DE102021103686A1 - brass alloy - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messinglegierung mit 54 bis 64% Cu, 0,05 bis 0,15% AI, 0,005 bis 0,5% In, mindestens eine der Komponenten Fe, Sn, Ni in einer Menge zusammen von 0,01 bis 3,0%, Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.The invention relates to a brass alloy with 54 to 64% Cu, 0.05 to 0.15% Al, 0.005 to 0.5% In, at least one of the components Fe, Sn, Ni in a total amount of 0.01 to 3 0%, balance Zn and unavoidable impurities.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messinglegierung. Sie betrifft insbesondere eine Messinglegierung, welcher weder Blei (Pb) noch Wismut (Bi) zugesetzt sind.The invention relates to a brass alloy. In particular, it relates to a brass alloy to which neither lead (Pb) nor bismuth (Bi) is added.

Eine solche Messinglegierung ist bekannt aus der EP 3 320 122 B1 . Die bekannte Messinglegierung besteht aus 54 bis 64% Cu und 36 bis 46% Zn, wobei die Legierung einen In-Gehalt von 0,005 bis 1,0%, eine Zugabe mindestens einer der Komponenten Fe, Sn, Ni oder Mn von zusammen 0,01 bis 3,0% umfasst. Bi ist der Legierung nicht zugesetzt.Such a brass alloy is known from EP 3 320 122 B1 . The well-known brass alloy consists of 54 to 64% Cu and 36 to 46% Zn, the alloy having an In content of 0.005 to 1.0%, an addition of at least one of the components Fe, Sn, Ni or Mn totaling 0.01 up to 3.0%. Bi is not added to the alloy.

In der Vergangenheit wurde zur Verbesserung der Zerspanbarkeit von Messinglegierungen Pb in einem Umfang von bis zu 4 Gew.% zugesetzt. Der Zusatz von Pb wird wegen gesetzlicher Vorgaben je nach Anwendung, stark eingeschränkt.In the past, Pb was added in an amount of up to 4% by weight to improve the machinability of brass alloys. The addition of Pb is severely restricted due to legal requirements, depending on the application.

Es wurde gefunden, dass die Zugabe von Pb durch eine Zugabe von Bi ersetzt werden kann. Es hat sich allerdings gezeigt, dass ein Zusatz von Bi zu einer Warmversprödung der Messinglegierung führt. Derartige Messinglegierungen lassen sich nur eingeschränkt warm umformen. Infolgedessen werden solche Messinglegierungen für gepresste Formteile nicht verwendet.It has been found that addition of Pb can be replaced with addition of Bi. However, it has been shown that adding Bi leads to hot embrittlement of the brass alloy. Such brass alloys can only be hot-formed to a limited extent. As a result, such brass alloys are not used for pressed moldings.

Die oben angesprochene EP 3 320 122 B1 offenbart eine Messinglegierung, der weder Pb noch Bi zugesetzt ist. Zur Verbesserung der Zerspanbarkeit wird vorgeschlagen, der Messinglegierung 0,005 bis 1,0% In zuzusetzen. Der vorgeschlagene Zusatz an In verbessert zwar die Zerspanbarkeit. Beim Zerspanen bilden sich allerdings relativ lange Spiralspäne, welche zu Verstopfungen beim Abtransport und zum Werkzeugbruch führen können.The one mentioned above EP 3 320 122 B1 discloses a brass alloy to which neither Pb nor Bi is added. To improve machinability, it is proposed to add 0.005 to 1.0% In to the brass alloy. The proposed addition of In improves machinability. However, relatively long spiral chips form during machining, which can lead to blockages during removal and tool breakage.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Messinglegierung angegeben werden, deren Zerspanbarkeit verbessert ist. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll die Messinglegierung eine geringe Warmversprödung aufweisen, so dass sie mittels Warmumformung verarbeitet werden kann.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, a brass alloy is to be specified whose machinability is improved. According to a further aim of the invention, the brass alloy should have low hot embrittlement, so that it can be processed by hot forming.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.This object is solved by the features of patent claim 1. Expedient configurations emerge from the features of the dependent patent claims.

Nach Maßgabe der Erfindung wird eine Messinglegierung vorgeschlagen mit

  • 54 bis 64% Cu,
  • 0,05 bis 0,15% AI,
  • 0,005 bis 0,5% In,
  • mindestens eine der Komponenten Fe, Sn, Ni in einer Menge zusammen von 0,01 bis 3,0%,
  • Rest Zn sowie
  • unvermeidbare Verunreinigungen.
According to the invention, a brass alloy is proposed with
  • 54 to 64% Cu,
  • 0.05 to 0.15% AI,
  • 0.005 to 0.5% In,
  • at least one of the components Fe, Sn, Ni in a total amount of 0.01 to 3.0%,
  • remainder Zn as well
  • unavoidable impurities.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden unter [%] Gewichtsprozent verstanden.In the context of the present description, [%] means percent by weight.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zusatz von 0,05 bis 0,15% AI zu einer Messinglegierung, welche 0,005 bis 0,5% In enthält, ein verbesserter Spanbruch erreicht werden kann. Die vorgeschlagene Messinglegierung zeichnet sich durch eine geringe Warmversprödung aus. Sie kann mittels Warmumformung verarbeitet werden.Surprisingly, it has been shown that the addition of 0.05 to 0.15% Al to a brass alloy which contains 0.005 to 0.5% In, as proposed according to the invention, can improve chip breaking. The proposed brass alloy is characterized by low hot embrittlement. It can be processed by hot forming.

Zur Herstellung der vorgeschlagenen Messinglegierung werden weder Pb noch Bi zugesetzt. Die vorgenannten Elemente sind in der vorgeschlagenen Messinglegierung allenfalls als unvermeidbare Verunreinigungen enthalten.Neither Pb nor Bi are added to produce the proposed brass alloy. The aforementioned elements are contained in the proposed brass alloy at best as unavoidable impurities.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest eine der Komponenten Fe, Sn und Ni in einer Menge von 0,05 bis 0,4%, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 0,3%, enthalten. Besonders bevorzugt sind die Komponenten Fe, Sn und Ni in einer Menge von jeweils 0,1 bis 0,3% enthalten. Der vorgeschlagene Zusatz an Fe und Ni beeinflusst das Kornwachstum der Alpha- und Beta-Mischkristalle. Sn stabilisiert den Beta-Mischkristall. D. h. durch die Anteile an Fe, Sn und Ni kann das Verhältnis zwischen dem Alpha- und dem Beta- Mischkristall bzw. der Alpha- und Beta-Phase eingestellt werden.According to an advantageous embodiment, at least one of the components Fe, Sn and Ni is contained in an amount of 0.05 to 0.4%, preferably in an amount of 0.1 to 0.3%. The components Fe, Sn and Ni are particularly preferably contained in an amount of 0.1 to 0.3% each. The proposed addition of Fe and Ni influences the grain growth of the alpha and beta mixed crystals. Sn stabilizes the beta solid solution. i.e. The proportions of Fe, Sn and Ni can be used to adjust the ratio between the alpha and the beta mixed crystal or the alpha and beta phase.

Nach einer weiteren Ausgestaltung enthält die Messinglegierung Si in einer Menge von bis zu 0,01%. Si bewirkt ebenfalls eine Stabilisierung der Beta-Phase.According to a further embodiment, the brass alloy contains Si in an amount of up to 0.01%. Si also has the effect of stabilizing the beta phase.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist Mn in einer Menge von bis zu 0,2% enthalten. Auch Mn stabilisiert die Beta-Phase und trägt mit anderen Elementen zur Bildung von Ausscheidungen bei, welche sich positiv auf das Zerspanungsverhalten auswirken.According to a further embodiment, Mn is contained in an amount of up to 0.2%. Mn also stabilizes the beta phase and, together with other elements, contributes to the formation of precipitates, which have a positive effect on the machining behavior.

Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Gehalt an Zn 40 bis 44%, vorzugsweise mehr als 41% und weniger als 43% beträgt. Eine Messinglegierung mit dem vorgeschlagenen Gehalt an Zn weist relativ wenig Cu auf und kann infolgedessen kostengünstig hergestellt werden.It has also proven advantageous that the Zn content is 40 to 44%, preferably more than 41% and less than 43%. A brass alloy with the proposed Zn content has relatively little Cu and, as a result, can be produced inexpensively.

Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden zur Herstellung der vorgeschlagenen Messinglegierung ausschließlich die folgenden Komponenten zugesetzt: Cu, Fe, Ni, Sn, In, AI und Zn. Insoweit hat sich die folgende Zusammensetzung als besonders vorteilhaft erwiesen:

  • 56,0 bis 58,0% Cu
  • 0,1 bis 0,3% Fe,
  • 0,1 bis 0,3% Ni,
  • 0,1 bis 0,3% Sn
  • 0,005 bis 0,25% In,
  • 0,05 bis 0,15% AI,
  • Rest Zn sowie
  • unvermeidbare Verunreinigungen.
According to a further particularly advantageous embodiment, only the following components are added to produce the proposed brass alloy: Cu, Fe, Ni, Sn, In, Al and Zn. In this respect, the following composition has proven to be particularly advantageous:
  • 56.0 to 58.0% Cu
  • 0.1 to 0.3% Fe,
  • 0.1 to 0.3% Ni,
  • 0.1 to 0.3% Sn
  • 0.005 to 0.25% In,
  • 0.05 to 0.15% AI,
  • remainder Zn as well
  • unavoidable impurities.

Die vorgeschlagene Messinglegierung zeichnet sich durch eine sehr gute Zerspanbarkeit aus. Sie lässt sich mittels Warmumformung verformen.The proposed brass alloy is characterized by very good machinability. It can be deformed by hot forming.

Die Messinglegierung weist vorteilhafterweise eine Matrix aus einem Beta-Mischkristall mit Anteilen eines Alpha-Mischkristalls auf. Der Anteil an Alpha-Mischkristall beträgt vorteilhafterweise zumindest 28%, vorzugsweise zumindest 30%. Die vorgeschlagene Messinglegierung zeichnet sich durch ein besonders günstiges Zerspanungsverhalten aus.The brass alloy advantageously has a matrix of a beta mixed crystal with proportions of an alpha mixed crystal. The proportion of alpha mixed crystal is advantageously at least 28%, preferably at least 30%. The proposed brass alloy is characterized by a particularly favorable machining behavior.

Die vorgeschlagene Messinglegierung kann außerdem eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthalten:

  • Sb und/oder Cd und/oder Se in einer Menge von jeweils bis zu 0,5%. Es hat sich gezeigt, dass höhere Gehalte an Sb und/oder Cd und/oder Se sich negativ auf die Eigenschaften der Messinglegierung auswirken.
The proposed brass alloy may also contain one or more of the following components:
  • Sb and/or Cd and/or Se in an amount of up to 0.5% each. It has been shown that higher contents of Sb and/or Cd and/or Se have a negative effect on the properties of the brass alloy.

Ca und/oder Mg in einer Menge von jeweils bis zu 1,0%. Ca und/oder Mg tragen zur Bildung Ausscheidungen im Mischkristall bei. Solche Ausscheidungen begünstigen die Zerspanbarkeit der Messinglegierung.Ca and/or Mg in an amount of up to 1.0% each. Ca and/or Mg contribute to the formation of precipitates in the mixed crystal. Such precipitates improve the machinability of the brass alloy.

P in einer Menge von bis zu 0,1%. P trägt zu einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit der Messinglegierung bei. Insbesondere wirkt P einer Entzinkung entgegen.P in an amount up to 0.1%. P contributes to improved corrosion resistance of the brass alloy. In particular, P counteracts dezincification.

Cr in einer Menge von bis zu 0,2%. Cr kann wiederum zur Bildung von Ausscheidungen im Mischkristall beitragen, welche die Zerspanbarkeit der Messinglegierung begünstigen.Cr in an amount up to 0.2%. Cr can in turn contribute to the formation of precipitations in the mixed crystal, which improve the machinability of the brass alloy.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained below.

Die nachfolgende Tabelle gibt die Zusammensetzung einer Referenzlegierung sowie einer erfindungsgemäßen Legierung wieder. Cu Fe Ni Si Mn Sn In AI Zn Referenzlegierung 56,51 0,23 0,24 0,03 0,02 0,26 0,24 - Rest erfindungsgemäße Legierung 56,45 0,19 0,19 0,001 0,01 0,21 0,10 0,09 Rest The table below shows the composition of a reference alloy and an alloy according to the invention. Cu feet no si Mn sn In Al Zn reference alloy 56.51 0.23 0.24 0.03 0.02 0.26 0.24 - rest alloy according to the invention 56.45 0.19 0.19 0.001 0.01 0.21 0.10 0.09 rest

Bei den in der obigen Tabelle angegebene Zahlenwerten handelt es sich um [%] bzw. [Gew.%].The numerical values given in the table above are [%] or [% by weight].

Das Gefüge der Referenzlegierung besteht aus einer Matrix aus einem Beta-Mischkristall mit 39% Alpha-Mischkristall.The structure of the reference alloy consists of a matrix of a beta mixed crystal with 39% alpha mixed crystal.

Das Gefüge der erfindungsgemäßen Legierung besteht aus einer Matrix aus einem Beta-Mischkristall mit 32% Alpha-Mischkristall.The microstructure of the alloy according to the invention consists of a matrix of a beta mixed crystal with 32% alpha mixed crystal.

Sowohl mit der Referenzlegierung als auch mit der erfindungsgemäßen Legierung wurden Zerspanungsversuche durchgeführt. Die dabei erzielten Ergebnisse ergeben sich aus den Figuren. Es zeigen:

  • 1 Späne nach einem Zerspanungsversuch der Referenzlegierung und
  • 2 Späne nach einem Zerspanungsversuch mit der erfindungsgemäßen Legierung.
Machining tests were carried out both with the reference alloy and with the alloy according to the invention. The results obtained are evident from the figures. Show it:
  • 1 Chips after a cutting test of the reference alloy and
  • 2 Chips after a cutting test with the alloy according to the invention.

Zur Durchführung der Zerspanungsversuche sind folgende Versuchsparameter verwendet worden:

  • Drehzahl n der Spindel: 1600 min-1
  • Vorschubgeschwindigkeit f: 0,1 mm/Umdrehung
  • Spantiefe a: 1,25 mm
  • Verwendetes Werkzeug: Wendeschneideplatte VBMT 160408-UR
The following test parameters were used to carry out the cutting tests:
  • Spindle speed n: 1600 rpm
  • Feed speed f: 0.1 mm/rev
  • Depth of cut a: 1.25 mm
  • Tool used: indexable insert VBMT 160408-UR

Die Zerspanungsversuche sind jeweils an Probekörpern mit einer identischen Geometrie durchgeführt worden.The machining tests were each carried out on specimens with an identical geometry.

1 zeigt das Ergebnis des Zerspanungsversuchs unter Verwendung der Referenzlegierung. Es bilden sich relativ lange Spiralspäne. Deren mittlere erste Länge liegt etwa im Bereich von 15 bis 20 mm. 1 shows the result of the machining test using the reference alloy. Relatively long spiral chips form. Their mean first length is approximately in the range of 15 to 20 mm.

2 zeigt das Ergebnis des Zerspanungsversuchs unter Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung. Es bilden sich kurze gebrochene Späne. Deren mittlere zweite Länge liegt etwa im Bereich von 5 bis 10 mm. 2 shows the result of the cutting test using the alloy according to the invention. Short broken chips are formed. Their mean second length is approximately in the range of 5 to 10 mm.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 3320122 B1 [0002, 0005]EP 3320122 B1 [0002, 0005]

Claims (11)

Messinglegierung mit 54 bis 64% Cu, 0,05 bis 0,15% AI, 0,005 bis 0,5% In, mindestens eine der Komponenten Fe, Sn, Ni in einer Menge zusammen von 0,01 bis 3,0%, Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.brass alloy with 54 to 64% Cu, 0.05 to 0.15% AI, 0.005 to 0.5% In, at least one of the components Fe, Sn, Ni in a total amount of 0.01 to 3.0%, remainder Zn as well unavoidable impurities. Messinglegierung nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Komponenten Fe, Sn und Ni in einer Menge von 0,05 bis 0,4% enthalten ist.brass alloy claim 1 , wherein at least one of Fe, Sn and Ni is contained in an amount of 0.05 to 0.4%. Messinglegierung nach Anspruch 2, wobei zumindest eine der Komponenten Fe, Sn und Ni in einer Menge von 0,1 bis 0,3% enthalten ist.brass alloy claim 2 , wherein at least one of Fe, Sn and Ni is contained in an amount of 0.1 to 0.3%. Messinglegierung nach Anspruch 3, wobei die Komponenten Fe, Sn und Ni in einer Menge von jeweils 0,1 bis 0,3% enthalten ist.brass alloy claim 3 , wherein the components Fe, Sn and Ni are contained in an amount of 0.1 to 0.3% each. Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Si in einer Menge von bis zu 0,01% enthalten ist.A brass alloy as claimed in any one of the preceding claims, wherein Si is contained in an amount of up to 0.01%. Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Mn in einer Menge von bis zu 0,2% enthalten ist.A brass alloy as claimed in any one of the preceding claims, wherein Mn is present in an amount of up to 0.2%. Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Zn 40 bis 44%, vorzugsweise mehr als 41% und weniger als 43%, beträgt.Brass alloy according to any one of the preceding claims, wherein the content of Zn is 40 to 44%, preferably more than 41% and less than 43%. Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ausschließlich die folgenden Komponenten zugesetzt sind: Cu, Fe, Ni, Sn, In, AI und Zn.Brass alloy according to one of the preceding claims, in which only the following components are added: Cu, Fe, Ni, Sn, In, Al and Zn. Messinglegierung nach Anspruch 8, mit folgender Zusammensetzung: 56,0 bis 58,0% Cu, 0,1 bis 0,3% Fe, 0,1 bis 0,3% Ni, 0,1 bis 0,3% Sn, 0,005 bis 0,25% In, 0,05 bis 0,15% AI, Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.brass alloy claim 8 , having the following composition: 56.0 to 58.0% Cu, 0.1 to 0.3% Fe, 0.1 to 0.3% Ni, 0.1 to 0.3% Sn, 0.005 to 0.25 % In, 0.05 to 0.15% Al, remainder Zn and unavoidable impurities. Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gefüge eine Matrix aus einem Beta-Mischkristall mit Anteilen eines Alpha-Mischkristalls aufweist.Brass alloy according to one of the preceding claims, wherein the structure has a matrix of a beta mixed crystal with proportions of an alpha mixed crystal. Messinglegierung nach Anspruch 10, wobei der Anteil an Alpha-Mischkristall zumindest 28%, vorzugsweise zumindest 30%, beträgt.brass alloy claim 10 , wherein the proportion of alpha solid solution is at least 28%, preferably at least 30%.
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