Kupfer- Aluminium- Legierungen - Deutsches | Deutsches Kupferinstitut 1. Allgemeines zu Kupfer-Aluminium-Legierungen…

  • View
    216

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

  • Kupfer-Aluminium-Legierungen

    Informationsdruck i.6

    08-3556_Informationsdruck i.15:Informationsdruck i.15 26.03.2010 14:25 Uhr Seite 3

  • Herausgeber: Deutsches Kupferinstitut Auskunfts- und Beratungsstelle fr die Verwendung von Kupfer und Kupferlegierungen.

    Am Bonneshof 5 40474 Dsseldorf Telefon: (0211) 4 79 63 00 Telefax: (0211) 4 79 63 10 info@kupferinstitut.de www.kupferinstitut.de

    Alle Rechte, auch die des auszugsweisen Nachdrucks und der photomechanischen oder elektronischen Wiedergabe, vorbehalten.

    Auflage 03/2010

    Bildnachweis: Piel & Adey GmbH & Co. KG, Solingen Zollern GmbH & Co. KG, Sigmaringen Mecklenburger Metallguss GmbH, Waren

  • Informationsdruck i.6 | 1

    Kupfer-Aluminium-LegierungenEigenschaften Herstellung Verarbeitung Verwendung

    Inhalt

    1. AllgemeineszuKupfer-Aluminium-Legierungen.......................... 21.1 DasZustandsschaubildKupfer-Aluminium..........................................2

    1.2 EinflussderZusatzelemente.............................................................2

    1.3 GenormteKupfer-Aluminium-Legierungen.........................................3

    2. Eigenschaften........................................................................ 52.1 PhysikalischeEigenschaftenKupfer-Aluminium-Knet-

    undGusslegierungen.................................................................... 5

    2.2 MechanischeEigenschaften.............................................................7

    2.3 Korrosionsbestndigkeit.................................................................12

    2.4 Kavitationserosions-undVerschleibestndigkeit.............................. 14

    3. HerstellungundVerarbeitung.................................................. 153.1 Schmelzen................................................................................. 15

    3.2 Gieen...................................................................................... 16

    3.3 SpanloseFormgebung.................................................................. 16

    3.4 Wrmebehandlung...................................................................... 16

    3.5 SpanabhebendeBearbeitung......................................................... 16

    3.6 Verbindungsarbeiten.................................................................... 16

    3.7 Oberflchenbehandlung............................................................... 18

    4. Verwendung........................................................................19

    5. Literatur/Normen................................................................226. Verlagsprogramm................................................................. 24

  • 2 | Deutsches Kupferinstitut

    1. Allgemeines zu Kupfer-Aluminium-Legierungen

    Beidentechnischen,handelsblichen

    Kupfer-Aluminium-Legierungenist

    eineoptimaleVerknpfungderhervor-

    ragendenKorrosionsbestndigkeitin

    einerVielzahlaggressiverMedienmit

    berdurchschnittlichenmechanischen

    undgutenphysikalischenEigen-

    schaftenzubeobachten[1].Deshalb

    nehmensieunterdenKupferwerk-

    stoffeneinebesondereStellungein.

    1.1DasZustandsschaubildKupfer-AluminiumBild1zeigtalsTeildesZustandsschau-

    bildesCu-AldiePhasenfelderund

    -gleichgewichtederkupferreichen

    Zweistoff-LegierungenmitAluminium-

    gehaltenbis14%.Legierungenmit

    mehrals14%Aluminiumwerdendurch

    Sprhkompaktierenhergestellt.Danach

    bildetsicheinBereichdervollstn-

    digenMischbarkeitimfestenZustand

    miteinerLslichkeitvonAluminiumin

    Kupfervon9,4%bei565C.Diese

    kubisch-flchenzentrierte(kfz)

    Mischkristallphase()istdurcheine

    temperaturabhngigeLslichkeitdes

    Aluminiumsgekennzeichnetundent-

    hltbei1032Cnurnoch7,3%Al.Bei

    diesenkupferreicheneinphasigen

    Legierungenfindetderbergangvom

    festenindenschmelzflssigenZustand

    ohneBeteiligungderkubisch-raum-

    zentrierten(krz)-Phasestatt.

    BeiderErstarrungausdemschmelz-

    flssigenZustandstelltsichjedochdas

    Phasengleichgewichtsolangsamein,

    dassbeidennachdemZustands-

    schaubildnochhomogenen,einpha-

    sigenLegierungenmit8bis9,4%Al

    imGussgefgemitheterogenerGef-

    geausbildungzurechnenist.Jenach

    Abkhlungsgeschwindigkeitkanndas

    GefgeeinenAnteilderkrz-Phase

    oderZerfallprodukte(2und)der

    -PhasealsErgebnisderbei565C

    ablaufendeneutektoiden(+2)

    Reaktionbzw.einermartensitischen

    Phasenumwandlung()ent-

    halten.

    BeiderzurHerstellungvonHalbzeug

    blichenWarmumformungsolcher

    Legierungenerfolgtjedocheinweit-

    gehenderKonzentrationsausgleichin

    RichtungPhasengleichgewicht,sodass

    dannKupfer-Aluminium-Legierungen

    biszuGehaltenvonca.9%Aleinho-

    mogenes-Gefgeaufweisenknnen.

    Beidenhandelsblichen,im(+)-

    Konzentrationsbereichliegenden

    heterogenenKupfer-Aluminium-Mehr-

    stoff-Legierungenwirdder-Zerfall

    durchZustzevonEisen,Manganund/

    oderNickelimSinneeinerVerbesserung

    dertechnologischenEigenschaftdurch

    Bildungvonintermetallischenkappa

    (kI-IV)Phasen,gezieltbeeinflusst.

    1.2EinflussderZusatzelementeDerZusatzweitererLegierungs-

    elementefhrtvornehmlichbei

    denheterogenen,binrenKupfer-

    Aluminium-Legierungendes(+)-

    Konzentrationsbereichsberdie

    Beeinflussungdes-Zerfalls(Bild2)

    [4]undeinenKornfeinungseffektzu

    einerbedeutendenVerbesserungtech-

    nologischwichtigerEigenschaften.

    Sozeichnensichdiehandelsblichen,

    mitEisenbzw.ManganodermitEisen

    undNickelauflegiertenheterogenen

    Kupfer-Aluminium-Mehrstoff-Legie-

    rungendurchbemerkenswertgute

    Festigkeitseigenschaftenaus.

    EisenfeintdasGefgeunderhhtbeiGehaltenbis7%dieZugfestigkeitder

    binrenKupfer-Aluminium-Legie-

    rungsbasisumetwa30bis40N/mm2je

    ProzentZusatz.Bild 1: Zustandsschaubild der binren Kupfer-Aluminium-Legierungen bis 14 Gew. % Aluminium (DKI 2481) [1, 2]

  • Informationsdruck i.6 | 3

    ManganbewirkteineguteVordesoxi-dationderSchmelzeundistzudiesem

    ZweckinderRegeldeneisen-und

    nickelhaltigenLegierungendieser

    Gruppeauchzugesetzt.

    DemNickel-Zusatzistdiehervorra-gendeKorrosionsbestndigkeitder

    nickel-undeisenhaltigenKupfer-

    Aluminium-Legierungeninvielen

    aggressivenwsserigenMedienwie

    z.B.inkaltemundwarmemMeer-

    wasserzuzuschreiben.

    ArseninMengenvoneinigenZehntelProzentenverbessertbeihomogenen

    -Kupfer-Aluminium-Legierungendie

    imAllgemeinenbereitsausgezeichnete

    BestndigkeitdieserLegierungenins-

    besonderegegenberKalisalzlsungen.

    Arsenbeeintrchtigtjedochauch,

    hnlichwiez.B.BleioderWismut,die

    Warmumformbarkeit.

    SiliziumfhrtinGehaltenvonetwa2%beidenhomogenen-Legie-

    rungenzueinerVerbesserungderZer-

    spanbarkeitunderhhtdieFestigkeit

    erheblich[5].

    AlsweitererLegierungszusatz,ist

    Kobalt zuerwhnen,esvermindertdieohnehinbereitsgeringeNeigungder

    Kupfer-Aluminium-Legierungenzur

    selektivenKorrosion(Entaluminierung)

    undzurSpannungsrisskorrosion[6],[7].

    AuerdemverbessertKobaltdasFlie-

    undFormfllungsvermgeninKupfer-

    Aluminium-Gusslegierungen[8].

    1.3GenormteKupfer-Aluminium-LegierungenGenormtehandelsblichenKupfer-

    Aluminium-Legierungenenthaltenbis

    zu15%AlalsHauptlegierungszusatz,

    wobeijenemit4,0bis9,0%Aldie

    GruppederinderRegelimGefge-

    aufbaueinphasigen,d.h.homo-

    genenZweistoff-Legierungenkenn-

    zeichnen.Legierungenmitetwa

    8bis15%Al,diedannstetsnoch

    weitereZusatzelementewiez.B.

    Eisen,NickelundManganzurVer-

    besserungbestimmterEigenschaften

    enthalten,bildendieGruppeder

    mehrphasigen,d.h.heterogenen

    Mehrstoff-Legierungen.

    NachDIN ISO 1190werdendieKupfer-Aluminium-Legierungengemssihrer

    chemischenZusammensetzungmitdem

    KurzzeichenCuAlundeinernachge-stelltenZahlgekennzeichnet,welche

    denungefhrenAluminiumgehaltan-

    gibt.CuAl9enthltdemnachetwa9%Al

    unddementsprechendca.91%Cu.

    BeiMehrstofflegierungenfolgendem

    chemischenSymbolundderProzent-

    angabefrAluminiumimKurzzeichen

    dieSymbolederwichtigstenLegie-

    rungszustze,z.B.CuAl9Ni3Fe2mit

    9%Al,3%Niund2%Fe.Kurzzei-

    chenfrGusslegierungenendenzu-

    stzlichmiteinemC(Bsp.:CuAl9-C).

    DieWerkstoffbezeichnungerfolgteben-

    fallsmitWerkstoffnummern,dienachDIN EN 1412 auseinerBuchstaben-Zahlen-Kombination(alpha-numerisch)

    bestehen.EsistzwischendenKnetle-

    gierungen(d.h.plastischgutverfor-

    mbaren)mitCWbezeichnet(Bsp.:

    CW307GfrCuAl10Ni5Fe4)diezuHalb-

    zeugwieBlechen,Platten,Stangen,

    Ronden,Gesenk-undFreiformschmie-

    destckenusw.verarbeitet,undden

    Gusslegierungen(d.h.gutgiebaren)

    mitCCbezeichnet(Bsp.:CC330Gfr

    CuAl9-C),ausdenenGussteilenachden

    verschiedenstenGieverfahrenherge-

    stelltwerden,zuunterscheiden.

    Bild 2: Zustandsschaubild Mehrstoff Kupfer-Aluminium-Legierungen (DKI 2470) [4]

    Kupfer-Aluminium mit 5% Ni und 5% Fe

  • 4 | Deutsches Kupferinstitut

    GemdenblichenVerfahrenfr

    Kupfer-Aluminium-Gusslegierungen

    werdendieseentsprechendihrer

    EignunginStrang(GC)-,Kokillen

    (GM)-,Sand(GS)-undSchleuderguss

    (GZ)eingeteilt.

    FrdiebeidenKnet-undGusswerk-

    stoff-GruppensinddieZustandsbe-zeichnungeninDIN EN 1173festgelegt.DiechemischeZusammensetzung,die

    Eigenschaften,dieLieferbedingungen

    undggf.diePrfbedingungenderLe-

    gierungensindindenentsprechenden

    ProduktnormenfrHalbzeugeundGusserzeugnissedefiniert(Tabelle1

    undAusklapptabelle).

    DievielseitigenEigenschaftender

    Kupfer-Aluminium-Legierungenlassen

    sichh