DE3523047C2 - Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von Kupfer-Berylliumlegierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von nickelhaltigen Kupfer-Berylliumlegierungen, insbesondere Knetlegierungen, mit geringen Mengen Beryllium und Nickel (oder Nickel und Kobalt in Kombination) der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Dieses dient vor allem zur Herstellung von Gebrauchsartikeln mit einer verbesserten Kombination der Eigenschaften Entspannungswiderstand, Formbarkeit, Leitfähigkeit und Festigkeit.

Ein derartiges Verfahren ist bereits bekannt (US-PS 41 79 314). Dabei wird ausgegangen von einer Legierung mit 0,2-1% Beryllium, bis zu 5% Kobalt und bis zu 3,5% Nickel (mit einem Gesamtanteil von Nickel und Kobalt zwischen 0,7 und 5%) sowie im wesentlichen Kupfer. Das Lösungsglühen findet zwischen 816° und 982° C statt, während die Kaltverformung mit einer Dickenverminderung von mindestens 30% erfolgt. Das kaltverformte Werkstück wird in zwei Schritten ausgelagert, und zwar in einem ersten Schritt zwischen 260° und 427°C innerhalb eines Zeitraums zwischen einer Viertel und 48 Stunden und in einem zweiten Schritt zwischen 482° und 649°C wiederum innerhalb eines Zeitraums zwischen einer Viertel und 48 Stunden.

Kupfer-Beryllium-Legierungen werden seit etwa 50 Jahren auf vielen Anwendungsgebieten technisch eingesetzt, auf denen hohe Festigkeit, gute Formbarkeit, hoher Entspannungswiderstand und hohe Leitfähigkeit verlangt werden. Die historische Entwicklung von Kupfer-Beryllium-Legierungen und der Verfahren zu ihrer Herstellung ist allgemein in die Richtung der Bereitstellung von bestem Betriebsverhalten, also höchsten Festigkeiten, besten Bildsamkeiten und anderen hocherwünschten Eigenschaften, gegangen, wobei die Ausscheidungshärtungs-Eigenschaften dieser Legierungen genutzt wurden. So zeigen die US-PS 18 93 984, 19 57 214, 19 59 154, 19 74 839, 21 31 475, 21 66 794, 21 67 684, 21 72 639 und 22 89 593 verschiedene Knetlegierungen, die unterschiedliche Mengen Beryllium und weiterer Elemente enthalten. Technische Kupfer- Beryllium-Legierungen umfassen auch die Legierungen, die von der Copper Development Association gekennzeichnet sind, nämlich C17500, C17510, C17000, C17200 und C17300.

In den etwa 50 Jahren seit der Erteilung der vorgenannten Patentschriften sind vollständige neue Industrien entstanden, und die Hersteller von Legierungen wurden mit neuen Anforderungen konfrontiert. So waren in den dreißiger Jahren die Bedürfnisse der Elektronik- und Computerindustrie unbekannt. Auch der Trend zur Miniaturisierung, auf dem Gebiet der Elektronik und in der Computertechnik ist erst vor einigen Jahren entstanden und seither immer schneller fortgeschritten. In bezug auf die Bereitstellung von federnden Steckverbindern und Kontakten sind die Komplexität der erforderlichen Vorrichtungen sowie die Anforderungen an Wärmeableitung sowie lange Lebensdauer von Teilen bei hohen Temperaturen ohne entspannungsbedingten Ausfall immer höher geschraubt worden. Außerdem sind die Käufer zunehmend preisbewußt geworden, und es wurden Verbinderlegierungen wie die Phosphorbronzen C51000 und C52100 aus Kostengründen eingesetzt, obwohl das schlechtere Betriebsverhalten solcher Legierungen, etwa die schlechtere Leitfähigkeit und Formbarkeit sowie der geringere Entspannungswiderstand gegenüber Beryllium-Kupfer-Legierungen bekannt war. Außerdem wurden durch die bei der Herstellung komplexer Teile aus Band oder Draht unter Einsatz von Folgeschnitt- oder anderen Formverfahren sich ergebenden Anforderungen an die Formbarkeit sowie durch das Erfordernis eines höheren Entspannungswiderstands für die heutigen Anwendungen als hochzuverlässige elektrische und elektronische Verbinder, Schalter und Relais die Schwierigkeiten für die Hersteller von Legierungen noch gesteigert gegenüber den einfacheren Zeiten der US-PS 18 93 984 und 22 89 593, bei denen die Zusammensetzungen und die Behandlung von Kupfer-Beryllium- Legierungen nur dem Zweck dienten, ein maximales Verhältnis zwischen Festigkeit und Leitfähigkeit zu erzielen, und Überlegungen hinsichtlich Formbarkeit oder Entspannungsverhalten nicht angestellt wurden.

Bekannte Verfahren zur Erzeugung von Knetwerkstoffen (d. h. Band-, Platten-, Draht-, Stangen-, Stab-, Rohrgut etc.) aus Kupfer-Beryllium-Legierungen richten sich im allgemeinen auf Legierungen mit dem besten Betriebsverhalten, die Beryllium- und größere Drittelementgehalte aufweisen, die an die Zusammensetzung der technischen Legierungen C17500, C17510 und C17200 erinnern. Diese Verfahren umfassen im allgemeinen die Schritte: Herstellen der Legierungsschmelze, Gießen eines Blocks, Umformen des Blocks zu einer Knetform durch Warm- und/oder Kaltverformen, ggf. unter Zwischenglühen zur Erhaltung der Umformbarkeit der Legierung, Lösungsglühen der Knetform durch Erwärmen auf eine ausreichend hohe Temperatur, um eine Rekristallisation der Legierung und die Festlösung des Berylliums in der Kupfermatrix zu bewirken, und anschließendes rasches Abschrecken der Legierung, um das Beryllium in der übersättigten Festlösung zu halten, ggf. Kaltverformen der lösungsgeglühten Knetform um einen vorbestimmten Betrag zur Steigerung der späteren Festigkeit nach Auslagerung, anschließendes Auslagern der ggf. kaltverformten Knetform bei Temperaturen, die unterhalb der Lösungsglühtemperatur liegen, um erwünschte Kombinationen von Festigkeit und Bildsamkeit zu erhalten. Diese Technik ist in den US-PS 18 93 984, 19 59 154, 19 74 839, 19 75 113, 20 27 750, 25 27 983, 31 96 006, 31 38 493, 32 40 635, 41 79 314 und 44 25 168 angegeben, die außerdem lehren, daß optimale Lösungsglüh- und Auslagerungstemperaturbereiche von der Legierungszusammensetzung abhängen und daß die Auslagerung entweder vor, während oder nach der Fabrikation der lösungsgeglühten und ggf. kaltverformten Knetform zu einem Produkt (z. B. einer elektrisch leitenden Feder, einer Druckschweißelektrode od. dgl.) mittels bekannter Metallformungsverfahren durchgeführt werden kann.

Bekannte Legierungen auf Kupferbasis, die nicht auslagerungsfähig sind (wie die Phosphorbronzen C51000 und C52100) und ihre Festigkeit ausschließlich durch Kaltverformung erhalten, werden häufig über eine Querschnittsabnahme von wesentlich mehr als 50% hinaus kaltverformt, um technisch akzeptable Festigkeitswerte zu erhalten. Im Fall bekannter Kupfer-Beryllium- Legierungen beschränkt sich die letzte Kaltverformung, die zwischen dem Lösungsglühen und dem Auslagern stattfindet - abgesehen von der Kaltverformung, die mit den Metallformungsschritten zur Teilefertigung einhergeht -, im wesentlichen auf Werte, die unterhalb einer Querschnittsabnahme von ca. 50% liegen. So beschreiben die US-PS 31 38 493, 31 96 006, 41 79 314 und 44 25 168 Verfahren, bei denen die Kaltreduktion vor der Auslagerung zwischen einem Minimalwert von 3% und einem Maximalwert von 42% liegt. Eine Erklärung für diese Einschränkung der Kaltverformung bei den bekannten technischen Kupfer-Beryllium-Legierungen findet sich in der Veröffentlichung "Wrought Beryllium Copper", 1982, von Brush Wellman Incorporated, die aufzeigt, daß die Bildsamkeit im Walzzustand (und damit die Formbarkeit - also der kleinste Biegeradius ohne Bruch bei Biegen um 90° oder 180° in einem Formungsschritt) auf technisch unannehmbare Werte abnimmt, wenn die Kaltreduktion über mehr als 40% hinausgeht, und daß die Festigkeit bei Kaltverformung nach der Auslagerung bei einer Kaltreduktion von ca. 30-40% einen relativen Höchstwert hat, jedoch bei stärkerer Kaltverformung abnimmt, wenn die Legierungen innerhalb technisch empfohlener Perioden und Temperaturbereiche ausgelagert werden.

Die US-PS 22 89 593 zeigt Kupfer- Beryllium-Nickel-Legierungen, die in einem Fall bis zu 80% vor der Auslagerung kaltverformt wurden, aber dieser Fall bezieht sich auf eine Legierung, die wenigstens 1,47% Ni enthält, und es ist nur die elektrische Leitfähigkeit angegeben.

Die Eigenschaft der Entspannung ist ein wesentlicher Konstruktionsparameter, der dem Konstrukteur die Gewähr geben kann, daß ein bestimmter Kontakt, Steckverbinder od. dgl. den erforderlichen Kontaktdruck beibehält, um eine lange Lebensdauer einer damit bestückten Einheit sicherzustellen. Die Entspannung ist definiert als die Abnahme der Spannung unter konstanter Belastung über die Zeit bei einer bestimmten Temperatur. Aufgrund des bekannten Entspannungsverhaltens eines Werkstoffs kann der Konstrukteur bestimmen, um wieviel die Federkraft bei Raumtemperatur erhöht werden muß, um eine bestimmte Mindestkraft bei Betriebstemperatur zu gewährleisten, so daß der elektrische Kontakt zwischen zusammengefügten Teilen über einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird.

Von den höhere Festigkeit aufweisenden berylliumhaltigen auslagerungsfähigen Legierungen wie C17200, die ca. 2% Beryllium enthält, ist bekannt, daß sie einen hohen Entspannungswiderstand haben. Dagegen weisen die erheblich billigeren Phosphorbronzen wie C51000 und C52100, die nicht auslagerungsfähig sind und zur Erzielung hoher Festigkeit stark kaltverformt werden müssen, einen schlechten Entspannungswiderstand auf.

Im vorliegenden Zusammenhang wird der Entspannungswiderstand durch die in der Veröffentlichung "Stress Relaxation of Beryllium Copper Strip in Bending" von Harkness und Lorenz, 30th Annual Relay Conference, Stillwater, Oklahoma, 27./28. April 1982, angegebene Prüfung bestimmt. Gemäß dieser Prüfung werden Flachfederproben mit konischer Meßlänge in einer Einspannvorrichtung auf eine gleichbleibende Anfangsspannung gespannt und mit der Einspannvorrichtung im gespannten Zustand erhöhten Temperaturen wie etwa 150°C über einen längeren Zeitraum ausgesetzt. Periodisch wird eine Probe entnommen und vermessen, um die bleibende Formänderung zu bestimmen, die der Werkstoff erfahren hat, woraus der Prozentsatz des Restspannungswerts errechenbar ist.

Die Formbarkeit wird bestimmt durch Biegen einer Flachfederprobe um einen Biegestempel, der eine Nase mit veränderlichem bekanntem Radius aufweist, wobei als Ausfall der Punkt angenommen wird, bei dem ein Riß des äußeren Fasergefüges der Biegestelle auftritt. Eine Bewertung der Probe erfolgt auf der Basis der Größe R/t, wobei der Radius der kleinsten Stempelnase, bei der kein Riß auftritt, und t die Dicke des Bandmaterials ist. Die Bewertung kann von Konstrukteuren genutzt werden, um zu bestimmen, ob ein gegebener Werkstoff zu der für ein bestimmtes Teil erwünschten Geometrie formbar ist.

Es war daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von aushärtbaren Kupfer-Beryllium-Legierungen mit geringen Mengen Nickel anzugeben, wobei ein Teil des Nickelgehaltes durch Kobalt ersetzt werden kann, so daß die Legierungen einen hohen Entspannungswiderstand, ein gutes Formänderungsvermögen, hohe Leitfähigkeit und Festigkeit aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen desselben sowie besonders bevorzugte Verwendungen beansprucht.

Die erfindungsgemäß behandelten Legierungen haben einen Entspannungswiderstand, der dem der technischen Kupfer-Beryllium- Legierungen mit der höchsten Festigkeit angenähert ist, sowie hohe Formbarkeit, Bildsamkeit, elektrische Leitfähigkeit und nutzbare Festigkeit.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Einfluß der Kaltverformung bei einer Querschnittsabnahme zwischen 0 und 93% auf die Festigkeit und Bildsamkeit von Bandmaterial aus zwei erfindungsgemäß zu behandelnden Legierungen, deren eine 0,26% Beryllium, 0,47% Nickel, Rest im wesentlichen Kupfer und deren andere aus 0,27% Beryllium, 0,71% Nickel, Rest Kupfer besteht, die beide bei 925°C lösungsgeglüht sind; dabei sind die Eigenschaften einmal für den Walzzustand und einmal nach Kaltwalzen plus Auslagern für 7 h bei 370°C angegeben;

Fig. 2 zeigt die 0,2-Dehngrenze und das Zugdehnungsverhalten nach Auslagerung von zwei erfindungsgemäß zu behandelnden Legierungen, deren eine aus 0,29% Beryllium, 0,49% Nickel, Rest Kupfer und deren andere aus 0,29% Beryllium, 0,30% Nickel, 0,16% Kobalt, Rest Kupfer besteht, und zwar nach Lösungsglühen bei 900°C, Kaltwalzen auf 72% Querschnittsabnahme und Auslagerung bei 400°C für 0-7 h;

Fig. 3 zeigt die 0,2-Dehngrenze und das Zugdehnungsverhalten nach Auslagerung einer erfindungsgemäß zu behandelnden Legierung, die aus 0,27% Beryllium, 0,54% Nickel, Rest Kupfer besteht, nach Lösungsglühen bei 925°C, Kaltverformen um 72% bzw. 90% und Auslagerung bei 400°C für 0-7 h; und

Fig. 4 zeigt den Entspannungsverlauf bei einer Temperatur von 150°C und einer Anfangsspannung von 75% der 0,2-Dehngrenze für Bandmaterial aus zwei erfindungsgemäß zu behandelnden Legierungen nach der Erfindung, deren eine aus 0,29% Beryllium, 0,49% Nickel, Rest Kupfer und deren andere aus 0,29% Beryllium, 0,30% Nickel, 0,16% Kobalt, Rest Kupfer besteht, beide Legierungen bei 900°C lösungsgeglüht, auf eine Querschnittsabnahme von 90% kaltgewalzt und für 5 h bei 400°C ausgelagert; zum Vergleich sind bekannte Legierungen auf Kupferbasis, z. B. die ausgelagerten Legierungen C17500, C17510 und C17200 und die kaltverformte Legierung C52100, angegeben.

Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Kupfer- Beryllium-Legierungen mit 0,05% bis 0,5% Beryllium und 0,05% bis 1% Nickel, wobei Kobalt bis zu etwa die Hälfte des Nickelgehalts ersetzen kann, und zwar in einem Substitutionsverhältnis von 1 Gewichtsteil Kobalt auf 2 Gewichtsteile Nickel. Die Behandlung umfaßt das Lösungsglühen der Legierung im Temperaturbereich von 870-1000°C, bevorzugt von 870-930°C, das Kaltverformen der Legierung auf eine Querschnittsabnahme um wenigstens 50%, bevorzugt um wenigstens 70-95%, und das Auslagern der kaltverformten Legierung im Temperaturbereich von 315-540°C für einen Zeitraum zwischen weniger als 1 h bis 8 h, um in der ausgelagerten Legierung eine hohe Kombination von Entspannungswiderstand, Formbarkeit, Bildsamkeit, Leitfähigkeit und Festigkeit zu erzielen.

Die Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß Beryllium- Kupfer-Legierungen mit geringen, bestimmten Beryllium- und Nickelgehalten, bei denen ein Teil des Nickelgehaltes durch eine bestimmte Kobaltmenge ersetzt sein kann, sehr vorteilhafte Kombinationen von Entspannungswiderstand, Formbarkeit und Bildsamkeit, Leitfähigkeit und Festigkeit ergeben können, wenn sie lösungsgeglüht, stark kaltverformt und ausgelagert werden. Es wurde sogar gefunden, daß nach Auslagerung dieser Legierungen anschließend an eine Kaltverformung mit einer Querschnittsabnahme von mehr als 50% sowohl die Festigkeit, bestimmt durch die 0,2-Dehngrenze, als auch die Bildsamkeit, bestimmt durch die Zugdehnung, mit zunehmender Kaltverformung bis zu einer Querschnittsabnahme von 95% oder mehr erheblich ansteigen gegenüber ausgelagerten Werkstoffen, die auf eine Querschnittsabnahme von weniger als 50% kaltverformt sind. Die Legierungen enthalten 0,05% bis 0,5% Beryllium und 0,05% bis 1% Nickel, wobei bis zur Hälfte des Nickelgehalts durch Kobalt ersetzt werden kann, und zwar in einem Substitutionsverhältnis von ca. 1 Gewichtsteil Kobalt auf 2 Gewichtsteile Nickel, und die nach dem Warm- oder Kaltverformen zur Umformung des ursprünglichen Gußblocks in eine Zwischenform mit geeigneten Maßen angewandte Behandlung umfaßt Lösungsglühen im Temperaturbereich von ca. 870-1000°C, bevorzugt von ca. 870-930°C, gefolgt von Kaltverformen, z. B. durch Walzen, unter Querschnittsverringerung der Zwischenform um wenigstens ca. 50% bis zu ca. 70-95% oder mehr, gefolgt von Auslagern des resultierenden kaltverformten Profils im Temperaturbereich von ca. 315-540°C für die Dauer von weniger als ca. 1 h bis zu ca. 8 h. Die Behandlung unterscheidet sich von der technischen Verarbeitung von Kupfer-Beryllium-Legierungen hinsichtlich des Grads der angewandten Kaltverformung vor der Auslagerung und unterscheidet sich von dem Verfahren gemäß der US-Patentanmeldung Nr. 5 50 631 hinsichtlich der angewandten Lösungsglühtemperaturen und dadurch, daß bei solchen Lösungsglühtemperaturen keine nickelreiche Ausscheidung gebildet wird.

Durch die Behandlung entsteht in den Legierungen, die gegenüber technischen Kupfer-Beryllium-Knetlegierungen nur wenige Legierungsbestandteile aufweisen, eine nützliche und völlig unerwartete Kombination von Eigenschaften. Insbesondere zeigen die Legierungen eine überlegene Kombination von Entspannungswiderstand, Formbarkeit und Bildsamkeit sowie Leitfähigkeit gegenüber bekannten Bronze- und Messinglegierungen, z. B. den Phosphorbronzen, und haben gleiche Festigkeit wie diese.

Die Legierungen werden zu Blockform unter Anwendung konventioneller statischer, halbkontinuierlicher oder kontinuierlicher Gießverfahren gegossen. Die Blöcke können ohne Schwierigkeiten etwa durch Warm- oder Kaltwalzen verformt werden. Es können Zwischenglühschritte bei Temperaturen zwischen ca. 540°C und 955°C angewandt werden. Nachdem der Block auf das erwünschte Zwischenmaß reduziert ist, von dem aus die Kaltreduktion zu einem erwünschten Endmaß mit einem vorbestimmten Kaltverformungsgrad erfolgen kann, wird ein Lösungsglühschritt angewandt. Das Lösungsglühen erfolgt bei einer Temperatur von ca. 870-930-1000°C. Unter diesem Bereich liegende Temperaturen bewirken in einigen Legierungen keine vollständige Rekristallisation. Mit Temperaturen am unteren Bereichsende werden eine feinere Korngröße und bessere Formbarkeit, jedoch geringere Festigkeit erhalten. Bei manchen Legierungen kann innerhalb des genannten Bereichs ein unerwünschtes Kornwachstum auftreten, das aus der Anwendung von 950°C oder mehr beim Lösungsglühen resultiert. Der lösungsgeglühte Werkstoff wird dann auf Endmaß kaltverformt, etwa durch Walzen, Ziehen oder andere Metallumformverfahren, wodurch der Werkstoffquerschnitt um wenigstens 50%, bevorzugt um wenigstens 70-90% oder mehr, reduziert wird. Der kaltverformte Werkstoff wird dann bei einer Temperatur im Bereich von ca. 315-540°C für die Dauer von weniger als 1 h bis ca. 8 h ausgelagert.

Die Auslagerung stellt sowohl eine Ausscheidungshärtungs- als auch eine Stabilisierungs-Wärmebehandlung dar. Sie bewirkt, daß die Festigkeit erhöht und gleichzeitig die Bildsamkeit und der Entspannungswiderstand der Legierung erheblich gesteigert werden. Auch die Formbarkeit wird merklich gesteigert. Bei Auslagerungstemperaturen unter ca. 400°C kommen Auslagerungszeiten von wenigstens ca. 7 h zur Anwendung, während höhere Auslagerungstemperaturen eine Auslagerungszeit von ca. 1 h oder weniger erfordern. Geringere Berylliumgehalte verlangen ebenfalls längere Auslagerungszeiten als höhere Berylliumgehalte, um die erwünschten Eigenschaftswerte zu erhalten.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.

Eine Serie von Legierungen mit den in der Tabelle I angegebenen Zusammensetzungen wurde in Blockform erzeugt. Die Blöcke wurden durch Warm- und Kaltwalzen, ggf. unter Zwischenglühen, zu Bandform mit Zwischenmaß umgeformt. Das bearbeitete Band wurde dann bei den in der Tabelle I angegebenen Temperaturen während ca. 5 min oder kürzer bei der genannten Temperatur lösungsgeglüht, gefolgt von sehr schnellem Abschrecken auf Raumtemperatur. Das lösungsgeglühte Bandmaterial wurde dann auf eine Querschnittsabnahme von 72% kaltgewalzt und während der Zeiten und bei den Temperaturen gemäß der Tabelle ausgelagert. Die Zugeigenschaften, die Härte und die Leitfähigkeit wurden bestimmt und sind in der Tabelle angegeben. Zum Vergleich: Bandproben der Schmelzen 4 und 5, die in der vorgenannten Weise bis zur Kaltreduktion um 72% verformt, jedoch nicht ausgelagert wurden, zeigten im Walzzustand Zugeigenschaften von 450-460 MPa Zugfestigkeit, 440-455 MPa 0,2-Dehngrenze, 5,2-5,6% Dehnung, eine Rockwellhärte HR B 78 und eine elektrische Leitfähigkeit von 43,9-44,1% IACS.

Die Tabelle II enthält die Ergebnisse, die mit Bandmaterial aus bestimmten Legierungen der Tabelle I und einer weiteren Zusammensetzung der erfindungsgemäß zu behandelnden Legierung erhalten wurden, wobei die letztgenannte Zusammensetzung ebenso wie die Legierungen von Tabelle I behandelt, jedoch vor der Auslagerung auf eine Querschnittsabnahme von 82% kaltgewalzt wurde.

Die Tabelle III zeigt Resultate für bestimmte Legierungen der Tabellen I und II, die in der angegebenen Weise vor dem Auslagern auf Querschnittsabnahmen von 90-93% kaltgewalzt wurden, und umfaßt Resultate von 90°-Biegeformbarkeitsprüfungen und Entspannungsprüfungen bei 150°C und einer Anfangsspannung von 75% der 0,2-Dehngrenze. In diesem Fall zeigt die Bandprobe der Schmelze 3, die auf eine Querschnittsabnahme von 90% durch Kaltwalzen verformt, jedoch nicht ausgelagert wurde, Zugeigenschaften im Walzzustand von 545 MPa Zugfestigkeit, 525 MPa 0,2-Dehngrenze, 2,5% Dehnung, Rockwellhärte HR B 82 und 42,4% elektrische Leitfähigkeit nach IACS. Die 90°-Biegeformbarkeit im Walzzustand in Längsrichtung (Mindestwert R/t ohne Riß) war Null.

Die Wichtigkeit der Endauslagerung hinsichtlich der Verbesserung der Eigenschaften dieser lösungsgeglühten und stark kaltverformten Legierungen ist außerdem aus Fig. 1 ersichtlich, wo eine Festigkeitszunahme um 11% und eine sechsfache Steigerung der Bildsamkeit für Bandmaterial erhalten wurde, das aus 0,26% Be, 0,47% Ni, Rest Kupfer bestand, auf eine Querschnittsabnahme von 90% kaltgewalzt war und bei 370°C ausgelagert wurde. Ebenso wurde eine Festigkeitssteigerung um 23% und eine fünffache Steigerung der Bildsamkeit für Bandmaterial aus 0,27% Be, 0,71% Ni, Rest Kupfer, das auf eine Querschnittsabnahme von 90% oder mehr kaltgewalzt war, nach Auslagerung bei der gleichen Temperatur beobachtet.

Wie Fig. 4 zeigt, ist der Entspannungswiderstand der geglühten, stark kaltverformten und ausgelagerten Legierungen nach der Erfindung ähnlich demjenigen des technischen Bandmaterials C17500 und C17510, er ist demjenigen der höhere Festigkeit aufweisenden ausscheidungsgehärteten bekannten Legierungen, z. B. C17200, angenähert, und zeigt eine erhebliche Verbesserung gegenüber den nicht ausscheidungshärtbaren kaltverformten bekannten Legierungen wie C51000 und C52100, die vergleichbare Festigkeit aufweisen.

Die Analyse dieser Beispiele ergibt, daß wenigstens ca. 0,15% bis ca. 0,2% Beryllium und ca. 0,2% Nickel, Rest Kupfer, notwendig sind, um erwünschte Kombinationen einer elektrischen Leitfähigkeit von mehr als 40% IACS und einer Festigkeit von mehr als ca. 480 MPA der 0,2-Dehngrenze bei Behandlung nach der Erfindung zu erzielen, und daß bei einem Berylliumgehalt von mehr als ca. 0,5% und einem Nickelgehalt von mehr als ca. 0,9-1%, Rest Kupfer, bei Behandlung nach der Erfindung keine merkliche Verbesserung der Festigkeit über 825 MPA hinaus, jedoch eine erhebliche Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit eintritt. Andererseits kann eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit von mehr als ca. 60% IACS bei mittleren Festigkeiten von wenigstens ca. 345 MPa mit Legierungen erhalten werden, die nur 0,15% Beryllium und 0,1% Nickel, Rest Kupfer, enthalten, wenn sie nach der Erfindung behandelt werden. Ferner zeigt die Untersuchung dieser Beispiele, daß ein Teil des Nickelgehalts dieser Legierungen nach der Erfindung durch Kobalt in einem ungefähren Substitutionsverhältnis von ca. 1 Gewichtsteil Kobalt auf ca. 2 Gewichtsteile Nickel ersetzt werden kann und etwa vergleichbare mechanische und physikalische Eigenschaften bei einem bestimmten Berylliumgehalt erzielt werden können.

Knetlegierungen, die gemäß der Erfindung behandelt wurden, eignen sich für stromführende Federn, mechanische Federn, Membranen, Messerkontakte für Schalter, Kontakte, Steckverbinder, Anschlußklemmen, Sicherungsklemmen, Balgen, Druckguß- Stempelenden, Lagerhülsen, Formungs- und Bearbeitungswerkzeuge für Kunststoffe, Bauteile für Öl-/Kohle-Bohreinrichtungen, Widerstandsschweißelektroden und deren Bauteile, Leiterplatten etc.

Außer den Gebrauchsartikeln, die aus Legierungsband-, -platten-, -stangen-, -stab- und -rohrmaterial gefertigt sind, das durch die Glüh-, Kaltverformungs- und Auslagerungsschritte gemäß der Erfindung zu Fertigform bearbeitet ist, gibt es weitere Möglichkeiten zur Herstellung solcher Artikel im Rahmen der Erfindung. So ist die Herstellung von plattiertem, walzplattiertem oder einlegeplattiertem Band oder Draht möglich; dabei wird eine Lage eines ersten Knetwerkstoffs, z. B. eine Legierung auf Kupfer-, Nickel-, Eisen-, Chrom-, Kobalt-, Aluminium-, Silber-, Gold-, Platin- oder Palladium- Basis oder irgendeine Kombination von zwei oder mehr dieser Legierungen mit einem Substrat eines zweiten metallischen Werkstoffs metallurgisch verbunden, der eine erfindungsgemäß zu behandelnde Kupfer-Beryllium- Legierung ist; die Lage bzw. Lagen des ersten metallischen Werkstoffs bzw. der Werkstoffe werden mit der zweckmäßig gereinigten Oberfläche des lösungsgeglühten zweiten metallischen Werkstoffs kontaktiert, die aufeinandergelegten metallischen Werkstoffe werden kaltgewalzt (oder im Fall von Draht kaltgezogen) unter starker Querschnittsabnahme innerhalb des Bereichs der Erfindung, z. B. auf 50% bis 70% oder auch 90% oder mehr, unter Bildung einer Kaltschweißverbindung, dann wird das resultierende Mehrlagenband bzw. der Mehrlagendraht innerhalb des Bereichs der Erfindung ausgelagert, z. B. bei 315-540°C für die Dauer von weniger als 1 h bis ca. 8 h unter Erzielung einer erwünschten Kombination der Eigenschaften Festigkeit, Bildsamkeit, Formbarkeit, Leitfähigkeit und Entspannungswiderstand in dem das Substrat bildenden Kupfer-Beryllium-Werkstoff.

Außerdem können Gebrauchsartikel aus Legierungen nach der Erfindung hergestellt werden, wobei praktisch die Endform des Artikels durch starkes Kaltverformen, z. B. Kalthämmern, Kalteinsenken, Kaltnachschlagen oder Kaltstauchen, des lösungsgeglühten und ggf. teilweise kaltgewalzten oder -gezogenen Knetlegierungsband-, -platten-, -stab-, -stangen-, -drahtmaterials oder Schmiederohlings auf Endmaß erzeugt wird, um eine Gesamtkaltverformung in der Legierung innerhalb des Bereichs der Erfindung, z. B. um 50% bis ca. 70% oder 90% oder mehr, zu bewirken, wonach das kaltverformte Endprodukt innerhalb des Bereichs der Erfindung ausgelagert wird, z. B. bei 315-540°C für die Dauer von weniger als 1 h bis ca. 8 h, so daß die Endprodukte erwünschte Eigenschaftskombinationen der erfindungsgemäß zu behandelnden Legierungen erhalten.

Die in der Beschreibung genannten US-Normlegierungen C 17200, C 17500, C17510, C51000 und C52101 weisen folgende Hauptbestandteile auf:

Claims (11)

1. Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von nickelhaltigen Kupfer-Beryllium-Legierungen mit 0,05% bis 0,5% Beryllium, 0,05% bis 1% Nickel, wobei bis zur Hälfte des Nickelgehalts durch Kobalt in einem Substitutionsverhältnis von 1 Gewichtsteil Kobalt auf 2 Gewichtsteile Nickel ersetzbar ist, Rest Kupfer mit unvermeidbaren Verunreinigungen durch Lösungsglühen des durch Verformen hergestellten Zwischenproduktes unterhalb 1000°C, Kaltverformen um mindestens 30% auf Endmaß und Auslagern der kaltverformten Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsglühen bei einer Temperatur zwischen 870°C und 1000°C über einen Zeitraum, der zur Rekristallisation und Festlösung desjenigen Teils der Legierungselemente ausreicht, die zur Ausscheidungshärtung beitragen können, das Kaltverformen der lösungsgeglühten Legierung auf im wesentlichen Endmaß mit einer Querschnittsabnahme von wenigstens ca. 50% und das Auslagern nach dem Kaltverformen auf Endmaß in einer Auslagerungsstufe bei einer Temperatur zwischen 315°C und 540°C für die Dauer von weniger als 1 Stunde bis zu 8 Stunden vorgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltverformung zum Kaltverschweißen der Kupfer- Beryllium-Legierung mit einem oder mehreren metallischen Werkstoffen, umfassend eine Legierung auf Kupfer-, Nickel-, Eisen-, Chrom-, Kobalt-, Aluminium-, Silber-, Gold-, Platin- oder Palladiumbasis, unter Erzeugung eines plattierten, walzplattierten oder einlegeplattierten Knetprodukts vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltverformung mit einer Querschnittsabnahme von 70% bis 95% vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslagerung bei einer Temperatur von 370°C bis 425°C für die Dauer von 1 h bis 7 h vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung mit folgenden Anteilen verwendet wird: 0,2% bis 0,5% Nickel,
0,2% bis 0,5% Beryllium.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung mit folgenden Anteilen verwendet wird: 0,25% bis 0,5% Beryllium,
0,5% Nickel,das zur Hälfte durch Kobalt ersetzt sein kann.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung mit folgender Zusammensetzung verwendet wird: 0,25% bis 0,5% Beryllium,
0,7% bis 1% Nickel,das zur Hälfte durch Kobalt ersetzbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung mit folgenden Anteilen verwendet wird: 0,05% bis 0,2% Beryllium,
0,05% bis 0,2% Nickel,das zur Hälfte durch Kobalt ersetzbar ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformen auf ein Endmaß in Draht-, Stab-, Stangen- oder Rohrform durchgeführt wird.

10. Verwendung einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche behandelten Legierung für im Betrieb unter mechanischer Spannung stehende Kontaktelemente.

11. Verwendung einer nach einem der Ansprüche 1 bis 9 behandelten Legierung für eine Leiterplatte mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mehr als 60% IACS und mit einer 0,2- Dehngrenze von mindestens 345 MPa.