C51900 ist das höher verzinnte Arbeitstier in der Phosphorbronze-Familie. Während C51000 (5 % Sn, 15 % IACS) Standardsteckverbinder- und Federkontaktlasten bewältigt, bietet C51900 (6 % Sn, 11–13 % IACS) die Reserve – höhere Federkraft, bessere Dauerfestigkeit oder einen kleineren Querschnitt bei gleicher Last.
Die Entscheidung zwischen C51000 und C51900 hängt davon ab, ob die Anwendung eine Leitfähigkeitsreserve oder eine mechanische Reserve erfordert. Eine Überspezifikation auf C51900 erhöht die Materialkosten für nicht benötigte Festigkeit. Eine Unterspezifikation auf C51000, wenn die zyklische Spannung deren Dauerfestigkeit übersteigt, führt zu Kontaktkraftdrift und Feldausfällen.
Was ist C51900 Phosphorbronze
C51900 ist eine Knet-Phosphorbronze der UNS-C50000-Serie, definiert nach ASTM B103/B103M (Blech und Band), ASTM B139/B139M (Stangen und Stäbe) und ASTM B159/B159M (Draht). Der Zinngehalt liegt zwischen 5,0 und 7,0 %. Damit ordnet sich C51900 zwischen C51000 (4,2–5,8 % Sn) und C52100 (7,0–9,0 % Sn) im Phosphorbronze-Spektrum ein.
Der höhere Zinngehalt erhöht die Kaltverfestigungsrate der Legierung. Kaltgewalzte Zustände erreichen höhere Streckgrenzen als C51000 bei gleichem Reduktionsverhältnis. Anwendungen, die C51900 wählen, priorisieren Federkraft und Dauerfestigkeit gegenüber elektrischer Leitfähigkeit.
Phosphor (0,03–0,35 %) desoxidiert die Schmelze beim Gießen. Er trägt auch zur Verschleißfestigkeit bei. Zinn und Phosphor bilden gemeinsam eine feine Verteilung von Cu₃P-Partikeln. Diese Partikel erhöhen die Steifigkeit und reduzieren den adhäsiven Verschleiß bei Gleitkontakten.
Chemische Zusammensetzung von C51900
Die ASTM-B103-Zusammensetzungsgrenzen für C51900, im direkten Vergleich mit C51000:
| Element | C51900 ( %) | C51000 ( %) |
| Cu + Sn + P | 99,5 min | 99,5 min |
| Sn | 5.0–7.0 | 4.2–5.8 |
| P | 0.03–0.35 | 0.03–0.35 |
| Fe | 0,10 max | 0,10 max |
| Pb | 0,05 max | 0,05 max |
| Zn | 0,30 max | 0,30 max |
Alles außer Zinn liegt im gleichen Bereich. Der einzige numerische Unterschied zwischen den Zusammensetzungsgrenzen von C51900 und C51000 ist das Zinnfenster. Die beiden Legierungen gehen von nahezu identischen Schmelzen aus. Der Zinngehalt ist der Treiber für die Leistungsunterschiede.
Mechanische und physikalische Eigenschaften von C51900
Drei Zustände decken die meisten Band- und Blechspezifikationen ab.
| Eigenschaft | H02 (halbhart) | H04 (hart) | H08 (federhart) |
| Zugfestigkeit (ksi) | 70–85 | 85–100 | 95–110 |
| Streckgrenze, 0,2 %-Dehngrenze (ksi) | 55–75 | 75–95 | 85–105 |
| Bruchdehnung in 2″ ( %) | 10–18 | 3–8 | 1–3 |
| Härte (Rockwell B) | 80–89 | 92–98 | 97–102 |
Physikalische Konstanten:
| Eigenschaft | Wert |
| Elektrische Leitfähigkeit ( % IACS) | 11–13 |
| Wärmeleitfähigkeit (W/m·K) | ~67 |
| Dichte (g/cm³) | 8.80 |
| Elastizitätsmodul (GPa) | 110 |
Die Leitfähigkeit ist der Kompromiss. C51000 liegt bei etwa 15 % IACS. C51900 fällt auf 11–13 % IACS, da das zusätzliche Zinn im Mischkristall mehr Elektronen streut. Für die meisten Federkontaktanwendungen sind 11–13 % IACS ausreichend – der Steckverbinderwiderstand wird durch den Kontaktübergangswiderstand dominiert, nicht durch den spezifischen Widerstand des Grundmaterials. Aber bei Stromschienen oder hochstromtragenden Federn macht diese Lücke von 2–4 % IACS einen Unterschied.
Die Zustandsauswahl ist entscheidend. Der Federzustand H08 bietet maximale Festigkeit, aber die Dehnung fällt auf 1–3 %. Biege- und Umformoperationen bei H08 erfordern großzügige Biegeradien (≥ 3t für 90°-Biegungen). Der halbharte Zustand H02 bietet eine praktikable Balance: ausreichende Festigkeit für die meisten Relais- und Schalterfedern bei einer Dehnung, die hoch genug ist, um sekundäre Umformungen ohne Rissbildung zu überstehen.
Go / No-Go-Grenzen
- Go: Zyklische Federkraftdegradation unter 5 % über die Auslegungslebensdauer bei 11 % IACS Leitfähigkeit.
- Go: Dieselbe Geometrie benötigt 10–20 % mehr Federkraft oder ein Formfaktor, bei dem die Spannungsgrenzen von C51000 überschritten werden.
- No-Go: Dauerstrom über 5 A durch einen kleinen Querschnitt – die geringere Leitfähigkeit von C51900 verstärkt die I²R-Erwärmung.
- No-Go: Engradienbiegungen im Federzustand H08. Umformrisse bei federhartem C51900 sind ein häufiger Feldausfallgrund.
C51900 vs. C51000 – Wann ein Upgrade sinnvoll ist
Das Leitfähigkeitsbudget, die erforderliche Federkraftreserve und die Auslegungslebensdauer bestimmen die Wahl.
| Entscheidungsfaktor | Bei C51000 bleiben | Auf C51900 aufrüsten |
| Federkraft | Standardkontaktdruck ausreichend | 10–20% mehr Kraft im gleichen Bauraum erforderlich |
| Ermüdungslebensdauer | < 10⁶ Zyklen akzeptabel | 10⁷+ Zyklen erforderlich oder Sicherheitsmarge nötig |
| Leitfähigkeitsbudget | 15% IACS erforderlich | 11% IACS akzeptabel |
| Miniaturisierung | Nicht im Fokus | Bauteil wird kleiner, C51000-Streckgrenze zu niedrig |
| Materialkosten | Preisempfindlich | Festigkeitsgewinn rechtfertigt Aufpreis |
Der Kostenunterschied zwischen C51000 und C51900 ist gering – typischerweise ein einstelliger Prozentsatz beim Rohband- oder Drahtpreis. Die tatsächlichen Kosten entstehen durch Überdimensionierung (Spezifikation von C51900, obwohl C51000 ausreichen würde) oder durch Ausfälle im Feld aufgrund von Unterdimensionierung. Keines von beidem ist die wenigen eingesparten oder ausgegebenen Dollar für das Rohmaterial wert.
Der konservative Ansatz setzt standardmäßig auf C51000 für allgemeine Steckerfedern. C51900 wird spezifiziert, wenn Tests eine Drift der C51000-Federkraft von mehr als 5% über die geforderte Lebensdauer zeigen oder wenn die Miniaturisierung des Designs die Spannungsniveaus von C51000 außerhalb seines sicheren Ermüdungsbereichs treibt.
Äquivalente Güten von C51900 (Querverweis)
Mehrere Normen decken dieselbe Legierung unter verschiedenen Bezeichnungen ab.
| Norm | Bezeichnung | Region |
| EN 1652 / EN 1654 | CuSn6 (CW452K) | Europa |
| JIS H3110 / H3130 | C5191 | Japan |
| BS 2870 / BS 2874 | PB103 | Vereinigtes Königreich |
| GB/T 2059 / GB/T 2060 | QSn6.5-0.1 | China |
| ISO 1634 / ISO 1639 | CuSn6 | International |
Überprüfung der chemischen Überschneidung
CuSn6 (EN CW452K) spezifiziert Sn 5,5–7,0%, was ein engeres und geringfügig höheres Fenster als C51900s 5,0–7,0% darstellt. C5191 (JIS) spezifiziert ebenfalls Sn 5,5–7,0%. Material, das entweder nach EN CuSn6 oder JIS C5191 zertifiziert ist, liegt innerhalb der Grenzen von ASTM C51900. In der Praxis sind Band und Draht, die unter einem dieser Namen verkauft werden, austauschbar, sofern der mechanische Zustand übereinstimmt.
Materialaustauschbarkeit garantiert keine Dokumentationsübereinstimmung.
Dokumentenfalle: Ein europäischer Lieferant, der nach EN 1652 zertifiziert, führt möglicherweise nicht UNS C51900 im MTR auf. Umgekehrt verweist ein US-Werk, das nach ASTM B103 zertifiziert, möglicherweise nicht auf CW452K. Wenn eine Kundenzeichnung CuSn6 vorschreibt und das beschaffte Material ein C51900-Band ist, muss die Zuordnung der Härtebezeichnungen überprüft werden – die europäischen Bezeichnungen R430 / R540 / R620 haben nicht immer eine 1:1-Entsprechung zu ASTM H02 / H04 / H08.
Typische Anwendungen von C51900
C51900 wird überall dort spezifiziert, wo eine Feder millionenfach zyklisch belastet wird oder ein Kontakt über Jahre hinweg eine konstante Kraft benötigt. Hoher Elastizitätsmodul, Ermüdungsbeständigkeit und moderate Leitfähigkeit definieren den Anwendungsbereich:
- Elektrische Steckverbinder und Kontakte: Automobilsteckverbinderkontakte, Board-to-Board-Steckverbinder, Batteriekontakte. Die Legierung widersteht Spannungsrelaxation bei erhöhten Temperaturen und erhält die Kontaktkraft über Jahre thermischer Zyklen hinweg.
- Schaltkomponenten: Relaisfedern, Mikroschalterlamellen, Schiebeschalterkontakte. C51900 bewältigt die wiederholten Durchbiegungszyklen, ohne eine bleibende Verformung zu erleiden.
- Federscheiben und Wellenfedern: Wo ein dünner Querschnitt über die Lebensdauer der Klemmverbindung eine konstante Axialkraft erzeugen muss.
- Faltenbälge und flexible Kupplungen: Phosphorbronze-Faltenbälge in Instrumenten- und Drucksensoren verlassen sich auf die Ermüdungsleistung und Korrosionsbeständigkeit von C51900.
- Drahtbürsten und mechanische Federn: Industriebürsten unter konstanter mechanischer Belastung, bei denen Verschleißfestigkeit und Rückfederung wichtiger sind als die elektrische Leistungsfähigkeit.
Anwendungseignung nach Härtegrad
| Härtegrad | Typische Anwendungseignung |
| H02 (halbhart) | Relaisfedern, Schaltkontakte, die eine Nachformung benötigen |
| H04 (hart) | Steckverbinderkontakte, Sprengringe, Flachfedern |
| H08 (federhart) | Gestanzte Kontakte ohne Nachformung, Wellenscheiben, Tellerfedern |
Beschaffungshinweise
C51900 ist in allen Standard-Knetlegierungsformen erhältlich: Band, Blech, Platte, Stange, Stab, Draht und Rohr. Die meisten Steckverbinder- und Federanwendungen beginnen mit kaltgewalztem Band oder kaltgezogenem Draht im erforderlichen Härtegrad.
- Lieferzeit: Band in Standard-Härtegrad aus Werkslager wird bei inländischen Lieferanten in der Regel in 2–4 Wochen versendet. Kundenspezifische Härtegrade, nicht standardisierte Dicken oder spezielle Breiten-/Spaltkombinationen können die Lieferzeit auf 6–10 Wochen verlängern.
- Dokumentation: Jede Lieferung umfasst einen Materialprüfbericht (MTR) mit chemischer Analyse, mechanischen Eigenschaften und Härtegradbezeichnung. Für Exportanwendungen muss der MTR sowohl die UNS-Bezeichnung als auch die lokale Äquivalentgüte des Kunden aufführen.
- Linsy Kupfer: C51900 Phosphorbronze ist im Standard-Bronze-Lieferprogramm von Linsy enthalten, neben C51000, C51100, C52100 und C54400. Erhältlich als Band, Blech, Platte, Stange, Stab und Draht – sowohl ab Lager als auch mit kundenspezifischer Produktion bei niedriger Mindestbestellmenge. Die typische kundenspezifische Lieferzeit beträgt 10–60 Tage, abhängig von Abmessungen und Verarbeitungsanforderungen.
Fazit
C51900 ist die richtige Phosphorbronze, wenn Federkraft oder Ermüdungslebensdauer von C51000 nicht ausreichen. Das Leitfähigkeitsbudget (11% IACS vs. 15% IACS), die erforderliche Federkraftreserve und die konstruktive Lebensdauer bestimmen die Wahl. Wenn ein Steckverbinderdesign kleiner wird und C51000 die Lücke nicht schließen kann, ist C51900 (oder seine internationalen Äquivalente, CuSn6/C5191) das logische Upgrade. Wenn Ihr Bauteil noch zwischen C51000 und C51900 liegt, senden Sie uns Ihre Zeichnung – wir prüfen die Güteanpassung an Ihre Anforderungen.
FAQ
-
C5191 ist die JIS-Bezeichnung (japanisch); C51900 ist die UNS-Bezeichnung (US-amerikanisch). Chemisch und mechanisch sind sie austauschbar. Der Zinnbereich ist für beide praktisch identisch. Prüfen Sie Härtegradtabellen beim Querverweis – JIS verwendet “H”-Bezeichnungen (ähnlich ASTM), aber die spezifischen Festigkeitsbereiche können zwischen den Normen leicht abweichen.
-
Bei Niedrigstrom-Signalsteckverbindern, ja – teilweise. C51900 kann die Festigkeit (175 ksi+) oder Leitfähigkeit (22%+ IACS) von Berylliumkupfer nicht erreichen, und seine Spannungsrelaxationsbeständigkeit bei Temperaturen über 150°C ist unterlegen. Für Steckverbinder bei Umgebungstemperatur mit 1–5 A und Standardkontaktkräften ist C51900 jedoch eine kostengünstige Alternative, die die Gesundheits-/Sicherheitsanforderungen bei der Handhabung von Beryllium vermeidet.
-
Nein. C51900 ist eine kaltverfestigte Legierung und spricht nicht auf Ausscheidungshärtung an. Das Kaltumformen in die endgültige Form führt zu zusätzlicher Kaltverfestigung, die die Festigkeit lokal erhöhen kann, aber auch die Restduktilität verringert. Spannungsarmglühen bei 200–250°C für 1–2 Stunden kann Restformspannungen reduzieren, ohne das Material wesentlich zu erweichen.
-
Löten ist unkompliziert mit Kolophonium-Flussmitteln und Sn-Pb- oder Sn-Ag-Cu-Loten. Der Phosphorgehalt in der Legierung (0,03–0,35%) kann das Schmelzschweißen beeinträchtigen – WIG-Schweißen ist möglich, kann aber aufgrund von Zinnseigerung spröde Schweißzonen erzeugen. Widerstandsschweißen (Punktschweißen) funktioniert besser für dünne C51900-Bandverbindungen.
David Huang ist ein Spezialist für Kupferwerkstoffe und Vertriebsleiter bei Linsy Copper mit langjähriger praktischer Erfahrung in der Unterstützung globaler Kunden bei der Beschaffung von Kupfer und Kupferlegierungen.
Er ist spezialisiert auf industrielle Kupferprodukte wie C11000-Kupfer, C10200-sauerstofffreies Kupfer, Messing, Bronze, Kupferbleche, -platten, -rohre, -stangen und kundenspezifisch bearbeitete Kupferkomponenten.
Mit einem praktischen Verständnis der Kupferherstellung, Qualitätskontrolle, Oberflächenbehandlung und Exportlieferketten hilft David Kunden, die richtigen Materialien für elektrische, mechanische, maritime, Bau- und Industrieanwendungen auszuwählen.