DE1558817B2

DE1558817B2 - Verwendung einer Kupferlegierung

Info

Publication number: DE1558817B2
Application number: DE1558817A
Authority: DE
Inventors: August Dr.-Ing. 6000 Frankfurt Boden; Kurt Dr.-Ing. 6380 Bad Homburg Dies
Original assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1966-09-14
Filing date: 1966-09-14
Publication date: 1975-02-27
Also published as: DE1558817A1

Description

die nach dem letzten Warmverformen — mit praktisch reinem /S-Gefüge vorliegend — 5 Minuten bis Stunden bei Temperaturen zwischen 200 und 650⁰C, gegebenenfalls nach einer vorherigen Abkühlung, so lange geglüht worden sind, bis in dem überwiegenden /?-Gefüge 5 bis 49 % a-Gefüge ausgeschieden ist, zu Einsatzzwecken, die neben der bekannt guten Bearbeitbarkeit von Legierungen dieser Klasse einen gleichmäßigen Reibungsbeiwert und einen hohen Verschleißwiderstand bei reibender Beanspruchung verlangen.

2. Verwendung von Halbzeugen oder Halbfabrikaten aus einer Legierung, bestehend aus

81 % Kupfer,
unter 0,3 % Zink,
9,8 bis 10,5% Aluminium,
unter 0,2% Zinn,
unter 0,1% Blei,
4,5 bis 5,2% Nickel,
unter 0,5% Mangan,
4,0 bis 5,0% Eisen,
unter 0,1% Silizium,
unter 0,01% Fhosphor,

nach der Behandlung und für den Einsatzzweck gemäß Anspruch 1.

3. Verwendung von Halbzeugen und Halbfabrikaten aus einer Legierung, bestehend aus

84% Kupfer,

unter 0,3 % Zink,

9,5 bis 10,5% Aluminium,

unter 0,2 % Zinn,

unter 0,1% Blei,

2,5 bis 3,5% Nickel,

uiter 0,5 % Mangan,

2,5 bis 3,5% Eisen,

unter 0,1% Silizium, >

unter 0,01 % Phosphor,

nach einer Behandlung und für den Einsatzzweck gemäß Anspruch 1.

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Halbzeugen oder Halbfabrikaten aus einer Kupferlegierung, wobei es neben einer guten Bearbeitbarkeit auf einen gleichmäßigen Reibungsbeiwert und einen hohen Verschleißwiderstand bei reibender Beanspruchung ankommt.

Derartige Anforderungen werden insbesondere an Synchronierungs- oer Gleichlaufringe in Automobilgetrieben gestellt. Derartige Ringe müssen zunächst eine bestimmte Festigkeit aufweisen, damit sie die beim Schaltvorgang während des Geschwindigkeitsund Phasenausgleichs entstehenden Drehmomente und -kräfte zu übertragen vermögen. Außerdem müssen sie einen möglichst hohen und gleichbleibenden Reibungskoeffizienten aufweisen. Außerdem wird noch eine

ίο hohe Verschleißfestigkeit gefordert. Schließlich sollen derartige Ringe als Massenprodukt auch gut und schnell bearbeitbar sein. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese teilweise sich widersprechenden Forderungen einer optimalen Lösung zuzuführen.

Für den gleichen Anwendungszweck ist bereits eine Legierung mit 57 bis 59% Kupfer, 0,7 bis 2,2% Aluminium, 1 bis 4% Mangan, 0,3 bis 0,7% Silizium, 0,4 bis 0,8% Blei, Rest Zink bekannt, wobei die gewünschten Eigenschaften dadurch erzeugt wurden, daß das weitgehend in der /S-Phase vorliegende Halbzeug oder das Werkstück einer Glühbehandlung zwischen 200 und 500° C während einer Glühdauer von 0,25 bis zu 10 Stunden derart unterworfen wird, daß eine a-Ausscheidung von 5 bis 50% erreicht ist. (Deutsche Auslegeschrift 1 194 592)

Für hochbeanspruchte Gegenstände mit einer bevorzugten Verwendung als Turbinen- oder Kompressorschaufel, ist auch bereits eine Aluminium-Bronze vorgeschlagen worden, die aus Kupfer mit 8 bis 12% Aluminium sowie bis zu 8% eines oder mehrerer der Metalle Eisen, Nickel, Kobalt und Mangan besteht, wobei in der Bronze entweder absichtlich oder als Verunreinigung kleine Gehalte an anderen Elementen, z, B. Antimon, Arsen, Wismut, Chrom, Blei, Magnesium, Phosphor, Silizium oder Zink in Mengen vorhanden sein können, die 0,03% nicht übersteigen. (Deutsche Patentschrift 918 412)

Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß sich Kupfer-Legierungen, die nach ihrer Zusammensetzung im Prinzip aus der deutschen Patentschrift 918 412 bekannt sind, dann zur Herstellung von Halbzeugen oder Halbfabrikaten, die einen gleichmäßigen Reibungsbeiwert und hohen Verschleißwiderstand bei guter Bearbeitbarkeit aufweisen müssen, eignen, wenn sie einer aus der deutschen Auslegeschrift 1 194 592 bekannten speziellen Wärmebehandlung unterworden werden.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, zu Einsatzzwecken, bei denen neben guter Bearbeitbarkeit auf einen gleichmäßigen Reibungsbeiwert und einen hohen Verschleißwiderstand bei reibender Beanspruchung ankommt, Halbzeuge oder Halbfabrikate aus einer Legierung zu verwenden, die besteht aus

mehr als 81% Kupfer,
weniger als 0,5 % Zink
9,4 bis 9,6% Aluminium,
weniger als 0,5 % Zinn,
weniger als 0,15% Blei,
0,4 bis 0,6% Nickel,
2,5 bis 3,5% Mangan,
3,0 bis 4,0% Eisen,
weniger als 0,4% Silizium,
weniger als 0,01 % Phosphor

und die nach dem letzten Warmverformen — mit praktisch reinem /S-Gefüge vorliegend — 5 Minuten bis 15 Stunden bei Temperaturen zwischen 200 und 650° C, gegebenenfalls nach einer vorherigen Abküh-

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lung, so lange geglüht worden ist, bis in dem über- tert. Der Konstrukteur hat damit die Möglichkeit, die wiegenden /?-Gefüge 5 bis 49 % a-Gefüge ausgeschieden sich teilweise widersprechenden Anforderungen in

ist. jedem einzelnen Anwendungsfall besser aufeinander

Für den gleichen Einsatzzweck und nach der gleichen abstimmen zu können.

Warmbehandlung sind als Halbzeuge oder Halb- 5 Bei der Verwendung der genannten Werkstoffe zur

fabrikate auch Legierungen zu verwenden, die bestehen Herstellung von beispielsweise Synchronisierungsrin-

aus gen geht man zweckmäßigerweise so vor, daß die ge-

81 °/ Kupfer wünschte Halbzeugform entweder aus dem Gußzustand

weniger als 0 3 °/ Zink ^oc*^{er nac}^ ^e'^ner Vorverformung durch Strangpressen

ο 8 h,e in s o/ Ai^o„mmnim ^{10 m} Schmiedegesenken durch ein- oder mehrmaliges

?,o ms i\j,j/_o /Aluminium, " . ."

weniger als 0,2 V Zinn Umformen erzeugt und beschleunigt abgekühlt wird, weniger als 001 °/ Blei' Diese Abkühlung kann in ruhender oder bewegter Luft 4 5 bis 5 2 °/ Nickel ' erfolgen. Auf diese Weise entsteht ein Werkstück, das weniger als 0,5% Mangan, f^T* ^ein ?!i?^es/^^aufweist.Dem Werkstoff 4 0 bis 5 0"/ Eisen ¹⁵ demnach die gute Bearbeitbarkeit, weil in Folge weniger als Ö 1 °/ Silizium <*^er hohen Härte und Sprödigkeit der /S-Kristalle die weniger als 0,01 V Phosphor. spangebenden Werkzeuge rasch abstumpfen. Dieses ⁰ ' bedingt eine für Synchronisierungsringe unbrauchbare Das gleiche gilt für Legierungen, die bestehen aus Oberfläche, wodurch der Reibungskoeffizient nicht 84 °/ Kupfer ²⁰ gleichbleibend sein kann. Durch das /3-Gefüge stellt wprWr al« η ¹W 7inlr ^s'^cn außerdem eine schlechte Kombination der ver-9 5 bis 10 5 °/ Aluminium schiedenen Festigkeitswerte ein. Es wird zwar eine weniger als 0°,2 °/ Zinn, ' hohe Härte erzielt, jedoch gleichzeitig eine geringe weniger als 001 °/ Blei' Zähigkeit. Hierdurch erhöht sich die Bruchgefahr, ins-2 5 bis 3 5 °/ Nickel ' ²⁵ besondere bei Dauerbeanspruchung und bei feinweniger als 0,5% Mangan, gliedrigen Bauteilen mit starken und abrupten Quer-2 5 bis 3 5 °/ Eisen schnittsunterschieden. Die Erfindung gibt nunmehr weniger als °0,1 % Silizium, ^die ^h daß anschließend an das Pressen die Werkweniger als 0 01 °/ Phosphor stucke noch so warmbehandelt werden, daß kubisch ° 3o flächenzentrierte α-Kristalle in besonderer Verteilung Die angegebenen punktuellen Gehaltswerte können und Anordnung ausgeschieden werden, damit eine natürlich im Rahmen der üblichen legierungstechnisch erhebliche Verbesserung der Bearbeitbarkeit und gleichbedingten Abweichungen über- oder unterschritten zeitig ein gleichbleibender Reibungskoeffizient eingewerden. stellt werden kann. Die Glühdauer kann je nach der Die Verwendungsmöglichkeit der vorgenannten Le- 35 Temperatur und der Zusammensetzung der Legierung gierungen für den durch sich teilweise widersprechende in weiten Grenzen schwanken und sollte zwischen Anforderungen gekennzeichneten Einsatzzweck, war 5 Minuten und etwa 12 Stunden liegen. Die Wärmedeswegen überraschend, weil nicht erwartet werden behandlung kann auf verschiedene Art und Weise konnte, daß die auf eine Sondermessing-Legierung erfolgen.

abgestellte spezielle Wärmebehandlung bei Aluminium- 4" Es ist möglich, sofort anschließend an den Schmiede-, Bronzen, deren Anwendungsgebiet bisher nur dort Vorgang die Teile in einen Warmhalteofen oder eine lag, wo es auf eine hohe Dauerfestigkeit und eine gute gleichwertige Vorrichtung zu bringen, die es ermög-Bearbeitbarkeit ankam, die geforderte Eigenschafts- licht, die α-Ausscheidung in der gewünschten Form zu kombination von gleichmäßigem Reibungsbeiwert, bewirken. Der Glüh- und Abkühlungsvorgang läßt hohem Verschleißwiderstand und guter Bearbeitung- 45 sich auch vorteilhaft in einem Durchlaufofen ausbarkeit hervorrufen würde. Insbesondere war nicht führen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist demvorauszusehen, daß sich der /J-, a-Umwandlungs- nach den Vorteil auf, in einem weiten Legierungsprozeß in gleicher Weise bei praktisch zink-freien bereich die Glühtemperatur und die Zeiten so aufein-Kupfer-Aluminium-Basislegierungen durchführen las- ander abzustimmen, daß entweder ein besonders hoher sen würde, wie bei den aus der deutschen Auslege- 5o Widerstand gegen Verschleiß erlangt wird, wobei eine schrift 1 194 592 sowie aus DIN 17 661 bekannten etwas erschwerte Bearbeitbarkeit des Werkstoffs in Sondermessingsorten. Durch die erfindungsgemäß vor- Kauf genommen werden kann, oder aber daß eine geschlagene neue Verwendung der genannten Kupfer- besonders gute Bearbeitbarkeit auf Kosten eines etwa legierungen wird die Palette der Werkstoffe mit gleich- geringeren Verschleißwiderstandes erzielt wird. Je nach mäßigem Reibungsbeiwert, hohem Verschleißwider- 55 Wahl des a-Gefügeanteils lassen sich die jeweiligen stand und vor allem guter Bearbeitbarkeit insbesondere Forderungen zu einem Optimum an Wirkung zusamhinsichtlich des Bereichs der Festigkeit stark verbrei- menfassen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Halbzeugen oder Halbfabrikaten aus einer Legierung, bestehend aus

über 81% Kupfer,
unter 0,5% Zink,

9.4 bis 9,6% Aluminium,
unter 0,5% Zinn,

unter 0,15% Blei,
0,4 bis 0,6% Nickel,

2.5 bis 3,5 % Mangan,
3,0 bis 4,0% Eisen,
unter 0,4% Silizium,
weniger als 0,01 % Phosphor,