DE4115998C2 - Process for the production of copper alloys - Google Patents
Process for the production of copper alloysInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kupferle gierungen mit hoher Festigkeit und sehr guter Biegbarkeit für Konnek toren oder Leadframes mit einem Gehalt von 1-3,5% Nickel, 0,1- 0,8 Silizium, Rest Kupfer, sowie üblichen Verunreinigungen.The invention relates to a method for producing copper alloys with high strength and very good flexibility for Konnek gates or lead frames with a content of 1-3.5% nickel, 0.1- 0.8 silicon, the rest copper, as well as usual impurities.
Neuere Entwicklungen auf dem Gebiet von Elektronikbauteilen, insbe sondere Konnektoren, haben dazu geführt, daß die Biegbarkeit der zu grundeliegenden Legierungen wesentlich höher als bei bisher üblichen und vergleichbaren Legierungen sein muß. Insbesondere muß eine Biegung um 180° ohne Rißbildung an der Kante möglich sein. Dies er fordert eine wesentlich höhere Dehnbarkeit als bisher üblich.Recent developments in the field of electronic components, esp special connectors have resulted in the flexibility of the basic alloys are significantly higher than those previously used and comparable alloys must be. In particular, a Bend through 180 ° without cracking on the edge. This he requires a much higher stretch than usual.
Die Anmelderin bringt bereits eine Legierung unter der Bezeichnung SB 21 auf den Markt, welche nach dem nachfolgend erläuterten Ver fahren hergestellt wird, welche aber nicht die vorstehend erwähnte hohe Biegbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit besitzt, welche heute vom Markt für Sonderanwendungen bei Konnektoren verlangt wird. Diese bekannte Legierung weist eine Zusammensetzung innerhalb der eingangs erwähnten Gehaltsgrenzen auf, nämlich Nickel 1,9%, Silizium 0,4%, Zink 0,2%, Rest Kupfer. Diese Legierung wird ge gossen, bei 850° warmgewalzt, anschließend abgeschreckt und dann mit einer Dickenreduktion von über 80% kaltgewalzt. Nach diesem Verfahrensschritt wird während 1 bis 4 Stunden bei 450° bis 520° ge glüht, anschließend mit einer Dickenreduktion von über 70% nochmals kaltgewalzt sowie schließlich für 1 bis 4 Stunden bei 350° bis 420° ausgehärtet. Mit dieser Legierung wird eine Festigkeit von etwa 630 N/mm2 und eine Dehnung von etwa 5% erreicht. Der Biegeradius beträgt zweimal die Enddicke des Bandes bei einer Biegung um 90°.The applicant already brings an alloy under the designation SB 21 onto the market, which is produced according to the process explained below, but which does not have the aforementioned high flexibility and high strength, which is now required by the market for special applications in connectors. This known alloy has a composition within the content limits mentioned at the outset, namely nickel 1.9%, silicon 0.4%, zinc 0.2%, the rest copper. This alloy is cast, hot rolled at 850 °, then quenched and then cold rolled with a thickness reduction of over 80%. After this process step is annealed at 450 ° to 520 ° for 1 to 4 hours, then cold rolled again with a thickness reduction of over 70% and finally hardened for 1 to 4 hours at 350 ° to 420 °. A strength of about 630 N / mm 2 and an elongation of about 5% are achieved with this alloy. The bending radius is twice the final thickness of the strip with a 90 ° bend.
Wesentlich bei diesem Verfahren ist eine Aushärtung bei guter Sili zidausscheidung.Hardening with good sili is essential in this process excretion.
Durch das US-Patent 4 728 372 ist ferner eine Kupferlegierung mit einem Gehalt von 2-4,8% Nickel, 0,2-1,4% Silizium sowie 0,05-0,45% Magnesium, Rest Kupfer, bekanntgeworden, bei welcher ebenfalls hohe Festigkeit und gute Biegbarkeit gegeben sein sollen. Bei der Herstellung dieser Legierung wird nach einer Homogeni sierungs- und einer Lösungsglühung mit nachfolgendem Abschrecken zunächst ein Kaltwalzen mit einer Dickenreduktion < 30% vorgenom men und anschließend bei 2 von 3 möglichen Herstellungsalternativen eine Lösungsglühung von 750-900°C vorgenommen. Anschließend er folgt nach einem Abschrecken ein nochmaliges Kaltwalzen mit einer Dickenreduktion < 10% sowie weitere Glüh- und Kaltwalzschritte. Die Meßwerte der erläuterten Beispiele in der Patentschrift zeigen, daß bei guter Festigkeit nur eine Dehnung von etwa 1-4% erreicht wird, so daß diese Legierung die gestellten Anforderungen an eine gute Biegbarkeit nicht erfüllen kann. Für diese Fälle besteht die Erklärung darin, daß am Prozeßende noch jeweils ein Kaltverformungs schritt ausgeführt wird, wodurch die Dehnung auf relativ geringe Werte begrenzt bleibt.A copper alloy is also included in US Pat. No. 4,728,372 a content of 2-4.8% nickel, 0.2-1.4% silicon as well 0.05-0.45% magnesium, balance copper, in which high strength and good flexibility should also be given. In the manufacture of this alloy, a homogeneity is used annealing and solution annealing with subsequent quenching first cold rolling with a thickness reduction <30% men and then with 2 out of 3 possible manufacturing alternatives solution annealing at 750-900 ° C. Then he followed by a further cold rolling with a Thickness reduction <10% as well as further annealing and cold rolling steps. The measured values of the examples explained in the patent show that with good strength only an elongation of about 1-4% is achieved is, so that this alloy meets the requirements of a cannot meet good bendability. In these cases there is Explanation is that at the end of the process there is still a cold deformation step is performed, causing the elongation to be relatively low Values remains limited.
Aus der US-PS 4,466,939 ist bereits eine niedrig legierte Kupfer-Nickel-Silizium- Legierung mit Phosphor bekannt geworden, welche als elektrisches Leitermaterial für integrierte Schaltkreise dient. Die dort beschriebenen Beispiele zeigen eine Legierung mit Nickel im Bereich zwischen 0,1 und 1%, Silizium im Bereich von 0,1 bis 0,2% und Phosphor mit 0,03%. Diese Legierungen weisen eine sehr gute Leitfähigkeit und bei mittlerer Dehnung teilweise gute Festigkeit auf. Bei sehr guter Dehnung sinkt jedoch die Festigkeit ganz deutlich ab. Sie weist damit keine ausreichenden Eigenschaften auf, wenn hohe Dehnung und hohe Festigkeit gefordert sind.US Pat. No. 4,466,939 already discloses a low-alloy copper-nickel-silicon Alloy with phosphorus has become known as an electrical conductor material for integrated circuits. The examples described there show one Alloy with nickel in the range between 0.1 and 1%, silicon in the range of 0.1 to 0.2% and phosphorus with 0.03%. These alloys have a very good one Conductivity and good strength with medium elongation. At very good elongation, however, the strength drops significantly. It does not show any sufficient properties when high elongation and high strength are required.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzuge ben, mit welchem Kupferlegierungen mit hoher Festigkeit und sehr guter Biegbarkeit bei zumindest mittleren Leitfähigkeiten herge stellt werden können.In contrast, it is an object of the invention to provide a method with which copper alloys with high strength and very good flexibility with at least medium conductivities can be put.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet Verfahren gelöst. This object is achieved by the in claim 1 or 2 marked method solved.
Ein Verfahren der eingangs erwähnten Art weist erfindungsgemäß fol
gende Verfahrensschritte auf:
A method of the type mentioned at the outset has the following method steps according to the invention:
- a) Guß der Legierung in Blöckena) Cast the alloy in blocks
- b) Warmwalzen bei 750° bis 950°Cb) Hot rolling at 750 ° to 950 ° C
- c) Abschreckenc) quenching
- d) Kaltwalzen mit einer Dickenreduktion < 90°d) Cold rolling with a thickness reduction <90 °
- e) Glühen im Band bei 700°-800°C 1 Sekunde-10 Minuten bis zur vollständigen Rekristallisatione) Annealing in the strip at 700 ° -800 ° C for 1 second-10 minutes until complete recrystallization
- f) Abschreckenf) quenching
- g) Kaltwalzen mit einer Dickenreduktion zwischen 0% und 80%g) cold rolling with a thickness reduction between 0% and 80%
- h) Aushärten bei 350° bis 500°C 1-48 Stunden.h) Curing at 350 ° to 500 ° C for 1-48 hours.
Zur Lösung der erfindunsgemäßen Aufgabe ist auch ein Verfahren
möglich, bei welchem die Schritte a)-d) den vorstehend genannten
entsprechen. Abweichend sind die Verfahrensschritte
To achieve the object according to the invention, a method is also possible in which steps a) -d) correspond to those mentioned above. The procedural steps differ
- a) Glühen in der Spule bei 600°-700°C 1-8 Stunden bis zur voll ständigen Rekristallisationa) Annealing in the coil at 600 ° -700 ° C 1-8 hours to full constant recrystallization
- b) Abkühlenb) cooling
- c) und h) sind unverändert wie vorstehend.c) and h) are unchanged as above.
Eine Legierung, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wird, weist bei einer hohen Festigkeit von etwa 630 N/mm2 und einer guten Leitfähigkeit von etwa 50% IACS eine Dehnung von etwa 10% auf. Damit werden die Werte für die Dehnbar keit der vorstehend beschriebenen bekannten Werkstoffe ganz wesentlich überschritten, ohne daß die Kosten für die Herstellung der Legierung höher liegen. Verantwortlich für dieses überraschende Ergebnis sind vor allem die Schritte d) und e) des Verfahrens, nämlich ein Kaltwalz vorgang mit sehr hoher Dickenreduktion, nämlich über 90% und einem anschließenden kurzzeitigen Glühvorgang bei hoher Temperatur solange, bis eine vollständige Rekristallisation im Gefüge stattgefunden hat. Für die Erreichung der hohen Festigkeit und guten Leitfähig keit sind die nachfolgenden Schritte g) und h) wichtig, durch welche zwar die Rekristallisation des Gefüges teilweise wieder aufgehoben wird, jedoch eine ausreichende Aushärtung mit Festig keitssteigerung und Leitfähigkeitserhöhung stattfindet. An alloy produced by the process described above has an elongation of about 10% with a high strength of about 630 N / mm 2 and a good conductivity of about 50% IACS. Thus the values for the extensibility of the known materials described above are exceeded significantly without the cost of producing the alloy being higher. Steps d) and e) of the process are primarily responsible for this surprising result, namely a cold rolling process with a very high reduction in thickness, namely over 90% and a subsequent brief annealing process at high temperature until complete recrystallization has occurred in the structure. To achieve high strength and good conductivity, the following steps g) and h) are important, by which the recrystallization of the structure is partially reversed, but sufficient hardening takes place with increased strength and increased conductivity.
Die bei den Schritten d) und e) erreichte hohe Dehnung wird durch diese Schritte g) und h) insgesamt nurmehr unwesentlich beeinflußt. Wenn die im Sinne der Erfindung gewünschte hohe Dehnbarkeit bei gleich zeitig hoher Festigkeit erreicht werden soll, ist eine Kaltverformung größer 10% im Schritt g) unerläßlich. Sind hingegen geringere Festig keiten ausreichend, kann auf eine Kaltverformung gemäß Schritt g) verzichtet werden.The high elongation achieved in steps d) and e) is shown by these steps g) and h) are only marginally influenced. If the high stretchability desired in the sense of the invention at the same Cold strength is to be achieved in time greater than 10% in step g) is essential. Are, however, less firm sufficient, can be cold deformed according to step g) to be dispensed with.
Die Durchführung des Verfahrens nach der ersten Alternative erfolgt bei Schritt e) im Durchziehofen am gestreckten Band. Ist das Band hingegen zu einer Spule aufgewickelt, so muß gemäß der zweiten Alter native im Hauben- oder Durchlaufofen geglüht werden, wobei wegen der höheren Aufheizzeit der Spule bei einer niedrigeren Temperatur aber längerer Zeit geglüht werden muß, ebenfalls jedoch nur bis zur Rekristal lisation des Gefüges.The procedure according to the first alternative is carried out in step e) in the drawing furnace on the stretched belt. Is the tape on the other hand, wound up into a spool, so according to the second age be annealed in the hood or continuous furnace, because of the higher heating time of the coil at a lower temperature must be annealed for a long time, but also only up to the recrystall lization of the structure.
Das Verfahren gemäß der ersten Alternative ergibt eine höhere Festig keit und höhere Leitfähigkeit bei gleichguter Dehnung als das Ver fahren zweiter Alternative. Es ist daher grundsätzlich vorzuziehen, jedoch hängt die Anwendung des Verfahrens auch von der verfügbaren maschinellen Ausrüstung ab. Je höher der Kaltwalzgrad ist, desto früher rekristallisiert das Material und desto kürzer können die Glühzeiten werden.The method according to the first alternative gives a higher strength and higher conductivity with the same elongation as the Ver drive second alternative. It is therefore generally preferable however, the application of the method also depends on the available one machine equipment. The higher the degree of cold rolling, the more the material recrystallizes earlier and the shorter they can Glow times will be.
Die Glühung bei Verfahrensschritt e) muß in Schutzgasatmosphäre statt finden.The annealing in process step e) must take place in a protective gas atmosphere Find.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn zeichnet. Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß geringe Mengen von Magnesium und/oder Zink nicht stören.Developments of the invention are characterized in the subclaims draws. It should be noted that small amounts of Do not disturb magnesium and / or zinc.
Nachfolgend werden zwei Beispiele für das erfindungsgemäße Herstel lungsverfahren erläutert.Below are two examples of the manufacture according to the invention explained.
Eine Legierung mit 1,95% Nickel, 0,4% Silizium, 0,01% Magnesium und einem Anteil an Zink unter 0,4%, Rest Kupfer, sowie üblichen Verunreinigungen, wird in Brammen oder Blöcken gegossen, bei 850° auf eine Dicke von 18 mm warmgewalzt und dann abgeschreckt. Nach einem Fräsvorgang wird die Legierung mit 96% Dickenreduktion auf eine Banddicke von 0,6 mm kaltgewalzt. Anschließend erfolgt in Schutz gasatmosphäre im Durchziehofen eine Glühung bei 750°C mit einer Hal tezeit von 10 Sekunden. Danach wird das Band abgeschreckt und in einem erneuten Kaltwalzvorgang mit einer Dickenreduktion von 50% auf eine Banddicke von 0,3 mm abgewalzt. Schließlich wird das Band bei einer Temperatur von 450° während 10 Stunden ausgehärtet. Dieses Band hat eine Festigkeit von 630 N/mm2, eine Leitfähigkeit von 53% IACS und eine Dehnung von 10% bei einem Biegeradius 0. Ein leicht modifizier tes Verfahren hierzu sieht bei einer Legierung gleicher Zusammen setzung wie vorstehend erläutert, bei gleichem Gußvorgang, Warmwal zen und Abschrecken sowie Fräsen ein Kaltwalzen mit einer Dicken reduktion von 92% auf 1,2 mm Banddicke vor. Anschließend erfolgt im Durchziehofen bei einer Temperatur von 750° eine Glühung von 5 Sekunden. Anschließend erfolgt wieder das Abschrecken und danach ein Kaltwalzen mit einer Dickenreduzierung um 50% auf eine Band dicke von 0,6 mm. Als letzter Schritt wird dieses Band bei 450° 4 Stunden ausgehärtet. Das Endprodukt weist bei gleichen Festig keits- und Dehnungswerten wie bei dem vorher beschriebenen Beispiel eine Leitfähigkeit von 50% IACS auf. Der Biegeradius ist wieder 0.An alloy with 1.95% nickel, 0.4% silicon, 0.01% magnesium and a share of zinc below 0.4%, the rest copper, as well as usual impurities, is cast in slabs or blocks, at 850 ° to one Hot rolled 18 mm thick and then quenched. After a milling process, the alloy is cold rolled to a strip thickness of 0.6 mm with a reduction in thickness of 96%. This is followed by annealing in a protective gas atmosphere in the pull-through furnace at 750 ° C with a holding time of 10 seconds. The strip is then quenched and rolled in a new cold rolling process with a thickness reduction of 50% to a strip thickness of 0.3 mm. Finally the tape is cured at a temperature of 450 ° for 10 hours. This band has a strength of 630 N / mm 2 , a conductivity of 53% IACS and an elongation of 10% at a bending radius of 0. A slightly modified method for this sees an alloy of the same composition as explained above, with the same casting process, Hot rolling and quenching as well as milling a cold rolling with a thickness reduction of 92% to 1.2 mm strip thickness. This is followed by 5 seconds of annealing in the pull-through furnace at a temperature of 750 °. This is followed by quenching again and then cold rolling with a thickness reduction of 50% to a strip thickness of 0.6 mm. As a last step, this tape is cured at 450 ° for 4 hours. The end product has a conductivity of 50% IACS with the same strength and elongation values as in the previously described example. The bending radius is again 0.
Anstelle des Gießens in Blöcken ist auch ein Bandguß mit einer Dicke von 20 mm möglich. Die natürliche Abkühlung dieses Bandes anstelle eines Abschreckens ist dabei ausreichend.Instead of casting in blocks, there is also a tape casting with a Thickness of 20 mm possible. The natural cooling of this band instead of deterring it is sufficient.
Vor dem ersten Kaltwalzschritt, Verfahrensschritt d), ist es im Sinne der Erfindung möglich, mehrfache Verformungs- und Glühschritte bekannter Art vorzunehmen. Auf die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens haben diese Schritte keine Auswirkung. Im Sinne der Er findung ist es ferner möglich, bei der letzten Glühung, Verfahrens schritt h), stufenweise oder auch kontinuierlich in niedrigere Temperaturbereiche überzugehen. Damit kann man insgesamt höhere Ausscheidungen und kürzere Glühzeiten erreichen.Before the first cold rolling step, step d), it is in the Possible within the meaning of the invention, multiple deformation and annealing steps known manner. On the advantages of the invention In procedural terms, these steps have no effect. In the sense of Er It is also possible to find the last annealing process step h), gradually or continuously in lower Temperature ranges. So you can get higher overall Achieve excretions and shorter glow times.
Abschließend sei nochmals darauf hingewiesen, daß durch das erfin dungsgemäße Verfahren eine Standardlegierung mit überraschend ge steigerten Eigenschaften erzeugt werden kann, bei welcher bei gleichbleibend guter Biegbarkeit durch Variation des letzten Kalt verformungs- und des letzten Glühschritts die Festigkeit und die Leitfähigkeit den gestellten Anforderungen angepaßt werden können, wobei sehr gute Maximalwerte für die Festigkeit und gute für die Leitfähigkeit zu erzielen sind.Finally, it should be pointed out again that through the invented method according to the invention a standard alloy with surprisingly ge increased properties can be generated, at which consistently good flexibility by varying the last cold deformation and the final glow step the strength and the Conductivity can be adapted to the requirements, with very good maximum values for the strength and good for the Conductivity can be achieved.
Claims (14)
- a) Guß der Legierung in Blöcken;
- b) Warmwalzen bei 750° bis 950°C;
- c) Abschrecken;
- d) Kaltwalzen mit einer Dickenreduktion von mehr als 90%;
- e) Glühen des gewalzten Bandes bei 700 bis 800°C, 1 Sekunde bis 10 Minuten bis zur vollständigen Rekristallisation in Schutzgas;
- f) Abschrecken;
- g) wahlweise Kaltwalzen mit einer Dickenreduktion von mehr als 0% bis weniger als 80%;
- h) Aushärten bei 350° bis 500°, 1 bis 48 Stunden.
- a) casting the alloy in blocks;
- b) hot rolling at 750 ° to 950 ° C;
- c) quenching;
- d) cold rolling with a reduction in thickness of more than 90%;
- e) annealing the rolled strip at 700 to 800 ° C, 1 second to 10 minutes until complete recrystallization in protective gas;
- f) quenching;
- g) optionally cold rolling with a thickness reduction of more than 0% to less than 80%;
- h) curing at 350 ° to 500 °, 1 to 48 hours.
- a) Guß der Legierung in Blöcken;
- b) Warmwalzen bei 750° bis 950°C;
- c) Abschrecken;
- a) casting the alloy in blocks;
- b) hot rolling at 750 ° to 950 ° C;
- c) quenching;
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4115998A1 (en) | 1992-11-19 |
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