DE112020006590T5

DE112020006590T5 - Pulvermetallurgischer prozess zum herstellen von bleifreien verbindungen

Info

Publication number: DE112020006590T5
Application number: DE112020006590.1T
Authority: DE
Inventors: Christopher Todd KIDDER; Barry George MUNCE; Steffen SIGLOCH
Original assignee: Mueller Industries Inc
Current assignee: Mueller Industries Inc
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2022-12-08
Also published as: WO2021150319A1

Abstract

Graphit enthaltende Messinglegierungsrohling mit weniger als 0,25 Gew.-% Blei und ein darauf bezogenes Verfahren zur Herstellung werden bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet ein Bilden eines Messingpulvers und ein Mischen des Messingpulvers mit Graphit und einem oder mehreren Bindemitteln. Das Messingpulver enthält Kupfer und Zink und kann unter Verwendung einer Wasserverdüsung gebildet werden. Die Messingpulver-Mischung wird verdichtet, um einen Ausgangsrohling zu bilden. Der Ausgangsrohling kann einer oder mehreren Wärmebehandlungen unterzogen werden. Eine erste Wärmebehandlung kann verwendet werden, um ein oder mehrere Bindemittel zu entfernen. Eine optionale zweite Wärmebehandlung kann verwendet werden, um den bindemittelfreien Rohling zu desoxidieren. Eine optionale dritte Wärmebehandlung, die das Anlegen eines Drucks beinhaltet, kann verwendet werden, um den bindemittelfreien Rohling zu verdichten. Durch eine dritte Wärmebehandlung kann der Pressling gesintert werden, um den bearbeitbaren, Graphit enthaltenden Messinglegierungsrohling zu bilden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 23. Januar 2020 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 16/750,851 , die eine teilweise Fortsetzung der am 12. März 2019 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 16/351,114 ist, die die Vorteile der am 13. März 2018 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/642,380 beansprucht. Die gesamte Erfindung jeder der oben genannten Anmeldungen wird hier durch Bezugnahme aufgenommen.
GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen bleifreie Messinglegierungsrohlinge bzw. Messinglegierungsknüppel und Verfahren zu deren Herstellung.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen bereit, die sich auf die vorliegende Erfindung beziehen und nicht unbedingt zum Stand der Technik gehören.
Seit mehreren Jahrzehnten sind frei bearbeitbare bleihaltige Messingstangen - zum Beispiel aus der Legierung C36000 - das vorherrschende Legierungsmaterial in Nordamerika. Dieses Material wird üblicherweise durch Gießen eines Rohlings hergestellt, der anschließend zu einer Messingstange heißgepresst wird. Die Kombination aus hervorragender Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, mechanischen Eigenschaften und Wirtschaftlichkeit hat solche Stangen aus bleihaltigen Messinglegierungen zu einem Material der Wahl für viele Konstrukteure gefertigt. Da Blei in Messing unlöslich ist, sammelt sich das Blei an den Korngrenzen und liegt als diskreter Bestandteil vor. Auf diese Weise kann das Blei bei der Bearbeitung als effektiver Spanbrecher bzw. Chip-Brecher fungieren, wodurch sich die Bearbeitbarkeit der verbleiten Messingstangen verbessert. Darüber hinaus kann Blei während des Betriebs als Schmiermittel dienen, indem es die Schneidkante des Bearbeitungswerkzeugs beschichtet, um die Reibung zu senken und die Wärmeerzeugung zu minimieren. Das reduzierte Erwärmen kann die Lebensdauer des Bearbeitungswerkzeugs erhöhen und seine Oberfläche verbessern. Außerdem ermöglicht es, die Verwendung höherer Bearbeitungsgeschwindigkeiten, um die Bearbeitungszeiten zu reduzieren.
Obwohl das Vorhandensein von Blei die Bearbeitbarkeit der Messingstangen verbessern kann, gibt es derzeit starke Bemühungen, das Vorhandensein von Blei in Anwendungen für Trinkwasser zu eliminieren oder auf ein Minimum zu reduzieren, und zwar wegen der potenziellen Risiken für eine Verunreinigung des Wassers und der damit verbundenen gesundheitlichen Bedenken. Die aktuelle US-Bundesgesetzgebung schreibt vor, dass Komponenten und/oder Zusammenbauten aus Messing, die mit Trinkwasser in Berührung kommen können, einen mittleren Gehalt von höchstens 0,25 Gew.-% Blei aufweisen dürfen. Gegenwärtig weisen frei bearbeitbare bleihaltige Messingstangen - z.B. aus der Legierung C36000 - einen mittleren Gehalt von ca. 2,5 Gew.-% bis ca. 3,0 Gew.-% auf, was deutlich über dem von den gesetzlichen Normen festgelegten Höchstwert liegt.
Parallel zu den regulatorischen Bestrebungen, Blei in Messingstangen zu reduzieren und/oder zu eliminieren, drängt die Industrie darauf, die Korrosionsbeständigkeit von Gelbmessing-Legierungen weiter zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf Entzinkung und Spannungsrisskorrosion. Gelbmessing-Legierungen, die eine Alpha-Struktur aufweisen und einen Inhibitor verwenden - beispielsweise Arsen, Antimon und/oder Phosphor - sind im Allgemeinen resistent gegen Entzinkung. Alle Gelbmessing-Legierungen, die weniger als etwa 35 Gew.-% Zink aufweisen, haben eine Alpha-Struktur. Wenn der Gehalt an Zink verringert wird, erhöht sich jedoch der erforderliche Kupfergehalt, wodurch sich die Kosten der Legierung erhöhen. Außerdem müssen Gelbmessing-Legierungen, die mehr als etwa 35 Gew.-% Zink aufweisen, häufig nach der Warmumformung thermisch behandelt werden, um die Entzinkung zu minimieren. Dieser zusätzliche Prozessschritt erhöht die Herstellungszeiten und damit auch die Kosten der Legierung. Risse durch Spannungskorrosion werden üblicherweise durch einen Prozess des Spannungsarmglühens nach der Kaltbearbeitung minimiert. Dieser zusätzliche Prozess erhöht jedoch auch die Herstellungszeiten und die Kosten der Gelbmessing-Legierung.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an kostengünstigen Messinglegierungen mit einem Gehalt an Blei, der den derzeitigen und zukünftigen gesetzlichen Anforderungen entspricht, sowie einer Bearbeitbarkeit, die mit den derzeitigen bleihaltigen Legierungen vergleichbar ist und eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweist.
KURZFASSUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Erfindung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von bearbeitbaren Graphit enthaltenden Messinglegierungsrohlingen bereit, die weniger als 0,25 Gew.-% Blei aufweisen. Das Verfahren beinhaltet ein Bilden eines Messingpulvers, das Kupfer und Zink aufweist; ein Mischen des Messingpulvers mit Graphit und einem oder mehreren Bindemitteln; ein Pressen der Messingpulver-Mischung, um einen Ausgangsrohling zu bilden; ein Erwärmen des Ausgangsrohlings auf eine erste erhöhte Temperatur, um das eine oder die mehreren Bindemittel zu entfernen; ein Erwärmen des bindemittelfreien Rohlings auf eine zweite erhöhte Temperatur, die höher ist als die erste erhöhte Temperatur, um den bindemittelfreien Rohling zu verdichten, wobei das Erwärmen des bindemittelfreien Rohlings auf die zweite erhöhte Temperatur das Anlegen eines Drucks beinhaltet; und ein Erwärmen des verdichteten Rohlings auf eine dritte erhöhte Temperatur, die höher ist als die erste erhöhte Temperatur, um den verdichteten Rohling zu sintern und den bearbeitbaren Graphit enthaltenden Messinglegierungsrohling zu bilden.
In einem Aspekt beinhaltet das Verfahren ferner, vor dem Mischen des Messingpulvers mit dem Graphit und dem einen oder den mehreren Bindemitteln, ein Erwärmen des Messingpulvers auf eine reduzierende Temperatur von mehr als oder gleich etwa 650 °C bis weniger oder gleich etwa 900 °C in einer reduzierenden Atmosphäre.
In einem Aspekt beinhaltet das Verfahren ferner, dass vor dem Mischen des Messingpulvers mit dem Graphit und den ein oder mehreren Bindemitteln das Messingpulver desoxidiert wird, indem das Messingpulver mit einer sauren Lösung gemischt wird, die mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 20 Gew.-% einer oder mehrerer Säuren enthält, und das Messingpulver mit Wasser gespült wird, bis der pH-Wert des Messingpulvers 6,5 übersteigt. Die eine oder mehreren Säuren können aus Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure ausgewählt werden.
In einem Aspekt kann das Messingpulver durch Wasserverdüsung gebildet werden.
In einem Aspekt weist der Ausgangsrohling einen Zylinder mit einem Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 5 Zoll bis weniger als oder gleich etwa 15 Zoll und einer Länge von mehr als oder gleich etwa 1 Zoll auf.
In einem Aspekt beinhaltet der Ausgangsrohling mehr als oder gleich etwa 55 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 65 Gew.-% Kupfer; mehr als oder gleich etwa 0,1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Graphit; und einen Rest an Zink.
In einem Aspekt beinhaltet der Ausgangsrohling außerdem mehr als oder gleich etwa 0,02 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-% eines oder mehrerer Inhibitoren. Der eine oder die mehreren Inhibitoren können ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus: Arsen, Phosphor, Antimon und Kombinationen davon.
In einem Aspekt können das eine oder die mehreren Bindemittel ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus: Alkanen (C_nH_2n+2, wobei n ≥ 10), Squalen, Testbenzin, Kerosin, isoparaffinischen Flüssigkeiten und Polyethern.
In einem Aspekt weist das Pressen bzw. Verdichten eines von kaltisostatischem Pressen („CIP“) und uniaxialem Pressen auf.
In einem Aspekt weist das Pressen bzw. Verdichten ein Pressen der Messingpulver-Mischung auf eine minimale Dichte von etwa 60 % einer theoretischen Dichte auf. Die theoretische Dichte ist die Dichte eines festen Metallrohlings, der keine Hohlräume aufweist, und ist eine Funktion der prozentualen Zusammensetzung der einzelnen Elemente und der jeweiligen Dichten der legierenden Komponenten.
In einem Aspekt kann die erste erhöhte Temperatur größer als oder gleich etwa 200 °C bis kleiner als oder gleich etwa 300 °C sein; die zweite erhöhte Temperatur ist größer als oder gleich etwa 480 °C bis kleiner als oder gleich etwa 750 °C; und die dritte erhöhte Temperatur kann größer als oder gleich etwa 650 °C bis kleiner als oder gleich etwa 900 °C sein.
In einem Aspekt weist der verdichtete Rohling eine Mindestdichte von etwa 93 % einer theoretischen Dichte auf.
In verschiedenen anderen Aspekten stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines bearbeitbaren, Graphit enthaltenden Messinglegierungsrohlings mit weniger als 0,25 Gew.-% Blei bereit. Das Verfahren beinhaltet ein Mischen eines Messingpulvers, das Kupfer und Zink aufweist, mit einer sauren Lösung, die beispielsweise eine oder mehrere der Säuren Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure beinhaltet, und ein Spülen des Messingpulvers mit Wasser, bis der pH-Wert der Lösung 6,5 übersteigt. Das Verfahren kann ferner ein Trocknen des Messingpulvers beinhalten. Das getrocknete Messingpulver kann mit mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% eines Graphitpulvers und mehr als oder gleich etwa 0,02 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% eines oder mehrerer organischer Bindemittel gemischt werden, um eine Messingpulver-Mischung zu bilden. Die Messingpulver-Mischung kann verdichtet bzw. gepresst werden, um einen Ausgangsrohling zu bilden. Der Ausgangsrohling kann auf eine erste Temperatur von mehr als oder gleich etwa 100 °C bis weniger oder gleich etwa 400 °C erwärmt werden, um das Bindemittel zu entfernen. Der bindemittelfreie Rohling kann auf eine zweite Temperatur von größer oder gleich etwa 480 °C bis kleiner oder gleich etwa 750 °C erwärmt werden, um den bindemittelfreien Rohling zu verdichten. Das Erwärmen des bindemittelfreien Rohlings auf die zweite Temperatur zur Verdichtung des bindemittelfreien Rohlings kann ferner ein Anlegen eines Drucks beinhalten, der beispielsweise größer oder gleich etwa 10 Tonnen pro Quadratzoll bis weniger oder gleich etwa 60 Tonnen pro Quadratzoll ist. Der verdichtete Rohling kann auf eine dritte Temperatur von mehr als oder gleich etwa 650 °C bis weniger als oder gleich etwa 900 °C erwärmt werden, um den verdichteten Rohling zu sintern und den bearbeitbaren, Graphit enthaltenden Messinglegierungsrohling zu bilden.
In einem Aspekt kann das Messingpulver durch Wasserverdüsung hergestellt werden.
In einem Aspekt kann die bearbeitbare, Graphit enthaltende Messinglegierung beinhalten: mehr als oder gleich etwa 55 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 65 Gew.-% Kupfer; mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2 Gew.-% Graphit; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.- % bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Zinn; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Mangan; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Silicium; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.- % bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Aluminium; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Eisen; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Nickel; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.- % bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% Arsen; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% Antimon; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% Phosphor; weniger als oder gleich etwa 0,25 Gew.-% Blei; und als Rest Zink.
In einem Aspekt kann die bearbeitbare Graphit enthaltende Messinglegierung im Wesentlichen frei von einem oder mehreren der Elemente Wismut, Chrom, Titan, Eisen und Zinn sein.
In einem Aspekt können das eine oder die mehreren Bindemittel aus Kohlenwasserstoffen und Polyethern ausgewählt werden.
In einem Aspekt wird vor dem Erwärmen des bindemittelfreien Rohlings auf die zweite Temperatur der bindemittelfreie Rohling auf eine dritte Temperatur von mehr als oder gleich etwa 700 °C bis weniger als oder gleich etwa 800 °C erwärmt, um Oxide zu entfernen.
In verschiedenen anderen Aspekten stellt die vorliegende Erfindung eine Gelbmessing-Rohling-Legierung bereit, die mehr als oder gleich etwa 55 Gew.-% bis weniger als oder etwa 65 Gew.-% Kupfer; mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Graphit; mehr als oder gleich etwa 37 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 40,5 Gew.-% Zink; und weniger als oder gleich etwa 0,25 Gew.-% Blei aufweist.
In einem Aspekt kann die Gelbmessing-Rohling-Legierung eine Beta-Phase beinhalten, die im Wesentlichen von einer Alpha-Phase umgeben ist.
In einem Aspekt kann die Gelbmessing-Rohling-Legierung ferner beinhalten: mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Zinn; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.- % Mangan; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Silicium; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Aluminium; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.- % bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Eisen; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Nickel; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% Arsen; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% Antimon; und mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-% Phosphor.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit werden sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung ergeben. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken.

1 ist eine mikroskopische Aufnahme bei 400-facher Vergrößerung einer Graphit enthaltenden Messingstange, die in Übereinstimmung mit verschiedenen Merkmalen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde; und
2 ist eine mikroskopische Aufnahme bei 400-facher Vergrößerung einer C36000 bleihaltigen Messingstange.

Entsprechende Bezugszeichen geben die entsprechenden Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen an.
BESCHREIBUNG
Die beispielhaften Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Es werden beispielhafte Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Erfindung gründlich ist und dem Fachmann den Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details eingestellt, wie z.B. Beispiele für bestimmte Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein umfassendes Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Dem Fachmann wird klar sein, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen anderen Formen verkörpert werden können und dass nichts davon so ausgelegt werden sollte, dass es den Umfang der Erfindung einschränkt. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden bekannte Prozesse, bekannte Strukturen von Vorrichtungen und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und ist nicht als einschränkend zu verstehen. Wie hier verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“, „der“, „die“ und „das“ auch die Mehrzahl beinhalten, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Die Begriffe „umfassen“ bzw. „beinhalten“, „aufweisend“ bzw. „beinhaltend“, „beinhaltet“ und „mit“ sind einschließend und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten, schließen jedoch das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen sind nicht so auszulegen, dass sie unbedingt in der besprochenen oder veranschaulichten Reihenfolge durchgeführt werden müssen, es sei denn, sie sind ausdrücklich als Reihenfolge der Durchführung gekennzeichnet. Es versteht sich auch, dass zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden können.
Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht liegen, mit ihm/ihr in Eingriff stehen, verbunden oder gekoppelt sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu kann ein Element, das als „direkt auf“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, ohne dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorliegen. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in gleicher Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ im Gegensatz zu „direkt zwischen“, „angrenzend“ im Gegensatz zu „direkt angrenzend“ usw.). Wie hier verwendet, beinhaltet der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten Elemente.
Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte, usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt sein. Diese Begriffe können lediglich zur Unterscheidung eines Elements, einer Komponente, eines Bereichs, einer Schicht oder eines Abschnitts von einem anderen Bereich, Schicht oder einem anderen Abschnitt verwendet werden. Begriffe wie „erste“, „zweite“ und andere numerische Begriffe, die hier verwendet werden, implizieren keine Reihenfolge, es sei denn, dies ist aus dem Kontext klar ersichtlich. So könnte ein erstes Element, eine Komponente, ein Bereich, eine Schicht oder ein Abschnitt, von dem im Folgenden die Rede ist, auch als zweites Element, eine Komponente, ein Bereich, eine Schicht oder ein Abschnitt bezeichnet werden, ohne dass dies von der Lehre der beispielhaften Ausführungsformen abweicht.
Räumlich relative Begriffe wie „innen“, „außen“, „unter“, „unten“, „unterer“, „oben“, „oberer“ und dergleichen können hier zur einfacheren Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Räumlich relative Begriffe können zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung auch andere Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb betreffen. Wenn die Vorrichtung in den Figuren beispielsweise umgedreht wird, würden Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ anderer Elemente oder Merkmale beschrieben werden, dann „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet sein. Der Beispielbegriff „unten“ kann also sowohl eine Ausrichtung von oben als auch von unten umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hier verwendeten räumlich relativen Deskriptoren entsprechend interpretiert werden.
Neben anderen Merkmalen stellt die vorliegende Erfindung eine Familie von bleifreien Gelbmessing-Legierungen bereit, die eine verbesserte oder erhöhte Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit aufweisen, die reichlich Spanbruch bzw. Chipbruch und Schmierung beinhaltet. Die bleifreie Gelbmessing-Legierung weist Graphit auf, der in Kupfer nur schwer löslich ist. Zum Beispiel beträgt die Löslichkeit von Kohlenstoff in Kupfer bei Temperaturen von mehr als oder gleich etwa 850 °C bis weniger als oder gleich etwa 950 °C mehr als oder gleich etwa 4 ppm bis weniger als oder gleich etwa 6 ppm. Es wird erwartet, dass die Löslichkeit von Kohlenstoff in Messing in einem ähnlichen Bereich liegt. Wie Blei sammelt sich Graphit an den Korngrenzen und liegt als diskreter Bestandteil vor. Daher weisen Graphit enthaltende Messinglegierungen ähnliche Verabeitungseigenschaften auf wie bleihaltige Messinglegierungen - zum Beispiel in Bezug auf Schneidwerkzeuge und Spanbruch. Ebenso schmiert die zweidimensionale hexagonale Stapelstruktur von Graphit das Messing während der Bearbeitungsprozesse, reduziert die Reibungsbelastung und erhöht dadurch die Lebensdauer der Werkzeuge.
Darüber hinaus sind solche Graphit enthaltenden Gelbmessing-Legierungen nicht nur frei von den gefürchteten Gesundheitsrisiken, sondern weisen im Vergleich zu ihren bleihaltigen Pendants auch eine bessere Recyclingfähigkeit auf. Da Graphit beispielsweise ein spezifisches Gewicht von etwa 2,2 und Messing ein spezifisches Gewicht von etwa 8,5 aufweist, schwimmt Graphit leicht auf der Oberfläche des geschmolzenen Messings und wird von der Krätze mitgerissen. So lässt sich der Graphit leicht und ohne Verunreinigung vom Messing abtrennen. Wenn Blei, Wismut und/oder Silizium fehlen, muss das Graphit enthaltende Gelbmessing während des Prozesses nicht von anderen Messingspäne getrennt werden.
Die Dichte-Differenz zwischen Blei und Graphit verbessert zwar die Wiederverwertbarkeit, kann aber die Verwendung herkömmlicher metallurgischer Prozesse zur Herstellung von Barren verhindern. Ein Verfahren zur Herstellung eines Graphit enthaltenden, bearbeitbaren Messinglegierungsrohlings, der Kupfer, Zink und Graphit aufweist und im Wesentlichen bleifrei ist (das heißt, weniger als 0,25 Gew.-%), wird bereitgestellt.
ZUSAMMENSETZUNG
In verschiedenen Aspekten kann der Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsrohling aufweisen: mehr als oder gleich etwa 55 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 65 Gew.-% Kupfer, mehr als oder gleich etwa 57 Gew.- % bis weniger als oder gleich etwa 65 Gew.-% Kupfer; und in bestimmten Aspekten optional etwa 62,5 Gew.-% Kupfer; mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Graphit; weniger als 0,25 Gew.-% Blei; und als Rest Zink. In verschiedenen Fällen kann der Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsrohling außerdem aufweisen: mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Zinn; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 4,0 Gew.-% Mangan; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.- % bis weniger als oder gleich etwa 4,0 Gew.-% Silizium; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Aluminium; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Eisen; und mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Nickel.
In verschiedenen Fällen kann der Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsrohling auch einen oder mehrere Inhibitoren aufweisen. Zum Beispiel kann der Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsrohling mehr als oder gleich etwa 0,02 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-% eines oder mehrerer Inhibitoren und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 0,02 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,2 Gew.-% eines oder mehrerer Inhibitoren aufweisen. Der eine oder die mehreren Inhibitoren können ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus: Arsen, Antimon, Phosphor und Kombinationen davon. Zum Beispiel kann der Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsrohling aufweisen: mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% Arsen; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% Antimon; und/oder mehr als oder gleich etwa 0 Gew.- % bis weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,2 Gew.-% an Phosphor.

Zusammengefasst:

Element	Gewichtsprozente
Element	Minimum	Maximum
Cu	55	65
Pb	0	0,25
c	0,05	2,0
Sn	0	2,0
Mn	0	4,0
Si	0	4,0
Al	0	2,0
Fe	0	2,0
Ni	0	2,0
As	0	0,15
Sb	0	0,15
P	0	0,5
Zink	Rest

Darüber hinaus enthält die Messingpulver-Mischung vor dem Pressen und der gepresste Messinglegierungsrohling (das heißt, der Ausgangsrohling) vor dem Entfernen des Bindemittels zusätzlich zu den oben genannten metallischen und graphitischen bzw. Graphit enthaltenden Komponenten Bindemittel. In verschiedenen Aspekten können Pulver aus anderen Legierungen miteinander vermischt werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Die Zusammensetzungen (d.h. die Pulvermischung, die Presslinge und die gesinterten Rohlinge) sind im Wesentlichen frei von Blei. Einige Zusammensetzungen können auch im Wesentlichen frei von einem oder mehreren der Elemente Wismut, Chrom, Titan, Eisen und/oder Zinn sein. Diese Aspekte können zum Beispiel kombiniert werden, so dass Zusammensetzungen entstehen, die kein Blei enthalten und auch im Wesentlichen frei von Chrom, Titan, Eisen und/oder Zinn sind. Der Begriff „frei von“ ist so zu verstehen, dass er Spurenmengen der Elemente ermöglicht, die als Verunreinigungen vorliegen können und nicht absichtlich zugesetzt wurden. Die Menge an Verunreinigungen kann weniger als oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%, betragen.
VERFAHREN
In verschiedenen Aspekten weist der pulvermetallurgische Prozess auf: (1) Bilden eines Messingpulvers; (2) Bilden einer Messingpulver-Mischung, die das Messingpulver, Graphit und ein oder mehrere Bindemittel umfasst; (3) Verdichten bzw. Pressen der Messingpulver-Mischung und Bilden eines gepressten Messinglegierungsrohlings; und (4) Unterziehen des gepressten Messinglegierungsrohlings einem oder mehreren Wärmebehandlungsschritten, um einen Graphit enthaltenden, bearbeitbaren Messinglegierungsrohling zu bilden. In verschiedenen Aspekten kann das Verfahren ferner ein Reduzieren des Messingpulvers vor dem Mischen des Messingpulvers mit dem Graphit und/oder dem einen oder den mehreren Bindemitteln beinhalten, um die Messingpulver-Mischung zu bilden.
Bilden des Messingpulvers - Verdüsung
In verschiedenen Aspekten kann das Messingpulver aus einer festen Legierung gebildet werden, indem es durch Schleifen, maschinelle Bearbeitung oder andere ähnliche Prozesse verwendet wird. In verschiedenen anderen Fällen kann das Messingpulver aus einer Messingschmelze gebildet werden, die vor Ort hergestellt oder im Handel erworben wurde, wobei ein oder mehrere Verdüsungsprozesse verwendet werden. Verdüsung verweist im Allgemeinen auf die Umwandlung von geschmolzenem Metall in einen Sprühnebel aus Tropfen, die zu Pulvern erstarren. Es gibt eine Vielzahl von Verdüsungsprozessen. Zum Beispiel kann in bestimmten Fällen ein Gasstrom (das heißt, Luft oder Inertgas) von hoher Geschwindigkeit verwendet werden, um das geschmolzene Metall zu zerstäuben. In solchen Fällen strömt der Gasstrom über eine Expansionsdüse, die das geschmolzene Metall absaugt und in einen Behälter sprüht, wo die Tröpfchen zu einer Pulverform erstarren.
Bei anderen Verdüsungsprozessen strömt das geschmolzene Metall (über die Schwerkraft) durch eine Düse und wird durch Luftstrahlen zerstäubt. Die Metallpulver, die bei solchen Luftstrahlprozessen entstehen, sind kugelförmig und neigen dazu, sich bei den anschließenden Schritten des Packens, Stopfens bzw. Stampfens und Sinterns zusammenzupressen. In noch anderen Prozessen der Verdüsung kann anstelle der Luftdüsen ein Wasserstrom von hoher Geschwindigkeit verwendet werden. Ein besonderer Vorteil der Wasserverdüsung ist die Herstellung von nicht kugelförmigen Gestalten. In anderen Prozessen der Verdüsung kann das geschmolzene Metall auf eine schnell rotierende Scheibe gegossen werden, die das Metall durch die Zentrifugalkraft in alle Richtungen spritzt und so das Messingpulver bildet.
Optional: Entfernen oder Reduzieren von Oxiden im Messingpulver
In verschiedenen Aspekten kann das Verfahren ferner das Reduzieren des Messingpulvers vor dem Mischen des Messingpulvers mit dem Graphit und/oder dem einen oder mehreren Bindemitteln beinhalten, um die Messingpulver-Mischung zu bilden. Zum Beispiel kann das Messingpulver in bestimmten Fällen vor der Bildung der Messingpulver-Mischung reduziert werden. Insbesondere kann das Messingpulver in einer reduzierenden Atmosphäre, die beispielsweise Wasserstoff aufweist, auf eine Temperatur von mehr oder gleich etwa 650 °C bis weniger oder gleich etwa 900 °C, mehr oder gleich etwa 675 °C bis weniger oder gleich etwa 850 °C und in bestimmten Aspekten optional mehr oder gleich etwa 675 °C bis weniger oder gleich etwa 825 °C erwärmt werden, um Oxide zu entfernen oder zu reduzieren. In verschiedenen Fällen kann das Messingpulver für mehr als oder gleich etwa 15 Minuten auf die reduzierende Temperatur erwärmt werden. In bestimmten anderen Fällen kann das Messingpulver mit einer oder mehreren Säurelösungen gemischt werden, die mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 20 Gew.-% einer oder mehrerer der Säuren Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure aufweisen. In verschiedenen Fällen kann das Messingpulver mit der einen oder mehreren Säurelösungen für mehr als oder gleich etwa 30 Sekunden gemischt werden. Folgend und vor dem Einbringen in die Messingpulver-Mischung kann das Messingpulver mit Wasser gespült werden, bis der pH-Wert der Lösung über 6,5 liegt.
Messingpulver-Mischung
In verschiedenen Aspekten weist die Messingpulver-Mischung das zerstäubte (und reduzierte) Pulver, Graphit und ein oder mehrere Bindemittel auf. Beispielsweise kann die Mischung aufweisen: mehr als oder gleich etwa 0,1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Graphit; mehr als oder gleich etwa 0,01 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-%, mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.- % bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 0,03 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,4 Gew.-% des Bindemittels; und als Rest das Messingpulver. In bestimmten Aspekten kann die Messingpulver-Mischung außerdem ein oder mehr zusätzliche Metallpulver aufweisen. Zum Beispiel kann die Messingpulver-Mischung mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Aluminium und/oder mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Magnesium aufweisen.
Graphit. Der Graphit weist mehr als oder gleich etwa 90 Gew.-%, mehr als oder gleich etwa 99 Gew.-%, mehr als oder gleich etwa 99,9 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 99,99 Gew.-% an reinem Kohlenstoff auf. Der Graphit kann eine unregelmäßige Morphologie (das heißt, nicht kugelförmig) und mittlere Teilchengrößen von mehr als oder gleich etwa 3 µm bis weniger als oder gleich etwa 100 µm aufweisen. In bestimmten Aspekten kann der Graphit zum Beispiel eine mittlere Teilchengröße von etwa 9 µm aufweisen.
Bindemittel. Bei den ein oder mehr Bindemitteln handelt es sich um organische Materialien, die den Graphit an den Metallpartikeln festhalten und unter verschiedenen Aspekten der Tendenz des Graphits mit vergleichsweise niedriger Dichte entgegenwirken, sich aus der Messingpulver-Mischung zu entmischen oder abzusetzen. Das eine oder die mehreren Bindemittel können ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus: Alkanen (C_nH_2n+2, wobei n ≥ 10), Squalen, Testbenzin, Kerosin, isoparaffinischen Flüssigkeiten und Polyethern. In verschiedenen Aspekten können das eine oder die mehreren Bindemittel einen Schmelzpunkt aufweisen, der niedriger als oder gleich etwa 10 °C ist. Zum Beispiel kann Polyethylenglykol (PEG) mit einem Molekulargewicht von etwa 300 M bessere Ergebnisse aufweisen als Polyethylenglykol (PEG) mit einem Molekulargewicht von etwa 600 M und einem vergleichsweise höheren Schmelzpunkt.
In verschiedenen Aspekten können die Polyether Polyalkylenoxide und/oder andere Alkylenoxid-Polymere und -Copolymere beinhalten, wie z.B. Alkoholethoxylate und Propoxylate. In bestimmten Fällen können die Polyether auch Polyethylenglykol (PEG), Polyethylenoxid und/oder Ethylenoxid/Propylenoxid-Blockcopolymere beinhalten. In verschiedenen Aspekten können die isoparaffinischen Flüssigkeiten reine Kohlenwasserstoffe sein, die unter der Bezeichnung IsoparTM von ExxonMobil erhältlich sind. Solche isoparaffinischen Flüssigkeiten sind Erdöldestillate, die behandelt wurden, um Verunreinigungen zu reduzieren oder zu entfernen, einschließlich Aromaten, ungesättigte Olefine und reaktive polare Verbindungen. Die isoparaffinischen Flüssigkeiten können einen Destillationsbereich (der dem Siedepunkt von Kohlenwasserstoffen entspricht) aufweisen, der größer als oder gleich etwa 99 °C bis kleiner als oder gleich etwa 313 °C ist, und einen Gehalt an Aromaten aufweisen, der kleiner als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%, kleiner als oder gleich etwa 0,02 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional kleiner als oder gleich etwa 0,01 Gew.-% ist. In einer Ausführungsform kann die isoparaffinische Flüssigkeit beispielsweise aufweisen: einen Destillationsbereich, der größer oder gleich etwa 219 °C bis kleiner oder gleich etwa 258 °C ist; einen Gehalt an Aromaten von etwa 0,013 Gew.-%; und einen Anilinpunkt von etwa 85. Unter verschiedenen Aspekten können die isoparaffinischen Flüssigkeiten im Vergleich zu n-Butylacetat mit einer Verdampfungsrate von 100 eine Verdampfungsrate aufweisen, die weniger als etwa 1 beträgt.
Pressen
Die Messingpulver-Mischung - einschließlich des Messingpulvers, des Graphits und der Bindemittel - kann einem oder mehreren Pressschritten unterzogen werden, um einen gepressten Messinglegierungsrohling zu bilden. Zum Beispiel können Pressdrücke angelegt werden, um die Metallpartikel zusammenzudrücken, wodurch Hohlräume zwischen den Partikeln beseitigt werden und ein Rohling mit höherer Dichte entsteht. Der komprimierte Messinglegierungsrohling (das heißt, der Ausgangsrohling) kann eine Dichte aufweisen, die mindestens 60 % einer theoretischen Dichte beträgt. Die theoretische Dichte ist die Dichte eines festen Metallrohlings, der keine Hohlräume aufweist, und ist eine Funktion der prozentualen Zusammensetzung der einzelnen Elemente und der jeweiligen Dichten der legierenden Komponenten.
Der Pressprozess kann eine Reihe von Formen annehmen, wie zum Beispiel das Durchführen einer Mehrzahl von Konsolidierungszyklen. In verschiedenen Aspekten kann der Pressprozess uniaxial bzw. einachsig oder isostatisch sein. Zum Beispiel kann der gepresste Messinglegierungsrohling unter Verwendung eines uniaxialen Kompressions- oder Pressprozesses gebildet werden. Solche Pressprozesse beinhalten die Verwendung mehrerer gegenüberliegender Stempel (das heißt, gegenüberliegender Ober- und Unterstempel), die die in einer Matrize enthaltenen Pulver komprimieren. Insbesondere kann durch das Anlegen eines einachsigen Drucks auf einen Presszylinder eine Reibung an einer Matrizenwand erzeugt werden, um einen Dichtegradienten entlang der bildenden Richtung zu bilden. In bestimmten Aspekten können Pressungen einen Durchmesser von etwa 10 Zoll und eine Mindestlänge von etwa 1 Zoll aufweisen. Vor dem Ausstoßen der Presslinge können mehrere Konsolidierungszyklen auftreten. In bestimmten Aspekten können die Presslinge in einer Hohlschale mit einer Mindestlänge von etwa 36 Zoll platziert und anschließend extrudiert werden. In bestimmten anderen Fällen können die Pressungen unter Druck auf eine Mindestlänge von 36 Zoll gesintert werden. Während der Extrusion können die einzelnen Presslinge Rücken an Rücken extrudiert werden, ohne die Qualität des Endprodukts zu beeinträchtigen.
In verschiedenen anderen Aspekten kann der gepresste Messinglegierungsrohling unter Verwendung eines isostatischen Kompressions- oder Pressprozesses gebildet werden. Solche Pressprozesse beinhalten die Verwendung von flexiblen Formen und hydraulischem Druck. Zum Beispiel kann die Messingpulver-Mischung in einer flexiblen Form platziert werden und hydraulischer Druck kann gegen die Form angelegt werden, um die Pulver zu pressen. Zur Erzeugung des hydraulischen Drucks kann Wasser oder Öl verwendet werden. Im Gegensatz zu uniaxialen bzw. einachsigen Kompressions- oder Pressprozessen wird beim isostatischen Pressen die Kraft gleichmäßig in alle Richtungen angelegt.
In verschiedenen Fällen kann kaltisostatisches Pressen verwendet werden. Kaltes isostatisches Pressen tritt bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen auf - beispielsweise bei Raumtemperatur. In solchen Fällen können die Formen überdimensioniert sein, um den Schrumpf auszugleichen. In verschiedenen anderen Fällen kann isostatisches Heißpressen verwendet werden. In bestimmten Fällen kann jedoch das kaltisostatische Pressen bevorzugt werden, da die Kosten für die Werkzeuge im Vergleich zum isostatischen Pressen geringer sind. Das isostatische Heißpressen beinhaltet die Verwendung erhöhter Temperaturen und Drücke sowie eines oder mehrerer Gase, wie Argon oder Helium, als Kompressionsmedium.
In verschiedenen Aspekten kann der verdichtete oder gepresste Messinglegierungsrohling, der auch als grüner Pressling bekannt ist, die Form eines Zylinders aufweisen, der einen Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 5 Zoll bis weniger als oder gleich etwa 15 Zoll und in bestimmten Fällen optional mehr als oder gleich etwa 10 Zoll bis weniger als oder gleich etwa 12 Zoll aufweist. Zum Beispiel kann der gepresste Messinglegierungsrohling in einer Ausführungsform einen Durchmesser von etwa 12 Zoll und eine Länge von etwa 84 Zoll aufweisen. In jedem Fall weist der gepresste Messinglegierungsrohling eine ausreichende Festigkeit auf, um eine Handhabung des Rohlings vor der nachfolgenden thermomechanischen Verarbeitung (das heißt Sintern und Warmpressen) ohne Risse zu ermöglichen. Die grüne Festigkeit wird in erster Linie von der Morphologie des Pulvers und der Menge an Kraft, die während des Pressprozesses angelegt wird, beeinflusst. Die Morphologie des Pulvers ist abhängig vom Prozess der Pulverbildung (z.B. Wasserverdüsung); und in verschiedenen Aspekten kann eine Druckkraft im Bereich von mehr als oder gleich etwa 10 Tonnen pro Quadratzoll bis weniger oder gleich etwa 35 Tonnen pro Quadratzoll auf die Messingpulver-Mischung angelegt werden, um einen gepressten Messinglegierungsrohling mit einer minimalen grünen Festigkeit von etwa 200 Pfund pro Quadratzoll herzustellen.
Wärmebehandlungen
Der verdichtete Messinglegierungsrohling kann einem oder mehreren Schritten der Wärmebehandlung unterzogen werden. Beispielsweise kann ein erster Wärmebehandlungsschritt dazu verwendet werden, das eine oder die mehreren Bindemittel zu entfernen; eine optionale zweite Wärmebehandlung kann dazu verwendet werden, den bindemittelfreien gepressten Rohling zu reduzieren; eine optionale dritte Wärmebehandlung, die die Anwendung von Druck beinhalten kann, kann dazu verwendet werden, den bindemittelfreien gepressten Rohling zu verdichten; und eine vierte Wärmebehandlung kann dazu verwendet werden, den bindemittelfreien oder modifizierten, gepressten Messinglegierungsrohling zu sintern, um einen verarbeitbaren Messinglegierungsrohling zu bilden. Der bearbeitbare Messinglegierungsrohling kann weiter extrudiert werden, um eine Stange aus Messing zu erzeugen, die weiter bearbeitet und/oder warm- oder kaltverformt werden kann, um die gewünschten Stücke aus Messing - zum Beispiel Ventile - herzustellen.
Erste Wärmebehandlung. In verschiedenen Aspekten wird der gepresste Messinglegierungsrohling auf eine erste erhöhte oder Entbindungstemperatur erwärmt, um das eine oder die mehreren Bindemitteln zu entfernen. Genauer gesagt können das eine oder die mehreren Bindemittel aus dem gepressten Messinglegierungsrohling entfernt werden, wenn die Zustände so sind, dass sich das eine oder die mehreren Bindemittel verflüchtigen (das heißt, verdampfen), ohne eine signifikante Pyrolyse zu durchlaufen. Im Allgemeinen begünstigen niedrigere Temperaturen die Verflüchtigung, während höhere Temperaturen zur Pyrolyse führen. Da es sich bei einem oder mehr Bindemitteln um organische Materialien handelt, treten Verdampfung und Pyrolyse außerdem bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen auf.
Um das eine oder die mehreren Bindemitteln durch Verdampfung oder Verflüchtigung zu entfernen, wird der gepresste Messinglegierungsrohling auf eine erste Temperatur erwärmt, die nahe am oder über dem Siedepunkt des einen oder der mehreren organischen Materialien liegt. In verschiedenen Aspekten beinhaltet das Erwärmen des Messinglegierungsrohlings zum Entfernen oder Reduzieren der Menge des einen oder der mehreren Bindemittel beispielsweise das Plateauerwärmen des Presslings auf die erste Temperatur und das Halten dieser Temperatur für einen ersten Zeitraum. In bestimmten Fällen kann der erste Zeitraum größer als oder gleich etwa 60 Sekunden pro Zoll Rohlingsdicke sein. In verschiedenen anderen Aspekten beinhaltet das Erwärmen des Messinglegierungsrohlings zum Entfernen oder Reduzieren der Menge des einen oder der mehreren Bindemittel eine Rampenerwärmung des Presslings auf die erste erhöhte Temperatur und von dort weiter auf die zweite, dritte und/oder vierte erhöhte Temperatur.
In jedem Fall kann der gepresste Messinglegierungsrohling auf eine erste Temperatur erwärmt werden, die größer oder gleich etwa 100 °C bis kleiner oder gleich etwa 400 °C, größer oder gleich etwa 100 °C bis kleiner oder gleich etwa 300 °C, größer oder gleich etwa 200 °C bis kleiner oder gleich etwa 400 °C, größer oder gleich etwa 200 °C bis kleiner oder gleich etwa 300 °C, und in bestimmten Aspekten optional größer oder gleich etwa 205 °C bis kleiner oder gleich etwa 300 °C ist. In bestimmten Aspekten kann die Reaktion zum Entfernen von Bindemittel in einer inerten Umgebung durchgeführt werden, die beispielsweise Stickstoff aufweist. In bestimmten anderen Aspekten kann die Reaktion zum Entfernen von Bindemittel in einer oxidierenden Umgebung durchgeführt werden, die zum Beispiel Luft aufweist.
Optional: Zweite Wärmebehandlung. Folgend auf das Entfernen des einen oder der mehreren Bindemittel, kann der bindemittelfreie oder modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling einer optionalen zweiten Wärmebehandlung unterzogen werden. Die zweite Wärmebehandlung kann die im modifizierten, gepressten Messinglegierungsrohling verbliebenen Oxide entfernen oder reduzieren, die bei den Verdüsungs- oder Pressprozessen gebildet worden sein können. Die optionale zweite Wärmebehandlung beinhaltet das Erwärmen des modifizierten, gepressten Messinglegierungsrohlings auf eine zweite erhöhte oder reduzierende Temperatur. Die zweite erhöhte oder reduzierende Temperatur kann höher sein als die Entbindungstemperatur. Das Entfernen von Oxid wird durch eine reduzierende Atmosphäre (die z.B. Wasserstoff aufweist), ein Reduktionsmittel (wie z.B. Kohlenstoff) oder durch Flüssigphasensintern, das durch Aluminium und/oder Magnesium bei der zweiten erhöhten Temperatur gefördert wird, erreicht. Um die unerwünschten Oxide zu entfernen, kann der modifizierte Messinglegierungsrohling-Pressling beispielsweise auf eine zweite Temperatur von mehr als oder gleich etwa 700 °C bis weniger als oder gleich etwa 800 °C in einer reduzierenden Umgebung erwärmt werden, die zum Beispiel mindestens etwa 5 % Wasserstoffgas und als Rest Stickstoff aufweist. In bestimmten Fällen kann der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling während eines zweiten Zeitraums auf die zweite erhöhte Temperatur erwärmt werden. Der zweite Zeitraum kann mehr als oder gleich etwa 60 Sekunden pro Zoll Rohlingsdicke betragen.
Optionale dritte Wärmebehandlung. Folgend auf das Entfernen des einen oder der mehreren Bindemittel und/oder die Reduzierung kann der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling einer optionalen dritten Wärmebehandlung unterzogen werden. In verschiedenen Aspekten beinhaltet der optionale dritte Schritt der Wärmebehandlung das Erwärmen des modifizierten, gepressten Messinglegierungsrohlings und, in bestimmten Aspekten, das Anlegen von Druck (das heißt einer Kompressionskraft) auf den modifizierten, gepressten Messinglegierungsrohling, während der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling noch heiß ist. Durch die dritte Wärmebehandlung kann der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling weiter verdichtet werden. Zum Beispiel, um einen verdichteten, modifizierten, gepressten Messinglegierungsrohling zu bilden, der eine Dichte aufweist, die mindestens 93 %, optional mindestens 96 % und in bestimmten Aspekten optional mindestens 97 % der theoretischen Dichte beträgt.
Die optionale dritte Wärmebehandlung beinhaltet das Erwärmen des modifizierten, gepressten Messinglegierungsrohlings auf eine dritte erhöhte oder verdichtende Temperatur. Die dritte erhöhte oder verdichtende Temperatur kann höher sein als die Entbindungstemperatur. Die dritte Wärmebehandlung kann unter bestimmten Gesichtspunkten unter Verwendung eines Heißstauchprozesses angelegt werden. Um den modifizierten, gepressten Messinglegierungsrohling zu verdichten, kann der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling beispielsweise auf eine dritte erhöhte Temperatur von mehr als oder gleich etwa 480 °C bis weniger als oder gleich etwa 750 °C und in bestimmten Aspekten optional von mehr als oder gleich etwa 540 °C bis weniger als oder gleich etwa 700 °C erwärmt werden. Während der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling auf die dritte Temperatur erwärmt wird, kann auf den modifizierten, gepressten Messinglegierungsrohling auch eine Druckkraft von mehr als oder gleich 3 Tonnen pro Quadratzoll bis weniger als oder gleich 60 Tonnen pro Quadratzoll und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich 10 Tonnen pro Quadratzoll bis weniger als oder gleich 60 Tonnen pro Quadratzoll angelegt werden. In bestimmten Fällen kann der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling für einen dritten Zeitraum auf die dritte erhöhte Temperatur erwärmt werden. Der dritte Zeitraum kann größer oder gleich etwa 60 Sekunden pro Zoll Rohlingsdicke sein.
Vierte Wärmebehandlung. Folgend auf eine oder mehrere der ersten, zweiten und dritten Wärmebehandlungen kann der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling einer vierten erhöhten Temperatur oder Sintertemperatur ausgesetzt werden, um den Rohling zu sintern. Die vierte erhöhte Temperatur sollte sich nicht den Schmelzpunkten der Rohlingsmetalle nähern oder diese überschreiten, da dies dazu führen kann, dass sich der Rohling unter seinem eigenen Gewicht unerwünscht verformt. In verschiedenen Aspekten kann der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling auf eine vierte Temperatur erwärmt werden, die größer oder gleich etwa 650 °C bis kleiner oder gleich etwa 900 °C, größer oder gleich etwa 650 °C bis kleiner oder gleich etwa 875 °C, größer oder gleich etwa 760 °C bis kleiner oder gleich etwa 875 °C und in bestimmten Aspekten optional größer oder gleich etwa 810 °C bis kleiner oder gleich etwa 875 °C ist, um einen bearbeitbaren Messinglegierungsrohling zu bilden. In bestimmten Fällen kann der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling für einen vierten Zeitraum auf die vierte erhöhte Temperatur erwärmt werden. Der vierte Zeitraum kann größer oder gleich etwa 60 Sekunden pro Zoll Rohlingsdicke sein.
Beispiel Prozess der Wärmebehandlung. In verschiedenen Aspekten kann der gepresste Messinglegierungsrohling beispielsweise für einen ersten Zeitraum auf eine Entbindungstemperatur oder erste Temperatur größer oder gleich etwa 220 °C erwärmt werden, um das Bindemittel zu entfernen. Nach ausreichender Entfernung des Bindemittels kann der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling in einer reduzierenden Umgebung, die 5 % Wasserstoff und einen Rest Stickstoff aufweist, für einen zweiten Zeitraum auf eine zweite Temperatur von größer oder gleich etwa 700 °C bis kleiner oder gleich etwa 860 °C erhitzt werden, um Oxide zu reduzieren oder zu entfernen. Nach dem Entbindern oder Reduzieren kann der modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling während eines dritten Zeitraums unter Anlegen von Druck auf eine Verdichtung oder eine dritte Temperatur von mehr als oder gleich etwa 540 °C bis weniger als oder gleich etwa 700 °C erwärmt werden, um den gepressten Messinglegierungsrohling zu verdichten. Folgend auf das ausreichende Entfernen oder Reduzieren von Oxiden und/oder Verdichten des gepressten Messinglegierungsrohlings kann der verdichtete oder modifizierte, gepresste Messinglegierungsrohling auf eine Sinter- oder vierte Temperatur von mehr als oder gleich etwa 675 °C bis weniger oder gleich etwa 850 °C erwärmt werden, um die Bindung der Partikel im festen Zustand und die Bildung eines bearbeitbaren Messinglegierungsrohlings zu fördern.
Zusätzliche optionale Verarbeitungsschritte. In verschiedenen Aspekten kann der bearbeitbare Messinglegierungsrohling nach dem Sintern direkt heiß extrudiert werden, so dass ein nachfolgender Prozessschritt des Wiederaufheizens nicht erforderlich ist. Nach verschiedenen anderen Aspekten kann der bearbeitbare Messinglegierungsrohling nach dem Sintern abgekühlt und für eine spätere Verarbeitung gespeichert werden. In verschiedenen Aspekten kann die Extrusion des Graphit enthaltenden Metallrohlings unter den gleichen oder ähnlichen Zuständen durchgeführt werden, die für die Extrusion von bleihaltigen Messinglegierungen verwendet werden. Zum Beispiel kann der bearbeitbare Messinglegierungsrohling zu einer Stange extrudiert werden, aus der dann brauchbare Teile gebildet werden können, typischerweise durch maschinelle Bearbeitung unter Verwendung bestehender Anlagen bei Temperaturen und Geschwindigkeiten, die für andere Messinglegierungen üblich sind.
EIGENSCHAFTEN VON GRAPHIT ENTHALTENDEN, BEARBEITBAREN STANGEN AUS EINER MESSINGLEGIERUNG
Die vorgenannten Verdüsungs- und Pulverpressprozesse erzeugen Mikrostrukturen, die mit herkömmlichen metallurgischen Prozessen in Barrenform nicht erreicht werden können. Insbesondere kann die Korngröße der Graphit enthaltenden Metallpulverstangen kleiner sein als die vergleichbarer bleihaltiger Stangen mit demselben Gehalt an Kupfer. Und obwohl bleihaltige Stangen geringere Gehalte an Zink aufweisen, kann die Beta-Phase in den Graphit enthaltenden Messingstangen breiter gestreut und unabhängig sein. Zu vergleichen sind zum Beispiel die 1 und 2. 1 ist eine mikroskopische Aufnahme bei 400-facher Vergrößerung einer Graphit enthaltenden Messingstange, der in Übereinstimmung mit verschiedenen Merkmalen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, während 2 eine mikroskopische Aufnahme, ebenfalls bei 400-facher Vergrößerung, einer C36000 bleihaltigen Messingstange ist. Beide Beispiele zeigen eine gleichmäßige Dispersion eines Spanbrechers.
Mechanische Eigenschaften von Graphit enthaltenden, bearbeitbaren Stangen aus einer Messinglegierung

Wie im Folgenden näher erläutert, erfüllen die Graphit enthaltenden, bearbeitbaren Messinglegierungsstangen, die in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, die Mindeststandards der Industrie - namentlich die ASTM B-16 „Standard Specification for Free-Cutting Brass Rod, Bar, and Shapes for Use in Screw Machines“ - sowie andere Industrienormen für Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit. Zum Beispiel können Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsstangen, die in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, folgendes aufweisen:

Beispielsstange	Höchstzugkraft (ksi)	Streckgrenze (0,5% Ausdehnung unter Last) (ksi)	Dehnung (%)
ASTM B-16	55	25	10
C36000	59	41	26
Graphitmessing:	56	40	23
63 Gew.-% Kupfer
0,7 Gew.-% Graphit
Rest Zink
Graphitmessing:	55	35	17
62 Gew.-% Kupfer
1,2 Gew.-% Graphit
Rest Zink

Wie in den obigen Beispielen veranschaulicht, können Graphit enthaltende, frei bearbeitbare Messinglegierungsstangen, die gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, sowohl eine hohe Festigkeit (ksi) als auch eine hohe Dehnung (%) aufweisen. Zum Beispiel können Graphit enthaltende, frei bearbeitbare Messinglegierungsstangen, die in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, eine Festigkeit (ksi) von mehr als oder gleich etwa 30 ksi und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 40 ksi aufweisen; und eine Dehnung (%) von mehr als oder mehr als oder gleich etwa 15 % und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 30 %. Graphit enthaltende, frei bearbeitbare Messinglegierungsstangen, die gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, können diese Kombination aus hoher Festigkeit (ksi) und Dehnung (%) erreichen und gleichzeitig weniger oder gleich etwa 65 Gew.-% Kupfer aufweisen.
Widerstand gegen Spannungsrisskorrosion. Die ASTM B154 („Standard Test Method for Mercurous Nitrate Test for Copper Alloys“) ist ein übliches Verfahren zur Prüfung von Kupferlegierungen auf Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Genauer gesagt, wenn eine Probe in eine Lösung von Quecksilbernitrat gemäß den ASTM B 154-Standards getaucht wird und anschließend keine Risse beobachtet werden, gilt die Probe als beständig gegen Spannungsrisskorrosion. Die spezifische Mikrostruktur der Graphit enthaltenden, bearbeitbaren Messinglegierungsstangen, die gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, verbessert die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Zum Beispiel kann der Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsrohling wesentlich mehr - mindestens doppelt so viele - Keimbildungsstellen aufweisen, die während der Rekristallisationsphasen der Warmumformungsprozesse zur Verfügung stehen, was zu einer wesentlich geringeren Korngröße führt, wie zum Beispiel in 1 zu sehen ist. Kleinere Korngrößen hemmen die Spannungskorrosion durch Risse. So kann durch Warmstrangpressen der Messingpulver-Mischung eine Legierung hergestellt werden, die resistent gegen Spannungsrisskorrosion ist, ohne dass eine thermische Nachbearbeitung nach der Kaltverformung erforderlich ist.
Entzinkunzsbeständizkeit. Die Alpha-Phase in Gelbmessing kann über die Verwendung von einem oder mehreren Inhibitoren wie Arsen, Antimon und/oder Phosphor entzinkungsbeständig hergestellt werden. Es gibt jedoch kein bekanntes Verfahren, um die Entzinkung in der Beta-Phase von Gelbmessing zu hemmen. Um entzinkungsbeständig zu sein, muss eine Gelbmessing-Legierung entweder vollständig aus der Alpha-Phase bestehen oder alternativ muss jede vorliegende Beta-Phase so im Messing verteilt sein, dass sie sich nicht in nennenswertem Umfang miteinander verbindet. Um die Entzinkungsbeständigkeit zu bestimmen, stützt sich die Industrie üblicherweise auf die Anforderungen der NSF-14 „Plastics Piping System Components and Related Materials“ und Messingproben werden gemäß ISO 6509 „Corrosion of Metal and Alloys - Determination of Dezincification Resistance of Brass“ getestet. Um als entzinkungsbeständig zu gelten, darf die maximale Tiefe der Entzinkung der Probe 200 Mikrometer nicht überschreiten.
Üblicherweise gibt es zwei herkömmliche Verfahren, um die Menge an miteinander verbundener Beta-Phase in Gelbmessing zu verringern: erstens, die Verringerung der Zinkmenge auf ein so niedriges Niveau, dass eine Messinglegierung mit minimaler Beta-Phase gebildet wird; und zweitens, das Durchführen eines Prozesses zur Wärmebehandlung nach der Warmumformung, um die Beta-Phase innerhalb der Messinglegierung zu minimieren oder gleichmäßiger zu verteilen. Unter Verwendung dieser konventionellen Prozesse war es schwierig - und in bestimmten Fällen unmöglich - entzinkungsbeständige Gelbmessing-Legierungen zu bilden, die mehr als etwa 35 Gew.-% Zink enthalten, ohne eine Wärmebehandlung nach der Warmverarbeitung. Die Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsstange, die gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, weist ein Messingpulver mit bis zu 38% Zink auf und erfordert keine Wärmebehandlung nach der Warmumformung.
Genauer gesagt, weil die Alpha-Phase mit einem oder mehr Inhibitoren - wie z.B. Antimon, Arsen, Phosphor oder einer Kombination davon - inhibiert ist, ist die Alpha-Phase widerstandsfähig gegen Entzinkung; und, wie in 1 veranschaulicht, ist jede Beta-Phase, die in der Stange vorliegt, von Alpha-Phase umgeben. Als solches weist die Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsstange, die gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, weniger oder gleich etwa 38 Gew.-% Zink auf und erfüllt die Anforderung der NSF 14 bezüglich der maximalen Entzinkungstiefe, ohne dass eine Wärmebehandlung nach der Warmumformung oder ein langsamer Abkühlungsprozess erforderlich ist.
Recycling von Messinglegierungen
Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsstangen, die gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, werden in erster Linie als Ausgangsmaterial für maschinelle Bearbeitungsvorgänge verwendet. In solchen Fällen fallen zwischen 60 und 70 % des Materials der Stange als Bearbeitungsverlust in Form von Messingspäne an. In verschiedenen Aspekten besteht die Wiederverwertung des Überschusses darin, dass die bearbeiteten Späne nach Bedarf getrocknet und direkt in einen Beutel zum isostatischen Kaltpressen oder uniaxialen Pressen gegeben werden. Unter bestimmten Aspekten können die Späne vor dem Pressen mit einer oder mehreren sauren Lösungen, die mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 20 Gew.-% einer oder mehrerer der Säuren Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure aufweisen, für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 30 Sekunden gemischt werden , und anschließend mit Wasser gespült werden, bis der pH-Wert der Lösung über 6,5 liegt. Nach dem Pressen (und in bestimmten Aspekten einer Säurewäsche) und in bestimmten Fällen einer optionalen Warmverdichtung (das heißt Stauchen) werden die gepressten Späne einem Prozess der Wärmebehandlung durch Sintern unterzogen und anschließend wie üblich warm stranggepresst und/oder kalt gezogen. Die recycelte Messinglegierung kann die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie die ursprünglich bearbeitete, Graphit enthaltende, bearbeitbare Messinglegierungsstange. Vorteilhafterweise ist für das Recycling der Legierung kein Schritt zur Entfernung von Bindemitteln erforderlich, da die Späne selbst keine Bindemittel enthalten.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung zu erschöpfen oder zu beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn sie nicht besonders dargestellt oder beschrieben sind. Dieselben können auch in vielerlei Hinsicht variiert werden. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Erfindung zu betrachten, und alle derartigen Modifikationen sind im Rahmen der Erfindung beinhaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 16750851 [0001]
US 16351114 [0001]
US 62642380 [0001]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines bearbeitbaren, Graphit enthaltenden Messinglegierungsrohlings mit weniger als 0,25 Gew.-% Blei, wobei das Verfahren aufweist: Bilden eines Messingpulvers, das Kupfer und Zink aufweist; Mischen des Messingpulvers mit Graphit und einem oder mehreren Bindemitteln; Pressen der Messingpulver-Mischung, um einen Ausgangsrohling zu bilden; Erwärmen des Ausgangsrohlings auf eine erste erhöhte Temperatur, um den einen oder die mehreren Bindemittel zu entfernen; Erwärmen des bindemittelfreien Rohlings auf eine zweite erhöhte Temperatur, die höher ist als die erste erhöhte Temperatur, um den bindemittelfreien Rohling zu verdichten; und Erwärmen des verdichteten Rohlings auf eine dritte erhöhte Temperatur, die höher ist als die erste erhöhte Temperatur, um den verdichteten Rohling zu sintern und den bearbeitbaren Graphit enthaltenden Messinglegierungsrohling zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner vor dem Mischen des Messingpulvers mit dem Graphit und dem einen oder den mehreren Bindemitteln das Erwärmen des Messingpulvers auf eine reduzierende Temperatur von größer oder gleich etwa 650 °C bis kleiner oder gleich etwa 900 °C in einer reduzierenden Atmosphäre beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner vor dem Mischen des Messingpulvers mit dem Graphit und den einen oder den mehreren Bindemitteln eine Desoxidation des Messingpulvers durch Mischen des Messingpulvers mit einer Säurelösung, die mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 20 Gew.-% einer oder mehrerer Säuren enthält, und ein Spülen des Messingpulvers mit Wasser, bis der pH-Wert des Messingpulvers 6,5 übersteigt, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die eine oder mehreren Säuren aus Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure ausgewählt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messingpulver durch Wasserverdüsung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsrohling einen Zylinder mit einem Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 5 Zoll bis weniger als oder gleich etwa 15 Zoll und einer Länge von mehr als oder gleich etwa 1 Zoll aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsrohling aufweist: mehr als oder gleich etwa 55 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 65 Gew.-% Kupfer; mehr als oder gleich etwa 0,1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Graphit; und, als Rest Zink.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsrohling mehr als oder gleich etwa 0,02 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-% eines oder mehrerer Inhibitoren aufweist, wobei der eine oder die mehreren Inhibitoren ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Arsen, Phosphor, Antimon und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Bindemittel ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: Alkanen (C_nH_2n+2, wobei n ≥ 10), Squalen, Testbenzin, Kerosin, isoparaffinischen Flüssigkeiten und Polyethern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Pressen eines der folgenden Verfahren aufweist: kaltisostatisches Pressen („CIP“) und uniaxiales Pressen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Pressen ein Pressen der Messingpulver-Mischung auf eine Mindestdichte von etwa 60 % einer theoretischen Dichte beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste erhöhte Temperatur größer oder gleich etwa 200 °C bis kleiner oder gleich etwa 300 °C ist; die zweite erhöhte Temperatur größer oder gleich etwa 480 °C bis kleiner oder gleich etwa 750 °C ist; und die dritte erhöhte Temperatur größer oder gleich etwa 650 °C bis kleiner oder gleich etwa 900 °C ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erwärmen des bindemittelfreien Rohlings auf eine zweite erhöhte Temperatur ein Anlegen eines Drucks beinhaltet, während sich der bindemittelfreie Rohling auf der zweiten erhöhten Temperatur befindet, wobei der angelegte Druck größer als oder gleich etwa 10 Tonnen pro Quadratzoll bis weniger als oder gleich etwa 60 Tonnen pro Quadratzoll ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der verdichtete Rohling eine Mindestdichte von etwa 93 % einer theoretischen Dichte aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines bearbeitbaren, Graphit enthaltenden Messinglegierungsrohlings mit weniger als 0,25 Gew.-% Blei, wobei das Verfahren aufweist: Mischen eines Kupfer und Zink aufweisenden Messingpulvers mit einer Säurelösung, die eine oder mehr von Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure aufweist; Spülen des Messingpulvers mit einer wässrigen Lösung, bis der pH-Wert des Messingpulvers 6,5 übersteigt; Mischen des Messingpulvers mit mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% eines Graphitpulvers und mehr als oder gleich etwa 0,02 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% eines oder mehrerer organischer Bindemittel, um eine Messingpulver-Mischung zu bilden; Pressen der Messingpulver-Mischung, um einen Ausgangsrohling zu bilden; Erwärmen des Ausgangsrohlings auf eine erste Temperatur von mehr als oder gleich etwa 100 °C bis weniger als oder gleich etwa 400 °C, um das Bindemittel zu entfernen; Erwärmen des bindemittelfreien Rohlings auf eine zweite Temperatur von mehr als oder gleich etwa 480 °C bis weniger als oder gleich etwa 750 °C, um den bindemittelfreien Rohling zu verdichten, wobei das Erwärmen des bindemittelfreien Rohlings auf die zweite Temperatur das Anlegen eines Drucks von mehr als oder gleich etwa 10 Tonnen pro Quadratzoll bis weniger als oder gleich etwa 60 Tonnen pro Quadratzoll beinhaltet, während der bindemittelfreie Rohling auf der zweiten Temperatur ist; und Erwärmen des verdichteten Rohlings auf eine dritte Temperatur von mehr als oder gleich etwa 650 °C bis weniger als oder gleich etwa 900 °C, um den verdichteten Rohling zu sintern und den bearbeitbaren, Graphit enthaltenden Messinglegierungsrohling zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Messingpulver durch eine Wasserverdüsung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der bearbeitbare, Graphit enthaltende Messinglegierungsrohling aufweist: mehr als oder gleich etwa 55 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 65 Gew.-% Kupfer; mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2 Gew.-% Graphit mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Zinn; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Mangan; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Silizium; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Aluminium; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Eisen; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Nickel; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% Arsen; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% Antimon; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% Phosphor; weniger als oder gleich etwa 0,25 Gew.-% Blei; und als Rest Zink.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die bearbeitbare, Graphit enthaltende Messinglegierung im Wesentlichen frei von einem oder mehreren der Elemente Wismut, Chrom, Titan, Eisen und Zinn ist; und wobei das eine oder die mehreren Bindemittel ausgewählt ist aus Kohlenwasserstoffen und Polyethern.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei vor dem Erwärmen des bindemittelfreien Rohlings auf die zweite Temperatur der bindemittelfreie Rohling auf eine dritte Temperatur von mehr als oder gleich etwa 700 °C bis weniger als oder gleich etwa 800 °C erwärmt wird, um Oxide zu entfernen.
Eine Gelbmessing-Rohling-Legierung, die aufweist: mehr als oder gleich etwa 55 Gew.-% bis weniger als oder bis etwa 65 Gew.-% Kupfer; mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Graphit; mehr als oder gleich etwa 37 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 40,5 Gew.-% Zink; und weniger als oder gleich etwa 0,25 Gew.-% Blei.
Die Rohling-Legierung nach Anspruch 20, wobei die Legierung eine Beta-Phase aufweist, die im Wesentlichen von einer Alpha-Phase umgeben ist.
Rohling-Legierung nach Anspruch 20, wobei die Gelbmessing-Rohling-Legierung ferner aufweist: mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Zinn; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Mangan; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Silizium; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Aluminium; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Eisen; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,0 Gew.-% Nickel; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% Arsen; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% Antimon; und mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-% Phosphor.