DE3854682T2 - Eisen-Kupfer-Chrom-Legierung für einen hochfesten Leiterrahmen oder ein Steckstiftgitter und Verfahren zu ihrer Herstellung. - Google Patents

Eisen-Kupfer-Chrom-Legierung für einen hochfesten Leiterrahmen oder ein Steckstiftgitter und Verfahren zu ihrer Herstellung.

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Description

    Hintergrund der Erfindung (1) Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eisen/Kupfer/Chrom- Legierungsmaterial für einen hochfesten Leiterrahmen einer integrierten Schaltung und Großintegration aus Halbleitermaterialien oder für eine Steckgittergruppe, das ein hervorragendes Wärmeleitvermögen und eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit aufweist und mit geringen Kosten hergestellt wird, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
    • (2) Beschreibung des zugehörigen Fachgebietes
  • Als Leiterrahmenmaterial für integrierte Schaltungen oder Grcßintegrationen aus Halbleitermaterialien werden eine Eisenlegierung (Kovar-Legierung), die 26 bis 30 Gew.-% Nickel und 11 bis 16 Gew.-% Cobalt enthält, wie sie in der ungeprüften veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 59-198741 beschrieben ist, und eine Eisenlegierung verwendet, die 30 bis 55 Gew.-% Nickel enthält (eine 42%-ige Ni- Legierung stellt eine typische Zusammensetzung dar), wie sie in der ungeprüften veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 60-111447 beschrieben wird, da diese Legierungen im Hinblick auf ihre Wärmeausdehnungseigenschaften mit dem Glasdichtungsmaterial oder Si kompatibel sind. Außerdem wurden Kupfer und Kupferlegierungen immer öfter für integrierte Schaltungen verwendet, bei denen ein hohes Wärmeleitvermögen und eine hohe elektrische Leitfähigkeit erforderlich sind.
  • Die oben genannte Kovar-Legierung oder die Legierung 42Ni weist eine hervorragende Festigkeit und Wärmebeständigkeit auf, hat jedoch ein geringes Wärmeleitvermögen, eine geringe elektrische Leitfähigkeit und eine schlechte Verarbeitbarkeit und zeigt hohe Kosten. Um den seit kurzem wachsenden Bedarf nach Wärmestrahlungsvermögen abzudecken, der auf dem steigenden Integrationsgrad der integrierten Schaltungen beruht, wird anstelle der oben genannten Legierungen eine kostengünstige Kupferlegierung verwendet, die ein hervorragendes Wärmeleitvermögen, eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und eine hervorragende Verarbeitbarkeit aufweist.
  • Da eine Eisen/Kupfer/Legierung eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist, wird die Legierung oft für ein Schleifkontaktelement oder dergleichen verwendet, und es ist eine Kupfer/Eisen/Chrom- Legierung bekannt, bei der die geringe Korrosionsbeständigkeit der Eisen/Kupfer/Legierung durch Einführung von Chrom verbessert wird, wie es in der ungeprüften veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 59-91025 beschrieben wird.
  • Kupferlegierungen weisen im allgemeinen eine geringe Wärmebeständigkeit und Festigkeit auf und diese Nachteile werden folglich durch den Zusatz von Zinn, Eisen Silicium, Phosphor und Cobalt beseitigt, wie es z.B. bei der Legierung CA-195 und einer Legierung der Fall ist, die in der ungeprüften veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 60-218442 beschrieben wird. Durch den Zusatz dieser Elemente steigen jedoch die Kosten, und außerdem werden dadurch das Wärmeleitvermögen und die elektrische Leitfähgikeit verringert.
  • Die Eisen/Kupfer/Chrom-Legierung hat außerdem den Mangel, daß die Legierung in eine Eisen/Chrom-Phase und eine Kupferphase getrennt wird, die deutlich verschiedene Oberflächeneigenschaften aufweisen, z.B. verschiedene Eigenschaften beim Löten und Plattieren.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die grundlegende Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Eisen/Kupfer/Chrom-Legierungsmaterials für einen hochfesten Leiterrahmen oder eine Steckgittergruppe, wobei die Korrosionsbeständigkeit, die beim Herstellungsverfahren oder bei der Beeinträchtigung der Arbeitsumweit wichtig ist, durch Einführen von Chrom in eine Legierung verbessert wird, die als Hauptbestandelemente Eisen und Kupfer enthält, und die ein befriedigendes Wärmeleitvermögen und eine befriedigende elektrische Leitfähigkeit und die hohe Festigkeit aufweist, die von einem hochfesten Leiterrahmen oder einer hochfesten Steckgittergruppe gefordert werden, und die eine hervorragende Verarbeitbarkeit aufweist.
  • Die hier genannten Erfinder haben die Verwendung verschiedener Legierungen bei der Überwindung der oben genannten Nachteile herkömmlicher Verfahren untersucht und haben die Bedingungen erforscht, die für eine Eisen/Kupfer/Chrom- Legierung mit hervorragenden Eigenschaften als Material für einen IC-Gehäuse-Leiterrahmen oder eine Steckgittergruppe erforderlich sind, und haben als Ergebnis festgestellt, daß die oben genannten Probleme gelöst werden können, wenn die Partikelgrößen in der Eisen/Chrom-Phase und der Kupferphase verringert werden. Basierend auf dieser Erkenntnis gelangten die Erfinder nunmehr zur vorliegenden Erfindung, die ein Eisen/Kupfer/Chrom-Legierungsmaterial für einen hochfesten Leiterrahmen oder eine Steckgittergruppe bereitstellt.
  • Insbesondere und nach der vorliegenden Erfindung umfaßt das Eisen/Kupfer/Chrom-Legierungsmaterial für einen hochfesten Leiterrahmen oder eine Steckgittergruppe 20 und gegebenenfalls mindestens ein Element aus der Gruppe von Si, Al, Ti, Ni, Zn, Sn, Nb, Zr und P, wobei die Menge an Al, Ti, Nb, Zr oder P (falls vorhanden) 0,1 bis 0,5 Gew.-% beträgt, die Menge an Zn oder Si (falls vorhanden) 0,01 bis 1 Gew.-% beträgt, die Menge an Ni oder Sn (falls vorhanden) 0,01 bis 4 Gew.-% beträgt und der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen ist, und die Eisen/Chrom-Phase und die Kupferphase jeweils eine durchschnittliche Korngrößenzahl nach ASTM von mindestens 10 aufweisen.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Legierungsmaterials bereitgestellt, bei dem die Bedingungen für das Stranggießen, die Bedingungen für das Kaltverformen und die Bedingungen für die Alterungsbehandlung so vorgeschrieben sind, daß das oben genannte Legierungsmaterial erhalten wird.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden die Strukturanforderungen der Erfindung beschrieben.
  • Es muß darauf hingewiesen werden, daß die folgende Erklärung hauptsächlich für einen Leiterrahmen erfolgt, das erfindungsgemäße Material kann jedoch auch für eine Steckgittergruppe verwendet werden.
  • Zuerst werden die Gründe für die Beschränkungen der chemischen Zusammensetzung des Materials beschrieben.
  • Ein hoher Kupfergehalt ist bevorzugt, damit das Wärmeleitvermögen und die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden, wenn jedoch eine hohe Festigkeit notwendig ist, ist eine Erhöhung des Eisengehaltes erforderlich. Wenn der Kupfergehalt geringer als 20 Gew.-% ist, können das Wärmeleitvermögen und die elektrische Leitfähigkeit nicht erreicht werden, die für einen IC-Leiterrahmen erforderlich sind, und deshalb wird die Untergrenze des Kupfergehalts bei 20 Gew.-% festgelegt. Wenn der Gehalt an Eisen und Chrom geringer als 10 Gew.-% ist, sind die Menge und die Verteilung der Eisen/Chrom-reichen Phase unbefriedigend, um eine feinere Struktur zu bewirken, und die gute Kombination aus Festigkeit und elektrischer Leitfähgikeit, wie sie bei der vorliegenden Erfindung beabsichtigt ist, kann nicht erhalten werden. Deshalb wird die Obergrenze des Kupfergehaltes bei 90 Gew.-% festgelegt.
  • Chrom wird in einer Menge von mindestens 2,5 Gew.-% eingeführt, damit die Korrosionsbeständigkeit des Materials verbessert wird, und wenn die Chrommenge geringer als 2,5 Gew.-% ist, kann diese Wirkung nicht erhalten werden. Wenn die Menge an Chrom 12 Gew.-% übersteigt, ist jedoch die Wirkung der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit bereits erreicht, und die Lötfähigkeit nimmt deutlich ab, und deshalb wird die Obergrenze des Chromgehalts bei 12 Gew.-% festgelegt. Die für die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Eisen erforderliche Chrommenge ist gewöhnlich viel größer als die oben genannte Untergrenze, da jedoch bei der vorliegenden Erfindung der Eisengehalt in der Legierung relativ gering ist und die Verteilung des Chroms im Eisen zum Zeitpunkt der Verfestigung verbessert wird, kann nur mit der Zugabe einer geringen Chrommenge eine hervorragende Wirkung erreicht werden.
  • Damit die Festigkeit, die Verarbeitbarkeit und die Plattierungseigenschaft verbessert wird, wird vorzugsweise mindestens ein Element eingeführt, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Ai, Al, Ti, Ni, Zn, Sn, Nb, Zr und P besteht. In diesem Fall wird Al, Ti, Nb, Zr oder P in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Gew.-% eingeführt; Zn oder Si werden in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-% eingeführt; und Ni oder Sn wird in einer Menge von 0,01 bis 4 Gew.-% eingeführt. Andere Elemente sind Verunreinigungselemente und werden zufällig aus den Ausgangsmaterialien oder beim Schmelzen und nachfolgenden Schritten eingeführt.
  • Das charakteristische Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die durchschnittliche Korngrößenzahl der Eisen/Chrom-Phase und auch der Kupferphase mindestens 10 beträgt. Das Lötvermogen und das Plattierungsvermögen werden von der Korngröße stark beeinflußt, und diese Abhängigkeit von der Korngröße ist in Tabelle 1 gezeigt. Aus den in Tabelle 1 gezeigten Werten wird deutlich, daß die Korngrößenzahl mindestens ASTM 10 betragen sollte. Tabelle 1 Korngroßenzahl Zugfestigkeit Lötfähigkeit Benetzungskraft Auswertung Auswertung des Cu-Überzugs sauerstofffreies Kupfer schlecht gut
  • Als Maßnahme zur Verringerung der Korngröße kann ein Verfahren genannt werden, bei dem das Kaltwalzen und Glühen bei atmosphärischem Druck erfolgen, dieses Verfahren ist jedoch nicht bevorzugt, da die Anisothropie in der Plattenebene des Materials zunimmt. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Material deshalb durch ein Zwillingswalzverfahren oder dergleichen direkt zu einer Platte, einem Stab oder dergleichen gegossen. Dieses Verfahren ist als Maßnahme für die Verringerung der Korngröße in der kristallinen Struktur hervorragend und ist dadurch vorteilhaft, daß die Warmverarbeitung einer Eisen/Kupfer/Chrom-Legierung weggelassen werden kann, die eine geringe Warmverarbeitbarkeit hat.
  • Nachfolgend wird das Herstellungsverfahren detailliert beschrieben. Zuerst wird durch Stranggießen ein dünnes Gußteil der Eisen/Kupfer/Chrom-Legierung hergestellt. Bei diesem Schritt ist die primäre Abkühlungsgeschwindigkeit auf mindestens 100ºC/s begrenzt. Die Ursache liegt darin, daß bei einer hohen Abkühlungsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Verfestigung die Korngröße der verfestigten Struktur allmählich geringer wird und dieser Effekt erhalten bleibt, selbst wenn anschließend eine Wärmebehandlung oder eine Kaltbearbeitungs/Glühbehandlung erfolgen. Selbst wenn Kupfer in einer Menge von mehr als 70 Gew.-% eingeführt wird und es relativ schwer ist, eine hohe Festigkeit zu erhalten, wird die Untergrenze der Abkühlungsgeschwindigkeit so festgelegt, daß die Festigkeit erreicht werden kann, die für ein Material für einen hochfesten Leiterrahmen erforderlich ist. Wenn die oben genannte Abkühlungsgeschwindigkeit beibehalten wird, wird eine verfestigte Struktur erhalten, die eine Korngrößenzahl von mindestens ASTM 10 aufweist, diese wird durch ein Achsenabschnittsverfahren bestimmt. Wenn das Gußteil anschließend kaltbearbeitet und geglüht wird, hat das erhaltene Material für den hochfesten Leiterrahmen deshalb eine Struktur, bei der die Korngrößenzahl mindestens ASTM 10 beträgt, diese wird durch ein Achsenabschnittsverfahren bestimmt.
  • Beim oben genannten Gußteil tritt bei der Kaltverformung relativ schnell ein Riß auf. Als Maßnahme zur Verhinderung des Reißens kann ein Verfahren gewählt werden, bei dem direkt nach dem Gießen ein allmähliches Abkühlen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs erfolgt und nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur ein erneutes Erwärmen vorgenommen wird. Insbesondere erfolgt das Abkühlen bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 10 bis 100ºC/s innerhalb eines Temperaturbereichs von 850 bis 750ºC, oder die Wärmebehandlung erfolgt 20 bis 60 Minuten bei einer Temperatur von 850 bis 450ºC. Wenn die Behandlungsbedingungen unter der Untergrenze liegen, kann keine befriedigende das Reißen verhindernde Wirkung erreicht werden, und wenn die Behandlungsbedingung oberhalb der Obergrenze liegt, treten unerwünschte Phänomene auf, z.B. eine Vergröberung der Körner und eine Verringerung des Übersättigungsgrades, der durch das schnelle Abkühlen erreicht wird. Dies beruht auf dem restlichen Austenit oder Martensit, die beim Abkühlen gebildet werden, das nach dem Gießen erfolgt, oder auf einer Verringerung des Härteunterschiedes zwischen der Eisen/Chrom- Phase und der Kupferphase durch Erweichen beim Tempern.
  • Anschließend erfolgen das Kaltverformen und die Alterungsbehandlung. Die Hauptaufgabe der Kaltverformung besteht darin, die für den Leiterrahmen erforderliche Größe zu erreichen, und das Dickenminderungsverhältnis bei der primären Kaltverformung wird nach der chemischen Zusammensetzung, der Größe des Gußteils und den Bedingungen der abschließenden Kaltverformung ausgewählt, so daß die gewünschte Größe, Festigkeit und Verarbeitbarkeit erreicht werden können. Das Dickenminderungsverhältnis beim primären Kaltverformen beträgt im allgemeinen vorzugsweise 30 bis 95%.
  • Die Alterungsbehandlung muß erfolgen, damit das Wärmeleitvermögen und die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden, und die geeignete Temperatur sollte in Übereinstimmung mit der chemischen Zusammensetzung und den Bedingungen der vorangehenden Schritte ausgewählt werden. Wenn die Temperatur zu gering ist, entsteht im allgmeinen eine Verwerfung um das gefällte Material herum, und die Eigenschaften des Grundmaterials werden beeinträchtigt. Da das Erwärmen zu lange dauert, hat die Ausrüstung außerdem Grenzen und die Produktivität nimmt ab. Wenn die Temperatur zu hoch ist, ist die Menge des gefällten Materials zu gering und es können keine guten Eigenschaften erhalten werden. Außerdem wird das gefällte Material grob und die erforderliche Festigkeit läßt sich schwer aufrechterhalten. Deshalb erfolgt die Alterungsbehandlung vorzugsweise 20 bis 500 Minuten bei 450 bis 650ºC.
  • Wenn besonders für einen Leiterrahmen eine gute Verarbeitbarkeit erforderlich ist, kann vor der Alterungsbehandlung das Glühen innerhalb einer praktischen Zeit von 5 bis 60 Minuten bei einer Temperatur von 650 bis 1050ºC erfolgen, wodurch die beim Kaltverformen eingebrachte Gebrauchs- bzw. Bearbeitungsspannung entfernt und die Verarbeitbarkeit durch Rekristallisation und Kornwachstum verbessert wird.
  • Das erfindungsgemäße Material ist für die Verwendung auf Gebieten geeignet, bei denen ein fester Leiterrahmen erforderlich ist. Wenn eine gute Verarbeitbarkeit und eine höhere Festigkeit notwendig sind, erfolgt das Kaltverformen nach dem oben genannten Glühen bei einem Dickenminderungsverhältnis von 15 bis 60%, wodurch die Bearbeitungsspannung eingeführt wird, dadurch nimmt die Festigkeit zu. Die Untergrenze des Dickenminderungsverhältnisses beträgt 15%, damit die gewünschte Wirkung erreicht wird, und die Obergrenze, bei der keine wesentliche Beeinträchtigung der Verarbeitbarkeit, des Wärmeleitvermögens oder der elektrischen Leitfähigkeit auftreten, beträgt 60%.
  • Durch geeignete Kombination aus Beizen, Kaltwalzen und Wärmebehandlungen kann bei der vorliegenden Erfindung eine stabile kupferreiche Phase gebildet werden, und die Löt- und Plattierungseigenschaften können verbessert werden, die für einen Leiterrahmen von Bedeutung sind. Durch die vorliegende Erfindung wird deutlich ein hervorragendes Material bereitgestellt.
  • Die Form des Materials ist nicht auf eine plattenähnliche Form begrenzt, das Material kann einen kreisförmigen Querschnitt oder eine stabähnliche Form haben.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der folgenden Beispiele detailliert beschrieben, die den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
    • Beispiel 1
  • Die chemischen Zusammensetzungen der Vergleichslegierung A und der erfindungsgemäßen Legierungen B und F sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) Legierungsprobe Rest
  • Die Korngrößenzahlen und die Materialeigenschaften der dünnen Bänder der Eisen/Kupfer/Chrom-Legierung, die aus den in Tabelle 2 gezeigten Legierungsproben hergestellt wurden, sind in Tabelle 3 gezeigt.
  • Das Stranggießen der Proben 1, 2, 4, 6, 8 und 9 erfolgte bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 3,5 x 10²ºC/s mit einer Zwillingswalzen-Gußvorrichtung bis zu einer Dicke von 1,8 mm, danach erfolgte das Abkühlen bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 20ºC/s innerhalb eines Temperaturbereichs von 850 bis 750ºC in einem Wärmespeicherofen. Danach erfolgte das Kaltwalzen, so daß die Enddicke 0,25 mm betrug, anschließend wurde die Alterungsbehandlung 150 Minuten bei 500ºC durchgeführt, danach erfolgte das Kühlen mit Luft.
  • Die Korrcsionsbeständigkeit wurde auf der Basis des Verhältnisses (%) der beobachteten Rostpunkte ausgewertet, nachdem 24 Stunden lang ein Salzwasser-Sprühversuch durchgeführt worden war (JIS Z-2371).
  • Zum Vergleich sind die charakteristischen Eigenschaften der Legierungen Fe-Ni und Cu-Fe-Sn in Tabelle 3 aufgeführt.
  • Die Probe 1 ist eine Vergleichsprobe mit zu geringem Chromgehalt, und es ist ersichtlich, daß die Probe 1 eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweist, wenn sie nach dem Salzwasser-Sprühversuch ausgewertet wird. Es ist auch erkennbar, daß die Proben 3, 5 und 7 größere Körner als die Proben 2, 4 und 6 dieser Erfindung aufweisen, die die gleiche Zusammensetzung haben, und die Proben 3, 5 und 7 den erfindungsgemäßen Proben 2, 4 und 6 bezüglich der Zugfestigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit, der Löteigenschaft und der Eigenschaft beim Plattieren mit Cu unterlegen sind. Es ist folglich naheliegend, daß die erfindungsgemäßen Proben hervorragende Eigenschaften aufweisen. Tabelle 3 Probe- Nr. Legierungsprobe Korngrößenzahl Zugfestigkeit Gesamtdehnung elektrische Leitfähigkeit Salzwasser-Sprühversuch Lötvermögen Benetzungskraft Auswertung Auswertung Cu-Plattierungsvermögen Vergleich erfindungsgemäß gut schlecht
    • Beispiel 2
  • Die chemischen Zusammensetzungen der Vergleichslegierung G und der erfindungsgemäßen Legierungen H bis L sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) Legierungsprobe Rest
  • In Tabelle 5 sind die Materialeigenschaften der dünnen Bänder der Eisen/Kupfer/Chrom-Legierung gezeigt, die durch Behandlung der in Tabelle 4 gezeigten Legierungen bei den nachfolgend beschriebenen Bedingungen erhalten wurden.
  • Das Stranggießen erfolgte bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 2,8 x 10²ºC/s mit einer Zwillingswalzen- Gießvorrichtung bis zu einer Dicke von 2,0 mm. Beim Abkühlen wurde die Probe 30 Minuten bei 850ºC gehalten, damit das Reißen beim Kaltwalzen verhindert wird, und die Probe wurde bei einem Dickenminderungsverhältnis von 85% gewalzt, so daß die Dicke auf 0,3 mm verringert wurde. Nach dem Kaltwalzen erfolgte 150 Minuten lang eine Alterungsbehandlung bei 500ºC, danach wurde mit Luft gekühlt.
  • Es ist ersichtlich, daß die Probe 10 mit zu geringem Chromgehalt den anderen Proben bei der Korrosionsbeständigkeit unterlegen ist. Die Korrosionsbeständigkeit wurde auf der Basis des Verhältnisses (%) der Rostpunkte ausgewertet, die nach dem Salzwasser-Sprühversuch (JIS Z-2371) beobachtet wurden.
  • Zum Vergleich sind in Tabelle 5 die Eigenschaften der Legierungen Fe-Ni und Cu-Fe-Sn aufgeführt.
  • Aus den in Tabelle 5 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Materialien hervorragende Eigenschaften haben. Tabelle 5 Probe- Nr. Legierungsprobe Korngrößenzahl Zugfestigkeit Gesamtdehnung elektrische Leitfähigkeit Salzwasser-Sprühversuch Lötvermögen, Benetzungskraft Auswertung des Lötvermögens Auswertung des Cu-Plattierungsvermögens Vergleich erfindungsgemäß gut
    • Beispiel 3
  • Die Legierungsprobe I, deren Zusammensetzung innerhalb des Umfangs dieser Erfindung liegt, die in Tabelle 4 gezeigt ist, wurde bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung bzw. bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit außerhalb dieses Schutzumfangs mit einer Zwillingswalzen-Gießvorrichtung gegossen. Die Behandlungsbedingungen nach dem Gießverfahren waren die gleichen wie beim Beispiel 2. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit beim Gießschritt einen deutlichen Einfluß ausübt. Tabelle 6 Probe Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) beim Gießschritt Korngrößenzahl (ASTM) Zugfestigkeit (kgf/mm²) Gesamtdehnung (%) 6 8 elektr. Leitfähigkeit (%) (IACS) Lötvermögen Benetzungskraft (g) Auswertung schlecht gut Auswertung des cu-Plattierungsvermögens Vergleich schlecht erfindungsgemäß gut
    • Beispiel 4
  • Die Legierungsprobe H mit einer Zusammensetzung innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, wie es in Tabelle 4 gezeigt ist, wurde nach dem Kaltwalzverfahren jedoch vor der Alterungsbehandlung geglüht oder nicht gelüht, um den Einfluß des Glühens zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß die Geschmeidigkeit und die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden, wenn das Glühen vor der Alterungsbehandlung erfolgt. Tabelle 7 Probe Glühen (ºC x Minuten) vor der Alterungsbehandlung Zugfestigkeit (kgf/mm²) Gesamtdehnung (%) Elektrische Leitfähigkeit (%) (IACS) erfindungsgemäß nicht erfolgt
    • Beispiel 5
  • Die Legierungsprobe J mit einer Zusammensetzung innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, wie es in Tabelle 4 gezeigt ist, wurde nach dem Kaltwalzen 30 Minuten bei 750ºC geglüht und danach 180 Minuten einer Alterungsbehandlung bei 490ºC unterzogen. Die Probe wurde anschließend dem abschließenden Kaltwalzen bei einem Dickenminderungsverhältnis von 25% ausgesetzt. Die Materialeigenschaften der so erhaltenen Probe und einer Probe, die der abschließenden Kaltwalzbehandlung nicht ausgesetzt wurde, sind in Tabelle 8 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß die abschließende Kaltwalzbehandlung die Festigkeit wesentlich verbessert, ohne daß die elektrische Leitfähigkeit wesentlich vermindert wird. Tabelle 8 Probe Dickenminderungsverhältnis (%) beim abschließenden Kaltwalzen Zugfestigkeit (kgf/mm²) Gesamtdehnung (%) Elektrische Leitfähigkeit (%) (IACS) erfindungsgemäß
    • Beispiel 6
  • Die Korngrößenzahlen und die Materialeigenschaften von Drähten der Eisen/Kupfer/Chromlegierung, die bei den nachfolgend beschriebenen Bedingungen von den in Tabelle 2 gezeigten Legierungsproben A, B und C erhalten wurden, sind in Tabelle 9 gezeigt. Die Proben 10 bis 24 wurden durch Stranggießen einer Ausgangslegierung zu einem Draht mit einem Durchmesser von 10 mm bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 1,5 x 10²ºC/s erhalten, wobei eine waagerechte CC- Gießvorrichtung verwendet wurde, der Draht wurde innerhalb eines Temperaturbereichs von 850 bis 750ºC in einem Wärmespeicherofen bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 15ºC/s abgekühlt, kaltgewalzt, so daß der Enddurchmesser 0,25 mm betrug, und die Alterungsbehandlung erfolgte 150 Minuten bei 500ºC, danach wurde luftgekühlt.
  • Die Korrosionsbeständigkeit wurde auf der Basis des Verhältnisses (%) der beobachteten Rostpunkte ausgewertet, nachdem der Salzwasser-Sprühversuch nach JIS Z-2371 durchgeführt worden war. Zum Vergleich sind in Tabelle 9 die Eigenschaften der Legierung Cu/Fe/Sn aufgeführt.
  • Es ist ersichtlich, daß die Probe 19' mit zu niedrigem Chromgehalt bei der Korrosionsbeständigkeit unterlegen ist, wenn eine Auswertung mit dem Salzwasser-Sprühversuch erfolgte. Es ist auch ersichtlich, daß die Proben 21 und 23 mit größeren Körnern als die erfindungsgemäßen Proben 20 und 22 mit der gleichen Zusammensetzung den erfindungsgemäßen Proben bei Zugfestigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, Lötvermögen und Cu-Plattierungsvermögen unterlegen sind. Somit wird deutlich, daß die erfindungsgemäßen Materialien hervorragende Eigenschaften haben. Tabelle 9 Probe- Nr. Legierungsprobe Korngrößenzahl Zugfestigkeit Gesamtdehnung elektrische Leitfähigkeit Salzwasser-Sprühversuch Lötvermögen Benetzungskraft Auswertung Auswertung des Cu-Plattierungsvermögen Vergleich erfindungsgemäß gut schlecht
  • Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß nach der vorliegenden Erfindung durch Verwendung eines stranggegossenen dünnen Teils für die Herstellung eines Eisen/Kupfer/Chrom-Legierungsmateriais für einen hochfesten Leiterrahmen oder für eine Steckgittergruppe ein Material erhalten werden kann, bei dem nicht nur die Festigkeit sondern auch das Wärmeleitvermögen und die elektrische Leitfähigkeit hervorragend sind. Nach der vorliegenden Erfindung kann ein Material bei geringen Kosten erhalten werden, das anstelle einer herkömmlichen Fe/Ni-Legierung, einer herkömmlichen Kupferlegierung für einen hochfesten Leiterrahmen oder einer herkömmlichen Kupferlegierung für eine Steckgittergruppe verwendet werden kann.

Claims (9)

1. Eisen/Kupfer/Chrom-Leglerungsmaterial für einen hochfesten Leiterrahmen oder eine Steckgittergruppe, welches umfaßt: 20 bis 90 Gew.-% Cu, 2,5 bis 12 Gew.-% Cr und gegebenenfalls mindestens ein Element aus der Gruppe von Si, Al, Ti, Ni, Zn, Sn, Nb, Zr und P, wobei die Menge an Al, Ti, Nb, Zr oder P (falls vorhanden) 0,01 bis 0,5 Gew.-% beträgt, die Menge an Zn oder Si (falls vorhanden) 0,01 bis 1 Gew.-% beträgt, die Menge an Ni oder Sn (falls vorhanden) 0,01 bis 4 Gew.-% beträgt und der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen ist, und die Eisen/Chrom-Phase und die Kupferphase jeweils eine durchschnittliche Korngrößenzahl nach ASTM von mindestens 10 aufweisen.
2. Hochfester Leiterrahmen oder Steckgittergruppe, bestehend aus einer Legierung nach Anspruch 1.
3. Verfahren zur Herstellung eines dünnen Gußteils aus einer Eisen/Kupferichrom-Legierung für einen hochfesten Leiterrahmen oder eine Steckgittergruppe, welches das kontinuierliche Gießen einer Legierung mit einer im Anspruch 1 definierten Zusammensetzung bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 100ºC/s umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Gußteil kaltverformt und einer 20 bis 500 Minuten langen Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 450 bis 650ºC unterzogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Eisen/Chrom- Phase und die Kupferphase des Gußteils jeweils eine durchschnittliche Korngröße nach ASTM von mindestens 10 aufweisen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 und 5, wobei das entstandene dünne Gußteil nach dem Stranggießen innerhalb eines Temperaturbereichs von 850 bis 750ºC mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100ºC/s abgekühlt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Wärmebehandlung nach dem Stranggießen 20 bis 60 Minuten innerhalb eines Teinperaturbereichs von 850 bis 450ºC erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Glühen nach dem Kaltverformen 5 bis 60 Minuten bei 650 bis 1050ºC erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei nach der Alterungsbehandlung ein abschließendes Kaltverformen bei einem Dickenminderungsverhältnis von 15 bis 60% erfolgt.
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