Kupferlegierung. Die unter dem Namen Bleibronzen bekann ten Legierungen des Kupfers und Bleis, wel- ehe vorwiegend als Lagerwerkstoffe Verwen dung finden, machen infolge des grossen Er starrungsintervalles beider Metalle es schwie rig, die angestrebte feine Verteilung von Kup fer und Blei im Gefüge mit Sicherheit zu erreichen.
Es wurde schon vorgeschlagen, diese Schwierigkeiten durch weitere Legie rungszusätze wie Zinn, Nickel, Mangan, Kad mium oder Schwefel zu vermindern, aber die kornverfeinernde Wirksamkeit dieser Zusätze ist nur gering oder sogar bestritten, und sie bringen \ausserdem noch nachteilige Wirkun gen, wie Herabsetzung des Einlauf- und Not laufvermögensa oder im Falle des Schwefel zusatzes eine interkristalline Versprödung mit sich.
Es wurde gefunden, dass durch Zusätze von Kalzium oder andern Erdalkalimetallen zu Kupfer-Blei-Legierungen eine sehr erheb liche Verfeinerung der Bleiverteilung im Ge füge bewirkt und zugleich das Notlaufvermö- gen noch erhöht werden kann.
Gegenstand des vorliegenden Patentes ist nun eine insbesondere für Lager und andere dem Verschleiss durch Gleitung und Reibung ausgesetzte Gegenstände geeignete Kupfer legierung, die gekennzeichnet ist durch einen Gehalt an 9,5-50% Blei und 0,1-10% min- destens eines Erdalkalimetalls, insbesondere Kalzium.
Es genügen schon Zusätze von 0,1% Kal- zium, um eine merkliche Verbesserung der Bleiverteilung im Gefüge zu bewirken. Mit grösseren Kalziumzugaben wird die kornver feinerte Wirkung verstärkt, und es tritt eine Erhöhung der Härte ein.
Durch die Höhe des Kalziumzusatzes ge lingt es somit, die jeweils erforderliche Härte einzustellen.
Für Legierungen, welche für das Angie ssen an Stahl bestimmt sind, von welchen also keine hohe Härte und Festigkeit gefordert wird, genügen meist Kalziumzusätze von 0,1 bis 31/o bei Verhältnissen von Kalzium zu Blei wie 1 :300 bis 1 :10, während bei der Herstellung von Lagern ohne Stützschale vor teilhaft von der Härtung durch höhere Kal- ziumgehalte, solchen bis etwa 10% bei Ver- hältnissen von Kalzium zu Blei von 1 :5 bis 1 :1 Gebrauch gemacht wird.
In folgender Übersicht werden Beispiele von erfindungsgemässen Legierungen und ihren Härten gegeben:
EMI0001.0040
Härte
<tb> Nr. <SEP> Blei <SEP> Kalzium <SEP> Kupfer <SEP> (Brinell einheiten)
<tb> 1 <SEP> 27 <SEP> 0,5 <SEP> Rest <SEP> 40
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> 6 <SEP> Rest <SEP> 130
<tb> 3 <SEP> 12 <SEP> 4 <SEP> Rest <SEP> 110 Die in der Übersicht aufgeführten Brinell- härten beziehen sich auf den Gusszustand. Durch Glühen bei höheren Temperaturen kön nen sie auffällig stark erniedrigt werden. Bei spielsweise geht dabei die Härte von Legie rung 2 auf etwa 60 Brinelleinheiten zurück.
Eine Steigerung der Härte der Legierung kann durch den Zusatz von Nickel, Eisen, Mangan, Aluminium, Zinn, Kadmium und andere derartige bekannte, zur Härtung von Kupfer dienende Elemente erzielt werden. Sie können einzeln oder gemeinsam zulegiert wer- den und insgesamt bis 3 % ausmachen.
Die günstige Wirkung des Kalziumzusatzes dürfte auf die Bildung von intermetallischen Verbindungen des Kalziums mit Blei zurück zuführen sein. Durch diese Verbindungsbil dung wird je nach dem Verhältnis von Kal zium zu Blei die niedrig schmelzende Blei phase, welche beim Vergiessen von binären Bleibronzen so grosse Schwierigkeiten macht, vermindert oder entfernt zugunsten inter- meta.llischer Verbindungen, welche sich als Gefügebestandteile der Kupferlegierungen noch günstiger auf die Lagereigenschaften auswirken als das elementare Blei.
Auf diese Bildung von höher schmelzenden intermetalli- sehen Verbindungen ist es auch zurückzufüh ren, dass beim Glühen der erfindungsgemässen Legierungen mit entsprechend hohem Kalzium gehalt bei Temperaturen bis zu 800 kein Aus schwitzen von Blei wie bei den binären Blei bronzen zu beobachten ist. Die Möglichkeit des Weichglühens ist in vielfacher Hinsicht, sei es unmittelbar zur Minderung der Härte der Legierung selbst oder bei im Verbund mit Stahl befindlichen Legierungen zur Wärme behandlung des Stahls, von Vorteil.
Die vorerwähnten Wirkungen des Kalziums in Kupfer-Blei-Legierungen vermögen auch die andern Erdalkalimetalle Strontium und Barium auszuüben. Es kann daher in den erfindungsgemässen Legierungen das Kalzium teilweise oder ganz durch diese Erdalkali- metalle ersetzt werden.
Als weitere Vorzüge der erfindungsgemä ssen Legierungen seien noch ihre hohe Ver schleissfestigkeit und gute Spanbarkeit auch auf Automaten erwähnt. Wichtig ist auch, dass selbst die härteren von ihnen verhältnis mässig weiche Stahlwellen nicht angreifen.
Die Verwendung der erfindungsgemässen Legierungen ist nicht nur auf die Herstellung von Büchsen. und (Tleitla@-ern beschränkt; die härteren von ihnen können zur Herstellung von allen andern dem. Verschleiss durch Glei- tung und Reibung ausgesetzten Gegenständen dienen.
Copper alloy. The alloys of copper and lead known under the name of lead bronzes, which are mainly used as bearing materials, make it difficult to achieve the desired fine distribution of copper and lead in the structure with certainty due to the large solidification interval of both metals .
It has already been proposed to reduce these difficulties by adding further alloying additives such as tin, nickel, manganese, cadmium or sulfur, but the grain-refining effectiveness of these additives is only slight or even disputed, and they also have disadvantageous effects such as reduction the run-in and emergency running capacity or, in the case of the sulfur addition, intergranular embrittlement with it.
It has been found that the addition of calcium or other alkaline earth metals to copper-lead alloys brings about a very considerable refinement of the lead distribution in the structure and at the same time increases the emergency running capacity.
The subject of the present patent is a copper alloy which is particularly suitable for bearings and other objects exposed to wear through sliding and friction, which is characterized by a content of 9.5-50% lead and 0.1-10% of at least one alkaline earth metal , especially calcium.
Additions of 0.1% calcium are sufficient to bring about a noticeable improvement in the lead distribution in the structure. With larger calcium additions, the grain-refined effect is intensified and the hardness increases.
The amount of calcium added makes it possible to set the required hardness in each case.
For alloys which are intended for casting on steel, which therefore do not require high hardness and strength, calcium additions of 0.1 to 31 / o are usually sufficient with a ratio of calcium to lead such as 1: 300 to 1: 10, while in the manufacture of bearings without a supporting shell, use is advantageously made of hardening by means of higher calcium contents, such as up to about 10% with a calcium to lead ratio of 1: 5 to 1: 1.
The following overview gives examples of alloys according to the invention and their hardnesses:
EMI0001.0040
hardness
<tb> No. <SEP> lead <SEP> calcium <SEP> copper <SEP> (Brinell units)
<tb> 1 <SEP> 27 <SEP> 0.5 <SEP> remainder <SEP> 40
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> 6 <SEP> remainder <SEP> 130
<tb> 3 <SEP> 12 <SEP> 4 <SEP> rest <SEP> 110 The Brinell hardnesses listed in the overview refer to the as-cast state. They can be noticeably reduced by annealing at higher temperatures. For example, the hardness of alloy 2 is reduced to around 60 Brinel units.
An increase in the hardness of the alloy can be achieved by adding nickel, iron, manganese, aluminum, tin, cadmium and other such known elements used for hardening copper. They can be added individually or together and make up a total of 3%.
The beneficial effect of adding calcium is probably due to the formation of intermetallic compounds between calcium and lead. Through this formation of connections, depending on the ratio of calcium to lead, the low-melting lead phase, which causes great difficulties when casting binary lead bronzes, is reduced or removed in favor of intermetallic compounds, which are even more beneficial as structural components of copper alloys on the storage properties than the elementary lead.
This formation of higher melting intermetallic compounds can also be attributed to the fact that when the alloys according to the invention with a correspondingly high calcium content are annealed at temperatures up to 800, no exudation of lead as with the binary lead bronzes is observed. The possibility of soft annealing is advantageous in many respects, be it directly to reduce the hardness of the alloy itself or in the case of alloys that are in combination with steel for heat treatment of the steel.
The aforementioned effects of calcium in copper-lead alloys can also be exerted by the other alkaline earth metals strontium and barium. The calcium in the alloys according to the invention can therefore be partially or completely replaced by these alkaline earth metals.
Further advantages of the alloys according to the invention are their high wear resistance and good machinability, even on automatic machines. It is also important that even the harder ones do not attack the relatively soft steel shafts.
The use of the alloys according to the invention is not restricted to the manufacture of cans. and (Tleitla @ -ern limited; the harder of them can be used for the manufacture of all other objects exposed to wear and tear through sliding and friction.