RU2772516C2

RU2772516C2 - Copper-zinc alloy

Info

Publication number: RU2772516C2
Application number: RU2020115663A
Authority: RU
Inventors: Томас ПЛЕТТ; Херманн ГУММЕРТ; Бьёрн РЕЕТЦ
Original assignee: Отто Фукс - Коммандитгезельшафт
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2022-05-23

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to a copper-zinc alloy that can be used for manufacturing bearings, engine parts, synchronizer rings, electrically conductive components, for example contacts. The alloy contains, wt.%: Cu 62.5-67, Sn 0.25-1.0, Si 0.015-0.15, at least two silicide forming elements of a group of Mn, Fe, Ni and Al, 0.15% each and 0.6% in total, Pb no more than 0.1%, Zn and unavoidable impurities are the rest.

EFFECT: invention is aimed at obtaining a high-strength alloy with a capability of cold molding, suitable for manufacturing electrically conductive components.

13 cl, 2 tbl, 5 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к медно-цинковому сплаву и изделию из медно-цинкового сплава, изготовленному из такого сплава.The present invention relates to a copper-zinc alloy and a copper-zinc alloy product made from such an alloy.

Настоящее изобретение относится к высокопрочному латунному сплаву. Высокопрочные латунные сплавы используются для изготовления широкого множества изделий. Типичными областями применения изделий из высокопрочных латунных сплавов являются подшипниковые детали, детали двигателя и трансмиссии, например, кольца синхронизатора и т.п., и клапаны, в частности, для питьевой воды. Изделия из латунных сплавов также применяются в технологиях электротехники и охлаждения, например, для изготовления соединительных колодок, контактных клемм или т.п. Высокая теплопроводность изделий из латунных сплавов используется в технологиях охлаждения. Вследствие общеизвестной высокой теплопроводности меди, латунные сплавы имеют высокое содержание меди и, соответственно, являются низколегированными. Высокопрочные латунные сплавы имеют существенно более низкую теплопроводность.The present invention relates to a high strength brass alloy. High strength brass alloys are used to make a wide variety of products. Typical applications for products made from high-strength brass alloys are bearing parts, engine and transmission parts, such as synchronizer rings, etc., and valves, in particular for drinking water. Brass alloy products are also used in electrical and refrigeration technology, such as connector blocks, terminal blocks, or the like. The high thermal conductivity of brass alloy products is used in cooling technologies. Due to the generally known high thermal conductivity of copper, brass alloys have a high copper content and are therefore low alloyed. High-strength brass alloys have a significantly lower thermal conductivity.

Если латунный сплав должен иметь особенно хорошие свойства электропроводности, выбранное содержание Cu должно быть соответственно высоким. Однако электропроводность такого изделия снижается по мере увеличения содержания цинка. По этой причине в случае изделий из высокопрочных латунных сплавов, для которых высокая электропроводность имеет первостепенное значение, используемые сплавы обычно имеют содержание Zn не более 5-10% по массе. В дополнение к меди и цинку в структуре высокопрочных латунных сплавов присутствуют один или более следующих элементов: Al, Sn, Si, Ni, Fe и/или Pb. Каждый из этих элементов по-разному влияет на свойства изделия из высокопрочного латунного сплава, изготовленного из сплава. Следует отметить, что один элемент сплава в зависимости от его вклада может отвечать за разные свойства с точки зрения обрабатываемости сплава и с точки зрения свойств изделия, изготовленного из высокопрочного латунного сплава. То же самое относится к обрабатываемости сплава. Вследствие широкого разнообразия применений изделий из высокопрочных латунных сплавов также известно большое количество высокопрочных латунных сплавов, отличающихся по составу сплавов. Они отличаются, например, значениями прочности, способностью к механической обработке, обрабатываемостью поверхности, теплопроводностью, модулем упругости, термостойкостью и т.п. В большинстве случаев известные высокопрочные латунные сплавы были разработаны с точки зрения их состава для весьма конкретных целей.If the brass alloy is to have particularly good electrical conductivity properties, the selected Cu content must be correspondingly high. However, the electrical conductivity of such an article decreases as the zinc content increases. For this reason, in the case of high-strength brass alloy products, for which high electrical conductivity is of paramount importance, the alloys used usually have a Zn content of no more than 5-10% by weight. In addition to copper and zinc, high strength brass alloys contain one or more of the following elements: Al, Sn, Si, Ni, Fe, and/or Pb. Each of these elements has a different effect on the properties of the high-strength brass alloy product made from the alloy. It should be noted that one alloy element, depending on its contribution, may be responsible for different properties in terms of alloy machinability and in terms of properties of a product made from a high-strength brass alloy. The same applies to the machinability of the alloy. Due to the wide variety of applications for high strength brass alloy products, a large number of high strength brass alloys are also known, differing in alloy composition. They differ, for example, in strength values, machinability, surface machinability, thermal conductivity, modulus of elasticity, heat resistance, and the like. In most cases, known high strength brass alloys have been formulated in terms of their composition for very specific purposes.

Высокопрочный латунный сплав для изготовления изделий из высокопрочных латунных сплавов, используемых в электротехнике, должен иметь не только достаточную электропроводность, но и хорошую обрабатываемость, а также достаточные значения прочности, чтобы его можно было использовать для изготовления желаемых изделий. Что касается обрабатываемости сплава, его изготовление должно быть возможно при использовании стандартных этапов обработки, чтобы стоимость изделий, изготовленных из высокопрочных латунных сплавов, не возрастала из-за дорогостоящих и, возможно, специфических этапов управления процессом.A high-strength brass alloy for the manufacture of high-strength brass alloy products used in electrical engineering must have not only sufficient electrical conductivity, but also good machinability, as well as sufficient strength values so that it can be used to make the desired products. With regard to the machinability of the alloy, it must be possible to manufacture it using standard processing steps so that the cost of products made from high strength brass alloys is not increased by costly and possibly specific process control steps.

Высокопрочный латунный сплав, применяемый в технологиях электротехники и охлаждения, известен из документа DE 20 2017 103 901 U1. Он содержит 58,5-62% по массе Cu, 0,03-0,18% по массе Pb, 0,3-1,0% по массе Fe, 0,3-1,2% по массе Mn, 0,25-0,9% по массе Ni, 0,6-1,3% по массе Al, 0,15-0,5% по массе Cr, не более 0,1% по массе Sn, не более 0,05% по массе Si, остаток образован Zn, а также неизбежными примесями. Хотя высокопрочный латунный сплав известного уровня техники имеет достаточную теплопроводность для предполагаемого применения в технологиях охлаждения и достаточную электропроводность для множества применений, желательно улучшить не только электропроводность, но и экструдируемость, а также способность к механической обработке для улучшения возможности производства электрических компонентов, например, контактов, розеток или т.п. В дополнение, изделие, изготовленное из сплава, должно иметь хорошие свойства в отношении способности к холодному формованию, например, хорошие свойства в отношении способности к холодному волочению, чтобы полученное промежуточное изделие имело более высокие значения прочности для конечного изделия.A high-strength brass alloy used in electrical and cooling technology is known from DE 20 2017 103 901 U1. It contains 58.5-62% by mass Cu, 0.03-0.18% by mass Pb, 0.3-1.0% by mass Fe, 0.3-1.2% by mass Mn, 0. 25-0.9% by mass Ni, 0.6-1.3% by mass Al, 0.15-0.5% by mass Cr, not more than 0.1% by mass Sn, not more than 0.05% by weight of Si, the remainder is formed by Zn, as well as unavoidable impurities. Although the prior art high strength brass alloy has sufficient thermal conductivity for intended applications in cooling technologies and sufficient electrical conductivity for many applications, it is desirable to improve not only electrical conductivity but also extrudability and machinability to improve the ability to manufacture electrical components such as contacts, sockets or the like. In addition, the article made from the alloy must have good cold formability properties, such as good cold drawability properties, so that the resulting intermediate article has higher strength values for the final article.

Бессвинцовый латунный сплав, обладающий хорошей способностью к механической обработке, известен из документа US 2014/0234411 A1. Такой сплав содержит 70-83% по массе Cu, 1-5% по массе Si и следующие элементы с активной матрицей: 0,01-2% по массе Sn, 0,01-0,3% по массе Fe и/или Co, 0,01-0,3% по массе Ni, 0,01-0,3% по массе Mn, остаток образован Zn, а также неизбежными примесями. В дополнение, сплав может содержать до 0,1% по массе P, а также элементы Ag, Al, As, Sb, Mg, Ti и Cr в количестве не более 0,5% по массе в каждом случае.A lead-free brass alloy having good machinability is known from US 2014/0234411 A1. Such an alloy contains 70-83% by weight Cu, 1-5% by weight Si and the following active matrix elements: 0.01-2% by weight Sn, 0.01-0.3% by weight Fe and/or Co , 0.01-0.3% by mass Ni, 0.01-0.3% by mass Mn, the remainder is formed by Zn, as well as unavoidable impurities. In addition, the alloy may contain up to 0.1% by weight of P, as well as the elements Ag, Al, As, Sb, Mg, Ti and Cr in an amount of not more than 0.5% by weight in each case.

Медно-цинковый сплав в качестве материала для электронных компонентов известен из документа DE 41 20 499 C1. Сплав известного уровня техники содержит 74-82,9% по массе Cu, 1-2% по массе Si, 0,1-0,4% по массе Fe, 0,02-0,1% по массе P, 0,1-1,0% по массе Al, остаток образован Zn, а также неизбежными примесями.Copper-zinc alloy as a material for electronic components is known from DE 41 20 499 C1. The alloy of the prior art contains 74-82.9 wt% Cu, 1-2 wt% Si, 0.1-0.4 wt% Fe, 0.02-0.1 wt% P, 0.1 -1.0 wt % Al, the remainder is formed by Zn as well as unavoidable impurities.

Латунные сплавы, которые, как считается, имеют высокую электропроводность, изготавливают с высоким содержанием Cu. Одним из таких примеров является сплав в соответствии с документом DE 41 20 499 C1. Латунный сплав известного уровня техники имеет довольно высокую механическую прочность, высокий предел текучести при изгибе и, следовательно, соответствующий модуль упругости, так что из этого сплава могут быть изготовлены упругие соединительные части. Однако, несмотря на высокое содержание Cu, электропроводность составляет всего 6,0-7,0 мСм/м.Brass alloys, which are considered to have high electrical conductivity, are made with a high Cu content. One such example is the alloy according to DE 41 20 499 C1. The prior art brass alloy has a rather high mechanical strength, a high flexural yield strength and therefore an appropriate modulus of elasticity, so that elastic connecting parts can be made from this alloy. However, despite the high Cu content, the electrical conductivity is only 6.0-7.0 mS/m.

Исходя из рассмотренного известного уровня техники, основная задача изобретения заключается в обеспечении высокопрочного латунного сплава, который особенно подходит для изготовления электропроводящих компонентов, например, контактов в качестве частей соединителей, который отличается улучшенными механическими свойствами и улучшенной электропроводностью. В дополнение, он должен иметь хорошие свойства в отношении способности к механической обработке и способности к холодному формованию.Based on the prior art discussed, the main object of the invention is to provide a high strength brass alloy, which is particularly suitable for the manufacture of electrically conductive components, such as contacts as parts of connectors, which has improved mechanical properties and improved electrical conductivity. In addition, it should have good machinability and cold forming properties.

В соответствии с изобретением задача решается медно-цинковым сплавом для изготовления электропроводящих компонентов, например, контактов, состоящим из:In accordance with the invention, the problem is solved by a copper-zinc alloy for the manufacture of electrically conductive components, for example, contacts, consisting of:

Cu: 62,5-67% по массе,Cu: 62.5-67% by mass,

Sn: 0,25-1,0% по массе,Sn: 0.25-1.0% by mass,

Si: 0,015-0,15% по массе,Si: 0.015-0.15% by mass,

по меньшей мере двух силицидообразующих элементов из группы Mn, Fe, Ni и Al в количестве не более 0,15% по массе в каждом случае, причем сумма этих элементов не превышает 0,6% по массе,at least two silicide-forming elements from the group Mn, Fe, Ni and Al in an amount of not more than 0.15% by weight in each case, and the sum of these elements does not exceed 0.6% by weight,

Pb: не более 0,1% по массе,Pb: not more than 0.1% by mass,

остаток образован Zn, а также неизбежными примесями.the remainder is formed by Zn, as well as unavoidable impurities.

Медно-цинковый сплав отличается особым составом сплава. С одной стороны, определяющим фактором является содержание Zn 31-37% по массе и значительный вклад элемента Sn в состав сплава в количестве 0,5-1,0% по массе. Основными элементами сплава являются элементы Cu, Zn и Sn. Вследствие относительно высокого содержания Zn и, соответственно, более низкого содержания Cu, было неожиданно обнаружено, что электропроводность тем не менее соответствует требованиям, предъявляемым к изделию, изготовленному из такого сплава, и даже превышает электропроводность высокопрочных латунных сплавов известного уровня техники, используемых в областях применения электропроводности. Si присутствует в сплаве в количестве 0,015-0,15% по массе. Si в сплаве служит для образования силицидов в виде мелких выделений в микроструктуре. Средний размер силицидов обычно составляет менее 1 мкм. Если силициды превышают определенный размер, это оказывает неблагоприятное влияние на полируемость, способность к нанесению покрытия и/или способность к пайке поверхности изделия, изготовленного из сплава. Более высокая доля Si не может улучшить конкретные свойства сплава в соответствии с изобретением. Наоборот, она может оказать неблагоприятное влияние на желаемую высокую электропроводность. Из группы элементов Mn, Fe, Ni и Al в качестве силицидообразующих элементов по меньшей мере два элемента присутствуют в структуре сплава. Вместе с Si эти элементы образуют тонко распределенные смешанные силициды, которые благоприятно влияют на стойкость к истиранию изделия, изготовленного из сплава. Силициды представляют собой тонко распределенные частицы в матрице микроструктуры. Доля этих элементов в структуре сплава ограничена значением не более 0,15% по массе для каждого элемента, причем сумма этих элементов не превышает 0,6% по массе. Предпочтительно в структуре сплава присутствуют элементы Fe, Ni и Al. Mn может входить в состав сплава в качестве силицидообразующего элемента. Предпочтительно элементы Fe, Ni и Al обеспечены в качестве силицидообразующих элементов, которые обычно образуют смешанные силициды. В одном варианте выполнения предусмотрено, что доли Ni и Al в каждом случае приблизительно равны, тогда как доля Fe составляет всего 40-60% от долей Ni и Al. В предпочтительном варианте выполнения доля Fe составляет приблизительно 50% от доли Ni или Al. Данное конкретное сочетание силицидообразующих элементов Fe, Ni и Al с содержанием Si от 0,015 до 0,15% по массе не оказывает какого-либо заметного неблагоприятного влияния на желаемую особенно высокую электропроводность изделия, изготовленного из сплава. Тем не менее, они придают изделию из сплава желаемые значения прочности.The copper-zinc alloy has a special alloy composition. On the one hand, the determining factor is the content of Zn 31-37% by weight and a significant contribution of the element Sn to the composition of the alloy in an amount of 0.5-1.0% by weight. The main elements of the alloy are the elements Cu, Zn and Sn. Due to the relatively high Zn content and correspondingly lower Cu content, it has surprisingly been found that the electrical conductivity nevertheless meets the requirements for a product made from such an alloy and even exceeds the electrical conductivity of prior art high strength brass alloys used in applications conductivity. Si is present in the alloy in an amount of 0.015-0.15% by weight. Si in the alloy serves to form silicides in the form of small precipitates in the microstructure. The average size of silicides is typically less than 1 µm. If the silicides exceed a certain size, it has an adverse effect on the polishability, plateability and/or solderability of the surface of the alloy article. A higher proportion of Si cannot improve the specific properties of the alloy according to the invention. On the contrary, it can adversely affect the desired high electrical conductivity. From the group of elements Mn, Fe, Ni and Al as silicide-forming elements, at least two elements are present in the structure of the alloy. Together with Si, these elements form finely dispersed mixed silicides, which favorably influence the abrasion resistance of the alloy article. Silicides are finely distributed particles in a microstructure matrix. The proportion of these elements in the structure of the alloy is limited to no more than 0.15% by weight for each element, and the sum of these elements does not exceed 0.6% by weight. Preferably, the elements Fe, Ni and Al are present in the alloy structure. Mn can be included in the composition of the alloy as a silicide-forming element. Preferably the elements Fe, Ni and Al are provided as silicide-forming elements, which usually form mixed silicides. In one embodiment, it is provided that the proportions of Ni and Al are approximately equal in each case, while the proportion of Fe is only 40-60% of the proportions of Ni and Al. In a preferred embodiment, the proportion of Fe is approximately 50% of the proportion of Ni or Al. This particular combination of silicide-forming elements Fe, Ni and Al with a Si content of 0.015 to 0.15% by weight does not have any appreciable adverse effect on the desired particularly high electrical conductivity of the alloy article. However, they give the alloy product the desired strength values.

Неожиданно было установлено, что сплав или изделие, изготовленное из сплава, который не только имеет особенно мелкое зерно (как правило, 10-100 мкм), но также имеет очень хорошие свойства в отношении экструзии или горячего формования, имеет хорошие свойства в отношении деформационного упрочнения путем холодного формования и имеет хорошую способность к механической обработке, и, тем не менее, имеет очень высокую электропроводность более 12 мСм/м (20% IACS (Международный стандарт на отожженную медь)) для высокопрочных латунных сплавов рассматриваемого типа. Это также обусловлено относительно высокой долей Sn при одновременном ограничении долей силицидообразующих элементов.Surprisingly, it has been found that an alloy or an article made from an alloy that not only has a particularly fine grain (typically 10-100 µm), but also has very good extrusion or thermoforming properties, has good work hardening properties. by cold forming and has good machinability, and yet has a very high electrical conductivity of over 12 mS/m (20% IACS (International Annealed Copper Standard)) for high strength brass alloys of the type in question. This is also due to the relatively high proportion of Sn while limiting the proportion of silicide-forming elements.

В общем преобладающая теория состояла в том, что латунные сплавы, которые должны обладать хорошей способностью к механической обработке, не должны иметь содержание меди менее 70% по массе (смотри, например, документ US 2014/0234411 A1). В этом отношении было неожиданно обнаружить, что, несмотря на низкое содержание меди, сплав в соответствии с изобретением или изделие, изготовленное из него, обладает очень хорошей способностью к механической обработке.In general, the prevailing theory has been that brass alloys, which should have good machinability, should not have a copper content of less than 70% by weight (see, for example, US 2014/0234411 A1). In this regard, it was unexpected to find that, despite the low copper content, the alloy according to the invention or a product made from it has a very good machinability.

Интерес для применения в электротехнике изделия, изготовленного из высокопрочного латунного сплава, представляет его особенно хорошая способность к нанесению гальванического покрытия. В некоторых случаях такие изделия покрывают слоем металла с высокой электропроводностью, т.е. покрытием, электропроводность которого явно превышает электропроводность изделия, изготовленного из латунного сплава. Слой металла, как правило, наносят гальванически. Для этого требуется не только определенная электропроводность изделия из высокопрочного латунного сплава, но и, прежде всего, чтобы гальваническое покрытие, нанесенное на него, прочно и равномерно прилипало к поверхности. Это, в частности, связано с однородной мелкозернистой микроструктурой, которая образуется при использовании высокопрочного латунного сплава. Это имеет место в случае изделий, изготовленных из такого сплава. Покрытие изделия из латунного сплава также может служить для защиты от износа. Кроме того, покрытия могут использоваться для улучшения определенных свойств изделия из латунного сплава на поверхности, например, улучшения способности к пайке, например, для соединения контактов, теплоизоляции для тепловой защиты изделия из высокопрочного латунного сплава или в качестве адгезионного слоя для дополнительного покрытия.Of interest for electrical applications of a product made from a high-strength brass alloy is its particularly good electroplating ability. In some cases, such products are coated with a layer of metal with high electrical conductivity, i.e. coating, the electrical conductivity of which clearly exceeds the electrical conductivity of a product made of brass alloy. The metal layer is usually applied galvanically. This requires not only a certain electrical conductivity of the high-strength brass alloy product, but, above all, that the electroplated coating applied to it firmly and evenly adhere to the surface. This, in particular, is due to the homogeneous fine-grained microstructure, which is formed when using a high-strength brass alloy. This is the case for products made from such an alloy. A brass alloy plating can also serve to protect against wear. In addition, coatings can be used to improve certain properties of the brass alloy product on the surface, such as improving solderability, such as connecting contacts, thermal insulation for thermal protection of the high strength brass alloy product, or as an adhesive layer for additional coating.

В дополнение, модуль упругости изделия, изготовленного из сплава, достаточно высок. Следовательно, латунный сплав может использоваться для изготовления изделий, обладающих свойствами упругости, например, соединительных колодок в качестве контактов. В случае модуля упругости более 100-120 ГПа он находится в диапазоне модулей упругости, известных низколегированных медно-цинковых двухкомпонентных сплавов, которые обычно используются в областях электротехники, которые иногда также предусматривают применение силы упругости.In addition, the modulus of elasticity of the product made from the alloy is quite high. Therefore, a brass alloy can be used to make products with elastic properties, such as connector blocks as contacts. In the case of an elastic modulus of more than 100-120 GPa, it is in the range of elastic moduli of known low-alloy copper-zinc bicomponent alloys, which are commonly used in electrical fields, which sometimes also involve the application of an elastic force.

Латунный сплав может использоваться для изготовления изделий из сплава, которые имеют электропроводность более 12 мСм/м (20% IACS). Это обеспечивает значения электропроводности, которые, как правило, выше, чем в случае других высокопрочных латунных сплавах с долей Zn 30% по массе и более, и которые достаточны для многих применений. В изделиях, изготовленных из таких сплавов, это сочетается со значениями прочности, которые, в противном случае, известны только для высокопрочных латунных сплавов, специально разработанных с этой целью, и которые, таким образом, не имеют других положительных свойств сплава или изделия, изготовленного из него.Brass alloy can be used to make alloy products that have an electrical conductivity greater than 12 mS/m (20% IACS). This provides electrical conductivity values that are generally higher than other high strength brass alloys with a Zn content of 30% by weight or more, and which are sufficient for many applications. In products made from such alloys, this is combined with strength values that are otherwise only known for high-strength brass alloys specifically designed for this purpose, and which thus do not have the other positive properties of an alloy or product made from him.

Хорошая способность к пайке изделия, изготовленного из высокопрочного латунного сплава, имеет важное значение, особенно в электротехнике.Good solderability of a product made of high strength brass alloy is essential, especially in electrical engineering.

Следует отметить простую химическую структуру медно-цинкового сплава за счет небольшого количества элементов, присутствующих в структуре сплава. Это также означает, что сплав не содержит Cr. Сплав также обычно не содержит Pb, но допускается доля Pb не более 0,1% по массе. Не всегда можно предотвратить попадание небольших количеств Pb в сплав вследствие переноса или при использовании переработанного материала. В пределах допустимого диапазона Pb не оказывает отрицательного влияния на положительные свойства медно-цинкового сплава, как описано выше. При максимально допустимой доле Pb 0,1% по массе сплав по-прежнему считается не содержащим Pb. Кроме того, не используются такие элементы, как P, S, Be, Te и другие (хотя эти элементы часто используются в дополнение к Cr в других высокопрочных латунных сплавах для достижения определенных свойств в отношении прочности или обработки. Причина неожиданного результата также заключается в том, что вышеописанные положительные свойства изделия, изготовленного из сплава, обеспечиваются, даже если сплав состоит лишь из нескольких элементов при условии, что элементы присутствуют в сплаве в определенных долях. Использование небольшого количества элементов в структуре сплава упрощает процесс изготовления. Риск переноса элементов других сплавов в коммерческом производстве исключается, поскольку элементы, присутствующие в структуре сплава, являются стандартными элементами каждого высокопрочного латунного сплава.It should be noted the simple chemical structure of the copper-zinc alloy due to the small number of elements present in the structure of the alloy. This also means that the alloy does not contain Cr. The alloy also usually does not contain Pb, but a Pb content of not more than 0.1% by weight is allowed. It is not always possible to prevent small amounts of Pb from entering the alloy due to carryover or when recycled material is used. Within the allowable range, Pb does not adversely affect the positive properties of the copper-zinc alloy, as described above. With a maximum allowable Pb content of 0.1% by weight, the alloy is still considered Pb-free. In addition, elements such as P, S, Be, Te and others are not used (although these elements are often used in addition to Cr in other high-strength brass alloys to achieve certain properties in terms of strength or processing. The reason for the unexpected result is also that the above described positive properties of a product made from an alloy are provided even if the alloy consists of only a few elements, provided that the elements are present in the alloy in certain proportions.The use of a small number of elements in the structure of the alloy simplifies the manufacturing process.The risk of transferring elements of other alloys into commercial production is excluded as the elements present in the structure of the alloy are standard elements of every high strength brass alloy.

В частности, хорошая способность к механической обработке изделия, изготовленного из сплава, может быть определена с показателем 60-70 и в особом варианте более 80.In particular, good machinability of a product made from an alloy can be measured at 60-70 and in a special embodiment over 80.

Медно-цинковый сплав в соответствии с изобретением предпочтительно имеет следующий состав:The copper-zinc alloy according to the invention preferably has the following composition:

Cu: 64-66% по массе,Cu: 64-66% by mass,

Sn: 0,3-0,7% по массе,Sn: 0.3-0.7% by mass,

Si: 0,03-0,1% по массе,Si: 0.03-0.1% by mass,

причем за счет такого состава сплава положительные свойства сплава дополнительно улучшаются.moreover, due to such an alloy composition, the positive properties of the alloy are further improved.

В соответствии с одним вариантом выполнения доля Sn и Si дополнительно ограничена, как и доля силицидообразующих элементов. Такой сплав имеет следующий состав:According to one embodiment, the proportion of Sn and Si is further limited, as is the proportion of silicide-forming elements. This alloy has the following composition:

Cu: 64,5-66% по массе,Cu: 64.5-66% by mass,

Sn: 0,4-0,6% по массе,Sn: 0.4-0.6% by weight,

Si: 0,03-0,08% по массе,Si: 0.03-0.08% by mass,

по меньшей мере два силицидообразующих элемента из группы Mn, Fe, Ni и Al в каждом случае не более 0,1% по массе, причем сумма этих элементов не превышает 0,4% по массе,at least two silicide-forming elements from the group Mn, Fe, Ni and Al in each case not more than 0.1% by weight, and the sum of these elements does not exceed 0.4% by weight,

Pb: не более 0,1% по массе,Pb: not more than 0.1% by mass,

Предпочтительное содержание Zn составляет от 32 до 36% по массе.The preferred content of Zn is from 32 to 36% by weight.

Изобретение описано ниже со ссылкой на вариант выполнения по сравнению с тремя сравнительными сплавами. Сплав в соответствии с изобретением был изготовлен и экструдирован на основе двух образцов (образцы A и B) в дополнение к трем сравнительным сплавам. Состав исследованных сплавов приведен в таблице ниже:The invention is described below with reference to an embodiment in comparison with three comparative alloys. The alloy according to the invention was made and extruded on the basis of two samples (samples A and B) in addition to three comparative alloys. The composition of the investigated alloys is given in the table below:

CuCu PbPb Snsn FeFe MnMn NiNi AlAl SiSi CrCr ZnZn AA 6565 -- 0,50.5 0,0350.035 -- 0,070.07 0,070.07 0,060.06 -- ОстатокRemainder BB 65,0565.05 -- 0,450.45 0,040.04 -- 0,140.14 -- 0,030.03 -- ОстатокRemainder 1one 60,360.3 0,110.11 -- 0,50.5 0,80.8 0,50.5 0,90.9 -- 0,240.24 ОстатокRemainder 22 6060 0,10.1 0,080.08 0,050.05 0,0250.025 0,010.01 0,030.03 0,0050.005 0,010.01 ОстатокRemainder 33 58,358.3 0,10.1 0,080.08 0,10.1 0,0080.008 0,010.01 0,010.01 0,0050.005 0,020.02 ОстатокRemainder

(Цифры в % по массе)(Figures in % by weight)

В таблице выше сравнительными сплавами являются сплав 1, сплав 2 и сплав 3. В экструдированном состоянии сплав в соответствии с изобретением по образцам A и B имеет следующие значения прочности:In the table above, alloy 1, alloy 2 and alloy 3 are comparative alloys. In the extruded state, the alloy according to the invention in samples A and B has the following strength values:

предел текучести при растяжении 0,2%: 100 Н/мм²,tensile yield strength 0.2%: 100 N/ ^mm2 ,

предел прочности при растяжении: приблизительно 300 Н/мм²,tensile strength: approx. 300 N/ ^mm2 ,

относительное удлинение при разрыве: приблизительно 55%,elongation at break: approximately 55%,

твердость: 70 HB 2,5/62,5hardness: 70 HB 2.5/62.5

Хорошая способность к холодному волочению и соответствующее деформационное упрочнение, которое приводит к повышенным значениям прочности изделия из сплава, могут быть продемонстрированы в холоднотянутом состоянии экструдированного прутка на первом этапе при уменьшении поперечного сечения на 20% и на втором этапе при уменьшении поперечного сечения на 35% (смотри также фигуры 1-5).Good cold drawability and corresponding work hardening, which leads to increased strength values of the alloy product, can be demonstrated in the cold drawn state of extruded rod in the first stage with a 20% reduction in cross section and in the second stage with a 35% reduction in cross section ( see also figures 1-5).

Значения прочности холоднотянутого прутка при уменьшении поперечного сечения на 20%:Strength values of a cold-drawn bar with a reduction in cross-section by 20%:

предел текучести при растяжении 0,2%: приблизительно 310 Н/мм²,tensile yield strength 0.2%: approx. 310 N/ ^mm2 ,

предел прочности при растяжении: приблизительно 390 Н/мм²,tensile strength: approx. 390 N/mm ² ,

относительное удлинение при разрыве: приблизительно 25%,elongation at break: approximately 25%,

твердость: приблизительно 120 HB 2,5/62,5.hardness: approx. 120 HB 2.5/62.5.

Значения прочности холоднотянутого прутка при уменьшении поперечного сечения на 35%:Strength values of cold-drawn bar with a reduction in cross-section by 35%:

предел текучести при растяжении 0,2%: приблизительно 400 Н/мм²,tensile yield strength 0.2%: approx. 400 N/mm ² ,

предел прочности при растяжении: приблизительно 450 Н/мм²,tensile strength: approx. 450 N/ ^mm2 ,

относительное удлинение при разрыве: 12%,elongation at break: 12%,

твердость: 143 HB 2,5/62,5.hardness: 143 HB 2.5/62.5.

Микроструктура сплава в соответствии с изобретением преимущественно демонстрирует α-фазу в матрице при комнатной температуре. При температурах горячего формования имеется достаточная доля β-фазы. Зернистая микроструктура является мелкой при комнатной температуре со средним размером зерен от 10 до 100 мкм. Силициды тонко распределены в виде мелких выделений, которые образуются при температурах экструзии.The microstructure of the alloy according to the invention advantageously exhibits an α phase in the matrix at room temperature. At thermoforming temperatures, there is a sufficient proportion of the β-phase. The granular microstructure is fine at room temperature with an average grain size of 10 to 100 µm. The silicides are finely distributed as fine precipitates that form at extrusion temperatures.

Свойства образцов A и B сплавов в соответствии с изобретением при комнатной температуре по сравнению с тремя сравнительными сплавами приведены в таблице ниже для частично отвержденного состояния в каждом случае, как это принято для изготовления соединителей:The properties of samples A and B of the alloys according to the invention at room temperature compared to the three comparative alloys are given in the table below for the partially cured state in each case, as is customary for the manufacture of connectors:

Единица измеренияunit of measurement Сплав 1Alloy 1 Сплав 2Alloy 2 Сплав 3Alloy 3 Образцы A и B сплавовSamples A and B alloys Экструдируемостьextrudability ХорошаяGood ХорошаяGood ХорошаяGood Очень хорошаяVery good Способность к холодному волочениюcold drawing ability ХорошаяGood Очень хорошаяVery good ХорошаяGood Очень хорошаяVery good Способность к механической обработкеMachining Ability ПоказательIndex 8080 20twenty 2525 ≥80≥80 Электролитическая полировка electrolytic polishing ХорошаяGood Очень хорошаяVery good СредняяMedium ХорошаяGood Гальваническая полировкаGalvanic polishing Очень хорошаяVery good Очень хорошаяVery good ХорошаяGood Очень хорошаяVery good ТеплопроводностьThermal conductivity [Вт/(м*К)][W/(m*K)] 100-110100-110 385385 прибл. 310approx. 310 ≥100≥100 ЭлектропроводностьElectrical conductivity [мСм/м][mS/m] 9,19.1 5656 ≤43≤43 прибл. 14 (20% IACS)approx. 14 (20% IACS) Модуль упругостиElastic modulus [ГПа][GPa] 9696 107107 110-130110-130 100-120100-120 Предел текучести при растяжении 0,2Tensile yield strength 0.2 [MПа][MPa] прибл. 550approx. 550 прибл. 240approx. 240 прибл. 350approx. 350 410410 Предел прочности при растяженииTensile strength [MПа][MPa] прибл. 650approx. 650 прибл. 280approx. 280 прибл. 420approx. 420 450450 Относительное удлинение при разрывеElongation at break [%][%] прибл. 15approx. fifteen прибл. 8approx. eight прибл. 8approx. eight 2525

Это сравнение показывает, что сплав в соответствии с изобретением имеет особенно хорошие свойства в отношении параметров, важных для применения в электротехнике. Оно также связано с особенно высоким модулем упругости и очень хорошими значениями прочности. По этой причине сплав особенно подходит для изготовления электрических контактных элементов, которые должны обладать свойствами упругости материала.This comparison shows that the alloy according to the invention has particularly good properties with respect to parameters important for electrical applications. It is also associated with a particularly high modulus of elasticity and very good strength values. For this reason, the alloy is particularly suitable for the manufacture of electrical contact elements, which must have the elastic properties of the material.

Исследования образцов отливок из образцов A и B сплавов в соответствии с изобретением показывают, что доля β-смешанных кристаллов довольно мала и составляет 12-15%, остаток образован долей α-смешанных кристаллов. Доля интерметаллических фаз составляет менее 1%. Высокая доля α-фаз во время литья оказывает положительное влияние на последующие этапы холодного формования. В случае необходимости горячего формования будут предприняты попытки сохранения несколько более высокой доли β-фазы.Examination of samples of castings from samples A and B of alloys in accordance with the invention show that the proportion of β-mixed crystals is quite small and amounts to 12-15%, the remainder is formed by the proportion of α-mixed crystals. The proportion of intermetallic phases is less than 1%. The high proportion of α-phases during casting has a positive effect on subsequent cold forming steps. If thermoforming is required, attempts will be made to maintain a slightly higher proportion of the β-phase.

В результате экструзии доля β-фазы опускается ниже 2%. Плотность составляет 8,58 г/см³. Электропроводность образцов в экструдированном состоянии составляет 13,8 мСм/м (23,8% IACS). Образцы имеют твердость около 80 HB 2,5/62,5.As a result of extrusion, the proportion of the β-phase falls below 2%. The density is 8.58 g/cm ³ . The electrical conductivity of the samples in the extruded state is 13.8 mS/m (23.8% IACS). The samples have a hardness of about 80 HB 2.5/62.5.

При проведении испытания на коррозионное растрескивание под напряжением в соответствии с частью 1 стандарта DIN 59016 трещины под действием напряжения не появились. Это означает, что в экструдированном состоянии в микроструктуре отсутствует остаточное напряжение или по меньшей мере отсутствует значительное остаточное напряжение. Этот результат согласуется с высокой однородностью микроструктуры и мелкозернистостью, что было подтверждено микроснимками. Особая микроструктура изделия из сплава с преобладающей α-фазой отвечает за высокую электропроводность, как описано выше. В дополнение, вследствие однородной микроструктуры одинаковы не только механические свойства в разных направлениях, но и электропроводность.When tested for stress corrosion cracking in accordance with part 1 of DIN 59016, stress cracks did not occur. This means that in the extruded state there is no residual stress in the microstructure, or at least no significant residual stress. This result is consistent with the high homogeneity of the microstructure and fine grain, which was confirmed by micrographs. The particular microstructure of the α-dominant alloy body is responsible for the high electrical conductivity as described above. In addition, due to the homogeneous microstructure, not only the mechanical properties are the same in different directions, but also the electrical conductivity.

Электропроводность может быть улучшена путем выполнения последующего этапа отжига, который предпочтительно выполняют при температурах от 380°C до 500°C в течение примерно 3 часов. Отжиг предпочтительно выполняют при температурах от 440°C до 470°C в течение 3 часов. Благодаря отжигу, мелкие выделения удаляются, поскольку они препятствуют электропроводности. После отжига образцы A и B продемонстрировали электропроводность около 14,2 мСм/м.The electrical conductivity can be improved by performing a subsequent annealing step, which is preferably performed at temperatures from 380°C to 500°C for about 3 hours. Annealing is preferably performed at temperatures from 440°C to 470°C for 3 hours. Thanks to annealing, fine precipitates are removed, as they interfere with electrical conductivity. After annealing, samples A and B showed an electrical conductivity of about 14.2 mS/m.

Другим конкретным преимуществом сплава в соответствии с изобретением является особенно хорошая способность к холодному формованию. Полученные промежуточные изделия также могут быть подвергнуты холодному формованию несколько раз без промежуточного отжига, например, могут быть вытянуты или согнуты, чтобы придать компоненту особенно высокие значения прочности за счет происходящего деформационного упрочнения.Another particular advantage of the alloy according to the invention is its particularly good cold formability. The resulting intermediates can also be cold formed several times without intermediate annealing, for example stretched or bent to give the component particularly high strength values due to the work hardening that occurs.

На приложенных Фигурах 1-5 показаны графики, на основе которых установлены свойства механической прочности сплава в соответствии с изобретением для образца A при увеличении относительного удлинения образца. Относительное удлинение относительно начальной поверхности или начальной длины образца отложено по оси х.The attached Figures 1-5 show graphs from which the mechanical strength properties of the alloy according to the invention are established for sample A with increasing elongation of the sample. The relative elongation relative to the initial surface or the initial length of the sample is plotted along the x-axis.

Фиг. 1 иллюстрирует изменение предела текучести при растяжении 0,2% образца при увеличении относительного удлинения до общего относительного удлинения 60%. Предел текучести при растяжении 0,2% увеличивается при увеличении относительного удлинения образца. Такая же реакция также может быть обнаружена в отношении предела прочности при растяжении. Относительное удлинение, выполняемое при холодном формовании, приводит к увеличению предела прочности при растяжении более чем на 100%, если образец был удлинен более чем на 50%. При увеличении относительного удлинения образца также может наблюдаться увеличение отношения предела текучести к пределу прочности.Fig. 1 illustrates the change in tensile yield strength of a 0.2% sample as elongation increases to a total elongation of 60%. Tensile yield strength of 0.2% increases with increasing sample elongation. The same response can also be found with respect to tensile strength. The elongation performed by cold forming results in an increase in tensile strength of more than 100% if the specimen has been elongated by more than 50%. With an increase in the elongation of the sample, an increase in the ratio of yield strength to tensile strength can also be observed.

Относительное удлинение при разрыве представляет особый интерес в случае заявленного сплава. Несмотря на относительное удлинение в некоторых областях свыше 50%, и, следовательно, несмотря на сильную деформацию, относительное удлинение при разрыве не опускается ниже 10%.The elongation at break is of particular interest in the case of the claimed alloy. Despite an elongation in some areas of over 50%, and therefore despite severe deformation, the elongation at break does not fall below 10%.

При увеличении относительного удлинения образца твердость увеличивается вследствие соответствующей холодной деформации, а именно примерно до 180 HB 2,5/62,5.As the elongation of the sample increases, the hardness increases due to the corresponding cold deformation, namely up to about 180 HB 2.5/62.5.

Графики иллюстрируют особенно хорошие свойства в отношении способности к холодному формованию изделия, изготовленного из сплава в соответствии с изобретением.The graphs illustrate particularly good cold formability properties of an article made from an alloy according to the invention.

Claims

1. Copper-zinc alloy for the manufacture of electrically conductive components, such as contacts, consisting of:

Cu: 62.5-67% by mass,

Sn: 0.25-1.0% by mass,

Si: 0.015-0.15% by mass,

at least two silicide-forming elements selected from the group Mn, Fe, Ni and Al in each case not more than 0.15% by weight, and the sum of these elements does not exceed 0.6% by weight,

Pb: not more than 0.1% by mass,

the remainder is formed by Zn, as well as unavoidable impurities.

2. Copper-zinc alloy according to claim 1, consisting of:

Cu: 64-66.5% by mass,

Sn: 0.3-0.7% by mass,

Si: 0.03-0.1% by weight.

3. Copper-zinc alloy according to claim 2, consisting of:

Cu: 64.5-66% by mass,

Sn: 0.4-0.6% by weight,

Si: 0.03-0.08% by mass,

at least two silicide-forming elements from the group Mn, Fe, Ni and Al in each case not more than 0.1% by weight, and the sum of these elements does not exceed 0.4% by weight,

the remainder is formed by Zn, as well as unavoidable impurities.

4. Copper-zinc alloy according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the alloy contains Zn in the amount of 32-36% by weight.

5. Copper-zinc alloy according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the silicide-forming elements in the alloy contain Fe, Ni and Al, and the proportions of Ni and Al are equal in each case, and the proportion of Fe is from 40% to 60% of the proportion of Ni or the proportion of Al.

6. Copper-zinc alloy according to claim. 5, characterized in that the content of Ni and Al in each case is from 0.04 to 0.1% by mass, and the content of Fe is from 0.02 to 0.05% by mass .

7. Copper-zinc alloy according to claim 6, characterized in that the Ni content and the Al content in each case are from 0.06 to 0.08% by weight, and the Fe content is from 0.03 to 0.04% by weight. mass.

8. Copper-zinc alloy according to any one of paragraphs. 1-7, characterized in that the alloy does not contain Cr.

9. Product in the form of an electrically conductive component of a copper-zinc alloy, characterized in that it is made of a copper-zinc alloy according to any one of paragraphs. 1-8 and has at room temperature the predominance of the α-phase in the microstructure of the matrix.

10. A copper-zinc alloy product according to claim 9, characterized in that the average grain size of the microstructure is from 10 to 100 microns.

11. A copper-zinc alloy article according to claim 9 or 10, characterized in that its electrical conductivity is at least 12 mS/m (20% IACS).

12. Product made of copper-zinc alloy according to any one of paragraphs. 9-11, characterized in that the product is made by cold forming from an intermediate product by drawing with a decrease in the cross section by about 20% and has the following strength values:

tensile yield strength 0.2%: 310 N/ ^mm2 ,

tensile strength 390: N/mm ² ,

elongation at break: 25%,

hardness: 120 HB 2.5/62.5.

13. Product made of copper-zinc alloy according to any one of paragraphs. 9-11, characterized in that the product is made by cold forming from an intermediate product by drawing with a decrease in cross-section by 35% and has the following strength values:

tensile yield strength 0.2%: 400 N/ ^mm2 ,

tensile strength: 450 N/mm ² ,

elongation at break: 12%,

hardness: 143 HB 2.5/62.5.