DE1232354B

DE1232354B - Copper-zinc-lead alloy with regular lead distribution

Info

Publication number: DE1232354B
Application number: DE1959V0016843
Authority: DE
Inventors: Dr Eugen Vaders
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-07-04
Filing date: 1959-07-04
Publication date: 1967-01-12

Description

Kupfer-Zink-Blei-Legierung mit regelmäßiger Bleiverteilung Als die herkömmlichen Lagermetalle auf Kupfergrundlage gelten die Kupfer-Zinn-Bronzen. Das Zinn gibt dem Kupfer diejenigen Eigenschaften, die ein Lagermetall auszeichnen: Verringerung der großen Zähigkeit des Kupfers und hiermit Erniedrigung des Reibungskoeffizienten sowie Verhinderung des Verschweißens von Metallteilen mit der Welle. Später hat man gefunden, daß auch bleihaltige Kupfer-Zinn-Legierungen oder sogar reine Kupfer-Blei-Legierungen vorzügliche Lagermetalleigenschaften besitzen, deren Träger bei den reinen Kupfer-Blei-Legierungen das Blei ist. Da das Blei sich bekanntlich im Kupfer nicht löst und in der erstarrten Legierung in Form mehr oder weniger feinverteilter Tropfen vorliegt, hat man versucht die Bleiverteilung durch Zusätze anderer Metalle günstig zu beeinflussen. Setzt man den Kupfer-Blei-Legierungen Zink zu, so tritt das Blei bei größeren Zink- und mittleren Bleigehalten an der Oberfläche und vor allen Dingen an den tiefgelegenen Teilen des Gußstückes in Form von reinem Blei aus. Wie man gefunden hat, kann man durch Beigaben von Nickel zu solchen Kupfer-Blei-Zink-Legierungen diese nachteilige Eigenschaft des Zinks zum Teil aufheben. Eine noch bessere, gleichmäßigere und vor allem feinere Verteilung des Bleis in nickelhaltigen Kupfer-Blei-Zink-Legierungen erhält man durch zusätzliche Mangangehalte. Solche Legierungen mit 5 bis 60/" Mangan sind zwar ebenfalls schon empfohlen worden, jedoch nicht in der Erkenntnis, daß hierdurch die Bleiverteilung und die Feinkörnigkeit der Legierung gefördert werde.Copper-zinc-lead alloy with regular lead distribution Than that The copper-tin bronzes are conventional bearing metals based on copper. That Tin gives copper the properties that characterize a bearing metal: Reduction of the high toughness of copper and thus lowering of the coefficient of friction as well as preventing metal parts from welding to the shaft. Later has it was found that lead-containing copper-tin alloys or even pure copper-lead alloys have excellent bearing metal properties, the carriers of which are pure copper-lead alloys the lead is. Since the lead does not dissolve in the copper and solidifies in the copper, as is well known Alloy is present in the form of more or less finely divided drops, attempts have been made to favorably influence the lead distribution by adding other metals. Puts if zinc is added to the copper-lead alloys, the lead occurs in larger zinc and medium lead levels on the surface and above all on the deep ones Divide the casting in the form of pure lead. How one found, one can by adding nickel to such copper-lead-zinc alloys this is disadvantageous Partly cancel the property of the zinc. An even better, more even and above especially finer distribution of lead in nickel-containing copper-lead-zinc alloys is obtained through additional manganese content. Such alloys with 5 to 60 / "manganese have also been recommended, but not knowing that this promotes the distribution of lead and the fine grain of the alloy.

Die Erfindung beruht hiergegen auf der überraschenden Beobachtung, daß bei Kupfer-Blei-Zink-Legierungen nicht nur das Nickel, sondern auch das Mangan, besonders gemeinsam mit Nickel, die regelmäßige Verteilung des Bleis außerordentlich begünstigen und auch zur Kornverfeinerung wesentlich beitragen. Zum Beispiel zeigt eine Legierung mit etwa 55 °/o Kupfer, 3 °/o Nickel, 10 °/o Blei, Rest Zink nach Zugabe von Mangan zwischen 6 bis 15 °/o ein so feinkörniges Gefüge, daß selbst bei 30facher Vergrößerung keine Bleitropfen im Bruchgefüge zu erkennen sind.The invention is based on the surprising observation, that in copper-lead-zinc alloys not only the nickel, but also the manganese, especially together with nickel, the regular distribution of lead is extraordinary favor and also contribute significantly to grain refinement. For example shows an alloy with about 55 per cent copper, 3 per cent nickel, 10 per cent lead, the remainder zinc Addition of manganese between 6 and 15% has such a fine-grain structure that even with At 30x magnification, no lead drops can be seen in the fracture structure.

Die Legierung nach der Erfindung hat folgende Zusammensetzung: über 55 bis 750/, Kupfer, über 5 bis 15111, Blei, 0,5 bis 100/, Nickel, mehr als 6 bis 15 °/o Mangan und mehr als 5 °/o Zink.The alloy according to the invention has the following composition: over 55 to 750 /, copper, over 5 to 15111, lead, 0.5 to 100 /, nickel, more than 6 to 15% manganese and more than 5% zinc .

Ferner kann in der Legierung noch ein Eisengehalt von 0,2 bis 501, vorhanden sein, durch welchen das Nickel ganz oder zum Teil ersetzt wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß in den Legierungen nach der Erfindung das Eisen die Rolle des Nickels übernehmen kann. Eisenhaltige Legierungen sind besonders feinkörnig, offenbar unter der Mitwirkung des Mangans, das wegen seiner vollkommenen Löslichkeit im Kupfer und seiner fast vollkommenen Löslichkeit im Eisen als Vermittler zwischen den ineinander unlöslichen Komponenten Kupfer und Eisen dient. Bei Legierungen, die gleichzeitig Eisen und Nickel enthalten, vereinigen sich die Wirkungen von Mangan und Nickel in bezug auf die Löslichkeit des Eisens.Furthermore, an iron content of 0.2 to 50 liters can be present in the alloy, which replaces all or part of the nickel. It has been shown that iron can take over the role of nickel in the alloys according to the invention. Iron-containing alloys are particularly fine-grained, apparently with the help of manganese, which, because of its complete solubility in copper and its almost complete solubility in iron, serves as a mediator between the mutually insoluble components copper and iron. In alloys that contain iron and nickel at the same time, the effects of manganese and nickel are combined with regard to the solubility of the iron.

Zur Verbesserung der Oberfläche von Gußstücken können die Legierungen noch einen Zusatz von 0,2 bis 10/, Aluminium erhalten. Da durch Aluminium die Legierungen nach der Erfindung eine wesentliche Härtezunahme erfahren, sind Legierungen mit möglichst unter 10/, Aluminium vorzuziehen, besonders dann, wenn die Legierungen als Lagermetall bei ungehärteten Wellen Verwendung finden sollen.To improve the surface of castings, the alloys can also contain an addition of 0.2 to 10 % aluminum. Since the alloys according to the invention experience a significant increase in hardness as a result of aluminum, alloys with if possible below 10 /, aluminum are to be preferred, especially if the alloys are to be used as bearing metal for unhardened shafts.

Der Einfluß der Metalle Nickel, Eisen und Mangan auf Kupfer-Blei-Zink-Legierungen wurde an senkrecht gegossenen Rundstäben studiert. Diese Stäbe, welche einen Durchmesser von 25 mm und eine Länge. von etwa 125 mm hatten, zeigten in den Fällen, in denen kein(z regelmäßige Bleiverteilung vorlag, zunehmende Härte vom unteren bis zum oberen Ende des in Sand gegossenen Stabes. Vielfach trat auch bei höheren Bleigehalten das Blei bereits kurz nach dem Guß am unteren Ende aus. Bei denjenigen Proben dagegen, die entweder nur Nickel und Mangan oder Nickel, Eisen und Mangan enthielten, trat keine Bleiausscheidung ein; außerdem war eine gleichmäßige Härte vom unteren bis zum oberen Ende der Probe vorhanden.The influence of the metals nickel, iron and manganese on copper-lead-zinc alloys was studied on vertically cast round bars. These rods, which have a diameter of 25 mm and a length. of about 125 mm showed in those cases where none (e.g. there was a regular distribution of lead, increasing hardness from the lower to the upper End of the rod cast in sand. In many cases it also occurred at higher lead levels the lead expires shortly after casting at the lower end. In those samples, on the other hand, which contained either only nickel and manganese or nickel, iron and manganese, entered no lead excretion; in addition, there was a uniform hardness from the lower to present at the top of the sample.

Weitere Zusätze sind 0,05 bis 10/, Silizium oder Chrom oder beide, die zur Verbesserung der Lagermetalleigenschaften beitragen, weil sie in der Grundlegierung nicht oder nur in geringem Maß löslich sind und infolgedessen die Heterogenität fördern, die erfahrungsgemäß die Eignung von Legierungen als Lagermetall verbessert. Da aber andererseits Silizium undChr om die Härte der Legierungen steigert, sind Gehalte von je 1 °/° nur dann zulässig, wenn zur Lagerung gehärtete Wellen benutzt werden.Other additives are 0.05 to 10 /, silicon or chromium or both, which contribute to improving the bearing metal properties because they are not or only slightly soluble in the base alloy and consequently promote the heterogeneity, which experience shows that alloys are suitable as bearing metals improved. Since, on the other hand, silicon and chromium increase the hardness of the alloys, contents of 1 ° / ° are only permissible if hardened shafts are used for the bearing.

Von den Metallen Zinn oder Antimon sollen keine größeren Mengen als etwa je 0,501, in der Legierung vorhanden sein, da sie, besonders bei gleichzeitiger Gegenwart anderer Zusatzmetalle, wie Eisen und Mangan, die durch diese Metalle erzielte gute Bleiverteilung wieder verschlechtern.The metals tin or antimony should not be present in larger amounts than about 0.501 each in the alloy, since they worsen the good lead distribution achieved by these metals, especially when other additional metals such as iron and manganese are present at the same time.

Hervorzuheben ist die verhältnismäßig große Festigkeit, die die Legierungen nach der Erfindung trotz eines Bleigehaltes von 10 bis 1501, erreichen. Sie liegt wesentlich höher als bei anderen Kupfer-Legierungen mit gleichem Bleigehalt. So wurde bei einer Legierung, die nach Einsatz aus 60°/o Kupfer, 10°/o Mangan, 2,10/, Eisen, 2 °i° Nickel, 0,3 °i° Aluminium und 15 °/° Blei, Rest Zink bestand, eine Festigkeit von etwa 42 kg/mm2 bei einer Dehnung von 10,2"/, und einer Brinell-Härte von etwa 110 kg/mm' als Kokillenguß erreicht. Die entsprechenden Werte bei der in Sand gegossenen Probe lagen nur wenig darunter, was ein besonderes Merkmal der Legierungen nach der Erfindung ist. Im allgemeinen beobachtet man wesentlich größere Unterschiede zwischen den Eigenschaften einer Legierung, je nachdem, ob sie in Sand oder in Kokille gegossen worden ist.The relatively high strength that the alloys according to the invention achieve despite a lead content of 10 to 1501 should be emphasized. It is significantly higher than with other copper alloys with the same lead content. For example, in an alloy which, after the use of 60% copper, 10% manganese, 2.10% iron, 2 ° i ° nickel, 0.3 ° i ° aluminum and 15 ° / ° lead, the remainder Zinc passed, a strength of about 42 kg / mm2 at an elongation of 10.2 "/, and a Brinell hardness of about 110 kg / mm 'achieved as a chill casting. The corresponding values for the sample cast in sand were only slightly lower , which is a special feature of the alloys according to the invention: In general, much greater differences are observed between the properties of an alloy, depending on whether it has been cast in sand or in ingot mold.

Auch die Lagermetalleigenschaften der Kupfer-Nickel-Blei-Mangan-Zink-Legierungen nach der Erfindung, vor allen Dingen solcher mit weiteren erfindungsgemäßen Zusätzen, können als hervorragend bezeichnet werden. Die Belastbarkeit von Lagern aus Legierungen nach der Erfindung erreicht wesentlich höhere Werte, als man sie bei Kupfer-Zinn- oder Kupfer-Zinn-Blei-Legierungen beobachtet, wie an zahlreichen Vergleichsversuchen festgestellt worden ist.Also the bearing metal properties of the copper-nickel-lead-manganese-zinc alloys according to the invention, especially those with further additives according to the invention, can be described as excellent. The resilience of alloy bearings according to the invention, much higher values are achieved than they are for copper-tin- or copper-tin-lead alloys observed, as in numerous comparative tests has been established.

Die nachstehende Zusammenstellung enthält eine Anzahl von Legierungen, die vorzugsweise verwendet werden sollen. Cu Pb Ni Mn Fe A1 Si Zn °o °/o 04 0/p (,o 0,o °o 1. über 55-75 6-10 0,5-3 über 6- 8 - 0,2-0,5 -' über 5 2. über 55-65 6-15 0,5-5 über 6-10 - 0,2-0,5 - über 5 3. über 55-75 6-10 0,5-3 über 6-10 0,5-2,5 0,2-0,5 - über 5 4. über 55-60 6-10 1 -5 über 6-10 - 0,2-0,5 0,1-0,5 über 5 5. über 55-60 6-15 4 -8 über 6-10 0,5-2,5 0,2-0,5 - über 5 6. 60-75 6-15 0,5-5 über 6-10 0,2-2,5 0,2-0,5 0,1-0,5 über 5 7. 60-75 6-15 0,5-5 über 6-10 - 0,2-0,5 0,1-0,5 über 5 The following list contains a number of alloys that are preferred to be used. Cu Pb Ni Mn Fe A1 Si Zn ° o ° / o 04 0 / p (, o 0, o ° o 1. over 55-75 6-10 0.5-3 over 6- 8 - 0.2-0.5 - 'over 5 2. over 55-65 6-15 0.5-5 over 6-10 - 0.2-0.5 - over 5 3. over 55-75 6-10 0.5-3 over 6-10 0.5-2.5 0.2-0.5 - over 5 4. over 55-60 6-10 1 -5 over 6-10 - 0.2-0.5 0.1-0.5 over 5 5. over 55-60 6-15 4 -8 over 6-10 0.5-2.5 0.2-0.5 - over 5 6. 60-75 6-15 0.5-5 over 6-10 0.2-2.5 0.2-0.5 0.1-0.5 over 5 7. 60-75 6-15 0.5-5 over 6-10 - 0.2-0.5 0.1-0.5 over 5

Claims

Claims: 1. Copper-zinc alloy with regular lead distribution, consisting of over 55 to 75 ° / ° copper, more than 5 to 15 ° / ° lead, 0.5 to 10 ° / ° nickel, over 6 to 15 ° / ° manganese, the remainder over 5 ° / ° zinc.

2. Alloy according to claim 1, in which all or part of the nickel is replaced by 0.2 to 5% iron.

3. Alloy according to one of claims 1 and 2 with a further addition of 0.2 to 1 ° / ° aluminum.

4. Alloy according to one of claims 1 to 3 with a further Addition of 0.05 to 111/0 silicon and / or chromium.

5. Alloy according to one of the claims 1 to 4, consisting of over 55 to 75 ° / ° copper, 6 to 10 ° i ° lead, 0.5 to 30 /, Nickel, over 6 to 80 /, manganese, 0.2 to 0.5 ° / ° aluminum, the remainder over 5 ° / ° zinc.

6. Alloy according to claim 3, consisting of over 55 to 75 ° / ° copper, 6 to 10 ° / ° lead, 0.5 to 3 ° / ° nickel, over 6 to 10 ° / ° manganese, 0.5 to 2.5 ° / 0 iron, 0.2 to 0.5 ° / ° aluminum, the remainder above 5 ° i ° zinc.

7. Alloy according to claim 4, consisting of over 55 to 60 ° / ° copper, 6 to 10 ° / ° lead, 1 to 5 ° / ° nickel, over 6 to 100 /, manganese, 0.2 to 0.501, aluminum, 0.1 to 0.5010 silicon, the remainder over 501, zinc. B.

Alloy according to claim 4, consisting of 60 to 750 /, copper, 6 to 1501, lead, 0.5 to 50% nickel, over 6 to 100 /, manganese, 0.2 to 2.50 / 0 iron, 0.2 up to 0.50 / 0 aluminum, 0.1 to 0.50 / 0 silicon, the remainder above 5 ° / ° zinc.

9. Alloy according to claim 4, consisting of 60 to 750/0 copper, 6 to 1501, lead, 0.5 to 501, nickel, over 6 to 100/0 manganese, 0.2 to 0.50 / 0 aluminum, 0 .1 to 0.5 ° / ° silicon, the remainder over 5 ° / ° zinc. Documents considered: German Patent No. 741 601; Swiss Patent No. 223 580; British Patent Nos. 648,379, 757,936; "Transactions of the American Institute of Mining and Metallurgical Engineers", 117 (1935), pp. 290 and 291.