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Kupferberyllium von ALBROMET
Berylliumkupfer
Berylliumkupfer
ist eine Kupferbasislegierung mit 0,4 bis 2 % Beryllium. Es können weitere Legierungsbestandteile wie Cobalt, Nickel oder Silizium enthalten sein, um die Legierungseigenschaften auf die speziellen Anwendungen abzustimmen, oder um Beryllium einzusparen ohne dabei allzu große Nachteile in den funktionellen Legierungseigenschaften in Kauf nehmen zu müssen. Mit Cobalt als Legierungsbestandteil und 0.5% Beryllium wird der Werkstoff bei Halbzeugen oft als CuCoBe bezeichnet. Die 2% Version heißt meist CuBe2.
Zusammensetzung und Herstellung
Die wichtigste der hochfesten Legierungen ist die Legierung CuBe2 (ALBROMET W-130) mit 1,80 bis 2,00 Gewichts-% Be. Durch Glühen bei 750 bis 825 °C für 5 min oder mehr, gefolgt von einer Wasserabschreckung, wird das Beryllium in fester Lösung bei Raumtemperatur belassen. Die Legierung kann dann kaltumgeformt und zu fertigen Produktformen verarbeitet werden. Die Ausscheidungshärtung kann durch eine Alterung für 0,5 bis 3 Stunden bei 315 bis 400 °C durchgeführt werden. Für den ausgehärteten Zustand wurden Zugfestigkeiten bis zu 1500 MPa beobachtet. Die elektrische Leitfähigkeit der Legierung CuCoNiBe (ALBROMET W-240) beträgt 22 bis 25 % IACS (International Annealed Copper Standard) Die hochleitfähige Legierung weist einen niedrigen Berylliumgehalt von ca. 0,5 Gewichts-% und einen Nickel und Kobaltgehalt von ca.1% auf. Die maximale Festigkeit für diese Legierungen liegt im Bereich von 700 bis 900 MPa. Beryllium hat eine elektrische und eine thermische Leitfähigkeit, die etwa 40 % der von Kupfer beträgt.
Berylliumkupfer hat einige besondere Eigenschaften:
- Geglüht wird es weich und kann dann in die gewünschte Form geschmiedet werden. Ein erneutes Erwärmen auf 300 Grad Celsius lässt die Legierung wieder aushärten. Durch Kalthämmern lässt sich die Härte weiter steigern.
- Trotz der Härte schlägt ein Hammer mit einem Kopf aus Berylliumkupfer keine Funken, weshalb Werkzeuge aus diesem Material überall dort verwendet werden, wo in explosionsgefährdeten Bereichen gearbeitet wird (Bohrinseln, Gaswerke, Raffinerien).
- Berylliumkupfer wird wie andere Legierungen in verschiedenen Härten angeboten (Federn aus Berylliumkupfer halten vielfach mehr Biegungen aus als die beste Stahlfeder – und sind im Gegensatz zu letzterer nicht ferromagnetisch).
- Die elektrische Leitfähigkeit ist im Vergleich zu Stahl hoch (ca. 10 · 106 S/m bis 35 · 106 S/m) aber deutlich niedriger als die von reinem Kupfer (ca. 58 · 106 S/m).
- Die Wärmeleitfähigkeit ist im Vergleich zu Stahl sehr hoch, ca. 130 W/mK (Stahl ~25 W/mK)
- Berylliumkupfer ist chemisch sehr widerstandsfähig.
Verwendung
Verwendet wird Berylliumkupfer beispielsweise für hochbelastete Federn in Maschinen, Kontaktfedern in Relais , elektrischen Berührungskontakten, für funkenfreie Werkzeuge, für Spritzgussformen in der Kunststofftechnik, im Motorenbau für Ventilsitzringe.
Beryllium-Kupfer wird auch für Gießformen, so genannte Kokillen, für den Messingguss verwendet.
Kupferlegierungen im Formenbau richtig einsetzen
Auf der EuroMold 2010 stellte Albromet die Legierungen des U.S.-Herstellers IBC advanced alloys erstmals dem Fachpublikum vor. Diese Werkstoffe wurden für extrem wettbewerbsfähige Kunststoffformen entwickelt. Sie haben deutliche Vorteile gegenüber Stählen oder Aluminium. Kavitäten, Einsätze sowie Kerne und Düsen werden erfolgreich aus diesen Werkstoffen hergestellt. Das Verhältnis von Härte (max. 40 HCR)ALBROMET W-130 und Wärmeleitfähigkeit (130/mm k) kann weder von Stahl oder Aluminium annährend erreicht werden. Die Stückosten werden signifikant reduziert. Die Bauteil Qualität wird durch die exzellente Wärmeleitfähigkeit sowie die hervorragende Entformbarkeit deutlich gesteigert. Höhere Materialeinsatzkosten werden durch deutlich niedrige Zykluszeiten mehrfach amortisiert. Zwei Hauptgründe werden bei der Auswahl in Betracht gezogen: 1. Zykluszeit und Kostenreduzierung, 2. Teilqualität. Auch glasfaserverstärkte Kunststoffe sind zu betrachten.
Zykluszeit und Kostenreduzierung
Die Ausführung von Kunststoffformen kann in vielerlei Hinsicht von der Auswahl der Werkstoffe abhängen. Bei sinkender Zykluszeit durch schnellere Abkühlung kann die Anzahl der Kavitäten reduziert werden und im Serienbetrieb sogar eine Form komplett eingespart werden, zum Beispiel zwei statt drei Formen erbringen die benötigten Teilemengen. Hier wird sogar eine zusätzliche Maschine für die Produktion frei. In diesem Fall ist die Einsparung enorm, die Rentabilität der Formen steigt überproportional im Verhältnis zu den Kosten. In vielen Fällen sind jedoch konträre Interessen zwischen Kunde, Formenbauer und dem Teileproduzenten (Zulieferer) zu diskutieren. Hier ist es wichtig, einen Konsens zu finden, in dem die Kosten der Spritzgussform, die Teilequalität und die Zykluszeit gleichermaßen berücksichtigt werden. Mit erhöhten Investitionskosten in das Werkzeug können letztlich oftmals die niedrigsten Stückkosten erreicht werden.
Qualität in der Kunststoff Produktion
Außer der reduzierten Zykluszeit und der erhöhten Wärmeleitfähigkeit der Cu-Legierungen verbessert sich auch die thermische Homogenität der Teile während der Abkühlphase. Daraus resultiert ein deutlich geringerer Verzug. Falls konstruktiv bedingt mit konventionellen Werkstoffen nicht genügend Kühlung generiert wird, bilden sich „Hotspots“. Dies sind Regionen, in denen die Abkühlgeschwindigkeit niedriger ist als im restlichen Bauteil. Diese Variable in der Abkühlgeschwindigkeit kann zu Verzug, schlechterer Füllung und manchmal auch zu unterschiedlicher Kristallisation führen. Es gibt viele Beispiele, in denen mit einer herkömmlichen Form ausschließlich in Stahl die Toleranzen der produzierten Teile nicht gehalten wurden. Einsätze aus Cu-Legierungen schaffen Abhilfe. Kostenbewusste Variantenkonstruktion bezieht neue hochleitfähige Werkstoffe von Anfang an mit ein. Für moderne Kupfer-Werkstoffe existieren zudem Technologien für Schweißbarkeit, schwierigen Bearbeitungsschritten wie das Erodieren und Beschichtungen. Letztere sind im Niedertemperaturbereich notwendig für die Verarbeitung von GF-Kunststoffen. Hier werden klassische Verfahren wie chemisch Nickelbeschichtungen oder andere Verfahren gegen abrasiven Verschleiß bis ca. 100 °C Beschichtungstemperatur eingesetzt. Albromet empfiehlt z.B. die zentralen Formeinsätze für Ölwannen in einer Cu-Legierung mit Beschichtung auszuführen. Bei diesen Teilen werden mit dem sog. „Family-Mould-Konzept“ vier Varianten einer Ölwanne aus einem Werkzeug gefertigt. Die Umrüstzeit von einer Variante zur nächsten beträgt nur 3 h. Das Werkzeuggewicht ist ca. 20 to. Die Abmessungen sind 2130 x 1320 x 1250 mm (L/B/H). Der Kunststoff ist PA6.6 GF35.
Dies ist nur ein Auszug der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Bei Fragen wenden Sie sich bitte direkt an uns.
FAQ´s
Wo wird Berylliumkupfer industriell eingesetzt?
Vorwiegend bei elektronischen Bauteilen als Band und im Maschinenbau als Kokille, Formeinsätze und bei thermischen Anwendungen.
Welche Vorteile hat Berylliumkupfer gegenüber anderen Materialien?
Es vereint hohe Härte mit hohen Leitfähigkeiten und Korrosionsbeständigkeit.
In welchen Branchen wird mit Berylliumkupfer gearbeitet?
Im Kunststoff Formenbau, der Elektronik, in der Gießereitechnik, im Maschinenbau und Automotiv.
Kann ich bei ALBROMET auch große Mengen an Berylliumkupfer bestellen?
Ja, es gibt Bauteile bis zu mehreren hundert Kilo und einer Dicke von bis zu 250mm.
Ich benötige individuell gefertigtes Berylliumkupfer – ist das bei ALBROMET möglich?
Ja, es können Sonderfertigungen als Schmiedeteile und auch fertig bearbeitete Bauteile geliefert werden.
Wie lange dauert die Lieferung?
Das hängt vom Umfang der Bearbeitung ab, in der Regel sind Flachzuschnitte und Rundmaterial lagerhaltig und kurzfristig verfügbar.
Wie setzt sich der Preis bei Berylliumkupfer zusammen?
Durch die aufwendige Herstellung und die Wärmebehandlung ist der Energiepreis aber auch die Kurse von Kupfer und dem Element Beryllium ausschlaggebend.
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