DE1608104C - Verfahren zur Erhöhung der Erweichungs temperatur einer Kupferlegierung - Google Patents
Verfahren zur Erhöhung der Erweichungs temperatur einer KupferlegierungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung · der Erweichungstemperatur einer Kupfer-Bor-Schwefel-Legierung
bei guter elektrischer Leitfähigkeit. Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist gegebenenfalls
vorgesehen, die Legierung nach der Kaltverarbeitung einer Glühbehandlung zu unterwerfen, um dadurch
Zwischenhärten zu erhalten.
Es ist bekannt, daß Kupfer neben Silber als bester Leiter für Elektrizität und Wärme gilt. Die Leitfähigkeit
wird jedoch im allgemeinen schon durch die Anwesenheit von Spuren anderer Elemente im Kupfer
stark herabgesetzt.
Kupfer hat auf den verschiedensten Gebieten Anwendung gefunden, wobei dem Metall — um es
für den jeweiligen speziellen Verwendungszweck brauchbar zu machen — verschiedene andere Metalle
zulegiert werden müssen. Dabei gingen zwangläufig die guten Leitfähigkeitseigenschaften verloien.
Es sind schon zahlreiche Versuche unternommen worden, für spezielle Verwendungszwecke geeignete
Kupferlegierungen mit guter Leitfähigkeit herzustellen. Beispielsweise ist eine Kupfer-Bor-Legierung
bekannt, die aus 0,02 bis 0,1% Bor, Rest Kupfer sowie unvermeidliche Verunreinigungen besteht. Diese
Legierung ist speziell für die Verwendung als Schweißstab zum Verbinden von Kupferstücken entwickelt
worden.
Beim Erhitzen behält Kupfer bis zu einer Temperatur von 1750C seine volle Härte bei, erweicht
jedoch bei 250° C vollkommen. Es ist daher verschiedentlich
versucht worden, die Erweichungstemperatur des Kupfers durch Zulegieren zu erhöhen.
So sind beispielsweise silber- oder cadmiumhaltige Kupferlegierungen bekannt, deren Erweichungstemperaturen
auf. nahezu 300 oder 4000C erhöht wurden. Cadmiumkupfer weist z. B. nach ausgiebigem Walzen
eine Zugfestigkeit von 47,60 kg/mm2 auf und wird
erst nach lOminutigem Erhitzen auf 4000C weich.
Jedoch fällt die elektrische Leitfähigkeit dieser Legierungen weit unter den Leitfähigkeitswert von 100% *°
IACS für reines Leitkupfer ab.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Kupferlegierung einer solchen Behandlung zu unterziehen,
daß die hohe elektrische Leitfähigkeit des Kupfers weitgehend erhalten bleibt und dabei gleichzeitig
eine Erhöhung der Erweichungstemperatur erzielt wird, so daß die Legierung auf hohe Temperaturen
erhitzt werden kann, ohne dabei zu erweichen.
Es wurde festgestellt, daß zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe eine Kupferlegierung geeignet
ist, die aus 0,004 bis 0,3% Bor, 0,002 bis 0,1% Schwefel und gegebenenfalls Verunreinigungen in
geringen Mengen, Rest Kupfer besteht.
Die Behandlung dieser Kupferlegierung erfolgt gemäß der Erfindung in der Weise, daß die Bor und
Schwefel innerhalb der oben angegebenen Grenzen enthaltende Legierung bei Temperaturen von 900
bis 10400C lösungsgeglüht, danach rasch auf Zimmertemperatur
abgekühlt und kalt verformt wird.
Dadurch wird eine Legierung erhalten, deren Erweichungstemperatur über 4500C liegt und die
eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 100% IACS aufweist.
Vorzugsweise wird das Lösungsglühen in einer nichtoxydierenden Atmosphäre vorgenommen. Außerdem
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Legierung nach dem Lösungsglühen sogleich abgeschreckt
wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abschrecken
während einer Zeit von weniger als 20 Sekunden durchgeführt.
Durch die erfindungsgemäße Behandlung wird der gut leitenden Legierung eine hohe Erweichungstemperatur
verliehen.
Gegebenenfalls kann die erfindungsgemäß zu behandelnde Legierung dadurch auf Zwischenhärten gebracht
werden, daß sie nach erfolgtem Glühen und Kaltverformen auf eine unterhalb ihrer Erweichungstemperatur
liegenden Temperatur erhitzt wird.
Der hier benutzte Ausdruck »Erweichungstempelatur« bedeutet die niedrigste Glühtemperatur, welche
einen merkbaren Abfall der Härte und Zugfestigkeit bewirkt. Es ist darunter auch die Temperatur zu verstehen,
bei der als Funktion von der Zeit des Einhaltens eines konstanten Temperaturwertes eine allmähliche
Änderung dieser Eigenschaften eintritt. Metallurgisch gesehen ist dies bedingt durch Eigenschaftsänderungen,
die sich aus der Summe folgender Effekte ergeben: Erholung, Rekristallisation, Kornwachstum
und durch Ausscheidung bedingte Härtungseffekte.
Im folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an Beispielen näher
erläutert werden.
Eine Probe von 1,65 cm einer erfindungsgemäß zu
behandelnden Legierung aus 0,009% Bor, 0,0026% Schwefel und zwei Verunreinigungen von weniger
als 0,002% Eisen und 0,002% Silicium, Rest Kupfer wurden 1 Stunde lang in einer Argon-Wasserstoff-Atmosphäre
bei 9000C lösungsgeglüht und unmittelbar darauf mit Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt.
Danach wurde die Probe auf 0,165 cm (90% Kaltreduktion) kaltgewalzt. Die Proben wurden
zur Messung der Zugfestigkeit in einem Salzbad bei 400, 450 und 5000C 3,6 und 12 Minuten lang
erhitzt und auf ihre Zugfestigkeit, Streckgrenze und Duktilität geprüft. Die Ergebnisse wurden in der
folgenden Tabelle zusammengestellt. Wie beobachtet wurde, trat merkbare Erweichung nur bei 5000C
ein. Weiterhin konnte beobachtet werden, daß beim Wiedererhitzen des kaltgewalzten Kupfers auf eine
Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur die Duktilität beträchtlich ansteigt, ohne daß dabei die
Streckgrenze merkbar vermindert wird. (Die Duktilität wurde in einem Zugfestigkeitsprüfversuch als
prozentuale Verlängerung [Dehnung] gemessen.)
Probe | Zug festigkeit kg/mm1 |
Streck grenze 0,5% Dehnung kg/mm" |
Dehnung (.5 5) in% |
Erfindungsgemäß be- ί handelte Cu-Legierung \ Nach 3 Minuten bei 4000C ..... |
62,0 59,8 54,0 54,6 |
61,5 56,0 51,3 51,8 |
7,5 7 6,5 8 |
Nach 3 Minuten bei 4000C |
53,8 54,5 |
50,6 · 51,7 |
6,5 7 |
Nach 6 Minuten bei400°C |
|||
Nach 6 Minuten bei 4000C |
Probe | Zug festigkeit kg/mm2 |
Streck grenze 0,5% Dehnung kg/mm* |
Dehnung (.5 5) in % |
Nach 12 Minuten bei 4000C .'. |
54,7 54,1 |
51,9 51,1 |
7 8 ■ |
Nach 12 Minuten bei 4000C |
48,5 47,8 47,0 45,3 38,1 36,2 |
44,4 43,1 42,0 31,5 22,5 20,3 |
10 11 11,5 11,5 26 31 |
Nach 3 Minuten bei 4500C |
|||
Nach 6 Minuten bei 450° C |
|||
Nach 12 Minuten bei 4500C |
|||
Nach 3 Minuten bei 500° C |
|||
Nach 6 Minuten bei 500°C |
|||
Nach 12 Minuten bei 500°C |
In einem zweiten Beispiel wurde eine Kupfer-Bor-Schwefel-Legierung
der folgenden Zusammensetzung verwendet: 0,009% Bor, 0,0021 °/0 Schwefel, 0,001%
Eisen, 0,002% Silicium, Rest Kupfer. Die Legierung war zu einem 1,152 cm Draht verarbeitet und auf
einer Spule aufgewickelt. Der Draht wuide in einem Strang-Glühofen in einer Atmosphäre von gekracktem
Ammoniak 7 Minuten lang in der Weise erhitzt, daß man den Draht durch eine etwa 4,5 m lange, auf
925°C erhitzte Zone mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,6 m pro Minute hindurchführte. Der Draht
wurde in Wasser abgeschreckt und kalt auf 0,15 cm gewalzt. Wenn der so verarbeitete Draht V2 Stunde
lang einer Temperatur von 4500C ausgesetzt wurde, konnte keine nennenswerte Erweichung der Legierung
beobachtet werden.
Wie bereits erwähnt, wird die angestrebte Erhöhung der Erweichungstemperatur des Kupfers bei Legierungen
mit Borgehalten von 0,004 bis 0,3% und Schwefelgehalten von 0,002 bis 0,1% erzielt. Aus
wirtschaftlichen Erwägungen heraus sind jedoch Kupfeilegierungen mit einem Borgehalt von etwa
0,007 bis 0,015% und Schwefelgehalten von etwa 0,003 bis etwa 0,006% besonders günstig.
Sowohl bei den vorerwähnten Metallen als auch bei weiteren Proben, die zur Bestimmung der vorgenannten
Werte hergestellt worden waren, lagen die Leitfähigkeitswerte sehr nahe bei 100% IACS,
so daß in vielen Fällen Legierungen hoher Leitfähigkeit erhalten wurden.
Vergleichsversuche ergaben, daß Kupfer, das auf 75 bis 95% kalt verarbeitet worden war, eine Erweichungstemperatur
von etwa 25O0C aufwies. Eine silberhaltige Kupferlegierung, die in gleicher Weise
bearbeitet worden war, wies eine Erweichungstemperatur von 3000C auf, während eine ähnlich verarbeitete
Cadmium-Kupfer-Legierung eine Erweichungstemperatur von 400i:C zeigt. Demgegenüber
tritt bei der erfindungsgemäß behandelten Legierung eine merkbare Erweichung erst bei Temperaturen
über 5000C ein.
Mit den folgenden Zahlenangaben soll die Anwendbarkeit der erfindungsgemäß behandelten Legierungen
gezeigt werden. Es sind bereits mehrere handelsübliche Posten mit einem Gewicht von über
etwa 13 600 kg vergossen, gewalzt, geglüht und wie oben beschrieben fertiggewalzt worden. Der Borgehalt
variierte zwischen 0,007 und 0,015%, während der Schwefelgehalt zwischen 0,0030 und 0,0059%
lag. Dabei wurden Metalle erhalten, die hinsichtlich Erweichungstemperatur und Leitfähigkeit die angestrebten
Eigenschaften aufwiesen. Die Leitfähigkeitswerte lagen zwischen 100,7 und 101,4% IACS.
Schließlich sollen noch folgende Vergleiche gezogen werden: Ein gewalztes Cadmiumkupfer mit einer
Zugfestigkeit von 47,60 kg/mm2 wird nach 10 Minuten langem Erhitzen auf 4000C weich. Die in technischem
Maßstab hergestellte erfindungsgemäß zu behandelnde Kupfer-Bor-Schwefel-Legierung zeigt nach dem Walzen
eine Zugfestigkeit von 45,50 kg/mm2. Ihre Zugfestigkeit sinkt auf 39,90 kg/mm2 nach 15 Minuten
langem Erhitzen auf 4000C und 32,90 kg/mm2 nach
15 Minuten langem Erhitzen auf 4500C. Nach Istündigem
Erhitzen auf 4000C ergibt sich eine Zugfestigkeit von 37,80 kg/mm2 und eine Zugfestigkeit
von 27,30 kg/mm2 nach lstündigem Erhitzen auf 450° C. Dieses allmähliche Absinken innerhalb einer
vorgegebenen Zeitspanne erlaubt ein Glühen auf Zwischenhärten. Diese Tatsache ist für die Herstellung
der Legierung deshalb von entscheidendem Vorteil, weil das Metall während des Kaltwalzens
auf seine endgültige Dicke reduziert und nachträglich auf die gewünschte Zwischenhärte geglüht werden
kann. Es braucht daher nur ein einfacher Vorratsbestand gehalten zu werden, der den verschiedensten
Härtungsbedingungen unterworfen werden kann.
Claims (4)
1. Verfahren zur Erhöhung der Erweichungstemperatur bei gleichzeitig guter elektrischer Leit-
4j fähigkeit einer Kupferlegierung aus 0,004 bis
0,3 % Bor, 0,002 bis 0,1 % Schwefel, Rest Kupfer und unvermeidliche Verunreinigungen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Legierung bei Temperaturen von 900 bis 10400C lösungsgeglüht,
5c danach rasch auf Zimmertemperatur abgekühlt
und kalt verformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsglühen in einer nicht
. oxydierenden Atmosphäre durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen in weniger
als 20 Sekunden abgeschreckt werden. . .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach
der Kaltverformung zusätzlich durch Erhitzen auf eine unterhalb ihrer Erweichungstemperatur
liegende Temperatur auf eine Zwischenhärte geglüht wird.
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