EP0250001B1

EP0250001B1 - Kupferlegierung

Info

Publication number: EP0250001B1
Application number: EP87108853A
Authority: EP
Inventors: Horst Dipl.-Ing. Gravemann
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1987-06-20
Publication date: 1991-12-27
Anticipated expiration: 2007-06-20
Also published as: DE3620654A1; DE3775474D1; EP0250001A3; FI88623C; EP0250001A2; CA1308940C; ATE70858T1; FI872760A; FI872760A0; FI88623B; JP2530657B2; IN168226B; JPS648236A; ZA874542B; ES2038620T3

Description

Als Werkstoff zur Herstellung von Stranggießkokillen zum Stranggießen von hochschmelzenden Metallen wie Stahl wird seit langem Kupfer vorwiegend des Typs SF-Cu verwendet, welches aufgrund seiner hohen thermischen Leitfähigkeit sehr schnell die Wärme aus der Schmelze abzuleiten vermag. Die Wandstärke der Kokillen wird so groß gewählt, daß sie in ausreichender Weise den zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen genügt.
Zur Erhöhung der Warmfestigkeit ist vorgeschlagen worden, Stranggießkokillen aus einer Legierung mit mindestens 85 % Kupfer und wenigstens einem weiteren eine Ausscheidungshärtung bewirkenden Legierungselement herzustellen. Als Legierungselement werden bis zu 3 % Chrom, Silizium, Silber und Beryllium vorgeschlagen. Auch die aus diesem Werkstoff hergestellten Stranggießkokillen konnten noch nicht vollauf befriedigen, da insbesondere die Legierungskomponenten Silizium und Beryllium die thermische Leitfähigkeit stark herabsetzen (AT-PS 234 930).
Alle diese Lösungen haben als Werkstoffe für Stranggießkokillen noch nicht vollauf befriedigen können.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupferlegierung anzugeben, die eine hohe thermische Leitfähigkeit, eine hohe mechanische Festigkeit insbesondere bei Temperaturen oberhalb 300° C und eine hohe Warmplastizität aufweist. Der Werkstoff soll insbesondere zur Herstellung von Stranggießkokillen verwendbar sein.
Diese Aufgabe wird durch eine Kupferlegierung gelöst, die aus 0,05 bis 0,4 % Zink, 0,02 bis 0,3 % Magnesium, 0,02 bis 0,2 % Phosphor, Rest Kupfer und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei die Legierung wahlweise noch 0 bis 0,2 % Silizium und/oder 0 bis 0,15 % Zirkon enthalten kann.
Es ist bekannt, daß Zusätze von Zink oder Magnesium die Leitfähigkeit des Kupfers geringfügig herabsetzen, während Phosphorzusätze zu einem starken Leitfähigkeitsabfall führen. Die Festigkeit wird durch den Zusatz von Zink, Magnesium oder Phosphor heraufgesetzt. Völlig überraschend hat sich jedoch herausgestellt, daß der gemeinsame Zusatz aller drei Elemente in den beanspruchten Bereichen die Leitfähigkeit verglichen mit einem handelsüblichen SF-Kupfer gar nicht oder nur geringfügig herabsetzt. Die Festigkeit ist infolge einer Mischkristallhärtung sowie durch zusätzliche Aushärtungseffekte durch Phosphidbildung, die ausscheidungsfähig sind,gegenüber SF-Kupfer wesentlich höher. Insbesondere die Warmfestigkeit zeigt wesentlich höhere Werte als SF-Kupfer. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Legierung erwiesen, die aus 0,1 bis 0,25 % Zink, 0,05 bis 0,15 % Magnesium, 0,05 bis 0,1 % Phosphor, Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen besteht.
Ein Zusatz von Silizium bis zu 0,2 % vorzugsweise bis 0,1 % wirkt sich positiv auf die Härte und damit auf die Verschleißfestigkeit aus.
Zusätze von bis zu 0,15 % Zirkon führen zu einer Verbesserung der Warmplastizität.
Sie ermöglichen ferner in Kombination mit einer gezielten Wärmebehandlung eine weitere Verbesserung des Erweichungsverhaltens. Beide Zusätze führen in den angegebenen Konzentrationen zu keiner wesentlichen Verringerung der Wärmeleitfähigkeit.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Kupferlegierung wie sie oben beschrieben ist.
Danach wird die Legierung nach dem Gießen warmverformt bei 300 bis 550° C 1 bis 5 Stunden geglüht und abschließend um mindestens 10 % kaltverformt.
Eine Kaltverformung um mindestens 10 % zwischen der Warmverformung und der Auslagerung bei 300 bis 550° C wirkt sich positiv auf den Homogenisierungszustand und die Eigenschaftskombination aus.
Mit besonderem Vorteil wird die Legierung oberhalb der Temperatur der maximalen Löslichkeit der Legierungskomponenten warmverformt und danach von mindestens 750° C abgeschreckt. Durch diese Maßnahme kann ein zusätzlicher Aushärtungseffekt erzielt werden. Ein Lösungsglühen kann jedoch auch getrennt von der Warmverformung vorgenommen werden.
Zur Erhöhung der Festigkeit ist es von Vorteil, nach dem letzten Auslagerungsglühen nochmals eine Kaltverformung von mindestens 10 % vorzunehmen.
Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Eine Legierung bestehend aus 0,19 % Zink, 0,09 % Magnesium, 0,07 % Phosphor, Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen, wurde nach dem Gießen durch Strangpressen warmverformt und darauf durch Ziehen um 20 % kaltverformt. Die Legierung wurde dann bei 500° C fünf Stunden geglüht. Es wurden dann Proben hergestellt, die um 10 %, 20 % und 40 % kaltverformt wurden. Die Eigenschaften dieser Proben sind in den Tabellen A, B und C im Vergleich zu SF-Kupfer und einer Kupfer-Chrom-Zirkon-Legierung aufgeführt.
Der Vergleich mit dem für Stranggießkokillen häufig verwendeten Werkstoff SF-Kupfer zeigt deutlich, daß bei vergleichbaren Verformungsgraden die Festigkeitswerte durchweg um ca. 50 % höher liegen. Die Leitfähigkeit ist ebenfalls höher. Wesentlich ist jedoch, daß das Erweichungsverhalten bei hohen Temperaturen erheblich günstiger ist. So erweicht der erfindungsgemäße Werkstoff bei vergleichbarer Leitfähigkeit erst bei Temperaturen von über 500° C. Hinzu kommt eine wesentlich geringere Kriechdehnung bei erhöhten Temperaturen, die eine bessere Verzugsfreiheit gewährleistet. Insgesamt kann erwartet werden, daß sich die Kupferlegierung nach der Lehre der Erfindung hervorragend als Werkstoff für Stranggießkokillen eignet. Im Vergleich mit der Kupfer-Chrom-Legierung schneidet die erfindungsgemäße Legierung ebenfalls sehr gut ab. Da die erfindungsgemäße Legierung jedoch wesentlich einfacher herstellbar ist, und die Legierungselemente preisgünstiger sind, dürften Stranggießkokillen aus dem neuen Werkstoff bei gleichem Standverhalten preisgünstiger sein.
Etwas günstiger sind die technologischen Eigenschaften der Legierung, wenn man die Warmverformung bei Lösungsglühtemperatur vernimmt und darauf abschreckt und dann die oben beschriebenen Arbeitsgänge folgen läßt. Durch Ausscheidung von intermediären Phasen aus der Kupfermatrix können noch günstigere Festigkeits- und Leitfähigkeitswerte erzielt werden.

Claims

Kupferlegierung, bestehend aus 0,05 bis 0,4 % Zink, 0,02 bis 0,3 % Magnesium, 0,02 bis 0,2 % Phosphor, wahlweise 0 bis 0,2 % Silizium, 0 bis 0,15 % Zirkon Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Kupferlegierung nach Anspruch 1, bestehend aus 0,1 bis 0,25 % Zink, 0,05 bis 0,15 % Magnesium, 0,05 bis 0,1 % Phosphor, Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Zusatz von bis zu 0,2 % vorzugsweise bis zu 0,1 % Silizium.
Kupferlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Zusatz von bis zu 0,15 % Zirkon.
Verfahren zur Herstellung einer Kupferlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach dem Gießen warmverformt, bei ca. 300 bis 550° C 1 bis 6 Stunden geglüht und danach um mindestens 10 % kaltverformt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach der Warmverformung um mindestens 10 % kaltverformt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmverformung oberhalb der Temperatur der maximalen Löslichkeit vorgenommen wird, und die Legierung von mindestens 750° C abgeschreckt wird.