Aushärtbare Kupferlegierung mit hoher Leitfähigkeit und Verschleißfestigkeit
Der Werkstoff erreicht eine hohe Härte und ausgeprägte mechanische Festigkeit. Er bleibt bis etwa 500 °C formstabil und kombiniert dies mit sehr guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit.
Kupfer sichert eine verlustarme Stromübertragung, Chrom erhöht die Festigkeit und verbessert zugleich die Leitfähigkeit. Zirkon verringert die Kerbempfindlichkeit bei der Wärmebehandlung und steigert die Festigkeit bei höheren Temperaturen.
Zusammensetzung von CuCr₁Zr
- 29
Kupfer
Cu
> 97%
- 24
Chrom
Cr
0,5% – 1,2%
- 40
Zirkonium
Zr
0,05% – 0,15%
Zentrale Eigenschaften
Festigkeit
Nach Lösungsglühung und Alterung erreicht CuCrZr eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter elektrischer Leitfähigkeit. Fein verteilte CrZr-Ausscheidungen hemmen die Versetzungsbewegung und sichern die mechanische Stabilität auch bei Temperaturen bis 500 °C. Damit eignet sich CuCrZr für stromführende Strukturbauteile unter thermischer und mechanischer Belastung.
Warmfestigkeit
Während reines Kupfer ab etwa 200 °C an Festigkeit verliert, bleibt CuCrZr bis rund 500 °C formstabil. In Gießerei-Kokillen ermöglicht das deutlich mehr Gießzyklen ohne Verformung im Vergleich zu reinem Kupfer.
Ermüdungsfestigkeit
CuCrZr bietet eine deutlich höhere Dauerfestigkeit als reines Kupfer. Stromabnehmer aus diesem Werkstoff widerstehen einer hohen Zahl von Schaltzyklen ohne Rissbildung. Die feine Ausscheidungsstruktur hemmt die Ausbreitung von Ermüdungsrissen auch bei zyklischer thermischer Belastung.
Kerbempfindlichkeit
Zirkon senkt die Kerbempfindlichkeit im Vergleich zu reinem Kupfer und verbessert die Festigkeit bei hohen Temperaturen. An Bohrungen, Nuten und anderen Spannungskonzentrationen treten dadurch seltener Anrisse auf. Das erhöht die Zuverlässigkeit komplexer Bauteile unter thermischer Belastung.
Physikalische und mechanische Eigenschaften
Eigenschaft | Einheit | Wert |
|---|---|---|
Zugfestigkeit (Rm) | MPa | ≥ 490 |
Dehngrenze (Rp0,2) | MPa | ≥ 420 |
Bruchdehnung (A) | % | ≥ 10 |
Dehnung | % | 10–20 |
Härte (Brinell) | HBW 2,5/62,5 | 150–180 |
Härte (Vickers) | HV | 160–185 |
Elektrische Leitfähigkeit | MS/m | ≥ 44 |
Elektrische Leitfähigkeit | % IACS | ≥ 76 |
Dichte bei 20°C | g/cm³ | 8,9 |
Schmelztemperatur (Liquidus) | °C | 1070–1080 |
Die angegebenen Werte verstehen sich als Mindestangaben, Durchschnittswerte oder Toleranzbereiche. Wenn Ihre Anwendung eine spezifische Werkstoffanforderung stellt, zum Beispiel eine definierte Mindesthärte oder erhöhte Biegefähigkeit, entwickeln wir gemeinsam mit Ihnen eine passende Ausführung. Sprechen Sie uns gerne an.
Warmhärte
Brinellhärte HBW 2.5/62.5 in Abhängigkeit von der Prüftemperatur. Gemessen bei steigender Temperatur unter statischer Last.
Anlassbeständigkeit
Brinellhärte HBW 2.5/62.5 nach 30 min Glühen bei definierter Temperatur, gemessen bei Raumtemperatur.
Leitfähigkeit
Brinell-Härte HBW 2,5/62,5 und elektrische Leitfähigkeit (Richtwerte) von WIRBALIT® HF, gemessen bei Raumtemperatur nach Erwärmung auf 600 °C, in Abhängigkeit von der Glühdauer.
Industrieanwendungen
Typische Einsatzbereiche für CuCr₁Zr im industriellen Umfeld
Elektrotechnik
Hohe elektrische Leitfähigkeit, mechanische Stabilität und thermische Belastbarkeit machen CuCr₁Zr geeignet für stromführende Bauteile wie Stromkontakte, Steckverbinder und Komponenten in der Hochspannungstechnik.
Maschinen- und Werkzeugbau
Die Kombination aus Leitfähigkeit, Festigkeit und Verschleißbeständigkeit unter thermischer Last macht die Legierung einsetzbar für Kurzschlussringe, Kurzschlussläufer, Erregerschienen, Kontaktbolzen und Stromabnehmer.
Gießerei und Druckgusstechnik
Dank hoher Wärmeleitfähigkeit, mechanischer Festigkeit und geringer Klebeneigung eignet sich CuCr₁Zr für Kokillen im Nichteisen- und Grauguss sowie für Gießräder im Strangguss, insbesondere bei Anwendungen mit kurzen Taktzeiten und langen Formstandzeiten.
Schweißtechnik
CuCr₁Zr vereint hohe Leitfähigkeit mit Festigkeit und Formstabilität unter thermischer Belastung. Eingesetzt wird die Legierung für Elektroden, Nahtschweißscheiben und andere stromführende Bauteile beim Widerstandsschweißen. Die längere Standzeit reduziert Reinigungs- und Wechselintervalle und ermöglicht mehr Schweißpunkte pro Einsatz.
Schweißteile aus CuCrZr
Herstellungsprozess
Der Herstellungsprozess einer CuCrZr-Stange umfasst mehrere Schritte, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erreichen.
- 1Schritt 1
Legierungsvorbereitung
Die Herstellung beginnt mit dem Einschmelzen von reinem Kupfer. Chrom und Zirkon werden in exakt definierten Anteilen zugesetzt. Der Schmelzvorgang erfolgt unter Schutzgas oder im Vakuum, um Oxidation und Verunreinigungen zu vermeiden. Die exakte Zusammensetzung ist entscheidend, da sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die mechanische Festigkeit direkt von den Legierungselementen beeinflusst werden.
- 2Schritt 2
Gießen und Homogenisierung
Nach dem vollständigen Einschmelzen wird die Legierung entweder im Blockguss- oder Stranggussverfahren vergossen. So entstehen massive Rohblöcke, sogenannte Vorformate, die als Ausgangsformat für die Weiterverarbeitung dienen. Eine gleichmäßige Erstarrung ist hierbei essenziell, um Lunkerbildung oder Seigerungen im Gefüge zu verhindern.
- 3Schritt 3
Homogenisierung
Die gegossenen Rohblöcke werden einer Homogenisierungsglühung unterzogen. Dabei hält man das Material über mehrere Stunden bei hoher Temperatur, um eine gleichmäßige Verteilung der Legierungselemente zu erreichen. Ziel ist es, segregierte Bereiche aus dem Gießprozess auszugleichen. Dadurch wird die Verarbeitbarkeit verbessert und eine konstante Gefügestruktur sichergestellt.
- 4Schritt 4
Warmwalzen
Nach der Homogenisierung werden die Blöcke stark erhitzt und durch Walzen in Form gebracht. Dieser Umformprozess verbessert die mechanischen Eigenschaften und sorgt für eine feinkörnigere Mikrostruktur.
- 5Schritt 5
Kaltverformung
Die vorgewalzten Stangen werden je nach Endprodukt weiter kaltverformt, z.B. durch Ziehen, Walzen oder Richten bei Raumtemperatur. Dieser Schritt erhöht die Maßhaltigkeit und steigert durch die entstehende Versetzungsdichte im Gefüge die Festigkeit des Werkstoffs.
- 6Schritt 6
Wärmebehandlung
Im ersten Schritt der Wärmebehandlung wird das Material auf 950 bis 1000 °C erhitzt. Chrom und Zirkon gehen dabei vollständig in Lösung. Anschließend wird das Werkstück rasch, meist mit Wasser, abgeschreckt. Danach erfolgt die sogenannte Alterung bei 450 bis 500 °C. In dieser Phase bilden sich fein verteilte Ausscheidungen von Cr- und Zr-Verbindungen im Kupfer. Sie erhöhen die Festigkeit deutlich und verbessern die Temperaturbeständigkeit des Werkstoffs.
- 7Schritt 7
Endbearbeitung
Abschließend werden die Stangen mechanisch fertigbearbeitet, beispielsweise durch Schneiden auf Länge, Richten oder Schleifen. Damit sind sie bereit für den industriellen Einsatz.
- 8Schritt 8
Qualitätskontrolle
Das fertige Produkt wird einer strengen Qualitätskontrolle unterzogen. Durch mechanische Test sowie strukturelle Analysen wird sichergestellt, dass die Spezifikationen hinsichtlich Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und elektrischer Leitfähigkeit eingehalten werden.
- 9Schritt 9
Verpackung und Versand
Die fertigen Stangen werden verpackt und für den Versand vorbereitet. Dabei werden spezielle Verpackungsmaterialien verwendet, um die Stäbe während des Transports vor Beschädigungen zu schützen.
Der Prozess stellt sicher, dass CuCrZr-Stangen die für den industriellen Einsatz notwendigen Werkstoffeigenschaften aufweisen. Dazu zählen mechanische Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Temperaturstabilität und Verarbeitbarkeit.
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