(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/FI01/00432 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/FI01/00432 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO01/86012 PCT Gazette nr 46/01 (51) Int.Cl. C22C 9/04 ( ) C22F 1/08 ( ) (54) Stop miedzi, sposób wytwarzania stopu miedzi oraz zastosowanie stopu miedzi (30) Pierwszeństwo: ,US,09/568,313 (73) Uprawniony z patentu: OUTOKUMPU OYJ,Espoo,FI (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 23/04 (72) Twórca(y) wynalazku: Anders Claes Kamf,East Amhers,US M.Parker Finney,Lockport,US (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/08 (74) Pełnomocnik: Kiciak Krzysztof, PATPOL Sp. z o.o. (57) Stopy miedzi do zastosowań elektrycznych, w szczególności w przemyśle komputerowym oraz sposób wytwarzania stopów miedzi. Stopy miedzi zawierają w (procentach masy): 13 do 15% cynku, 0,7 do 0,9% cyny, od 0,7 do 0,9% żelaza a pozostałość stanowi miedź. Niewielka zawartość cyny i żelaza oraz duża zawartość cynku przyczyniają się do uzyskania wysokiego współczynnika wytrzymałości na rozciąganie i wysokiej granicy plastyczności, dużej przewodności i niskiego kosztu wytworzenia stopów miedzi. PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest stop miedzi, sposób wytwarzania stopu miedzi oraz zastosowanie stopu miedzi. Wynalazek dotyczy stopów na bazie miedzi zawierających cynk, cynę i żelazo, i mających zastosowanie w elektrotechnice. Urządzenia elektryczne, włączając w to przyłącza, stanowią podstawę technologii informacyjnych, w szczególności w odniesieniu do komputerów. Jednym z najważniejszych zadań w każdym procesie projektowania przyłącza jest optymalizacja parametrów uzyskanej konstrukcji przy najniższym koszcie wytworzenia. Ponieważ ceny komputerów spadają, w przemyśle komputerowym między innymi istnieje potrzeba wprowadzenia materiałów alternatywnych do tych wykorzystywanych obecnie jako elementy elektryczne, a które posiadałyby żądane właściwości wysokiej przewodności elektrycznej i cieplnej, wysoką wytrzymałość na rozciąganie i wysoką granicę plastyczności, a jednocześnie pozostały efektywne z punktu widzenia kosztów. Stopy miedzi są typowo wykorzystywane jako przyłącza oraz w innych zastosowaniach elektrycznych i cieplnych z uwagi na ich zwykle wyższą odporność na korozję, wysoką przewodność elektryczną i cieplną, dobre właściwości dotyczące wytrzymałości i odporności na zużycie. Stopy miedzi są także wykorzystywane ze względu na ich dobre właściwości plastyczne, czy to w odniesieniu do obróbki na gorąco czy obróbki na zimno i obróbki skrawaniem. Miedź stapiana jest z innymi metalami głównie w celu uzyskania zwiększonej wytrzymałości na rozciąganie stopu. Jednakże inne właściwości - takie jak przewodność elektryczna i cieplna, odporność na działanie korozji, plastyczność i kolor stopu - są również silnie uzależnione od stopienia miedzi z innymi pierwiastkami. Przykładowo, gdy składniki stapiane są obecne w znaczących ilościach lub w przypadku niewielkiej ilości składników odtleniających, to składniki te mają tendencję do obniżania przewodności elektrycznej i cieplnej stopu miedzi. Dodanie berylu do miedzi powoduje znaczny wzrost utwardzenia wydzieleniowego, co sprawia, że stopy te stają się jednym z niewielu materiałów nieferrytowych (nieżelaznych), które mogą osiągnąć wytrzymałość na rozciąganie rzędu 1400 MPa. Berylowe stopy miedzi, mimo że są bardzo drogie, cechuje ograniczona plastyczność i często wymagają dodatkowej obróbki cieplnej po zakończeniu formowania, co zwiększa tylko koszty. Brązy fosforowe jako stopy miedzi cechuje duża wytrzymałość, znakomita plastyczność, są one szeroko stosowane w przemyśle elektronicznym i telekomunikacyjnym. Jednak dodanie dużych ilości cyny zwiększa koszty produkcji tych stopów. Stopy miedzi, które zawierają niewielkie ilości cyny i cynku cechuje wiele korzystnych właściwości. Jeden ze stopów cynowo-mosiężno-miedziany, dostępny komercyjnie pod nazwą C42500 (tak jak to przedstawiono w poradniku ASM Handbook), posiada skład zawierający od 87% do 90% miedzi, 1,5% do 3,0% cyny, maksymalnie do 0,05% żelaza i maksymalnie do 0,35% fosforu, pozostałość to cynk. Poradnik ASM stwierdza, że stopy miedzi zaprojektowane tak jak C42500 posiadają nominalną przewodność elektryczną rzędu 28% IACS (International Annealed Copper Standard). Jest to tradycyjny sposób porównywania przewodności innych materiałów i stopów miedzi z miedzią o wyższej przewodności, w którym "czystej" miedzi przypisano wartość przewodności 100% IACS w temperaturze 20 C. Stop C42500 posiada granicę plastyczności zawierającą się w przedziale od 310 MPa do 635 MPa, w zależności od temperatury. Stop ten jest wykorzystywany w wielu zastosowaniach elektrotechnicznych jako materiał na sprężyny przełączników elektrycznych, zaciski, przyłącza, wkładki bezpiecznikowe. Jednak jego granica plastyczności jest niższa niż wymagana do zastosowań elektrotechnicznych (to jest około 152 MPa przy 40% redukcji). Patent USA nr 5,852,505 dla Brauera i innych ("patent Brauera "505") ujawnia cynowy stop mosiężny, który jest wyżarzany dwukrotnie w temperaturze od 400 C do 600 C do osiągnięcia ziarna o wielkości 0,002 mm i zawartości w procentach wagowych, odpowiednio: cyny od 1% do 4%, żelaza od 0,8% do 4,0%, fosforu do 0,4%, pozostałość to miedź. Według patentu Brauera '505, gdy zawartość cyny jest mniejsza niż 1,5%, stop miedzi cechuje wytrzymałość i odporność na relaksację naprężeń nieodpowiednią aby mógł być wykorzystany do produkcji sprężyn. Patent Brauera wspomina także, że dodanie cynku do stopu zaowocowałoby umiarkowanym wzrostem wytrzymałości przy nieznacznym zmniejszeniu przewodności elektrycznej. Przykład 2 patentu Brauera '505 ujawnia stop miedzi zawierający w procentach wagowych 10,4% cynku, 1,8% żelaza, 0,04% fosforu, pomiędzy 1,8% a 4,0% cyny, pozostałość to miedź. Przykład wykonania cynowego stopu mosiężnego o składzie według przykładu 2 w patencie Brauera '505

3 PL B1 3 jest komercyjnie dostępny w Olin Corporation pod nazwą C663. Stop C633 jest dostępny w Olin Corporation w składzie zawierającym w procentach wagowych: od 1,4% do 2,4% żelaza, od 1,5% do 3,0% cyny; od 84,5% do 87,5% miedzi, do 0,35% fosforu, a pozostałość stanowi cynk. Olin Corporation stwierdza, że C633 posiada, w zależności od gatunku, granicę plastyczności wynoszącą 690 MPa i wytrzymałość na rozciąganie pomiędzy 655 MPa i 759 MPa dla gatunku sprężynowego, granicę plastyczności 717 MPa i wytrzymałość na rozciąganie pomiędzy 690 MPa i 786 MPa dla gatunku ekstra sprężystego, oraz granicę plastyczności 724 MPa (minimum) i wytrzymałość na rozciąganie 724 MPa (minimum) dla gatunku super sprężystego. Olin Corporation ponadto stwierdza, że stopy te posiadają w stanie wyżarzonym, przewodność elektryczną rzędu 25% ICAS. Jednakże stopy te nie są korzystnym rozwiązaniem, ponieważ wysoka zawartość miedzi powoduje, że są one drogie. Istnieje zatem potrzeba wprowadzenia efektywnych z punktu widzenia kosztów alternatyw dla istniejących stopów miedzi, które ciągle posiadałyby wysoką przewodność elektryczną, wysoką wytrzymałość na rozciąganie oraz wysoką granicę plastyczności. Odkryto stopy miedzi, które oferują wyższą wytrzymałość na rozciąganie i wyższą granicę plastyczności oraz wyższą przewodność elektryczną i cieplną niż znane stopy miedzi, ale o niższej zawartości miedzi w stopie oraz sposób wytwarzania takiego stopu. W jednym z aspektów wynalazku jego przedmiotem jest stop miedzi, który składa się z: 13% do 15% wagowych cynku, 0,7% do 0,9% wagowego cyny, 0,7% do 0,9% wagowego żelaza, a pozostałość stanowi miedź i nieuniknione zanieczyszczenia. Korzystnie powyższy stop miedzi posiada wytrzymałość na rozciąganie pomiędzy 758,7 i 862,2 MPa. Korzystnie powyższy stop miedzi posiada granicę plastyczności pomiędzy 689,7 i 828,0 MPa. W kolejnym aspekcie wynalazku jego przedmiotem jest sposób wytwarzania stopu miedzi, który wykorzystuje tylko jeden etap wyżarzania w temperaturze pomiędzy 400 C a 600 C i obejmuje: etap odlewania stopu miedzi złożonego z 13% do 15% wagowych cynku, 0,7% do 0,9% wagowego cyny, 0,7% do 0,9% wagowego żelaza, gdzie pozostałość stanowi miedź i nieuniknione zanieczyszczenia, etap walcowania na gorąco stopu miedzi w temperaturze od 800 C do 950 C w celu zmniejszenia jego grubości od 80% do 95% początkowej grubości wspomnianego stopu miedzi, etap wyżarzania wspomnianego walcowanego stopu miedzi przez okres czasu od trzech do około ośmiu godzin w temperaturze od 450 C do 575 C, etap walcowania wyżarzonego stopu miedzi dla uzyskania zmniejszenia grubości wspomnianego stopu miedzi do 70% oraz etap wyżarzania odprężającego wspomnianego walcowanego stopu miedzi przez okres czasu od trzech do ośmiu godzin w temperaturze od 200 C do 280 C. Korzystnie walcowany stop miedzi wyżarza się w temperaturze od 450 C do 575 C przez okres czasu wystarczający do jednorodnego rozmieszczenia żelaza w materiale stopu. Korzystnie wspomniany sposób wytwarzania stopu miedzi obejmuje ponadto po wspomnianym pierwszym etapie walcowania, a przed wspomnianym etapem wyżarzania, etap frezowania powierzchni walcowanej na gorąco w celu usunięcia utlenionej warstwy powierzchniowej. Korzystnie w powyższym sposobie odlewanie jest ciągłe. W alternatywnym wariancie wykonania wynalazku sposób wytwarzania stopu miedzi z pominięciem etapu walcowania na gorąco obejmuje: etap odlewania ciągłego stopu miedzi złożonego z 13% do 15% wagowych cynku, 0,7% do 0,9% wagowego cyny, 0,7% do 0,9% wagowego żelaza, gdzie pozostałość stanowi miedź i nie uniknione zanieczyszczenia, etap walcowania na zimno wspomnianego stopu miedzi w celu zmniejszenia jego grubości do 60% początkowej grubości wspomnianego stopu miedzi, etap wyżarzania wspomnianego walcowanego stopu miedzi przez okres czasu od trzech do około ośmiu godzin w temperaturze od 450 C do 575 C, etap walcowania na zimno wspomnianego wyżarzonego stopu miedzi dla uzyskania zmniejszenia jego grubości do 70%; oraz etap wyżarzania odprężającego wspomnianego walcowanego stopu miedzi przez okres czasu od trzech do ośmiu godzin w temperaturze od 200 C do 280 C. Przedmiot wynalazku został przedstawiony w korzystnym przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia sieć działań ilustrującą etapy pierwszego wariantu sposobu wytwarzania

4 4 PL B1 stopu miedzi, fig. 2 - sieć działań przedstawiającą etapy drugiego wariantu sposobu wytwarzania stopu miedzi, fig. 3 - wykres wytrzymałości na rozciąganie i granice plastyczności stopu miedzi dla stopu leżącego poza zakresem wynalazku, zawierającego w procentach wagowych 10,7% cynku, 0,8% cyny, 1,8% żelaza, pozostałość to miedź, po walcowaniu redukcyjnym na zimno stopu miedzi do 70%, a fig. 4 - wykres wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności stopu miedzi według wynalazku zawierającego w procentach wagowych 14% cynku, 0,9% cyny, 0,8% żelaza, pozostałość to miedź, po walcowaniu redukcyjnym na zimno stopu miedzi do 70%. Stopy na bazie miedzi według wynalazku zawierają zasadniczo w procentach wagowych od 13% do 15% cynku, 0,7% do 0,9% cyny, 0,7% do 0,9% żelaza, pozostałość to miedź wraz z nieuniknionymi zanieczyszczeniami w nieznaczących ilościach. Inne składniki takie jak srebro, nikiel, fosfor, aluminium, krzem, chrom, ind, antymon, tytan, tellur, siarka, lit, magnez, mangan, cyrkon lub beryl, mogą wchodzić w skład stopów miedzi według tego wynalazku. Składniki te mogą występować w stopie w ilościach mniejszych niż 0,1% każdy, ale nie mniejszych niż 0,001% każdy. Zastosowanie jednego lub większej liczby tych składników poprawia właściwości mechaniczne stopów miedzi, takie jak własność relaksacji naprężeń; jednakże, gdy materiały te znajdują się w stopach miedzi, mogą wpływać na przewodność, wytrzymałość i właściwości plastyczne stopów miedzi. Każdy ze składników stopu w stopach miedzi według tego wynalazku (to jest cyna, żelazo, cynk), dodawany do stopu miedzi nadaje stopowi miedzi charakterystyczne właściwości. Dodanie cyny w ilości od 0,7% do 0,9% zwiększa wytrzymałość i twardość stopów miedzi według wynalazku, ponadto zwiększa ich odporność na relaksację naprężeń. Cyna wzmacnia także odporność na korozję stopów na bazie miedzi w ośrodku nie utleniającym. Jednakże zbytnie zwiększenie ilości cyny (do około 10-20%) negatywnie wpływa na przewodność elektryczną i sprawia, że stopy są trudniejsze w obróbce, w szczególności w obróbce na gorąco. Zastosowany zakres zawartości cyny w stopach miedzi według prezentowanego wynalazku, 0,7% do 0,9% różni się od zakresu zastosowania cyny w stopach ujawnionych w patencie Brauera '505. Tak jak wspomniano wyżej, patent Brauera '505 stwierdza, że gdy zawartość cyny jest mniejsza niż 1,5%. to stop cechuje nieodpowiednia odporność na relaksację naprężeń w zastosowaniach sprężystych. Jednak, jak to zostanie przedstawione bardziej szczegółowo poniżej, odkryto, że stopy miedzi według wynalazku posiadają dużą wytrzymałość na rozciąganie i wysoką granicę plastyczności, wraz z wysoką przewodnością elektryczną. Te charakterystyki zostały osiągnięte przez właściwe zrównoważenie proporcji cyny, żelaza i cynku. Dodanie żelaza w ilości od 0,7% do 0,9% powoduje rafinację mikrostruktury odlewanego stopu miedzi i zwiększa jego wytrzymałość. Żelazo ponadto sprzyja powstawaniu struktury drobnoziarnistej jako czynnik hamujący wzrost ziaren. Jednak, tak jak to ujawniono w patencie Brauera '505, zawartość żelaza przekraczająca 2,2% masy obniża przewodność elektryczną stopów miedzi z uwagi na tworzenie się dużych pasmowych wtrąceń żużlowych. Zawartość żelaza w stopach miedzi według wynalazku, 0,7% do 0,9%, także różni się od zawartości żelaza w stopach ujawnionych w patencie Brauera '505. Odkryto, że przy niższej zawartości cyny i niższej zawartości żelaza stopy miedzi według prezentowanego wynalazku nieoczekiwanie cechuje zwiększona przewodność elektryczna i wytrzymałość, co pokazano poniżej. Ponadto, przy niższej zawartości żelaza cząstki żelaza łatwiej przenikają do stopu miedzi podczas etapu (etapów) wyżarzania przy wytwarzaniu stopów miedzi. Oczekuje się, że dodanie cynku do stopu miedzi spowoduje umiarkowany wzrost wytrzymałości, przy nieznacznym obniżeniu się przewodności elektrycznej. Cynk typowo w znacznym stopniu zwiększa wytrzymałość na rozciąganie stopu miedzi aż do stężenia około 20%, podczas gdy dla zakresu zawartości cynku od 20 do 40% wytrzymałość na rozciąganie zwiększa się tylko nieznacznie. Efektywny zakres zawartości cynku w stopach miedzi według niniejszego wynalazku, od 13% do 15%, jest przykładowo większy niż zakres od 8% do 12% ujawniony w patencie Brauera '505. Jednak istota niniejszego wynalazku polega na tym, że dodanie większej ilości cynku i mniejszej ilości cyny i żelaza nieoczekiwanie daje wytrzymałość większą i przewodność elektryczną wyższą niż wartości tych parametrów dla stopów miedzi znanych ze stanu techniki, co zostanie opisane poniżej. Ponieważ najważniejszym założeniem w każdym projekcie przyłącza jest optymalizacja parametrów pracy przy najniższym koszcie wytworzenia, wartość metalu, bazując na znamionowym składzie chemicznym dla stopów miedzi według prezentowanego wynalazku, została obniżona z uwagi na niższą zawartość miedzi, mniejszą zawartość cyny i wprowadzenie mniej kosztownej ilości cynku.

5 PL B1 5 Właściwości mechaniczne odlewanych stopów miedzi są funkcją składników stopów i ich stężeń oraz sposobu w jaki stopy te zostały wykonane. W jednym z przykładów wykonania stopy miedzi według wynalazku zostały wykonane według sieci działań przedstawionej na fig. 1. Początkowo, sposób 100 według wynalazku obejmuje etap odlewania 110 stopu o składzie w procentach wagowych 13% do 15% cynku, 0,7% do 0,9% cyny, 0,7% do 0,9% żelaza, pozostałość to miedź. W jednym z przykładów wykonania stop miedzi formowany jest w taśmę pilotową, przykładowo w procesie odlewania ciągłego. Odlewanie ciągłe obejmuje ciągłe odlewanie stopionego metalu na górną powierzchnię chłodzonej wodą, smarowanej formy. Zestalona część odlewu jest w sposób ciągły odbierana na spodzie formy. Sposób jest sposobem ciągłym, trwającym tak długo, jak długo dostępny jest surowiec lub nie nastąpi zużycie formy. W alternatywnym przykładzie wykonania, możliwe jest zastosowanie dowolnej konwencjonalnej techniki odlewania znanej ze stanu techniki, takiej jak, przykładowo, odlewania wtryskowego (ang. spray), chłodzenia bezpośredniego (ang. direct chill) lub tym podobnej techniki. Stopy miedzi są następnie walcowane na gorąco w etapie 120 w temperaturze od 800 C do 950 C. Typowo, redukcja realizowana przez walcowanie na gorąco jest dokonywana w zakresie grubości od około 80% do około 95%, korzystnie do około 90%. Wynikiem walcowania jest zasadniczo wydłużony wlewek płaski. Do niektórych zalet walcowania na gorąco stopu miedzi należą: rafinacja ziaren, redukcja segmentacji, naprawa defektów, takich jak porowatość, i dyspersja inkluzji. Walcowanie na gorąco może być procesem jednoprzebiegowym lub wieloprzebiegowym. Jedną z wad walcowania na gorąco jest formowanie się powierzchniowej warstwy tlenków, znajdującej się na powierzchni walcowanego na gorąco stopu. Tak więc, po walcowaniu na gorąco powierzchnia walcowanego produktu jest frezowana 130 w celu usunięcia powierzchniowej warstwy tlenków, która powstaje po walcowaniu na gorąco. Po frezowaniu powierzchni stop jest walcowany na zimno 140 do grubości, przykładowo, 0,5 mm (0,023 cala) do osiągnięcia powierzchni gotowej do wykończenia. Walcowanie na zimno zwiększa wytrzymałość na niskie temperatury z uwagi na utwardzenie deformacyjne oraz zapewnia lepszą kontrolę nad wymiarami i dokładnym wykończeniem powierzchni. Rafinacja ziaren może zostać osiągnięta przez wyżarzanie 150, które oznacza nagrzewanie, występujące po etapie walcowania na zimno, do temperatury, w której przebiega rekrystalizacja składników stopu. Stopy są wyżarzane w temperaturze od 450 do 575 C w okresie od 3 do 8 godzin. W wyżarzaniu materiał walcowany na zimno jest nagrzewany tak, aby osiągnąć stan zmiękczenia i poprawić jego ciągliwość. Należy zauważyć, że dla stopów miedzi według prezentowanego wynalazku wymagany jest tylko jeden etap wyżarzania. Odkryto, że z uwagi na fakt wykorzystania mniejszej ilości żelaza nie ma potrzeby stosowania drugiego etapu wyżarzania. Odkryto, że rozkład żelaza według prezentowanego wynalazku jest równomierny już po pierwszym etapie wyżarzania. Po wyżarzaniu powierzchnia stopu może być oczyszczona z wykorzystaniem trawienia i szczotkowania 160. Stop jest następnie redukowany po raz drugi 170, zwykle do 70%, a korzystnie między 10% a 70%. Wielkość redukcji zależy od wytwarzanego gatunku stopu. Stop jest następnie odprężany w etapie 180 w temperaturze od 200 do 280 C w czasie od trzech do ośmiu godzin. Wyżarzanie odprężające przez podgrzanie stopu miedzi do wyższej temperatury, redukuje wewnętrzne naprężenia i poprawia plastyczność. Taśma stopu miedzi jest następnie prostowana z wykorzystaniem sposobu znanego ze stanu techniki, takiego jak prostowanie rozciągające (ang. Stretch Bend Leveling) lub innego sposobu znanego ze stanu techniki, i formowana w żądany produkt, taki jak, przykładowo, przyłącze elektryczne. Stopy miedzi cechuje szereg znakomitych właściwości, które sprawiają, że znajdują one zastosowanie do produkcji przyłączy elektrycznych i w innych zastosowaniach elektrotechnicznych. Między innymi stopy te cechuje podwyższona granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie bez obniżania przewodności elektrycznej. W alternatywnym przykładzie wykonania, stopy miedzi według wynalazku są wytwarzane według sieci działań przedstawionej na fig. 2. W tym przykładzie wykonania, stop miedzi posiadający skład materiałowy według prezentowanego wynalazku jest wytwarzany przez pierwsze ciągłe odlewanie stopu, na przykład odlewanie pionowe 210. Odlewanie pionowe jest sposobem polegającym na ciągłym wyciąganiu do góry podawanego materiału roztopionego przez zasysanie przez pionową grafitową dyszę, której górna część jest chłodzona do zestalenia w dyszy materiału roztopionego wystarczająco, aby umożliwić wyciąganie zestalonego produktu do góry przez ochładzacz o przekroju do pewnego stopnia większym niż produkt. Kolejne informacje dotyczące odlewania pionowego lub in-

6 6 PL B1 nych sposobów i urządzeń do odlewania pionowego można znaleźć w patencie USA nr 3,746,077 Lohikoshi, z dnia 17 lipca 1973, patencie USA nr 3,872,913 Lohikoshi, z 25 marca 1975, patencie USA nr 5,381,853 Koivisto i inne, z 17 stycznia 1995, oraz patencie USA nr 5,404,932 Koivisto i inni, z 11 kwietnia 1995, przy czym ujawnienia tych patentów zostają włączone tu przez odniesienie. Po etapie odlewania ciągłego, na przykład pionowego odlewania ciągłego, stop miedzi może zostać poddany frezowaniu 215, a następnie walcowaniu na zimno 220 w celu zredukowania jego grubości o około 60%, wyżarzaniu 230 w temperaturze od 450 do 575 C w czasie od trzech do ośmiu godzin, następnie możliwe jest zrealizowanie etapów trawienia i szczotkowania 235, ponownego walcowania na zimno 240 w celu dalszej redukcji grubości, do poziomu 70%, oraz ostatecznie wyżarzania odprężającego 250 w temperaturze od 200 do 280 C przez czas od trzech do ośmiu godzin. Przez zastosowanie sposobu odlewania 200 stop miedzi nie musiał być poddawany walcowaniu na gorąco, a więc zmniejszają się koszty wytwarzania stopu, ponieważ nie wymagane jest stosowanie grzałek wysokotemperaturowych, a walcowanie na zimno pozwala uzyskać powierzchnię wykończoną lepiej niż ma to miejsce w przypadku walcowania na gorąco. Stopy wytwarzane według opisanych powyżej sposobów wytwarzania posiadają właściwości pożądane w przypadku stosowania ich do wytwarzania przyłączy elektrycznych lub w innych zastosowaniach elektrotechnicznych. Zatem, kolejny aspekt wynalazku dotyczy zastosowania stopu według wynalazku na przyłącze elektryczne. Uważa się, że stopy miedzi według wynalazku są zdolne do osiągnięcia, przy 70% redukcji, wytrzymałości na rozciąganie wyższej niż 759 MPa, korzystnie wyższej niż 773 MPa, a bardziej korzystnie wyższej niż 793 MPa, oraz wytrzymałości na rozciąganie niższej niż 897 MPa, korzystnie niższej niż 862 MPa, a bardziej korzystnie niższej niż 862 MPa. Ponadto uważa się, że stopy miedzi według wynalazku są zdolne do osiągnięcia, przy redukcji około 70%, granicy plastyczności 0,2% wyższej niż 690 MPa, korzystnie wyższej niż 724 MPa, a bardziej korzystnie wyższej niż 759 MPa, oraz granicy plastyczności niższej niż 828 MPa, korzystnie niższej niż 814 MPa, a bardziej korzystnie niższej niż 793 MPa. Uważa się, że stopy miedzi wykonane zgodnie ze sposobami według niniejszego wynalazku i mające opisany wyżej skład są zdolne do uzyskania przewodności elektrycznej wyższej niż 25% IACS, a bardziej korzystnie wyższej niż 27% IACS w postaci wyżarzonej, i przewodności elektrycznej niższej niż 35% IACS, bardziej korzystnie niższej niż 33% IACS w postaci wyżarzonej. Ponadto uważa się, że stopy miedzi wykonane zgodnie ze sposobami według niniejszego wynalazku i mające opisany wyżej skład są zdolne do uzyskania przewodności elektrycznej wyższej niż 25% IACS, a bardziej korzystnie wyższej niż 27% IACS w postaci walcowanej do odpowiedniego gatunku, i przewodności elektrycznej niższej niż 33% IACS, bardziej korzystnie niższej niż 31% IACS w postaci walcowanej do odpowiedniego gatunku. Uważa się, że stopy miedzi według wynalazku osiągają nieoczekiwaną i polepszoną przewodność elektryczną dzięki obniżeniu zawartości cyny i żelaza w porównaniu do stopów miedzi znanych ze stanu techniki. P r z y k ł a d 1 Tabela 1 przedstawia średnie właściwości mechaniczne dwóch próbek stopu miedzi zawierającego w procentach wagowych 10,7% cynku, 0,8% cyny, 1,8% żelaza, pozostałość to miedź, który został wykonany przez odlewanie wylewki o grubości 12 mm, walcowanie do grubości 1 mm (redukcja 92%), wyżarzanie w temperaturze 525 C przez cztery godziny do osiągnięcia wielkości ziarna 2-3 mikrometry. Ten stop miedzi odpowiada stopowi miedzi ujawnionemu w przykładzie 2 patentu Brauera '505, ale posiada mniejszą zawartość cyny. T a b e l a 1 % Redukcji Granica plastyczności Wytrzymałość na rozciąganie Wydłużenie

7 PL B1 7 Figura 3 przedstawia graficznie dane przedstawione powyżej w tabeli 1. Jak to pokazano na fig. 3, gdy zawartość cyny w stopie miedzi opisanym w przykładzie 2 patentu Brauera '505 zostaje obniżona, tak jak to uczyniono w przykładzie 1, stop miedzi według przykładu 1 cechuje niekorzystne obniżenie granicy plastyczności do około 676 MPa oraz wytrzymałości na rozciąganie do około 710 MPa. Przesunięcie granicy plastyczności 0,2% i wytrzymałości na rozciąganie zostało zmierzone na urządzeniu badającym wytrzymałość na rozciąganie (wykonanym przez Tinius Olsen, Willow Grove, Pa) według badania ASTM E8. P r z y k ł a d 2 Stop miedzi zawierający w procentach wagowych 14% cynku, 0,9% cyny, 0,8% żelaza, pozostałość to miedź, został wytworzony zgodnie ze sposobem z fig. 1. Poniżej tabela 2 przedstawia średnie właściwości mechaniczne dwóch próbek stopu miedzi z tego przykładu wykonania, który został wykonany przez odlewanie wylewki 180 mm, walcowanie na gorąco przy redukcji 91%, frezowanie, walcowanie do 0,6 mm (redukcja 95%), wyżarzanie w temperaturze 510 C w czasie ośmiu godzin do osiągnięcia wielkości ziarna 2-3 mikrometry. T a b e l a 2 % Redukcji Granica plastyczności Wytrzymałość na rozciąganie Wydłużenie , ,8 27, ,7 46, ,5 68, ,5 Figura 4 graficznie przedstawia dane zawarte w tabeli 2. Przy wykorzystaniu sposobu opisanego powyżej, stop miedzi jest zdolny do osiągnięcia pożądanych właściwości w odniesieniu do wytrzymałości na rozciąganie rzędu 793 MPa i granicy plastyczności rzędu 731 MPa. Przesunięcie granicy plastyczności 0,2% i wytrzymałości na rozciąganie zostało zmierzone na urządzeniu badającym wytrzymałość na rozciąganie (wykonanym przez Tinius Olsen, Willow Grove, Pa) według badania ASTM E8. Porównanie - fig. 3 i 4 wykazuje, że zarówno granica plastyczności jak i wytrzymałość na rozciąganie stopu miedzi według prezentowanego wynalazku są wyższe od wartości tych parametrów zmierzonych dla stopu miedzi z przykładu 1. Dla specjalistów oczywiste jest, że można dokonać szeregu zmian i modyfikacji niniejszego wynalazku, nie odbiegając od ducha lub zakresu wynalazku. Dlatego zamiarem zgłaszającego jest, żeby niniejszy wynalazek obejmował wszystkie takie modyfikacje i zmiany, które mieszczą się w duchu i zakresie załączonych zastrzeżeń patentowych. Zastrzeżenia patentowe 1. Stop miedzi, znamienny tym, że stop miedzi składa się z: 13% do 15% wagowych cynku 0,7% do 0,9% wagowego cyny 0,7% do 0,9% wagowego żelaza a pozostałość stanowi miedź i nieuniknione zanieczyszczenia. 2. Stop miedzi według zastrz. 1, znamienny tym, że stop miedzi posiada wytrzymałość na rozciąganie pomiędzy 758,7 i 862,2 MPa. 3. Stop miedzi według zastrz. 2, znamienny tym, że stop miedzi posiada granicę plastyczności pomiędzy 689,7 i 828,0 MPa. 4. Sposób wytwarzania stopu miedzi, który wykorzystuje tylko jeden etap wyżarzania w temperaturze pomiędzy 400 C a 600 C, znamienny tym, że sposób obejmuje: etap odlewania (110, 210) stopu miedzi złożonego z 13% do 15% wagowych cynku, 0,7% do 0,9% wagowego cyny, 0,7% do 0,9% wagowego żelaza, gdzie pozostałość stanowi miedź i nieuniknione zanieczyszczenia,

8 8 PL B1 etap walcowania na gorąco (120) stopu miedzi w temperaturze od 800 C do 950 C w celu zmniejszenia jego grubości od 80% do 95% początkowej grubości wspomnianego stopu miedzi, etap wyżarzania (150, 230) wspomnianego walcowanego stopu miedzi przez okres czasu od trzech do około ośmiu godzin w temperaturze od 450 C do 575 C, etap walcowania (170) wyżarzonego stopu miedzi dla uzyskania zmniejszenia grubości wspomnianego stopu miedzi do 70%, oraz etap wyżarzania odprężającego (180) wspomnianego walcowanego stopu miedzi przez okres czasu od trzech do ośmiu godzin w temperaturze od 200 C do 280 C. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że walcowany stop miedzi wyżarza się (150, 230) w temperaturze od 450 C do 575 C przez okres czasu wystarczający do jednorodnego rozmieszczenia żelaza w materiale stopu. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że obejmuje ponadto po wspomnianym pierwszym etapie walcowania, a przed wspomnianym etapem wyżarzania, etap frezowania (130) powierzchni walcowanej na gorąco w celu usunięcia utlenionej warstwy powierzchniowej. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że odlewanie jest ciągłe. 8. Sposób wytwarzania stopu miedzi z pominięciem etapu walcowania na gorąco, znamienny tym, że sposób obejmuje: etap odlewania ciągłego (110, 210) stopu miedzi złożonego z 13% do 15% wagowych cynku, 0,7% do 0,9% wagowego cyny, 0,7% do 0,9% wagowego żelaza, gdzie pozostałość stanowi miedź i nieuniknione zanieczyszczenia, etap walcowania na zimno (140, 220) wspomnianego stopu miedzi w celu zmniejszenia jego grubości do 60% początkowej grubości wspomnianego stopu miedzi, etap wyżarzania (150, 230) wspomnianego walcowanego stopu miedzi przez okres czasu od trzech do około ośmiu godzin w temperaturze od 450 C do 575 C, etap walcowania na zimno (240) wspomnianego wyżarzonego stopu miedzi dla uzyskania zmniejszenia jego grubości do 70%, oraz etap wyżarzania odprężającego (250) wspomnianego walcowanego stopu miedzi przez okres czasu od trzech do ośmiu godzin w temperaturze od 200 C do 280 C. 9. Zastosowanie stopu określonego w zastrz. 1 na przyłącze elektryczne.

9 PL B1 9 Rysunki

10 10 PL B1

11 PL B1 11

12 12 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.