DE60320083T2

DE60320083T2 - Kupfer-Legierung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE60320083T2
Application number: DE60320083T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Inohana; Akira Sugawara; Toshihiro Sato
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2023-09-27
Also published as: JP3999676B2; JP2004225093A; ATE391191T1; US20040140022A1; EP1441040B1; US7351372B2; DE60320083D1; CN1517446A; EP1441040A1; CN100577832C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Legierung auf Kupferbasis sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Legierung auf Kupferbasis mit einer exzellenten Warmumformbarkeit, welche als Material für elektrische und elektronische Bauteile, wie beispielsweise für Verbindungsstücke, eingesetzt wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren ist mit der Entwicklung der Elektronik die Komplikation und Integration von elektrischer Verdrahtung für verschiedene Maschinen fortgeschritten, so dass die Menge an Schweißkupfer und Schweißkupferlegierungen, welche als Materialien für elektrische und elektronische Bauteile, wie Beispiel für Verbindungsstücke, verwendet wird, erhöht worden ist. Des Weiteren ist es notwendig, das Gewicht und die Herstellungskosten von elektrischen oder von elektronischen Bauteilen, wie beispielsweise von Verbindungsstücken, zu verringern, und ist es erforderlich, ihre Funktionssicherheit zu erhöhen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden Kupferlegierungsmaterialien für Verbindungsstücke verdünnt und zu komplizierten Formen verpresst, so dass die Festigkeit, die Elastizität, die Leitfähigkeit, die Biegebearbeitbarkeit und die Pressformbarkeit hiervon gut ist.
Phosphorbronzen, welche Zinn (Sn) und Phosphor (P) in Kupfer (Cu) enthalten, weisen exzellente Eigenschaften auf, wie beispielsweise eine exzellente Federeigenschaft, Bearbeitbarkeit und Pressstanzqualität, und diese werden als Materialien für viele elektrische und elektronische Bauteile, wie beispielsweise für Verbindungsstücke, eingesetzt. Allerdings ist es notwendig, die Herstellungskosten von Phosphorbronzen zu verringern, und ist es notwendig, die Leitfähigkeit hiervon zu verbessern. Des Weiteren weisen Phosphorbrenzen eine schlechte Warmumformbarkeit auf, so dass diese beim Warmumformen leicht brechen, weswegen eine Platte aus einer Phosphorbronze üblicherweise durch wiederholtes Homogenisieren, Kaltwalzen und Ausglühen eines Barrens mit einer Dicke von 10 bis 30 mm, welcher durch horizontales Stranggießen erhalten wird, hergestellt wird. Daher kann die Verbesserung der Warmumformbarkeit von Phosphorbronzen stark zu einer Verringerung der Produktionskosten von Phosphorbronzen beitragen. Als Verfahren zum Verbessern der Warmumformbarkeit von Phosphorbronzen sind Verfahren zum Verbessern der Warmumformbarkeit von Phosphorbronzen durch Einstellen einer vorbestimmten Temperatur und von vorbestimmten Bearbeitungsbedingungen während des Warmumformens vorgeschlagen worden (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschriften Nr. 63-35761 und 61-130478 ) und es sind Verfahren zum Verbessern der Warmumformbarkeit von Phosphorbronzen durch Zugabe von Eisen (Fe), von Nickel (Ni), von Kobalt (Co) und von Mangan (Mn) zum Verbessern der Warmumformbarkeit und durch Steuern der Menge von Elementen zum Verhindern, dass die Warmumformbarkeit sehr gering ist, vorgeschlagen worden (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-275563 ).
Des Weiteren weisen Messinge, welche Zink (Zn) in Kupfer (Cu) enthalten, exzellente Eigenschaften, wie beispielsweise eine exzellente Bearbeitbarkeit und Pressstanzqualität, sowie geringe Kosten auf und werden als Materialien für viele elektrische Bauteile, wie beispielsweise für Verbindungsstücke, eingesetzt. Allerdings ist es erforderlich, die Festigkeit, die Federeigenschaft, die Spannungsrelaxationsbeständigkeit und die Spannungskorrosionsrißbeständigkeit von Messing zu verbessern, um die Miniaturisierung von Bauteilen und die Verschlechterung von Arbeitsumgebungen zu bewältigen. Unter solchen Umständen sind Verfahren zum Verbessern der vorstehend beschriebenen Eigenschaft durch Zugabe einer vorbestimmten Menge von Zinn (Sn) zu einer Cu-Zn-Legierung vorgeschlagen worden (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschriften Nr. 2001-294957 und 2001-303159 ).
Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren, welche in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 63-35761 , 61-130478 und 2002-275563 offenbart werden, gibt es allerdings viele Beschränkungen bezüglich der Produktionsbedingungen und der Bauteilelemente. Daher ist es erforderlich, ein Verfahren bereitzustellen, welches diese Beschränkungen verringern kann.
Ferner werden die zuvor beschriebenen Cu-Zn-Sn-Legierungen, welche in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 2001-294957 und 2001-303159 offenbart werden, als eine Platte mit einer vorbestimmten Dicke ausgebildet, und zwar üblicherweise durch ein Verfahren umfassend die Schritte des Durchführens von Stranglängsgießen, Erhitzen des erhaltenen Barrens in einem Heizofen, Verlängern des erhitzten Barrens durch Heißwalzen und daran anschließend wiederholtes Kaltwalzen und Ausglühen. Obwohl die mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Bruchfestigkeit und die 0,2% Dehngrenze, die Stressentspannungsbeständigkeit und die Stresskorrosionsrissbeständigkeit von Cu-Zn-Sn-Legierungen durch die Zugabe von Sn verbessert werden kann, ist es wünschenswert ihre Warmumformbarkeit zu verbessern. Das heißt, es gibt einige Fälle, in denen Cu-Zn-Sn-Legierungen während des Heißwalzen brechen werden können, so dass die Oberflächenqualität und die Produktausbeute verschlechtert sind, weswegen es wünschenswert ist, die Warmumformbarkeit von Cu-Zn-Sn-Legierungen zu verbessern.
Einer der Gründe, warum die Warmumformbarkeit durch die Zugabe von Sn zu Cu oder zu Cu-Zn-Legierungen verschlechtert wird, ist die Temperaturdifferenz zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien von Legierungen auf Kupferbasis. Folglich entmischen sich während des Gießens Sn und Zn und es verbleiben während der Verfestigung Phasen mit niedrigen Schmelzpunkten. Beispielsweise verbleiben in Cu-Zn-Sn-Legierungen Phasen mit niedrigen Schmelzpunkten, wie beispielsweise eine Cu-Sn-epsilon-Phase, eine Cu-Zn-gamma-Phase und eine Phase, welche durch Feststofflösen von Cu und/oder Zn in einer Sn-Feststofflösung gebildet werden. Folglich wird die verbleibende zweite Phase während des Übererhitzens, wenn das Heißwalzen durchgeführt wird, gelöst, so dass sich die Warmumformbarkeit verschlechtert. Daher ist es erforderlich, eine Legierung auf Kupferbasis mit einer besseren Warmumformbarkeit bereitzustellen. Wenn Sn zu einer Cu-Zn-Legierung zugegeben wird, ist die Temperaturdifferenz zwischen den Solidus- und Liquidus-Linien leicht größer als diejenige, wenn Sn zu Cu zugegeben wird, so dass es wünschenswert ist, die Warmumformbarkeit zu verbessern.
Wenn Mn, Al, Si, Ni, Fe, Cr, Co, Ti, Bi, Pb, Mg, P, Ca, Y, Sr, Be und/oder Zr zu einer Cu-Zn-Liegerung oder zu einer Cu-Sn-Legierung zugegeben wird bzw. werden, kann es erwartet werden, dass sich die Eigenschaften, wie beispielsweise die 0,2% Dehnungsgrenze, die Bruchfestigkeit, der Federgrenzwert, die Spannungsrelaxationsbeständigkeit, die Spannungskorrosionsrißbeständigkeit und die Entzinkungsbeständigkeit aufgrund der zusätzlichen Element(e) verbessern. Allerdings erhöht die zuvor beschriebene Temperaturdifferenz zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien (ein Schmelz/Verfestigungsbereich) die Verschlechterung der Warmumformbarkeit, so dass es notwendig ist, eine Legierung auf Kupferbasis bereitzustellen, welche einfacher in guten Ausbeuten gegossen werden kann.
Als ein Beispiel für ein Verfahren zum Verhindern der Erzeugung von Rissen in einer Legierung auf Kupferbasis während des Heißwalzens hat die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-294957 ein Verfahren zum Verhindern der Erzeugung von heißen Rissen in einer Cu-Zn-Sn-Legierung durch Beschränken der Zusammensetzung, durch Steuern der Abkühlgeschwindigkeit während des Schmelzens/Gießens oder durch Steuern der maximalen Temperatur während des Heißwalzens vorgeschlagen. Allerdings ist es wünschenswert, ein Verfahren zum einfacheren Verbessern der Warmumformbarkeit einer Legierung auf Kupferbasis bereitzustellen.
Die EP 0 872 564 A1 betrifft eine Legierung auf Kupferbasis, welche im Wesentlichen aus 15 bis 35 Gew.-% Zink, 7 bis 14 Gew.-% Nickel, 0,1 bis 2 Gew.-% ausschließlich Mangan, 0,01 bis 0,5 Gew.-% Eisen, 0,0005 bis 0,1 Gew.-% Phosphor, 0,001 bis 0,9 Gew.-% Silizium und dem Rest Kupfer und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Die WO 00/29632 offenbart eine Messinglegierung, welche im Wesentlichen aus 2 Gew.-% bis zu dem Maximum, welche eine alpha-Messingmikrostruktur von Zink aufrecht erhält, zwischen 0,2 und 2 Gew.-% Nickel, zwischen 0,15 und 1 Gew.-% Zinn, zwischen 0,03 und 0,35 Gew.-% Phosphor und dem Rest Kupfer und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Die US 3,403,997 beschreibt eine Kupferlegierung, welche 12 bis 18 Gew.-% Nickel, 13 Gew.-% Zinn, 0,8 bis 1,2 Gew.-% Aluminium und Rest Kupfer enthält.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor genannten Probleme zu eliminieren und eine Legierung auf Kupferbasis bereitzustellen, welche wenigstens eines von Zn und Sn enthält und eine exzellente Warmumformbarkeit aufweist, sowie ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem die Kupferlegierung einfach hergestellt werden kann.
Um die zuvor genannten und andere Ziele zu erreichen, haben die Erfinder sorgfältig Untersuchungen durchgeführt und herausgefunden, dass es möglich ist, die Warmumformbarkeit einer Legierung auf Kupferbasis, welche Zn und Sn enthält, beträchtlich zu verbessern, indem die Legierung auf Kupferbasis eine geringe Menge Kohlenstoff enthält. Des Weiteren haben die Erfinder ein Verfahren gefunden, mit dem effizient bewirkt werden kann, dass die Legierung auf Kupferbasis Kohlenstoff enthält, obwohl es schwierig ist, einfach zu bewirken, dass eine Kupferlegierung Kohlenstoff enthält, weil das Ausmaß von Feststofflösung von Kohlenstoff in Kupfer üblicherweise gering ist, und, weil der Unterschied in dem spezifischen Gewicht zwischen Kohlenstoff und Kupfer groß ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht eine Legierung auf Kupferbasis aus 8 bis 45 Gew.-% Zink, 0,2 bis 12 Gew.-% Zinn, 20 bis 1000 ppm Kohlenstoff, optional einem oder mehreren Elementen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus 0,01 bis 0,2 Gew.-% Silizium, 0,01 bis 0,3 Gew.-% Nickel, 0,01 bis 0,1 Gew.-% Magnesium und 0,0005 bis 0,001 Gew.-% Bor besteht, und dem Rest Kupfer und unvermeidbaren Verunreinigungen.
In der zuvor beschriebenen Legierung auf Kupferbasis weist die Phase mit einem Schmelzpunkt von 800°C oder weniger verschieden von einer alpha-Phase vorzugsweise einen prozentualen Volumenanteil von 20% oder weniger auf. Ferner beträgt der Unterschied in der Temperatur zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien vorzugsweise 30°C oder mehr.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erhitzen und Schmelzen von Rohmaterialien einer Legierung auf Kupferbasis enthaltend 8 bis 45 Gew.-% Zink, 0,2 bis 12,0 Gew.-% Zinn und optional ein oder mehrere Elemente, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus 0,01 bis 0,2 Gew.-% Silizium, 0,01 bis 0,3 Gew.-% Nickel, 0,01 bis 0,1 Gew.-% Magnesium und 0,0005 bis 0,001 Gew.-% Bor besteht, Bewirken, dass die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis 20 bis 1000 ppm Kohlenstoff enthalten, sowie Abkühlen der Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis, wobei die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis Kohlenstoff, welcher auf der Oberfläche hiervon absorbiert ist, enthalten. Vorzugsweise enthalten die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis eine Kohlenstoff enthaltende Mutterlegierung, 20% oder mehr einer Legierung auf Kupferbasis mit einer Liquidus-Linien-Temperatur von 1050°C oder weniger bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen Metalls der Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis oder eines Materials, welches mit Zinn oberflächenbehandelt ist. Des Weiteren werden die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis vorzugsweise in einem Gefäß, welches mit einem festen Material beschichtet ist, das 70 Gew.-% oder mehr Kohlenstoff enthält, erhitzt und geschmolzen. Ferner wird ein festes Re duktionsmittel mit einer stärkeren Affinität für Sauerstoff als für Kohlenstoff vorzugsweise zugegeben, wenn die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis geschmolzen sind. Das feste Reduktionsmittel wird vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, welche aus B, Ca, Y, P, Al, Si, Mg, Sr und Be besteht, wobei die Menge des festen Reduktionsmittels 0,005 bis 0,5 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen Metalls der Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis beträgt.
Die Phase der Legierung auf Kupferbasis mit einem Schmelzpunkt von 800°C oder weniger verschieden von einer alpha-Phase weist vorzugsweise einen prozentualen Volumenanteil von 20% oder weniger auf. Ferner beträgt die Differenz in der Temperatur zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien der Legierung auf Kupferbasis vorzugsweise 30°C oder mehr.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Legierung auf Kupferbasis 8 bis 45 Gew.-% Zink (Zn), 0,2 bis 12 Gew.-% Zinn (Sn), 20 bis 1000 ppm Kohlenstoff (C) und Rest Kupfer und unvermeidbare Verunreinigungen. Die Gründe, warm die Mengen der Komponenten der Legierung auf Kupferbasis so beschränkt sind, sind wie folgt.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind 20 bis 1000 ppm C das essenzielle, in der Legierung auf Kupferbasis enthaltene Element. Wenn ein Barren aus einer Legierung auf Kupferbasis, wie beispielsweise eine Cu-Zn- oder Cu-Sn-Legierung, welche eine große Temperaturdifferenz zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien aufweist, heißgewalzt wird, gibt es einige Fälle, in denen in dem/den Kantenabschnitt(en) oder auf der Oberfläche des Barrens heiße Risse erzeugt werden. Wenn die Legierung auf Kupferbasis 20 bis 1000 ppm an C enthält, ist es allerdings möglich, wirksam zu verhindern, dass heiße Risse gebildet werden. Als Gründe hierfür wird folgendes erachtet. Weil das Ausmaß der Feststofflösung von C in Cu gering ist, wird während des Gießens eine einfache Verbindung von C-Abscheidungen abgeschieden oder es wird eine Verbindung aus einem weiteren Element oder eine Verunreinigung von C erzeugt, um als eine Nukleierungsstelle zu fungieren, so dass die Kristallkorngröße des Barrens verringert wird, oder es wird die überschüssige Entmischung von Zn und/der Sn an der Korngrenze inhibiert, um die Komponenten gleichmäßig zu machen, so dass die Abscheidung einer zweiten Phase mit einem niedrigen Schmelzpunkt, welche einen schlechten Einfluss auf die Warmumformbarkeit aufweist, verhindert wird, so dass der während des Erhitzens an der Korngrenze entmischte C während des Heißwalzens die Rekristallisation verbessert.
Des Weiteren fungiert in der Legierung auf Kupferbasis enthaltener C als ein Reduktionsmittel, so dass dieser die Funktion aufweist, in dem geschmolzenen Metall Sauerstoff zu entfernen. Der C in dem geschmolzenen Metall reagiert mit O, so dass eine Gaskomponente gebildet wird, wie beispielsweise CO oder CO₂, welche das geschmolzene Metall verlässt, um so die Funktion aufzuweisen, das geschmolzene Metall zu desoxidieren. Wenn die Menge an C weniger als 20 ppm beträgt, können diese vorteilhaften Effekte nicht erhalten werden. Wenn die Menge an C 1000 ppm übersteigt, wird andererseits eine große Menge an C oder an Carbid des zusätzlichen Elementes an den Korngrenzen oder in den Körnern erzeugt, so dass die Warmumformbarkeit verschlechtert wird. Daher liegt die Menge an C vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20 ppm und 1000 ppm und besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 25 ppm und 500 ppm.
Wenn folglich in dem geschmolzenen Metall der Legierung auf Kupferbasis C enthalten ist, um eine C enthaltende Legierung auf Kupferbasis zu liefern, ist es möglich, zu verhindern, dass heiße Risse erzeugt werden. Selbst wenn die Abrasion der Gehäusedüse oder ein unausgewogenes Abkühlen die Gießbedingungen instabil machen, so dass heiße Risse leicht gebildet werden, ist es durch diese Funktion möglich, zu verhindern, dass heiße Risse erzeugt werden, so dass es möglich ist, die Ausbeuten zu verbessern.
Durch das Bewirken, dass die Legierung auf Kupferbasis wie zuvor beschrieben C enthält, ist es möglich, die Warmumformbarkeit der Legierung auf Kupferbasis zu verbessern. Solch ein vorteilhafter Effekt kann noch bemerkenswerter für eine Legierung auf Kupferbasis erreicht werden, bei der die Temperaturdifferenz zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien (Schmelztemperaturbereich) 30°C oder mehr beträgt, das heißt für eine Legierung auf Kupferbasis, bei der während des Gießens einfach eine Entmischung der Verfestigung auftritt, so dass leicht heiße Risse erzeugt werden. In einem Material mit einem breiten Schmelztemperaturbereich schreitet während des Gießens die Entmischung bei der Verfestigung einfach fort und es verbleiben während der Verfestigung einfach Phasen mit einem niedrigen Schmelzpunkt. Daher kann der zuvor beschriebene vorteilhafte Effekt noch bemerkenswerter für eine Legierung auf Kupferbasis erhalten werden, bei der die Temperaturdifferenz zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien 30°C oder mehr beträgt, und dieser kann noch effizienter für eine Legierung auf Kupferbasis erhalten werden, bei der die Temperaturdifferenz zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien 50°C oder mehr beträgt.
Ferner ist es durch das Bewirken, dass die Legierung auf Kupferbasis eine sehr geringe Menge an C enthält, möglich, die Spannungskorrosionsriß beständigkeit und die Spannungsrelaxationsbeständigkeit der Legierung auf Kupferbasis zu verbessern. Es wird erachtet, dass der Grund hierfür ist, dass sich der in der Legierung auf Kupferbasis enthaltene C an der Korngrenze entmischt, um eine Vergröberung und Korrosion der Korngrenze bei einem Herstellungsverfahren, wie beispielsweise bei dem Heißwalzen und Ausglühen, nach dem Schmelzen und Gießen zu verhindern.
Wenn zu der Legierung auf Kupferbasis Zn zugegeben wird, werden die Festigkeit und die Federeigenschaften der Legierung auf Kupferbasis verbessert und wird der Migrationswiderstand hiervon verbessert. Weil Zn billiger als Cu ist, ist es möglich, die Materialkosten durch Erhöhen der Menge an Zn, welche zuzugeben ist, zu verringern. Weil sich die Spannungskorrosionsrißbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Legierung auf Kupferbasis allerdings mit der Erhöhung von zuzugebenden Zn verschlechtern, ist es notwendig, den Zn-Gehalt der Legierung auf Kupferbasis gemäß der Verwendung der Legierung auf Kupferbasis auszuwählen. Daher wird der Zn-Gehalt gemäß der Verwendung der Legierung auf Kupferbasis aus einen Bereich zwischen 8,0 und 45 Gew.-% ausgewählt. Wenn die Legierung auf Kupferbasis als das Material einer Feder eingesetzt wird, liegt der Zn-Gehalt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20 und 45 Gew.-%, weil die Verstärkung der Feststofflösung aufgrund von Zn unzureichend ist, wenn der Zn-Gehalt 20 Gew.-% oder weniger beträgt, und, weil sich die beta-Phase exzessiv abscheidet, so dass die Kaltbearbeitbarkeit der Kupferlegierung verschlechtert wird, wenn der Zn-Gehalt 45 Gew.-% übersteigt.
Weil zu der Legierung auf Kupferbasis Sn zugegeben wird, sind die mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise die 0,2% Dehnungsgrenze, die Bruchfestigkeit und der Federgrenzwert der Legierung auf Kupferbasis, verbessert. Die Legierung auf Kupferbasis enthält im Hinblick auf das Recyceln des Materials Sn, wobei die Oberfläche der Legierung mit Sn behandelt ist. Wenn sich der Sn-Gehalt der Legierung auf Kupferbasis erhöht, verschlechtert sich allerdings nicht nur die Leitfähigkeit der Legierung auf Kupferbasis, sondern es werden in der Legierung auf Kupferbasis auch leicht heiße Risse erzeugt. Wenn sich der Sn-Gehalt der Legierung auf Kupferbasis erhöht, sind die Materialkosten des Weiteren erhöht. Daher wird der Sn-Gehalt der Legierung auf Kupferbasis in einen Bereich zwischen 0,2 und 12,0 Gew.-% eingestellt. Wenn die Legierung auf Kupferbasis als das Material einer Feder eingesetzt wird, liegt der Sn-Gehalt hiervon vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,3 und 8,0 Gew.-%. Wenn der Sn-Gehalt weniger als 0,2 Gew.-% beträgt, ist die Verbesserung der Festigkeit der Legierung auf Kupferbasis aufgrund der Verstärkung der Feststofflösung von Sn unzureichend, und, wenn der Sn-Gehalt 12,0 Gew.-% übersteigt, scheiden sich die delta- und epsilon-Phasen exzessiv ab, so dass die Kaltbearbeitbarkeit der Legierung auf Kupferbasis verschlechtert wird.
Wenn die Legierung auf Kupferbasis ein oder mehrere Elemente enthält, welche aus 0,1 bis 0,2 Gew.-% Silizium (Si), 0,01 bis 0,3 Gew.-% Nickel (Ni), 0,01 bis 0,1 Gew.-% Magnesium (Mg) und 0,0005 bis 0,001 Gew.-% Bor (B) ausgewählt sind, ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise die 0,2% Dehnungsgrenze, die Festigkeit und den Federgrenzwert, der Legierung auf Kupferbasis zu verbessern. Es ist auch möglich, die Spannungskorrosionsrißbeständigkeit und die Spannungsrelaxationsbeständigkeit der Legierung auf Kupferbasis durch Verwenden von zusätzlichen Elementen, wie beispielsweise von Si und von Ni, zu verbessern. Des Weiteren ist es möglich, die Erzeugung von heißen Rissen aufgrund des Verkleinerns der Gusstruktur durch Zugabe von Mg oder von Si hierzu verringern.
Wenn die Menge der zuvor beschriebenen zusätzlichen Elemente weniger als die untere Grenze des zuvor beschriebenen Bereichs beträgt, können die vorteilhaften Effekte nicht erwartet werden, und, wenn diese den zuvor genannten Bereich überschreitet, verschlechtert sich nicht nur die Warmumformbarkeit der Legierung auf Kupferbasis, sondern sind auch die Kosten erhöht.
Nachfolgend wird das Verhältnis zwischen den Mengen an Sn, Zn und anderen zusätzlichen Elementen beschrieben. Weil Sn zu der Cu-Zn-Legierung zugegeben wird, ist es möglich, die Spannungsrelaxationsbeständigkeit und die Spannungskorrosionsrißbeständigkeit der Cu-Zn-Legierung zu verbessern. Allerdings erhöht sich der Unterschied zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien in der Gegenwart von sowohl Zn als auch Sn und es werden während der Heißbearbeitung selbst in der Gegenwart von C leicht Risse gebildet. Um eine gute Warmumformbarkeit zu erhalten, wird vorzugsweise das durch die nachfolgende Formel (1) ausgedrückte Verhältnis zwischen dem Zn-Gehalt X (Gew.-%) und dem Sn-Gehalt Y (Gew.-%) der Legierung eingestellt. X + 5Y ≤ 50 (1).
Wenn zu der Legierung als zusätzliche Elemente Si, Ni, Mg und B zugegeben werden, variiert die Warmumformbarkeit hiervon. In solch einem Fall werden zwischen dem Zn-Gehalt X (Gew.-%), dem Sn-Gehalt Y (Gew.-%) und der Gesamtmenge Z (Gew.-%) der anderen zusätzlichen Elemente der Legierung vorzugsweise alle der nachfolgenden Formeln (2), (3) und (4) erfüllt: X + 5Y + 4Z ≤ 50 (2), X + 4Z ≤ 50 (3), 5Y + 4Z ≤ 45 (4).
Wenn die Menge der zusätzlichen Elemente den zuvor beschriebenen Bereich überschreiten, wird der Schmelz-/Verfestigungsbereich während des Gießens verbreitert, so dass während der Heißbearbeitung leicht Risse erzeugt werden, selbst wenn bewirkt wird, dass die Legierung C enthält.
Nachfolgend wird das Verhältnis zwischen den Phasen beschrieben. Es werden zweite Phasen verschieden von der alpha-Phase gemäß der Mischung der zuvor beschriebenen zusätzlichen Elemente erzeugt. Die zweiten Phasen enthalten Cu-Zn-beta(β)-, -gamma(γ)- und -epsilon(ε)-Phasen sowie Cu-Sn-beta(β)-, -epsilon(ε)-, -eta(η)- und -delta(δ)-Phasen. Durch die Zugabe von sowohl von Ni als auch Si werden auch Ni-Si-Verbindungen erhalten. Durch die Zugabe von weiteren Elementen gebildete Ablagerungen, beispielsweise von durch Zugabe von Ni-Si-Verbindungen gebildete Ablagerungen mit einem hohen Schmelzpunkt, weisen die Funktion der Verbesserung der Spannungsrelaxationsbeständigkeit einer Legierung auf Kupferbasis auf. Wenn der Schmelzpunkt der zweiten Phasen und der Schmelzpunkt der dritten Phasen in einigen Fällen 800°C oder weniger betragen, und, wenn der prozentuale Volumenanteil hiervon 20% oder mehr beträgt, gibt es einige Fälle, bei denen die zweiten und die dritten Phasen schmelzen können, so dass während des Erhitzens heiße Risse gebildet werden. Daher beträgt der prozentuale Volumenanteil der Phasen mit einem niedrigen Schmelzpunkt von 800°C oder weniger verschieden von der alpha-Phase vorzugsweise 20% oder weniger.
Nachfolgend werden die Verunreinigungen beschrieben. Die Menge an S- und O-Verunreinigungen ist vorzugsweise so gering wie möglich. Selbst wenn die Legierung auf Kupferbasis eine geringe Menge an S enthält, verschlechtert sich die Entformbarkeit des Materials beim Heißwalzen beträchtlich. Wenn elektrolytischer Kupfer als das Material einer Gusslegierung auf Kupferbasis wie er ist verwendet wird, gibt es einige Fälle, in denen die Legierung S enthalten kann. Wenn die Menge an S kontrolliert wird, ist es allerdings möglich, zu verhindern, das beim Heißwalzen Risse erzeugt werden. Um solche vorteilhafte Effekte zu realisieren, muss die Menge an S 30 ppm oder weniger betragen und diese liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 15 ppm oder weniger. Des Weiteren bilden, wenn die Legierung eine große Menge an O enthält, die Legierungsbestandteile, wie beispielsweise Sn, sowie Elemente, wie beispielsweise Mg, P, Al und B, welche als Reduktionsmittel zugegeben werden, Oxide. Solche Oxide verschlechtern nicht nur die Warmumformbarkeit der Legierung, sondern diese können ebenfalls Eigenschaften, wie beispielsweise die Plattierungshaftung, der Legierung auf Kupferbasis verschlechtern. Daher beträgt der O-Gehalt der Legierung vorzugsweise 50 ppm oder weniger.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zuerst wird der Schmelz-/Gieß-Schritt beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Warmumformbarkeit der Legierung durch Bewirken, dass die Legierung eine geeignete Menge an C enthält, verbessert. Weil das Ausmaß an Feststofflösung von C in Cu gering ist, und, weil das spezifische Gewicht von C geringer ist als das von Cu, ist es schwierig, eine Legierung auf Kupferbasis zu erhalten, welche eine vorbestimmte Menge an C enthält, selbst wenn C in einer geschmolzenen Legierung auf Kupferbasis wie dieser ist gelöst oder dispergiert wird. Um dieses Problem zu lösen, haben die Erfinder sorgfältige Studien unternommen und herausgefunden, dass es durch die nachfolgenden Verfahren möglich ist, zu bewirken, dass eine Legierung auf Kupferbasis C enthält.
Als zu schmelzende Rohmaterialien können Materialen eingesetzt werden, wie beispielsweise gemahlene Abfälle und gestanzte Abfälle, welche während der Herstellung von Materialien hergestellt werden und welche eine große Oberfläche aufweisen. Solche gemahlenen Abfälle und gestanzten Abfälle enthalten Ölmengen, wie beispielsweise Schneidöle und Stanzöle, sowie Kohlenstoff (C), wie beispielsweise Ruß und Fasern, welche an der Oberfläche absorbiert sind. Daher ist es möglich, während des Schmelzens C in das geschmolzene Metall einzuführen. Die gemahlenen Abfälle enthalten Trennfugenabfälle und unerwünschte Teile von Spiralen an den Front- und Rückenden hiervon. Wenn gemahlene Abfälle, welche Gießmaterialien für Cu und Zn sind, und C in gestanzten Abfällen so eingesetzt werden, kann C mit einem geringen Maß an Feststofflösung in Cu in dem geschmolzenen Metall dispergiert werden. Weil die Abfälle als Gießmaterialien eingesetzt werden können, können des weiteren die Kosten verringert werden.
Als ein einzusetzendes Rohmaterial wird vorzugsweise eine größere Menge einer Legierung auf Kupferbasis mit einer Liquidus-Linien-Temperatur von 1050°C oder weniger eingesetzt. Beispielsweise entspricht solch eine Legierung auf Kupferbasis einer Legierung auf Kupferbasis, welche 20 Gew.-% oder mehr Zn in dem Fall einer Legierung auf Kupferbasis enthaltend eine große Menge an Zn enthält, und entspricht einer Legierung auf Kupferbasis, welche 6 Gew.-% oder mehr an Sn enthält. Es wird erachtet, dass die Gründe hierfür diejenigen sind, dass sich die Schmelzzeit verringert, wenn sich der Schmelzpunkt verringert, so dass es möglich ist, die Menge an C zu verringern, welche während des Schmelzbetriebs verloren geht, wenn sich der Schmelzpunkt verringert, und dass die Komponentenelemente auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls während des Schmelzens Oxidfilme ausbilden können, um zu verhindern, dass C verloren geht. Wenn die Legierung auf Kupferbasis Zn und Sn enthält und wenn das Material mit einem Schmelzpunkt von 1000°C oder weniger als das Rohmaterial eingesetzt wird, ist es möglich, vorteilhaftere Effekte zu erhalten. Die Menge solch eines Rohmaterials mit einem niedrigen Schmelzpunkt beträgt vorzugsweise 20% oder mehr bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen Metalls, weil solch vorteilhafte Effekte nicht ausreichend erreicht werden können, wenn diese 20% oder weniger beträgt.
Wenn gemahlene Abfälle und gestanzte Abfälle von Materialien, welche mit Sn oberflächenbehandelt sind, wie beispielsweise mit Sn plattierte Materialien, eingesetzt werden, ist es möglich, zu bewirken, dass C effektiver zurückbleibt. Es wird erachtet, dass die Gründe hierfür sind, dass sich die Menge an Öl-Gehalten, welche auf der Oberfläche verbleiben, durch Verwenden von Materialien, welche mit Sn oberflächenbehandelt sind, erhöht, so dass es möglich ist, den in einer Sn-Plattierung und einer darunterliegenden Cu-Plattierung enthaltenen C zu nutzen, und, dass Sn bei dem Schmelzschritt zuerst geschmolzen wird, so dass die Stabilität von auf der Oberfläche absorbiertem C erhöht wird. Ferner ist es möglich, die Rohmaterialkosten für Sn und die Kosten zum Abschälen der Sn-Plattierung zu verringern.
Um zu bewirken, dass die Legierung auf Kupferbasis C enthält, oder, um die Menge von C in der Legierung auf Kupferbasis zu erhöhen, ist es wirk sam möglich, eine Legierung einzusetzen, welche eine Verbindung aus C mit C, wie beispielsweise Fe-C, und eine Mutterlegierung eines Metalls, in dem C in einem hohen Ausmaß feststoffgelöst ist, zu verwenden. Allerdings muss die Menge an C in dem zuvor beschriebenen Komponentenbereich liegen. Es ist auch wichtig, das geschmolzene Metall ausreichend zu rühren, um zu bewirken, dass darin C dispergiert wird.
Selbst wenn es bewirkt wird, dass das geschmolzene Metall C enthält, wie zuvor beschrieben, kann C ferner bei dem Desoxidationsverfahren verloren gehen, weil C eine desoxidierende Funktion aufweist. Als Verfahren zum Verhindern des Verlusts an C, welches in dem geschmolzenen Metall feststoffgelöst oder dispergiert ist, gibt es die nachfolgenden Verfahren.
Zuerst gibt es ein Verfahren zum Beschichten der Oberfläche eines Tiegels oder Verteilers während dem Schmelzen/Gießen, wobei das Feststoffmaterial 70 Gew.-% oder mehr C, wie beispielsweise Holzkohle oder C-Pulver, enthält. Wenn dieses Verfahren eingesetzt wird, ist es möglich, den Oxidationsverlust von C zu verringern. Des Weiteren ist es möglich, einen Vorteil dadurch zu erwarten, dass bewirkt wird, dass das geschmolzene Metall durch die Reaktion des geschmolzenen Metalls mit dem Feststoffmaterial, welches 70 Gew.-% oder mehr C enthält und welches zum Beschichten der Oberfläche eingesetzt wird, C enthält. Ferner gibt es einen dahingehenden Vorteil, dass es möglich ist, die Erzeugung von Oxiden der zusätzlichen Elemente, wie beispielsweise von Sn, aufgrund der Oxidation des geschmolzenen Metalls zu inhibieren. Gleichermaßen kann wirksam ein Verfahren des Verwendens eines Tiegels zum Schmelzen, eines Tiegels zum Halten vor dem Gießen nach dem Schmelzen und eines Tiegels enthaltend 70 Gew.-% oder mehr an C als Düse eingesetzt werden.
Es gibt ferner ein Verfahren zum Nutzen eines festen Desoxidierungsmittels mit einer höheren Affinität zu O als zu C. Insbesondere gibt es ein Verfahren zum Zugeben wenigstens eines von B, Ca, Y, P, Al, Si, Mg, Sr, Mn, Be und Zr zu dem geschmolzenen Metall. Diese festen Desoxidierungsmittel können besser mit O in dem geschmolzenen Metall reagieren als die Reaktion von C mit O, um die Verringerung der Menge von C in dem geschmolzenen Metall zu verhindern. Diese festen Desoxidierungsmittel und Komponentenelemente können Verbindungen erzeugen, um während des Gießens den Kornverfeinerungseffekt in dem Barren zu verursachen.
Insbesondere enthalten die hergestellten Verbindungen Oxide, Carbide und Sulfide, wie beispielsweise B-O-, B-C-, Ca-S-, Ca-O-, Mg-O-, Si-C-, Si-O- und Al-O-Verbindungen. Diese Verbindungen werden in dem geschmolzenen Metall fein dispergiert, um während der Verfestigung als eine Nukleierungsstelle zu agieren, so dass eine Verringerung der Gussstruktur und eine gleichmäßige Korngrenze verursacht werden.
Die Menge des desoxidierenden Elements, welches dem geschmolzenen Metall zuzugeben ist, beträgt vorzugsweise 0,005% oder mehr und 0,5% oder weniger bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen Metalls, weil es nicht möglich ist, die vorteilhaften Effekte ausreichend zu erreichen, wenn diese weniger als 0,005% beträgt, und, weil es nicht ökonomisch ist, wenn diese 0,5% überschreitet. Diese zuzugebende Menge ist das Gewicht des zuzugebenden Elements und nicht die Menge der in der Legierung verbleibenden Komponente. Natürlich ist die Menge der in der Legierung enthaltenen Komponente aufgrund der Oxidation und so weiter aufgrund des Verlustes geringer als die Menge des zuzugebenden Elements.
Obwohl die zuvor beschriebenen Verfahren zum Bewirken, dass das geschmolzene Metall C enthält, und zum Verhindern der Oxidation des geschmolzenen Metalls getrennt voneinander eingesetzt werden können, gibt es besonders vorteilhafte Effekte, wenn diese Verfahren miteinander kombiniert werden.
Nachfolgend werden Beispiele für Legierungen auf Kupferbasis und für Verfahren zum Herstellen derselben gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
Beispiele 1 bis 8 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4
Es wurden Rohmaterialien jeder Legierung auf Kupferbasis mit den in der Tabelle 1 dargestellten chemischen Bestandteilen in einen Tiegel aus Silika (SiO₂) als Hauptbestandteil platziert und auf 1100°C erhitzt und bei dieser Temperatur für 30 Minuten gehalten, während die Oberfläche des geschmolzenen Metalls, welches so erhalten wurde, mit C-Pulver bedeckt wurde. Daran anschließend wurde mittels einer vertikalen kleinen Stranggießmaschine ein Barren mit einer Größe von 30 mm × 70 mm × 1000 mm gegossen. Mit Sn plattierte Abfälle von JISC 2600 (Cu-30Zn) mit den in der Tabelle 1 gezeigten Gewichtsprozentsätzen wurden als Rohmaterialien für jede Legierung auf Kupferbasis eingesetzt und es wurden sauerstofffreies Kupfer (JISC 1020), Zn-Barren und Sn-Barren als andere Rohmaterialien zum Einstellen der Bestandteile eingesetzt. Des Weiteren wurden durch Schmelzen von Cu-B-, von Cu-Mg- und von Cu-Si-Mutterlegierungen mit den Rohmaterialien B, Mg und Si als Desoxidationsmittel zugegeben. Ferner wurden Cr und Ni durch Verwenden von Cu-Cr-Mutterlegierung und Ni-Barren zugegeben. Ferner wurden in dem Vergleichsbeispiel 4 Abfälle von kommerziell erhältlichem, sauerstofffreiem Kupfer eingesetzt und der Rest wurde so eingestellt, dass dieser vorbestimmte Mengen an Zn und Sn enthielt.
Daran anschließend wurde jeder Barren in einer Atmosphäre aus einer Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff in einem Verhältnis von eins zu eins auf eine Temperatur von 820°C bis 850°C erhitzt. Dann wurde das Heißwalzen so durchgeführt, dass der Barren eine Dicke von 5 mm aufwies. Die Warmumformbarkeit eines jeden der heiß gewalzten Teststücke wurde auf der Basis der Anwesenheit von Rissen auf der Oberfläche und auf den Kanten hiervon evaluiert. Bei dieser Evaluierung wurde die Warmumformbarkeit als "gut" bewertet, wenn nach dem Beizen der Oberfläche durch ein 24-Antriebssteroskopmikroskop keine Risse beobachtet wurden, und als "schlecht" bewertet, wenn Risse beobachtet wurden. Die Evaluierungsergebnisse der Warmumformbarkeit sind in der Tabelle 2 gezeigt.

Im Hinblick auf die Analyse der in der Tabelle 1 gezeigten chemischen Bestandteile wurde zum Analysieren die Analyse von C und S von aus dem zentralen Abschnitt eines jeden der heiß gewalzten Teststücke in lateralen Richtungen ausgeschnittenen Proben mittels eines Kohlenstoff/Schwefel-Spurenanalysiergeräts (EMIA-U510 hergestellt von Horiba Co., Ltd.) durchgeführt und wurde die Analyse der anderen Elemente mittels eines ICP-Massenspektrometers (AGILENT 7500i hergestellt von HP Company) durchgeführt. In der Tabelle 1 wurde "-" vergeben, wenn die Menge an C und an S 10 ppm oder weniger betrug, und es wurde "-" vergeben, wenn die durch "andere" bezeichneten Elemente nicht zugegeben wurden. Tabelle 1

						Gewichtsprozentsatz
	Zn	Sn	C	S		von plattiertem
	(Gew.-%)	(Gew.-%)	(ppm)	(ppm)	Andere	Abfall
Bsp. 1	25,2	0,91	90	-	-	20
Bsp. 2	25,3	0,72	440	-	-	50
Bsp. 3	24,8	0,73	200	-	B: 10 ppm	20
Bsp. 4	25,1	1,12	250	-	B: 10 ppm	50
Bsp. 5	25,1	0,79	160	20	Mg: 0,1 Gew.-%	50
Bsp. 6	25,0	0,61	80	-	Si: 0,2 Gew.-%	50
Bsp. 7	23,8	0,88	200	15	Ni: 0,3 Gew.-%	40
Bsp. 8	21,3	1,52	90	-	-	30
VBsp. 1	23,8	0,85	-	-	-	0
VBsp. 2	24,9	0,72	15	-	-	10
VBsp. 3	24,1	0,81	15	-	Cr: 0,1 Gew.-%	0
VBsp. 4	24,9	0,76	-	15	-	0

Tabelle 2

	Heißwalzuntersuchungsergebnisse
Beispiel 1	gut
Beispiel 2	gut
Beispiel 3	gut
Beispiel 4	gut
Beispiel 5	gut
Beispiel 6	gut
Beispiel 7	gut
Beispiel 8	gut
Vergleichsbeispiel 1	schlecht
Vergleichsbeispiel 2	schlecht
Vergleichsbeispiel 3	schlecht
Vergleichsbeispiel 4	schlecht

Wie in der Tabelle 2 dargestellt, wurden keine Risse beobachtet, wenn die Legierungen auf Kupferbasis in den Beispielen 1 bis 8 heißgewalzt wur den, so dass es herausgefunden worden ist, dass die Legierungen auf Kupferbasis in den Beispielen 1 bis 8 eine exzellente Warmumformbarkeit aufwiesen. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 4, in denen die Menge an C gering war, wurde durch das Heißwalzen eine Vielzahl von Rissen erzeugt, welche sich in Richtungen quer zu der Walzrichtung erstreckten. Die Teilstücke mit Rissen wurden durch ein optisches Mikroskop nach der Ätzung beobachtet. Als ein Ergebnis wurde verifiziert, dass die Risse interkristalline Risse waren, weil sich die Risse entlang der Korngrenze erstreckten.
Durch einen Vergleich der Beispiele 1 bis 8 mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 kann gesehen werden, dass es möglich ist, durch Schmelzen und Gießen in einem Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis gemäß der vorliegenden Erfindung zu bewirken, dass eine Legierung auf Kupferbasis C enthält.
Beispiele 9, 10 und Vergleichsbeispiel 5
Um den Einfluss von C auf die Warmumformbarkeit bei Bedingungen größerer Ausmaße zu verifizieren, wurden 15.000 kg jeder Legierung auf Kupferbasis mit den in der Tabelle 3 angegebenen chemischen Komponenten in einem hauptsächlich aus Silika gebildeten Tiegel geschmolzen. Aus jeder Legierung auf Kupferbasis wurden mittels einer vertikalen Stranggießmaschine vier Barren mit einer Größe von 180 mm × 500 mm × 3600 mm erhalten. Bei diesem Gießen wurde eine Kupferform eingesetzt, welche durch Gießen einer Cu-Zn-Legierung, wie beispielsweise JIS C2600 oder JIS C2801, für 5.000 mal oder mehr bei wiederholten Polieren der Oberfläche der Form ausreichend abgenutzt wurde. Tabelle 3

Zn (Gew.-%) Sn (Gew.-%) C (ppm) S (ppm) O (ppm)

Bsp. 9 25,1 0,82 230 - 30

Bsp. 10 24,8 0,73 90 - 20

VBsp. 5 24,9 0,76 - 10 20
Bezüglich der Legierungen auf Kupferbasis der Beispiele 9 und 10 wurden als Hauptrohmaterialien mit Sn plattierte Abfälle von JIS C2600 mit Öl auf der Oberfläche hiervon eingesetzt. Als die Legierungen auf Kupferbasis der Beispiele 9 und 10 gegossen worden waren, wurden die Oberfläche des Tiegels und die Oberfläche der Umschwenkschale mit Bezug auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls während des Schmelzens und Gießens mit Holzkohle und Kohlenstoffpulver bedeckt. Andererseits wurden in der Legierung auf Kupferbasis des Vergleichsbeispiels 5 als Rohmaterialien für Cu Abfälle von JIS C1020 und C1100 mit einem C-Gehalt von 10 ppm oder weniger eingesetzt und diese wurden gegossen, während das geschmolzene Metall während des Schmelzens und des Gießens mit Kohlenstoffpulver bedeckt war. Daher kontaktierte in der Legierung auf Kupferbasis in dem Vergleichsbeispiel 5 lediglich die Oberfläche des geschmolzenen Metalls C.
Daran anschließend wurde der Barren für zwei Stunden bei 870°C gehalten und dann wurde der Barren heißgewalzt, um ein heiß gewalztes Material mit einer Dicke von 10,3 mm zu erhalten. Bei diesem Verfahren wurde die Oberfläche des heiß gewalzten Materials beobachtet. Als ein Ergebnis hiervon wurde die Oberfläche des heiß gewalzten Materials als "gut" beurteilt, wenn in allen vier Spiralen keine Risse beobachtet wurden, und als "schlecht" beurteilt, wenn Risse beobachtet wurden. Die Evaluierungsergebnisse der Warmumformbarkeit sind in der Tabelle 4 gezeigt.
Die Bestandteile wurden auf dieselbe Weise wie in dem Beispiel 1 kontrolliert und analysiert. Der Sauerstoff wurde mittels eines simultanen Sauerstoff/Stickstoff-Analysiergeräts (TC-436 hergestellt von LECO Company) analysiert. Tabelle 4

Heißwalzuntersuchungsergebnisse

Beispiel 9 gut

Beispiel 10 gut

Vergleichsbeispiel 5 schlecht
Mit Bezug zu jedem der Beispiele 9, 10 und des Vergleichsbeispiels 5 wurde während des Gießens ein guter Barren ohne Oberflächendefekte erhalten. Als die Oberfläche des Barrens beobachtet wurde, gab es keinen Unterschied zwischen den Beispielen 9 und 10 und dem Vergleichsbeispiel 5.
Wie in der Tabelle 4 dargestellt, wurde es verifiziert, dass die Legierungen auf Kupferbasis der Beispiele 9 und 10, welche 230 ppm bzw. 90 ppm C enthielten, während des Gießens und des Heißwalzens keine Risse aufwiesen und eine exzellente Warmumformbarkeit aufwiesen. In dem Vergleichsbeispiel 5, bei dem das Heißwalzen unter denselben Bedingungen durchgeführt wurde, wurde während des Heißwalzens eine Vielzahl von Rissen beobachtet.
Folglich weisen die Legierungen auf Kupferbasis der Beispiele 9 und 10 eine exzellente Warmumformbarkeit auf, wobei das Auftreten von Rissen während des Heißwalzens verhindert werden kann, so dass es möglich ist, Produkte in einer guten Ausbeute zu erhalten.
Es kann gesehen werden, dass mit dem Verfahren der Beispiele 9 und 10 eine Legierung auf Kupferbasis gegossen werden kann, bei der in dem Barren C vorliegt. Nachdem C die Vorder- und Rückseiten des Barrens analysiert wurden, gab es einen kleinen Unterschied zwischen diesen.
Beispiel 11 und Vergleichsbeispiele 6 und 7
Um die Eigenschaften von wie zuvor beschrieben hergestellten Stab-/Barren-Materialien zu verifizieren, wurde in dem Beispiel 11 wurde dieselbe Basislegierung wie diejenige aus dem Beispiel 10 wiederholt kalt gewalzt und ausgeglüht, um ein kalt gewalztes Material mit einer Dicke von 1 mm und mit einer Korngröße von ungefähr 10 μm zu erhalten. Dann wurde das so erhaltene, kalt gewalzte Material so gewalzt, dass dieses eine Dicke von 0,25 mm aufwies, und in dem letzten Schritt bei einer Temperatur von 230°C Niedrigtemperatur ausgeglüht. Aus dem so erhaltenen Stab/Barren wurde ein Teststück erhalten.
Für den so erhaltenen Stab/Barren wurden die 0,2% Dehnungsgrenze, die Bruchfestigkeit, das Young-Modul, die Leitfähigkeit, die Spannungsrelaxationsrate und die Spannungskorrosionsrißlebensdauer gemessen. Die 0,2% Dehnungsgrenze, die Bruchfestigkeit und das Young-Modul wurden gemäß der JIS-Z-2241 gemessen und die Leitfähigkeit wurde gemäß der JIS-H-0505 gemessen. Die Spannungsrelaxationsuntersuchung wurde in den Richtungen parallel zu der Walzrichtung durch Anwenden einer Biegebeanspruchung, welche 80% von 0,2% Dehnungsbeanspruchung betrug, auf die Oberfläche der Probe, Halten der Probe bei 150°C für 500 Stunden und Messen des Biegeverhaltens durchgeführt. Die Spannungsrelaxationsrate wurde durch die nachfolgende Formel berechnet: Spannungsrelaxationsrate (%) = [(L1 – L2)/(L1 – L0)] × 100,worin L₀ die Länge (mm) eines Werkzeugs ist, L₁ die Länge (mm) einer Probe am Anfang ist und L₂ die horizontale Entfernung (mm) zwischen den Enden der Probe nach der Behandlung ist.
Die Spannungskorrosionsrißuntersuchung wurde in Richtungen parallel zu der Walzrichtung durch Anwenden einer Biegebeanspruchung, welche 80% von 0,2% Dehnungsbeanspruchung betrug, und Halten der Probe in einem Exsikkator, welcher 12,5% wässriges Ammoniak enthielt, durchgeführt. Jede Verweildauer betrug 10 Minuten und der Test wurde für 150 Minuten durchgeführt. Nach der Aussetzung wurden die Teststücke zu jeder Verweilzeit herausgenommen. Dann wurde die Probe gebeizt, um, falls erforderlich, einen Film darauf zu entfernen, und mittels eines optischen Mikroskops mit einer Vergrößerungskraft von 100 wurden in der Probe Risse beobachtet. Die Spannungskorrosionsrißlebensdauer wurde so eingestellt, dass diese vor der Verifikation von Rissen 10 Minuten betrug.

Als Vergleichsbeispiele wurden zum Durchführen desselben Tests wie dem in dem Beispiel 11 eine Legierung auf Kupferbasis (Vergleichsbeispiel 6), welche durch Kaltwalzen und Ausglühen einer Legierung auf Kupferbasis, welche dieselben Komponenten wie diejenigen in dem Vergleichsbeispiel 5 enthielt, auf die gleiche Weise wie in dem Beispiel 11 erhalten wurde, und ein SH (H08)-Material (Vergleichsbeispiel 7) mit der höchsten Festigkeit unter den kommerziell erhältlichen Messingen (C2600) eingesetzt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5

		Bsp. 11	VBsp. 6	VBsp. 7
Modul der	L. D.	109	109	112
Längselastizität	T. D.	116	118	119

Bruchfestigkeit	L. D.	821	818	672
(N/mm²)	T. D.	931	930	791

0,2% Dehnungs	L. D.	856	850	641
grenze	T. D	819	820	715

Leitfähigkeit		24,8	25,4	27,2
(% LACS)

Spannungs		15,4	18,2	49,2
relaxations
rate (%)

Spannungs		120	100	20
korrosionsriß
lebensdauer (min)

Anmerkung:

L. D.: Richtung parallel zu der Walzrichtung
T. D.: Richtung senkrecht zu der Walzrichtung

Aus den in der Tabelle 5 gezeigten Ergebnissen kann gesehen werden, dass die Legierung auf Kupferbasis in dem Beispiel 11 eine exzellentere Spannungskorrosionsrißbeständigkeit und Spannungsrelaxationsbeständigkeit als diejenigen der Cu-Zn-Sn-Legierungen aufwiesen, weil diese C enthält. Es kann auch gesehen werden, dass die Legierung auf Kupferbasis des Beispiels 11 exzellente mechanische Eigenschaften und eine exzellente Leitfähigkeit aufweist und für das Material von Verbindungsstücken am besten geeignet ist.
Wie zuvor beschrieben, weist eine Legierung auf Kupferbasis gemäß der vorliegenden Erfindung eine exzellente Warmumformbarkeit auf und kann ein Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis gemäß der vorliegenden Erfindung leicht eine Legierung auf Kupferbasis in guter Ausbeute ergeben durch Bewirken, dass die Legierung auf Kupferbasis eine sehr geringe Menge von C enthält. Ferner ist es möglich, wenn eine Legierung auf Kupferbasis gemäß der vorliegenden Erfindung als das Material von elektrischen/elektronischen Teilen, wie beispielsweise von Anschlüssen und von Verbindungsstücken, und von Federn, eingesetzt wird, Teile mit exzellenten Federeigenschaften kostengünstige herzustellen.

Claims

Legierung auf Kupferbasis bestehend aus: 8 bis 45 Gew.-% Zink, 0,2 bis 12,0 Gew.-% Zinn, 20 bis 1000 ppm Kohlenstoff, optional einem oder mehreren Elementen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus 0,01 bis 0,2 Gew.-% Silizium, 0,01 bis 0,3 Gew.-% Nickel, 0,01 bis 0,1 Gew.-% Magnesium sowie 0,0005 bis 0,001 Gew.-% Bor besteht, sowie dem Rest Kupfer und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 1, wobei der prozentuale Volumenanteil einer von einer alpha-Phase verschiedenen Phase mit einem Schmelzpunkt von 800°C oder weniger 20% oder weniger beträgt.
Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 1, wobei der Unterschied in der Temperatur zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien 30°C oder mehr beträgt.
Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: Erhitzen und Schmelzen von Rohmaterialien einer Legierung auf Kupferbasis, welche 8 bis 45 Gew.-% Zink, 0,2 bis 12,0 Gew.-% Zinn sowie optional ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,01 bis 0,2 Gew.-% Silizium, 0,01 bis 0,3 Gew.-% Nickel, 0,01 bis 0,1 Gew.-% Magnesium sowie 0,0005 bis 0,001 Gew.-% Bor enthält, Bewirken, dass die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis 20 bis 1000 ppm Kohlenstoff enthalten, sowie Abkühlen der Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis, wobei die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis auf der Oberfläche hiervon absorbierten Kohlenstoff enthalten.
Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 4, wobei die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis eine Kohlenstoff enthaltende Mutterlegierung enthalten.
Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 4, wobei die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis 20% oder mehr einer Legierung auf Kupferbasis mit einer Liquiduslinientemperatur von 1050°C oder weniger bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen Metalls der Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis enthalten.
Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 6, wobei die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis ein Material enthalten, welches mit Zinn oberflächenbehandelt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 4, wobei die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis in einem Gefäß erhitzt werden und geschmolzen werden, welches mit einem Feststoffmaterial beschichtet ist, das 70 Gew.-% oder mehr Kohlenstoff enthält.
Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 4, welches des Weiteren einen Schritt der Zugabe eines festen Reduktionsmittels umfasst, welches eine stärkere Affinität zu Sauerstoff als zu Kohlenstoff aufweist, wenn die Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis geschmolzen werden.
Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 9, wobei das feste Reduktionsmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus B, Ca, Y, P, Al, Si, Mg, Sr und Be besteht, wobei die Menge des festen Reduktionsmittels bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen Metalls der Rohmaterialien der Legierung auf Kupferbasis 0,005 bis 0,5 Gew.-% beträgt.
Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 4, wobei der prozentuale Volumenanteil einer von einer alpha-Phase verschiedenen Phase der Legierung auf Kupferbasis mit einem Schmelzpunkt von 800°C oder weniger 20% oder weniger beträgt.
Verfahren zum Herstellen einer Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 4, wobei der Unterschied in der Temperatur zwischen den Liquidus- und Solidus-Linien der Legierung auf Kupferbasis 30°C oder mehr beträgt.