DE102022120122A1

DE102022120122A1 - Bleifreie Messinglegierung

Info

Publication number: DE102022120122A1
Application number: DE102022120122.8A
Authority: DE
Inventors: Florian Seuss; Patrick Feldner; Alexander Dehnelt; Hartmut Ricken
Original assignee: Diehl Brass Solutions Stiftung and Co KG
Current assignee: Diehl Brass Solutions Stiftung and Co KG
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2024-02-15
Also published as: EP4321642A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine bleifreie Messinglegierung, enthaltend56 bis 66% Cu,0,1 bis 1,5% Ca,weniger als 0,1% Pb,Rest Zn sowieunvermeidbare Verunreinigungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine bleifreie Messinglegierung.
In der Vergangenheit wurde zur Verbesserung der Zerspanbarkeit von Messinglegierungen Pb in einem Umfang von bis zu 4 Gew.% zugesetzt. Der Zusatz von Pb ist wegen gesetzlicher Vorgaben nicht mehr zulässig.
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. Eine derartige Messinglegierung lässt sich nur eingeschränkt warm umformen. Infolgedessen wird eine solche Messinglegierung für gepresste Formteile nicht verwendet.
Die EP 2 913 415 A1 offenbart eine bleifreie Messinglegierung, welche weder Si noch Bi enthält. Die bekannte Legierung enthält 60 bis 65 Gew.% Cu sowie 0,01 bis 0,15 Gew.% Sb. Der Zusatz von Sb führt zu einer Warmversprödung und wird für den Organismus als toxisch eingestuft.
Die CN 101565784 A offenbart eine bleifreie Messinglegierung, welcher Ca, Si sowie die seltenen Erden Lanthan und Cer zugesetzt sind. Die vorgeschlagene bleifreie Messinglegierung ist in der Herstellung teuer.
Die CN 1333094 C offenbart eine bleifreie Messinglegierung, welcher Ca und Sb zugesetzt sind. Der Zusatz von Sb trägt zu einer unerwünschten Warmversprödung der Legierung bei.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine bleifreie Messinglegierung mit verbesserter Zerspanbarkeit angegeben werden. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll die Messinglegierung eine geringe Warmversprödung aufweisen, so dass sie mittels Warmumformung verarbeitet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung bzw. optionale Legierungszusammensetzungen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
Nach Maßgabe der Erfindung wird eine bleifreie Messinglegierung vorgeschlagen, enthaltend

56 bis 66% Cu,
0,1 bis 1,5% Ca,
weniger als 0,1% Pb,
Rest Zn sowie
unvermeidbare Verunreinigungen.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden unter [%] Gewichtsprozent verstanden.
Erfindungsgemäß wird unter einer „bleifreien Messinglegierung“ eine Legierung verstanden, welche weniger als 0,1% Pb enthält. Bei der erfindungsgemäßen Messinglegierung handelt es sich im engeren Sinne um eine Legierung, der weder Antimon noch Silizium zugesetzt ist. Die vorgeschlagene bleifreie Messinglegierung enthält weniger als 0,01% Sb sowie weniger als 0,1% Si. Der vorgeschlagenen bleifreien Messinglegierung werden insbesondere keine seltenen Erden zugesetzt.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch den vorgeschlagenen Zusatz an Ca der Gehalt an Pb auf weniger als 0,1 % gesenkt werden kann, ohne die Zerspanbarkeit der Legierung zu beeinträchtigen. Die erfindungsgemäße bleifreie Messinglegierung lässt sich im Vergleich zu anderen bleifreien Messinglegierungen kostengünstig herstellen.
Die erfindungsgemäße bleifreie Messinglegierung kann 56 bis 62% Cu, bevorzugt 57 bis 60% Cu, besonders bevorzugt 57 bis 59% Cu, enthalten. D. h. optional kann der Gehalt an teurem Cu reduziert werden.
Das Zerspanungsverhalten der vorgeschlagenen Messinglegierung kann durch einen Zusatz von 0,1 bis 0,6% Ca, bevorzugt durch einen Zusatz von 0,2 bis 0,5% Ca, besonders bevorzugt durch einen Zusatz von 0,2 bis 0,4% Ca, vorteilhaft beeinflusst werden.
Durch einen optionalen Zusatz von Mg kann ein weiterer optionaler Zusatz von P auf einen Gehalt von weniger als 0,2% reduziert werden. Ein Zusatz von P erschwert die Verarbeitung im Stranggießverfahren. Als vorteilhaft angesehen wird insoweit ein Zusatz von weniger als 0,6% Mg, bevorzugt 0,2 bis weniger als 0,6% Mg, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,5% Mg, insbesondere 0,35 bis 0,45% Mg. Der vorgeschlagene Zusatz an Mg trägt wiederum zu einer verbesserten Zerspanbarkeit der Legierung bei.
Ein optionaler Gehalt an P wird zweckmäßigerweise eingestellt auf weniger als 0,2%, bevorzugt 0,04 bis weniger als 0,2%, besonders bevorzugt 0,08 bis weniger als 0,2%.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Messinglegierung weniger als 0,2% As, bevorzugt 0,02 bis weniger als 0,2% As, enthalten. Der optionale Zusatz von As verbessert die Zerspanbarkeit der Messinglegierung.
Die vorgeschlagene Messinglegierung kann ferner weniger als 0,2% Al, bevorzugt 0,02 bis weniger als 0,2% Al, enthalten.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist Sn in einer Menge von weniger als 0,1%, bevorzugt 0,01 bis weniger als 0,1%, enthalten. Der vorgeschlagene optionale Zusatz an Sn erhöht die Relaxationsbeständigkeit der Legierung.
Schließlich kann die Messinglegierung 0,05 bis 0,09% Pb enthalten. Der vorgeschlagene optionale Zusatz an Pb verbessert die Zerspanbarkeit der Legierung. Er gilt im Hinblick auf gesetzliche Vorgaben als unbedenklich.
Nachfolgend werden zur beanspruchten Erfindung Ausführungsbeispiele angegeben.

Ausführungsbeispiel 1:

Cu: 58%

Ca: 0,3%

Pb: 0,05 bis 0,09%

Cn: Rest

Ausführungsbeispiel 2:

Cu: 58%

Ca: 0,3%

Mg: 0,4%

P: 0,1%

Pb: 0,05 bis 0,09%

Cn: Rest

Ausführungsbeispiel 3:

Cu: 58%

Ca: 0,3%

P: 0,1%

Pb: 0,05 bis 0,09%

Cn: Rest
Die vorgeschlagenen Messinglegierungen weisen vorteilhafterweise einen relativ geringen Gehalt von weniger als 60% Cu auf. Die vorgeschlagenen zwingenden Zusätze an Ca und Pb sind kostengünstig verfügbar. Auch die weiteren optionalen Zusätze an Mg, P, Al und/oder Sn sind kostengünstig verfügbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2913415 A1 [0004]
CN 101565784 A [0005]
CN 1333094 C [0006]

Claims

Bleifreie Messinglegierung, enthaltend 56 bis 66% Cu, 0,1 bis 1,5% Ca, weniger als 0,1% Pb, Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
Bleifreie Messinglegierung nach Anspruch 1, wobei 56 bis 62% Cu, bevorzugt 57 bis 60% Cu, besonders bevorzugt 57 bis 59% Cu, enthalten sind.
Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 0,1 bis 0,6% Ca, bevorzugt 0,2 bis 0,5% Ca, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4% Ca, enthalten sind.
Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weniger als 0,6% Mg, bevorzugt 0,2 bis weniger als 0,6% Mg, besonders bevorzugt 0,3% bis 0,5% Mg, insbesondere 0,35 bis 0,45% Mg, enthalten sind.
Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei weniger als 0,2% P, bevorzugt 0,04 bis weniger als 0,2% P, besonders bevorzugt 0,08 bis weniger als 0,2% P, enthalten sind.
Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weniger als 0,2% As, bevorzugt 0,02 bis weniger als 0,2% As, enthalten sind.
Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei weniger als 0,2% Al, bevorzugt 0,02 bis weniger als 0,2% Al, enthalten sind.
Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei weniger als 0,1% Sn, bevorzugt 0,01 bis weniger als 0,1% Sn, enthalten sind.
Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei 0,05 bis 0,09% Pb enthalten sind.