DE1238220B

DE1238220B - Verwendung einer Kupfer-Mangan-Zink-Legierung als Werkstoff fuer einer Gleitbeanspruchung ausgesetzte Maschinenteile

Info

Publication number: DE1238220B
Application number: DE1959V0016490
Authority: DE
Inventors: Dr Eugen Vaders
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-05-06
Filing date: 1959-05-06
Publication date: 1967-04-06

Description

Verwendung einer Kupfer-Mangan-Zink-Legierung als Werkstoff für einer Gleitbeanspruchung ausgesetzte Maschinenteile Das Patent 1194153 hat die Verwendung einer Kupfer-Mangan-Zink-Legierung als Werkstoff für gegossene oder durch Warm- oder Kaltverformung hergestellte, einer Gleitbeanspruchung, insbesondere bei erhöhter Temperatur, ausgesetzte Maschinenteile, wie Lager, Lagerbüchsen, Schneckenräder, Zahnräder und Gleitschuhe zum Gegenstand, die durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet ist: mehr als 63 bis 80 °/o Kupfer, mehr als 6 bis weniger als 20 °/o Mangan, Rest Zink. Dieser Kupferlegierung können noch 0,1 bis 501, Eisen, 0,1 bis 80/, Nickel, 0,05 bis 1,5 °/o Aluminium, 0,01 bis 10/() Silizium und/oder 0,01 bis 10/, Chrom, einzeln oder zu mehreren, zugegeben werden. Der Rest besteht in allen Fällen aus Zink.
Während die nach Patent 1194 153 zu verwendenden Legierungen mit mehr als 63 bis 800/, Kupfer in erster Linie zur Herstellung von Rohren, Stangen, Blechen usw., das heißt von Halbfabrikaten, dienen sollen, wozu ein gewisser Mindestgehalt der Legierung an Kupfer erforderlich ist, um eine genügende Dehnbarkeit zu gewährleisten, können solche Legierungen mit einem verringerten Kupfergehalt von 48 bis 60 % erfindungsgemäß in erster Linie zur Anfertigung von Gußstücken, und zwar sowohl in Sand als auch in Kokille gegossen, verwendet werden. Bei dem angegebenen Kupfergehalt, einem Mangangehalt von mehr als 6 bis 20 °/o, einem Gehalt an Eisen von 0,1 bis 5 °/o und an Silizium und/oder Chrom von 0,01 bis 1 °/o zeigen die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen mit einer zweckmäßigen, innerhalb der obigen Grenzen liegenden Zusammensetzung Werte an Festigkeit und Dehnung, die zwischen 60 und 75 kg/mm' und 10 bis 35 °/o liegen.
Neben Kupfer, Mangan, Eisen und Silizium und/ oder Chrom können die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen zusätzlich noch enthalten 0,1 bis 8°/o Nickel, und/oder 0,05 bis 1,5 % Aluminium, und/oder 0,05 bis 5010 Blei. Der Rest besteht aus Zink.
Durch den Nickelzusatz werden in Verbindung mit Mangan und Eisen die mechanischen Eigenschaften der Legierung weiter gesteigert. Eine Festigkeit von 80 kg/mm2 bei 20 °/o Dehnung ist bei verschiedenen Zusammensetzungen erreicht worden. Die Proben waren in Sand oder Kokille gegossen. Bei gepreßten Stangen und Rohren, bei Preßteilen, Schmiedestücken und Blechen liegen die Werte noch wesentlich höher.
Das Nickel hat vor allem die Aufgabe, die Korrosionsbeständigkeit der Legierungen zu verbessern.
Ein Aluminiumzusatz hat die Aufgabe, die Gießbarkeit der Legierung und die Beschaffenheit der Oberfläche von Gußstücken günstig zu beeinflussen. Wenn es nicht darauf ankommt, die Härte der Legierungen zu steigern, ist der Anteil der Legierungen an Aluminium zur Verbesserung der Gießeigenschaften möglichst gering zu halten.
Silizium und Chrom wirken etwa in gleicher Weise härtesteigernd wie das Aluminium. Nachdem die Legierungen erfindungsgemäß als Lagermetall verwendet werden sollen, sind ihre Lagermetalleigenschaften von besonderer Bedeutung. Diese werden durch die Zusätze von Silizium und Chrom insbesondere von Silizium wesentlich verbessert. 'Während sich das Silizium mit dem in der Legierung enthaltenen Mangan zu harten Mangansiliziden verbindet, die in ihrer Wirkung mit den typischen harten Kristallarten SbSn oder Cu6Sn5 beim Weißmetall oder dem x -E- 8-Eutektoid bei Zinnbronzen übereinstimmen, tritt das Chrom in den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen zum Teil als Sonderbestandteil auf, legiert es sich zum Teil mit dem Eisen oder, wenn vorhanden, mit Nickel.
Während Silizium und Chrom die Belastbarkeit der Legierung als Lagermetall erhöhen, werden durch einen Bleigehalt das Einlaufen von Gleitflächen, z. B. bei Lagern, sowie die Unempfindlichkeit gegen Überbelastungen einzelner Gleitflächenbezirke - wenn es sich um Randpartien handelt - auch als Kantenpressung bezeichnet, gesteigert. Ebenfalls verbessert werden durch einen Bleizusatz die Verschleißfestigkeit sowie die spanabhebende Verarbeitbarkeit der Legierung.
Die Untersuchung der Lagermetalleigenschaften der kupferarmen, erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen ergab eine ähnlich hohe Belastbarkeit wie bei den nach Patent 1194153 zu verwendenden Legierungen. So wurde z. B. bei einer Legierung mit 55 °/° Kupfer, 100/" Mangan, 2,50/, Eisen, 0,30/, Silizium und 0,51110 Aluminium, Rest Zink, eine Endbelastbarkeit von etwa 600 kg/cm2 erreicht, ein Wert, der von bekannten DIN-Legierungen, wie Gbz 14 (860/,) Kupfer und 14°/o Zinn) oder dem SoMs 68 (68°/o Kupfer, 0,8 °/o Silizium, Rest Zink) nicht erwartet werden kann und auch nicht gefunden wurde. Bei der zuletzt genannten Legierung war die Höchstbelastbarkeit nur etwa 305 kg/cm2, also etwas mehr als halb so groß wie bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen.
Nach den Versuchen zeigte sich jeweils, daß sowohl die Versuchswelle als auch das Versuchslager zumindest ein so gutes Aussehen hatten, wie bei unter gleichen Bedingungen untersuchten bekannten Legierungen. Da ferner die bei Welle und Lager gemessene Abnutzung nicht größer war als bei diesen bekannten Legierungen, stellen die manganreichen und kupferarmen Kupfer-Zink-Legierungen ein wertvolles und zugleich billiges Lagermetall dar, das sich besonders zur Anfertigung von Lagerbuchsen aller Art, wie sie im Maschinen- und Automobilbau benötigt werden, hervorragend eignet.
Es sind bereits Kupfer-Zink-Legierungen mit Mangangehalten von bis zu 60/0 zur Verwendung als Lagermetall empfohlen worden. Diese Legierungen enthalten jedoch kein Silizium und/oder Chrom, was, wie beschrieben, wegen der Bildung einer metallischen Verbindung des Siliziums mit dem Mangan bzw. dem Auftreten als Sonderbestandteil, von besonderer Bedeutung ist.
Weitere bekannte Lagerlegierungen weisen bei Mangangehalten von über 60/0 einen Aluminiumgehalt von 2 bis 8 °/o auf. Derartige Legierungen sind schon bei einem Gehalt an Aluminium von nur 20/, und einem Zusatz an Silizium, vor allem bei niedrigen Kupfergehalten von etwa 50010, derartig hart, daß sie als Lagermetall nicht mehr verwendet werden können.

Die nachstehende Tabelle zeigt den Härteanstieg nach der Erhöhung des Aluminiumgehaltes von 0,5 auf 2 °/o.

Gu Mn Fe Al Zn Härte nach
Brinell
°/° °/° °/° °/° °/° kg/mm 2
58 6,5 1 0,5 34 113
58 6,5 1 2 32,5 158
50 10 - 2 38 spröde
50 10 2 2 36 204
50 10 2 0,5 37,5 185

Die Legierungen nach der vorstehenden Tabelle enthalten kein Silizium und zählen daher nicht zum Gegenstand der Erfindung. Ihr Härteanstieg zeigt aber mit Sicherheit, daß durch die gleichzeitige Anwesenheit von Aluminium und Silizium die Härte weiter ansteigt, nachdem Aluminium oder Silizium allein die Härte von Kupfer-Zink-Legierungen bekanntermaßen heraufsetzt. Hierbei wird der gleiche Zusatz von Silizium bei einem Gehalt der Legierung von 2 °/o Aluminium die Härte unverhältnismäßig stärker erhöhen als bei einem Gehalt von nur 0,01 bis 1,5111,' gemäß den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen. Legierungsbeispiele:

1. 48 bis 60 °/o Cu

6,5 bis 15% Mn

0,2 bis 3 °/o Fe

0,05 bis 1 °/o Si

Rest Zink

2. 48 bis 60"/, Cu

6,5 bis 1511/o Mn

0,2 bis 3 °/o Fe

0,01 bis 0,8 °/o Si

0,1 bis 6 °/° Ni

Rest Zink

3. 48 bis 60 °/o Cu

6,5 bis 15 °/o Mn

0,2 bis 3 °/o Fe

0,01 bis 0,3 °/o Si

0,1 bis 1,501, Al

Rest Zink

4. 48 bis 60 °/o Cu

6,1 bis 15 °/o Mn

0,2 bis 4 °/o Fe

0,1 bis 0,8 °/o Si

0,05 bis 5 °/o Pb

Rest Zink

5. 48 bis 60 °/o Cu

6,1 bis 10 °/o Mn

0,1 bis 5 11/0 Fe

0,01 bis 0,5°/o Si

Rest Zink

6. 48 bis 60 0/0 Cu

über 10 bis 18 °/o Mn

0,1 bis 5 °/o Fe

0,01 bis 0,2 °/o Si

Rest Zink

7. 48 bis 60°/o Cu

6,1 bis 15°/o Mn

0,2 bis 1,8 °/a Fe

0,05 bis 10/0 Si

0,1 bis 1,5010 AI

Rest Zink

B. 48 bis 600/, Cu

6,1 bis 15 0/0 Mn

0,2 bis 4 °/o Fe

0,05 bis 1 °/o Si

0,1 bis 6 °/o Ni

0,1 bis 0,501, Al

Rest Zink

9. 48 bis 60 °/o Cu

6,1 bis 15 °/a Mn

0,2 bis 4 °/o Fe

0,05 bis 10/0 Si

0,1 bis 6 °/o Ni

0,05 bis 5 °/o Pb

Rest Zink

10. 48 bis 60 0/0 Cu

6,1 bis 15 °/o Mn

0,2 bis 4 °/o Fe

0,05 bis 1 °/o Si

0,1 bis 1,5°/o Al

0,05 bis 5 0/0 Pb

Rest Zink

11. 48 bis 600/, Cu

6,1 bis 15°/o Mn

0,2 bis 4 % Fe

0,05 bis 1 % Si

0,1 bis 60/, Ni

0,1 bis 1,5 % Al

0,05 bis 5 11/0 Pb

Rest Zink

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung einer Kupfer-Mangan-Zink-Legierung, bestehend aus 48 bis 60010 Kupfer, mehr als 6 bis 20 % Mangan, 0,1 bis 5 % Eisen und 0,01 bis 1 °/a Silizium und/oder Chrom, Rest Zink, als Werkstoff für gegossene oder durch Warm- oder Kaltverformung hergestellte, einer Gleitbeanspruchung, insbesondere bei erhöhter Temperatur, ausgesetzte Maschinenteile, wie Lager, Lagerbuchsen, Schneckenräder, Zahnräder und Gleitschuhe.
2. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung, die jedoch zusätzlich noch 0,1 bis 8 °/o Nickel enthält, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
3. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zusammensetzung, die jedoch zusätzlich noch 0,05 bis 1,5°/o Aluminium enthält, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
4. Verwendung einer Legierung der in einem der Ansprüche 1 bis 3 angegebenen Zusammensetzung, die jedoch zusätzlich noch 0,05 bis 501, Blei enthält, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
5. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus 48 bis 60 °/o Kupfer, 6,5 bis 15 °/o Mangan, 0,2 bis 3 % Eisen, 0,05 bis 1 % Silizium, Rest Zink, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
6. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 3 angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus 48 bis 60 % Kupfer, 6,5 bis 15 % Mangan, 0,2 bis 3 °/o Eisen, 0,01 bis 1 % Silizium, 0,1 bis 1,5 % Aluminium, Rest Zink, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
7. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 3 angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus 48 bis 60 % Kupfer, 6,1 bis 15 % Mangan, 0,2 bis 1,8 % Eisen, 0,05 bis 1 % Silizium, 0,1 bis 1,5°/o Aluminium, Rest Zink, für den im Anspruch 1 genannten Zweck. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 686 321, 741601, 753 251; schweizerische Patentschrift Nr. 223 580.