DE10136788C2 - Aluminiumbronze - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Aluminiumbronze der Zusammensetzung 7,5-9,5% Al, 7-9,5% Fe, 7-11% Ni, 1,5-4% Si, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen bis insgesamt 1%. Die Legierung besitzt eine hohe Beständigkeit gegen reibenden Verschleiß und einen hohen Reibungsbeiwert und ist für die Anwendung bei Synchronringen gedacht.
Description
Die Erfindung bezieht auf eine Aluminiumbronze für das Anwendungsgebiet der
Synchronringe.
Aluminiumbronzen sind aufgrund ihrer guten Eigenschaften hinsichtlich
mechanischer Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit ein
geschätzter Konstruktionswerkstoff, insbesondere auch in flüssigen Medien.
Es ist beispielsweise aus der DE 26 21 602 C3 eine Aluminiumbronze mit 4-12
Gewichtsprozent Al, Spuren bis 1% Si und/oder Be in fester Lösung sowie 4,2-
10% Eisensilizide, 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.
Es ist ferner aus der DE 24 58 379 C2 eine Aluminiumbronze der
Zusammensetzung 3-12% Al, 3-6% Fe, 4-7% Ni, sowie 0,3-5% Si, Rest
Kupfer bekannt, welche als Werkstoff für Beizhaken dienen soll. Bei dieser
Legierung kommt es auf die große Beständigkeit gegen aggressive Flüssigkeiten
und damit auf eine hohe Korrosionsbeständigkeit an.
Bei den Erläuterungen im Stand der Technik ist der Begriff Verschleißfestigkeit
immer als geringer Materialabtrag aufgrund von Korrosion zu verstehen.
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.
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.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Legierung vor aus 7,5-
9,5% Al, 7-9,5% Fe, 7-11% Ni, 1,5-4% Si, Rest Kupfer und übliche
Verunreinigungen bis insgesamt 1%. Alle Angaben erfolgen in Gewichtsprozent.
Wesentlich für die Erfindung ist das Vorhandensein von ausreichend Silizium in
Verbindung mit hohen Eisen- und Nickelgehalten, wodurch es zu harten
intermetallischen Phasen kommt, welche eine hohe Beständigkeit gegen reibenden
Verschleiß besitzen.
Im Sinne der Erfindung stellt es eine vorteilhafte Weiterbildung dar, für die
Legierung einen Gehalt von 8-9% Al, 8-9% Fe, 7-10% Ni und 3-4% Si, Rest
Kupfer und übliche Verunreinigungen bis insgesamt 1% vorzusehen. Mit einer
Legierung dieser Zusammensetzung lassen sich Verschleißfestigkeitswerte
erzielen, welche wesentlich höher liegen als die von bisher üblichen
Messingwerkstoffen für Synchronringe. Darüber hinaus haben diese Legierungen
einen Reibungsbeiwert, welcher höher liegt als die bei diesen bekannten
Werkstoffen üblichen Werte. Die Erfindung bringt somit einen erheblichen
Fortschritt gegenüber den bisher bei Synchronringen verwendeten
Messingwerkstoffen bei etwa vergleichbaren Kosten.
Zur Verbesserung der Zerspanbarkeit wird als Weiterbildung der vorgeschlagenen
Aluminiumbronze ein Zusatz bis zu 0,5% Blei vorgeschlagen.
Es wurden beispielhaft drei nachfolgend erläuterte Legierungen hergestellt. Eine
erste Legierung besitzt einen Gehalt von 69,9% Cu, 8,5% Al, 8,2% Fe, 9,4% Ni
und 3,5% Si. Diese Legierung besitzt einen Verschleißwiderstand von 1280 km/g
sowie einen Reibungsbeiwert von 0,125. Der angegebene Verschleißwiderstand
ist definiert durch die Zahl der zurückgelegten Kilometer bis 1 g Materialabtrag
am Synchronring erfolgt ist.
Die zweite Legierung weist einen Gehalt von 71,6% Cu, 7,9% Al, 8,5% Fe, 7,4%
Ni und 3,5% Si auf. An den hieraus gestellten Synchronringen wurde ein
Verschleißwiderstand von 1530 km/g und ein Reibungsbeiwert von 0,140
gemessen.
Eine dritte Legierung weist einen Gehalt von 71,5% Cu, 8,8% Al, 6,0% Fe, 9,3
% Ni, 3,5% Si auf. Es wurde ein Verschleißwiderstand von 1320 km/g und ein
Reibungsbeiwert von 0,115 festgestellt. 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 Eisen und Nickel
abgebunden sein. Eisen und Nickel begünstigen zudem die Aushärtungsvorgänge.
Die vorbeschriebenen Legierungen wurden bei einer Gießtemperatur von 1120 bis
1180°C im Strang gegossen; anschließend erfolgte ein Abkühlen an Luft, wobei
die Abkühlgeschwindigkeit unkritisch ist. Nach erneutem Aufheizen erfolgte 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.
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.
- 1. a.) Es wird eine Homogenisierungsglühung bei 890°C während einer Stunde durchgeführt. Anschließend erfolgt ein Abschrecken, vorzugsweise im Wasser, und anschließend ein erneutes Anlassen bei einer Temperatur von 490°C während einer Zeit von 1 Stunde und zum Schluß ein Abkühlen an Luft.
- 2. Unmittelbar auf die Abkühlphase nach dem Schmieden wird unter Weglassung der Homogenisierungsglühung sofort eine Auslagerungsbehandlung von 330°C während 6 Stunden oder alternativ bei 410°C während 3 Stunden und anschließender Abkühlung an Luft durchgeführt. Bei diesem Aushärtungsverfahren sind die Härtesteigerungen nicht ganz so groß wie im Falle des vorbeschriebenen Verfahrens, aufgrund des Wegfalls der Homogenisierungsglühung ist dieses Verfahren jedoch kostengünstiger.
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.
Die Form der intermetallischen Phasen ist annähernd kugelig, was unter dem
Aspekt der Zähigkeit und der Duktilität der Legierung vorteilhaft ist.
Claims (3)
1. Aluminiumbronze bestehend aus 7,5-9,5% Al, 7-9,5% Fe, 7-11%
Ni, 1,5-4% Si, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen bis
insgesamt 1%, mit hoher Beständigkeit gegen Verschleiß und hohem
Reibungsbeiwert als Werkstoff für Synchronringe.
2. Aluminiumbronze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr
Gehalt aus 8-9% Al, 8-9% Fe, 7-10% Ni und 3-4% Si, Rest
Kupfer und übliche Verunreinigungen bis insgesamt 1% besteht.
3. Aluminiumbronze nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie bis 0,5% Pb enthält.
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