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Die
Erfindung betrifft eine Kupfer-Nickel-Zink-Legierung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie deren Verwendung.
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Legierungen
aus Kupfer, Nickel und Zink werden ihrer silberähnlichen
Farben wegen als Neusilber bezeichnet. Technisch gebräuchliche
Legierungen haben zwischen 47 bis 64 Massen-% Kupfer und zwischen
10 bis 25 Gew.-% Nickel. Bei dreh- und bohrfähigen Legierungen
werden üblicherweise bis zu 2,5 Gew.-% Blei als Spanbrecher
zugesetzt, bei Gusslegierungen sogar bis zu 9 Gew.-%. Der Rest ist
Zink. Hierbei handelt es sich um einphasige Werkstoffe, die lediglich
eine α-Phase ausbilden.
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Als
Beimengungen können handelsübliche Neusilberlegierungen
zudem 0,5 bis 0,7 Gew.-% Mangan enthalten, um die Glühbrüchigkeit
zu vermindern. Auch wirkt der Manganzusatz desoxidierend und entschwefelnd.
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Durch
den Nickelanteil verändert sich einerseits die Farbe, ab
etwa 12 Gew.-% Nickel haben die Werkstoffe ein reinweißes
bis silbergraues Aussehen.
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Andererseits
werden auch verhältnismäßig gute Korrosionsbeständigkeit
und erhöhte Festigkeitswerte erzielt. Allerdings haben
Neusilberlegierungen gegenüber Kupfer einen erhöhten
elektrischen Widerstand und dementsprechend auch eine geringere
Wärmeleitfähigkeit.
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Neusilberlegierungen
entsprechen in ihrem Gefügeaufbau etwa den α-
bzw. den (α + β)-Messingen, da Nickel praktisch äquivalent
Kupfer ersetzt. Von den genormten Kupfer-Nickel-Zink-Knetlegierungen
bilden CuNi25Zn15, CuNi18Zn20, CuNi12Zn24, CuNi18Zn19Pb und CuNi12Zn30Pb
ein homogenes α-Gefüge aus. Dagegen liegt die
zweiphasige Knetlegierung CuNi10Zn42Pb im (α + β)-Gebiet.
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Des
Weiteren sind auch Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen mit über
eine Desoxidationswirkung hinausgehendem wesentlich erhöhtem
Mangangehalt bekannt. Beispielsweise weist eine bekannte Legierung CuNi12Zn38Mn5Pb2
einen deutlich geringeren Kupferanteil sowie einen erhöhten
Zinkanteil auf. Derartige Legierungen sind wiederum zweiphasige
Werkstoffe, bestehend aus α- und β-Phase. Zur
besseren Zerspanbarkeit ist in den manganhaltigen Neusilberlegierungen
zu einem wesentlichen Anteil das Element Pb als Spanbrecher vorhanden.
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Blei
macht die Knetlegierungen leichter zerspanbar, verringert jedoch
die Zähigkeit und steigert die Warmrissempfindlichkeit
während des Glühens. Die Warmumformbarkeit von α-Legierungen
wird durch Blei stark beeinträchtigt, so dass diese meist
nur kalt umgeformt werden. Dagegen wird die gute Warmumformbarkeit
der (α + β)-Legierungen durch Blei nicht wesentlich
beeinflusst. Bei neuen Kupferwerkstoffen aus jüngerer Zeit
wird aufgrund der Gesetzeslage zunehmend der Elementanteil von Blei
reduziert bzw. darauf ganz verzichtet. Die Folge ist, dass durch
geringere Bleianteile die Zerspanbarkeit beeinträchtigt
wird. Um dem entgegenzuwirken sind neue Ansätze und Lösungen
erforderlich.
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Auch
in der Patentliteratur sind bereits Neusilberlegierungen mit Mangan
beschrieben. Beispielsweise sind aus der Druckschrift
EP 1 608 789 B1 Neusilberlegierungen
der Zusammensetzung 43 bis 48% Cu, 33 bis 38% Zn, 10 bis 15% Ni
und 3,5 bis 6,5% Mn bekannt. Wahlweise kann noch bis zu 4% Pb enthalten
sein. Durch einen Bleizusatz soll immer eine bessere Zerspanbarkeit
bewirkt werden. Zunächst wird die zweiphasige Legierung
mit (α + β)-Struktur einer Warmumformung unterzogen
und anschließend eine Temperaturbehandlung bevorzugt im
Bereich von 630 bis 720°C durchgeführt. Durch
diese Temperaturbehandlung findet eine Umwandlung der Legierung
in eine reine α-Struktur statt. Diese Struktur eignet sich
dann für weitere Kaltumformschritte, bei denen beispielsweise
Spitzen für Schreibinstrumente hergestellt werden. Allerdings wird
dabei eine spanende Bearbeitung, wie beispielsweise Bohren, nur
mit einem Bleizusatz wirtschaftlich sinnvoll sein.
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Aus
der Druckschrift
EP
0 222 004 B1 sind Kupferlegierungen der Zusammensetzung
43 bis 57% Cu, 23 bis 37% Zn, 7 bis 13% Ni und 7 bis 13% Mn bekannt,
die zudem noch 0,05 bis 2% Si enthalten. Die Legierung soll in Form
von Drahtmaterial, Streifen, Pulver oder Paste zum Hartlöten
Verwendung finden. Eine für Drahtmaterial bevorzugte Zusammensetzung
ist 55% Cu, 8% Ni, 12% Mn, 0,15% Si, Rest Zn. Dieses Lotmaterial
wird bevorzugt dazu verwendet, Materialien karbidischer Zusammensetzung
mit Stahl zu verbinden. Hierzu wird das Lot zwischen die zu verbindenden
Teile eingelegt und über seiner Schmelztemperatur mit dem Fügepartner
verbunden. Auch ist aus der Druckschrift
CH 298973 Kupferlegierungen der Zusammensetzung 15
bis 50% Cu, 10,2 bis 18% Ni und 0,1 bis 15% Mn bekannt, die zudem
noch 0,1 bis 1% Si, Rest Zn enthalten.
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Weitere
Kupfer-Zink-Legierungen für Halbzeuge und Gegenstände,
die hoch belastet und extrem auf Verschleiß beansprucht
werden und einen hohen Reibungsbeiwert aufweisen, insbesondere für
Synchronringe, sind aus der Druckschrift
DE 43 39 426 C2 bekannt.
Diese Legierungen bestehen aus 41–65% Cu, über
8 bis 25% Ni, 2,5–5% Si, 1–3% A1, 0–3%
Fe, 0–2% Mn, 0–2% Pb, Rest Zink sowie unvermeidbaren
Verunreinigungen, wobei das Verhältnis Ni:Si = 3:1 bis
5:1 beträgt. Das Gefüge besteht wenigstens zu
75% aus β-Anteilen, der Rest sind α-Anteile. Neben
diesen Phasen sind Nickelsilizide als vorwiegend rundliche intermetallische Phasen
ausgebildet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Neusilberlegierungen bezüglich
ihrer mechanischen Eigenschaften und ihrer Bearbeitbarkeit weiterzuentwickeln.
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Die
Erfindung wird bezüglich der Legierung durch die Merkmale
des Anspruchs 1 wiedergegeben, bezüglich einer Verwendung
der Legierung durch die Merkmale des Anspruchs 9. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche
betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
Erfindung schließt eine Kupfer-Nickel-Zink-Legierung mit
folgender Zusammensetzung in Gew.-% ein:
Cu | 40,0
bis 48,0%, |
Ni | 8,0
bis 14,0%, |
Mn | 4,0
bis 6,5%, |
Si | 0,05
bis 1,5%, |
Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen,
wahlweise
bis zu 1,5% Al,
wahlweise bis zu 2,5% Pb, wobei
in einem
aus (α + β)-Phase bestehenden zweiphasigen Gefüge
Silizide eingelagert sind.
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Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass das Gefüge
von Neusilber-Werkstoffen durch Zulegieren von Silicium so variiert
wird, dass Hartphasen aus Siliziden gebildet werden. Prinzipiell
wird zur Verbesserung des Kalt- und Warmumformvermögens
und zur Steigerung der Festigkeit Mangan zulegiert. Zudem wirkt
Mangan desoxidierend und entschwefelnd. Silicium bildet bei gleichzeitiger
Anwesenheit von Mangan und Nickel Mischsilizide der ungefähren
Zusammensetzungen (Mn,Ni)3Si und (Mn,Ni)4Si. Bei der erfindungsgemäßen
Neusilberlegierung bindet Silicium die Elemente Nickel und Mangan
nur zum Teil in Form der oben beschriebenen Silizide ab. Je nach
Zusammensetzung und Prozessführung bei der Herstellung
und Bearbeitung können auch in der Stöchiometrie
etwas abweichende Mischsilizide entstehen, die beispielsweise auch geringe
Anteile anderer Legierungselemente wie Kupfer und Zink enthalten
können. Silizide als intermetallische Verbindungen besitzen
mit ca. 800 HV eine deutlich höhere Härte als
die α- und β-Phase des Matrixgefüges.
Die Kristallstrukturen der Silizide sind in der Regel nicht kubischflächenzentriert,
sondern hexagonal, tetragonal oder orthorhombisch. Die manganhaltigen
Silizide sind in Neusilberlegierungen wegen ihrer hohen Härte
verschleißbeständige Gefügebestandteile
und leisten bei Gleitanwendungen einen hohen Traganteil während
der Reibung in einer konstruktiv bedingten Werkstoffpaarung.
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Für
eine kostengünstige Fertigung wird Neusilber mit einem
hohen Elementanteil an Zink und einem vergleichsweise niedrigen
Gehalt an Nickel und Kupfer bevorzugt. Diese Werkstoffe besitzen
ein zweiphasiges Basisgefüge aus gut kalt umformbarer α-Phase
und gut warm umformbarer β-Phase. Blei ist wahlweise als Span
brechender Gefügebestandteil in kleinsten Tröpfchen
im Gefüge verteilt. Dies macht die Knetlegierung leichter
zerspanbar, wobei eine gute Warmumformbarkeit der zweiphasigen Legierung
durch Blei nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Wahlweise
zugesetztes Aluminium erhöht die Korrosionsbeständigkeit
und verbessert zudem die Festigkeit des Werkstoffs.
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Die
besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Neusilberlegierungen
sind bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften und ihrer
Bearbeitbarkeit zusammenfassend wie folgt zu nennen:
- • kostengünstige Neusilberlegierung durch
hohen Zinkanteil;
- • Zugfestigkeit von über 700 MPa;
- • Kaltumformvermögen von wenigstens 40%;
- • gute Zerspanbarkeit auch ohne Bleizusatz;
- • Möglichkeit zur endmaßnahen Formgebung
durch Warmumformung;
- • helle, silberähnliche Farbe.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Kupfer-Nickel-Zink-Legierung
folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweisen:
Cu | 42,0
bis 45,0%, |
Ni | 10,0
bis 12,0%, |
Mn | 4,0
bis 6,0%, |
Si | 0,05
bis 1,5%, |
Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
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Mit
einem Zinkanteil von ungefähr 35 bis 44 Gew.-% wird eine
kostengünstige und gut bearbeitbare Legierung geschaffen.
Gegebenenfalls unterstützt wahlweise zugegebenes Blei die
Zerspanbarkeit. Zudem wird durch höhere Zinkgehalte der
Schmelzbereich herabgesetzt.
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Vorteilhafterweise
kann die Kupfer-Nickel-Zink-Legierung folgende Zusammensetzung in
Gew.-% aufweisen:
Cu | 40,0
bis 48,0%, |
Ni | 8,0
bis 14,0%, |
Mn | 4,0
bis 6,5%, |
Si | 0,3
bis 1,0%, |
Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
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Der
Gewichtsanteil des Siliciums bestimmt letztendlich das Ausmaß der
Silizidbildung. Um einen besonders günstigen Silizidanteil
zu erhalten, sollte der Siliciumanteil nicht unter 0,3 Gew.-% liegen. Über
1 Gew.-% kann die gebildete Silizidphase bereits die Umformbarkeit
beeinflussen. Insgesamt kann über den bevorzugten Siliciumanteil
letztendlich ein auf die mechanischen Eigenschaften optimierter
Werkstoff in Verbindung mit einer guten Bearbeitbarkeit geschaffen
werden. Silicium bindet dabei Mangan und Nickel nur zum Teil zu
Mischsiliziden der ungefähren Zusammensetzungen (Mn,Ni)3Si und (Mn,Ni)4Si
ab. Der Gewichtsanteil des Siliciums im Silizid beträgt
hierbei ungefähr 12 bis 16 Gew.-%, die Elemente Mangan
und Nickel stehen immer im Überschuss zur Verfügung.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Kupfer-Nickel-Zink-Legierung
folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweisen:
Cu | 42,0
bis 45,0%, |
Ni | 10,0
bis 12,0%, |
Mn | 4,0
bis 6,0%, |
Si | 0,3
bis 1,0%, |
Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
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Insgesamt
kann über den bevorzugten Siliciumanteil ein auf die mechanischen
Eigenschaften optimierter Werkstoff in Verbindung mit einer guten
Bearbeitbarkeit gefunden werden. Mit einem vergleichsweise hohen
Zinkanteil wird zudem eine kostengünstige und gut bearbeitbare
Legierung geschaffen.
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Vorteilhafterweise
können in der Neusilberlegierung Mangansilizide als auch
weitere Mischsilizide eingelagert sein. Neben den oben genannten
komplexen Mischsilizidphasen kommt als Mangansilizidphase beispielsweise
Mn5Si3 in Betracht.
Jede Art der Silizidausbildung leistet einen positiven Beitrag zu
den mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Legierung.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann der Flächenanteil
der Silizide am Gefüge zumindest 1% betragen. Dieser Minimalanteil
kann als geringster verschleißbeständiger Traganteil
des Gefüges angesehen werden, dieser sollte im Regelfall
sogar überschritten werden.
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Vorteilhafterweise
kann der Flächenanteil der Silizide am Gefüge
zwischen 4% und 10% liegen. Hierdurch liefern die gegenüber
der Matrix härteren Silizide einen wesentlichen Traganteil,
wodurch ein deutlich verbessertes Verschleißverhalten bewirkt
wird.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann
die mittels eines Nanointenders gemessene Härte der Silizide
4 bis 6 mal härter sein als die Härte der α-
und β-Phase. Dies kann mittels Härteeindrücken
eines Nanointenders bestimmt werden.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die erfindungsgemäße
Kupfer-Nickel-Zink-Legierung für Schreibgeräte
verwendet werden.
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Hochwertigere
Minenspitzen für Kugelschreiber werden nicht zuletzt aus ästhetischen
Gründen aus Neusilber hergestellt. Diese werden hierbei
aus zerspanbarem Neusilber-Drahtmaterial als Knetwerkstoff gefertigt.
Zur Herstellung von Kugelschreiberminen werden ungefähr
15 bis 20 mm lange Drahtabschnitte durchgängig zentrisch
gebohrt. In die Spitze wird eine stufige Kontur eingebracht, dass
eine Kugel aus Wolframcarbid eingedrückt und durch ein
abschließendes Crimpen so fixiert wird, dass sie ohne Spiel
rotieren kann, aber sich nicht aus der Minenspitze löst.
Hierzu muss die Neusilberlegierung ein Kaltumformvermögen
von wenigstens 40% aufweisen, um ein rissfreies Crimpen der Spitze
um die Kugel zu ermöglichen. Der Tintenverbrauch eines
Kugelschreibers wird durch den Verschleiß des Kugelsitzes
durch den Ball aus Wolframcarbid bestimmt. Der Werkstoff sollte
demnach auch gegenüber Tinte korrosionsbeständig
sein. Sowohl das erforderliche Kaltumformvermögen als auch
die Korrosionsbeständigkeit wird von der erfindungsgemäßen
Neusilberlegierung gewährleistet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der folgenden Beispiele näher
erläutert.
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Für
die Untersuchungen wurden drei Legierungszusammensetzungen BA, BB
und BC eines α-β-Neusilbers im Tammann-Ofen zu
ca. 25 mm × 60 mm × 100 mm Blöcken vergossen
(siehe Tabelle 1).
| Cu | Zn | Ni | Mn | Pb | Si |
BA | 43,5 | 37 | 12 | 5,2 | 1,8 | - |
BB | 43 | 37 | 12 | 5,2 | 1,8 | 0,6 |
BC | 44,3 | 37,6 | 12,3 | 5,2 | - | 0,6 |
Tabelle
1 : Chemische Zusammensetzung in Gew.-%.
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Die
Gussrohlinge wurden an 20 mm gefräst und anschließend
bei 800°C an 15 mm Streifendicke warm gewalzt. Bereits
in diesem Zwischenzustand verbessert Silicium signifikant die Härte.
Während der siliciumfreie Vergleichswerkstoff BA eine Härte
HV10 von 118 besitzt, werden mit den beiden siliciumhaltigen Varianten
BB und BC Härten HV10 von 140 bzw. 142 erzielt. Die an
12 mm gefrästen Warmwalzstreifen wurden anschließend
mit einem Kaltumformgrad von 33% kaltgewalzt. Jeweils eine Hälfte
einer Legierungszusammensetzung wurde 3 Stunden bei 450°C
geglüht, die andere Hälfte wurde 3 h bei 650°C
weichgeglüht und abschließend nochmals mit einem
Kaltumformgrad von 55% an 5,8 mm kaltgewalzt. Wahlweise kann bei
300°C spannungsarm geglüht werden.
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Tabelle
2 enthält die nach der zweiten Kaltumformstufe erzielten
mechanischen Eigenschaften:
| HV10 | Rp0,2/MPa | Rm/MPa | A5/% |
BA | 215 | 645 | 760 | 6 |
BB | 221 | 641 | 771 | 2 |
BC | 240 | 680 | 820 | 6 |
Tabelle
2:
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Die
erreichten Festigkeiten übertreffen die Zielvorgabe deutlich.
Die siliciumhal tigen Varianten BB und BC sind härter als
der siliciumfreie Vergleichswerkstoff BA.
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Gefüge der Si-haltigen
Werkstoffe
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Die
im Gefüge eingelagerten Silizide nehmen einen Flächenanteil
von ca. 5 bis 10% ein. An groben Siliziden der Varianten BB und
BC wurde mit energiedispersiver Röntgenanalyse im Rasterelektronenmikroskop
das Verhältnis der Elemente Si:Mn:Ni zu 1:1:3 ermittelt.
Die Summe der Atomprozente an Mangan und Nickel im Verhältnis
zu Silizium ist ungefähr 4,1 bis 4,2. Der Gewichtsanteil
des Siliziums ist ungefähr 12 bis 13%. Im Sinne eines verschleißbeständigen
Werkstoffs ist der Flächenanteil der Silizide am Gefüge
gleichbedeutend mit einem verschleißbeständigen
Traganteil des Gefüges. Das Gefüge der Matrix
verteilt sich neben Ni-Mn-Mischsiliziden in gleichen Anteilen auf
die α-Phase und β-Phase.
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Mittels
Härteeindrücken eines Nanointenders (Modell XP,
Modus CSM) wurden Härte und E-Modul der α-Phase, β-Phase
und der Silizide bis zu einer Eindringtiefe von 300 nm aus jeweils
fünf Messungen ermittelt. Mit diesem Verfahren wurde nachgewiesen,
dass die Silizide ca. 5 bis 6 mal härter als die beiden
Hauptbestandteile des Gefüges sind (siehe Tabelle 3).
| Härte
[GPa] | E-Modul
[GPa] |
α-Phase | 2,2 | 121 |
β-Phase | 2,7 | 134 |
(Mn,Ni)-Silizid | 13,9 | 237 |
Tabelle
3: Ergebnisse der Härtemessungen mit Nanointender
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Ausführungbeispiel
einer Drahtfertigung
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Warmpressbare
zylindrische Blöcke der chemischen Zusammensetzung BB mit Durchmesser
150 mm und 300 mm Länge wurden in Standkokillen gegossen.
Die oxydierte Gusshaut wurde durch Überdrehen entfernt.
Mittels Strangpressen bei 730 bis 750°C wurden Drähte
mit Durchmesser 4,3 mm ausgepresst. Das sehr günstige Umformverhältnis
aus Blockquerschnitt und Drahtquerschnitt von 600:1 ist ohne Pressfehler
trotz des Bleianteils jederzeit möglich. Die Oberfläche
der Pressdrähte ist glatt. Dieses siliziumhaltige Neusilber
ließ sich überraschenderweise ausgesprochen leicht
Warmpressen. Anschließend wurden die Drähte in
zwei Schritten an 3,5 mm Drahtdurchmesser gezogen. Dabei wurde eine
Zugfestigkeit von 800 MPa bei einer Duktilität A10 von
1,6% erzielt. Die Härte HV10 ist 230.
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Eine
Gefügeanalyse ergab eine Silizidphase vom Typ (Mn,Ni)3Si folgender Zusammensetzung [in at-%]:
Ni52-Mn20-Si24-Cu2.5-Zn1.3. Für die weiteren Phasen wurde
die Zusammensetzung Cu49-Zn36-Ni10-Mn4 (α-Phase) und Cu41-Zn35-Ni14-Mn7-Si4
(β-Phase) ermittelt.
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Das
logarithmische Umformvermögen ist mit dem zweiphasigen
Pressgefüge mit φ = 0,4 erschöpft. Durch
eine dreistündige Glühung zwischen 650 und 750°C
wird jedoch ein sehr gut kaltumformbares Rekristallisationsgefüge
ausgebildet. Somit ist es möglich, einen Pressdraht mit
maximal zwei Kaltumformschritten und nur einer Zwischenglühung
kostengünstig an das gewünschte Endmaß mit
Drahtdurchmesser 2,25 mm zu fertigen.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Draht aus der
bleifreien Legierung BC hergestellt. Ausgangsmaterial ist wieder
ein warm pressbarer zylindrischer Gussblock mit Durchmesser 150
mm und einer Länge von 300 mm. Die optimale Warmpresstemperatur
liegt bei ungefähr 750°C. Das Warmumformvermögen ist,
wie bei dem bleihaltigen Werkstoff, sehr gut. Mit einem Pressdrahtdurchmesser
von 6 mm wird mit einem Umformverhältnis von 900:1 gepresst.
Anschließend findet eine Glühung bei 650°C/3
h statt. Damit soll das Gefüge auf den nachfolgenden Kaltumformschritt
Ziehen vorbereitet werden. Das Kaltumformvermögen ist allerdings
begrenzt. Praktischerweise werden Drahtquerschnitte um einen logarithmischen
Umformgrad von ungefähr 0,4 reduziert. Der fertig gezogene
Draht mit Durchmesser 2,25 mm wird abschließend bei 250
bis 300°C spannungsarm geglüht.
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Zerspanungsverhalten
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Mit
HSS-Bohrer mit einem Durchmesser von 0,3 mm wurden Platten nach
der ersten Kaltumformung gebohrt. Der Vorschub betrug 30 mm/min,
die Schnittgeschwindigkeit war 28 m/min bei 3000 Umdrehungen pro
min. Aus den siliciumhaltigen Proben wurden kurze Wendel- und Bröckelspäne
herausgearbeitet.
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Drehversuche
wurden mit Wendeschneidplatten aus Hartmetall durchgeführt.
Die Spantiefe war 0,3 mm, bei einem Vorschub von 0,04 mm und einer
Schnittgeschwindigkeit von 47 m/min. Der bleihaltige Werkstoff lässt
sich ohne Weiteres zerspanen. Bleifreie Varianten können
mit speziell auf diese Werkstoffe angepassten Zerspanungswerkzeugen
bearbeitet werden.
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In
Längsrichtung wurden in ziehharten Drähten der
Variante BB mit Durchmesser 3,5 mm auf einer Länge von
15 mm Löcher mit 1 mm Durchmesser gebohrt. Das Gefüge
der Matrix liegt zweiphasig vor. Auf Grund der zahlreichen spröden
Silizide ist der Bohrstaub sehr feinkörnig. Offensichtlich
wirken neben den Bleitröpfchen auch die Mn-Ni-Silizide
spanbrechend.
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Verschleißverhalten
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Mit
einem Scheibe-Scheibe-Tribometer wurde das Verschleißverhalten
der bleihaltigen Legierungen BA, BB und der bleifreien Legierung
BC verglichen. Das Belastungskollektiv wurde der Reib- und Verschleißsituation
in der Kugelschreibermine angepasst. Scheiben der Werkstoffe BA,
BB und BC wurden gegen eine Kugel aus Wolframcarbid bewegt. Der
Kugeldurchmesser war 3 mm. Mit einer Drehbewegung von 1,2 m/sec und
einer Normalkraft von 10 N betrug die Hertz'sche Flächenpressung
ungefähr 1500 N/mm2. Die Werkstoffe Neusilber
und Wolframcarbid wurden in einem Reservoir aus Kugelschreibertinte
gegeneinander bewegt. Der Gleitweg wurde auf 10 km festgelegt. Dies
entspricht ungefähr der Schreibleistung, die von einer
Kugelschreibermine erwartet wird. Pro Gleitpaarung wurden drei Versuche
durchgeführt.
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Die
Reibspuren in den Scheiben aus Neusilber wurden optisch und mechanisch
vermessen. Die Kugeln aus WC wiesen keinerlei Verschleiß auf.
An dem siliciumfreien und bleihaltigen Werkstoff BA verursacht dagegen
der Verschleiß Spurtiefen bis 9 μm. Überraschenderweise
konnte insbesondere die bleifreie und siliciumhaltige Variante BC
nicht verschlissen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1608789
B1 [0009]
- - EP 0222004 B1 [0010]
- - CH 298973 [0010]
- - DE 4339426 C2 [0011]