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Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen oder Halbfabrikaten aus Sondermessing
wie z. B. Synchronisierungsringen, die sich durch einen gleichmäßigen Reibungsbeiwert
und gute Bearbeitung auszeichnen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Herstellen von aus Sondermessing bestehendem Halbzeug oder Halbfabrikaten, wie z.
B. von Synchronisierungsringen.
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Synchronisierungs- oder Gleichlaufringe sind Kupplungselemente, die
sich besonders im Automobilgetriebebau eingeführt haben, um mit diesem Element den
Schaltvorgang durch Angleichen der Geschwindigkeit und der Phasenlage der zu schaltenden
Zahnradpaarung zu erleichtern. An die Funktionsfähigkeit der Synchronisierungsringe,
die im folgenden kurz als Ringe bezeichnet werden, sind verschiedenartige Anforderungen
gestellt. So müssen die Ringe zunächst eine bestimmte Festigkeit aufweisen, damit
sie die beim Schaltvorgang während des Geschwindigkeits-und Phasenausgleichs entstehenden
Drehmomente und Kräfte zu übertragen vermögen. Außerdem muß der Werkstoff dieser
Elemente bei diesem Vorgang einen möglichst hohen und gleichbleibenden Reibungskoeffizienten
aufweisen. Es wird ferner von den Ringen vor allem auch noch eine hohe Verschleißfestigkeit
gefordert. Schließlich sollen die Ringe in der Fertigung als Massenprodukt schnell
und gut bearbeitbar sein. Diese sich teilweise widersprechenden Forderungen zu einer
optimalen Lösung zu führen, ist Zweck der Erfindung.
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Es hat keineswegs an Versuchen gefehlt, für die Herstellung der Ringe
brauchbare Legierungen aufzufinden. Eine allgemein geübte Praxis für die Herstellung
ähnlicher Teile der Massenproduktion ist die Fertigung als Gesenkschmiedestücke
aus einem Messing, das aus etwa 58 0/, Kupfer, bis 3 0/, Blei und
Rest Zink besteht. Dieses Messing erfüllt wohl die Forderung einer guten Bearbeitbarkeit,
sein Reibungskoeffizient läßt aber zu
wünschen übrig. Er ist starken Schwankungen
unterworfen und vielfach auch zu gering. Der Verschleißwiderstand dieses Werkstoffs
ist zu niedrig und seine Festigkeit reicht nicht immer aus.
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Die Fachwelt war bisher der Ansicht, daß sich bei normalem Messing
die Bearbeitbarkeit beim Übergang aus dem ß-Gebiet in das oc-Gebiet verschlechtert,
wenn der #x-Anteil zu hoch wird. So gelten z. B. reine oc-Messinge als schlecht
bearbeitbar. Sie lieferten lange Späne, die für die spangebende Bearbeitung auf
Automaten ungeeignet sind. Außerdem neigen dann diese Messinge sehr gern zum Schmieren,
so daß eine Verschlechterung der Schneidenverhältnisse und der Oberflächenqualität
des Werkstücks mit in Kauf genommen werden muß. Daher wurde in der Regel ein Messing
benutzt, dessen Gefüge möglichst großen ß-Anteil aufweist. Die Verbesserung bei
der spangebenden Bearbeitung, also die Automatenfähigkeit des Messings, wurde vor
allen Dingen durch den Zusatz von Blei gewährleistet. Solche Werkstücke sind jedoch
immerhin noch verhältnismäßig spröde und liefern keinen gleichbleibenden Reibungskoeffizienten.
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Es sind Sondermessinge mit 57 bis 590/, Kupfer,
0,7 bis 2,20/, Aluminium, 1 bis 40/, Mangan, 0,3 bis
0,7 0/0 Silizium, 0,4 bis 0,8 0/0 Blei, Rest Zink bekannt, die sich
verkneten und auch zu Halbzeugen, wie z. B. Rohren oder Stangen, verpressen oder
ziehen lassen. Ebenso ist die Eignung der aus diesen Legierungen hergestellten Halbzeuge
als Ausgangsmaterial für die Fertigung von gleitenden Organen mittlerer bis hoher
Festigkeit und mittlerer Laufeigenschaften dem Fachmann geläufig. Zum Stand der
Technik gehört außerdem die Kenntnis von der guten Warmverformbarkeit der P-Phase
dieser Legierungen und auch der guten Zerspanbarkeit, während auf den anderen Seite
die Zerspanbarkeit derartiger a-Legierungen nicht günstig ist.
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Die Erfindung löst demgegenüber die Aufgabe, aus den genannten Legierungen
Gegenstände, wie z. B. Synchronisierungsringe, herzustellen, die sich durch einen
hohen und gleichbleibenden Reibungskoeffizienten, hohe Verschleißfestigkeit und
gute und schnelle spangebende Bearbeitbarkeit auszeichnen. Durch die bekannten Glühbehandlungen,
wie z. B. durch eine erste Glühung bei Temperaturen von etwa 825'C mit schnellem
Abschrecken auf etwa -0,8'C und darauffolgende zweite Glühbehandlung bei
250'C oder durch das bekannte Altern bei 150'C, konnten zwar die bekannten
Verglitungseffekte bei Ausscheidung der ,x-Anteile in hochdisperser Form, nicht
aber die durch
die Erfindung erzielbaren Effekte, insbesondere nicht
die Erhöhung und Gleichschaltung des Reibungskoeffizienten erreicht werden.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei der Erfindung von einem
Sondermessing mit einem ß-Grundgefüge ausgegangen, das aus 57 bis
590/,
Kupfer, 0,7 bis 2,2 0/0 Aluminium, 1,0 bis 4
% Mangan, 0,3 bis 0,7 0/, Silizium, 0,4 bis 0,8 0/,
Blei, Rest Zink besteht und nach durchgeführten Warmknetvorgängen einer Glühbehandlung
zwischen 200 und 500'C
während einer Dauer von 1/, bis 10 Stunden derart
unterworfen wird, bis ein Anteil von 5 bis 50010
ot-Gefüge ausgeschieden
ist. Das so erhaltene Sondermessing weist einen Optimalwert an Bearbeitbarkeit auf.
Daher kann der Bleigehalt sogar auf 0,4 bis 0,8 0/, herabgesetzt werden.
Hierdurch gelingt es wiederum, einen wesentlich gleichmäßigeren Werkstoff zu erzeugen,
der sich durch einen hohen gleichbleibenden Reibungskoeffizienten auszeichnet. Die
Zusätze gewährleisten gute Festigkeitseigenschaften, hohe Verschleißfestigkeit und
eine entsprechend gute Bearbeitbarkeit.
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Als Beispiel sei eine Legierung genannt, die aus 58 0/, Kupfer,
1,501, Aluminium, 20/, Mangan, 0,501, Blei, 0,40/, Silizium, Rest
Zink, besteht.
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Der Werkstoff wird nach einem Strangpressen einem Gesenkschrnieden
unterworfen und beschleunigt abgekühlt. Die Abkühlung kann in ruhender oder bewegter
Luft erfolgen. Auf diese Weise entsteht ein Werkstück, das praktisch ein reines
fl-Gefüge aufweist. Es fehlt dem Werkstoff die gute Bearbeitbarkeit, weil infolge
der hohen Härte und Sprödigkeit der ß-Kristalle die spangebenden Werkzeuge rasch
an Schneidekraft verlieren und eine rauhe, beispielsweise für die Herstellung von
Synchronisierungsringen unbrauchbare Oberfläche entstehen lassen. Dies trifft bei
Synchronisierungsringen in verstärktem Maße zu, da die für die Funktion wichtigen
und spanend zu bearbeitenden Flächen besonders stark unterbrochen sind und daher
bereits zu großen Rauhigkeiten bei der spanenden Formung neigen. Die Erfindung schreibt
daher vor, daß anschließend an das Pressen noch eine Glühbehandlung unbedingt zu
erfolgen hat. Es kann ein aus diesem Messing vorerwähnter Zusammensetzung hergestellter
Ring durch Glühen bei 450'C a-Kristalle in besonderer Verteilung und Anordnung
-ausgeschieden erhalten, die zu einer erheblichen Verbesserung der Bearbeitbarkeit
führen und welche ihrerseits wieder den Reibungskoeffizienten teilweise erhöhen
und vor allem in seiner Größe praktisch gleich halten und schließlich auch die Abstumpfung
der Werkzeuge wesentlich vermindern, so daß eine einwandfreie, glatte Oberfläche
dem Werkstück verliehen wird. Die Glühdauer schwankt zwischen 1/, und
5 Stunden.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, den noch warmen durch Gesenkschmieden
hergestellten Ring sofort nach dem Schmiedevorgang in einem Warmhalteofen, der auf
die vorerwähnte Temperatur gebracht worden ist, während einer bestimmten Zeitdauer
zu belassen und erst dann auf Raumtemperatur abzukühlen. Dieser Glüh- und
Abkühlungsvorgang läßt sich recht vorteilhaft mit einem Durchlaufofen ausführen.
Dabei wird erreicht, daß besondere Arbeitsgänge in Fortfall kommen können und die
Energiekosten wesentlich gesenkt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist somit auch noch den Vorteil auf,
die Glühtemperatur und die Zeit so aufeinander abstimmen zu können, daß entweder
ein besonders hoher Widerstand gegen Verschleiß erlangt wird bei etwas erschwerter
Bearbeitbarkeit des Werkstoffs oder eine besonders gute Bearbeitbarkeit auf Kosten
eines etwas geringeren Verschleißwiderstandes. So können z. B. bei gleicher Behandlungszeit
unter Anwendung niedriger Temperaturen zwischen 200 und 350'C Ringe mit geringen
x-Ausscheidungen, d. h. mit erhöhtem Verschleißwiderstand und erhöhter Härte
bei etwas verminderter Bearbeitbarkeit erreicht werden, während bei der Anwendung
von Temperaturen zwischen 350 und 500'C die x-Ausscheidungen sich
verstärken und damit zu einer Verbesserung der Bearbeitbarkeit auf Kosten der Härte
und des Verschleißwiderstandes führen.