C51000 Phosphor Bronze Selection Guide

C51000 ist eine 5% Zinn-Phosphorbronze – die Standardwahl für elektronische Federkontakte, Steckverbinder und Schaltkomponenten. Sie liegt zwischen Reinkupfer (hohe Leitfähigkeit, geringe Festigkeit) und Berylliumkupfer (extreme Festigkeit, höhere Kosten).

Was ist C51000 Phosphorbronze?

Kern von C51000 (ASTM Phosphorbronze Grad A): 5% Zinn für Mischkristallverfestigung und Kaltverfestigungsfähigkeit, plus ein geringer Phosphorzusatz, der als Desoxidationsmittel und Kornfeiner wirkt – letzteres verbessert direkt die Ermüdungslebensdauer.

In Band- und Blechform wird C51000 für gestanzte Steckverbinderkontakte, Relaisfedern, Schaltkontakte, Sicherungsklemmen und EMV-Abschirmfinger verwendet. Drahtqualitäten werden für Federn, Verbindungselemente und gewebte Bänder eingesetzt. Die Legierung wird manchmal als “Phosphorbronze A” bezeichnet, um sie von C52100 (~8% Zinn) zu unterscheiden.

Chemische Zusammensetzung von C51000

Kupfer (Cu)	Rest
Zinn (Sn)	4.2–5.8
Phosphor (P)	0.03–0.35
Blei (Pb)	≤ 0,05
Eisen (Fe)	≤ 0,10
Zink (Zn)	≤ 0,30

Zinn unter 4% führt zu einem merklichen Festigkeitsabfall. Über 6% verschlechtert sich die Kaltumformbarkeit – das ist der Bereich von C52100. Phosphor bei 0,10–0,35% sorgt für eine sinnvolle Kornfeinung. Wenn die Ermüdungslebensdauer kritisch ist, lohnt es sich, Phosphor am oberen Ende des Bereichs zu spezifizieren.

Blei wird unter 0,05% gehalten, was C51000 RoHS-konform macht.

Mechanische Eigenschaften von C51000 nach Härtegrad

C51000 wird in kaltverfestigten Härtegraden geliefert. Die Legierung kann nicht durch Wärmebehandlung verstärkt werden – nur durch Kaltverformung.

Härtegrad	Zugfestigkeit (MPa)	Streckgrenze(MPa)	Dehnung (%)	Härte
Weichgeglüht (O61)	310–380	105–170	40–50	30–55
H02 (halbhart)	420–520	310–415	20–35	60–75
H04 (hart)	510–620	450–550	10–20	75–85
H06 (Extra Hart)	590–690	550–640	5–12	84–90
H08 (federhart)	650–760	600–700	3–8	88–94
H10 (Extra Federhart)	690–830	640–760	1–4	91–97

Leitfaden zur Auswahl des Härtegrades:

O61 — Tiefziehen und komplexe Umformungen. Nicht für Teile, die ohne nachträgliche Kaltverfestigung wiederholten Belastungen ausgesetzt sind.
H02–H04 — Der optimale Bereich für gestanzte Steckverbinderkontakte. Ausreichende Umformbarkeit für 90°-Biegungen, ausreichende Festigkeit für zuverlässige Kontaktkraft.
H06–H08 — Flachfedern und einfache Biegungen. Bei H08 Biegeradien auf 2–4× Materialdicke begrenzen und mit 10–15° Rückfederung rechnen.
H10 — Maximale Festigkeit, minimale Duktilität. Nur flache Teile. Biegungen enger als 4× Dicke führen zu Rissen.

Wenn Ihr Design eine Festigkeitssteigerung nach der Umformung benötigt, ist C51000 die falsche Legierung – wechseln Sie zu ausscheidungshärtbarem C17200 oder C70250.

Elektrische Leitfähigkeit und thermische Eigenschaften von C51000

Elektrische Leitfähigkeit	15% IACS (min.), typischerweise 15–17%
Elektrischer Widerstand	~11,5 µΩ·cm bei 20°C
Wärmeleitfähigkeit	~70 W/m·K

Kontext Leitfähigkeit-Festigkeit:

Legierung	Elektrische Leitfähigkeit ( % IACS)	Typische Zugfestigkeit (MPa)
C11000 (Reinkupfer)	100	~250
C26000 (Messing)	28	~350
C51000	15	450–550
C52100	13	550–650
C17200 (BeCu)	22	1000+

C51000 bietet eine für Signal- und Nieder- bis Mittelstromkontakte ausreichende Leitfähigkeit, gepaart mit Federeigenschaften, die über Tausende von Zyklen beständig sind. Für Leistungskontakte über 5 A Dauerstrom wechseln Sie zu einer Legierung mit höherer Leitfähigkeit oder vergrößern Sie den Querschnitt.

Die Leitfähigkeit sinkt um etwa 10% pro 100°C Temperaturanstieg. Bei Betriebstemperaturen über 100°C entsprechend reduzieren.

Umformbarkeit und Verarbeitung

90°-Biegegrenzen nach Härtegrad und Kornrichtung:

Härtegrad	Min. 90°-Biegeradius quer zur Kornrichtung	Min. 90°-Biegeradius in Kornrichtung	Typische Rückfederung	Empfohlene Verarbeitungsanwendung
H02–H04	1T	2T	5–8°	Gestanzte Anschlussklemmen
H06	1,5T	3T	10–12°	Einfach geformte Kontakte
H08	2–4T	Vermeiden	12–15°	Nur Flachfedern
H10	Mindestens 4T	Rissgefahr	15°+	Nur flache Teile

Die Rückfederung variiert um ±3–5% zwischen den Chargen. Eine Probestreifen aus der Produktionscharge bestätigt dies und reduziert das Risiko von Werkzeugnacharbeiten. Bei H06+ ist eine Überbiegungskompensation im Folgeverbundwerkzeug erforderlich.

Tiefziehen. Nur weichgeglühter Zustand (O61). C51000 verfestigt sich schneller als Messing – für Umformgrade über 40% kann eine Zwischenglühung erforderlich sein. Bei gelagerten Stanzteilen schützt VCI-Papier oder versiegelte Verpackung vor Oberflächenoxidation, die die Lötbarkeit beeinträchtigt.

Fügen und Beschichten:

Löten: kompatibel mit Standard-Sn-Pb- und bleifreien Loten
Widerstandsschweißen: möglich, benötigt höheren Strom als Kupfer. Bei höheren Temperaturen werden Kupfer-Wolfram-Elektroden bevorzugt.
Beschichtung: Zinn, Silber, Gold – alle kompatibel. Der niedrige Bleigehalt vereinfacht das Badmanagement im Vergleich zu bleihaltigen Messingen.
Nickelzwischenschicht wird für korrosive Umgebungen empfohlen

Korrosionsbeständigkeit und Umgebungsgrenzen

C51000 hat eine bessere atmosphärische Korrosionsbeständigkeit als Messing und bildet eine schützende Patina statt zu entzinken.

Sichere Bedingungen: Innenraumelektronik, milde Außenanwendungen, Süßwasserkontakt, die meisten organischen Atmosphären.

Vorsicht erforderlich:

Ammoniak/Amine – Spannungsrisskorrosionsgefahr, besonders bei H06+. Prüfen Sie die Nähe zu Reinigungschemikalien oder Industrieatmosphären.
Sulfidhaltige Atmosphären – Beschleunigtes Anlaufen. Goldbeschichtung oder Versiegelung können erforderlich sein.
Salzsprühnebel – Besser als Messing, schlechter als Marinebronzen. Nicht für dauerhafte Meeresumgebungen.
pH-Wert unter 4 – Die Zinnoxidschicht bricht zusammen. Eine Nickelbarriereschicht wird für Kontakte in Batteriefächern empfohlen.

Galvanische Verträglichkeit:

Gegenmaterial	Galvanische Rolle von C51000	Konstruktion / Korrosionsrisiko
Aluminium, Stahl	Kathodisch	Gegenstück korrodiert – in feuchten Umgebungen ohne Beschichtung vermeiden
Gold, Edelstahl	Anodisch	C51000 opfert sich selbst – Goldbeschichtung empfohlen
Verzinntes Messing	Nahezu neutral	Übliche, harmlose Kombination. Goldbeschichtetes C51000 + verzinnte Messingstifte funktionieren zuverlässig

Normen, Spezifikationen und Beschaffungscheckliste

Norm	Formular
ASTM B103	Phosphor bronze strip (primär für Steckverbinderband)
ASTM B139	Blech und Platte
ASTM B159	Draht

Wesentliche Bestellangaben:

Legierung: C51000 (nicht nur “Phosphorbronze”)
Zustand: O61 / H02 / H04 / H06 / H08 / H10
Dicke und Toleranz (gemäß ASTM B103)
Breite und Kantenzustand
Oberflächenbeschaffenheit
Menge und Spulen-/Blechabmessungen
MTR/MTC: pro Auftrag, pro Schmelze oder pro Spule

Ein Standard-MTR umfasst chemische Analyse (Cu, Sn, P, Pb, Fe, Zn), Zugeigenschaften (UTS, YS, Dehnung gemäß ASTM E8), Härte und Korngröße (für weichgeglühten Zustand). Leitfähigkeitsprüfung, Spannungsrelaxationsdaten oder Ermüdungs-S-N-Kurven sind ergänzend – fordern Sie diese während der Angebotsphase an, nicht nach Auftragserteilung. Bei ermüdungs- oder relaxationskritischen Anwendungen legen Sie Prüfverfahren, Probenanzahl und Akzeptanzkriterien vorab fest.

Wann C51000 nicht die richtige Wahl ist

Leitfähigkeit über 25% IACS erforderlich → C26000-Messing (28%) oder Reinkupfer (100%). I²R-Erwärmung in C51000 bei Dauerströmen über 5 A führt typischerweise zu einer Auslegung mit höherleitfähigen Legierungen.
Wärmebehandlung nach der Umformung für endgültige Festigkeit erforderlich → C17200 (BeCu) oder C70250 (Cu-Ni-Si). C51000 hat keine Ausscheidungshärtungsreaktion – alle Festigkeit stammt aus Kaltverformung, die verloren geht, wenn das Teil nach der Umformung geglüht wird.
Spannungsrückhalt > 80% nach 1.000 Stunden bei 105°C → Berylliumkupfer oder werksgehärtete Speziallegierungen. C51000 fällt bei dieser Temperatur unter 70% Rückhalt – die Normalkraft erodiert bis zu unzuverlässigem Kontakt.
Maximale Umformbarkeit im Anlieferzustand → C26000-Patronenmessing, günstiger und mit 50%+ Dehnung im weichgeglühten Zustand gegenüber ~40% bei C51000.
Kontinuierlicher Salzsprühtest oder saures Eintauchen → Marinebronze (C46400) oder Aluminiumbronze. Die Zinnoxid-Patina von C51000 widersteht nicht kontinuierlichem Chloridangriff.
Kosten dominieren, und Leistungsspielräume sind großzügig → C26000-Messing zu etwa der Hälfte der Materialkosten. Zahlen Sie nur für Phosphorbronze, wenn Sie brauchen, was Phosphorbronze leistet.

Fazit

C51000 verdient seinen Platz, indem es Strom angemessen leitet und Ermüdung sowie Spannungsrelaxation besser widersteht als alles in seiner Preisklasse. Der falsche Zustand kostet mehr in Werkzeugnacharbeit als das Material selbst – H04 für gestanzte Kontakte, H08 für Flachfedern, weichgeglüht für Tiefziehen.

Wenn Ihre Konstruktion C51000 in einem bestimmten Zustand, Dicketoleranz oder Schlitzbreite erfordert – mit MTR-Dokumentation – senden Sie Ihre Spezifikation für ein technisches Angebot.