DE1097691B - Verwendung von aushaertbaren und verformungsfaehigen phosphorhaltigen Kupferlegierungen fuer auf Gleitung und Verschleiss beanspruchte Gegenstaende - Google Patents

Verwendung von aushaertbaren und verformungsfaehigen phosphorhaltigen Kupferlegierungen fuer auf Gleitung und Verschleiss beanspruchte Gegenstaende

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DE1097691B
DE1097691B DEV4713A DEV0004713A DE1097691B DE 1097691 B DE1097691 B DE 1097691B DE V4713 A DEV4713 A DE V4713A DE V0004713 A DEV0004713 A DE V0004713A DE 1097691 B DE1097691 B DE 1097691B
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phosphorus
alloys
sliding
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copper alloys
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DEV4713A
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English (en)
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Dr-Ing Kurt Dies
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Ver Deutsche Metallwerke AG
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Ver Deutsche Metallwerke AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/05Alloys based on copper with manganese as the next major constituent

Description

  • Verwendung von aushärtbaren und verformungsfähigen phosphorhaltigen Kupferlegierungen für auf Gleitung und Verschleiß beanspruchte Gegenstände In der Technik besteht ein großes Bedürfnis an Kupferlegierungen, die sich durch eine hohe Verformungsfähigkeit auszeichnen, so daß beispielsweise im kaltgezogenen Zustand noch zusätzliche Verformungsarbeiten möglich sind. Die Legierungen sollen ferner einen hohen Korrosionswiderstand aufweisen. Vielfach ist auch erwünscht, daß die Legierungen mit hoher Verformungsfähigkeit bei gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit einen großen Leitwert für Wärme besitzen und außerdem gute Gleiteigenschaften haben.
  • Für die vorerwähnten Zwecke wurden bisher vielfach aushärtungsfähige Kupferlegierungen benutzt, die Nickel und Silizium aufweisen. Die Werkstoffe haben jedoch den Nachteil, daß ihre Verarbeitung infolge gewisser Sprödigkeitsbereiche beim Anlassen außerordentlich umständlich ist und daß sie ferner im ausgehärteten Zustand eine verhältnismäßig geringe Dehnung aufweisen und schließlich nur für eine hin- und hergehende Bewegung, nicht aber für eine gleichförmige rotierende Bewegung brauchbar sind, falls sie auf Gleitreibung beansprucht werden.
  • Zwecks Verbesserung der Gießbarkeit und zur Erlangung einer erhöhten Sicherheit für die Durchführung der Vergütbarkeit ist auch schon den eisenhaltigen Kupferlegierungen Phosphor zugesetzt worden. Die Phosphormengen sollen zur Erreichung von insbesondere der zuletzt erwähnten Eigenschaft größer sein, als es die Bildung des Eisenphosphids (Fe3P) bedingt.
  • Phosphorhaltige Kupferlegierungen sind weiterhin auch schon mit Zusätzen an Mangan oder einem anderen Metall der Eisengruppe in Mengen bis zu 1,5% als Werkstoff zur Herstellung von Gegenständen empfohlen worden, die weich gelötet werden sollen.
  • Der Fachwelt war es ferner nicht unbekannt, phosphorhaltige Kupferlegierungen mit Metallen der Eisengruppe in Mengen von 0,2 bis 45%, die ein metallisches Phosphid mit Phosphor zu bilden vermögen, zu vergüten und zu verkneten, so daß sie bessere mechanische Eigenschaften, wie z. B. eine Steigerung der Festigkeit und Härte sowie Dehnung, erfahren.
  • Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß Legierungen, die aus 0,05 bis 3 % Phosphor, 0,2 bis 18% Mangan und/oder Eisen, Kobalt, Nickel, Rest Kupfer, bestehen und die gegebenenfalls auch noch Blei in Mengen von 0,1 bis 3o/oenthalten können, als Werkstoffe für die Herstellung von Gegenständen Anwendung finden, die sich durch gute Gleiteigenschaften, einen hohen Verschleißwiderstand, hohe `\,' echselfestigkeit - sowohl in der Kälte als in der Wärme - und durch einen hohen Korrosionswiderstand auszeichnen. Derartige Legierungen sind aushärtbar und verformungsfähig. Sie sind an sich bekannt. Es war bisher jedoch noch nicht erkannt worden, daß gerade eine derartige Zusammensetzung der Kupferlegierungen, bei welcher der Phosphorgehalt und der Betrag an Phosphid bildenden Metallen in einem stöchiometrischen Verhältnis zueinander stehen, für Gegenstände zu empfehlen ist, die einer gleitenden Beanspruchung unterworfen werden. Empfohlen wird, das Verhältnis von Mangan zu Phosphor in den Grenzen 4:1 bis 6:1 zu wählen.
  • Um das Phosphid in Lösung gehen zu lassen, müssen die Temperaturen auf eine Höhe entsprechend der vorhandenen :Mengen von Phosphor und Phosphid bildenden Metallen gebracht werden. Dies kann dadurch geschehen, daß die Legierungen nach dein Gießen oder auch nach einer Warmbehandlung einem Schmiede- oder Knetvorgang unterworfen werden und nach dem Erkalten auf eine Temperatur über 700° C erhitzt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Legierungen aus der Schmiede- oder Preßhitze auf diese Temperatur gebracht werden. Vorzugsweise wird eine Temperatur gewählt, die etwa zwischen 700 und 950° C liegt. Die Legierungen werden dann entweder durch Wasser oder Preßluft beschleunigt abgekühlt. Es hat sich gezeigt, daß die Legierungen in diesem Zustand größte Weichheit und Verformungsfähigkeit im kalten Zustand aufweisen. Infolge der Lösung der Phosphide liegt der Leitwert für Wärme verhältnismäßig tief. Um den in Frage kommenden Legierungen die an sich bekannten guten mechanischen Eigenschaften zu verleihen, werden sie einer Glühung und anschließendem Abschrecken auf Temperaturen zwischen 300 und 600° C, vorzugsweise 400 bis 550° C (Warmaushärtung), in an sich bekannter Weise unterworfen. Gegebenenfalls kann jedoch auch eine Kaltverformung, wie z. B. ein Walzen, Ziehen oder Schmieden, vor der Warmaushärtung eingeschoben werden.
  • Die Herstellung der als bekanntangesehenen Legierungen erfolgt vorteilhaft so, daß zunächst mit den üblichen technischen Hilfsmitteln Kupfer unter oxydierenden Verhältnissen erschmolzen wird und anschließend durch Zusatz von Phosphor sowohl eine Desoxydation als auch ein Auflegieren auf den gewünschten Phosphorgehalt stattfindet. Anschließend können die phosphidbildenden Begleitelemente, wie beispielsweise Mangan, in Form des reinen Metalls oder, vorteilhafter, in Form einer Vorlegierung einlegiert werden. Ein Abbrand des Phosphors ist tunlichst durch Nachgattieren auszugleichen. Unter einer Holzkohlendecke wird die Legierung anschließend im Einzelguß oder auch kontinuierlichen Gießverfahren zu Blöcken oder Barren beliebiger Form und Größe vergossen. Es können aber auch Einzelteile im Band-, Kokillen- oder Spritzguß hergestellt werden.
  • Die durch Schmieden oder Kneten weiterzuverarbeitenden Erzeugnisse werden entweder sofort in der Gießhitze oder nach ihrer Abkühlung durch ein Wiedererwärmen auf Temperaturen gebracht, die über der Löslichkeitsgrenze liegen. Mittels Strangpressen oder Schmiedewerkzeugen erfolgt dann ein Weiterverarbeiten.
  • Um die Legierungen in einen ausscheidungsfähigen Zustand zu bringen, ist es notwendig, entweder sofort aus der Gieß-, Preß- oder Schmiedehitze Gußteile, Stangen, Rohre oder Preßteile in Wasser abzuschrecken oder langsam an Luft erkalten zulassen und auf eine Temperatur über 750° C zu erwärmen, um sie c'ann beschleunigt abzukühlen. Durch eine derartige Abschreckbehandlung gelingt es, dem Werkstoff eine außerordentlich große Weichheit zu verleihen. Die Brinellhärte des in diesem Zustand vorliegenden Werkstoffes liegt zwischen 45 und 90 kg/mm2. Die Dehnungs- und V erformungsfähigkeit in diesem Zustand ist sehr hoch, so daß die Legierungen durch Pressen, Walzen oder Ziehen sehr stark verfestigt werden können, ohne dabei Gefahr zu laufen, das Verformungsvermögen zu erschöpfen. Obwohl der Werkstoff, der sich kalt bearbeiten läßt, z. B. bei der Herstellung von Sechskantköpfen an Schraubenbolzen durch Anstauchen in diesem Zustand bereits über hohe Festigkeitswerte verfügt, kann er durch Anlassen bei Temperaturen zwischen 300 und 600° C noch eine weitere Festigkeitssteigerung erfahren, wobei überraschenderweise eine Zunahme der Dehnung gegenüber dem kaltverformten Zustand eintritt.
  • Bei der Warmaushärtung ist darauf zu achten, daß den niedrigen Anlaßtemperaturen längere Glühzeiten zugeordnet werden müssen als hohen Anlaßtemperaturen. Eine Verlängerung der Glühdauer bei niedriger Temperatur wirkt in gleichem Maße wie eine Erhöhung der Glühtemperatur bei verminderter Glühzeit. Vorzugsweise wird die Warmaushärtungstemperatur zwischen 400 und 500° C und die Anlaßzeit zwischen einer halben Stunde und 5 Stunden liegen. Nach dieser Warmaushärtung kann der Werkstoff entweder mit Wasser abgeschreckt oder auch normal abgekühlt werden.
  • Die: Brinellhärte im kaltgezogenen und anschließend warmausgehärteten Zustand liegt je nach dem Gehalt an Phosphid zwischen 100 und 300 kg/mm2 und die Zugfestigkeit zwischen 30 und 100 kg/mm2 bei Dehnungen zwischen 5 und 25 0/0.
  • Durch die Anlaßbehandlung wird nicht nur die Dehnung des Werkstoffes erhöht, sondern es tritt auch eine Steigerung der Wärmeleitfähigkeit ein. Gleichzeitig werden durch diese Warmbehandlung auch die Gleiteigenschaften so verbessert, daß sich die Legierungen nicht nur für hin- und hergehende, sondern auch für gleichförmig drehende Gleitbewegungen eignen, Infolge der hohen mechanischen Festigkeit ist der Abnutzungswiderstand sehr groß.
  • Mitunter ist die hohe Zähigkeit unerwünscht. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Werkstoff einer spanabhebenden Bearbeitung unterzogen werden soll. In solchen Fällen wird den Legierungen als spanbrechendes Element Blei zugesetzt, vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 3%.
  • Das Anwendungsgebiet der in Frage kommenden phosphorhaltigen Kupferlegierungen erstreckt sich auf Gegenstände, die gute Gleiteigenschaften bei hohen mechanischen Festigkeiten und großen Verschleißwiderstand aufweisen müssen, also auf Werkstücke, die auf gleitende und rollende Reibung beansprucht sind, wie z. B. Gleitlager, Schwinglager, Kupplungs-und Bremslamellen.
  • Da die Warmaushärtungstemperatur sehr hoch liegt, weist der Werkstoff auch eine hohe Warmfestigkeit auf. Die aus den in Frage kommenden Kupferlegierungen herzustellenden Werkstücke können sowohl als Einstoffteile als auch in Form von Verbundteilen mit einer zusätzlichen Stütz- oder Plattierschicht hergestellt werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verwendung von aushärtbaren und verformungsfähigen Legierungen, die aus 0,05 bis 3 % Phosphor, 0,2 bis 18% Mangan und/oder Eisen, Kobalt, Nickel, Rest Kupfer, bestehen und die gegebenenfalls auch noch Blei in Mengen von 0,1 bis 3% enthalten können, als Werkstoffe für die Herstellung von Gegenständen, die gute Gleiteigenschaften, einen hohen Verschleißwiderstand, hohe Wechselfestigkeit in der Kälte und Wärme und hohen Korrosionswiderstand aufweisen müssen, insbesondere von Gleitlagern, Schwinglagern, Kupplungs- und Bremslamellen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 571213, 639 269, 731466; österreichische Patentschrift Nr. 165 674; britische Patentschriften Nr. 439 384, 566 949. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 871993.
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