Difference between revisions of "Kenngrößen zur Bewertung der Eigenschaften von Kupfer-Legierungen"

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(→‎Biegbarkeit)
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erfolgt nach EN 12384. Die Federbiegegrenze wird neben dem Umformgrad
 
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auch stark von der Prüfrichtung innerhalb der Bandebene bestimmt
 
auch stark von der Prüfrichtung innerhalb der Bandebene bestimmt
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(<xr id="fig:Direction_dependence_of_the_spring_bending_limit"/><!--(Fig. 5.38)-->). Dabei ergeben sich quer zur Walzrichtung höhere Werte als parallel
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<xr id="fig:Direction_dependence_of_the_spring_bending_limit"/> <!--(Fig. 5.38)-->. Dabei ergeben sich quer zur Walzrichtung höhere Werte als parallel
 
dazu. Dies muss bei der Konstruktion einer Feder berücksichtigt werden.
 
dazu. Dies muss bei der Konstruktion einer Feder berücksichtigt werden.
  
 
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[[File:Direction dependence of the spring bending limit.jpg|left|thumb|Figure 1: Richtungsabhängigkeit der Federbiegegrenze einiger Kupferwerkstoffe (Wieland)]]
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CuZn30 [[#figures9|(Figs. 2 – 3)]]<!--(Figs. 5.39 and 5.40)-->.
 
CuZn30 [[#figures9|(Figs. 2 – 3)]]<!--(Figs. 5.39 and 5.40)-->.
  
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<xr id="fig:Woehler curves for selected copper based materials"/><!--Fig. 5.39:--> Wöhlerkurven einiger Kupferwerkstoffe. Bandproben: 0,3 mm dick, kaltumgeformt Prüffrequenz: 1500/min (Wieland)
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<xr id="fig:Ranges of fatigue strength for selected copper materials Wieland"/><!--Fig. 5.40:--> Bereiche der Biegewechselfestigkeit einiger Kupferwerkstoffe (Wieland)
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[[File:Woehler curves for selected copper based materials.jpg|left|thumb|Figure 2: Wöhlerkurven einiger Kupferwerkstoffe. Bandproben: 0,3 mm dick, kaltumgeformt Prüffrequenz: 1500/min (Wieland)]]
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====<!--5.1.7.3-->Biegbarkeit====
 
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Zur Bewertung des Biegeverhaltens eines Bandes wird der kleinste ohne Anriss
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The measure for bendability of a strip material is the smallest possible bending radius r of a sample piece of given material thickness s without appearance of surface cracking. Bending tests are performed as either 90 degree bends according to ISO 7438 or as defined forth-and-back bending. The bendabilty of naturally hard copper alloys is significantly better perpendicular to the rolling direction than parallel to it [[#figures10|(Figs. 4 – 7)]]<!--(Figs. 5.41 and 5.42)-->.
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der Probe anwendbare und auf die Banddicke s bezogene Biegeradius r
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angegeben. Hierzu werden Biegeversuche z.B. als Biegeprüfung von 90°
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gemäß ISO 7438 oder als Hin- und Her-Biegeversuch durchgeführt. Die
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<xr id="fig:Smallest possible bend radii for 90 bends as function"/><!--Fig. 5.41:--> Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength R – bend line p0.2 perpendicular to the rolling direction
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Biegbarkeit ist bei den naturharten Kupferlegierungen senkrecht zur Walzrichtung
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(Wieland)
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deutlich besser als parallel zur Walzrichtung [[#figures10|(Figs. 4 – 7)]]<!--(Figs. 5.41 and 5.42)-->.
 
  
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<xr id="fig:Smallest possible bend radii as a functionbend line parallel to the rolling direction"/><!--Fig. 5.42:--> Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength Rp0.2 – bend line parallel to the rolling direction (Wieland)
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[[File:Smallest possible bend radii for 90 bends as function.jpg|left|thumb|Figure 4: Kleinstmögliche Biegeradien bei 90°-Abkantung als Funktion der 0,2% Dehngrenze (Streckgrenze)RP0.2 Biegekante senkrecht zur Walzrichtung (Wieland)]]
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[[File:Smallest possible bend radii for 90 bends as function.jpg|right|thumb|Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength R<sub>p0.2</sub> – bend line perpendicular to the rolling direction (Wieland)]]
 
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[[File:Smallest possible bend radii as a functionbend line parallel to the rolling direction.jpg|left|thumb|Figure 5: Kleinstmögliche Biegeradien bei 90°-Abkantung als Funktion der 0,2% Dehngrenze (Streckgrenze)RP0.2 Biegekante parallel zur Walzrichtung (Wieland)]]
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[[File:Smallest possible bend radii as a functionbend line parallel to the rolling direction.jpg|right|thumb|Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength R<sub>p0.2</sub> – bend line parallel to the rolling direction (Wieland)]]
 
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====<!--5.1.7.4-->Erweichungs (Entfestigungs)-Verhalten====
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====<!--5.1.7.4-->Softening Behavior====
  
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Bei erhöhter Temperatur kann durch thermische Aktivierung ein durch Kaltumformung
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Through thermal activation at elevated temperatures the original mechanical material strength achieved by cold working or precipitation hardening can be reversed completely. The start of softening is mostly defined as the temperature at which a 10% reduction of mechanical strength is reached. It is dependent on the degree of initial cold working and the annealing temperature and time. For higher initial degrees of cold working degrees the softening temperature becomes lowered.
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oder Ausscheidungshärtung eingestellter Verfestigungsgrad vollständig
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As expected, the softening temperature for pure copper is rather low. CuNi9Sn2 and CuSn1CrNiTi exhibit high softening temperatures <xr id="fig:Softening behavior for selected copper based materials"/><!--(Fig. 5.43)-->.
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abgebaut werden. Als Beginn der Erweichung wird häufig die Temperatur
 
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definiert, bei der ein Werkstoff 10% seiner Anfangsfestigkeit einbüßt. Sie
 
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hängt vom Grad der Kaltumformung, der Glühtemperatur und -dauer ab. Je
 
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höher die Kaltumformung war, um so niedriger liegt die Erweichungstemperatur.
 
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Die Erweichungstemperatur von Reinkupfer liegt erwartungsgemäß bei niedrigen
 
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Temperaturen. Hohe Werte für die Erweichungstemperatur weisen
 
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CuNi9Sn2 und CuSn1CrNiTi auf (<xr id="fig:Softening behavior for selected copper based materials"/><!--(Fig. 5.43)-->).
 
  
 
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[[File:Softening behavior for selected copper based materials.jpg|left|thumb|Figure 6: Erweichungsverhalten einiger Kupferwerkstoffe nach 40% Kaltumformung (Wieland)]]
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[[File:Softening behavior for selected copper based materials.jpg|right|thumb|Softening behavior for selected copper-based materials after 40% cold working (Wieland)]]
 
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====<!--5.1.7.5-->Relaxationsverhalten====
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====<!--5.1.7.5-->Relaxation Behavior====
  
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Unter dem Begriff Spannungsrelaxation ist der Spannungsabfall eines elastisch
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Tension relaxation is defined as the loss of tension of an elastically stressed material as a function of time and temperature. The causes for the relaxation are thermally activated processes which are comparable to creep behavior. As a measure for the relaxation the percentage decrease in the bending tension compared to the initial one is used. Temperature increase is a stronger influencing factor on the relaxation of the spring force than growing operational times. Through suitable annealing processes the relaxation degree can be significantly reduces.
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beanspruchten Werkstoffes in Abhängigkeit von der Zeit und der Temperatur zu
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For the measurement of tension relaxation different test procedures are used, based on the ASTM E-32-86.
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verstehen. Ursache für die Spannungsrelaxation sind thermisch aktivierte
 
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Prozesse, die mit Kriechvorgängen vergleichbar sind. Als Maß für die
 
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Spannungsrelaxation dient der auf den Ausgangszustand bezogene prozentuale
 
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Abfall der Biegespannung. Eine Temperaturerhöhung wirkt sich stärker auf
 
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das Nachlassen der Federkraft aus als eine Verlängerung der Belastungsdauer.
 
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Durch eine gezielte Anlassbehandlung der Federn kann die Relaxationsneigung
 
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deutlich verringert werden.
 
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Zur Messung der Spannungsrelaxation werden verschiedene Verfahren
 
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angewandt, die auf der Prüfnorm ASTM E-32-86 basieren.
 
  
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<xr id="fig:Relaxation behavior of selected copper based materials"/><!--Fig. 5.44--> verdeutlicht das je nach Werkstoffzusammensetzung unterschiedliche
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<xr id="fig:Relaxation behavior of selected copper based materials"/><!--Fig. 5.44--> illustrates the different relaxation behavior of some copper alloys. Good behavior is shown for CuNi3Si1Mg and CuCrSiTi while CuZn30 and CuSn6 exhibit a less favorable relaxation tendency.
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Relaxationsverhalten von Kupfer-Legierungen. Günstig verhalten sich
 
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CuNi3Si1Mg und CuCrSiTi, während CuZn30 und CuSn6 eine starke
 
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Relaxationsneigung aufweisen.
 
  
 
<figure id="fig:Relaxation behavior of selected copper based materials">
 
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[[File:Relaxation behavior of selected copper based materials.jpg|left|thumb|Figure 7: Relaxationsverhalten einiger Kupferwerkstoffe. Anfangsspannung: 100% der Federbiegegrenze Belastungsdauer: 100h (Wieland)]]
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[[File:Relaxation behavior of selected copper based materials.jpg|right|thumb|Relaxation behavior of selected copper-based materials. Starting tension: 100% of spring bending limit; Stress duration: 100 hrs (Wieland)]]
 
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==Referenzen==
 
==Referenzen==

Revision as of 01:32, 20 September 2014

Für federnd beanspruchte Bauelemente stellen neben Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit vor allem die typischen Federeigenschaften, wie Federbiegegrenze und Biegewechselfestigkeit sowie die Biegbarkeit wichtige Kenngrößen dar. Bei höherer thermischer Beanspruchung wird das Verhalten der Federwerkstoffe durch Entfestigung und Relaxation bestimmt. Im folgenden sollen diese Kenngrößen kurz beschrieben werden.

Federbiegegrenze

Die Federbiegegrenze stellt die Randbiegespannung dar, die nach Belastung eines genormten Probekörpers und anschließender Entlastung zu einer bleibenden Durchbiegung von 0,05 mm führt. Die Messung der Federbiegegrenze erfolgt nach EN 12384. Die Federbiegegrenze wird neben dem Umformgrad auch stark von der Prüfrichtung innerhalb der Bandebene bestimmt Figure 1 . Dabei ergeben sich quer zur Walzrichtung höhere Werte als parallel dazu. Dies muss bei der Konstruktion einer Feder berücksichtigt werden.

Richtungsabhängigkeit der Federbiegegrenze einiger Kupferwerkstoffe (Wieland)

Biegewechselfestigkeit

Unter Biegewechselfestigkeit versteht man die größte symmetrisch zur Null- Lage aufgebrachte Biegespannung, die eine Probe z.B. Relaisfeder „unendlich oft“ ohne Bruch aushält. (Faustregel: Biegewechselfestigkeit = 1/3 Zugfestigkeit). Die Messung der Biegewechselfestigkeit erfolgt über die Aufnahme von sog. Wöhlerkurven. Mit steigender Biegespannung nimmt die erreichbare Anzahl von Lastwechseln ab.Oberhalb von 107 Lastwechseln ist der Einfluss der Lastspielzahl vernachlässigbar, so dass der für 2 x 107 Lastwechsel ermittelte Wert als Biegewechselfestigkeit angegeben werden kann. Hohe Werte für die Biegewechselfestigkeit weisen die Mehrstofflegierungen CuZn23Al3,5Co und CuSn1CrNiTi auf, niedrige Werte dagegen CuFe2P und CuZn30 (Figs. 2 – 3).

Figure 2 Wöhlerkurven einiger Kupferwerkstoffe. Bandproben: 0,3 mm dick, kaltumgeformt Prüffrequenz: 1500/min (Wieland)

Figure 3 Bereiche der Biegewechselfestigkeit einiger Kupferwerkstoffe (Wieland)

Wöhlerkurven einiger Kupferwerkstoffe. Bandproben: 0,3 mm dick, kaltumgeformt Prüffrequenz: 1500/min (Wieland)
Bereiche der Biegewechselfestigkeit einiger Kupferwerkstoffe (Wieland))

Biegbarkeit

The measure for bendability of a strip material is the smallest possible bending radius r of a sample piece of given material thickness s without appearance of surface cracking. Bending tests are performed as either 90 degree bends according to ISO 7438 or as defined forth-and-back bending. The bendabilty of naturally hard copper alloys is significantly better perpendicular to the rolling direction than parallel to it (Figs. 4 – 7).

Figure 4 Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength R – bend line p0.2 perpendicular to the rolling direction (Wieland)

Figure 5 Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength Rp0.2 – bend line parallel to the rolling direction (Wieland)

Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength Rp0.2 – bend line perpendicular to the rolling direction (Wieland)
Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength Rp0.2 – bend line parallel to the rolling direction (Wieland)

Softening Behavior

Through thermal activation at elevated temperatures the original mechanical material strength achieved by cold working or precipitation hardening can be reversed completely. The start of softening is mostly defined as the temperature at which a 10% reduction of mechanical strength is reached. It is dependent on the degree of initial cold working and the annealing temperature and time. For higher initial degrees of cold working degrees the softening temperature becomes lowered. As expected, the softening temperature for pure copper is rather low. CuNi9Sn2 and CuSn1CrNiTi exhibit high softening temperatures Figure 6.

Softening behavior for selected copper-based materials after 40% cold working (Wieland)

Relaxation Behavior

Tension relaxation is defined as the loss of tension of an elastically stressed material as a function of time and temperature. The causes for the relaxation are thermally activated processes which are comparable to creep behavior. As a measure for the relaxation the percentage decrease in the bending tension compared to the initial one is used. Temperature increase is a stronger influencing factor on the relaxation of the spring force than growing operational times. Through suitable annealing processes the relaxation degree can be significantly reduces. For the measurement of tension relaxation different test procedures are used, based on the ASTM E-32-86.

Figure 7 illustrates the different relaxation behavior of some copper alloys. Good behavior is shown for CuNi3Si1Mg and CuCrSiTi while CuZn30 and CuSn6 exhibit a less favorable relaxation tendency.

Relaxation behavior of selected copper-based materials. Starting tension: 100% of spring bending limit; Stress duration: 100 hrs (Wieland)

Referenzen

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