DE112015001012T5

DE112015001012T5 - Verdrillter Draht aus Kupferlegierung, Herstellungsverfahren dafür und elektrische Leitung für ein Automobil

Info

Publication number: DE112015001012T5
Application number: DE112015001012.2T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kobayashi
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2016-11-17
Also published as: US20160368035A1; JP2015161013A; WO2015129457A1; CN106029930A; JP6201815B2; CN106029930B

Abstract

Es wird ein Gussmaterial ausgebildet, wobei das Gussmaterial eine Zusammensetzung chemischer Bestandteile aufweist, die mindestens ein Zusatzelement enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fe, Ti, Sn, Ag, Mg, Zn, Cr und P in einer Menge von mindestens 1,0 Masse% und nicht mehr als 2,0 Masse% insgesamt, und wobei der Rest aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen gebildet ist. Es wird ein expandiertes Material gebildet, indem das Gussmaterial plastischer Verformung unterzogen wird. Durch Drahtziehen des expandierten Materials wird ein intermediäres Drahtmaterial gebildet. Das intermediäre Drahtmaterial wird weichgeglüht. Ein Einzeldraht wird durch Drahtziehen des weichgeglühten intermediären Drahtmaterials bei einem Kaltverformungsgrad in einem Bereich von mindestens 77 % und weniger als 99 % gebildet. Ein verdrillter Draht wird durch Verdrillen mehrerer Einzeldrähte gebildet, und der verdrillte Draht wird erwärmt. Auf diese Weise wird ein verdrillter Draht aus Kupferlegierung erhalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen verdrillten Draht aus Kupferlegierung, ein Verfahren zum Herstellen desselben und eine elektrische Leitung für ein Automobil, und betrifft insbesondere einen verdrillten Draht aus Kupferlegierung zur Verwendung als Leiter einer elektrischen Leitung für ein Automobil, ein Verfahren zum Herstellen desselben und eine elektrische Leitung für ein Automobil.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Aus dem Stand der Technik ist eine elektrische Leitung für ein Automobil bekannt, die einen Leiter und einen Isolator aufweist, mit dem der Außenumfang des Leiters beschichtet ist. Im Allgemeinen wird als der oben beschriebene Leiter ein verdrillter Draht aus Kupferlegierung benutzt, der erhalten wird, indem mehrere Einzeldrähte, die aus einer Kupferlegierung hergestellt sind, verdrillt werden.
Seit einigen Jahren besteht im Zuge einer Gewichtsreduzierung von Automobilen Bedarf an einer Reduzierung des Gewichts der elektrischen Leitungen in einem Automobil. Das Reduzieren des Durchmessers eines Leiters ist als eines der Verfahren zum Reduzieren des Gewichts der elektrischen Leitungen in einem Automobil bekannt.
Patentdokument 1 beispielsweise offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung zur Verwendung als Leiter einer elektrischen Leitung für ein Automobil, dessen Querschnitt nicht mehr als 0,22 mm² beträgt. Das Verfahren zum Herstellen dieses verdrillten Drahts aus Kupferlegierung umfasst einen Schritt des Ausbildens eines Einzeldrahts durch Drahtziehen eines Kupferlegierungsmaterials, das Zusatzelemente wie etwa Mg, Ag, Sn und Zn in einer Menge von weniger als 1 Masse% enthält, bei einem Kaltverformungsgrad von mindestens 99 %, und einen Schritt des Herstellens eines verdrillten Drahts durch Verdrillen mehrerer der erhaltenen harten Einzeldrähte.
VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument Nr. 1: JP 2008-16284A

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
Allerdings besteht hinsichtlich der folgenden Punkte nach wie vor Verbesserungsbedarf am Stand der Technik. Wenn nämlich der Durchmesser eines Leiters reduziert wird, wird der Durchmesser eines Einzeldrahts reduziert, der den Leiter bildet. Somit nimmt die Festigkeit des Leiters ab. Um eine Abnahme der Festigkeit eines Leiters zu vermeiden, existiert außerdem das Verfahren des Erhöhens des Gehalts weiterer Elemente, die der Kupferlegierung zugesetzt werden. Wenn jedoch der Gehalt weiterer Elemente insgesamt mindestens 1 Masse% beträgt, nimmt die Verarbeitungsfähigkeit des Kupferlegierungsmaterials stark ab.
Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung wird daher die Drahtziehfähigkeit sichergestellt, indem ein Kupferlegierungsmaterial verwendet wird, das Zusatzelemente in einer Menge von weniger als 1 Masse% enthält. Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung wird außerdem eine Erhöhung der Festigkeit eines Einzeldrahts durch Drahtziehen des Kupferlegierungsmaterials bei einem Kaltverformungsgrad von mindestens 99 % erreicht. Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung wird darüber hinaus eine Erhöhung der Festigkeit eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung erreicht, indem mehrere harte Einzeldrähte mit sichergestellter Festigkeit verdrillt werden, um einen verdrillten Draht herzustellen.
Da bei dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung harte Einzeldrähte verdrillt werden, können die Drähte allerdings eine niedrige Drahtverdrillbarkeit aufweisen, so dass es möglicherweise nicht gelingt, die Drähte zu verdrillen. Auch wenn die Drähte verdrillt werden können, neigen die Drähte dazu, beim Verdrillen relativ leicht zu brechen. Und obwohl der erhaltene verdrillte Draht aus Kupferlegierung Festigkeit aufweist, weist er eine geringe Dehnungsrate auf.
Die vorliegende Erfindung entstand angesichts der oben beschriebenen Umstände, und ihr liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung mit guter Festigkeit und Dehnungsrate bereitzustellen, mit dem die Häufigkeit des Brechens während des Verdrillens reduziert werden kann, und einen verdrillten Draht aus Kupferlegierung mit guter Festigkeit und Dehnungsrate bereitzustellen, der eine geringe Häufigkeit von durch Drahtverdrillen verursachtem Brechen aufweist.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Die Aufgabe wird unter einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung zur Verwendung als ein Leiter einer elektrischen Leitung für ein Automobil gelöst, wobei das Verfahren umfasst:
einen Schritt des Ausbildens eines Gussmaterials mit einer Zusammensetzung chemischer Bestandteile, die mindestens ein Zusatzelement (weiteres Element) enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fe, Ti, Sn, Ag, Mg, Zn, Cr und P in einer Menge von mindestens 1,0 Masse% und nicht mehr als 2,0 Masse% insgesamt, und wobei der Rest aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen gebildet ist;
einen Schritt des Ausbildens eines expandierten Materials, indem das Gussmaterial plastischer Verformung unterzogen wird;
einen Schritt des Ausbildens eines intermediären Drahtmaterials durch Drahtziehen des expandierten Materials;
einen Schritt des Weichglühens des intermediären Drahtmaterials;
einen Schritt des Ausbildens eines Einzeldrahts durch Drahtziehen des weichgeglühten intermediären Drahtmaterials bei einem Kaltverformungsgrad in einem Bereich von mindestens 77 % und weniger als 99 %; und
einen Schritt des Ausbildens eines verdrillten Drahts durch Verdrillen mehrerer der Einzeldrähte und des Erwärmens des verdrillten Drahts, oder des Erwärmens des Einzeldrahts und des Ausbildens eines verdrillten Drahts durch Verdrillen mehrerer der erwärmten Einzeldrähte.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein verdrillter Draht aus Kupferlegierung, der durch das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung erhalten wird, wobei
eine Zugfestigkeit mindestens 450 MPa beträgt und eine Dehnungsrate mindestens 5 % beträgt.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Leitung für ein Automobil, wobei die elektrische Leitung den verdrillten Draht aus Kupferlegierung und einen Isolator aufweist, mit dem ein Außenumfang des verdrillten Drahts aus Kupferlegierung beschichtet ist.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung umfasst die vorstehend beschriebenen Schritte. Daher ist es gemäß diesem Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung möglich, einen verdrillten Draht aus Kupferlegierung zu erhalten, der aus weichen Einzeldrähten mit einer bestimmten Zusammensetzung der chemischen Bestandteile gebildet ist, die die oben beschriebenen spezifischen Zusatzelemente in einem spezifischen Bereich enthält. Mit diesem Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung ist es somit möglich, einen verdrillten Draht aus Kupferlegierung mit guter Festigkeit und Dehnungsrate herzustellen.
Da bei dem Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung das intermediäre Drahtmaterial weichgeglüht wird, wird zudem der Einfluss der Kaltverfestigung, die durch das Drahtziehen oder dergleichen vor dem Weichglühen verursacht wird, abgemildert, und es kann ein erweichtes intermediäres Drahtmaterial erhalten werden. Bei dem vorliegenden Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung wird außerdem ein Einzeldraht durch Drahtziehen des weichgeglühten intermediären Drahtmaterials bei einem Kaltverformungsgrad in einem Bereich von mindestens 77 % und weniger als 99 % erhalten. Gemäß diesem Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung ist es anders als in dem Fall, dass das intermediäre Drahtmaterial nicht weichgeglüht wird, möglich, einen Einzeldraht zu erhalten, bei dem der Einfluss der Kaltverfestigung abgemildert wird. In dem Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung werden mehrere der Einzeldrähte verdrillt, um einen verdrillten Draht auszubilden, und der verdrillte Draht wird erwärmt, oder der Einzeldraht wird erwärmt und mehrere der erwärmten Einzeldrähte werden verdrillt, um einen verdrillten Draht zu bilden. Daher ermöglicht es das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung, die Häufigkeit des Brechens während des Verdrillens zu reduzieren.
Mit diesem Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung ist es somit möglich, die Häufigkeit des Brechens während des Verdrillens zu reduzieren und einen verdrillten Draht aus Kupferlegierung mit guter Festigkeit und Dehnungsrate herzustellen.
Ein verdrillter Draht aus Kupferlegierung kann mithilfe des Verfahrens zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung hergestellt werden. Daher weist der verdrillte Draht aus Kupferlegierung eine gute Festigkeit und Dehnungsrate mit einer geringen Häufigkeit von durch das Verdrillen der Drähte verursachtem Brechen auf.
Da die elektrische Leitung für ein Automobil den verdrillten Draht aus Kupferlegierung aufweist, weist sie eine gute Festigkeit und Dehnungsrate mit einer geringen Häufigkeit von durch das Verdrillen der Drähte verursachtem Brechen auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine veranschaulichende Darstellung, die eine Ausgestaltung einer elektrischen Leitung für ein Automobil zeigt, wobei ein verdrillter Draht aus Kupferlegierung, der durch ein Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung gemäß Ausführungsform 1 hergestellt wurde, verwendet wird.
2 ist eine veranschaulichende Darstellung, die eine Ausgestaltung einer elektrischen Leitung für ein Automobil zeigt, wobei ein anderer verdrillter Draht aus Kupferlegierung, der durch das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung gemäß Ausführungsform 1 hergestellt wurde, verwendet wird.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung umfasst einen Schritt des Ausbildens eines Gussmaterials mit einer bestimmten Zusammensetzung der chemischen Bestandteile. Im Folgenden soll der Grund beschrieben werden, weshalb eine Einschränkung hinsichtlich der Zusammensetzung der chemischen Bestandteile vorliegt.
Mindestens ein Zusatzelement, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fe, Ti, Sn, Ag, Mg, Zn, Cr und P: mindestens 1,0 Masse% und nicht mehr als 2,0 Masse% insgesamt
Jedes der oben beschriebenen Zusatzelemente ist ein Element, das wirksam ist, um die Festigkeit eines Einzeldrahts zu erhöhen, der aus einer Kupferlegierung hergestellt ist. Um die Wirkung zu erzielen, müssen die oben beschriebenen Zusatzelemente in einer Menge von mindestens 1,0 Masse% insgesamt vorliegen. Hinsichtlich des Ausgleichs zwischen der Festigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit und dergleichen liegen die oben beschriebenen Zusatzelemente in einer Menge von vorzugsweise mindestens 1,05 Masse% insgesamt und besonders bevorzugt mindestens 1,1 Masse% insgesamt vor. Wenn dagegen die oben beschriebenen Zusatzelemente im Übermaß vorliegen, nehmen die Drahtziehfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit ab. Daher müssen die oben beschriebenen Zusatzelemente auf nicht mehr als 2,0 Masse% insgesamt beschränkt sein. Hinsichtlich des Ausgleichs zwischen der Festigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit liegen die vorstehend beschriebenen Zusatzelemente in einer Menge von vorzugsweise nicht mehr als 1,9 Masse% insgesamt, besonders bevorzugt nicht mehr als 1,8 Masse% insgesamt und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 1,7 Masse% insgesamt vor. Fe, Ti, Sn, Mg und Cr der oben beschriebenen Zusatzelemente sind nützlich, da sie bei Zusetzung eine hohe Wirkung auf das Erhöhen der Festigkeit aufweisen.
In der oben beschriebenen Zusammensetzung der chemischen Bestandteile ist der Gehalt an O (Sauerstoff) vorzugsweise auf einen Massenanteil von nicht mehr als 20 ppm beschränkt. Die Erzeugung von Oxiden mit anderen Zusatzelementen wie etwa Titanoxid (TiO2) und Zinnoxid (SnO2) kann unterdrückt werden, indem der O-Gehalt auf den oben beschriebenen Bereich beschränkt wird. Auf diese Weise lassen sich eine Reduzierung der Drahtziehfähigkeit und eine Reduzierung der Festigkeit leicht unterdrücken. Der O-Gehalt beträgt besonders bevorzugt einen Massenanteil von nicht mehr als 15 ppm und ganz besonders bevorzugt einen Massenanteil von nicht mehr als 10 ppm.
Ein Gussmaterial mit der oben beschriebenen Zusammensetzung der chemischen Bestandteile kann beispielsweise ausgebildet werden, indem ein elektrolytisches Kupfer und eine Vorlegierung aus Kupfer und Zusatzelementen gelöst werden und ein Reduzierungsmittel wie etwa ein reduzierendes Gas oder Holz eingebracht wird, um sauerstofffreie Kupfermetallschmelze mit der oben beschriebenen vorgesehenen Zusammensetzung der chemischen Bestandteile zu erzeugen und diese Metallschmelze dann zu gießen.
Es kann ein beliebiges Gießverfahren zum Gießen verwendet werden, etwa Stranggießen mit einer beweglichen Gussform oder einer rahmenförmigen feststehenden Gussform, oder Metallformgießen mit einer kastenförmigen feststehenden Gussform. Insbesondere kann die Metallschmelze rasch ausgehärtet werden, und die Zusatzelemente können beim Stranggießen in einer Feststofflösung gelöst werden. Daher liegt der Vorteil vor, dass das anschließende Lösungsglühen wegfallen kann.
Das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung umfasst einen Schritt des Ausbildens eines expandierten Materials, indem ein Gussmaterial plastischer Verformung (plastischer Verarbeitung) unterzogen wird.
Als plastische Verformung können beispielsweise Warmwalzen oder Kaltwalzen, Extrusion oder dergleichen gewählt werden. Wenn das Gussmaterial in einem anderen Verfahren als Stranggießen hergestellt wird, erfolgt vorzugsweise vor oder nach oder vor und nach der plastischen Verformung ein Lösungsglühen. Es sei angemerkt, dass das Lösungsglühen beispielsweise unter Bedingungen durchgeführt werden kann, bei denen die Temperatur mindestens 0,1 Stunde und nicht mehr als 2 Stunden lang bei mindestens 800 °C und nicht mehr als 1050 °C gehalten wird.
Das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung umfasst einen Schritt des Ausbildens eines intermediären Drahtmaterials durch Drahtziehen eines expandierten Materials.
Der Kaltverformungsgrad beim Ausbilden des intermediären Drahtmaterials aus dem expandierten Material kann dem Bedarf gemäß ausgewählt werden, um einen Drahtdurchmesser zu erzielen, der optimal ist, um im nachfolgenden Prozess einen Einzeldraht mit einem gewünschten Drahtdurchmesser aus dem intermediären Drahtmaterial zu bilden. Es sei angemerkt, dass das Drahtziehen einmal oder wiederholt zweimal oder mehrmals durchgeführt werden kann.
Das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung umfasst einen Schritt des Weichglühens des intermediären Drahtmaterials.
Dieses Weichglühen ist nützlich, um Einflüsse der Kaltverfestigung zu reduzieren, die bis zum Ausbilden des intermediären Drahtmaterials durch die plastische Verformung oder das Drahtziehen verursacht werden, und um das intermediäre Drahtmaterial zu erweichen. Insbesondere wird in dem Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung ein Gussmaterial mit einer Zusammensetzung der chemischen Bestandteile verwendet, bei dem der Gesamtgehalt der Zusatzelemente so hoch ist wie mindestens 1,0 Masse%. Wenn also ein intermediäres Drahtmaterial verwendet wird, das keinem Weichglühen unterzogen wird, nehmen die anschließende Drahtziehfähigkeit und Drahtverdrillfähigkeit ab. Da jedoch bei dem Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung das intermediäre Drahtmaterial weichgeglüht wird, können die anschließende Drahtziehfähigkeit und Drahtverdrillfähigkeit verbessert werden.
Die Weichglühtemperatur kann im Speziellen in einem Bereich von 350 °C bis 850 °C liegen und kann vorzugsweise in einem Bereich von 450 °C bis 800 °C liegen. Außerdem kann die Weichglühzeit im Speziellen in einem Bereich von 0,01 Sekunde bis 2 Stunden liegen und kann besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,05 Sekunden bis 1 Stunde liegen. Eine Weichglühatmosphäre kann eine nichtoxidative Atmosphäre wie etwa Vakuum, Edelgas (Stickstoff, Argon) oder reduzierendes Gas (wasserstoffhaltiges Gas, Kohlendioxidgas-haltiges Gas) sein. Der Grund dafür ist die Tendenz, dass die Wärme zum Zeitpunkt des Weichglühens ein Anwachsen einer Oxidschicht auf der Oberfläche einer Kupferlegierung und eine Erhöhung des Kontaktwiderstands an den Klemmenanschlussabschnitten unterdrückt.
Es sei angemerkt, dass Weichglühen in Chargen oder kontinuierliches Weichglühen gewählt werden kann. Ein Beispiel des Weichglühens in Chargen umfasst ein Wärmeofenverfahren. Zu Beispielen für kontinuierliches Weichglühen gehören Widerstandserwärmen, Induktionswiderstandserwärmen, Hochfrequenzinduktionserwärmen und kontinuierliches Erwärmen unter Verwendung eines röhrenförmigen Ofens mit offenem oberen und unteren Abschnitt. Die Weichglühtemperatur beim kontinuierlichen Weichglühen kann höher als die Weichglühtemperatur beim Weichglühen in Chargen eingestellt werden. Konkret kann die Weichglühtemperatur beim kontinuierlichen Weichglühen beispielsweise 450 °C bis 850 °C betragen. Die Weichglühtemperatur beim Weichglühen in Chargen kann beispielsweise 350 °C bis 600 °C betragen. Außerdem kann die Weichglühzeit beim kontinuierlichen Weichglühen kürzer als die Weichglühzeit beim Weichglühen in Chargen gewählt werden. Die Weichglühzeit beim kontinuierlichen Weichglühen kann beispielsweise 0,01 Sekunde bis 0,5 Stunden betragen. Die Weichglühzeit beim Weichglühen in Chargen kann beispielsweise 0,5 Stunden bis 2 Stunden betragen. Kontinuierliches Weichglühen ist insofern vorteilhaft, als sich charakteristische Schwankungen in der Längsrichtung, die durch das Weichglühen verursacht werden, leicht unterdrücken lassen und die Produktivität erhöht werden kann.
Das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung umfasst einen Schritt des Ausbildens eines Einzeldrahts durch Drahtziehen des weichgeglühten intermediären Drahtmaterials bei einem Kaltverformungsgrad in einem Bereich von mindestens 77 % und weniger als 99 %.
Wenn der Kaltverformungsgrad mindestens 99 % beträgt, nimmt die Häufigkeit des Brechens beim Verdrillen eines Drahts mit einer Länge von 10 km stark zu, und es wird schwierig, die Häufigkeit des Brechens zu reduzieren. Auch die Produktivität wird beeinträchtigt. Im Hinblick auf die Reduzierung der Häufigkeit des Brechens während des Verdrillens und die Verbesserung der Produktivität beträgt der Kaltverformungsgrad vorzugsweise nicht mehr als 98,5 %, besonders bevorzugt nicht mehr als 98 % und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 97,5 %. Wenn dagegen der Kaltverformungsgrad weniger als 77 % beträgt, ist es schwierig, einen Einzeldraht mit einem schmalen Durchmesser zu erhalten, aus dem ein verdrillter Draht aus Kupferlegierung gebildet werden kann, dessen Querschnitt nicht mehr als 0,22 mm² beträgt. Im Hinblick auf die Verringerung des Durchmessers eines Einzeldrahts kann der Kaltverformungsgrad vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 82 % und ganz besonders bevorzugt mindestens 85 % betragen. Es sei angemerkt, dass der oben beschriebene Kaltverformungsgrad wie folgt berechnet werden kann: 100 × (Querschnitt eines intermediären Drahtmaterials – Querschnitt eines Einzeldrahts)/(Querschnitt des intermediären Drahtmaterials). Drahtziehen zum Ausbilden eines Einzeldrahts kann einmal oder wiederholt zweimal oder mehrmals durchgeführt werden.
Der Durchmesser des Einzeldrahts kann nicht mehr als 0,3 mm betragen. Auf diese Weise lässt sich der Querschnitt eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung relativ problemlos reduzieren. Im Hinblick auf die Verringerung des Durchmessers und die Reduzierung des Gewichts kann der Durchmesser des Einzeldrahts vorzugsweise nicht mehr als 0,25 mm und besonders bevorzugt nicht mehr als 0,20 mm betragen. Im Hinblick auf die Gewährleistung der Festigkeit eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung, eine Reduzierung der oben beschriebenen Häufigkeit des Brechens, die Produktivität eines Einzeldrahts und dergleichen kann der Durchmesser des Einzeldrahts vorzugsweise mindestens 0,10 mm betragen.
Das beschriebene Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung umfasst einen Schritt des Ausbildens eines verdrillten Drahts durch Verdrillen mehrerer Einzeldrähte und des Erwärmens des verdrillten Drahts, oder des Erwärmens eines Einzeldrahts und des Ausbildens eines verdrillten Drahts durch Verdrillen mehrerer der erwärmten Einzeldrähte.
Das Erwärmen in diesem Schritt ist nützlich zum Erweichen des verdrillten Drahts und Sicherstellen der Dehnungsrate unter Aufrechterhaltung der Festigkeit des verdrillten Drahts. In diesem Schritt ist es möglich, einen Einzeldraht zu erwärmen, einen verdrillten Draht durch Verdrillen mehrerer der erwärmten Einzeldrähte zu bilden und den verdrillten Draht zu erwärmen. Da in diesem Fall die Dehnungsrate des verdrillten Drahts weiter verbessert werden kann, ist es möglich, einen verdrillten Draht aus Kupferlegierung mit ausgezeichneten Dehnungseigenschaften herzustellen. Außerdem kann der verdrillte Draht in diesem Schritt Formpressen unterzogen werden.
Im Speziellen kann eine Erwärmung unter Bedingungen erfolgen, in denen die Zugfestigkeit des erhaltenen verdrillten Drahts aus Kupferlegierung mindestens 450 MPa und die Dehnungsrate mindestens 5 % beträgt.
Im Speziellen kann die Erwärmungstemperatur in einem Bereich von 300 °C bis 600 °C und vorzugsweise in einem Bereich von 350 °C bis 550 °C liegen. Außerdem kann die Erwärmungszeit im Speziellen in einem Bereich von 0,01 Sekunde bis 9 Stunden liegen und vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 Sekunden bis 8 Stunden liegen. Weiterhin sind die Erwärmungsatmosphäre und das Erwärmungsverfahren ähnlich wie für das Weichglühen beschrieben, weshalb ihre weitere Beschreibung entfällt.
Die Erwärmungstemperatur beim kontinuierlichen Erwärmen kann beispielsweise 450 °C bis 850 °C betragen. Die Erwärmungstemperatur beim Erwärmen in Chargen kann beispielsweise 350°C bis 600°C betragen. Die Erwärmungszeit beim kontinuierlichen Erwärmen kann zudem beispielsweise 0,01 Sekunde bis 0,5 Stunden betragen. Die Erwärmungszeit beim Erwärmen in Chargen kann beispielsweise 0,5 Stunden bis 2 Stunden betragen. Kontinuierliches Erwärmen ist insofern vorteilhaft, als sich charakteristische Schwankungen in der Längsrichtung, die durch das Erwärmen verursacht werden, leicht unterdrücken lassen und die Produktivität erhöht werden kann.
Das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung ist besonders geeignet als ein Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung mit einem schmalen Durchmesser, dessen Querschnitt nicht mehr als 0,22 mm² beträgt. Der Grund dafür ist, dass die funktionelle Wirkung des Verfahrens zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung ausreichend zum Tragen kommt. Es sei angemerkt, dass im Hinblick auf die Verringerung des Durchmessers und die Reduzierung des Gewichts der Querschnitt des verdrillten Drahts vorzugsweise nicht mehr als 0,17 mm² und besonders bevorzugt nicht mehr als 0,13 mm² beträgt. Im Hinblick auf die Gewährleistung der Festigkeit eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung, eine Reduzierung der Häufigkeit des Brechens, die Produktivität der verdrillten Drähte aus Kupferlegierung und dergleichen kann der Querschnitt des verdrillten Drahts vorzugsweise mindestens 0,05 mm² und besonders bevorzugt mindestens 0,08 mm² betragen.
Mit dem Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung wird ein verdrillter Draht aus Kupferlegierung erhalten. Eine Zugfestigkeit des verdrillten Drahts aus Kupferlegierung beträgt mindestens 450 MPa und seine Dehnungsrate beträgt mindestens 5 %. Wenn also der Querschnitt des verdrillten Drahts nicht mehr als 0,22 mm² beträgt, kann seine Schlagfestigkeit gewährleistet werden. Daher kann ohne Weiteres eine elektrische Leitung für ein Automobil mit ausgezeichneter Verarbeitbarkeit beim Zusammenstellen eines Kabelbaums realisiert werden. Weiterhin lässt sich, auch wenn der Querschnitt eines verdrillten Drahts nicht mehr als 0,22 mm² beträgt, eine elektrische Leitung für ein Automobil mit ausgezeichneter Fixierungsfestigkeit bei Fixierung an einer Klemme realisieren, da die Zugfestigkeit mindestens 450 MPa beträgt. Es sei angemerkt, dass die oben beschriebene Zugfestigkeit vorzugsweise mindestens 480 MPa und besonders bevorzugt mindestens 500 MPa betragen kann. Im Hinblick auf den Ausgleich zwischen der Zugfestigkeit und der Leitfähigkeit kann die oben beschriebene Zugfestigkeit zudem vorzugsweise nicht mehr als 570 MPa betragen. Außerdem beträgt die oben beschriebene Dehnungsrate vorzugsweise mindestens 7 % und besonders bevorzugt mindestens 10 %. Im Hinblick auf den Ausgleich zwischen der Dehnungsrate und der Festigkeit eines Leiters kann die oben beschriebene Dehnungsrate zudem vorzugsweise nicht mehr als 15 % betragen.
Der verdrillte Draht aus Kupferlegierung kann eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 62 % IACS aufweisen. Auf diese Weise wird ohne Weiteres eine elektrische Leitung für ein Automobil realisiert, deren Querschnitt nicht mehr als 0,22 mm² beträgt. Auch kann diese elektrische Leitung für ein Automobil in geeigneter Weise als Signalleitung verwendet werden.
Die vorstehend beschriebene elektrische Leitung für ein Automobil weist den vorstehend beschriebenen verdrillten Draht aus Kupferlegierung und einen Isolator auf, mit dem der Außenumfang dieses verdrillten Drahts aus Kupferlegierung beschichtet ist. Der Isolator kann aus einer elektrisch isolierenden Kunststoffzusammensetzung hergestellt sein, die als Hauptbestandteil ein Polymer enthält, wie etwa verschiedene Kunststoffe und Gummis (einschließlich Elastomer). Die oben beschriebenen Kunststoffe und Gummis können allein oder in Kombination verwendet werden. Im Speziellen gehören zu repräsentativen Beispielen des oben beschriebenen Polymers Kunststoff auf Vinylchloridbasis, Kunststoff auf Polyolefinbasis und Kunststoff auf Polysulfonbasis. Der Isolator kann durch eine Schicht gebildet sein oder kann durch zwei oder mehr Schichten gebildet sein. Die Dicke des Isolators kann beispielsweise mindestens 0,1 mm und nicht mehr als 0,4 mm betragen. Es sei angemerkt, dass der Isolator ein oder mehrere verschiedene Zusatzstoffe enthalten kann, die normalerweise in einer elektrischen Leitung benutzt werden. Im Speziellen gehören zu repräsentativen Beispielen der oben beschriebenen Zusatzstoffe ein Füllstoff, ein Flammenhemmstoff, ein Antioxidationsmittel, ein Alterungsschutzstoff, ein Schmiermittel, ein Weichmacher, ein Kupferhemmstoff und ein Pigment.
Es sei angemerkt, dass zum Erhalten der oben beschriebenen funktionellen Wirkungen oder dergleichen die oben beschriebenen Ausgestaltungen nach Bedarf in Kombination verwendet werden können.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele des vorstehend beschriebenen verdrillten Drahts aus Kupferlegierung, des Herstellungsverfahrens dafür und einer elektrischen Leitung für ein Automobil werden zusammen mit einem Vergleichsbeispiel beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
In diesem Beispiel wurden verdrillte Drähte aus Kupferlegierung durch Verdrillen von sieben Einzeldrähten aus einer Kupferlegierung mit einer in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung der chemischen Bestandteile hergestellt und dann beurteilt.
Die verdrillten Drähte aus Kupferlegierung wurden hergestellt durch Durchführen eines Schritts des Ausbildens eines Gussmaterials mit einer Zusammensetzung der chemischen Bestandteile, die mindestens ein Zusatzelement enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fe, Ti, Sn, Ag, Mg, Zn, Cr und P, in einer Gesamtmenge von mindestens 1,0 Masse% und nicht mehr als 2,0 Masse%, und wobei der Rest aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen gebildet ist, eines Schritts des Ausbildens eines expandierten Materials, indem das Gussmaterial plastischer Verformung unterzogen wurde, eines Schritts des Ausbildens eines intermediären Drahtmaterials durch Drahtziehen des expandierten Materials, eines Schritts des Weichglühens des intermediären Drahtmaterials, eines Schritts des Ausbildens eines Einzeldrahts durch Drahtziehen des weichgeglühten intermediären Drahtmaterials bei einem Kaltverformungsgrad in einem Bereich von mindestens 77 % und weniger als 99 % und eines Schritts des Ausbildens eines verdrillten Drahts durch Verdrillen mehrerer der Einzeldrähte und Erwärmen des verdrillten Drahts oder Erwärmen des Einzeldrahts und Ausbilden eines verdrillten Drahts durch Verdrillen mehrerer der erwärmten Einzeldrähte.
Im Speziellen wurde der verdrillte Draht aus Kupferlegierung wie folgt hergestellt. Und zwar wurde eine gemischte Metallschmelze mit einer Zusammensetzung der chemischen Bestandteile, die in Tabelle 1 aufgeführt ist, erzeugt, indem ein elektrolytisches Kupfer mit mindestens 99,99%iger Reinheit und eine Vorlegierung, die Kupfer sowie Zusatzelemente enthielt, in einen Schmelztiegel gegeben wurden, wobei der Schmelztiegel aus hochreinem Kohlenstoff hergestellt war, und das Gemisch einem Vakuumschmelzvorgang in einer Stranggießvorrichtung unterzogen wurde. Anschließend wurde die erhaltene gemischte Metallschmelze einem Stranggießvorgang unter Verwendung einer Form mit hochreinem Kohlenstoff unterzogen, und es wurde ein Gussmaterial mit einem Kreisdurchmesser von ⌀12,5 mm ausgebildet.
Als Nächstes wurde ein expandiertes Material gebildet, indem das erhaltene Gussmaterial auf ⌀8 mm gestaucht wurde. In diesem Beispiel wurde das gestauchte expandierte Material einem Lösungsglühen unter der Bedingung unterzogen, dass die Temperatur eine Stunde lang bei 950 °C gehalten wurde.
Als Nächstes wurde ein expandiertes Drahtmaterial durch Drahtziehen des erhaltenen expandierten Materials auf ⌀0,45 mm bis ⌀1,2 mm gebildet.
Als Nächstes wurde das erhaltene intermediäre Drahtmaterial unter Weichglühbedingungen, die in Tabelle 2 aufgeführt sind, weichgeglüht.
Als Nächstes wurde ein Einzeldraht mit einem Durchmesser von ⌀0,215 mm oder ⌀0,16 mm durch Drahtziehen des weichgeglühten intermediären Drahtmaterials bei dem Kaltverformungsgrad gebildet, der in Tabelle 1 aufgeführt ist.
Als Nächstes wurde ein verdrillter Draht ausgebildet, indem die erhaltenen sieben Einzeldrähte mit einer Windungshöhe von 16 mm verdrillt wurden. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Häufigkeit des Brechens beim Verdrillen eines Drahts mit einer Länge von 10 km bestimmt. Außerdem wurde der gebildete verdrillte Draht unter Erwärmungsbedingungen erwärmt, die in Tabelle 2 aufgeführt sind. Auf gleiche Weise wurden die verdrillten Drähte aus Kupferlegierungen der Probe 1 bis Probe 6 sowie Probe C101 erhalten. Es sei angemerkt, dass Probe C102 durch Ausbilden eines Einzeldrahts ohne Weichglühen beim Erzeugen des verdrillten Drahts aus Kupferlegierung erhalten wurde. Allerdings wurde keine anschließende Drahtverdrillung durchgeführt.
Als Nächstes wurde der Außenumfang von Leitern, die aus den verdrillten Drähten aus Kupferlegierung von Probe 1 bis Probe 6 hergestellt worden waren, mit Polyvinylchlorid (PVC) als Isolator mittels Extrusion in einer Dicke von 0,2 mm beschichtet. Auf diese Weise wurden elektrische Leitungen für ein Automobil der Proben 1-1 bis 1-6 erhalten. Wie in 1 gezeigt ist, weist die erhaltene elektrische Leitung 5 für ein Automobil einen verdrillten Draht 2 aus Kupferlegierung in einem Zustand, in dem sieben Einzeldrähte 1 aus Kupferlegierung verdrillt wurden, und einen Isolator 3 auf, mit dem der Außenumfang dieses verdrillten Drahts 2 aus Kupferlegierung beschichtet wurde. Es sei angemerkt, dass, wie in 2 gezeigt ist, auch eine Ausgestaltung möglich ist, bei der die elektrische Leitung 5 für ein Automobil einen verdrillten Draht 2 aus Kupferlegierung, der durch Verdrillen und kreisförmiges Pressen von sieben Einzeldrähten 1 aus Kupferlegierung in der radialen Richtung des verdrillten Drahts erhalten wurde, und den Isolator 3 aufweist, mit dem der Außenumfang dieses verdrillten Drahts 2 aus Kupferlegierung beschichtet wurde.
Die Eigenschaften der verdrillten Drähte aus Kupferlegierung, die in diesem Beispiel erhalten wurden, wurden wie folgt beurteilt. Zunächst wurde eine Zugprüfung unter den Bedingungen durchgeführt, dass eine Zuglänge GL 250 mm und eine Zuggeschwindigkeit 50 mm/min beträgt, und es wurden eine Zugfestigkeit (MPa) und Dehnungsrate (%) gemessen. Außerdem wurde der elektrische Widerstand einer Zuglänge GL von 1000 mm gemessen, um die elektrische Leitfähigkeit (% IACS) zu berechnen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Aus Tabelle 1 und Tabelle 2 lässt sich Folgendes erkennen. Es wird ein Gussmaterial aus einer Kupferlegierung verwendet, die Zusatzelemente in einer Gesamtmenge von mehr als 1 Masse% enthält, um Probe C102 zu erzeugen. Trotzdem wird bei der Erzeugung der Probe C102 der Einzeldraht ohne Weichglühen des intermediären Drahtmaterials gebildet. Bei der Erzeugung der Probe C102 wies das intermediäre Drahtmaterial daher eine niedrige Verdrillfähigkeit auf, und es konnte kein verdrillter Draht gebildet werden.
Außerdem wird ein Gussmaterial aus einer Kupferlegierung, die Zusatzelemente in einer Gesamtmenge von mehr als 1 Masse% enthält, bei der Erzeugung von Probe C101 verwendet. Trotzdem wird bei der Erzeugung der Probe C101 ein Einzeldraht durch Drahtziehen des weichgeglühten intermediären Drahtmaterials bei einem Kaltverformungsgrad von mindestens 99 % gebildet. Daher war Brechen des verdrillten Drahts während des Verdrillens bei der Erzeugung von Probe C101 auffällig. Auf diese Weise wurde kein verdrillter Draht aus Kupferlegierung erhalten, der nicht leicht bricht und eine gute Festigkeit und Dehnungsrate aufweist.
Im Gegensatz dazu wurden bei der Erzeugung von Probe 1 bis Probe 6 verdrillte Drähte aus Kupferlegierung anhand der vorstehend definierten Schritte hergestellt. Daher wurde die Häufigkeit des Brechens während des Verdrillens reduziert. Außerdem wurde ein verdrillter Draht aus Kupferlegierung erhalten, der beim Drahtverdrillen nicht leicht bricht und eine gute Festigkeit und Dehnungsrate aufweist. Auch wurde bestätigt, dass die erhaltenen verdrillten Drähte aus Kupferlegierung zwar eine hohe Festigkeit aufwiesen, aber auch eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 62 % IACS aufwiesen und ihre Festigkeit verbessert war, ohne die elektrische Leitfähigkeit zu beeinträchtigen.
Zwar wurden vorstehend die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail beschreiben, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung zur Verwendung als Leiter einer elektrischen Leitung für ein Automobil, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt des Ausbildens eines Gussmaterials mit einer Zusammensetzung chemischer Bestandteile, die mindestens ein Zusatzelement enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fe, Ti, Sn, Ag, Mg, Zn, Cr und P in einer Menge von mindestens 1,0 Masse% und nicht mehr als 2,0 Masse% insgesamt, und wobei der Rest aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen gebildet ist; einen Schritt des Ausbildens eines expandierten Materials, indem das Gussmaterial plastischer Verformung unterzogen wird; einen Schritt des Ausbildens eines intermediären Drahtmaterials durch Drahtziehen des expandierten Materials; einen Schritt des Weichglühens des intermediären Drahtmaterials; einen Schritt des Ausbildens eines Einzeldrahts durch Drahtziehen des weichgeglühten intermediären Drahtmaterials bei einem Kaltverformungsgrad in einem Bereich von mindestens 77 % und weniger als 99 %; und einen Schritt des Ausbildens eines verdrillten Drahts durch Verdrillen mehrerer der Einzeldrähte und des Erwärmens des verdrillten Drahts, oder des Erwärmens des Einzeldrahts und des Ausbildens eines verdrillten Drahts durch Verdrillen mehrerer der erwärmten Einzeldrähte.
Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung der chemischen Bestandteile des Gussmaterials O in einer Menge von nicht mehr als einem Massenanteil von 20 ppm enthält.
Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Durchmesser des Einzeldrahts nicht mehr als 0,3 mm beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Querschnitt des verdrillten Drahts nicht mehr als 0,22 mm² beträgt.
Verdrillter Draht aus Kupferlegierung, der durch das Verfahren zum Herstellen eines verdrillten Drahts aus Kupferlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 erhalten wird, wobei eine Zugfestigkeit mindestens 450 MPa beträgt und eine Dehnungsrate mindestens 5 % beträgt.
Verdrillter Draht aus Kupferlegierung nach Anspruch 5, wobei eine elektrische Leitfähigkeit mindestens 62 % IACS beträgt.
Elektrische Leitung für ein Automobil, umfassend: den verdrillten Draht aus Kupferlegierung nach Anspruch 5 oder 6; und einen Isolator, mit dem ein Außenumfang des verdrillten Drahts aus Kupferlegierung beschichtet ist.