden - gegebenenfalls mit Zwischen glühungen - kaltverarbeitet.
Vor der Endbearbeitung werden die Gegenstände im ß-Gebiet geglüht, meist in Wasser von geeigneter Temperatur abgekühlt, so daß die Martensitbildung bei RT abgeschlossen ist. Darauf erfolgt die Endverformung von etwa 6% in einer Richtung, die der gewünschten Verformung beim Gebrauch entgegengesetzt ist. Rohre, Z.B., die später aufschrumpfen sollen, müssen im Martensitischen Zustand bei RT zunächst aufgeweitet werden, etwa durch Aufdornen oder mittels Innendruck, und zwar in der Größenordnung des späteren Schrumpfmaßes.
In dem verformten Zustand sind die Gegenstände bei RT lagerbar.
Sollen dann Schrumpfverbindungen herstellt werden, so stülpt man beispielsweise eine Muffe aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff über die zu verbindenden Enden und erhitzt auf Temperaturen, die eine Rückbildung des gefüges verbunden mit der Rückbildung der Verformung Erfindungsgemäße Gegenständ, beispielsweise stromleitende Klemmverbindungen, werden im Normalbetrieb bei etwa 80 bis 110°O - bei Kurzschlüssen auch lcurzzeitig um 2000C -beansprucht,und müssen eine Lebensdauer von etwa 30 Jahren haben. in dieser Zeit darf die Klemmspannung nicht durch Kriechen verlorengehen und es dürfen keine Risse auftreten. Diesen Ansprüchen genügen die erfindungsgemässen Werkstoffe der Gruppen 1a und 2a.Sie stellen somit einen erheblichen und überraschenden Fortschritt gegenüber dem Bekannten dar.

Claims

Patentanspriiche: Anspruch 1.

Verwendung von martensitischen Kupfer-Mehrstofflegierungen für standfeste Gegenstände, die bei 20°C und darunter beansprucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen folgenden Zusammensetzung haben: 62% bis 66%' Kupfer 2% " 5% Zinn Rest Zink übliche Verunreinigungen 0 bis 0,5%.

Anspruch 20 Verwendung von martensitischen Kupfer-Mehrstofflegierungen für standfeste Gegenstande,die bei 200C und darunter beansprucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen folgende Zusammensetzung haben: 62% bis 76% Kupfer 1,5% " 6,0% Aluminium Rest Zink übliche Verunreinigungen 0 bis 0,5%.

Anspruch 3.

Verwendung von martensitischen Kupfer-Mehrstofflegierungen für standfest Gegenstände, die bei 20°C und darunter beansprucht werden,dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen folgende Zusammensetzung haben: 60% bis 70% Kupfer übliche Verunreinigungen " ;,5% Silizium 0 bis 0,5%.

Rest Zink Anspruch 4.

Verwendung von martensitischen Kupfer-Mehrstofflegierungen für standfeste Gegenstände, die bei 20°C und darunter beansprucht werden,dadrch gekennzeichnet,daß die Legierungen folgende Zusammensetzung haben: 80% bis 88% Kupfer 2% " 5% Nickel Rest Aluminium übliche Verunreinigungen 0 bis 0,5%.

Anspruch 5.

Verwendung von martensitischen Kupfer-Mehrstofflegierungen für standfeste Gegenstände, die auch bis 200°C beansprucht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen folgende Zusammensetzung haben: 62% bis 66% Kupfer 2% 1' 5% Zinn 0,01%" 0,5% Arsen) einzeln oder gemeinsam 0,01%" 0,5% Silber 0,01%" 0,3% Zirkon

Rest Zink übliche Verunreinigungen 0 bis 0,5%.

Anspruch 6.

Verwendung von martensitischen Kupfer-Mehrstofflegierungen für standfeste Gegenstände, die auch bis 200°C beansprucht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen folgende Zusammensetzung haben: 62% bis 76% Kupfer 1,5% " 6% Aluminium 0,01%" 0,5% Arsen 0,01%" 0,5% Silber# 0,01%" 0,5% Zinn # einzeln oder gemeinsam 0,01%" 0,3% Zirkon#

übliche Verunreinigungen 0 bie 0,5%.

Rest Zink, Anspruch 7.

Verwendung von martensitischen Kupfer-Mehrstofflegierungen für standfeste Gegenstände, die auch bis 200°C beansprucht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen folgende Zusammensetzung haben: 6064 bis 70% Kupfer 0,5% " 1,5% Silizium 0,01%" 0,5% Arsen # 0,01%" 0,5% Silber# einzeln oder gemeinsam 0,01%" 0,5% Zinn # 0,01%" 0,3% Zirkon#

übliche Verunreinigungen 0 bis 0,5% Rest Zink.

Anspruch 8.

Verwendung von martensitischen Kupfer-Mehrstofflegierungen für standfeste Gegenstände, die auch bis 200°C beansprucht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen folgende Zusammensetzung haben: 80% bis 88% Kupfer 2 " 5% Nickel 0,01%" 0,5% Arsen # 0,01%" 0,5% Silber# einzeln oder gemeinsam 0,01%" 0,5% Zinn # 0,01%" 0,3% Zirkon#

übliche Verunreinigungen 0 bis 0,5% Rest Aluminium.

Anspruch 9.

Gegenstände nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke so martensitisch gefertigt werden, daß sie vor der letzten Kaltbearbeitung im ß-Bereich reglüht werden und nach dem Abschrecken (ET) in martensitischer Zustand vorliegen. Die endgültige Kaltverformung hat die entgegengesetzte Eichtung, wie die durch Erwärmen die 200°C bewirkte Formänderung.