LU101955B1 - Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messinglegierung gebildeten Kontaktelements sowie ein Kontaktelement - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messinglegierung gebildeten Kontaktelements sowie ein KontaktelementInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messinglegierung gebildeten Kontaktelements sowie ein wenigstens abschnittsweise aus einer Messinglegierung gebildetes Kontaktelement. Um ein Verfahren bereitzustellen, das sowohl ein produktives und wirtschaftliches Herstellen eines Kontaktelements wenigstens abschnittsweise aus bleifreien Messinglegierungen mittels Formgebung, insbesondere durch spanabhebende Verfahren, als auch die prozesssichere Kontaktierung mittels Crimpen, beispielsweise von Steckkontakten, ermöglicht, ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messinglegierung gebildeten Kontaktelements zunächst ein Bereitstellen eines Rohlings für das Kontaktelement stattfindet, wobei nachfolgend der Gefügezustand dieses Rohlings mittels einer ersten Wärmebehandlung zum Erhöhen des U-Phasenanteils geändert wird, wonach ein Bilden des Kontaktelements aus dem Rohling mit einem erhöhten ß-Phasenanteil erfolgt. Schließlich wird eine Änderung des Gefügezustandes des gebildeten Kontaktelements mittels einer zweiten Wärmebehandlung zum Erhöhen des a-Phasenanteils vorgenommen.
Description
Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messin- glegierung gebildeten Kontaktelements sowie ein Kontaktelement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messinglegierung gebildeten Kontaktelements sowie ein Kontaktelement aus einer Messinglegierung.
Elektrische Kontaktelemente und insbesondere elektrische Steckkontakte aus Messin- glegierungen werden üblicherweise durch Zerspanen hergestellt. Zur Optimierung des
Zerspanungsprozesses werden dafür Messinglegierungen mit einem Bleianteil verwen- det. Dieser Bleianteil führt zu einem guten Spanbruch sowie zu geringen Zerspankräf- ten, was den Herstellungsprozess deutlich erleichtert sowie die Standzeit des Werk- zeugs erhöht. Mittels des Bleizusatzes ist es weiterhin möglich, reine a-Messing- .
Legierungen wirtschaftlich zu zerspanen. Ein Beispiel dafür ist die Messinglegierung
CuZn35Pb2.
Der Vorteil solcher bleihaltiger Messinglegierungen ist die Kombination zweier gegen- sätzlicher Eigenschaften: Zum einen wird durch den Bleianteil die Zerspanung ermôg- . licht, zum anderen kann in einer solchen bleihaltigen Messinglegierung ein reines a-
Gefüge vorliegen, was eine sehr gute Umformbarkeit aufweist und somit besonders leicht ein späteres Umformen, insbesondere Crimpen, des Kontaktelements ermöglicht.
Trotz der positiven Eigenschaften des Bleis gibt es Bestrebungen, unter anderem gestützt durch die Direktiven der EU — Richtlinie 2000/53/EG über Altfahrzeuge,
Richtlinie 2002/96/EG über Elektro- und Elektronik-Altgerdte sowie Richtlinie 2011/65/EU über die Verwendung gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten — das Blei als Zerspanungszusatz in Messinglegierungen zu ersetzen. Wird jedoch . aufgrund gesetzlicher Restriktionen auf den Bleianteil verzichtet, ist eine Zerspanung des Werkstoffes nur noch sehr schwer möglich, insbesondere da dabei sehr lange
FlieBspane gebildet werden. .
Bleifreie Messinglegierungen für die spanende Bearbeitung weisen dagegen typischer-
weise höhere Zink-Anteile auf, wie beispielsweise CuZn40 oder CuZn42. Der höhere
Zinkanteil stabilisiert dabei die B-Phase, die sich durch eine gute Zerspanbarkeit auszeichnet, da die B-Phase ein Brechen des Spanes begünstigt. Die B-Phase ist jedoch zugleich äußerst spröde und lässt sich entsprechend nur sehr eingeschränkt umformen, wie es beim Crimpen elektrischer Kontaktelemente notwendig ist. .
Zur Herstellung eines bleifreien, elektrischen Kontaktelements, insbesondere eines , bleifreien Crimpkontakts, aus einer Messinglegierung stehen sich somit gegensätzliche .
Anforderungen gegenüber. Zum einen soll der Werkstoff des Kontaktelements sprôde sein, um ein gutes Zerspanen zu ermöglichen. Zum anderen soll der Werkstoff gut kalt umformbar sein, um einen Anschluss durch Crimpen zu ermöglichen. Die Prozessfens- . ter für derartige Kontaktelemente sind daher sehr schmal, da ein zu geringer a-
Gefügeanteil ein Crimpen unmöglich macht und ein zu hoher a-Gefügeanteil den .
Zerspanungsprozess derart erschwert, dass die Herstellung des Kontaktelements unwirtschaftlich wird.
Aus der DE 10 2009 038 657 A1 ist bereits eine bleifreie Messinglegierung bekannt, die eine gute Zerspanbarkeit durch eine Zugabe mehrerer zusätzlicher Legierungskompo- nenten erreicht, wodurch ein a/R-Mischkristall gebildet wird. Jedoch weist ein solches
Material weder ideale Eigenschaften zum Zerspanen, noch zum Umformen beim
Crimpen auf. Zudem ist die genaue Herstellung der Legierung aus zahlreichen Kompo- nenten aufwändig und teuer. |!
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das sowohl ein produktives und wirtschaftliches Herstellen eines Kontaktelements aus bleifreien Messinglegierungen mittels Formgebung, insbesondere durch spanabheben- de Verfahren, als auch die prozesssichere Kontaktierung mittels Crimpen, beispielswei- se von Steckkontakten, ermöglicht. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelements ohne die Verwendung eines Anteils an ökologisch schädlichen Legierungselementen vorzuschlagen. .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie
LU101955 ; durch ein Kontaktelement gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der ,
Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnitts- weise aus einer Messinglegierung gebildeten Kontaktelements findet zunächst ein .
Bereitstellen eines Rohlings für das Kontaktelements und insbesondere eine Auswahl eines Ausgangsmaterials fiir den Rohling bzw. das Kontaktelement statt, wobei nach- folgend der Gefügezustand dieses Rohlings mittels einer ersten Wärmebehandlung ; zum Erhôhen des B-Phasenanteils geändert wird, wonach ein Bilden des Kontaktele- ments aus dem Rohling mit einem erhöhten B-Phasenanteil erfolgt. Schließlich wird eine Änderung des Gefügezustandes des gebildeten Kontaktelements mittels einer zweiten Wärmebehandlung zum Erhöhen des a-Phasenanteils vorgenommen. Unter dem Erhöhen eines Phasenanteils wird allgemein eine mengenmäßige und/oder flachenmaBige Vergrößerung des jeweiligen Anteils verstanden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kontaktelement aus einer Messinglegierung, insbe- sondere ein Buchsenkontakt mit einer Uberfeder, das nach dem erfindungsgemafien
Verfahren hergestellt worden ist.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine an die jeweilige Anforderung angepasste Gefü- . gekonstellation vorteilhaft ist und sich eine solche Änderung des Gefügezustandes wirtschaftlich in den Herstellungsprozess eines Kontaktelements mittels einer Warme- behandlung Integrieren lässt. Für die spanende Bearbeitung ist dabei ein möglichst . hoher B-Anteil anzustreben, da dieser für einen guten Spanbruch und eine wirtscharftli- che Bearbeitung sorgt, während für ein spéteres Vercrimpen ein möglichst hoher a- .
Anteil erforderlich ist, um dem Kontaktelement duktile Eigenschaften zu verleihen und eine Kaltumformung beim Crimpprozess ohne Rissbildung zu ermöglichen. ©
Entsprechend ist in vorteilhafter Weise ein Crimpen derartig hergestellter Kontaktele- mente problemlos möglich, wobei die geringe Festigkeit im Crimpbereich geringe
Übergangswiderstände ermöglicht und eine Rissbildung beim Crimpprozess weitge- hend ausgeschlossen werden kann. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfah-
ren das Herstellen von Kontaktelementen aus bleifreien Messinglegierungen durch .
Formgebung, insbesondere durch spanabhebende Verfahren, wobei auch die Eigen- schaften des erhaltenen Kontaktelements zum späteren Crimpen sehr gut sind.
Erfindungsgemäß wird ein Kontaktelement hergestellt, wobei ein Kontaktelement . grundsätzlich ein beliebiges Bauteil oder eine beliebige Baugruppe zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes, insbesondere zwischen einer elektrischen Leitung und einem weiteren Bauteil, sein kann. Dazu weist das Kontaktelement wenigstens einen metallischen Abschnitt auf, wobei das Kontaktelement vollständig aus Metall gebildet sein kann. Zusätzlich kann das Kontaktelement ein Gehäuse aus einem isolator, beispielsweise einem Kunststoff, oder aber lediglich wenigstens einen aus Metall Ë gebildeten Kontaktbereich aufweisen. Bevorzugt ist das Kontaktelement ein Steckkon- takt und besonders bevorzugt ein Buchsenkontakt, insbesondere mit einer Uberfeder.
Das Kontaktelement ist dabei erfindungsgemäß mindestens abschnittsweise aus einer
Messinglegierung gebildet, wobei bevorzugt wenigstens ein Grundkörper und beson- . ders bevorzugt das gesamte Kontaktelement im Wesentlichen aus der Messinglegie- rung gebildet ist. Als Messinglegierung wird dabei zunächst jede Kupferlegierung verstanden, die einen Zinkmassenanteil von bis zu 50 % aufweist, wobei zugleich
Kupfer den Hauptbestandteil und Zink den zweiten Hauptbestandteil bildet. Daneben kénnen noch weitere Metalle in der Messinglegierung enthalten sein, deren Massenan- teil bevorzugt jedoch unter 10 % und besonders bevorzugt unter 5 % liegt. .
Die Messinglegierung weist ein Gefüge auf, das einen a-Kristallanteil und einen
R-Kristallanteil sowie gegebenenfalls auch einen Anteil der entsprechenden Mischkris- . talle beinhaltet. Der auch als a-Phase bezeichnete a -Kristall aus Kupfer und Zink zeigt . eine kubisch-flächenzentrierte Struktur. Die B-Phase bzw. der B-Kristall weist eine kubisch-raumzentrierte Struktur auf. Das Gefüge kann maßgeblich durch die Zusam- mensetzung der Legierung sowie durch die Temperatur bzw. eine Wärmebehandlung à beeinflusst werden. .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Gefüge der Messinglegierung zweimal durch
LU101955 É jeweils eine Wärmebehandlung zu verändern, wobei mittels der ersten Wärmebehand- . lung der Anteil der B-Phase im Gefüge bzw. der B-Phasenanteil in einem Mischkristall . vergrößert bzw. so groß wie möglich eingestellt werden soll, während mittels der zweiten Wärmebehandlung ein größerer, insbesondere größtmöglicher a-Phasenanteil erreicht werden soll, wobei sich bereits ein a-Phasenanteil von über 30 % als vorteilhaft ; herausgestellt hat und ein a-Phasenanteil von liber 50 % ganz besonders bevorzugt wird. Entsprechend wird unter einer Änderung des Gefügezustandes insbesondere eine
Verschiebung der Phasenanteile verstanden. Jedoch kann eine Anderung des Phasen- zustandes beispielsweise auch eine Verminderung von Konzentrationsunterschieden, eine Änderung der KorngréRe im Werkstoff, insbesondere eine Kornfeinung, und/oder . ein Abbau von Spannungen oder Fehlstellen seinZum Ändern des Gefügezustandes erfolgt insbesondere eine Wärmebehandlung zum Erhöhen des jeweiligen Phasenan- . teils gegenüber dem Ausgangszustand vor der jeweiligen Wärmebehandlung, wobei die Messinglegierung wenigstens abschnittsweise auf eine gegenüber der Ausgangs- temperatur erhöhte Temperatur erwärmt wird.
Jede der Wärmebehandlungen kann zunächst beliebig gestaltet sein und insbesondere einen beliebigen Temperaturverlauf aufweisen. Bevorzugt erfolgt eine Wärmebehand- lung durch ein Aufheizen auf eine festgelegte Temperatur, ein Halten für eine Dauer auf . dieser Temperatur sowie ein nachfolgendes Abkühlen. Ein solcher Heizzyklus wird bevorzugt nur einmal durchgefiihrt, wobei jedoch auch eine mehrmalige Wiederholung grundsätzlich möglich ist. Weiterhin bevorzugt erfolgt das Aufheizen gleichmäßig und/oder ununterbrochen bis zur festgelegten Temperatur. Besonders bevorzugt erfolgt das Aufheizen mit einer Heizrate von wenigstens 2 K/min, ganz besonders bevorzugt wenigstens 4 K/min und insbesondere bevorzugt wenigstens 10 K/min. Auch das
Abkühlen erfolgt bevorzugt ununterbrochen und insbesondere bevorzugt bis auf die
Ausgangstemperatur vor der Wärmebehandlung. .
Der Rohling kann ein beliebiges Werkstück aus der Messinglegierung sein, wobei der
Rohling bevorzugt ein Halbzeug, insbesondere bevorzugt ein Stangenmaterial, ist oder aus Drehstangen, aus Drähten oder dergleichen aus der Messinglegierung gebildet ist.
Bedingt durch den Herstellungsprozess und insbesondere die dabei technisch normale
Abkühlrate ist der Lieferzustand des Ausgangsmaterials bzw. des Rohlings typischer- Ê weise durch einen sehr hohen a-Gefügeanteil oder sogar ein reines a-Gefüge gekenn- . zeichnet. Bevorzugt weist das Ausgangsmaterial bzw. der Rohling zudem auch einen ;
R-Gefugeanteil auf, wobei die Auswahl des Ausgangsmaterials für den Rohling bzw. das Kontaktelement besonders bevorzugt nach den Gefiigeanteilen, insbesondere ; einem Anteil des R-Gefiiges zusätzlich zum a-Gefüge, erfolgt.
Das Bilden des Kontaktelements erfolgt erfindungsgemäß durch eine Bearbeitung des
Rohlings, wobei ein Bilden durch Formgebung, insbesondere durch spanabhebende .
Verfahren und ganz besonders bevorzugt ausschließlich durch Zerspanen, bevorzugt ; wird. Unter dem Bilden des Kontaktelements wird grundsätzlich ein beliebiges Verfah- ren zur Formgebung verstanden. Besonders bevorzugt ist ein Bilden durch Drehen bzw. mittels eines Drehautomaten. Ebenfalls bevorzugt erfolgt das Bilden ohne ein .
Erhitzen des Rohlings und insbesondere ohne ein Zwischenglühen zwischen einzelnen
Umformschritten.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgeméaRen Verfahrens sieht vor, dass die erste Wärmebehandlung zum Ausbilden eines erhöhten B-Phasenanteils ein Aufheizen des Rohlings auf eine Temperatur zwischen 600 °C und 900 °C, bevorzugt zwischen 750 °C und 880 °C, besonders bevorzugt zwischen 800 °C und 850 °C umfasst und bevorzugt ausschließlich durch ein Aufheizen, insbesondere ein einziges Aufheizen, . erfolgt. Ebenso ist bevorzugt, dass die zweite Wärmebehandlung zum Ausbilden eines erhöhten a-Phasenanteils ein Aufheizen des gebildeten Kontaktelements auf eine
Temperatur zwischen 300 °C und 600 °C, bevorzugt zwischen 400 °C und 500 °C, besonders bevorzugt von 450 °C umfasst und bevorzugt ausschließlich durch ein
Aufheizen, insbesondere ein einziges Aufheizen, erfolgt. Insbesondere bevorzugt wird das gebildete Kontaktelement bei der zweiten Wärmebehandlung gegenüber der ersten .
Wärmebehandlung auf eine niedrigere, bevorzugt Um wenigstens 50 K, besonders . bevorzugt um wenigstens 100 K und ganz besonders bevorzugt um 150 K niedrigere . _ Temperatur erwärmt. .
Besonders bevorzugt erfolgt die erste Wärmebehandlung und/oder die zweite Wärme-
behandlung durch ein ununterbrochenes Aufheizen auf eine Ziel-Temperatur gefolgt von einem Abkühlen wieder auf Umgebungstemperatur. Ebenfalls bevorzugt wird der .
Rohling bei der ersten Wärmebehandlung und/oder das Kontaktelement bei der zwei- . ten Wärmebehandlung für eine vorgegebene Dauer auf einer Temperatur gehalten, : wobei die Dauer grundsätzlich frei gewählt werden kann. Bevorzugt beträgt diese .
Dauer jedoch zwischen zehn Sekunden und zehn Stunden, besonders bevorzugt . zwischen zehn Minuten und fünf Stunden, ganz besonders bevorzugt zwischen 15 ‘
Minuten und drei Stunden und insbesondere bevorzugt zwischen 30 Minuten und zwei
Stunden. Grundsätzlich können bei der ersten und der zweiten Wärmebehandlung Ë unterschiedliche Dauern gewählt werden.
Die Dauer der Wärmebehandlung hängt dabei u.a. auch von der Anzahl der zugleich behandelten Kontakielemente ab, wobei insbesondere bei der Behandlung zahlreicher fi
Teile zugleich, beispielsweise in einer Gitterbox oder Kiste, eine längere Dauer der
Wärmebehandlung bevorzugt wird, um sicherzustellen, dass auch innenliegende Teile über eine ausreichende Dauer erhitzt wurden. Entsprechend kann eine Wärmebehand- lung von einzelnen Kontaktelementen bzw. einzeln angeordneten Kontaktelementen deutlich kürzer erfolgen. Generell erfolgt die Wärmebehandlung bevorzugt in einem .
Durchlaufofen. Bezüglich der Dauer der Wärmebehandlung gilt weiterhin, dass mit zunehmender Dauer eine bessere Reproduzierbarkeit des gewünschten Ergebnisses, insbesondere über alle zugleich erhitzten Kontaktelemente, erreicht werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bei der ersten Wärmebehandlung und/oder bei der zweiten Wärmebehandlung ein schnelles [
Abkühlen, bevorzugt in weniger als 30 s, besonders bevorzugt in weniger als 15 s und ; ganz besonders bevorzugt in weniger als 5 s. Unter einem schnellen Abkühlen wird zunächst lediglich ein Abkühlen verstanden, das schneller als ein Abkühlen an der ï
Umgebungsluft erfolgt, wobei bevorzugt ein Abschreckungsmittel als Kühimedium, beispielsweise Wasser, Öl, eine andere Flüssigkeit oder ein gekühlter und/oder be- schleunigter Gasstrom, insbesondere Luft, verwendet wird. Ganz besonders bevorzugt erfolgt das Abkühlen durch ein Eintauchen in ein Kiihimedium. Alternativ oder zusätz- lich kann das Abkühlen auch durch einen Kontakt mit einer deutlich kälteren Oberfläche .
erfolgen, wobei dann nach wie vor die angegebene maximale Abkühldauer eingehalten werden muss. Bei einer Verwendung eines Gases, insbesondere von Druckluft, als L
Abschreckmittel beträgt die Abkühirate bevorzugt mindestens 10 K/s, besonders bevorzugt mindestens 20 K/s und ganz besonders bevorzugt mindestens 30 K/s. Bei einer Verwendung eines flüssigen Abschreckmittels, insbesondere Mineralöl oder .
Wasser, beträgt die Abkühirate bevorzugt mindestens 150 K/s, besonders bevorzugt . mindestens 200 K/s und ganz besonders bevorzugt mindestens 300 K/s. Das Abkühlen muss dabei jedoch in der angegebenen Zeit nicht vollständig auf Raumtemperatur erfolgen, sondern erfolgt bevorzugt wenigstens unter eine Temperatur von 200 °C, besonders bevorzugt unter 150 °C, ganz besonders bevorzugt unter 100 °C und insbesondere bevorzugt unter 50 °C. Bevorzugt erfolgt die zweite Wärmebehandlung derart und dabei insbesondere solange, dass der a-Phasenanteil größer als 50 %, besonders bevorzugt größer als 70 % und ganz besonders bevorzugt größer als 80 %
Alternativ zum starken Aufheizen kann die erste Wärmebehandlung zum Ausbilden eines erhöhten B-Phasenanteils auch durch ein Auslagern bei Temperaturen zwischen 150 °C und 400 °C, bevorzugt zwischen 200 °C und 350 °C und ganz besonders bevorzugt zwischen 200 °C und 300 °C und/oder für eine Dauer von wenigstens 15 Minuten, bevorzugt wenigstens 30 Minuten, besonders bevorzugt wenigstens 60 Minuten und ganz besonders bevorzugt wenigstens 120 Minuten erfolgen. Weiterhin . bevorzugt erfolgt ausschließlich ein einziges Aufheizen. Besonders bevorzugt erfolgt die erste Wärmebehandlung bei einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemä- .
Ren Verfahrens ausschließlich durch ein Auslagern. Darüber hinaus ist jedoch auch denkbar, dass ein Auslagern vor und/oder nach einem Aufheizen auf deutlich höhere
Temperaturen erfolgt, wobei zwischenzeitlich ein Abkühlen auf Umgebungstemperatur erfolgen kann, aber nicht muss. Ebenfalls bevorzugt wird die Temperatur während des . gesamten Auslagerns in dem angegebenen Temperaturintervall und insbesondere bei einer Temperatur gehalten. Alternativ ist aber auch ein mehrfaches Aufheizen und
Abkühlen, insbesondere innerhalb der Grenzen des vorgegebenen Temperaturinter- . valls, denkbar.
Aus ökologischen sowie regulatorischen Gründen ist es weiterhin bevorzugt, dass die i
Messinglegierung des Rohlings und/oder des Kontaktelements einen Bleianteil < 0,5 %, . bevorzugt < 0,3 %, besonders bevorzugt < 0,1 % und ganz besonders bevorzugt < 0,01 % bezogen auf die Masse aufweist und insbesondere bevorzugt kein Blei enthält bzw. bleifrei ist, wobei unter einer bleifreien Legierung eine Legierung verstanden wird, L der kein Blei zugegeben wurde und/oder die — bis auf unvermeidbare Verunreinigungen — kein Blei enthält. Besonders bevorzugt enthält die Messinglegierung keinen bestimm- = baren Bleianteil. .
Obwohl als Rohling ein Werkstück aus einer beliebigen Messinglegierung eingesetzt ) werden kann, weist die Messinglegierung bei einer vorteilhaften Weiterbildung des . erfindungsgemäfBen Verfahrens einen Kupfermassenanteil von mindestens 50 % . und/oder einen Zinkmassenanteil von mindestens 35 %, bevorzugt zwischen 35 % und 50 %, besonders bevorzugt zwischen 36 % und 42 % und ganz besonders bevorzugt zwischen 38 % und 42 % und/oder Restbestandteile unter 5 %, bevorzugt unter 3 %, besonders bevorzugt unter 1 % und ganz besonders bevorzugt unter 0,5 % auf.
Schließlich wird ein mittels des erfindungsgemäRBen Verfahrens hergestelltes Kontakte- lement bevorzugt, das wenigstens einen Bereich zur Kaltverformung, insbesondere einen Crimpbereich, aus der Messinglegierung zur Aufnahme eines Leiters sowie zum
Festlegen des Leiters durch Kaltverformen bzw. Crimpen aufweist, wobei der Bereich zur Kaltverformung bevorzugt einen erhöhten B-Phasenanteil der Messinglegierung, insbesondere einen höheren B-Phasenanteil als einen a —Phasenanteil aufweist, .
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die
Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen: : .
Fig. 1 Gefügebild von CuZn37 im Anlieferzustand mit einem hohen a-Phasenanteil,
Fig, 2 Gefügebild des in Fig. 1 dargestellten CuZn37 nach einer ersten Wärmebe- . handlung im Zerspanungszustand mit einem erhöhten B-Phasenanteil,
Fig. 3 Gefügebild des in Fig. 1 dargestellten CuZn37 nach einer zweiten Wärmebe- handlung im Kaltumformzustand mit einem hohen a-Phasenanteil,
Fig. 4 Gefügebild von CuZn38 im Anlieferzustand mit einem hohen a-Phasenanteil,
Fig, 5 Gefügebild des in Fig. 4 dargestellten CuZn38 nach einer ersten Wärmebe- handlung im Zerspanungszustand mit einem erhöhten B-Phasenanteil,
Fig. 6 Gefügebild des in Fig. 4 dargestellten CuZn38 nach einer zweiten Wärmebe- handlung im Kaltumformzustand mit einem hohen a-Phasenanteil,
Fig. 7 Gefügebild von CuZn40 im Anlieferzustand mit einem hohen a-Phasenanteil,
Fig, 8 Gefiigebild des in Fig. 7 dargestellten CuZn40 nach einer ersten Warmebe- handlung im Zerspanungszustand mit einem erhôhten B-Phasenanteil,
Fig. 9 Gefügebild des in Fig. 7 dargestellten CuZn40 nach einer zweiten Wärmebe- handlung im Kaltumformzustand mit einem hohen a-Phasenanteil,
Fig. 10 eine schematische Ansicht eines Kontaktelements, und
Fig. 11 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines wenigstens abschnitisweise aus einer Messinglegierung gebildeten Kontakte- lements.
Bei einer ersten Ausführung des Verfahrens zum Herstellen eines wenigstens ab- schnittsweise aus einer Messinglegierung gebildeten Kontaktelements 1 wird ein
Stangenmaterial aus bleifreiem CuZn37 als Ausgangsmaterial für einen Rohling aus- gewählt, das mit einer normalen Abkühlgeschwindigkeit hergestellt wurde und daher ein nahezu reines a-Gefüge aufweist, wie es in Figur 1 dargestellt ist.
Um die Zerspanbarkeit deutlich zu verbessern, wird eine erste Wärmebehandlung vorgenommen, wozu der Rohling einmalig mit einer Heizrate von 10 K/min auf eine
Temperatur von 860 °C aufgeheizt und dort für 2 Stunden gehalten wird (siehe Fig. 11), um eine Rekristallisation und dabei eine Verschiebung der Phasenanteile von dem a-
Gefüge zu einem B-Gefüge zu ermöglichen, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Anschlie-
Rend wird der Rohling durch Abschrecken in Wasser rasch, insbesondere mit einer
Abkühlrate im Bereich von 350 K/s, abgekühlt, um durch Abschrecken einen hohen
B-Phasenanteil zu stabilisieren.
Das Bilden des Kontaktelements 1 aus dem Rohling erfolgt dann mittels eines Formge- bungsverfahrens, insbesondere mittels eines Zerspanungsprozesses, wobei vorteilhaft das Brechen des Spanes durch den hohen R-Phasenanteil (siehe Fig. 2) begünstigt ist.
Um schließlich die Crimpfähigkeit des Kontaktelements 1 herzustellen und eine Rissbil- dung beim Crimpen zu verhindern, erfolgt eine zweite Wärmebehandlung durch ein
Aufheizen mit einer Heizrate von 10 K/min auf eine Temperatur von 450 °C, ein nach- folgendes Halten fiir 2 Stunden (siehe Fig. 11), um eine Rekristallisation und dabei eine
Verschiebung der Phasenanteile von dem B-Gefüge zu einem a-Gefüge bzw. zu
Mischkristallen mit einem hohen a-Gefiigeanteil (siehe Fig. 3)zu ermöglichen, sowie schließlich ein zügiges Abkühlen an bewegter Luft, insbesondere mit einer Abkühlrate io im Bereich von etwa 35 K/s, zum Stabilisieren des a-Gefüges.
Eine weitere Ausführung des Verfahrens zum Herstellen eines wenigstens abschnitts- weise aus einer Messinglegierung gebildeten Kontaktelements 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführung maßgeblich durch das ausgewählte Ausgangsmaterial des
Rohlings, wobei bleifreies CuZn38 in Form eines Stangenmaterials verwendet wird, das im Ausgangszustand einen hohen a-Gefügeanteil aufweist (siehe Fig. 4). Zudem wird die erste Wärmebehandlung bei einer niedrigeren Temperatur von lediglich 800 °C ebenfalls über eine Dauer von 2 Stunden vorgenommen, wodurch ebenfalls ein deutlich erhöhter R-Gefügeanteil erreicht wird (siehe Fig. 5). Nach dem Halten bei dieser
Temperatur sowie abermals einem Abschrecken in Wasser, erfolgt das Bilden des
Kontaktelements 1 ebenfalls durch Zerspanen. Schließlich wird das hergestellte Kon- taktelement 1 durch Warmauslagern bei 450 °C für 2 Stunden im Rahmen einer zwei- ten Wärmebehandlung zur Änderung des Gefügezustandes hin zu einem deutlich erhöhten a-Gefügeanteil behandeit (siehe Fig. 6), sodass eine gute Crimpfahigkeit hergestellt wird. Das Abkühlen erfolgt abermals an bewegter Luft mit einer Abkühlrate von etwa 35 Kis.
Bei einer dritten Ausführung des Verfahrens zum Herstellen eines wenigstens ab- schnittsweise aus einer Messinglegierung gebildeten Kontaktelements 1 wird als
Ausgangsmaterial ein Stangenmaterial aus bleifreiem CuZn40 mit einem hohen a-
Gefiigeanteil gewählt, wie es in Figur 7 dargestellt ist, wobei die weitere Herstellung : weitestgehend identisch zu der des zweiten Ausführungsbeispiels ist, lediglich mit einer abweichenden Temperatur der ersten Wärmebehandlung von 770 °C, wodurch ein deutlich erhöhter B-Gefügeanteil erreicht wird (siehe Fig. 8). Mittels einer zweiten
Wärmebehandlung wird der a-Gefügeanteil abermals erhöht (siehe Fig. 9), um die
Kaltumformbarkeit zu verbessern.
Ein in Fig. 10 in der Seitenansicht (Fig. 10, oben) und im Schnitt (Fig. 10, unten) dargestelltes Kontaktelement 1 weist an einem Ende einen kaltumformbaren Crimpbe- reich 2 zur Aufnahme und zum Festlegen eines elektrischen Leiters auf. Am gegen- überliegenden Ende weist das Kontaktelement 1 dagegen einen Kontaktbereich 3 zum elektrischen Anschluss des Kontaktelements 1 an einem korrespondierenden weiteren
Kontaktelement auf.
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messin- glegierung gebildeten Kontaktelements (1), mit den Schritten: - Bereitstellen eines Rohlings für das Kontaktelement (1), - Ändern des Gefügezustandes des Rohlings mittels einer ersten Wärmebe- handlung zum Erhöhen des R-Phasenanteils, - Bilden des Kontaktelements (1) aus dem Rohling mit einem erhöhten ß- Phasenanteil, und : - Ändern des Gefügezustandes des gebildeten Kontaktelements (1) mittels ' einer zweiten Wärmebehandlung zum Erhöhen des a-Phasenanteils. :
2. Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messin- ' glegierung gebildeten Kontaktelements nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die erste Wärmebehandlung zum Ausbilden eines erhöhten B-Phasenanteils durch ein Aufheizen des Rohlings auf eine Temperatur zwi- ‘ schen 750 °C und 880 °C erfolgt.
3. Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messin- glegierung gebildeten Kontaktelements nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmebehandlung zum Ausbilden eines erhöhten a-Phasenanteils durch ein Aufheizen des gebildeten Kontakte- ; lements (1) auf eine Temperatur zwischen 300 °C und 600 °C erfolgt.
4. Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messin- glegierung gebildeten Kontaktelements nach einem oder mehreren der vorher- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten Wärmebe- handlung und/oder bei der zweiten Wärmebehandlung ein schnelles Abkühlen À in weniger als 15 s erfolgt. )
5. Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messin-
glegierung gebildeten Kontaktelements nach einem oder mehreren der vorher- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmebehand- lung zum Ausbilden eines erhöhten R-Phasenanteils durch ein Auslagern bei Temperaturen zwischen 150 °C und 400 °C, bevorzugt zwischen 200 °C und 350 °C und ganz besonders bevorzugt zwischen 200 °C und 300 °C und/oder für eine Dauer von wenigstens 15 Minuten, bevorzugt wenigstens 30 Minuten, besonders bevorzugt wenigstens 60 Minuten und ganz besonders bevorzugt wenigstens 120 Minuten erfolgt. 16 8. Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnitisweise aus einer Messin- glegierung gebildeten Kontaktelements nach einem oder mehreren der vorher- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messinglegierung ei- nen Bleianteil < 0,5 %, bevorzugt < 0,3 %, besonders bevorzugt < 0,1 % und ganz besonders bevorzugt < 0,01 % aufweist.
7. Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messin- glegierung gebildeten Kontaktelements nach einem oder mehreren der vorher- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messinglegierung ei- nen Kupferanteil von mindestens 50 % und/oder einen Zinkanteil zwischen 36 % und 42 % sowie Restbestandteile unter 1 % aufweist.
8. Verfahren zum Herstellen eines wenigstens abschnittsweise aus einer Messin- glegierung gebildeten Kontaktelements nach einem oder mehreren der vorher- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden des Kontakte- lements (1) aus dem Rohling durch ein Formgebungsverfahren, insbesondere durch Zerspanen, erfolgt.
9. Kontaktelement aus einer Messinglegierung hergestellt nach einem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 - 8.
10. Kontaktelement nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Bereich zur Kaltverformung, insbesondere einen Crimpbereich (2), aus der Messinglegie-
. rung zur Aufnahme eines Leiters sowie zum Festlegen des Leiters durch Kalt- verformen oder Crimpen.
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