CN101331241B - 铜锌合金以及由其制成的同步环 - Google Patents
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Abstract
铜锌合金，包含：55到75重量％的铜、0.1到8重量％的铝、0.3到3.5％重量的铁、0.5-8重量％的锰、0到低于5重量％的镍、0到低于0.1重量％的铅、0-3重量％的锡、0.3到5重量％的硅、0到低于0.1重量％的钴、0到低于0.05重量％的钛、0到低于0.02重量％的磷、不可避免的杂质及作为余量的锌。
Description
技术领域
本发明涉及一种基本上无铅的铜锌合金。本发明还涉及这样的铜锌合金制作同步环的用途，以及涉及同步环。
背景技术
如同用于电子工业一样，铜锌合金或黄铜还应用于卫生工业。在汽车工业中，具有高耐磨性和高摩擦系数的黄铜环被用于同步环，该同步环用于机械变速箱用以使齿轮同步。
为使铜锌合金容易加工，特别是通过机械加工，必须使材料获得一定脆性，以尽量避免在加工过程中产生长切屑，该长切屑难以从工作场所和加工工具移去。已知，通过加入一定比例的铅可获得黄铜的机械加工所期望的这种脆性。然而，相应剂量的铅不利地对人体健康具有危害。
因此，期望提供含铅量尽可能低或甚至不含铅的可机械加工的铜锌合金。尽管多种欧盟准则仍然允许在黄铜合金中使用铅，但仍期望将应用于机动车的黄铜所容许的高达4％的含铅量调低。
从EP1045041B1知晓了一种在卫生工业中应用的无铅铜锌合金。公开的合金包含69到79重量％的铜，2到4重量％的硅，0.1到1.5重量％的铝和0.02到0.25重量％的磷。硅、铝和磷组分的相互作用旨在产生合金的γ相，该相在不使用铅的情况下确保良好的可机械加工性能。
从DE2919478C2、DE3735783C1、EP0657555B1知晓了用于同步环的具有高耐磨强度的低铅含量铜锌合金。
DE2919478C2公开了具有如下成分的铜锌合金：70到73重量％的铜、6到8重量％的锰、4到6重量％的铝、1到4重量％的硅、1到3重量％的铁、0.5到1.5重量％的铅、0到0.2重量％的镍、0到0.2重量％的锡和作为余量的锌。为获得高耐磨强度，该合金包含60到85％的α混合晶优势地精细分布于β相中的晶格。铅以相对小的重量比例与其合金化。
DE3735783C1提出了特别用于同步环的铜锌合金，该合金的组成为：50到65重量％的铜、1到6重量％的铝、0.5到5重量％的硅、5到8重量％的镍、以及可选的0到1重量％的铁、0到2重量％的铅和作为余量的锌。低于2重量％的铅比例是可选的。实现高耐磨性的原因在于镍主要以硅和铝的金属间化合物存在。
还从EP0657555B1知晓了一种具有高耐磨性的铜锌合金，该合金包含40到65重量％的铜、8到25重量％的镍、2.5到5重量％的硅、0到3重量％的铝、0到3重量％的铁、0到2重量％的锰、0到2重量％的铅、余量的锌以及不可避免的杂质。通过极高的镍和硅含量实现了高耐磨性，该镍和硅含量的效果在于基体含有高体积含量的镍硅化物。晶格不含有γ相，主要由β相组成。少量的铅被认为是有用的以便实现良好的可加工性能。
以外，DE2830459C3涉及一种具有高耐磨性的铜镍合金，该合金的组成如下：45到75重量％的铜、2到7重量％的铝、0.1到2重量％的铁、1到5重量％的镍，0.5到2重量％的硅、0.1到2重量％的钴和余量的锌。为了高耐磨性，该合金还包含镍-硅型金属间化合物，铝和钴也被限制在其中。该合金不合铅。
最后，DE3809994C3中，由以下组分形成了一种用于同步环的铜锌合金：20到40重量％的锌、2到8重量％的铝、至少两种形成金属间化合物的其它组分、至少一种为钛的组分、余量为铜或随机杂质。通过所述金属间化合物实现高耐磨性。铅是非必要的。
具有高耐磨强度的低铅和无铅的铜锌合金共有的特征是它们具有高含量的金属间相。这些金属间相导致合金的一定脆性，使得其更容易机械加工。切屑易于断裂并被移去。因此，可降低铅的比例或省略铅。如果不需要高耐磨性，如EP1045041B1，则可通过硅、铝和磷的相互作用在合金中稳定γ相，来降低铅的含量。该合金含有磷，以保证该合金在卫生工业中的期望应用中的脱锌阻力。
发明内容
本发明的一个目的是提供具有最高耐磨性的铜锌合金，该合金尤其适用于同步环，且基本上不含铅。
依据本发明，通过一种铜锌合金实现了该目的，该合金包含：55到75重量％的铜、0.1到8重量％的铝、0.3到3.5重量％的铁、0.5到8重量％的锰、0到低于5重量％的镍、0到低于0.1重量％的铅、0到3重量％的锡、0.3到5重量％的硅、0到低于0.1重量％的钴、0到低于0.05重量％的钛、0到低于0.02重量％的磷、不可避免的杂质和余量的锌。
本发明基于的思想是有意将铅含量降低至低于0.1重量％，而不借助金属间相或γ相的稳定作用提供关于所需机械加工性的补偿。通过必要的合金组分铝、锰、铁和硅来保证足够的耐磨性。规定量范围内的锰、铁和硅可在铜锌合金中产生足够的基本比例的金属间相。特别地，铝使混合晶体硬化。锰对于耐磨性具有积极作用。借助任选的所述另外的合金组分镍和锡可实现改良。其还可含有钴和钛，它们的含量可低于规定的极限。然而，使其与超过该极限的所述组分合金化，对于期望的可机械加工性能和获得期望的耐磨性是不必要的。磷作为一种合金组分，对于改善脱锌阻力是不必要的。
与本技术领域的先前观点不同，将铅的含量降低至低于0.1重量％而不增加金属间相的比例意外地成为可能，因为在广泛研究之后发现机加工所要求的铜锌合金是可能的，尤其是用于制作同步环，甚至无需加入铅。
当铜锌合金有利地包含如下成分时该铜锌合金的耐磨性能和磨耗强度可以得到改善：铝的比例为0.5到2.5重量％、铁的比例为0.3到1重量％、锰的比例为0.5到5重量％、镍的比例为0.5到低于5重量％、锡的比例为0到1.5重量％和硅的比例为0.3到2重量％。
在本发明的替代性的有利实施方案中，铜锌合金包含较高比例的铝，并且该合金的显著特征在于其包含：比例为3到8重量％的铝、比例为1到3重量％的铁、比例为5到8重量％的锰、比例为0到低于0.5重量％的镍、比例为0到低于0.5重量％的锡、和比例为1到4重量％的硅。这样的材料具有同步环需要的机械性能。
该铜锌合金适用于制作同步环，尤其是通过机械加工制作。
附图说明：
将借助附图和下面的实施例更详细地解释本发明的典型实施方案。
图1以透视图示出了一个同步环。
具体实施方式
图1显示了一个典型的同步环1，该同步环可以从铜锌合金制得，特别是通过机械加工制得。同步环1具有内表面3，该内表面用于同锥形摩擦配对物形成摩擦配合。与配套的带槽套筒上的对应的槽咬合的齿2排列在同步环1的外圆周。为了改善油的流动，内表面3具有位于轴向的油道4，该油道可在摩擦配合的情况下将存在的油快速移去。
实施例：
总共研究了4种合金，每对合金只在其铅含量上有所区别。合金1A包含：57.9重量％的铜、1.65重量％的铝、0.4重量％的铁、1.95重量％的锰、0.55重量％的铅、0.6重量％的硅和余量锌。合金1B与合金1A的区别在于不含铅，即，铅的含量仅在不可避免杂质的水平-0.02重量％。合金2A包含：69.7重量％的铜、5.2重量％的铝、1.1重量％的铁、7.8重量％的锰、0.8重量％的铅、1.8重量％的硅和余量铅，以及不可避免的杂质。合金2B与合金2A的区别在于，其铅含量仅在不可避免的水平-0.05。合金A是包含铅的对比合金，其在耐磨性和可加工性能方面适合于同步环。合金B是本发明的实施方案。
实施例1：
对于所述的合金，在Reichert摩擦和磨损平衡中测定耐磨强度(km/g)和耐磨系数，在全部移动距离2500m上的滑移速度为1.65m/sec且载荷为52N/mm2。为此目的，将由各个测试合金制成的直径2.7mm的黄铜钉以特定的载荷压到旋转的钢环上。耐磨强度和摩擦系数由特定运转距离后黄铜钉的重量损失来确定。结果总结在下面的表格中：
| 合金，编号 | 耐磨强度，km/g | 摩擦系数 |
| 1A | 201 | 0.12 |
| 1B | 235 | 0.12 |
| 2A | 1215 | 0.11 |
| 2B | 1458 | 0.11 |
可以看出，无铅合金B的耐磨强度和摩擦系数与含铅合金A相比并不逊色，相反得到提高。
实施例2：
对所述的合金进行了切割测试。为此目的，在根据图1的同步环中切割螺纹深度为0.37mm、螺距为0.65mm和螺腹角为60°的螺纹，所述同步环由测试的合金制成。螺纹槽总共被划刻5次；即，存在5个螺纹板牙。使用根据DIN 4990的质量K20的硬金属材料作为螺纹切割材料。在采用切割工具切出规定数目的螺纹槽之后，对工具的磨损进行测量。为此目的，测定了螺距的横截面面积在测试前后的差别。获得如下结果：
| 合金，编号 | 切出的螺纹槽数目 | 工具磨损，mm2 |
| 1A | 6846 | 0.0226 |
| 1B | 14670 | 0.0085 |
| 2A | 10273 | 0.0015 |
| 2B | 10273 | 0.0005 |
对合金1A进行螺纹开槽6846次之后停止测试，因为已经发生显著的工具磨损。可以确定，使用无铅合金B的工具磨损小于使用含铅金属A的工具磨损。
实施例3：
观察在根据实施例2进行切割测试中除去的切屑。可以确定，尽管无铅合金B的切屑与含铅合金A的切屑相比更长，但并未相互连接和交缠在一起。与预期的相反，该切屑可在机械加工期间被顺利地移去。
该无铅合金尤其适用于制作同步环。因此避免了加入铅来改善可机械加工性能。
附图标记列表
1 同步环
2 齿
3 内表面
4 油道
Claims (4)
1.铜锌合金，其特征在于，包含：55到75重量％的铜、比例为3到8重量％的铝、比例为1到3重量％的铁、比例为大于5重量％到8重量％的锰、比例为0到低于0.5重量％的镍、0到低于0.1重量的铅、比例为0到低于0.5重量％的锡和比例为1到4重量％的硅、0到低于0.1重量％的钴、大于0到低于0.05重量％的钛、0到低于0.02重量％的磷、不可避免的杂质和余量的锌。
2.根据权利要求1的铜锌合金在制作同步环(1)中的用途。
3.根据权利要求2的用途，其特征在于，所述同步环(1)由所述铜锌合金通过机械加工制得。
4.同步环(1)，其是由根据权利要求1的铜锌合金制得。
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