EP0274586A1

EP0274586A1 - Kupferlegierung und ihre Verwendung

Info

Publication number: EP0274586A1
Application number: EP87115880A
Authority: EP
Inventors: Hans Joachim Dr. Wallbaum; Meinhard Dipl.-Ing. Hecht
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1987-10-29
Publication date: 1988-07-20
Also published as: DE3638663A1

Abstract

Es wird eine Kupferlegierung bestehend aus 75,0 bis 80,0 % Kupfer, 1,5 bis 2,5 % Aluminium, 0,02 bis 0,060 % Arsen Rest Zink und herstellungsbedingte Verunreinigungen vorgeschlagen, der Zirkon und/oder Titan von 0,02 bis 0,2 % zugesetzt ist. Diese Kupferlegierung wird als Werkstoff für durch Warm- und/oder Kaltknetung hergestellte Gegenstände verwandt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupferlegierung, bestehend aus 75,0 bis 80,0 % Kupfer, 1,5 bis 2,5 % Aluminium, 0,02 bis 0,060 % Arsen Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Eine gattungsgemäße Legierung mit 70 bis 85 % Kupfer, 0,5 bis 6 % Aluminium, 0,005 bis 0,5 % Arsen, Rest Zink, ist aus der US-PS 2 003 685 bekannt. Diese Legierung zeigt eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Der Arsengehalt wirkt bei dieser Legierung einer Entzinkung entgegen.
Die bekannte Legierung wird neben den Aluminiumbronzen den Kupfer-Nickel-Legierungen und der sogenannten Admiralitätslegierung eingesetzt als Werkstoff für Kondensatorrohre und dergl. und wird als Sondermessing 76 bzw. als Cu Zn 20 Al 2 bezeichnet.
Bei niedrigen Glühtemperaturen - der kurzzeitige Durchlauf dieses Temperaturbereichs beim Aufheizen auf hohe Temperaturen ist ebenfalls ausreichend - kommt es zu einer Porenkettenbildung, welche die Ursache für eine Versprödung des Werkstoffes ist. Diese Erscheinung wird beobachtet bei einer Wärmebehandlung des warmgekneteten Werkstoffes ohne vorausgegangene Kaltverformung. Sie wird ebenfalls beobachtet bei vorausgegangener Kaltverformung des Knetgefüges. Bei einer geringen Kaltverformung (z. B. 5 bis 30 %) tritt eine Verstärkung bei einer hohen Kaltverformung (z. B. 35 bis 50 %) tritt eine Abschwächung des Effektes ein. Bei Kaltverformungen über 50 % wird eine Porenkettenbildung nicht beobachtet. Als Ursache für die Porenkettenbildung wurden hohe Wasserstoffgehalte des Gußmaterials ermittelt, die über das Ausgangsmaterial beim Erschmelzen eingebracht bzw. während des Schmelzens und Gießens aufgenommen werden.
Man kann daher die oben beschriebene Erscheinung unterdrücken, in dem z. B. das Gußmaterial sehr lange geglüht wird mit dem Ziel, eine Entgasung des Materials zu erreichen. Da wegen der langen Diffusionswege lange Glühzeiten erforderlich sind, ist diese Vorgehensweise nicht anwendbar bzw. unwirtschaftlich.
Eine andere Möglichkeit der Entgasung besteht darin, das warmgeformte Werkstück bei höheren Temperaturen genügend lange zu Glühen (z. B. 650° C/ 3 Stunden bzw. 750° C/ 2 Stunden). Dieses Verfahren wird in der Praxis durchgeführt, wobei jedoch ein gewisses Risiko darin besteht, daß beim Aufheizen auf die Glühtemperatur der kritische Temperaturbereich für die Porenkettenbildung durchlaufen wird und dabei bereits eine Schädigung (Porenkettenbildung mit daraus resultierender Versprödung) verursacht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Legierung dahingehend zu verbessern, daß die geschilderten Nachteile, d. h. Porenkettenbildung und daraus resultierende Sprödigkeit vermieden werden. Darüberhinaus sollen die mechanischen bzw. technologischen Eigenschaften wie Warmplastizität, Erweichungsverhalten sowie die Zeitstandfestigkeit insbesondere bei Temperaturen zwischen 250° und 450° C verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man der Legierung 0,02 bis 0,20 % Zirkon und/oder Titan zusetzt.
Durch den Zirkon- bzw. Titanzusatz zu der bekannten Kupferlegierung wird die Porenkettenbildung und die damit verbundene Versprödung vermieden, ohne daß der Werkstoff stärkeren, die Porenkettenbildung abschwächenden Vorformungen unterworfen wird. Mit besonderem Vorteil beträgt der Zirkon- und/oder Titanzusatz zwischen 0,05 und 0,10 %. Die erfindungsgemäße Legierung läßt sich vorteilhaft anwenden als Werkstoff für Gegenstände, die durch Warm- und/oder Kaltknetung hergestellt werden, wie z. B. Platten und Bleche für den Kondensatorbau bzw. seewasserbeständige Rohre insbesondere nahtlose Rohre mit großen Abmessungen, d. h. dickwandige Rohre bzw. Rohre großen Durchmessers.
Es ist zwar aus der DE-OS 1 558 697 bekannt, die Warmwalzbarkeit bleihaltiger Kupgerlegierungen dadurch zu verbessern, daß man der Kupferlegierung Zirkon in einer Menge zusetzt, die dem 0,2 bis 5-fachen des Bleigehaltes entspricht. Hinweise darauf, welche Wirkung ein Zirkonzusatz bei bleifreien Kupferlegierungen hat, sind dieser Entgegenhaltung jedoch nicht zu entnehmen.
Aus der DE-OS 2 405 496 ist es weiterhin bekannt, einer zweiphasigen Messinglegierung zwischen 0,005 und 0,3 % Zirkon zuzusetzen, um die Warmbrüchigkeit zu vermeiden. Die dort behandelten Legierungen bestehen aus 56,5 bis 65 % Kupfer, Rest Zink, denen u. a. auch Aluminium bis zu 0,8 % zugeführt werden kann. Bei diesem Werkstoff handelt es sich um einen Gußwerkstoff, der zur Herstellung von Armaturen mittels Kokillenguß Anwendung findet.
Es ist weiterhin aus der DE-OS 2 604 262 ein Verfahren zur Herstellung einer Kupferlegierung bekannt, die im geglühten Zustand eine hohe Dehnung aufweist, bei dem eine Legierung mit 2 bis 4,5 % Aluminium 15 bis 31 % Zink sowie einem kornfeinenden Zusatz von 0,001 bis 3 % eines oder mehrerer der Elemente Eisen, Chrom, Zirkon oder Kobalt wechselweise einem Glühen und einer Kaltverformung unterworfen wird. Durch die Bearbeitungsschritte wird ein ungleichmäßiges Kornwachstum unterbunden. Die nach dem beanspruchten Verfahren behandelte Legierung (CDA-Legierung 688) ist frei von Arsen und neigt daher zur Entzinkung.
Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es wurde eine Legierung mit folgender Zusammensetzung erschmolzen:

Kupfer 77,6 %
Aluminium 2,1 %
Arsen 0,025 %
Zirkon 0,10 %
(bzw. Titan 0,1 %)
Zink Rest
sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Das Zirkon wurde der Schmelze in Form einer Kupfer-Zirkon-Vorlegierung mit 30 % Zirkongehalt zugefügt.
Eine Probe dieser Legierung wurde zunächst bei 800° C und einem Umformgrad von 80 % zu einem Rohr gepreßt. Das Preßrohr wurde dann auf einer Ziehbank um 40 % kaltverformt. Nach einem einstündigen Glühen bei 500° C wurde das Rohr nochmals auf einer Ziehbank um 40 % kaltverformt und das Rohr abschließend bei 500° C eine Stunde geglüht.
Eine zweite Probe wurde bei 800° durch Walzen um 70 % verformt und daran anschließend kaltgewalzt, wobei die Stichabnahme 50 % betrug. Das gewalzte Band wurde dann einer einstündigen Glühung bei 500° C unterzogen.
In der Tabelle sind die ermittelten Werte den Werten einer sonst gleichen Legierung ohne Zirkon gegenübergestellt.

Claims

1. Kupferlegierung bestehend aus 75,0 bis 80,0 % Kupfer, 1,5 bis 2,5 % Aluminium, 0,02 bis 0,060 % Arsen Rest Zink und herstellungsbedingte Verunreinigungen, gekennzeichnet durch einen Zusatz von 0,02 bis 0,2 % Zirkon und/oder Titan.

2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zusatz von 0,05 bis 0,10 % Zirkon und/oder Titan

3. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2 als Werkstoff für durch Warm- und/oder Kaltknetung hergestellte Gegenstände.