EP2625300A2 - Kupferlegierung - Google Patents

Kupferlegierung

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EP2625300A2
EP2625300A2 EP11817508.2A EP11817508A EP2625300A2 EP 2625300 A2 EP2625300 A2 EP 2625300A2 EP 11817508 A EP11817508 A EP 11817508A EP 2625300 A2 EP2625300 A2 EP 2625300A2
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EP
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copper
weight
alloy according
based alloy
sulfur
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Thomas Helmenkamp
Dirk Rode
Uwe Quadfasel
Hark Schulze
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KME Special Products GmbH and Co KG
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KME Germany GmbH
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/05—Alloys based on copper with manganese as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/01—Alloys based on copper with aluminium as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to a copper alloy, in particular a lead and tellur990 copper alloy, as well as semi-finished products of such a copper alloy.
  • copper Due to its natural qualities, copper is an indispensable material in many areas of industry and technology. Particularly where materials of the highest electrical and thermal conductivity are required, copper and copper alloys are of great importance. However, the use of pure copper is difficult then if parts are to be machined. The high toughness of copper, which is particularly valued in chipless shaping, proves to be a disadvantageous material property here. Essential for this is the long chip formation, which inhibits the workflow during drilling and turning and leads to heavy wear of the tool cutting. On CNC-controlled, but also on conventional automatic lathes, pure copper can normally only be processed or processed with uneconomically high expenditure of time, personnel and tools.
  • lead and bismuth act in metallic form, while sulfur and tellurium act as intermetallic phase in the form of copper sulfide ⁇ CU 2 S) or copper telluride (Cu 2 e).
  • copper sulfide ⁇ CU 2 S copper sulfide
  • Cu 2 e copper telluride
  • the low melting points of lead and bismuth limit hot workability, e.g. B. by extrusion, considerably, so that an economic processability on conventional manufacturing facilities not, or is given only limited.
  • the invention is therefore based on the prior art, based on the object to show a copper alloy, which has at least the same or better machinability and cold and hot workability over the known copper alloys CuTeP and CuSP.
  • a first solution to this problem is according to the invention in a copper alloy according to claim 1.
  • a copper alloy based on copper with additions of manganese and sulfur as well as accompanying elements which does not require lead or tellurium but has good machinability is proposed.
  • the copper alloy is made of copper containing, as alloying components, 0.05 to 0.80 wt.% Manganese (Mn), 0.10 to 0.80 wt.% Sulfur (S), optionally one or more elements derived from Selected from the group consisting of 0.002 to 0.05% by weight of phosphorus (P), 0.01 to 0.5% by weight of chromium (Cr), 0.01 to 0.5% by weight of aluminum (Al ), 0.01 to 0.5% by weight of magnesium (Mg), together with unavoidable impurities.
  • Mn Manganese
  • S S
  • P phosphorus
  • Cr chromium
  • Al aluminum
  • Mg magnesium
  • the chip breaker in the CuSMn alloy according to the invention is a mixed phase consisting of copper suicide (Cu 2 S) and manganese sulfide (MnS).
  • the manganese content is particularly preferably 0.10 to 0.20% by weight. Also preferred is a sulfur content which is between 0.20 to 0.60 wt .-%.
  • a copper-based alloy according to claim 4. It consists of 0.30 to 1.50% by weight of calcium (Ca), optionally one or more elements selected from the group consisting of 0.005 to 0.05% by weight of manganese (Mn), 0.005 to 0.05% by weight of sulfur (S), 0.002 to 0.05% by weight of phosphorus (P), 0.01 to 0.5% by weight of chromium (Cr), 0.01 to 0.5% by weight % Of aluminum (AI), 0.01 to 0.5% by weight of magnesium (Mg) and the remainder copper (Cu) and unavoidable impurities.
  • Ca calcium
  • Mn manganese
  • S sulfur
  • P 0.002 to 0.05% by weight of phosphorus
  • Cr chromium
  • AI 0.01 to 0.5% by weight of aluminum
  • Mg magnesium
  • Cu copper
  • the calcium content in the aforementioned copper alloy is between 0.5 to 1, 0 wt .-%.
  • Phosphorus serves as a deoxidizer, which binds to the dissolved in the melt free oxygen and thus prevents gas bubbles (hydrogen disease) and oxidation of alloying constituents. Furthermore, phosphorus is added to improve the flow properties of the copper alloy during casting. Manganese refines the grain and improves its machinability in combination with sulfur.
  • Aluminum increases hardness and mating limit without reducing toughness.
  • Aluminum is an element that improves strength, machinability, and wear resistance as well as oxidation resistance at high temperatures.
  • Chromium and magnesium are used to improve the oxidation resistance at high temperatures. Particularly good results are achieved when mixed with aluminum to achieve a synergistic effect.
  • the inventively proposed two copper materials CuSMn and CuCa have a machinability that is equal to or better than CuSP.
  • a machinability index of 90% for CuSMn, 86% for CuCa and 76 and 79% for the reference materials CuTeP and CuSP was determined.
  • the materials have an electrical conductivity of between 35 to 55 MS / m, in particular in a range of 48 to 53 MS / m.
  • inventively proposed copper alloys are free of toxic alloying elements and cost, since the alloying elements are available at low cost. It should also be emphasized that the scraps are reusable.
  • a particular criterion of the two proposed copper alloys is that a processability with conventional manufacturing and processing machines is possible, in particular, the alloys have both a sufficient cold workability and a very good hot workability.
  • CuSMn, CuCa and the reference materials CuTeP and CuSP were melted in a crucible induction furnace and cast into billets in the continuous casting process.
  • the composition of the materials is shown in Table 1.
  • the composition of CuSMn complies with claims 1, 2 and 3
  • CuCa complies with claims 4 and 5.
  • the composition of the reference materials meets the requirements of the EN and ASTM standards for the materials CuTeP and CuSP.
  • the extruded round bolts were extruded without problems to press rods in an extrusion process with a heating temperature> 850 ° C and then pulled with a cross-sectional decrease of 10 to 15% to the final dimension of ⁇ j> 35 mm.
  • Comparative machinability tests were performed in the form of drilling tests on the bars listed in Table 2. Preference has been given to machining by drilling, because the production of small holes (e.g., in burner nozzles) is the most difficult machining shape. If a material shows positive results here, turning or tapping is no problem either.
  • Drilling tool 2 mm ⁇ solid carbide drill with internal cooling
  • Drilling strategy Introduce 45 holes into rod sections at the front:
  • the individual ratings have been added, with a maximum of 80 points are achievable.
  • This overall assessment of machinability should be defined here as a machinability index, with 80 points corresponding to a maximum achievable machinability index of 100%.
  • the new materials CuCa and CuSMn according to the invention achieve the following machinability indices in comparison to the reference materials:
  • the alloying elements aluminum (AI), calcium (Ca), cobalt (Co), chromium (Cr), iron (Fe), magnesium (Mg), manganese (Mn), molybdenum (Mo), nickel (Ni) were investigated in each case.
  • the proven materials CuSP and CuTeP served as comparison samples for the machinability tests. Qualitatively, the chip shape was measured when drilling 3 mm holes and the occurrence of drill breaks.
  • the desired material properties or property combinations were achieved by the addition of manganese, to a proportion of 0.05 to 0.80 wt .-%, preferably 0.10 to 0.30 wt .-%, in particular 0.10 to 0.20% by weight and sulfur in a proportion of 0.10 to 0.80% by weight, in particular 0.20 to 0.60% by weight.
  • the desired material properties are achieved with a copper-based alloy containing calcium as the alloying constituent in a proportion of 0.30 to 1.50% by weight, preferably between 0.5 and 1.0% by weight. contains%.
  • the two copper materials CuSMn and CuCa shown have the aforementioned independent chip-breaking phases, namely the mixed phase comprising Cu 2 S and MnS or the electropatic phase CusCa.
  • the copper alloy CuSMn has a CuTeP-comparable or even slightly better hot and cold formability with the copper alloy CuSP or the copper alloy.
  • composition of the materials according to the invention CuSMn, CuCa and the reference materials CuTeP and CuSP

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Abstract

Aufgezeigt werden Legierungen auf Kupferbasis, die Zusätze von Mangan und Schwefel und/oder Calcium sowie Begleitelementen aufweist. Die Kupferlegierungen sind tellur- und bleifrei und zeichnen sich durch hohe elektrische Leitfähigkeit und gute Zerspanbarkeit aus.

Description

Kupferlegierung
Die Erfindung betrifft eine Kupferlegierung, insbesondere eine blei- und tellurfreie Kupferlegierung, sowie Halbzeuge aus einer solchen Kupferlegierung.
In vielen Bereichen von Industrie und Technik ist Kupfer aufgrund seiner natürlichen Qualitäten ein unverzichtbarer Werkstoff. Vor allem dort, wo Werkstoffe höchster elektrischer und thermischer Leitfähigkeit gefordert werden, sind Kupfer und Kupferlegierungen von großer Bedeutung. Der Einsatz von reinem Kupfer bereitet jedoch dann Schwierigkeiten, wenn Teile spanabhebend bearbeitet werden sollen. Die hohe Zähigkeit des Kupfers, die bei spanloser Formgebung besonders geschätzt wird, erweist sich hier als nachteilige Werkstoffeigenschaft. Wesentlich hierfür ist die Langspanbildung, die den Arbeitsablauf beim Bohren und Drehen hemmt und zu einem starken Verschleiß der Werkzeugschneiden führt. Auf CNC-gesteuerten, aber auch auf herkömmlichen Drehautomaten, lässt sich reines Kupfer im Normalfall nur mit unwirtschaftlich hohem Aufwand an Zeit, Personal und Werkzeug ver- bzw. bearbeiten.
BERICHTIGTE FASSUNG Bekannt sind zerspanbare Kupferwerkstoffe mit Zusätzen von Blei, Bismut, Schwefel und Tellur. Bereits in der US-A-1 ,959,509 wurde der günstige Einfluss des Zulegierens von Bismut auf die Zerspanbarkeit von Kupferlegierungen erläutert. Die vorteilhaften Eigenschaften von Tellur in Kupferlegierungen gehen aus der US-A-2,027,807 hervor.
Als Spanbrecher wirken Blei und Bismut in metallischer Form, Schwefel und Tellur hingegen als intermetallische Phase in Form von Kupfersulfid {CU2S) bzw. Kupfertellurid (Cu2 e). Die niedrigen Schmelzpunkte von Blei und Bismut schränken jedoch die Warmumformbarkeit, z. B. durch Strangpressen, erheblich ein, so dass eine wirtschaftliche Verarbeitbarkeit auf konventionellen Fertigungseinrichtungen nicht, bzw. nur beschränkt gegeben ist. Zusätzlich bestehen hinsichtlich Blei in Kupferlegierungen gesundheitliche und umweltgefährdende Bedenken.
Kupferwerkstoffe mit Zusätzen von Schwefel oder Tellur in Form von CuSP oder CuTeP hingegen zeichnen sich durch eine günstige Kombination von guter Zerspanbarkeit sowie sehr hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit aus. Allerdings ist gerade Tellur in Folge von Rohstoffverknappung in der Verfügbarkeit begrenzt und vergleichsweise teuer. Bei einer zunehmenden Ressourcenverknappung von Tellur ist daher eine Alternative wünschenswert.
Der Erfindung liegt daher, ausgehend vom Stand der Technik, die Aufgabe zu Grunde, eine Kupferlegierung aufzuzeigen, die gegenüber den bekannten Kupferlegierungen CuTeP und CuSP eine zumindest gleiche oder bessere Zerspanbarkeit sowie Kalt- und Warmumformbarkeit aufweist.
Eine erste Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Kupferlegierung gemäß Anspruch 1.
Erfindungsgemäß wird eine Kupferlegierung vorgeschlagen auf Basis von Kupfer mit Zusätzen von Mangan und Schwefel sowie Begleitelementen, die ohne Blei oder Tellur auskommt, jedoch eine gute Zerspanbarkeit aufweist. Die Kupferlegierung besteht aus Kupfer, die als Legierungsbestandteile 0,05 bis 0,80 Gew.-% Mangan (Mn), 0,10 bis 0,80 Gew.-% Schwefel (S), optional einem oder mehrerer Elemente, weiche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus 0,002 bis 0,05 Gew.-% Phosphor (P), 0,01 bis 0,5 Gew.-% Chrom (Cr), 0,01 bis 0,5 Gew.-% Aluminium (AI), 0,01 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) besteht, nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.
Als Spanbrecher in der erfindungsgemäßen CuSMn-Legierung wirkt eine Mischphase, bestehend aus Kupfersuifid (Cu2S) und Mangansulfid (MnS).
Besonders bevorzugt beträgt der Mangan-Anteil 0,10 bis 0,20 Gew.-%. Ebenfalls bevorzugt ist ein Schwefelanteil, der zwischen 0,20 bis 0,60 Gew.-% liegt.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Legierung auf Kupferbasis gemäß Anspruch 4 gelöst. Diese besteht aus 0,30 bis 1 ,50 Gew.-% Calcium (Ca), optional einem oder mehreren Elementen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus 0,005 bis 0,05 Gew.-% Mangan (Mn), 0,005 bis 0,05 Gew.-% Schwefel (S), 0,002 bis 0,05 Gew.-% Phosphor (P), 0,01 bis 0,5 Gew.-% Chrom (Cr), 0,01 bis 0,5 Gew.-% Aluminium (AI), 0,01 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) besteht sowie dem Rest Kupfer (Cu) und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Bevorzugt liegt der Calciumanteil bei der vorgenannten Kupferlegierung zwischen 0,5 bis 1 ,0 Gew.-%.
Als Spanbrecher wirkt in der CuCa-Legierung die sich bildende eutektische Phase Cu5Ca.
Phosphor dient als Desoxidationsmittel, die den in der Schmelze gelösten freien Sauerstoff an sich bindet und somit Gasblasen (Wasserstoffkrankheit) und Oxidationen von Legierungsbestandteilen verhindert. Des Weiteren wird Phosphor zugegeben, um die Fließeigenschaften der Kupferlegierung beim Gießen zu verbessern. Mangan verfeinert das Korn und verbessert in der Kombination mit Schwefel die Zerspanbarkeit.
Aluminium erhöht die Härte und Steckgrenze ohne Verminderung der Zähigkeit. Aluminium ist ein Element, das die Festigkeit, Bearbeitbarkeit und die Abnutzungsresistenz sowie die Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen verbessert.
Chrom und Magnesium dienen zur Verbesserung der Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen. Besonders gute Ergebnisse hierbei werden erzielt, wenn diese mit Aluminium gemischt werden, um einen Synergieeffekt zu erzielen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen beiden Kupferwerkstoffe CuSMn und CuCa weisen eine Zerspanbarkeit auf, die gleich oder besser ist, als CuSP. In Versuchen wurde ein Zerspanbarkeitsindex von 90 % für CuSMn, 86 % für CuCa und 76 bzw. 79 % für die Referenzwerkstoffe CuTeP und CuSP ermittelt.
Die Werkstoffe besitzen eine elektrische Leitfähigkeit, die zwischen 35 bis 55 MS/m liegt, insbesondere in einem Bereich von 48 bis 53 MS/m. Weiterhin sind die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupferiegierungen frei von toxischen Legierungselementen und kostengünstig, da die Legierungselemente kostengünstig zur Verfügung stehen. Wesentlich hervorzuheben ist darüber hinaus, dass die Schrotte wiederverwendbar sind. Besonderes Kriterium der beiden vorgeschlagenen Kupferiegierungen ist, dass eine Verarbeitbarkeit mit konventionellen Fertigungs- und Bearbeitungsmaschinen möglich ist, insbesondere weisen die Legierungen sowohl eine ausreichende Kaltverformbarkeit als auch eine sehr gute Warmverformbarkeit auf.
Aus den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupferiegierungen können daher Halbzeuge in Form von Walzprodukten, Press-/Ziehprodukten, Schmiedeprodukten oder Gussprodukten zur Verfügung gestellt werden. Ausführungsbeispiele und Vergleichsbetrachtungen:
Anhand von 2 Ausführungsbeispielen seien die erfindungsgemäß vorteilhaften Eigenschaften der neuen blei- und tellurfreien Legierungen im Vergleich zu den bekannten und genormten Werkstoffen CuTeP (= EN-Werkstoff CW118C, ASTM-Werkstoff C14500) und CuSP (= EN-Werkstoff CW114C, AS TM- Werkstoff C14700) erläutert.
In einem Tiegelinduktionsofen wurden jeweils CuSMn, CuCa und die Referenzwerkstoffe CuTeP und CuSP erschmolzen und im Stranggussverfahren zu Pressbolzen vergossen. Die Zusammensetzung der Werkstoffe ist in der Tabelle 1 wiedergegeben. Die Zusammensetzung von CuSMn entspricht Patentanspruch 1 , 2 und 3, CuCa erfüllt den Anspruch 4 und 5. Die Zusammensetzung der Referenzwerkstoffe entspricht den Vorgaben der EN und ASTM-Normen für die Werkstoffe CuTeP und CuSP. Die stranggegossenen Rundbolzen wurden im Strangpressverfahren mit einer Anwärmtemperatur > 850°C ohne Probleme zu Pressstangen verpresst und anschließend mit einer Querschnittsabnahme von 10 bis 15 % an die Endabmessung von <j> 35 mm gezogen. Mit der Querschnittsabnahme von 10 bis 15 % wird der für zerspanbares Kupfer am häufigsten verwendete Lieferzustand R250 nach EN 12164 bzw. H02 nach ASTM B301 eingestellt. In der Tabelle 2 sind die mechanisch-technologischen Kennwerte, Brinellhärte und spez. elektrische Leitfähigkeit der so fertig gezogenen Stangen wiedergegeben. Wie die Prüfergebnisse zeigen, weisen die neuen erfindungsgemäßen Werkstoffe mit den Standardwerkstoffen CuTeP bzw. CuSP vergleichbare mechanische Kennwerte und eine gleichermaßen gute elektrische Leitfähigkeit auf. Der Werkstoff CuSMn bietet aufgrund der noch günstigeren Festig keits-/ Bruchdehnungskombination im Vergleich zum Standardwerkstoff CuSP noch den Vorteil einer besseren Kaltumformbarkeit (z.B. für die Fertigung„gehämmerter" Brennerdüsen). Zerspanbarkeitsuntersuchungen:
An den in Tabelle 2 aufgelisteten Stangen wurden vergleichende Zerspan- barkeitsprüfungen in Form von Bohrtests durchgeführt. Der Bearbeitung durch Bohren wurde der Bearbeitung durch Drehen oder Gewindeschneiden der Vorzug gegeben, weil die Herstellung kleiner Bohrungen (z.B. in Brennerdüsen) die schwierigste spanende Bearbeitungsform darstellt. Zeigt ein Werkstoff hier positive Ergebnisse, so stellt die Bearbeitung durch Drehen oder Gewindeschneiden ebenfalls kein Problem dar.
Für die Bohrtests wurden folgende in modernen CNC-Bearbeitungsmaschinen übliche Parameter verwendet:
• Bohrwerkzeug: 2 mm Φ Vollhartmetallbohrer mit Innenkühlung
Spitze beschichtet mit AITiN
Typ Gühring WNRN15XD
Bohrstrategie: stirnseitig 45 Bohrungen in Stangenabschnitte einbringen:
Schnittgeschwindigkeit: 100 m/min
Vorschub: 0,04 mm/Umdrehung Bohrtiefe: 33 mm
Innenkühlung Bohrer: Emulsion 40 bar
Bewertet wurden:
• die Spanform in Anlehnung an das Stahleisenprüfblatt 1178-90
• die mittlere Spanmasse über Gewichtsmessung von jeweils 100 Spänen
• der Werkzeugverschluss als Freiflächenverschluss nach 270 Bohrungen
• die erforderliche mittlere Vorschubkraft
• die Bohrungsqualität anhand der Kriterien:
- Zylindrizität { Konizität ) der Bohrung über der Länge
- Rundheit der Bohrung über den Umfang
- Durchmesserabweichung über die Länge
- Rauheit Rz der Bohrungsoberfläche Um eine quantitative vergleichende Bewertung der Werkstoffe mit den Referenzwerkstoffen zu ermöglichen, wurden die Einzelmessergebnisse mit einem Punktesystem von 0 bis 10 Punkten bewertet, wobei 0 Punkte für extrem schlecht und 10 Punkte für optimal = sehr gut stehen.
Die Einzelbewertungen wurden addiert, wobei maximal 80 Punkte erreichbar sind. Diese Gesamtbewertung der Zerspanbarkeit soll hier als Zerspanbarkeitsindex definiert werden, wobei 80 Punkte dann einem maximal erreichbarem Zerspanbarkeitsindex von 100 % entsprechen. Die neuen erfindungsgemäßen Werkstoffe CuCa und CuSMn erreichen im Vergleich zu den Referenzwerkstoffen folgende Zerspanbarkeitsindexe:
CuSMn : 90 %
CuCa : 86 %
CuTeP : 76 %
CuSP : 79 %
Zur Verdeutlichung der guten kurzbrüchigen Zerspanbarkeit aller Werkstoffe sind in Abb. 1 die Bohrspäne aus den Zerspanbarkeitsuntersuchungen dargestellt. Die etwas längeren Wendelspanstücke treten nur vereinzelt auf. Die sehr ausführlichen und aufwendigen Zerspanbarkeitsuntersuchungen haben gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Werkstoffe in der Zerspanbarkeit den bisher zur Verfügung stehenden Referenzwerkstoffen CuSP und CuTeP mindestens gleichwertig sind bzw. sogar leichte Vorteile aufweisen.
Die Erfinder haben in sorgfältigen Untersuchungen einen Kupferwerkstoff geschaffen, der die derzeitige Angebotspalette mit CuTeP und CuSP ergänzt und die folgenden Qualitätsmerkmale aufweist:
Zerspanbarkeit gleich oder besser als CuTeP/CuSP;
- Elektrische Leitfähigkeit > 35 MS/m;
Frei von toxischen Legierungselementen;
Kostengünstige Verfügbarkeit der Legierungselemente; Wiederverwendbarkeit der Schrotte;
Verarbeitbarkeit mit konventionellen Fertigungsschritten und -maschinen.
In Untersuchungen wurden jeweils das Legierungselement Aluminium (AI), Calcium (Ca), Kobalt (Co), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Magnesium (Mg), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Zinn (Sn) und Zink (Zn) in Kombination mit Schwefel (S) und Calcium (Ca) als alleiniger Zusatz zu Kupfer im Hinblick auf erreichbare elektrische Leitfähigkeit und Zerspanbarkeit getestet. Als Vergleichsproben für die Zerspanbarkeitstests dienten die bewährten Werkstoffe CuSP und CuTeP. Qualitativ bewertet wurden die Spanform beim Bohren von 3 mm-Löchern und das Auftreten von Bohrerbrüchen.
Die angestrebten Werkstoffeigenschaften bzw. -eigenschaftskombinationen wurden erreicht durch die Zulegierung von Mangan, und zwar zu einem Anteil von 0,05 bis 0,80 Gew.-%, vorzugsweise 0,10 bis 0,30 Gew.-%, insbesondere 0,10 bis 0,20 Gew.-% sowie Schwefel in einem Anteil von 0,10 bis 0,80 Gew - %, insbesondere 0,20 bis 0,60 Gew.-%.
Des Weiteren konnte festgestellt werden, dass die angestrebten Werkstoffeigenschaften bei einer Legierung auf Kupferbasis erreicht werden, die als Legierungsbestandteil Calcium mit einem Anteil von 0,30 bis 1 ,50 Gew.- %, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1 ,0 Gew.-% enthält.
Als erfindungswesentlich wurde erkannt, dass die beiden aufgezeigten Kupferwerkstoffe CuSMn und CuCa die vorgenannten eigenständigen spanbrechenden Phasen aufweisen, nämlich die Mischphase besehend aus Cu2S und MnS bzw. der elektischen Phase CusCa.
Bei der Verarbeitung und Prüfung von Werkstoffproben der erfindungsgemäßen Kupferlegierungen zeigte sich, dass insbesondere die Kupferlegierung CuSMn eine mit der Kupferlegierung CuSP oder der Kupferlegierung CuTeP-vergleichbare oder sogar leicht bessere Warm- und Kaltumformbarkeit besitzt. Tabelle
Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Werkstoffe CuSMn, CuCa und der Referenzwerkstoffe CuTeP und CuSP
Tabe
Mechanisch-technologische Kennwerte der erfindungsgemäßen Werkstoffe CuSMn, CuCa und der Referenzwerkstoff Cu und CuSP im gezogenen halbharten Zustand ( R250 nach EN bzw. 12164 H02 nach ASTM B301)
Ergebnisse der Zerspanbarkeitsuntersuchungen ( einschließlich Bewertung )
- bei keinem Werkstoff traten Bohrerbrüche auf -

Claims

Patentansprüche
Legierung auf Kupferbasis bestehend aus:
0,05 bis 0,80 Gew.-% Mangan (Mn),
0,10 bis 0,80 Gew.-% Schwefel (S),
optional einem oder mehrerer Elementen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus
0,002 bis 0,05 Gew.-% Phosphor (P),
0,01 bis 0,5 Gew.-% Chrom (Cr),
0,01 bis 0,5 Gew.-% Aluminium (AI),
0,01 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg),
besteht
sowie dem Rest Kupfer (Cu) und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 1 , wobei der Mangan-Anteil zwischen 0,10 bis 0,30 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,10 bis 0,20 Gew.-%, bemessen ist.
Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schwefel- Anteil zwischen 0,20 bis 0,60 Gew.-% bemessen ist.
Legierung auf Kupferbasis bestehend aus:
0,30 bis 1 ,50 Gew.-% Calcium (Ca),
optional einem oder mehrerer Elementen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus
0,005 bis 0,05 Gew.-% Mangan (Mn),
0,005 bis 0,05 Gew.-% Schwefel (S),
0,002 bis 0,05 Gew.-% Phosphor (P),
0,01 bis 0,5 Gew.-% Chrom (Cr),
0,01 bis 0,5 Gew.-% Aluminium (AI),
0,01 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg), besteht
sowie dem Rest Kupfer (Cu) und unvermeidbaren Verunreinigungen.
5. Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 4, wobei der Caicium-Anteil zwischen 0,5 und 1 ,0 Gew.-% bemessen ist.
6. Legierung auf Kupferbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrische Leitfähigkeit 35 bis 55 MS/m beträgt.
7. Legierung auf Kupferbasis nach Anspruch 6, wobei die elektrische Leitfähigkeit 48 bis 53 MS/m beträgt.
8. Legierung auf Kupferbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Zerspanbarkeitsindex zwischen 80 % und 95 % liegt.
9. Halbzeug bestehend aus einer Legierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in Form eines Walzproduktes.
10. Halbzeug bestehend aus einer Legierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in Form eines Press-/Ziehproduktes. . Halbzeug bestehend aus einer Legierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in Form eines Schmiedeproduktes.
12. Halbzeug bestehend aus einer Legierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in Form eines Gussproduktes.
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