Ausgehärtete Kupferlegierung mit hoher Härte und thermischer Stabilität
Kupfer-Beryllium-Legierungen mit Kobalt oder Nickel und Kobalt erreichen eine hohe Entfestigungsbeständigkeit bis 550 °C und sind dadurch besonders temperaturstabil. Damit eignen sie sich für hoch beanspruchte, leitfähige Bauteile in Hochtemperaturanwendungen.
Die CuCo₂Be-Legierung enthält rund 2,0 % Kobalt. In CuCo₁Ni₁Be wird der Kobaltanteil auf 1,0 % reduziert und durch 1,0 % Nickel ergänzt. Beide Legierungen weisen vergleichbare Eigenschaften auf. CuCo₁Ni₁Be zeigt einen leichten Vorteil bei der elektrischen Leitfähigkeit.
Gegenüber klassischen CuBe-Legierungen bietet CuCo₂Be eine höhere elektrische und thermische Leitfähigkeit. Die mechanischen Eigenschaften lassen sich durch gezielte Kaltverformung und anschließende Ausscheidungshärtung weiter optimieren.
Zusammensetzung von Kupfer-Kobalt-Beryllium
- 29
Kupfer
Cu
97,2 – 97,6%
- 27
Kobalt
Co
2,0%
- 4
Beryllium
Be
0,4 – 0,8%
Zusammensetzung von Kupfer-Kobalt-Nickel-Beryllium
- 29
Kupfer
Cu
97,2 – 97,6%
- 27
Kobalt
Co
1,0%
- 28
Nickel
Ni
1,0%
- 4
Beryllium
Be
0,4 – 0,8%
Zentrale Eigenschaften
Festigkeit
CuCo₂Be erreicht nach der Ausscheidungshärtung eine sehr hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter Leitfähigkeit. Verantwortlich dafür sind nanoskopisch feine Be-Co-Ausscheidungen, die Versetzungen wirksam blockieren. Bei CuCoNiBe liegt die Festigkeit auf ähnlichem Niveau, die Härte und Leitfähigkeit sind jedoch etwas geringer. Beide Legierungen bieten damit eine Eigenschaftskombination, die unter Kupferwerkstoffen einzigartig ist.
Warmfestigkeit
CuCoBe bleibt bis etwa 500 °C stabil, CuCoNiBe zeigt durch die Nickelzugabe eine noch höhere Temperaturbeständigkeit mit Erweichungstemperaturen über 520 °C. Beide Legierungen eignen sich damit für Anwendungen mit hoher thermischer Belastung. In Druckguss-Werkzeugen ermöglicht dies eine große Zahl an Zyklen bei hohen Temperaturen ohne Festigkeitsverlust.
Spannungsrisskorrosions-beständigkeit
Im Unterschied zu vielen hochfesten Kupferlegierungen zeigen sowohl CuCoBe als auch CuCoNiBe eine sehr gute Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Selbst unter Zugspannung und in korrosiver Umgebung bilden sich keine feinen Risse im Material.
Physikalische und mechanische Eigenschaften
Eigenschaft | Einheit | CuCoBe | CuCoNiBe |
|---|---|---|---|
Zugfestigkeit (Rm) | MPa | 900–1200 | 900–1100 |
Dehngrenze (Rp0,2) | MPa | 600–900 | 600–900 |
Bruchdehnung (A) | % | 12–15 | 5–15 |
Härte (Brinell) | HBW 2,5/62,5 | 220–280 | 160–190 |
Härte (Vickers) | HV | > 230 | 170–210 |
Elektrische Leitfähigkeit | MS/m | 18–30 | 14,5–18,5 |
Elektrische Leitfähigkeit | % IACS | ≥ 42 | 25–32 |
Dichte bei 20°C | g/cm³ | ≥ 8,3 | 8,5–8,7 |
Schmelztemperatur (Liquidus) | °C | 1060–1080 | 1020–1060 |
Linearer Ausdehnungskoeffizient (20°C - 300°C) | x 10⁻⁶/K⁻¹ | 16–17 | 16–17 |
Elastizitätsmodul | kN/mm² | 125–135 | 125–135 |
Wärmeleitfähigkeit bei 20°C | W/(m·K) | ≥ 200 | 190–230 |
Erweichungstemperatur | °C | 500 | ≥ 520 |
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.
Industrieanwendungen
Typische Einsatzbereiche für CuCo(Ni)Be Legierungen im industriellen Umfeld
Schweißtechnik
Ihre Warmfestigkeit, Formstabilität und Verschleißbeständigkeit gewährleisten zuverlässige Leistung in Widerstandsschweißverfahren wie Punkt-, Rollnaht-, Buckel- und Stumpfschweißen, wo sie als Elektroden, Halter und Schäfte eingesetzt werden.
Elektrotechnik
Hohe elektrische Leitfähigkeit, thermische Stabilität und mechanische Festigkeit machen die Legierungen geeignet für stromführende Komponenten in Hochstromanwendungen, etwa Kontakte, Stromschienen und Klemmen in Schalt- und Steuergeräten.
Druckgusstechnik
Die hohe Wärmeleitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit der Werkstoffe reduziert thermische Belastungen und Werkzeugverschleiß. Eingesetzt werden sie für Formeinsätze, Kerne und Schieber in Druckgusswerkzeugen mit kurzen Zykluszeiten.
Werkzeugbau
Hohe Maßhaltigkeit unter mechanischer und thermischer Belastung macht die Legierungen geeignet für Formeinsätze, Kerne, Schieber und EDM-Elektroden, insbesondere bei komplexen Geometrien und hoher Beanspruchung.
Schweißteile aus CuCo(Ni)Be
Herstellungsprozess
Der Herstellungsprozess einer Kupfer-Cobalt-Beryllium-Stange umfasst mehrere Schritte, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erreichen.
- 1Schritt 1
Legierungsvorbereitung
Die reinen Metalle Kupfer, Kobalt und Beryllium werden nach festgelegter Rezeptur abgewogen und in einem Hochtemperaturofen eingeschmolzen. Die Temperatur wird dabei kontinuierlich überwacht. Gleichzeitig erfolgt eine laufende Kontrolle der Legierungszusammensetzung, um eine homogene Schmelze sicherzustellen. Diese exakte Steuerung ist entscheidend für die späteren Materialeigenschaften.
- 2Schritt 2
Gießen und Homogenisierung
Die flüssige Legierung wird in Formen gegossen und zu Rohbarren erstarrt. Diese Vorformate werden anschließend über mehrere Stunden bei hohen Temperaturen homogenisiert. Dabei wird das Gefüge ausgeglichen, um chemische Inhomogenitäten aus dem Gießprozess zu beseitigen und das Material auf die Umformung vorzubereiten.
- 3Schritt 3
Warmwalzen
Die Rohbarren werden erhitzt und durch Walzen in die gewünschte Abmessung gebracht. Der Warmwalzprozess erhöht die Dichte, reduziert Gussfehler und sorgt für eine gleichmäßige Gefügestruktur. Präzise gesteuerte Walzen gewährleisten dabei Maßhaltigkeit über die gesamte Länge.
- 4Schritt 4
Kaltverformung
Die warmgewalzten Stangen werden durch eine Matrize gezogen, um die endgültigen Maße und die geforderte Oberflächenqualität zu erreichen. Durch die Kaltverformung wird zusätzlich die Festigkeit erhöht.
- 5Schritt 5
Wärmebehandlung
Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften werden die CuCoBe-Stangen wärmebehandelt. Durch kontrolliertes Erwärmen bei definierten Temperaturen entsteht eine feine Ausscheidungsstruktur im Gefüge. Die Legierung wird dabei präzipitationsgehärtet, was zu einer deutlichen Steigerung der Festigkeit führt.
- 6Schritt 6
Oberflächenbehandlung
Die Stangen werden oberflächenbehandelt, um Verunreinigungen zu entfernen und die Korrosionsbeständigkeit gezielt zu erhöhen. Je nach Anforderung kommen mechanische Verfahren wie Schleifen oder Polieren sowie chemische Behandlungen zum Einsatz. Eine einwandfreie Oberfläche ist besonders dann entscheidend, wenn die Stangen in korrosiven Umgebungen eingesetzt werden.
- 7Schritt 7
Qualitätskontrolle
Während des gesamten Herstellungsprozesses werden die CuCoBe-Stangen strengen Qualitätskontrollen unterzogen. Dies umfasst die Prüfung auf chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften, Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit. Zur Analyse werden unter anderem Röntgenfluoreszenz (XRF) und bildgestützte Messsysteme eingesetzt. So lässt sich die Einhaltung aller Qualitätsvorgaben lückenlos absichern.
- 8Schritt 8
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.
Dieser Prozess stellt sicher, dass CuNi2.5SiCr-Stangen die für den industriellen Einsatz notwendigen Werkstoffeigenschaften aufweisen. Dazu zählen eine hohe mechanische Festigkeit, konstante elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie eine Verschleißfestigkeit.
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