DD250952B3 - MANGANE ALUMINUM MULTI-LUBRICATED BRONZE FOR HIGH-PURCHASED CONSTRUCTION PARTS - Google Patents
MANGANE ALUMINUM MULTI-LUBRICATED BRONZE FOR HIGH-PURCHASED CONSTRUCTION PARTS Download PDFInfo
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Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Mangan-Aluminium-Mehrstoffbronze für hochverschleißbeanspruchte Konstruktionsteile der Umform-, Spritz- und Lagertechnik, insbesondere für Preßformen und Düsen der metall- und plastverarbeitenden Industrie, Kokillen, Kolben, Lager, Lagerschalen, -steine, -schrauben, -käfige. Gleit- und Kugellager, Schnecken- und Zahnräder, allgemeine Werkzeuge z. B. Schraubenschlüssel.The invention relates to a manganese-aluminum Mehrstoffbronze for highly wear-stressed construction parts of the forming, injection and storage technology, in particular for compression molding and nozzles of the metal and plastic processing industry, molds, pistons, bearings, bearings, bricks, screws, cages. Sliding and ball bearings, worm and gear wheels, general tools z. B. wrench.
Für das gesamte Anwendungsgebiet haben sich seit Jahren Legierungen aus Kupfer- und Beryllium bewährt. Vielfach werden die Teile aus Halbzeugen gefertigt (K.Eichhorn, niedriglegierte Kupferlegierungen, Deutsches Kupferinstitut 1966, S. 108-142, 282-292) oder auch im Gießverfahren hergestellt (E.Brunhuber, Schmelz- und Legierungstechnik von Kupferwerkstoffen, Fachbuchverlag Schiele & Schön GmbH, Berlin 1968, S.217-221). Kupfer-Beryllium-Legierungen zeichnen sich durch einen ausgeprägten Aushärtungseffekt aus, auf dessen Basis es möglich ist, die mechanischen Eigenschaftne in weiten Grenzen zu variieren und insbesondere eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen. Zur Gewährleistung hoher Härte und Verschleißfestigkeit werden Knetlegierungen nach hohem Grad der Verformung (Kaltverfestigung) lösungsgeglüht und ausscheidungsgehärtet.Alloys of copper and beryllium have been proven for years for the entire field of application. In many cases, the parts are made of semi-finished products (K.Eichhorn, low-alloyed copper alloys, German Copper Institute 1966, pp. 108-142, 282-292) or also by casting (E.Brunhuber, melting and alloying of copper materials, specialist book publisher Schiele & Schön GmbH, Berlin 1968, p.217-221). Copper-beryllium alloys are characterized by a pronounced hardening effect, on the basis of which it is possible to vary the mechanical properties within wide limits and, in particular, to achieve high wear resistance. To ensure high hardness and wear resistance wrought alloys are solution annealed after a high degree of deformation (strain hardening) and precipitation hardened.
Bei Gußlegierungen werden hohe Festigkeiten durch erhöhte Berylliumgehalte und Zugabe weiterer Legierungselemente erzielt. Nach dem Gießen sind diese Legierungen aufgrund ihrer Härte nicht mehr formbar.In cast alloys, high strengths are achieved by increased beryllium contents and addition of further alloying elements. After casting, these alloys are no longer malleable because of their hardness.
Zunehmend finden zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit Legierungselemente wie Co (bis 2,7%) und/oder Ni Anwendung in Cu-Be-Legierungen.Increasingly, to improve wear resistance, alloying elements such as Co (up to 2.7%) and / or Ni are used in Cu-Be alloys.
Besonders in der amerikanischen (DE-OS 2129101,2129102) und japanischen Wirtschaft (DE-OS 1903711,1903712) wurden erstmalig Legierungen auf der Basis CuAI für hohe Verschleißbeanspruchungen vorgeschlagen. In diesen Legierungen wurden ebenfalls Be, Co zulegiert und/oder zur weiteren Verbesserung Si, Sn, Zr, Ce, Mn, Fe, Ni, Ti beigegeben. In den genannten Offenlegungsschriften wird auf die Bedeutung der Gefügeausbildung eingegangen. Teilweise werden die hohen mechanischen Eigenschaften von etwa 1000 MPa Bruchfestigkeit und 400 HB Härte allerdings nur erreicht, wenn das Material kalt oder warm verformt wurde. Dabei sank jedoch die Dehnung zum Teil bis 0% ab. Aufgrund dieser Bedingungen kann dieses Material überwiegend nur für einfach gestaltete Teile eingesetzt werden.Especially in the American (DE-OS 2129101,2129102) and Japanese economy (DE-OS 1903711,1903712) alloys based on CuAI were proposed for high wear for the first time. Be, Co and / or Si, Sn, Zr, Ce, Mn, Fe, Ni, Ti were also added to these alloys. In the cited publications the importance of structural engineering is discussed. In some cases, however, the high mechanical properties of about 1000 MPa breaking strength and 400 HB hardness are only achieved if the material is cold or hot deformed. However, the elongation decreased in some cases to 0%. Due to these conditions, this material can be used predominantly only for simply designed parts.
Eine hochverschleißfeste Legierung (DD-WP 155701) mit einer Bruchfestigkeit bis 850MPa wurde in der DDR für Umformwerkzeuge entwickelt. Sie hat bereits erhebliche Vorteile gegenüber den bisherigen Legierugnen. Sie ist aber für Spezialanwendungsfälle(z. B. Düsenlagerkäfige) noch nicht verschleißfest genug. Eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit durch Wärmebehandlung ist bei hochfesten Gußlegierungen ungebräuchlich, da keine nennenswerten Festigkeits- und Härtesteigerungen erreicht werden. Wärmebehandlungen werden in erster Linie an kalt- oder warmverfestigten Teilen im Sinne eines Weichglühens oder als Vergütung bei mittelfesten Legierungen (bis ca. 700MPa) vorgenommen.A highly wear-resistant alloy (DD-WP 155701) with a breaking strength up to 850MPa was developed in the GDR for forming tools. It already has significant advantages over previous alloying. However, it is not yet sufficiently wear-resistant enough for special applications (eg nozzle bearing cages). An increase in the wear resistance by heat treatment is uncommon in high-strength cast alloys, since no appreciable strength and hardness increases are achieved. Heat treatments are primarily carried out on cold- or hot-strengthened parts in the sense of soft annealing or as compensation for medium-strength alloys (up to approx. 700 MPa).
Die bisher verwendeten Werkstoffe und Verfahren haben eine Reihe von Nachteilen:The materials and processes used hitherto have a number of disadvantages:
- hoher Cu-Anteil,high Cu content,
- hoher Anteil der Speziallegierungselemente Be, Co, Ce, Cr, Ti, Zr, Sn, Ni, Si,high proportion of the special alloying elements Be, Co, Ce, Cr, Ti, Zr, Sn, Ni, Si,
- Verwendung des giftigen Legierungselementes Beryllium,Use of the toxic alloying element beryllium,
- sehr hohe Härte,- very high hardness,
- schwere Bearbeitbarkeit nach der Wärmebehandlung,heavy workability after the heat treatment,
- Verzug der fertigbearbeiteten Teile durch Wärmebehandlung,- distortion of the finished parts by heat treatment,
- geringe Zähigkeit und damit anfällig gegen dynamische und Stoßbelastungen,low toughness and thus susceptible to dynamic and shock loads,
- zu geringe Verschleißfestigkeit der Legierung auf der Basis CuAI,too low wear resistance of the CuAl based alloy,
- hoher Arbeitsaufwand (insbesondere Zerspanungsarbeit) beim Einsatz von Halbzeugen,- high workload (especially machining work) when using semi-finished products,
- die Werkstoffe sind last ausschließlich nur im wärmebehandelten Zustand einsetzbar,- the materials are load exclusively usable only in the heat-treated state,
- schwierige Beherrschung der Behandlungsverfahren (Wärmebehandlung, Umformung) zur Erzeugung der gewünschten Eigenschaften,- difficult control of the treatment processes (heat treatment, forming) to produce the desired properties,
- durch hohe Temperaturen energieaufwendige Wärmebehandlungsverfahren erforderlich,high energy heat treatment processes are required by high temperatures,
- teure Materialzusammensetzung und Herstellung.- expensive material composition and production.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Mängel und Nachteile der bekannten Legierungen und Verfahren durch den Einsatz eines geeigneten Werkstoffes auszuschalten, d. h., vor allem den Einsatz des sehr giftigen und teuren Legierungselementes Beryllium und der teuren Speziallegierungselemente, wie Co, Ce, Cr, Ti u. a. gleichwertig Elemente zu vermeiden und darüber hinaus den hohen Cu-Anteil von über 90% abzusenken.The object of the invention is to eliminate the above-mentioned deficiencies and disadvantages of the known alloys and methods by the use of a suitable material, i. h., Above all, the use of the very toxic and expensive alloying element beryllium and the expensive special alloying elements, such as Co, Ce, Cr, Ti u. a. equivalent to avoid elements and also to lower the high Cu content of over 90%.
Überwiegend soll der Werkstoff bereits im Gußzustand gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Verschleißfestigkeit erhalten. Der Werkstoff soll weiterhin prinzipiell in gegossenem Zustand einsetzbar sein und über eine gute Zerspanbarkeit verfügen.Predominantly, the material is intended to obtain good mechanical properties and high wear resistance already in the cast state. The material should continue to be used in principle in the cast state and have a good machinability.
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Legierung für hochverschleißfeste Konstruktionsteile der Umform-, Spritz- und Lagertechnik auf der Basis einer Ma-Al-Mehrstoffbronze zu entwickeln, die eine Minderbruchfestigkeit von 800MPa, eine Mindestdehnung von 2,0% und eine Härte von mindestens 200 HB aufweist. Dabei sollen folgende Nachteile ausgeschlossen werden:The object of the invention is to develop an alloy for highly wear-resistant construction parts of the forming, spraying and bearing technology on the basis of a Ma-Al multi-metal bronze, which has a minimum breaking strength of 800 MPa, a minimum elongation of 2.0% and a hardness of at least 200 HB. The following disadvantages should be excluded:
- die Verwendung des giftigen und teuren Legierungselementes Beryllium,- the use of the toxic and expensive alloying element beryllium,
- großer Anteil in der Zusammensetzung (über 90%),- large proportion in composition (over 90%),
- Einsatz der teuren Speziallegierungselemente Cu, Ce, Cr, Ci, Zr, Sn, Ni,Use of the expensive special alloying elements Cu, Ce, Cr, Ci, Zr, Sn, Ni,
- geringe Zähigkeit (unter 2,0%) und damit die Stoßempfindlichkeit,low toughness (below 2.0%) and thus the shock sensitivity,
- hoher Zerspanungsaufwand durch Herausarbeiten der Formteile aus Halbzeugen und durch Bearbeitung bei sehr hohen Härten nach der Wärmebehandlung,- high machining costs by working out the moldings from semi-finished products and by machining at very high hardnesses after the heat treatment,
- Kalt- oder Warmumformungen,- Cold or hot forming,
- komplizierte und teure Gieß- und Veredlungsverfahren. Insbesondere sollen damit erreicht werden:- complicated and expensive casting and finishing processes. In particular, this should be achieved:
- gute Verarbeitungseigenschaften,- good processing properties,
- Ausschließen des Einsatzes von giftigen und teuren Legierungselementen,- exclusion of the use of toxic and expensive alloying elements,
- hohe Verschleißfestigkeit,high resistance to wear,
- große Standzeiten der Teile.- long service lives of the parts.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß auf der Basis einer Legierung mit der chemischen Zusammensetzung von 10,00 bis 14,0% Mn 4,60 bis 9,0% Zn 0,65 bis 6,0% Fe 0,50 bis 3,0% Ni 6,50 bis 9,0% Al 0,04 bis 0,3% C Rest % CuThe solution according to the invention consists in that on the basis of an alloy with the chemical composition of 10.00 to 14.0% Mn 4.60 to 9.0% Zn 0.65 to 6.0% Fe 0.50 to 3, 0% Ni 6.50 to 9.0% Al 0.04 to 0.3% C residue% Cu
und folgender Mengenverhältnisse von AI:Mn = 1,0:1,2-1,8and the following proportions of Al: Mn = 1.0: 1.2-1.8
AhZn = 1,0:0,6-1,3AhZn = 1.0: 0.6-1.3
Zn.Mn S 1,0:1,3Zn.Mn S 1.0: 1.3
Al + Mn + Zn = 24,0-28,0% Ni:Fe & 1,0:1,3Al + Mn + Zn = 24.0-28.0% Ni: Fe & 1.0: 1.3
Fe + Mn a 12,0%Fe + Mn a 12.0%
ein dreiphasiges Gefüge vorhanden ist, das mindestens 80% Beta-Phase, mindestens 5% Kappa-Phase (Korndurchmesser <10μιη) sowie mindestens 10% Alpha-Phase aufweist, wobei Alpha- und Beta-Phase fein im Gefüge verteilt vorliegen und die Beta-Korngrenzen mit bandartigen Alpha-Ausscheidungen (Breite 2-10μιη) besetzt sind. Eine Legierung mit der genannten chemischen Zusammensetzung und Mischungsverhältnisse besitzt bei Einhaltung der vorgeschlagenen Gefügestrukturfolgende mechanische Grundeigenschaften: Bruchfestigkeit RM = 800-950MPa Bruchdehnung АБ = 6,0-2,2% Härte HB = 230-300.a three-phase structure is present, which has at least 80% beta phase, at least 5% kappa phase (particle diameter <10μιη) and at least 10% alpha phase, wherein alpha and beta phase are finely distributed in the structure and the beta Grain boundaries with band-like alpha precipitates (width 2-10μιη) are occupied. An alloy having the above chemical composition and mixing ratios has basic mechanical properties in compliance with the proposed structure The following structure: breaking strength RM = 800-950MPa elongation А Б = 6.0 to 2.2% Hardness HB = 230-300.
Diese Gußlegierung verfügt über eine hohe Verschleißfestigkeit, und sie ist gleichermaßen im Gußzustand gut verarbeit- und zerspanbar.This casting alloy has a high wear resistance, and it is equally well machined and machinable in the cast state.
Die Ursache dieses positiven Verhaltes der Legierung liegt im erreichten genauen definierten Gefüge begründet. Im Grundgefüge der Matrix aus Beta-Primärkörnern befinden sich feine nadlige Gefügebestandteile der Alpha-Phase und Modifikation der eisen-manganreichen Kappa-Phase geringer Korngröße. Die Anwesenheit der Kappa-Teilchen bewirkt gleichzeitig die Herausbildung einer insgesamt feinkörnigen Gefügestruktur, wodurch die Festigkeit der Legierung steigt. Die an den Beta-Korngrenzen vorhandenen bandartigen zähen Alpha-Ausscheidungen rufen eine Korngrenzendoktilität hervor,die sich positiv auf die Zähigkeit der Legierung auswirkt.The cause of this positive behavior of the alloy is due to the precisely defined microstructure achieved. In the basic structure of the matrix of beta primary grains are fine needle-like microstructural constituents of the alpha phase and modification of the iron manganese-rich kappa phase of small particle size. The presence of the kappa particles simultaneously causes the formation of an overall fine-grained microstructure, whereby the strength of the alloy increases. The band-like tough alpha precipitates present at the beta-grain boundaries cause a grain boundary doctrine that has a positive effect on the toughness of the alloy.
Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung an mehreren Ausführungsvarianten in tabellarischer Aufstellung verdeutlicht werden.Below, the solution according to the invention will be illustrated in several variants in tabular list.
Legierungselementealloying elements
in Ma.-% I И IHin% by weight I IH
Daraus resultieren folgende mechanische Eigenschaften im Gußzustand:This results in the following mechanical properties in the cast state:
Mechanische Eigenschaften I Il IIIMechanical properties I Il III
Bruchfestigkeit Rm (MPa) 937 919Breaking strength Rm (MPa) 937 919
Bruchdehnung A5 (%) 2,5 3,3 6,2Elongation at break A 5 (%) 2.5 3.3 6.2
Härte HB 296 291Hardness HB 296 291
Variante I und Il vorzugsweise für Düsen und Werkzeuge, Variante III vorzugsweise für Lager.Variant I and II preferably for nozzles and tools, variant III preferably for bearings.
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DD250952A1 DD250952A1 (en) | 1987-10-28 |
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US6328822B1 (en) * | 1998-06-26 | 2001-12-11 | Kiyohito Ishida | Functionally graded alloy, use thereof and method for producing same |
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1986
- 1986-07-09 DD DD29229386A patent/DD250952B3/en not_active IP Right Cessation
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