DE1198566B

DE1198566B - Use of hard-wearing and deformable copper alloys for objects subject to sliding and wear

Info

Publication number: DE1198566B
Application number: DEV11718A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Dies
Original assignee: KURT DIES DR ING
Current assignee: KURT DIES DR ING
Priority date: 1954-12-20
Filing date: 1954-12-20
Publication date: 1965-08-12

Description

Verwendung von aushärtbaren und verformungsfähigen Kupferlegierungen für auf Gleitung und Verschleiß beanspruchte Gegenstände In der Technik besteht ein großes Bedürfnis an Kupferlegierungen, die eine hohe Verformungsfähigkeit aufweisen, so daß im kaltgezogenen Zustand noch zusätzliche Verformungsarbeiten, wie z. B. das Anstauchen von Schraubenköpfen, vorgenommen werden kann. Es wird außerdem von den Legierungen ein hoher Korrosionswiderstand verlangt und gefordert, daß sie nicht zur Spannungskorrosion neigen. Vielfach ist auch erwünscht, daß die Legierungen mit hoher Verformungsfähigkeit und gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit einen hohen Leitwert für Wärme und den elektrischen Strom besitzen und sich schließlich auch noch durch gute Gleiteigenschaften auszeichnen.Use of hardenable and deformable copper alloys for objects subject to sliding and wear and tear a great need for copper alloys that have a high deformability, so that in the cold-drawn state additional deformation work, such as. B. the upsetting of screw heads can be made. It is also used by the alloys required a high corrosion resistance and required that they do not tend to stress corrosion. In many cases it is also desirable that the alloys with high deformability and at the same time high mechanical strength have a high conductance for heat and electricity and ultimately themselves also characterized by good sliding properties.

Kupferlegierungen, die diese Eigenschaften aufweisen, sind solche, die aushärtungsfähig sind und Nickel und Silizium enthalten. Diese 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. Aushärtbare Kupferlegierungen, die die vorerwänten Mängel nicht mehr kennen, enthalten Chrom, Phosphor oder Chromphosphid. So weisen diese bekannten Legierungen 0,3 bis 3 % Phosphor, 0,2 bis 18,1/o Chrom, Rest Kupfer auf. Durch die britische Patentschrift 439 384 sind aushärtbare Kupferlegierungen' bekanntgeworden, die sich durch Härte und Zugfestigkeit auszeichnen und walzbar sind. Diese Legierungen enthalten 0,2 bis 45,1/o Chrom, 0,1 bis 0,5,1/o Phosphor und mindestens 50 % Kupfer.Copper alloys that have these properties are those which are hardenable and contain nickel and silicon. These materials have however, the disadvantage that their processing as a result of certain areas of brittleness when tempering is extremely cumbersome and that it is also in the hardened Condition have a relatively low elongation and ultimately only for one reciprocating motion, but not for uniform rotating motion are useful if they are subjected to sliding friction. Age-hardenable copper alloys, those who are no longer aware of the aforementioned deficiencies contain chromium, phosphorus or chromium phosphide. These known alloys have 0.3 to 3% phosphorus, 0.2 to 18.1 / o chromium, Rest copper on. British patent specification 439 384 defines age-hardenable copper alloys' become known, which are characterized by hardness and tensile strength and can be rolled are. These alloys contain 0.2 to 45.1 / o chromium, 0.1 to 0.5.1 / o phosphorus and at least 50% copper.

Weiterhin ist in der britischen Patentschrift 461845 erwähnt, daß zur Herstellung einer Gußlegierung dieser Chrom dem Kupfer als Basis einlegiert werden soll. Außerdem sollen den Legierungen noch desoxydierende Stoffe zugesetzt werden. Diesbezüglich hat es sich nach Angaben in dieser Patentschrift herausgestellt, daß Phosphor als Desoxydationsmittel nicht ausreicht, um den Gußstücken eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit zu geben.Furthermore, it is mentioned in British patent specification 461845 that For the production of a cast alloy, this chromium is alloyed with the copper as a base shall be. In addition, deoxidizing substances should be added to the alloys will. In this regard, it has been found, according to information in this patent specification, that phosphorus is not sufficient as a deoxidizer to give the castings a good to give electrical and thermal conductivity.

Ein Verfahren zur Herstellung von Kupferlegierungen mit 0,3 bis 2,% Chrom offenbart die deutsche Patentschrift 486 937. Die gemäß diesem Verfahren zu erzielenden Eigenschaften sind: Festigkeit, Härte und Duktilität bei verhältnismäßig hohen Temperaturen, was die betreffenden Werkstoffe besonders geeignet macht zur Herstellung von federnden Teilen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind.A method for making copper alloys with 0.3 to 2.% Chromium discloses the German patent specification 486 937. According to this method Achieving properties are: strength, hardness and ductility with relative high temperatures, which makes the materials in question particularly suitable for Manufacture of resilient parts that are exposed to high temperatures.

Der deutschen Patentschrift 915 392 kann die Zusammensetzung einer Legierung für Stehbolzen entnommen werden, die aus 0,2 bis 1,2°/o des Phosphids eines der Metalle Eisen, Chrom, Vanadin, Kobalt, Wolfram oder Molybdän, Rest Kupfer besteht. Der Anteil von Phospohr übersteigt aber nicht 0,250/0, womit dieser Gehalt unterhalb der erfindungsgemäßen Grenzen liegt.The German patent specification 915 392, the composition of a Alloy for studs can be taken, which consists of 0.2 to 1.2% of the phosphide one of the metals iron, chromium, vanadium, cobalt, tungsten or molybdenum, the remainder being copper consists. However, the proportion of phosphorous does not exceed 0.250 / 0, which means this content is below the limits according to the invention.

Die kanadische Patentschrift 377426 gibt Auskunft über eine Kupferlegierung für elektrische Kontakte und Schweißelektroden, bestehend aus 0,5 bis 10% Mangan, 0,05 bis 5 % Phosphor, Rest Kupfer.Canadian patent 377426 provides information about a copper alloy for electrical contacts and welding electrodes, consisting of 0.5 to 10% manganese, 0.05 to 5% phosphorus, the remainder copper.

Durch die britische Patentschrift 473 970 sind Lagerlegierungen bekanntgeworden, die aus 0,5 bis 5% Chrom, 0,2 bis 4% Eisen oder Kobalt, Rest Kupfer bestehen. Weiterhin können diese Legierungen noch bis zu 0,2% Phosphor enthalten. Das Phosphor ist jedoch lediglich zu Desoxydätionszweckeri zwecks Verbesserung der Verarbeitbarkeit und nicht zur Verbesserung der Lagereigenschaften zugesetzt.Bearing alloys have become known through British patent specification 473 970, which consist of 0.5 to 5% chromium, 0.2 to 4% iron or cobalt, the remainder copper. Farther these alloys can still contain up to 0.2% phosphorus. That However, phosphorus is only used for deoxidation purposes in order to improve processability and not added to improve storage properties.

Schließlich sind aushärtbare und verformungsfähige Lagerlegierungen, bestehend` aus ` `=,-0,6 bis 1,2 %, vorzugsweise 1% Chrom, Rest Kupfer- . _ bekanntgeworden. Auf Grund von Vergleichsversuchen hat es sich aber herausgestellt, daß phosphorhaltige Legierungen nach Art der Erfindung für Verschleißzwecke den bekannten überlegen sind. Für die letztgenannte schön bekannte Legierung sind nach der Aushärtung für die mechanischen Eigenschaften der schmiedbaren Legierung folgende Werte angegeben: - Streckgrenze...... 29 bis 34 kp/mm2 - Zugfestigkeit .... 40 bis 45 kp/mm2 Dehnung a5 . . . . . 24 bis 2611/o Brinellhärte . . . . . 140 bis 160 kp/mm2 Der Überprüfung des technischen Fortschrittes der erfindungsgemäßen Legierung gegenüber dem Stand der Technik lag eine Kupfer-Chrom-Legierung mit 1% Chrom, Rest Kupfer und eine solche -mit 1,1 O% Chrom, 0,35 % Phosphor, Rest Kupfer zugrunde. Während die erstere die vorstehend aufgeführten mechanischen Eigenschaften aufweist, erreicht die an zweiter Stelle genannte, also die phosphorhaltige Legierung, wesentlich höhere Werte, und zwar Streckgrenze .... 43 kp/mm2 Zugfestigkeit .... 53 kp/mm2 Dehnung 85 . . . . . 27 0/0 Brinellhärte ..... 176 kp/mm2 Um die Eigenschaften dieser Legierungen zu ermitteln, wurden sie in Form von Lagerschalen auf einem Lagerprüfstand bei einer Gleitgeschwindigkeit von 6 m/sec, einem Einbauspiel von 0,5 mm, bei einem Lagerdurchmesser von 50 mm und einer Breite von 25 mm beim Laufen gegen einen einsatzgehärteten Stahlzapfen unter Verwendung von einem dünnflüssigen Öl von 3/50° einer Höchstbelastung von 850 kg/cm2 unterworfen. Der Verschleißwiderstand der beiden Legierungen wurde auf einer Prüfmaschine untersucht, bei der gegen eine Welle von 6,3 mm Durchmesser zwei Lagerschalen nach dem Bremsbackensystem unter Schmierung mit einem dünnflüssigen Maschinenöl aneinandergedrückt werden. Die Belastung betrug 1500 kg und die Versuchsdauer 30 Minuten. Der Verschleiß der Lagerschalen wurde durch Wägung vor und nach dem Versuch bestimmt. Er beträgt bei der bekannten Zweistofflegierung 683 g - 10-4 und bei der erfindungsgemäß zn verwendenden Drestofffegierung, die die versuchsmäßige Zusammensetzung 1,1% Chrom, - 0;35 0/a Phosphor, - -Rest Kupfer - - -` aufweist, nur-218 g40-4.Finally, hardenable and deformable bearing alloys, consisting of `` =, - 0.6 to 1.2%, preferably 1% chromium, the remainder copper. _ known. On the basis of comparative tests, however, it has been found that phosphorus-containing alloys according to the invention are superior to the known ones for wear purposes. For the latter, well-known alloy, the following values are given for the mechanical properties of the forgeable alloy after hardening: - Yield strength ...... 29 to 34 kp / mm2 - Tensile strength .... 40 to 45 kp / mm2 Elongation a5. . . . . 24 to 2611 / o Brinell hardness. . . . . 140 to 160 kp / mm2 The review of the technical progress of the alloy according to the invention compared to the prior art was based on a copper-chromium alloy with 1% chromium, the remainder copper and one with 1.1% chromium, 0.35% phosphorus, the remainder copper. While the former has the mechanical properties listed above, the latter, i.e. the phosphorus-containing alloy, achieves significantly higher values, to be precise Yield strength .... 43 kp / mm2 Tensile strength .... 53 kp / mm2 Elongation 85. . . . . 27 0/0 Brinell hardness ..... 176 kp / mm2 To determine the properties of these alloys, they were in the form of bearing shells on a bearing test stand at a sliding speed of 6 m / sec, an installation clearance of 0.5 mm, with a bearing diameter of 50 mm and a width of 25 mm when running against a case-hardened steel pins using a thin oil of 3/50 ° subjected to a maximum load of 850 kg / cm2. The wear resistance of the two alloys was investigated on a testing machine in which two bearing shells are pressed against one another against a shaft with a diameter of 6.3 mm according to the brake shoe system while being lubricated with a low-viscosity machine oil. The load was 1500 kg and the test duration was 30 minutes. The wear of the bearing shells was determined by weighing before and after the test. In the case of the known binary alloy it is 683 g - 10-4 and in the case of the dry substance alloy used according to the invention, which has the experimental composition 1.1% chromium, - 0.35% phosphorus, - - remainder copper - - - only -218 g40-4.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen -können durch-- Wärmebehandlung oder auch durch Verformungsvorgänge, wie Schmieden oder Pressen, bei Temperaturen zwischen 700 und 950° C und anschließendem Abkühlen so verändert werden, daß sie im kalten Zustand größte Weichheit und Verformungsfähigkeit aufweisen. -Dem abgeschreckten Werkstoff kann weiterhin auch eine hohe Festigkeit verliehen werden, wenn diese Kupferlegierungen nach dem Lösungsglühen und dem Abschrecken auf Temperaturen zwischen 300 und 600° C einer Warmaushärtung unterworfen werden. Gegebenenfalls kann vor der Warmaushärtung auch eine Kaltverformung durch Walzen, Ziehen oder Schmieden eingeschaltet sein.The alloys to be used according to the invention can be subjected to heat treatment or by deformation processes, such as forging or pressing, at temperatures between 700 and 950 ° C and subsequent cooling are changed so that they have the greatest softness and deformability when cold. -The frightened one Material can also be given a high level of strength if this Copper alloys after solution heat treatment and quenching to temperatures between 300 and 600 ° C are subjected to an artificial hardening. If necessary, can before Artificial aging also includes cold deformation by rolling, drawing or forging to be on.

Um die Legierungen in einen ausscheidungsfähigen Zustand zu bringen, müssen die aus ihnen hergestellten Gußteile oder Halbzeuge sofort aus der Gieß-, Preß- oder Schmiedehitze in Wasser abgeschreckt und langsam an der Luft erkalten und dann auf eine Temperatur über 750° C erwärmt und danach beschleunigt abgekühlt werden. Hierdurch erhält der Werkstoff eine außerordentlich große Weichheit. Die-Brinellhärte beträgt lediglich 45 und 90 kg/mm2: Die Dehnungs- und Verformungsfähigkeit 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.In order to bring the alloys into a precipitable state, the cast parts or semi-finished products made from them must immediately be removed from the casting, Press or forge heat quenched in water and slowly cool in the air and then heated to a temperature above 750 ° C and then cooled at an accelerated rate will. This gives the material an extraordinarily great softness. Die-Brinell hardness is only 45 and 90 kg / mm2: the ability to stretch and deform in this Condition is very high, so the alloys are made by pressing, rolling or drawing can be solidified very strongly without running the risk of the deformability to exhaust.

Es -wurde nun gefunden, daß derartige aushärtbare und verformungsfähige Legierungen mit 0,3 bis 3% Phosphor und 0,2 bis 18 % Chrom als Werkstoff für die Herstellung von Gegenständen vorteilhaft benutzt werden können, die gute Gleiteigenschaften, hohen Verschleißwiderstand, eine beträchtliche Dauerstandfestigkeit und hohe Wechselbeanspruchungen in der Kälte und Wärme und schließlich hohen Korrosionswiderstand aufweisen müssen.It has now been found that such curable and deformable Alloys with 0.3 to 3% phosphorus and 0.2 to 18% chromium as the material for the Manufacture of objects can be used advantageously that have good sliding properties, high wear resistance, considerable fatigue strength and high alternating loads in which cold and warm and, ultimately, must have a high level of corrosion resistance.

So können z. B. aus dem vorerwähnten abgeschreckten und anschließend kaltverformten Kupferlegierungen durch Anstauchen Sechskantköpfe an Schraubenbolzen erhalten werden, ohne daß dabei das Auftreten von Rissen befürchtet werden muß. Eine Steigerung der Festigkeitswerte über den Betrag im kaltverarbeiteten Zustand hinaus wird noch durch Anlassen bei Temperaturen zwischen 300 und 600° C erlangt. Dabei zeigt sich überraschenderweise eine Zunahme der Dehnungswerte gegenüber den Werten im kaltverformten Zustand.So z. B. deterred from the aforementioned and subsequently cold-formed copper alloys by upsetting hexagonal heads on screw bolts can be obtained without fear of the occurrence of cracks. An increase in the strength values over the amount in the cold-worked state it is also obtained by tempering at temperatures between 300 and 600 ° C. Surprisingly, there is an increase in the elongation values compared to the Values in the cold-formed state.

Die Brinellhärte im kaltgezogenen und anschließend warmausgehärteten Zustand liegt je nach dem Gehalt an Phosphorid zwischen 100 und 300 kg/mm2, die Zugfestigkeit zwischen 30 und 100 kg/mm2 und die Dehnung zwischen 5 und 25%.The Brinell hardness in the cold-drawn and then heat-hardened The state is between 100 and 300 kg / mm2, depending on the phosphoride content Tensile strength between 30 and 100 kg / mm2 and elongation between 5 and 25%.

Durch die Anlaßbehandlung wird aber nicht nur die Dehnung des Werkstoffes erhöht, sondern es tritt auch eine Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit ein. Gleichzeitig werden durch diese Wärmebehandlung auch die Gleiteigenschaften so verbessert, daß sich die Legierungen nicht nur für hin- und hergehende, sondern auch für gleichförmig drehende Gleitbewegungen brauchbar erweisen. Infolge der hohen mechanischen Festigkeit ist der Abnutzungswiderstand sehr groß. Die Legierungen sind daher für die Fertigung von Kurbelwellen und Pleuelstangen verwendbar. Sofern die Kupferlegierungen eine weniger hohe Zähigkeit erhalten sollen, beispielsweise dann, wenn sie einer spargebenden Bearbeitung unterworfen werden müssen, empfiehlt es sich, als sparbrechendes Element Blei in Mengen von 0,1 bis 311/o zuzusetzen.The tempering treatment does not only reduce the elongation of the material increases, but there also occurs an increase in electrical conductivity and the thermal conductivity. At the same time, this heat treatment also the sliding properties are improved so that the alloys are not only suitable for and forwards, but also for uniformly rotating sliding movements prove useful. The wear resistance is due to the high mechanical strength very large. The alloys are therefore used in the manufacture of crankshafts and connecting rods usable. If the copper alloys are to be given less toughness, for example, if they are subjected to a saving processing it is advisable to use lead in quantities of 0.1 to 311 / o to be added.

Aber auch für hochbeanspruchte Schrauben, von denen ein hoher Spannungskorrosionswiderstand gefordert wird, ist dieser Werkstoff besonders vorteilhaft benutzbar.But also for highly stressed screws, of which a high stress corrosion resistance is required, this material can be used particularly advantageously.

Da die Warmaushärtungstemperatur sehr hoch liegt, weist der erfindungsgemäß zu verwendende Werkstoff auch eine hohe Warmfestigkeit und große Dauerstandfestigkeit auf.Since the artificial curing temperature is very high, according to the invention The material to be used also has a high heat resistance and high fatigue strength on.

Infolge der guten Gleiteigenschaften, der hohen mechanischen Festigkeit und des großen Verschleißwiderstandes eignen sich die Legierungen auch als Werkstoff für Werkstücke, die auf gleitende und rollende Reibung beansprucht sind, wie z. B. für Gleitlager, Schwinglager, Kupplungs- und Bremslamellen.Due to the good sliding properties, the high mechanical strength and the high wear resistance, the alloys are also suitable as a material for workpieces that are subject to sliding and rolling friction, such as B. for plain bearings, swing bearings, clutch and brake disks.

Die aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen gefertigten Werkstücke können sowohl als Einstoffteile als auch in Form von Verbundteilen mit einer zusätzlichen Stütz- oder Plattierschicht hergestellt werden.Those made from the alloys to be used according to the invention Workpieces can be used both as single-material parts and in the form of composite parts an additional support or cladding layer can be produced.

Claims

Claims: 1. Use of curable and deformable Alloys consisting of 0.3 to 3% phosphorus, 0.2 to 1811 / o chromium, the remainder copper and which may also contain lead in amounts of 0.1 to 311 / o, as materials for the manufacture of objects that have good sliding properties, high wear resistance, considerable fatigue strength, high alternating loads in which cold and warm and must have high corrosion resistance.

2. Use of alloys of the compositions specified in claim 1 for production of plain bearings, oscillating bearings, clutch and brake disks.

3. Use of Alloys of the compositions specified in claim 1 for the production of Crankshafts and connecting rods. Publications considered: German Patent Specifications No. 486 937, 915 392; British Patent Nos. 439,384, 461845, 473,970; “Chemical Zentralblatt «, 1939 / I, p. 3796; "Zeitschrift für Metallkunde", 44 (1953), p.71 bis 76.