Wenn Zinn (0,04-0,55%) zu Kupfer hinzugefügt wird, hat die resultierende Kupfer-Zinn-Legierung eine erhöhte Festigkeit und Erweichungsbeständigkeit auf Kosten der Leitfähigkeit. Der maximal zulässige Zinngehalt richtet sich nach der geforderten Mindestleitfähigkeit.
Die Zugabe von Tellur (0,005-0,05%) führt zu einer weiteren Erhöhung der Erweichungsbeständigkeit bei geringem Verlust an Leitfähigkeit.
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Geschichte
Diese zwischen 1960 und 1990 in den USA entwickelten und seit 1998 in Europa hergestellten Legierungen sind als hochleitfähige Bänder und Drähte erhältlich. Sie werden seit 1998 für Leadframes (CuSn0,15, CW117C), seit 2010 als Automobilkabel (CuSn0,5, CW129C) und seit 2001 als Oberleitungs-Rillenfahrdraht (CuSn0,5, CW129C) verwendet.
Kupfer-Zinn-Tellur (0,005-0,05% Tellur) (CuSn0,15Te, C14420) wurde zwischen 1983 und 1987 in den USA patentiert. Es hat eine gute Erweichungsbeständigkeit im Temperaturbereich von 200-427oC mit einem IACS-Wert von 99,8% und wurde als Alternative zu Kupfer-Cadmium und als kostengünstigere Alternative zu Kupfer-Silber entwickelt.
Wärmebehandlung
Diese Legierungen sind einphasig und können nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden. Sie können zwischen 550-650oC geglüht und zwischen 150-200oC spannungsarmgeglüht werden.
Die Bandbreite der mechanischen Eigenschaften, die in der nachstehenden Tabelle aufgeführt ist, wird durch Kaltumformung entwickelt.
Im Vergleich zu alternativen Kupferlegierungen sind Kupfer-Zinn-Legierungen im Allgemeinen fester als elektrolytisch zähes Pechkupfer, Kupfer-Silber und Kupfer-Eisen, aber weniger fest als Kupfer-Magnesium und Kupfer-Nickel-Silizium.
Eigenschaften
Elektrische Leitfähigkeit
Mit steigendem Zinnanteil nehmen Festigkeit und Härte zu, die Leitfähigkeit nimmt ab (siehe Tabelle unten).
| % Zinn | % IACS |
| 0.1 | 98 |
| 0.15 | 88 |
| 0,2 | 83 |
| 0,5 | 70 |
Eine Legierung mit einem Zinngehalt, der die geforderte elektrische Mindestleitfähigkeit (mit den notwendigen mechanischen Eigenschaften für ein Bauteil) ergibt, wird ausgewählt.
Erweichungsbeständigkeit
Die Halbwertszeit der Erweichung in Minuten (definiert als die Erhitzungszeit, die erforderlich ist, damit die kaltverformte Probe ihre Härte auf die Hälfte ihres vollständig geglühten Wertes verringert) ist in der nachstehenden Tabelle für drei Legierungen angegeben
Die positive Wirkung von Zinn auf die Erweichung ist offensichtlich, aber die herausragende Wirkung ist die von Tellur, die bis zu 427oC wirksam ist, wo Kupfer-Silber vollständig erweicht ist. Im Vergleich dazu beginnt Cu-ETP bei 150oC zu erweichen.
Fertigung
| Verfahren | Bewertung |
| Kaltumformbarkeit | Exzellent |
| Warmumformbarkeit | Exzellent |
| Löten | Exzellent |
| Löten | Exzellent |
| Autogenschweißen | Gut |
| Gas-Schutzgasschweißen | Gut |
| Widerstand Schweißen | Gut |
Dieses Kupfer leidet nicht unter Dampfversprödung (Wasserstoff), wenn es in einer Wasserstoffatmosphäre (reduzierend) erhitzt wird.
Bearbeitung
Die Zerspanbarkeit liegt bei 20%, was angemessen ist (frei zerspanbares Messing liegt bei 100%).
Korrosionsbeständigkeit
Diese Legierungen haben eine gute Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion und Spannungsrisskorrosion.
Anwendungen
Typische Anwendungen, die eine Kombination aus einer bestimmten elektrischen Mindestleitfähigkeit, hoher Duktilität und erhöhter Festigkeit und Erweichungsbeständigkeit im Vergleich zu reinem Kupfer erfordern, sind u. a:
- Leiterrahmen (CW117C)*
- Steckverbinderstifte
- Schalter und Relais
- Klemmen
- Automobilkabelbaumkabel
- Sammelschienen
- Nieten
- Spezialschrauben
- Automobilsignalkabel
- Eisenbahn-Rillenfahrdraht (CW129C)*
* Gelistet in BS EN Normen
Erhältliche Formen
Kupfer-Zinn ist erhältlich als Blech, Band und Draht. Kupfer-Zinn-Tellur ist als Band erhältlich.
Spezifikationen
Nachfolgend finden Sie die Spezifikationen für Europa und die USA. Beachten Sie, dass für die USA einige Zusammensetzungen nicht identisch sind. Für gleichwertige Normen aus anderen Ländern besuchen Sie die Copper Key Website.
Weitere Informationen über Kupfer-Zinn und andere leitfähige Werkstoffe finden Sie in der Copper Alloys Knowledge Base.
Anwendungsbeispiel 1: Fahrzeugleiterkabel
Seit 2010 wird Kupfer-Zinn-Draht (0,25-0,35%), Querschnittsfläche 0.13 mm2, mit einer Mindestleitfähigkeit von 72% IACS und einer Mindestzugfestigkeit von 620 N/mm2 zusammen mit Kupfer-Silber und Kupfer-Magnesium unter anspruchsvollen Bedingungen für Automobilleiterseile eingesetzt.
Anwendungsbeispiel 2: Gerillter Fahrdraht
Kupfer-Zinn ist eine der wichtigsten Legierungen, die für Fahrdrähte bei den französischen Hochgeschwindigkeitsbahnen verwendet werden. Es wird hergestellt, um die Anforderungen der Europäischen Norm EN 50149:2012 Bahnanwendungen – Rillenfahrdrähte aus Kupfer und Kupferlegierungen zu erfüllen und zu übertreffen.
Kupfer-Zinn-Fahrdrähte haben das richtige Gleichgewicht zwischen elektrischen und mechanischen Eigenschaften und sind im Vergleich zu reinem Kupfer verschleißfester.
