DE10136787C2

DE10136787C2 - aluminum Bronze

Info

Publication number: DE10136787C2
Application number: DE2001136787
Authority: DE
Inventors: Juergen Rexer; Karin Liebig
Original assignee: Diehl Metall Stiftung and Co KG
Current assignee: Diehl Metall Stiftung and Co KG
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2021-07-28
Also published as: DE10136787A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumbronze der Zusammensetzung 8-9% Al, 12-13% Mn, 3-4% Si, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen bis insgesamt 1%. Die Legierung besitzt eine hohe Beständigkeit gegen reibenden Verschleiß und einen hohen Reibungswert und ist für die Anwendung bei Synchronringen gedacht.The invention relates to an aluminum bronze of the composition 8-9% Al, 12-13% Mn, 3-4% Si, the rest copper and usual impurities up to a total of 1%. The alloy has a high resistance to rubbing wear and a high coefficient of friction and is intended for use with synchronizer rings.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminiumbronze für das Anwendungsgebiet der Synchronringe.The invention relates to an aluminum bronze for the field of application the synchronizer rings.

Aluminiumbronzen sind aufgrund ihrer guten Eigenschaften hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit ein geschätzter Konstruktionswerkstoff, insbesondere auch in flüssigen Medien.Aluminum bronzes are considered due to their good properties mechanical strength, corrosion resistance and wear resistance esteemed construction material, especially in liquid media.

Es ist beispielsweise aus der DE 26 21 602 B2 eine Aluminiumbronze mit 4-12 Gewichtsprozent Al, Spuren bis 1% Si und/oder Be in fester Lösung sowie 4,2- 10% Eisensilizid, Rest Kupfer bekannt. Im Falle der Verwendung von Beryllium können bis zu 6% nicht an Eisensilizid gebundenes Eisen verwendet werden. Diese Legierung kann außerdem Nickel in einer Menge bis höchstens 7% enthalten. Bei dieser bekannten Legierung steht die Frage der Zugfestigkeit und einer hohen prozentualen Dehnung im Vordergrund. Sie ist verwendbar für gleitende Teile in Walzwerken, Werkzeugmaschinen und dergleichen.From DE 26 21 602 B2, for example, it is an aluminum bronze with 4-12 Weight percent Al, traces up to 1% Si and / or Be in solid solution and 4.2- 10% iron silicide, rest copper known. In the case of using beryllium up to 6% of iron not bound to iron silicide can be used. This alloy can also contain up to 7% nickel contain. With this known alloy there is the question of tensile strength and a high percentage elongation in the foreground. It is suitable for sliding parts in rolling mills, machine tools and the like.

In dieser Druckschrift ist ferner auch die Verwendung von Mangansiliziden anstatt von Eisensiliziden erwähnt. Im Hinblick darauf, daß die prozentuale Dehnung, welche beim Gegenstand dieser Druckschrift eine wesentliche Rolle spielt, sich wegen der starren Mangansilizide verringert, sind Mangansilizide für den gewünschten Zweck nicht geeignet. Es wird die Hoffnung geäußert, daß die prozentuale Dehnung steigen würde, wenn das Mangansilizid in zumindest angenähert kugelförmigen Kristallen auskristallisieren würde. Man hat damals jedoch keine Lösung für eine Legierung mit diesen Eigenschaften gesehen. This document also includes the use of manganese silicides mentioned instead of iron silicides. In view of the fact that the percentage Elongation, which plays an essential role in the subject of this document plays down because of the rigid manganese silicides, manganese silicides are for not suitable for the desired purpose. The hope is expressed that the percent elongation would increase if the manganese silicide was in at least would crystallize out approximately spherical crystals. You got back then however, no solution has been seen for an alloy with these properties.

Der bei dieser Druckschrift verwendete Begriff "Verschleißfestigkeit" bezieht sich auf eine Beständigkeit gegen Abtrag durch Korrosion.The term "wear resistance" used in this document refers resistance to corrosion erosion.

Weiter ist aus der JP 02050928 A eine Aluminiumbronze aus 8,5-15% Al, 0,1- 8% Mn, 0,1-8,5% Si und Rest Cu, jeweils in Gew.-%, bekannt.From JP 02050928 A an aluminum bronze made of 8.5-15% Al, 0.1- 8% Mn, 0.1-8.5% Si and balance Cu, each in% by weight, are known.

Aluminiumbronzen haben gegenüber sonstigen Kupferlegierungen, z. B. Messingen den Vorteil, daß aufgrund des verwendeten Aluminiums eine Reduzierung des Teilegewichts möglich ist. Derartige Legierungen sind oxidationsbeständig aufgrund einer durch das Aluminium verursachten Schutzschicht. Aluminiumbronzen sind darüber hinaus hoch belastbare und verschleißfeste Gleitwerkstoffe, ihre hohe Festigkeit führt aufgrund der guten Gleiteigenschaften zu einer geringen Verschleißrate. Darüber hinaus sind Aluminiumbronzen gut schweißbar.Aluminum bronzes have compared to other copper alloys, e.g. B. Brass has the advantage that due to the aluminum used Part weight reduction is possible. Such alloys are resistant to oxidation due to a caused by the aluminum Protective layer. Aluminum bronzes are also highly resilient and wear-resistant sliding materials, their high strength leads due to the good Sliding properties at a low wear rate. Beyond that Aluminum bronze easy to weld.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung eine Aluminiumbronze zu schaffen, welche abweichend von den bekannten Aluminiumbronzen gleichzeitig eine hohe Beständigkeit gegen reibenden Verschleiß und einen hohen Reibungsbeiwert für den Einsatz bei Synchronringen besitzt.It is an object of the invention to provide an aluminum bronze which in contrast to the well-known aluminum bronzes, a high one Resistance to abrasive wear and a high coefficient of friction for is used for synchronizer rings.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Legierung vor aus 8- 9% Al, 12-13% Mn, 3-4% Si, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen bis insgesamt 1%. Alle Angaben erfolgen in Gewichtsprozent.To achieve this object, the invention proposes an alloy made of 8- 9% Al, 12-13% Mn, 3-4% Si, balance copper and usual impurities up to total 1%. All information is given in percent by weight.

Wesentlich für die Erfindung ist das Vorhandensein von ausreichend Silizium in Verbindung mit einem hohen Mangangehalt, wodurch es zu harten intermetallischen Phasen kommt, welche eine hohe Beständigkeit gegen reibenden Verschleiß besitzen.The presence of sufficient silicon in is essential for the invention Associated with a high manganese content, which makes it too hard intermetallic phases, which has a high resistance to rubbing Have wear.

Mit Legierungen der vorgenannten Zusammensetzung lassen sich Verschleißfestigkeitswerte erzielen, welche ein mehrfaches jener von bisher üblichen Messingwerkstoffen für Synchronringe betragen. Der Reibungsbeiwert dieser Legierungen liegt zum Teil noch höher als jener der bekannten Werkstoffe, ist zumindest jedoch gleich. Durch die erfindungsgemäßen Aluminiumbronzen wird daher ein erheblicher Fortschritt gegenüber den bisher bei Synchronringen verwendeten Messingwerkstoffen erzielt.With alloys of the aforementioned composition Achieve wear resistance values that are a multiple of those of hitherto usual brass materials for synchronizer rings. The coefficient of friction some of these alloys are even higher than those of the known materials, is at least the same. Through the aluminum bronzes according to the invention will therefore be a significant step forward compared to synchronizer rings used brass materials achieved.

Zur Verbesserung der Zerspanbarkeit wird als Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aluminiumbronze ein Zusatz bis zu 0,5% Blei vorgesehen.To improve machinability, the aluminum bronze according to the invention an addition of up to 0.5% lead is provided.

Nachfolgend wird beispielhaft eine im Versuch hergestellte Legierung vom Typ MnSi erläutert.The following is an example of an alloy of the type produced in the test MnSi explained.

Die Legierung weist einen Gehalt von 74,5% Cu, 8,8% Al, 12,5% Mn und 3,2% Si auf. Sie besitzt einen Verschleißwiderstand von 2680 km/g sowie einen Reibungsbeiwert von 0,115. Der angegebene Verschleißwiderstand ist definiert durch die Zahl der zurückgelegten Kilometer bis 1 g Materialabtrag am Synchronring erfolgt ist.The alloy has a content of 74.5% Cu, 8.8% Al, 12.5% Mn and 3.2% Si on. It has a wear resistance of 2680 km / g and one Friction coefficient of 0.115. The specified wear resistance is defined by the number of kilometers covered up to 1 g material removal on Synchronizer ring is done.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungen sind in Vergleich zu setzen mit den Eigenschaften derzeit am Markt befindlicher sehr guter Messinglegierungen für Synchronringe, bei denen der Verschleißwiderstand etwa 650-700 km/g und der Reibungsbeiwert etwa 0,115 bis 0,120 beträgt.The properties of the alloys according to the invention are compared to set very good with the properties currently on the market Brass alloys for synchronizer rings where wear resistance is about 650-700 km / g and the coefficient of friction is approximately 0.115 to 0.120.

Wie schon erwähnt, ist Silizium für die Bildung der harten verschleißfesten intermetallischen Phasen verantwortlich. Es soll kein freies Silizium in der Lösung vorhanden, sondern durch Mangan abgebunden sein. Mangan begünstigt zudem die Aushärtungsvorgänge.As mentioned earlier, silicon is hard-wearing for the formation of hard intermetallic phases. There should be no free silicon in the Solution available, but be bound by manganese. Manganese favors also the curing processes.

Die vorbeschriebene Legierung wurde bei einer Gießtemperatur von 1120 bis 1180°C im Strang gegossen; anschließend erfolgt ein Abkühlen an Luft, wobei die Abkühlgeschwindigkeit unkritisch ist. Nach erneutem Aufheizen erfolgt eine Warmumformung durch Strangpressen bei Temperaturen von 800 bis 900°C und eine erneute Abkühlung an Luft. Schließlich wurde nach erneutem Aufheizen bei Temperaturen von 790 bis 890°C im Gesenk geschmiedet und die Legierung anschließend an Luft abgekühlt. The alloy described above was at a casting temperature of 1120 to Cast in a strand at 1180 ° C; then cooling in air takes place, whereby the cooling rate is not critical. After heating up again there is a Hot forming by extrusion at temperatures from 800 to 900 ° C and a renewed cooling in air. Finally, after reheating Temperatures of 790 to 890 ° C drop forged and the alloy then cooled in air.

Aluminiumbronzen eignen sich im Gegensatz zu Messinglegierungen für eine Aushärtung zur Festigkeitssteigerung; wenn eine solche gewünscht ist, kann man nach dem Schmieden der Legierung alternativ wie folgt vorgehen.In contrast to brass alloys, aluminum bronzes are suitable for one Curing to increase strength; if one is desired, one can After forging the alloy, alternatively proceed as follows.

a) There is a homogenization annealing at 900 ° C during a Hour. Then there is a quenching, preferably in the water, and then starting again a temperature of 490 ° C for an hour and finally cooling in air.
b) Immediately on the cooling phase after forging is under Omission of the homogenization annealing immediately Aging treatment at a temperature of 330 ° C for 6 Hours or alternatively started at 410 ° C for 3 hours, and then carried out the cooling in air. With this Curing processes are not quite as big as the increases in hardness in the case of the procedure described above, due to the elimination of the However, this process is more cost-effective for homogenization annealing.

Neben der Verringerung des Abtrags auf den Reibflächen der Synchronringe aufgrund des höheren Verschleißwiderstandes erfolgt auch aufgrund der höheren Festigkeit ein geringerer Verschleiß an den Sperrzähnen der Synchronringe.In addition to reducing the removal on the friction surfaces of the synchronizer rings due to the higher wear resistance also occurs due to the higher Strength less wear on the locking teeth of the synchronizer rings.

Die Form der intermetallischen Phasen ist bei dem Legierungstyp MnSi mehr nadelig. Die Härtesteigerungen der Legierung durch die vorgenannten Wärmebehandlungen sind nicht ganz so hoch wie jene einer Aluminiumbronze des Legierungstyps FeNiSi, der in einer Parallelanmeldung beschrieben ist.The shape of the intermetallic phases is more with the MnSi alloy type acicular. The hardness increases of the alloy by the aforementioned Heat treatments are not quite as high as those of an aluminum bronze of the alloy type FeNiSi, which is described in a parallel application.

Claims

1.Aluminium bronze made of 8-9% Al, 12-13% Mn, 3-4% Si, the rest copper and usual impurities up to a total of 1% as material for Synchronizer rings.

2. Aluminum bronze according to claim 1, characterized in that up to 0.5% Pb are added.