DE3620654A1 - Kupferlegierung - Google Patents
KupferlegierungInfo
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Description
Als Werkstoff zur Herstellung von Stranggießkokillen zum
Stranggießen von hochschmelzenden Metallen wie Stahl wird
seit langem Kupfer vorwiegend des Typs SF-Cu verwendet,
welches aufgrund seiner hohen thermischen Leitfähigkeit
sehr schnell die Wärme aus der Schmelze abzuleiten vermag.
Die Wandstärke der Kokillen wird so groß gewählt, daß sie
in ausreichender Weise den zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen
genügt.
Zur Erhöhung der Warmfestigkeit ist vorgeschlagen worden,
Stranggießkokillen aus einer Legierung mit mindestens 85%
Kupfer und wenigstens einem weiteren eine Ausscheidungshärtung
bewirkenden Legierungselement herzustellen. Als
Legierungselement werden bis zu 3% Chrom, Silizium, Silber
und Beryllium vorgeschlagen. Auch die aus diesem Werkstoff
hergestellten Stranggießkokillen konnten noch nicht vollauf
befriedigen, da insbesondere die Legierungskomponenten
Silizium und Beryllium die thermische Leitfähigkeit stark
herabsetzen (AT-PS 2 34 930).
Alle diese Lösungen haben als Werkstoffe für Stranggießkokillen
noch nicht vollauf befriedigen können.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine
Kupferlegierung anzugeben, die eine hohe thermische Leitfähigkeit,
eine hohe mechanische Festigkeit insbesondere
bei Temperaturen oberhalb 300°C und eine hohe Warmplastizität
aufweist. Der Werkstoff soll insbesondere zur Herstellung von
Stranggießkokillen verwendbar sein.
Diese Aufgabe wird durch eine Kupferlegierung gelöst, die
aus 0,05 bis 0,4% Zink, 0,02 bis 0,3% Magnesium, 0,02 bis
0,2% Phosphor, Rest Kupfer und herstellungsbedingten Verunreinigungen
besteht.
Es ist bekannt, daß Zusätze von Zink oder Magnesium die
Leitfähigkeit des Kupfers geringfügig herabsetzen, während
Phosphorzusätze zu einem starken Leitfähigkeitsabfall führen.
Die Festigkeit wird durch den Zusatz von Zink, Magnesium
oder Phosphor heraufgesetzt. Völlig überraschend hat sich
jedoch herausgestellt, daß der gemeinsame Zusatz aller drei
Elemente in den beanspruchten Bereichen die Leitfähigkeit
verglichen mit einem handelsüblichen SF-Kupfer gar nicht
oder nur geringfügig herabsetzt. Die Festigkeit ist infolge
einer Mischkristallhärtung sowie durch zusätzliche Aushärtungseffekte
durch Phosphidbildung, die ausscheidungsfähig
sind, gegenüber SF-Kupfer wesentlich höher. Insbesondere
die Warmfestigkeit zeigt wesentlich höhere Werte als SF-Kupfer.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Legierung
erwiesen, die aus 0,1 bis 0,25% Zink, 0,05 bis 0,15%
Magnesium, 0,05 bis 0,1% Phosphor, Rest Kupfer und herstellungsbedingte
Verunreinigungen besteht.
Ein Zusatz von Silizium bis zu 0,2% vorzugsweise bis 0,1%
wirkt sich positiv auf die Härte und damit auf die Verschleißfestigkeit
aus.
Zusätze von bis zu 0,15% Zirkon führen zu einer Verbesserung
der Warmplastizität.
Sie ermöglichen ferner in Kombination mit einer gezielten
Wärmebehandlung eine weitere Verbesserung des Erweichungsverhaltens.
Beide Zusätze führen in den angegebenen
Konzentrationen zu keiner wesentlichen Verringerung der
Wärmeleitfähigkeit.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung
einer Kupferlegierung wie sie oben beschrieben ist.
Danach wird die Legierung nach dem Gießen warmverformt bei
300 bis 550°C 1 bis 5 Stunden geglüht und abschließend
um mindestens 10% kaltverformt.
Eine Kaltverformung um mindestens 10% zwischen der Warmverformung
und der Auslagerung bei 300 bis 550°C wirkt sich
positiv auf den Homogenisierungszustand und die Eigenschaftskombination
aus.
Mit besonderem Vorteil wird die Legierung oberhalb der
Temperatur der maximalen Löslichkeit der Legierungskomponenten
warmverformt und danach von mindestens 750°C abgeschreckt.
Durch diese Maßnahme kann ein zusätzlicher Aushärtungseffekt
erzielt werden. Ein Lösungsglühen kann jedoch auch getrennt
von der Warmverformung vorgenommen werden.
Zur Erhöhung der Festigkeit ist es von Vorteil, nach dem
letzten Auslagerungsglühen nochmals eine Kaltverformung von
mindestens 10% vorzunehmen.
Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert.
Eine Legierung bestehend aus 0,19% Zink, 0,09% Magnesium,
0,07% Phosphor, Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen,
wurde nach dem Gießen durch Strangpressen
warmverformt und darauf durch Ziehen um 20% kaltverformt.
Die Legierung wurde dann bei 500°C fünf Stunden geglüht.
Es wurden dann Proben hergestellt, die um 10%, 20% und 40%
kaltverformt wurden. Die Eigenschaften dieser Proben sind
in den Tabellen A, B und C im Vergleich zu SF-Kupfer und
einer Kupfer-Chrom-Zirkon-Legierung aufgeführt.
Der Vergleich mit dem für Stranggießkokillen häufig verwendeten
Werkstoff SF-Kupfer zeigt deutlich, daß bei vergleichbaren
Verformungsgraden die Festigkeitswerte durchweg
um ca. 50% höher liegen. Die Leitfähigkeit ist ebenfalls
höher. Wesentlich ist jedoch, daß das Erweichungsverhalten
bei hohen Temperaturen erheblich günstiger ist. So erweicht
der erfindungsgemäße Werkstoff bei vergleichbarer Leitfähigkeit
erst bei Temperaturen von über 500°C. Hinzu kommt eine
wesentlich geringere Kriechdehnung bei erhöhten Temperaturen,
die eine bessere Verzugsfreiheit gewährleistet. Insgesamt
kann erwartet werden, daß sich die Kupferlegierung nach der
Lehre der Erfindung hervorragend als Werkstoff für Stranggießkokillen
eignet. Im Vergleich mit der Kupfer-Chrom-Legierung
schneidet die erfindungsgemäße Legierung ebenfalls
sehr gut ab. Da die erfindungsgemäße Legierung jedoch wesentlich
einfacher herstellbar ist, und die Legierungselemente
preisgünstiger sind, dürften Stranggießkokillen aus dem neuen
Werkstoff bei gleichem Standverhalten preisgünstiger sein.
Etwas günstiger sind die technologischen Eigenschaften der
Legierung, wenn man die Warmverformung bei Lösungsglühtemperatur
vernimmt und darauf abschreckt und dann die oben
beschriebenen Arbeitsgänge folgen läßt. Durch Ausscheidung
von intermediären Phasen aus der Kupfermatrix können noch
günstigere Festigkeits- und Leitfähigkeitswerte erzielt
werden.
Claims (7)
1. Kupferlegierung, bestehend aus 0,05 bis 0,4% Zink,
0,02 bis 0,3% Magnesium, 0,02 bis 0,2% Phosphor,
Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, bestehend aus 0,1 bis
0,25% Zink, 0,05 bis 0,15% Magnesium, 0,05 bis 0,1%
Phosphor, Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
3. Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch einen Zusatz von bis zu 0,2% vorzugsweise bis
zu 0,1% Silizium.
4. Kupferlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Zusatz von bis zu
0,15% Zirkon.
5. Verfahren zur Herstellung einer Kupferlegierung nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung nach dem Gießen warmverformt,
bei ca. 300 bis 550°C 1 bis 6 Stunden
geglüht und danach um mindestens 10% kaltverformt
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung nach der Warmverformung um mindestens
10% kaltverformt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Warmverformung oberhalb der Temperatur der
maximalen Löslichkeit vorgenommen wird, und die Legierung
von mindestens 750°C abgeschreckt wird.
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