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Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Leiter aus
Cu-Fe-P-Basislegierungen, die für die Verwendung in einem
Kraftfahrzeugkabelbaum geeignet sind, da sie eine hohe
Festigkeit gegenüber mechanischen Stößen aufweisen und gute
elektrische Eigenschaften, insbesondere hohe Leitfähigkeit,
und da das Gewicht des Fahrzeugkabelbaumes reduziert werden
kann, wenn eine solche Legierung verwendet wird.
Hintergrund der Erfindung
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Kraftfahrzeuge werden im allgemeinen in zwei Gruppen
unterteilt, abhängig davon, ob das Schaltgetriebe manuell oder
automatisch ist. Weiche Kupferdrähte werden vorwiegend als
elektrische Leiter in einem Kraftfahrzeugkabelbaum
verwendet. Da die Kraftfahrzeuge mit einem automatischen
Getriebesystem heutzutage eine größere Akzeptanz erfahren, ist eine
Verschiebung von der Verwendung eines Vergasers zu einem
elektronischen Kraftstoffeinspritzsystem aufgetreten, mit
einer entsprechenden Zunahme der Anzahl elektronischer
Instrumente und anderer Vorrichtungen in den Fahrzeugen. Als
ein Resultat dieser Situation, ist die Anzahl elektrischer
und elektronischer Schaltkreise in einem Kraftfahrzeug so
deutlich angestiegen, daß nicht nur eine Zunahme des Raums
in dem Kraftfahrzeug, welcher durch den Kabelbaum belegt
ist, sondern auch eine Zunahme des Gewichts des
Fahrzeugkabelbaums auftrat. Von dem Gesichtspunkt der
Brennstoffökonomie aus, sollte das Gewicht des Fahrzeugs vorzugsweise so
niedrig wie möglich sein und die Zunahme des Volumens des
Kraftfahrzeugkabelbaums stimmt mit dieser Aufgabe nicht
überein. Daher tritt eine Notwenigkeit auf, das Gewicht und
den Raum des Kabelbaums zu dem dem grundlegenden Zweck der
Verringerung des Gewichts des Fahrzeuges zu reduzieren.
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Theoretisch ist ein sehr dünner Draht bzw. Leiter, wie eine
Leitung, ausreichend in einem Stromkreis mit niedriger
Stromstärke verwendet zu werden, wie solche, die
Mikrocomputer in einem Kraftfahrzeugkabelbaum einschließen. In der
Praxis sind jedoch die Erschütterungen, die sich entwickeln,
wenn das Kraftfahrzeug betrieben wird, so groß, daß, bei
Fehlen hoher mechanischer Festigkeit, die Verbindungen
unterbrochen werden oder ein Brechen der Kabel auftreten kann,
und so ein sanftes Betreiben des Fahrzeugs verhindert wird.
Um daher eine ausreichende mechanische Festigkeit
sicherzustellen, war es notwendig, dickere Leiter zu verwenden, als
der im Hinblick auf die elektrischen Anforderungen
theoretisch notwendige Durchmesser.
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Um leichtere elektrische Drähte zu realisieren, wurden
Hartkupferdrähte in Betracht gezogen, die bei geringen
Leiterdurchmessern eine mechanische Festigkeit sicherstellen
können. Die Verlängerung des Hartkupfers ist jedoch so gering,
daß auch wenn zwei Anschlüsse aus Hartkupferdrähten durch
Thermokompression miteinander verbunden werden, die
Verbindung bei einer äußerlich ausgeübten mechanischen Last
beschädigt werden kann. Daher ist die Fläche, an der die
Anschlüsse durch Thermokompression verbunden sind, ein
schwacher mechanischer Punkt, der leicht bei äußeren Stößen
bricht und daher eine geringe Zuverlässigkeit besitzt.
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Das Gewicht des Kraftfahrzeugkabelbaums könnte durch den
Einsatz von Leitern mit geringerem Durchmesser reduziert
werden, bei den herkömmlichen Weichkupferdrähten kann der
äußere Durchmesser eines Leiters jedoch nicht ohne den
Verlust der mechanischen Festigkeit reduziert werden. Aus
diesen Gründen wurden Cu-Sn-Legierungen, Cu-Fe-P-Legierungen,
die als Leitungsmaterial ien geeignet sind,
Cu-Fe-P-Ni-Sn-Legierungen etc. als Kupferlegierungen entwickelt, die hohe
Festigkeit, verbesserte Zyklus-Biegefestigkeit und gute
elektrische Leittähigkeit aufweisen und welche, als ein
Ergebnis, die Produktion von Leitern mit ausreichender
mechanischer
Festigkeit sicherstellen, auch wenn ihr äußerer
Durchmesser verringert ist.
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Wie in der JP-B-60-30043 (der hier verwendete Ausdruck
"JP-B" bedeutet eine "geprüfte japanische
Patentveröffentlichung") zeigen Cu-Sn-Legierungen ausreichender Verlängerung
und zyklische Biegefestigkeit. Obwohl ihre Zugfestigkeit
dadurch verbessert ist, daß eine feste Lösung aus Sn gebildet
wird, ist die Verbesserung immer noch unzureichend. Ein
weiterer Nachteil von Cu-Sn-Legierungen ist ihre niedrige
Leitfähigkeit. Cu-Fe-P-Legierungen wurden entworfen, um eine
verbesserte Leitfähigkeit und Zugfestigkeit bereitzustellen,
durch das Dispergieren und/oder Ausfällen einer
Fe-P-Verbindung in dieser. Die Verlängerung und die zyklische
Biegefestigkeit von Cu-Fe-P-Legierungen ist jedoch zu gering, um
ihre Verwendung als Leitermaterialien zu rechtfertigen.
Cu-Fe-P-Ni-Sn-Legierungen sollen verbesserte Zugfestigkeit
durch das Dispergieren und/oder Ausfällen einer
Fe-P-Verbindung und durch das Bilden einer festen Lösung aus Sn
bereitstellen. Obwohl Cu-Fe-P-Ni-Sn-Legierungen eine
ausgezeichnete Verlängerung und zyklische Biegefestigkeit aufweisen,
zeigen sie den Nachteil, daß Sn in solch einer großen Menge
aufgelöst ist, daß ein wesentlicher Abfall der elektrischen
Leitfähigkeit auftritt.
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US-A-2155406 beschreibt elektrische Leiter mit hoher
elektrischer Leitfähigkeit und hoher Zugfestigkeit, bestehend
aus einer Cu-Fe-P-Basislegierung, jedoch mit Zugaben aus
wenigstens einem aus Sn und Zn. Die spezifischen
Ausführungsformen, die in der US-A-2155406 offenbart sind, zeigen alle
elektrischen Leitfähigkeiten von weniger als 50% IACS.
Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende
Erfindung elektrische Leiter für Kraftfahrzeugkabelbäume zur
Verfügung, die eine ausreichend hohe Festigkeit gegen
mechanische
Stöße aufweisen, und die eine hohe Leitfähigkeit
gleichwertig mit wenigstens 80% IACS als eine elektrische
Eigenschaft zeigen und die ein geringes Gewicht besitzen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen diese elektrischen
Leiter aus:
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(A) 0,15 - 1,0 Gew.-% Fe,
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(B) 0,05 - 0,3 Gew.-% P und
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(C) (a) 0,01 - 0,1 Gew.-% Ni und
0,01 - 0,05 Gew.-% Si oder
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(b) 0,01 - 0,1 Gew.-% Ni und
0,005 - 0,05 Gew.-% B oder
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(c) 0,05 - 0,3 Gew.-% Mg und
0,05 - 0,3 Gew.-% Pb oder
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(d) 0,01 - 0,1 Gew.-% Mn und
0,005 - 0,05 Gew.-% Si,
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wobei der Rest aus Cu besteht.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Zeichung stellt das Verfahren der Durchführung eines
zyklischen Biegeversuchs an Beispielen der vorliegenden
Erfindung und an Vergleichsbeispielen dar, wobei 1 eine
Vorrichtung ist, 2 ein Probestück und W die Zuglast ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
werden Fe-P- und Fe-Ni-Verbindungen in der Cu-Matrixphase
dispergiert und/oder ausgefällt, um so die Leitfähigkeit und
die Zugfestigkeit zu verbessern und des weiteren wird die
Verlängerung nicht nur durch die Ausfällung einer
Si-Ni-Verbindung, sondern auch durch die desoxidierende Wirkung von
Si verbessert.
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In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der Fe-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,15 - 1,0
Gew.-% aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt der
Fe-Gehalt niedriger als 0,15 Gew.-%, ist die Verbesserung
der Zugfestigkeit durch das Ausfällen einer Fe-P-Verbindung
gering. Liegt der Fe-Gehalt über 1,0 Gew.-%, löst sich mehr
Fe in der Cu-Matrixphase und die Leitfähigkeit der Legierung
wird wesentlich verschlechtert.
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In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der P-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,05 - 0,3
Gew.-% aus den folgenden Gründen eingestellt. Ist der
P-Gehalt niedriger als 0,05 Gew.-%, ist die Verbesserung der
Zugfestigkeit durch die Ausfällung einer P-Fe-Verbindung
gering. Überschreitet der P-Gehalt 0,3 Gew.-%, wird mehr P in
der Cu-Matrixphase gelöst und bewirkt eine Reduktion der
Leitfähigkeit.
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In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der Ni-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,01 bis 0,1
Gew. -% aus den folgenden Gründen eingestellt. Ist der
Ni-Gehalt niedriger als 0,01 Gew.-%, fällt eine Ni-Fe-Verbindung
nicht in einer ausreichenden Menge aus, um die Zugfestigkeit
zu verbessern. Überschreitet der Ni-Gehalt 0,1 Gew.-%,
verringert sich die Leitfähigkeit.
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In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der Si-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,01 - 0, 5
Gew.-% aus den folgenden Gründen eingestellt. Ist der
Si-Gehalt niedriger als 0,01 Gew.-%, dann ist die Verbesserung
der Verlängerung und der zyklischen Biegefestigkeit durch
das Ausfällen einer Ni-Si-Verbindung und durch die
desoxidierende Wirkung des Si gering. Überschreitet der Si-Gehalt
0,05 Gew.-%, verringert sich die Leitfähigkeit.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind Fe-P- und Fe-Ni-Verbindungen auch in der Cu-Matrixphase
dispergiert und/oder ausgefällt, um die Leitfähigkeit und
die Zugfestigkeit zu verbessern und des weiteren werden die
Verlängerung und die zyklische Biegefestigkeit nicht nur
durch die desoxidierende Wirkung des B, sondern auch durch
die Ausfällung einer B-Fe-Verbindung verbessert.
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In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der Fe-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,15 - 1,0
Gew.-% aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt der
Fe-Gehalt niedriger als 0,15 Gew.-%, ist die Verbesserung
der Zugfestigkeit durch das Ausfällen einer Fe-P-Verbindung
gering. Überschreitet der Fe-Gehalt 1,0 Gew.-%, löst sich
mehr Fe in der Cu-Matrixphase und die Leitfähigkeit der
Legierung wird wesentlich verschlechtert.
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In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der P-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,05 - 0,3
Gew.-% aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt der
P-Gehalt unter 0,05 Gew.-%, ist die Verbesserung der
Zugfestigkeit durch das Ausfällen einer P-Fe-Verbindung gering.
Überschreitet der P-Gehalt 0,3 Gew.-%, wird sich mehr P in
der Cu-Matrixphase lösen und bewirkt eine Reduktion der
Leitfähigkeit.
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In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der Ni-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,01 - 0,1
Gew.-% aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt der
Ni-Gehalt bei weniger als 0,01 Gew.-%, fällt eine
Ni-Fe-Verbindung nicht in einer ausreichenden Menge aus, um die
Zugfestigkeit zu verbessern. Überschreitet der Ni-Gehalt 0,1
Gew.-%, verringert sich die Leitfähigkeit.
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In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der B-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,005 - 0,5
Gew. -% aus den folgenden Gründen eingestellt. Beträgt der
B-Gehalt weniger als 0,005 Gew.-%, ist die Verbesserung in
der Verlängerung und der zyklischen Biegefestigkeit durch
die desoxidierende Wirkung von B und durch das Ausfällen
einer B-Fe-Verbindung gering. Überschreitet der B-Gehalt
0,05 Gew.-%, verringert sich nicht nur die Leitfähigkeit,
sondern auch die Bearbeitbarkeit der Legierung wird
verschlechtert.
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Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
werden Fe-, P- und Mg-Verbindungen in der Cu-Matrixphase
dispergiert und/oder ausgefällt, um so die Leitfähigkeit und
die Zugfestigkeit zu verbessern und des weiteren werden die
Verlängerung und die zyklische Biegefestigkeit durch die
Zugabe von Pb verbessert.
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In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
der Fe-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,15 - 1,0 Gew.%
aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt der Fe-Gehalt
unter 0,15 Gew.-%, ist die Verbesserung der Zugfestigkeit
durch das Ausfällen der Fe-P- und Fe-Mg-Verbindungen gering.
Überschreitet der Fe-Gehalt 1,0 Gew.-%, wird mehr Fe in der
Cu-Matrixphase gelöst und die Leitfähigkeit der Legierung
wird wesentlich verschlechtert.
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In der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der P-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,05 - 0,3
Gew.-% aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt der
P-Gehalt unter 0,05 Gew.-%, ist die Verbes.serung der
Zugfestigkeit durch das Ausfällen der P-Fe- und P-Mg-Verbindungen
gering. Überschreitet der P-Gehalt 0, 3 Gew.-%, wird sich
mehr P in der Cu-Matrixphase auflösen und eine Reduktion der
Leitfähigkeit auftreten.
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In der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der Mg-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,05 - 0,03
Gew.-% aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt das Mg
unter 0,05 Gew.-%, werden sich Mg-Fe- und Mg-P-Verbindungen
nicht in ausreichenden Mengen ausfällen, um die
Zugfestigkeit zu verbessern. Überschreitet der Mg-Gehalt 0, 3 Gew.-%,
verringert sich die Gießfähigkeit. Zusätzlich löst sich mehr
Mg in der Cu-Matrixphase, so daß eine Reduktion der
Leitfähigkeit auftreten.
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In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
der Pb-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,05 - 0,3 Gew. %
aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt der Pb-Gehalt
unter 0,05 Gew.-%, ist die Verringerung der Verlängerung und
die zyklische Biegefestigkeit gering. Überschreitet der
Pb-Gehalt 0,3 Gew.-%, werden sich grobe Pb-Körner an den
Korngrenzen von Cu- ausfällen und die Zugfestigkeit, die
Ausdehnung und die zyklische Biegefestigkeit eher verringern
als erhöhen.
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In der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der Fe-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,15 - 0,1
Gew. -% aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt der
Fe-Gehalt unter 0,15 Gew.-%, ist die Verbesserung der
Zugfestigkeit durch das Ausfällen einer Fe-P-Verbindung gering.
Überschreitet der Fe-Gehalt 1,0 Gew.-%, wird sich mehr Fe in
der Cu-Matrixphase auflösen und die Leitfähigkeit der
Legierung wird wesentlich verschlechtert.
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In dieser vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der P-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,05 - 0,3
Gew.-% aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt der
P-Gehalt unter 0,05 Gew.-%, wird die Verbesserung der
Zugfestigkeit durch das Ausfällen einer P-Fe-Verbindung gering.
Des weiteren ist die Verbesserung der Ausdehnung, die durch
das Ausfällen einer P-Mn-Verbindungt erzielt werden kann,
vernachlässigbar. Überschreitet der P-Gehalt 0,3 Gew.-%,
wird sich mehr P in der Cu-Matrixphase auflösen, wodurch
eine Reduktion die Leitfähigkeit auftritt.
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In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
der Mn-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,01 - 0,1 Gew. -%
aus den folgenden Gründen eingestellt. Liegt der Mn-Gehalt
unter 0,01 Gew.-%, ist nicht nur die Verbesserung der
Zugfestigkeit durch das Auflösen des Mn gering, sondern auch die
Verbesserung der Verlängerung durch das Ausfällen der Mn-P-
oder Mn-Si-Verbindung ist gering. Überschreitet der
Mn-Gehalt 0,1 Gew.-%, wird sich mehr Mn in der Cu-Matrixphase
auflösen und bewirkt eine Reduktion der Leitfähigkeit.
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In der vierten Ausführungsform wird der Si-Gehalt innerhalb
des Bereichs von 0,005 - 0,05 Gew.-% aus den folgenden
Gründen eingestellt. Liegt der Si-Gehalt unter 0,005 Gew.-%, ist
die Verbesserung der Verlängerung aufgrund der Ausfällung
einer Si-Mn-Verbindung gering. Überschreitet der Si-Gehalt
0,05 Gew.-%, verringert sich die Leitfähigkeit.
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Die vorliegende Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme
auf die folgenden Beispiele beschrieben.
BEISPIEL 1
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Mit Holzkohle beschichtetes Kupfer wurde in einer
Inertgasatmosphäre geschmolzen und Fe, P, Ni und Si wurden in der
Form einer Mutterlegierung hinzugefügt, um homogene
Schmelzen zu erhalten. Diese Schmelzen wurden kontinuierlich in
Barren (20 mm ∅) mit den in der nachfolgenden Tabelle 1
dargestellten Zusammensetzungen gegossen. Die Barren wurden
kaltgewalzt und in Drähte (3,2 mm ∅) gezogen, welche einer
Mischkristallbehandlung (solid solution treatment) in einer
Inertgasatmosphäre bei ca.900ºC für eine Stunde unterworfen
wurden, mit Wasser abgekühlt wurden, und des weiteren auf
einen Durchmesser von 1,0 min gezogen wurden, und
letztendlich in einer Inertgasatmosphäre bei 480ºC 2 Stunden
gealtert wurden. Messungen der Zugfestigkeit, der Verlängerung,
der Leitfähigkeit und der zyklischen Biegefestigkeit des so
erhaltenen Drahtes wurden durchgeführt. Die gleichen
Verfahren wurden an den unten dargestellten Vergleichsbeispielen
wiederholt.
TABELLE 1
Legierung
Zusammensetzung (Gew.-%)
Leitfähig
Zugfestigkeit
Verlängerung
zyklische Biegung
Fesigkeit (Zyklen)
Beispiel 1
Vergleichsbeispiele
hartes Cu
weiches Cu
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Das durchgeführte Biegeversuchverfahren ist in der Zeichnung
dargestellt. Das an einem Ende einer Vorrichtung 1 fixierte
Probestück 2 wurde einer 900 zyklischen Biegung unterworfen,
wobei eine Zuglast (W) von 2 kg an dem anderen Ende
angebracht war. Ein Biegezyklus bestand aus vier Schritten,
entsprechend (A), (B), (C) und (D), wie in der Zeichnung
dargestellt. Der Versuch wurde fortgesetzt, bis die Probe brach
und die Anzahl der Zyklen die bis zum Bruch notwendig waren,
wurden als ein Index der zyklischen Biegefestigkeit der
Probe verwendet.
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Wie aus dem Vergleich der Resultate des Beispiels 1 mit den
in der obigen Tabelle 1 dargestellten Vergleichsbeispielen
deutlich wird, kann eine verbesserte Leitfähigkeit und
Zugfestigkeit durch das Dispergieren und/oder Ausfällen von
Fe-P- und Fe-Ni-Verbindungen gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Insbesondere
können durch die Ausfällung von Fe-P- und
Fe-Ni-Verbindungen, die bei der Alterungsbehandlung auftritt
Zugfestigkeitswerte sichergestellt werden, die vergleichbar oder
besser als die vom harten Kupfer sind. Obwohl eine geringe
Reduktion der Leitfähigkeit aufgrund von
Legierungselementspuren, die in der Cu-Matrixphase aufgelöst sind
unvermeidbar ist, können Leitfähigkeitswerte erzielt werden, die
wenigstens 80% IACS entsprechen. Gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Verlängerung nicht
so gut wie in dem Fall von weichem Kupfer, welches als ein
Vergleichsbeispiel getestet wurde, ist jedoch 7 - 8 mal
höher als der Wert für hartes Kupfer, welches ein anderes
Vergleichsbeispiel ist. Die zyklische Biegefestigkeit ist
vergleichbar mit dem Wert für weiches Kupfer.
BEISPIEL 2
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Mit Holzkohle beschichtetes Kupfer wurde in einer
Inertgasatmosphäre geschmolzen und Fe, P, Ni und B wurden in der
Form einer Mutterlegierung hinzugefügt, um homogene
Schmelzen
zu erhalten. Diese Schmelzen wurden kontinuierlich in
Barren (20 mm ∅) mit den in der nachfolgenden Tabelle 2
dargestellten Zusammensetzungen gegossen. Die Barren wurden
kaltgewalzt und zu Drähten (3,2 mm ∅) gezogen, welche einer
Mischkristallbehandlung in einer Inertgasatmosphäre bei ca.
900ºC für eine Stunde unterworfen wurden, mit Wasser
abgekühlt wurden, des weiteren auf einen Durchmesser von 1,0 mm
gezogen wurden, und letztendlich in einer Inertgasatmosphäre
bei 480ºC 2 Stunden gealtert wurden. Messungen der
Zugfestigkeit, der Verlängerung, der Leitfähigkeit und der
zyklischen Biegefestigkeit der so erhaltenen Drähte wurden
durchgeführt. Die gleichen Verfahren wurden für die unten
dargestellten Vergleichsbeispiele durchgeführt.
TABELLE 2
Legierung
Zusammensetzung (Gew.-%)
Leitfähig
Zugfestigkeit
Verlängerung
zyklische Biegung
Fesigkeit (Zyklen)
Beispiel 2
Vergleichsbeispiele
hartes Cu
weiches Cu
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Der
durchgeführte Biegeversuch war der gleiche wie in
Beispiel 1 beschrieben.
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Wie durch einen Vergleich der Resultate von Beispiel 2 mit
den in Tabelle 2 dargestellten Vergleichsbeispielen deutlich
wird, kann eine verbesserte Leitfähigkeit und verbesserte
Zugfestigkeit durch das Dispergieren und/oder Ausfällen von
Fe-P- und Fe-Ni-Verbindungen, gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Verbindung, erzielt werden.
Insbesondere können durch die Ausfällung von Fe-P- und
Fe-Ni-Verbindungen, die während der Alterungsbehandlung auftritt,
Zugfestigkeitswerte sichergestellt werden, die vergleichbar oder
besser sind als die von hartem Kupfer. Obwohl eine gewisse
Reduktion der Leitfähigkeit aufgrund von
Legierungselementspuren, die in der Cu-Matrixphase aufgelöst sind
unvermeidbar ist, können Leitfähigkeitswerte gleichwertig mit
wenigstens 80% IACS erzielt werden. Gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Verlängerung
nicht so gut wie in dem Fall des Tests des weichen Kupfers
als ein Vergleichsbeispiel, ist jedoch 7,5 - 8,5 mal höher
als der Wert für Hartkupfer, welches ein anderes
Vergleichsbeispiel war. Die zyklische Biegefestigkeit ist vergleichbar
mit dem Wert für weiches Kupfer.
BEISPIEL 3
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Mit Holzkohle bedecktes Kupfer wurde in einer
Inertgasatmosphäre in einem elektrischen Ofen geschmolzen und Fe und P
wurden in der Form einer Mutterlegierung hinzugefügt,
wogegen Mg und Pb in der Form eines Puren Metalls hinzugefügt
wurden, um homogene Schmelzen zu erzielen. Dieses Schmelzen
wurde kontinuierlich in Barren (20 mm ∅) gegossen und wiesen
die in der nachfolgenden Tabelle 3 dargestellten
Zusammensetzungen auf. Die Barren wurden kaltgewalzt und zu Drähten
(3,2 mm ∅) gezogen, welche einer Mischkristallbehandlung in
einer Inertgasatmosphäre bei ca. 900ºC für eine Stunde
unterworfen wurden, mit Wasser abgeschreckt wurden, des
weiteren auf einen Durchmesser von 1,0 mm gezogen wurden, und
schließlich in einer Inertgasatmosphäre bei 480ºC 2 Stunden
gealtert wurden. Messungen der Zugfestigkeit, Verlängerung,
Leitfähigkeit und zyklischen Biegefestigkeit wurden an den
so erhaltenen Drähten durchgeführt. Die gleichen Verfahren
wurden für die Vergleichsbeispiele wiederholt.
TABELLE 3
Legierung
Zusammensetzung (Gew.-%)
Leitfähig
Zugfestigkeit
Verlängerung
zyklische Biegung
Fesigkeit (Zyklen)
Beispiel 3
Vergleichsbeispiele
hartes Cu
weiches Cu
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Das Biegeversuchverfahren war das gleiche wie in Beispiel 1
beschrieben.
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Wie aus einem Vergleich der Resultate der Probe mit den in
Tabelle 3 dargestellten Vergleichsbeispielen zeigt, kann
eine verbesserte Leitfähigkeit und Zugfestigkeit durch das
DisPergieren und/oder Ausfällen einer Fe-P-Mg-Verbindung
gemäß der vorliegenden Verbindung erzielt werden. Insbesondere
wird die Verringerung der Zugfestigkeit aufgrund der
Glühwirkung, welche die Alterung begleitet, durch die Ausfällung
einer Fe-P-Mg-Verbindung kompensiert, und stellt so
Zugfestigkeitswerte sicher, die vergleichbar oder besser als die
von hartem Kupfer sind. Bezüglich der Leitfähigkeit ist eine
gewisse Reduktion aufgrund der Legierungselementspuren, die
in der Cu-Matrixphase aufgelöst sind, unvermeidbar, es
können jedoch Leitfähigkeitswerte gleichwertig mit wen
igstens 80% IACS erzielt werden. Gemäß dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Verlängerung nicht so gut
wie in dem Fall von weichem Kupfer, das als ein
Vergleichsbeispiel getestet wurde, ist jedoch 8 - 9 mal höher als der
Wert für hartes Kupfer, welches ein anderes
Vergleichsbeispiel ist. Die zyklische Biegefestigkeit ist vergleichbar
mit dem Wert für weiches Kupfer.
BEISPIEL 4
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Mit Holzkohle beschichtetes Kupfer wurde in einer
Inertgasatmosphäre in einem elektrischen Ofen geschmolzen und Fe,
P, Mn und Si wurden in der Form einer Mutterlegierung
hinzugefügt, um homogene Schmelzen zu erzielen. Diese Schmelzen
wurden kontinuierlich in Barren (20 mm ∅) gegossen, welche
die in der nachfolgenden Tabelle 4 dargestellten
Zusammensetzungen aufwiesen. Die Barren wurden kaltgewalzt und zu
Drähten (3,2 mm ∅) gezogen, welche einer
Mischkristallbehandlung in einer Inertgasatmosphäre bei ca. 900ºC für eine
Stunde unterworfen wurden, mit Wasser abgeschreckt wurden,
des weitern auf einen Durchmesser von 1,0 mm gezogen wurden
und letztendlich in einer Inertgasatmosphäre bei 480ºC 2
Stunden gealtert wurden. Die so erhaltenen Drähte wurden
Messungen der Zugfestigkeit, Verlängerung, Leitfähigkeit und
zyklischer Biegefestigkeit unterworfen. Die gleichen
Verfahren wurden für die Vergleichsbeispiele wiederholt.
TABELLE 4
Legierung
Zusammensetzung (Gew.-%)
Leitfähig
Zugfestigkeit
Verlängerung
zyklische Biegung
Fesigkeit (Zyklen)
Beispiel 4
Vergleichsbeispiele
hartes Cu
weiches Cu
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Das Biegeversuchverfahren wurde wie in Beispiel 1
durchgeführt.
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Wie durch den Vergleich der Resultate der Bespiele mit den
in der obigen Tabelle 4 dargestellten Vergleichsbeispielen
deutlich wird, kann eine verbesserte Zugfestigkeit durch das
Ausfällen einer Fe-P-Verbindung und der Auflösung von Mn
gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Insbesondere
kann eine Zugfestigkeit vergleichbar oder besser als die von
hartem Kupfer durch die Ausfällung einer Fe-P-Verbindung
während der Alterung und durch das Auflösen von Mn
sichergestellt werden. Bezüglich der Leitfähigkeit ist eine gewisse
Reduktion, aufgrund des in der Cu-Matrixphase gelösten Mn
unvermeidbar, es können jedoch Leitfähigkeitswerte
gleichwertig mit wenigstens 80% IACS erzielt werden. Gemäß dieser
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die
Verlängerung nicht so gut wie in dem Fall von weichem Kupfer,
welches als ein Vergleichsbeispiel getestet wurde, wird jedoch
durch die Ausfällung von Mn zusammen mit Si und P auf 7 - 8
mal des Wertes für hartes Kupfer verbessert. Die zyklische
Biegefestigkeit ist auch gut und ist im wesentlichen mit dem
Wert für weiches Kupfer vergleichbar.
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Wie oben beschrieben, weist die Kupferlegierung gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine
Zugfestigkeit auf, welche wenigstens der von hartem Kupfer
entspricht und die Leitfähigkeit, obwohl sie etwa niedriger ist
als die von hartem Kupfer, entspricht immer noch ungefähr
80% IACS und darüber. Gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist die Verlängerung geringer als die
von weichem Kupfer, ist jedoch 7 - 8 mal besser als die von
hartem Kupfer. Die zyklische Biegefestigkeit, die erzielt
werden kann, ist vergleichbar mit der von weichem Kupfer.
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Die Kupferlegierung gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist eine Zugfestigkeit auf, welche
wenigstens der von hartem Kupfer entspricht und die
Leitfähigkeit,
obwohl sie etwas niedriger als die von hartem
Kupfer ist, entspricht immer noch 80% IACS und darüber. Gemäß
der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
die Verlängerung geringer als die von weichem Kupfer, jedoch
7,5 - 8,5 mal so gut wie die von hartem Kupfer. Die
zyklische Biegefestigkeit, die erzielt werden kann, ist im
wesentlichen mit der von weichem Kupfer vergleichbar.
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Wie beschrieben weist die Kupferlegierung der dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Zugfestigkeit
auf, welche wenigstens der von hartem Kupfer entspricht, und
die Leitfähigkeit, obwohl sie etwas niedriger ist als die
von hartem Kupfer, entspricht immer noch 80% IACS und
darüber. Die Verlängerung ist etwas geringer als die von
weichem Kupfer, liegt jedoch 8 - 9 mal höher als die von hartem
Kupfer. Die zyklische Biegefestigkeit, die erzielt werden
kann, ist mit der von weichem Kupfer vergleichbar.
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Wie oben beschrieben, weist die Kupferlegierung der vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine
Zugfestigkeit auf, welche wenigstens der von hartem Kupfer entspricht
und die Leitfähigkeit, obwohl sie etwas niedriger ist als
von hartem Kupfer, entspricht immer noch 80% IACS und
darüber. Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist die Verlängerung etwas niedriger als die von
weichem Kupfer, liegt jedoch 7 - 8 mal höher als die von hartem
Kupfer. Die zyklische Biegefestigkeit, die erzielt werden
kann, ist mit der von weichem Kupfer vergleichbar.
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Daher können gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung Kupfer legierungen mit Eigenschaften erzielt
werden, die die Legierungen für die Verwendung als Leiter in
Kraftfahrzeugkabelbäumen geeignet machen, erzielt werden.
Auch wenn die aus diesen Legierungen hergestellten Leiter
geringe Außendurchmesser aufweisen, stellen sie eine
ausreichende mechanische Festigkeit sicher, um die Chance eines
Drahtbruchs unter Zuglast zu reduzieren oder das Biegen der
Bereiche, an denen die Anschlüsse durch Thermokompression
verbunden werden. Die Kupferlegierungen der vorliegenden
Erfindung sind des weiteren zur Verwendung als
Anschlußleitungen etc. für Leitungen und Halbleiter in dem Kabelbaum für
elektronische Vorrichtungen geeignet.