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Title:
ELECTRICAL CONNECTION ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/045770
Kind Code:
A1
Abstract:
Electrical connection element containing a copper-zinc alloy. The copper-zinc alloy comprises (in percent by weight): 28.0 to 36.0 % Zn, 0.5 to 1.5 % Si, 1.5 to 2.5 % Mn, 0.2 to 1.0 % Ni, 0.5 to 1.5 % Al, 0.1 to 1.0 % Fe, optionally also up to a maximum of 0.1 % Pb, optionally also up to a maximum of 0.1 % P, optionally up to a maximum of 0.08 % S, the remainder being Cu and inevitable impurities. According to the invention, mixed silicides containing iron, nickel and manganese are incorporated in the matrix. The structure comprises an α-matrix, which contains inclusions of ß-phase from 5 up to 45 percent by volume and of mixed silicides containing iron, nickel and manganese up to 20 percent by volume. The structure further comprises mixed silicides containing iron, nickel and manganese having a stemmed shape and iron and nickel enriched mixed silicides having a globular shape.

Inventors:
ALLMENDINGER TIMO (DE)
WEBER KAI (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/001759
Publication Date:
March 31, 2016
Filing Date:
August 29, 2015
Export Citation:
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Assignee:
WIELAND WERKE AG (DE)
International Classes:
C22F1/08; C22C9/04
Foreign References:
EP2009122A12008-12-31
CN103589903A2014-02-19
JP2001355029A2001-12-25
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Claims:
Patentansprüche

Elektrisches Verbindungselement enthaltend eine Kupfer-Zink-Legierung, bestehend aus (in Gew.-%):

28,0 bis 36,0 % Zn,

0,5 bis 1 ,5 % Si,

1 ,5 bis 2,5 % Mn,

0,2 bis 1 ,0 % Ni,

0,5 bis 1 ,5 % AI,

0,1 bis 1 ,0 % Fe,

wahlweise noch bis maximal 0,1 % Pb,

wahlweise noch bis maximal 0,1 % P,

wahlweise noch bis 0,08 % S,

Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen,

dadurch gekennzeichnet,

- dass in der Matrix Eisen-Nickel-Mangan-haltige Mischsilizide

eingelagert sind,

- dass das Gefüge aus einer α-Matrix besteht, in der Einlagerungen an ß-Phase von 5 bis zu 45 Vol.-% sowie an Eisen-Nickel-Mangan- haltigen Mischsiliziden bis zu 20 Vol.-% enthalten sind,

- dass im Gefüge die Eisen-Nickel-Mangan-haltigen Mischsilizide mit stängeliger Form sowie an Eisen-Nickel-angereicherte Mischsilizide mit globularer Gestalt vorliegen.

2. Elektrisches Verbindungselement nach Anspruch 1 ,

gekennzeichnet durch:

30,0 bis 36,0 % Zn,

0,6 bis 1 ,1 % Si,

1 ,5 bis 2,2 % Mn,

0,2 bis 0,7 % Ni,

0,5 bis 1 ,0 % AI,

0,3 bis 0,5 % Fe.

3. Elektrisches Verbindungselement nach Anspruch 2,

gekennzeichnet durch:

33,5 bis 36,0 % Zn,

4. Elektrisches Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit der Legierung zumindest 5,8 MS/m beträgt.

5. Elektrisches Verbindungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit der Legierung zumindest 10 MS/m beträgt.

6. Elektrisches Verbindungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit der Legierung zumindest 13 MS/m beträgt.

7. Elektrisches Verbindungselement aus einer Kupfer-Zink-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aus einer α-Matrix bestehende Gefüge, in der Einlagerungen an ß-Phase von 5 bis zu 45 Vol.-% sowie an Eisen-Nickel-Mangan-haltigen Mischsiliziden bis zu 20 Vol.-% enthalten sind nach einer Weiterbearbeitung, die zumindest eine Warmumformung und/oder Kaltumformung und wahlweise weitere

Glühschritte beinhaltet, ausgebildet ist. Elektrisches Verbindungselement aus einer Kupfer-Zink-Legierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung bei ihrer Weiterbearbeitung folgende Schritte durchlaufen hat:

- Strangpressen oder Warmwalzen in einem Temperaturbereich von 600 bis 800°C,

- zumindest eine Kaltumformung.

Elektrisches Verbindungselement aus einer Kupfer-Zink-Legierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung bei ihrer Weiterbearbeitung folgende Schritte durchlaufen hat:

- Strangpressen oder Warmwalzen in einem Temperaturbereich von 600 bis 800 °C,

- eine Kombination aus zumindest einer Kaltumformung und

zumindest einer Glühung in einem Temperaturbereich von 250 bis 700 °C.

Elektrisches Verbindungselement aus einer Kupfer-Zink-Legierung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei der Weiterbearbeitung nach dem Umformen zumindest eine Entspannungsglühung einem Temperaturbereich von 250 bis 450 °C anschließt.

Description:
Beschreibung Elektrisches Verbindungselement

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungselement enthaltend eine Kupfer-Zink-Legierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zahlreiche neue Automobilanwendungen für Sicherheit, Komfort und Leistung lassen sich nur durch den gezielten Einsatz von elektronischen Funktionen und Komponenten realisieren. Aufgrund der steigenden Anforderungen an die Steckverbinder und damit an die eingesetzten Werkstoffe ist in den letzten Jahren ein Trend hin zu Kupfer-Hochleistungslegierungen zu erkennen. Diese ausscheidungshärtenden Kupferwerkstoffe zeichnen sich durch hohe

mechanische Festigkeit, hohe Leitfähigkeit und gute Verformbarkeit aus.

Ausgehend von der ersten Generation der Cu-HP-Legierungen, beispielsweise CuNi3SiMg mit einer elektrischen Leitfähigkeit von etwas über 20 MS/m, musste die Eigenschaftskombination einer hohen Festigkeit und hohen Leitfähigkeit weiter optimiert werden.

Ein Schritt in diese Richtung war zunächst die Entwicklung von ausscheidungshärtenden Kupferlegierungen, beispielsweise basierend auf dem System

CuCrAgFeTiSi mit 46 MS/m und Festigkeiten bis 610 MPa. Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Legierung ist die sehr gute Relaxationsbeständigkeit des Werkstoffes im Einsatz bei erhöhten Temperaturen bis zu 200 °C. Mit diesem Legierungstyp können Anwendungen in den Bereichen Automotive, Industrieelektronik und Telekommunikation abgedeckt werden. Zudem kommen Bronzewerkstoffe zum Einsatz, die sich durch eine feine

Gefügestruktur mit einer Korngröße von maximal 3 μητι auszeichnen. Hierdurch werden bereits wesentlich hohe mechanische Festigkeiten bei zugleich stark verbesserten Umformeigenschaften erreicht. Infolge der deutlich verbesserten Umformbarkeit können Verarbeiter entsprechend enge Biegeradien realisieren. Ebenso bewirkt die verbesserte Biegbarkeit, dass die Rauheit in den

Umformzonen wesentlich geringer ist als bei Verwendung von Standardbronzen. So können nachfolgende Beschichtungen mit geringerer Schichtdicke ausgeführt werden, womit sich beträchtliche Kosteneinsparungen bei der Weiterverarbeitung erzielen lassen. Die elektrische Leitfähigkeit ist identisch mit der von Standardbronzen und liegt bei ungefähr 7,5 bis 12 MS/m.

Eine weitere ausscheidungshärtende CuNM CoSi-Legierung mit Ni-Co- Mischsiliziden eignet sich ebenfalls sehr gut für eine wirtschaftliche

Miniaturisierung von Steckverbindern. Der Werkstoff ist hochfest, besitzt mit

29 MS/m eine vergleichsweise gute elektrische und thermische Leitfähigkeit und lässt sich gut verarbeiten.

Die beschriebenen Werkstoffe eignen sich vor allem für die Verarbeitung auf Stanz-/Biegeautomaten und lassen sich nur mit großem Aufwand spanabhebend bearbeiten.

Weitere Kupferwerkstoffe in Form von Stangen und Drähten, die sich

hervorragend für spanend herzustellende Buchsen und Pins für Steckverbinder eignen, sind auch im Werkstoffportfolio der kostengünstigen Messingwerkstoffen mit den Legierungen CuZn37PbO,5, CuZn35Pb1 , CuZn35Pb2, CuZn37Pb2, CuZn36Pb3 und CuZn39Pb3 bekannt, die für anspruchsvolle Anwendungen in der Herstellung gedrehter Steckverbinder Einsatz finden. Abhängig von den technischen Anforderungen kommen in diesen Fällen

Werkstoffe mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, hoher mechanischer Festigkeit sowie beide dieser Eigenschaften in Kombination zum Einsatz. So ist auch CuPbl P ein weiterer gut zerspanbarer Automatenwerkstoff, der zugleich eine hohe elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 50 MS/m aufweist. Er eignet sich besonders für Steckverbinder und andere elektronische Anwendungen.

Neben den mischkristallhärtenden Legierungen wird das Legierungsspektrum durch weitere ausscheidungshärtende Werkstoffe abgerundet. Hierzu gehören beispielsweise CuNi1 Pb1 P und CuNiPbO,5P als niedriglegierter Kupferwerkstoff mit hoher Festigkeit, guter Leitfähigkeit von zumindest 32 MS/m sowie guter Zerspanbarkeit. Der Werkstoff eignet sich durch den Pb-Anteil besonders für zerspanend hergestellte Steckkontakte in der Elektrotechnik und Elektronik.

Auch mit der Mehrstoff-Zinnbronze CuSn4Zn4Pb4P mit jeweils einem 4%-igen Zinn-, Zink- und Bleianteil lassen sich hohe Festigkeiten mit entsprechenden Federeigenschaften einstellen. Diese Zinnbronze ist gut kaltumformbar und lässt sich hervorragend zerspanen. Spezielle Einsatzgebiete sind federnde Elektronik- Kontakte.

Bei einer Legierungsentwicklung mittlerweile immer zu berücksichtigen sind die verschiedenen Umweltdirektiven und Stoffbeschränkungen. Hierzu ergeben sich weitere Entwicklungspotentiale für alternative oder ergänzende Legierungen, welche für Steckverbinder geeignete Eigenschaftskombinationen auszeichnen. Dabei spielt neben den physikalischen Eigenschaften vor allem eine gute

Bearbeitbarkeit eine entscheidende Rolle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Verbindungselement aus einer bleiarmen bzw. bleifreien Kupfer-Legierung weiterzubilden.

Die Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung wieder. Die Erfindung schließt die technische Lehre zum Aufbau eines elektrischen Verbindungselements enthaltend eine Kupfer-Zink-Legierung ein. Die Kupfer- Zink-Legierung besteht aus (in Gew.-%):

28,0 bis 36,0 % Zn,

0,5 bis 1 ,5 % Si,

1 ,5 bis 2,5 % Mn,

0,2 bis 1 ,0 % Ni,

0,5 bis 1 ,5 % AI,

0, 1 bis 1 ,0 % Fe,

wahlweise noch bis maximal 0, 1 % Pb,

wahlweise noch bis maximal 0, 1 % P,

wahlweise noch bis 0,08 % S,

Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen.

Erfindungsgemäß sind in der Matrix Eisen-Nickel-Mangan-haltige Mischsilizide eingelagert. Das Gefüge besteht aus einer α-Matrix, in der Einlagerungen an ß- Phase von 5 bis zu 45 Vol.-% sowie an Eisen-Nickel-Mangan-haltigen

Mischsiliziden bis zu 20 Vol.-% enthalten sind. Des Weiteren liegen im Gefüge die Eisen-Nickel-Mangan-haltigen Mischsilizide mit stängeliger Form sowie an Eisen-Nickel-angereicherte Mischsilizide mit globularer Gestalt vor.

Überraschend hat sich gezeigt, dass sich die erfindungsgemäße Legierungszusammensetzung für elektrische Verbindungselemente eignet. Bisher war ein Einsatz derartiger Legierungen gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 029 991 A1 der Anmelderin nur für eine Verwendung für

Gleitelemente in Verbrennungsmotoren, Getrieben oder hydraulischen

Aggregaten vorgesehen. Der Inhalt dieser Offenlegungsschrift wird vollumfänglich in die vorliegende Beschreibung eingebunden. Derartige abweichende

Anwendungen verfolgen einen anderen Zweck einer für spezielle Einsatzzwecke optimierten Eigenschaftskombination. Eine Eigenschaftskombination aus einer Erhöhung der Festigkeit, der Temperaturbeständigkeit des Gefüges und der komplexen Verschleißbeständigkeit bei gleichzeitig ausreichenden Zähigkeitseigenschaften im Hinblick. auf motorische Anwendungen.

Demgegenüber geht die Erfindung von der Überlegung aus, ein elektrisches Verbindungselement mit einer Kupfer-Zink-Legierung mit eingelagerten Eisen- Nickel-Mangan-haltigen Mischsiliziden bereitzustellen, die insbesondere mit Hilfe des kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Stranggussverfahrens hergestellt werden kann. Durch die Mischsilizidbildung und Gefügeausbildung weist die Kupfer-Zink-Legierung eine für diese Werkstoffgruppe sehr hohe elektrische Leitfähigkeit auf.

Auch weist die Legierung hohe Härte- und Festigkeitswerte auf, trotzdem wird ein notwendiges Maß an Duktilität, ausgedrückt durch den Bruchdehnungswert bei einem Zugversuch, gewährleistet. Mit dieser Eigenschaftskombination erweist sich der Erfindungsgegenstand als besonders geeignet für elektrische

Verbindungselemente, wie beispielsweise gedrehte Steckverbinder,

Steckvorrichtungen, Elektroklemmen, wahlweise auch mit Verschraubungen.

Beim vorausgehenden Herstellungsschritt des Gießens der Legierung findet zunächst eine frühe Ausscheidung von eisen- und nickelreichen Mischsiliziden statt. Diese Ausscheidungen können bei weiterem Wachstum zu Eisen-Nickel- Mangan-haltigen Mischsiliziden mit beträchtlicher Größe mit oft stängeliger Form heranwachsen. Des Weiteren bleibt auch ein beträchtlicher Anteil eher klein mit globularer Gestalt, der in der Matrix fein verteilt vorliegt. Die fein verteilten Silizide werden als Grund dafür gesehen, dass eine Stabilisierung der ß-Phase

stattfindet. Insbesondere weist die Legierung beim Kaltumformen eine hohe

Duktilität auf. Bei elektrischen Verbindungselementen ist dies beim Crimpen, bei dem üblicherweise der Werkstoff einer starken plastischen Verformung

ausgesetzt wird, besonders wichtig. So ist ein Bördeln, Quetschen oder Falten des Werkstoffs unter nahezu beliebigem Umformgrad möglich, ohne dass sich eine Rissbildung im Werkstoff einstellt. Besonders eignet sich der Werkstoff auch für zerspanend hergestellte elektrische Verbindungselemente. Die gute Zerspanbarkeit wird bereits durch eine ß-Phase von 5 Vol.-% erzielt. Zu höheren Gehalten hin verbessert sich bis zu 45 Vol.-% an ß-Phase auch die Spanausbildung beim Zerspanungsvorgang, indem sich wünschenswerterweise Kurzspäne ausbilden. Mit einem Anteil an ß-Phase unter 5 Vol.-% ist die Zerspanbarkeit in der Verwendung als Automatenwerkstoff für hohe Zerspanungsraten nicht mehr zufriedenstellend. Bei einem ß-Phasengehalt von über 45 Vol.-% zeigt sich, dass sich die Zähigkeit des Werkstoffs und die Temperaturbeständigkeit des Gefüges verschlechtert. Der Endzustand der Legierung aus dem jeweiligen Fertigungsverfahren führt zu einer ß-Phase, die inselartig in einem Gefüge aus einer α-Matrix eingelagert ist. Derartige Inseln aus ß-Phase sind besonders günstig für die Zerspanbarkeit und die

Korrosionsbeständigkeit der Legierung. Eine besonders hohe Oberflächengüte der spanend bearbeiteten Oberflächen wird mit einem ß-Phasen-Anteil jedoch insbesondere von 10 bis 25 Vol.-% erzielt. In dem angegebenen Volumenintervall von 5 bis 45 Vol.-% an ß-Phase stellt sich auch ein vergleichsweise geringer Werkzeugverschleiß ein, so das die

Werkzeuge entsprechend lange Standzeiten haben und damit die

Werkzeugkosten verringert werden. Anteile an Eisen-Nickel-Mangan-haltigen Mischsiliziden über 20 Vol.-% würden eine so große Härtesteigerung bedingen, dass der Werkstoff in seiner Ausgewogenheit in der Kombination günstiger Eigenschaften leidet. Besonders hervorzuheben ist auch die Relaxationsbeständigkeit des Werkstoffs, wodurch die Federkraft eines elektrischen Verbindungselements erhalten bleibt.

Damit beruht der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Legierung auf einer für die Einsatzzwecke optimierten Eigenschaftskombination in Form einer

Erhöhung der Festigkeit, der Temperaturbeständigkeit des Gefüges und der elektrischen Leitfähigkeit bei gleichzeitig ausreichenden Zähigkeitseigenschaften. Zusätzlich berücksichtigt die beanspruchte Werkstoff lösung aufgrund des gegenüber gebräuchlichen Legierungen substituierten Bleigehaltes die

Notwendigkeit einer umweltfreundlichen bleifreien Legierungsalternative.

Außerdem ist dieser Werkstoff für besondere Anwendungen prädestiniert, bei denen es trotz hoher Anforderungen an die Härte und die Festigkeit auf ein notwendiges Maß an Plastifizierbarkeit ankommt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Kupfer-Zink-Legierung

30,0 bis 36,0 % Zn,

0,6 bis 1 ,1 % Si,

1 ,5 bis 2,2 % Mn,

0,2 bis 0,7 % Ni,

0,5 bis 1 ,0 % AI,

0,3 bis 0,5 % Fe enthalten.

Durch die enger gefassten Grenzen wird eine besonders vorteilhafte

Legierungszusammensetzung ausgewählt. Hierdurch werden die

Zähigkeitseigenschaften und die elektrische Leitfähigkeit, gegebenenfalls mit einer abschließenden Entspannungsglühung noch weiter verbessert. Bevorzugt wird die abschließende Entspannungsglühung bei 300 °C bis 400 °C über 3 bis 4 Stunden hinweg durchgeführt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Kupfer-Zink- Legierung 33,5 bis 36,0 % Zn enthalten. Bei diesen höheren Zinkgehalten lassen sich immer noch die für elektrische Verbindungselemente erforderlichen

Zähigkeitseigenschaften und eine gute elektrische Leitfähigkeit realisieren. Durch einen möglichst hohen Zinkgehalt wird der Anteil der weiteren Elemente, insbesondere der Kupferanteil, entsprechend reduziert. Mit der Folge, dass die Legierung durch einen höheren Anteil an billigerem Zink einen entsprechend geringeren Metallpreis zur Folge hat.

Vorteilhafterweise kann die elektrische Leitfähigkeit der Legierung zumindest 5,8 MS/m betragen. Besonders bevorzugte Leitfähigkeiten sind zumindest 10 MS/m bis über 13 MS/m. Diese Werte werden durch vergleichbare

Werkstoffe, wie beispielsweise die bleihaltigen Messinge, nicht erzielt. Sogar Werte über 13 MS/m können durch geeignete Weiterbehandlungsschritte eingestellt werden.

Vorteilhafterweise kann das aus einer α-Matrix bestehende Gefüge, in der Einlagerungen an ß-Phase von 5 bis zu 45 Vol.-% sowie an Eisen-Nickel- Mangan-haltigen Mischsiliziden bis zu 20 Vol.-% enthalten sind nach einer Weiterbearbeitung, die zumindest eine Warmumformung und/oder Kaltumformung und wahlweise weitere Glühschritte beinhaltet, ausgebildet sein. Mit den ß-Einlagerungen und Hartphasen unterschiedlicher Größenverteilung in einer a- Matrix gewährleistet diese Legierung eine vorteilhafte Temperaturbeständigkeit des Gefüges mit hinreichenden Zähigkeitseigenschaften zur Herstellung der Verbindungselemente.

Zur Weiterbearbeitung kann die Legierung vorteilhafterweise bei ihrer

Weiterbearbeitung folgende Schritte durchlaufen haben:

- Strangpressen oder Warmwalzen in einem Temperaturbereich von 600 bis 800 °C,

- zumindest eine Kaltumformung, bevorzugt durch Ziehen oder Kaltwalzen.

Auch kann in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Legierung bei ihrer Weiterbearbeitung folgende Schritte durchlaufen haben:

- Strangpressen oder Warmwalzen in einem Temperaturbereich von 600 bis 800

°C

- eine Kombination aus zumindest einer Kaltumformung, bevorzugt durch Ziehen oder Kaltwalzen und zumindest einer Glühung in einem Temperaturbereich von 250 bis 700 °C, bevorzugt mit einer Glühdauer von 20 Minuten bis 5 Stunden. Mittels einer Kombination von Kaltumformung durch Ziehen und einer oder mehrerer Glühungen der Ausgangsmaterialen in Form von Runddrähten, Profildrähten, Rundstangen, Profilstangen, Hohlstangen und Rohren im

Temperaturbereich von 250 bis 700 °C ist es möglich, eine feine Verteilung des heterogenen Gefüges einzustellen. Auf diese Weise wird der Forderung nach der Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit entsprochen.

Von besonderem Interesse ist auch der Zusammenhang zwischen der Höhe und Verteilung des Anteils der ß-Phase und der Temperaturbeständigkeit des

Gefüges. Da jedoch diese kubisch-raumzentrierte Kristallart eine unverzichtbare festigkeitssteigernde Funktion in den Kupfer-Zink-Legierungen übernimmt, sollte die Minimierung des ß-Gehaltes nicht ausschließlich im Vordergrund stehen. Mittels der Fertigungsfolge Strangpressen oder Warmwalzen / Ziehen oder Kaltwalzen / Zwischenglühungen kann das Gefüge der Kupfer-Zink-Legierung in seiner Phasenverteilung derart modifiziert werden, dass es neben einer hohen Festigkeit zusätzlich eine hinreichende Temperaturbeständigkeit, Duktilität und gute elektrische Leitfähigkeit aufweist.

In bevorzugter Ausgestaltung kann sich bei der Weiterbearbeitung nach dem Umformen zumindest eine Entspannungsglühung in einem Temperaturbereich von 250 bis 450 °C und bevorzugt einer Glühdauer von 2 bis 5 Stunden anschließen.

Im Fertigungsverlauf besteht die Notwendigkeit, anhand einer oder mehrerer Entspannungsglühungen die Höhe der Eigenspannungen zu reduzieren. Die Absenkung der Eigenspannungen ist auch bedeutsam für die Gewährleistung einer ausreichenden Temperaturbeständigkeit des Gefüges und für die

Sicherstellung einer genügenden Geradheit der Runddrähte, Profildrähte, Rundstangen, Profilstangen, Hohlstangen und Rohre als Vorläuferprodukte der elektrischen Verbindungselemente. Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Tabellen näher erläutert. Hierbei handelt es sich nach den Untersuchungen um eine am besten angesehene Ausführungsform. Weitere hiervon abweichende Ausführungsformen eigenen sich im Rahmen der Erfindung jedoch

gleichermaßen dazu, die erfinderischen Vorteile zu erzielen. Es wurden Gussbolzen der erfindungsgemäßen Kupfer-Zink-Legierung durch Strangguss bzw. Kokillenguss hergestellt. Die chemische Zusammensetzung des Stranggusses der Legierung 1 und des Kokillengusses der Legierungen 2 und 3 geht aus Tab. 1 hervor. Tabelle 1 : Chemische Zusammensetzung der Gussbolzen bzw. Gussblöcke (in

Gew.-%) ohne Angabe möglicher Verunreinigungen

Fertigungsfolge 1 :

• Strangpressen der Gussbolzen aus Leg. zu Rohren bei der Temperatur von 670-770 °C

• Kombination von Kaltumformung/Zwischenglühungen (630-700 °C /

50min-3h)/Richten/Entspannungsglühungen (300-400 °C / 3h)

Nach durchlaufener Fertigung befinden sich die Gefügekennwerte, die elektrische Leitfähigkeit und die mechanischen Eigenschaften der Rohre mit der Abmessung (30,1x24,7) mm auf dem Niveau, das in Zahlenwerten in Tab. 2 dargestellt ist. Tabelle 2: Gefügekennwerte, elektrische Leitfähigkeit und mechanische Eigenschaften an zwei Positionen der Rohre im Endzustand (Leg. 1)

Fertigungsfolge 2:

· Strangpressen der Gussbolzen aus Leg. 1 zu Rundstangen bei der

Temperatur von 650-750 °C

• Kombination von Kaltumformung/Glühungen (630-720 °C / 50min-4h) /

Richten/Entspannungsglühungen (300-450 °C / 2-4h) Nach durchlaufener Fertigung befinden sich die Gefügekennwerte, die elektrische Leitfähigkeit und die mechanischen Eigenschaften der Rundstangen mit dem Durchmesser von 13,40 mm, 16,35 mm und 45,50 mm auf dem Niveau, das in Zahlenwerten in Tab. 3 dargestellt ist. Tabelle 3: Gefügekennwerte, elektrische Leitfähigkeit und mechanische

Eigenschaften der Rundstangen im Endzustand (Leg. 1 )

Rundß- KornElektrische Rm Rp0,2 BruchHärte stange Gehalt größe Leitfähigkeit [MPa] [MPa] dehnung HB

0 [mm] [%] [pm] [MS/m] A5 [%]

13,40 5 20-25 11 ,4 607 512 12,4 191

16,35 15-20 25 10,9 638 549 12,0 199

45,50 10-15 25 10,7 570 420 20,1 172 Fertigungsfolge 3:

• Warmwalzen der Gussblöcke aus Leg. 2 und 3 zu Walzplatten bei der

Temperatur von 650-730 °C

• Kaltwalzen der Platten mit einer Umformung von 15 bis 25 %

gegebenenfalls mit Entspannungsglühungen (300-450 °C / 2-4h)

Zusätzlich zwischen den einzelnen Verfahrensschritten gegebenenfalls noch Fräsen der Oberflächen.

Tabelle 4: Gefügekennwerte, elektrische Leitfähigkeit und mechanische

Eigenschaften der Walzplatten im Endzustand (Walzplattendicke 3 mm, mit und ohne Entspannungsglühung ESG als letzten Prozessschritt)

Legierung ß- KornElektr. Rp0,2 BruchHärte

Gehalt größe Leitfähig[MPa] [MPa] dehnung HB

[%] [Mm] keit A5 [%]

[MS/m]

Leg. 2

14 15-20 8,9 608 540 7,8 188 (ohne ESG)

Leg. 2

13 15-20 10,5 646 543 15,6 192 (ESG 340°C/3h)

Leg. 2

13 15-20 10,7 615 483 19,0 184 (ESG 400°C/3h)

Leg. 3

20 20-25 1 1 ,0 596 516 1 1 ,3 178 (ohne ESG)

Leg. 3

18 20-25 12,7 593 464 18,6 176 (ESG 340°C/3h)

Leg. 3

18 20-25 12,7 580 428 21 ,6 170 (ESG 400°C/3h) Fertigungsfolge 4:

• Warmwalzen der Gussblöcke aus Leg. 2 und 3 zu Walzplatten bei der

Temperatur von 650-730 °C

• Kombination einer Glühung (650 °C / 3h) und Kaltwalzen der Platten mit

einer Umformung von 15 bis 25 % gegebenenfalls mit

Entspannungsglühungen (300-450 °C / 2-4h)

Zusätzlich zwischen den einzelnen Verfahrensschritten gegebenenfalls noch Fräsen der Oberflächen. Tabelle 5: Gefügekennwerte, elektrische Leitfähigkeit und mechanische

Eigenschaften der Walzplatten im Endzustand (Walzplattendicke 3 mm, mit und ohne Entspannungsglühung ESG als letzten Prozessschritt)

Legierung ß- KornElektr. Rp0,2 BruchHärte

Gehalt größe Leitfähig[MPa] [MPa] dehnung HB

[%] [pm] keit A5 [%]

[MS/m]

Leg. 2

10 10-15 9,3 573 510 1 1 ,8 180 (ohne ESG)

Leg. 2

10 10-15 10,6 587 470 19,4 176 (ESG 340°C/3h)

Leg. 2

10 10-15 10,6 583 452 20,0 174 (ESG 400°C/3h)

Leg. 3

15 20-25 10,5 555 482 13,5 172 (ohne ESG)

Leg. 3

15 20-25 12,7 553 422 21 ,0 166 (ESG 340°C/3h)

Leg. 3

15 20-25 12,7 544 403 19,5 162 (ESG 400°C/3h) Fertigungsfolge 5:

• Warmwalzen der Gussblöcke aus Leg. 2 und 3 zu Walzplatten bei der

Temperatur von 650-730 °C

• Kombination von Kaltwalzen der Platten mit einer Umformung von 15 bis 65 %/Glühungen (630-720 °C / 50min-4h)

Zusätzlich zwischen den einzelnen Verfahrensschritten gegebenenfalls noch Fräsen der Oberflächen.

Tabelle 6: Gefügekennwerte, elektrische Leitfähigkeit und mechanische

Eigenschaften der Walzplatten im Endzustand (Walzplattendicke 2,3 mm, ohne

Entspannungsglühung ESG)

Insbesondere der Kennwert für die elektrische Leitfähigkeit kann für die nach der Fertigungsfolge 5 hergestellten Formate der Legierungen 2 und 3 durch eine zusätzlich durchgeführte Entspannungsglühung bei einer Temperatur von 250 bis 450°C weiter erhöht werden.

Zu den Ausführungsbeispielen ist hervorzuheben, dass bei allen 5 Fertigungsfolgen der ß-Gehalt zwischen 5-20 % liegt. Weitere Untersuchungen zeigen, dass bevorzugt die ß-Gehalte zwischen 5-30 % liegen. Die im Endzustand der Fertigung inselartige Ausbildung der ß-Phase, eingelagert in einem Gefüge aus einer a-Matrix, kann dabei in etwas unterschiedlicher Ausprägung in Erscheinung treten. Bei zunehmend geringeren Gehalten an ß-Phase treten eher voneinander isolierte Inseln auf, die im Grenzfall gegenüber den Kristalliten der α-Matrix eine Art Zwickelfüllung bilden können.