Kupferlegierung
Bekanntlich ist Kupfer ein ausgezeichneter elektrischer Leiter. Zahlreiche Legierungszusätze wurden vorgeschlagen, um die Festigkeitseigenschaften von Kupfer zu erhöhen. Auf diese Weise wird jedoch die elektrische Leitfähigkeit des Kupfers erheblich vermindert. Es ist daher sehr erwünscht, Kupferlegierungen mit hoher elektrischer
Leitfähigkeit und gleichzeitig erhöhter Festigkeit zur Verfügung zu stellen.
Aus der USA-Patentschrift 3 039 867 sind Kupferlegierungen mit hoher elektrischer lACS-Leitfähigkeit (International Standard for Annealed Copper) und Zugfestigkeit bekannt. Diese Legierungen enthalten 2,0 bis 3,0 /0 Eisen.
höchstens 0,04 /0 Phosphor, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen. Legierungen der bevorzugten Zusammensetzung können eine lACS-Leitfähigkeit von etwa 70 /o und gleichzeitig eine Zugfestigkeit von 3515 kg/cm2 aufweisen. Diese Legierungen werden vorzugsweise zu Knüppeln üblicher Grösse gegossen und auf übliche Stärken heruntergewalzt. Bereits durch Warmfornlgebung lässt sich das Eisen im Kupfer lösen. Nach der Warmformgebung kann man den Knüppel einer Lösungsglühbehandlung unterwerfen. Hierauf kann man die Legierung zur Erhöhung ihrer elektrischen Leitfähigkeit bei niedrigerer Temperatur glühen. Schliesslich wird die Legierung zur Endstärke kalt gewalzt oder kalt gezogen.
Die Erfindung bezweckt es, neue, verbesserte eisenhaltige Kupferlegierungen zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig hohe Festigkeitseigenschaften auszeichnen, deren physikalische Eigenschaften nach dem Glühen nicht stark variieren, die selbst in Gegenwart geringer Mengen an Verunreinigungen unterschiedliche Festigkeiten auf Grund unterschiedlicher Glühbehandlung annehmen können, und die sich billig und auf technisch einfache Weise herstellen lassen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Kupferlegierung, die 1,5 bis 3,5 /o Eisen, 0,01 bis 0,15 /o Phosphor, 0,03 bis 0,20 O/o Zink, Rest Kupfer enthält. Die Legierung enthält Eisen vorzugsweise in einer Menge von 1,8 bis 2,9 /0. Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht.
Die erfindungsgemässen Legierungen sind durch zahlreiche unerwartete und überraschende Eigenschaften gekennzeichnet. Z. B. ist die elektrische Leitfähigkeit der Legierungen wesentlich verbessert. Es lassen sich nämlich lACS-Leitfähigkeitswerte von über 70 0/0 leicht erhalten.
Ausserdem haben die Legierungen der Erfindung ausgezeichnete Glüheigenschaften und die Fähigkeit, unterschiedliche Festigkeiten auf Grund unterschiedlicher Glühbehandlung annehmen zu können. Ausserdem nehmen die Legierungen der Erfindung hohe Anlassfestigkeiten in gewalztem Zustand an. Die hohe elektrische Leitfähigkeit der erfindungsgemässen Legierungen ist begleitet von ausgezeichneten Zugfestigkeitseigenschaften in geglühtem Zustand in der Grössenordnung von etwa 3832 kg/cm2 und höher. Die Festigkeit und physikalischen Eigenschaften der Legierungen der Erfindung variieren bei geringem Gehalt an Verunreinigungen nur unwesentlich.
Die Legierungen der Erfindung können noch geringe Mengen anderer Legierungsbestandteile enthalten, um bestimmte erwünschte Ergebnisse zu erzielen. Z. B. kann Aluminium in einer Menge bis zu 0,07 0/0 und Mangan in einer Menge bis zu 0,08 0/0 vorhanden sein. Geringe Mengen an Verunreinigungen können geduldet werden.
Die Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierungen lassen sich in einem weiten Bereich von Verarbeitungsbedingungen gegenüber herkömmlichen Legierungen verbessern. Eine spezielle Verarbeitung hat natürlich auch Änderungen der Eigenschaften zur Folge.
Die Art des Gusses der Legierung ist nicht besonders kritisch, es können herkömmliche Giessmethoden für diese Legierungen verwendet werden, jedoch sollen höhere Temperaturen angewendet werden, um das Eisen in Lösung zu bringen. Vorzugsweise.wird die Legierung zu Knüppeln üblicher Grösse gegossen, die anschliessend der Warmformgebung unterworfen werden, z. B. gewalzt werden.
Nach dem Giessen soll die Legierung bei erhöhter Temperatur, d. h. zwischen 800 und 1050 "C, vorzugsweise bei etwa 950 "C warmgewalzt werden. Anschliessend wird die Legierung mit zwischengeschalteten Glühstufen bei
400 bis 600 "C und Haltezeiten von mindestens 2 Stunden kaltgewalzt, wobei bei jeder Kaltwalzstufe eine Stärken verminderung von mindestens 50 /o durchgeführt wird. Es können längere Haltezeiten angewendet werden, um die elektrische Leitfähigkeit der Legierung zu verbessern.
Kontinuierlich stranggeglühtes Bandmaterial oder Walz gut nimmt ebenso gute physikalische Eigenschaften an, wie im Bell-Ofen geglühtes Material, doch ist die elektri sche Leitfähigkeit nicht so hoch. Zur Entwicklung von so wohl hoher Festigkeit nach dem Glühen und hoher elektri scher Leitfähigkeit soll daher das Fertigglühen und vor zugsweise das Glühen im Verfahren chargenweise durch geführt werden und herkömmliches Ofenglühen angewen det werden, z. B. Glühen im Bell-Ofen.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
Legierungen wurden auf folgende Weise hergestellt.
Sehr reines Kupfer und sehr reines Eisen wurden mitein ander in einem Niederfrequenz-lnduktionsofen unter einer
Holzkohlenschicht bei etwa 1200 "C verschmolzen. Etwa
10 0/0 der Kupferbeschickung wurden zurückgehalten, und die Schmelze wurde auf etwa 1300 "C geringfügig über hitzt, um das Eisen in Lösung zu bringen. Sehr reine Le gierungszusätze wurden zugegeben, sobald die Schmelze eine Temperatur von etwa 1300 "C aufwies. Danach wurde der Rest des Kupfers zugeschlagen und die
Schmelze auf die Giesstemperatur von etwa 1200 "C ge bracht. Hierauf wurde die Schmelze in eine wasserge kühlte Kokille mit den Abmessungen 73 x 12,7 x 244 cm in einer Giessgeschwindigkeit von 54,1 cm/Min. gegossen.
Die auf diese Weise erhaltenen Legierungen hatten fol gende Zusammensetzung.
Tabelle I
Legierung Fe P Zn Cu
1 2,3 0/0 0,027 /o 0,08 /o Rest
2 2,3 /o 0,03 /0 - Rest (USA-Patent 3 039 867)
Beispiel 2
Die gemäss Beispiel 1 hergestellten Legierungen 1 und 2 wurden folgendermassen verarbeitet. Die Legierungen wurden bei 900 bis 940 "C warmgewalzt und danach mit einem Wasserspray auf Raumtemperatur abgeschreckt.
Anschliessend wurde das Material auf 2,5 mm kaltgewalzt, 1 bis 4 Stunden bei 480 bis 600 C im Bell-Ofen geglüht, auf 1,27 mm kaltgewalzt, 1 bis 3 Stunden im Bell-Ofen auf 460 bis 480 "C geglüht, auf 0,635 mm kaltgewalzt und 1 bis 3 Stunden im Bell-Ofen auf 440 bis 480 C geglüht.
Anschliessend wurden die Legierungen auf ihre physikalischen Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt:
Tabelle II Legie- Streck- Zug- Dehnung lACS-Leitrung festigkeit, festigkeit, 0/0 fähigkeit.
kg/cm kg/cm o/0 1 1,898 4,183 24 73,9 2 1,624 3,522 27,5 73,5
Aus der Tabelle geht hervor, dass die erfindungsgemässe Legierung 1 bei vergleichbarer elektrischer Leitfähigkeit eine höhere Festigkeit nach dem Glühen aufweist, als die bekannte Legierung 2.
Beispiel 3
In diesem Beispiel wurden 2 Legierungen gemäss Beispiel 1 hergestellt. Die Legierungen hatten folgende Zusammensetzung:
Tabelle III Legierung P Fe Zn Cu 3 0,045 0/0 2,4 /o 0,12 /0 Rest 4 0,025 0/0 2,4 /0 - Rest (USA-Patent 3 039 867)
Die Legierungen wurden folgendermassen verarbeitet.
12,7 cm dicke Knüppel wurden bei 925 "C auf 8,89 mm warmgewalzt, dann auf 7,62 mm gewalzt, hierauf auf 2,54 mm kaltgewalzt, 2 Stunden bei 490 "C geglüht, auf 1,27 mm kaltgewalzt, 2 Stunden bei 440 "C geglüht, dann auf 0,635 mm kaltgewalzt und weitere 2 Stunden bei 440 "C geglüht. Nach jeder Glühstufe wurde die Zugfestigkeit und elektrische Leitfähigkeit der Legierung bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengestellt.
Tabelle IV
Erste Glühbehandlung Zweite Glühbehandlung Dritte Glühbehandlung Legierung Zug- lACS-Leit- Zug- lACS-Leit- Zug- IACS festigkeit fähigkeit, festigkeit fähigkeit, festigkeit fähigkeit, kg/cm2 /o kg/cm2 /0 kg/cmZ 0/0 3 3832 64,7 4282 72,0 3958 73,1 4 3382 69,9 3937 72,1 3593 72,3
Aus der Tabelle geht hervor, dass die erfindungsgemässe Legierung 3 bei vergleichbarer elektrischer Leitfähigkeit eine höhere Festigkeit nach dem Glühen aufweist, als die bekannte Legierung 4.
Copper alloy
It is well known that copper is an excellent electrical conductor. Numerous alloy additions have been proposed to increase the strength properties of copper. In this way, however, the electrical conductivity of the copper is considerably reduced. It is therefore very desirable to use copper alloys with high electrical
To provide conductivity and at the same time increased strength.
US Pat. No. 3,039,867 discloses copper alloys with high electrical IACS conductivity (International Standard for Annealed Copper) and tensile strength. These alloys contain 2.0 to 3.0 / 0 iron.
at most 0.04 / 0 phosphorus, the remainder copper and usual impurities. Alloys of the preferred composition can have an IACS conductivity of about 70 / o and at the same time a tensile strength of 3515 kg / cm2. These alloys are preferably cast into billets of the usual size and rolled down to the usual thicknesses. The iron can be dissolved in the copper by hot forming. After hot forming, the billet can be subjected to a solution heat treatment. The alloy can then be annealed at a lower temperature to increase its electrical conductivity. Finally, the alloy is either cold rolled or cold drawn to its final thickness.
The aim of the invention is to provide new, improved iron-containing copper alloys which are characterized by high electrical conductivity and, at the same time, high strength properties, the physical properties of which do not vary greatly after annealing, which even in the presence of small amounts of impurities have different strengths due to can accept different annealing treatment, and which can be produced cheaply and in a technically simple manner.
The invention relates to a copper alloy which contains 1.5 to 3.5 / o iron, 0.01 to 0.15 / o phosphorus, 0.03 to 0.20 o / o zinc, the remainder being copper. The alloy preferably contains iron in an amount of 1.8 to 2.9 / 0. Percentages relate to weight.
The alloys according to the invention are characterized by numerous unexpected and surprising properties. For example, the electrical conductivity of the alloys is significantly improved. Namely, IACS conductivity values of over 70 0/0 can easily be obtained.
In addition, the alloys of the invention have excellent annealing properties and the ability to assume different strengths due to different annealing treatments. In addition, the alloys of the invention assume high tempering strengths in the as-rolled state. The high electrical conductivity of the alloys according to the invention is accompanied by excellent tensile strength properties in the annealed state of the order of magnitude of about 3832 kg / cm 2 and higher. The strength and physical properties of the alloys of the invention vary only insignificantly with low levels of impurities.
The alloys of the invention may also contain minor amounts of other alloy components to achieve certain desired results. For example, aluminum can be present in an amount up to 0.07% and manganese in an amount up to 0.08%. Small amounts of contamination can be tolerated.
The properties of the alloys according to the invention can be improved in a wide range of processing conditions compared to conventional alloys. Special processing naturally also results in changes to the properties.
The type of casting of the alloy is not particularly critical; conventional casting methods can be used for these alloys, but higher temperatures should be used to bring the iron into solution. The alloy is preferably cast into billets of the usual size, which are then subjected to hot forming, e.g. B. be rolled.
After casting, the alloy should be at an elevated temperature, i. H. between 800 and 1050 "C, preferably at about 950" C. Then the alloy with intermediate annealing stages at
400 to 600 "C and holding times of at least 2 hours, with a thickness reduction of at least 50 / o being carried out in each cold rolling step. Longer holding times can be used in order to improve the electrical conductivity of the alloy.
Continuously annealed strip material or rolled good adopts just as good physical properties as material annealed in a Bell furnace, but the electrical conductivity is not as high. In order to develop so well high strength after annealing and high electrical conductivity, the finish annealing and, preferably, the annealing in the process should be carried out in batches and conventional furnace annealing should be used, for. B. Annealing in the Bell Furnace.
The examples illustrate the invention.
example 1
Alloys were made in the following manner.
Very pure copper and very pure iron were mixed together in a low frequency induction furnace under one
Charcoal layer fused at about 1200 "C. Approx
10% of the copper charge was retained and the melt was slightly overheated to about 1300 "C to bring the iron into solution. Very pure alloy additives were added when the melt was at about 1300" C. Then the rest of the copper was slammed and the
The melt was brought to the casting temperature of about 1200 ° C. The melt was then poured into a water-cooled mold measuring 73 x 12.7 x 244 cm at a casting speed of 54.1 cm / min.
The alloys obtained in this way had the following composition.
Table I.
Alloy Fe P Zn Cu
1 2.3 0/0 0.027 / o 0.08 / o remainder
2 2.3 / o 0.03 / 0 - remainder (USA patent 3 039 867)
Example 2
Alloys 1 and 2 produced according to Example 1 were processed as follows. The alloys were hot-rolled at 900 to 940 "C and then quenched to room temperature with a water spray.
The material was then cold-rolled to 2.5 mm, annealed for 1 to 4 hours at 480 to 600 ° C. in a Bell furnace, cold-rolled to 1.27 mm, and annealed at 460 to 480 ° C. for 1 to 3 hours in a Bell furnace 0.635 mm cold-rolled and annealed for 1 to 3 hours in a Bell furnace at 440 to 480 C.
The alloys were then examined for their physical properties. The results are summarized in Table II:
Table II Alloy Yield Tensile Elongation LACS Conductor Strength, Strength, 0/0 capability.
kg / cm kg / cm o / 0 1 1.898 4.183 24 73.9 2 1.624 3.522 27.5 73.5
The table shows that the alloy 1 according to the invention has a higher strength after annealing than the known alloy 2, with comparable electrical conductivity.
Example 3
In this example 2 alloys according to Example 1 were produced. The alloys had the following composition:
Table III Alloy P Fe Zn Cu 3 0.045 0/0 2.4 / o 0.12 / 0 remainder 4 0.025 0/0 2.4 / 0 - remainder (USA patent 3 039 867)
The alloys were processed as follows.
Billets 12.7 cm thick were hot-rolled at 925 "C to 8.89 mm, then rolled to 7.62 mm, then cold-rolled to 2.54 mm, annealed at 490" C for 2 hours, cold-rolled to 1.27 mm, 2 Annealed at 440 "C for hours, then cold rolled to 0.635 mm and annealed at 440" C for an additional 2 hours. After each annealing stage, the tensile strength and electrical conductivity of the alloy were determined. The results are shown in Table IV.
Table IV
First annealing treatment Second annealing treatment Third annealing treatment Alloy tensile lACS-conductive tensile-lACS-conductive tensile IACS strength ability, strength ability, strength ability, kg / cm2 / o kg / cm2 / 0 kg / cmZ 0/0 3 3832 64 .7 4282 72.0 3958 73.1 4 3382 69.9 3937 72.1 3593 72.3
The table shows that the alloy 3 according to the invention has a higher strength after annealing than the known alloy 4, with comparable electrical conductivity.