DE1903711A1 - Kupferlegierung - Google Patents

Kupferlegierung

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DE1903711A1 DE19691903711 DE1903711A DE1903711A1 DE 1903711 A1 DE1903711 A1 DE 1903711A1 DE 19691903711 DE19691903711 DE 19691903711 DE 1903711 A DE1903711 A DE 1903711A DE 1903711 A1 DE1903711 A1 DE 1903711A1
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Seizo Watanabe
Masaru Yamaguchi
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Description

  • Aktenzeichen: Neuanzeldung Kupferlegierung Die Erfindung betrifft Kupfer-Aluminium-Legierungen rit verbesserter Verschleißfestigkeit.
  • Es sind bereits eine Reihe von hypereutektoiden Kupfer-Aluminium-Legierungen (Aluminiumbronzen) bekannt, welche lls verschleißfeste Materialien vorgeschlagen wurden.
  • Einige dieser Legierungen enthalten geringe engen Eisen zur Verbesserung der Härte, während andere kleine Mengen an Nickel, Mangan, Vanadium, etc. zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften enthalten. Obgleich die bekannten Legierungen sich für viele Zwecke bewährt haben, besteht noch ein Bedürfnis nach Legierungen irit noch besserer Verschleißfestigkeit.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine aluminiumhaltige Kupferlegierung vorzuschlagen, welche verbesserte Verschleißfestigkeit besitzt und gleichzeitig grosse Härte und Duktilität aufweist.
  • Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend eine hochverschleißfeste Kupferlegierung, welche gekennzeichnet ist durch einen Aluminiumgehlot A zwischen 6,0 und 15,0 Gewichtsprozent, einen Berylliumgehalt B zwischen 0,2 und 2,0 Gewichtsprozent, einen Siliciumgehalt C zwischon 0,5 und 3,5 Gewichtsprozent, wobei die Zahlenwerte von A, B und C in Gewichtsprozent der Formel t A + 1,8 B + 1,5 C - 9 bis 18 Gewichtsprozent genügen und der Rest der Legierung aus Kupfer und höchstens 1,5 Gewichtsprozent anderen Elementen besteht.
  • Für bestimmte Zwecke besonders geeignete Kupferlegierungen besitzen einen Aluminiumgehalt A zwischen 8,0 und 14,0 Gewichsprozent, einen Berylliumgehalt B zwisehen 0,3 und 1,0 Gewichtsprozent und einen Siliciumgehalt zwischen 0,6 und 2,8 Gewichtsprozent, wobei die Zahlenwerte von A, B und C der Formel: A + 1,8 13 + 1,5 C a 13 bis 16,5 Gewichtsprozent genügen.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform können die erfindungsgemässen Kupferlegierungen zusätzliche noch bis zu 2,5 Gewichtsprozent Kobalt und/oder bis zu 5,0 Gewichtsprozent Zink und/oder bis zu 5,0 Gewichstsprozent Zink und/oder bis zu 5,0 Gewichtsprozent Mangan und/oder bis zu 3,0 Gewichtsprozent Eisen und/oder bis zu 0,3 Gewichtsprozent Zirkon enthalten. Sofern mehrere dieser Elemente gleichzeitig anwesend sind, müsen deren Gehalte so aufeinander abgestimmt werden, dass die vorteilhaftten Eigenschaften der Kupfer-Aluminium-Beryllium-Silicium-Legierung nicht in unverwünschter Weise beeingträchtigt werden.
  • Die erfindungsgemässe Kupferlegierung zeichnet sich dadurch aus, dass der Aluminiumgehalt bis zu einbem relativ niedrigen Wert im hypocutektoiden Bereich verringert wer den kann, wodurch ohne Aufgabe der ausgezeichneten Verschleißfestigkeit eine relativ hohe Bruchdehnung erzielt wird. Diese Kupferlegierungen eignen sich daher hervorragend als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Formen und Walzen für das Tiefziehen, Biegen und Walzen von rostfreiem Stahl , Flußstahl , Nickellegierungen, Zinklegierungen , Aluminiumlegierungen Kunststoffen, etc.. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Kupferlegierungen liegt in der Verwendung für Schweißstäbe, deren Schweißgut überlegene Verschleißfestigkeit aufweist. Die Härte der Legierungen kann durch entsprechende Abstimmung der Legierungskon:ponenten in einem Bereich zwischen der Härte herkönnilicher Nickel-Aluminium-Bronzen und einer Härte (HB) von etwa 400 zweckentsprechend eingestellt werden.
  • In den erfindungsgemässen Kupferlegierungen wird durch die Zusätze an Beryllium und Silicium der α-Phasenbereich in Kupfer-Aluminium-System verkleinert und die Ausscheidungsgeschwindigkeit erhöht. Durch das Beryllium, wird die lamellare Zutektoidstruktur in eine nadelige Struktur überführt und die Struktur verfeinert. Silicium verfeinert die Matrixstruktur und führt zu feineren und kugelförmigen Ausscheidungen. Beide Elemente führen zu einer starken Verbesseruna der Verscileißfestigkeit der Kupferlegierung. Bei Alu:iniur.gehlten unterhalb von Gewichtsprozent wurden keine Ausscheidungen beobachtet während Aluminiumgehalte über 15 Gewichtsprozent zu sehr viel stärkeren und gröberen Ausscheidungen führen, die eine erhebliche Abnahme der Festigkeit verursachen. Bei Beryllium gehalten unter 0,2 Gewichtsprozent wird die für die erfindungsgemässen Kupferlegierungen charakteristische n@delige Struktur nicht gebildet und es tritt Auch keine Verbesserung der Verschleißfestigkeit ein.
  • Bei Berylliumgehalten von silber 2,0 Gewichtsprozent tritt ebenso , wie bei Aluminiumgehalten über 15,0 Gewichtsprozent eine erhebliche Abnahme der Festigkeit auf. Bei Siliciumgehalten unter 0,5 Gewichtsprozent sind die Ausscheidungen weder kugelförmig, noch fein genug, während bei Siliciumgehalten über 3,5 Gewichtsprozent die unerwünschte X-Phase des Kupfer-Silicium-Systems auftritt.
  • Die erfindungsgemässen Kupferlegierungen besitzen grosse Härte, überlegene Verschleißfestigkeit und können trotz ihrer Härte eine bemerkenswerte Duktilität aufweisen.
  • So besitzt beispielsweise eine Kupferlegierung dieser Art eine Härte (HB) von 345, eine Zugfestigkeit von 55,2 kg/mm2 und eine Bruchdehnung von os6X, während eine andere erfindungsgemässe Kupferlegierung eine Härte (HB) von 300, eine Zugfestigkeit von 51,6 kg/mm2 und eine Bruchdehnung von 4,5 aufweist Die überlegene Verschleißfestigkeit dieser Legierungen beruht offenbar auf der sehr feinen, nddeligen Matrixstruktur und den feiten, kugelförmigen Ausscheidungen.
  • Die erfindungsgemässen Kupferlegierungen können ein oder mehrere zusätzliche Elemente aus der Gruppe Kobalt, Zinn, Zink, Mangan, Eisen und Zirkon enthalten. Durch geringe Mengen Kobalt wird die Zugfestigkeit der Legierung verbessert. Kobaltgehalte von mehr als 2,5 Gewichtsprozent beeinträchtigen Jedoch die Härte. Durch eine Zugabe von Zinn kann die Verschleißfestigkeit verbessert und erforderlichenfalls ein Teil des Siliciums ersetzt werden.
  • Zinngehalte von mehr als 5,0 Gewichtsprozent beeinträchtigen jedoch die Verschleißfestigkeit.
  • Ein Zusatz von Zink verbessert die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung , jedoch wird bei Zinkgehalten von mehr als 5,0 Gewichtsprozent die Bruchdehnung stark verringert.
  • Mangangehalte von bis zu 510 Gewichtsprozent verbessern die Zugfestigkeit , während grössere Gehalte die Zugfestigkeit beeinträchtigen.
  • Durch Zugabe von Eisen wird die Korngrösse verringert, jedoch beeinträchtigen Eisengehalte von mehr als 3,0 Gewichtsprozent die Verschleißfestigkeit.
  • Kleine Mengen Zirkon führen ebenfalls zu einer Verringerung der Korngrösse, jedoch bleibt bei Zugaben von mehr als 0,3 Oewichtsprozent Zirkon der Effekt unverändert.
  • Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen weiter erläutert.
  • Beispiel 1: In einer Versuchsreihe wurden mehrere Kupfer-Aluminium-Beryllium-Silicium-Legierungen hergestellt und auf ihre Härte (HB) untersucht. Die Zusammensetzung der Legierungen und die gemessenen Härtewerte sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.
  • Zum Nachweis der überlegenen Verschleißfestigkeit der erfindungsgemässen Legierungen wurden die in Tabelle I aufgeführten Legierungen A und 3 mit einer herkommlichen Kupfer-Alumlnium-Legierung mit einem Gehalt von 13,94 Gewichtsprozent Aluminium , 4,60 Gewichtsprozent Eisen, weniger als 0,5 Gewichtsprozent Verunreinigungen, Rest Kupfer und einer Härte (HB) 3.000 von 325 verglichen. Zur Durchführung dieses Vergleichsversuches wurde ein zy1indrisches Probestück aus rostfreiem Stahl (18-8) einer Gleitbewegung gegen Probestücken der zu prüfenden Kupferlegierung unterworfen und dla Verschleißbreite der Kontaktfläche in mm gemessen.
  • Tabelle I Legierung Zusammensetzung Al Be Si Andere Cu (HB) Gew. Gew.% Gew.% Gew. 3.000 kg A 6,5 1,6 1,3 <1,5 Rest 250 B 8,1 o,8 2,8 <1,5 Rest 31o c 12,4 0,3 0,6 <1,5 Rest 340 D 14,0 0,4 1,1 <1,5 Rest 365 Die Gleitgeschwindigkeit betrug 0,91 m/sec. und die Kontaktstrecke 100 m. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der beigefügten Figur graphisch dargestellt. Hieraus ist klar zu er sehen, dass die erfindungsgemässen Kupferlegierungen gegenüber der herkömmlochen Kupfer-Aluminium-Eisen, -Legierung eine erheblich verbesserte Verschleißfestigkeit aufweisen.
  • Beispiel 2: In einer Versuchsreihe wurde eine Kupferlegierung mit einem Aluminium-Gehalt von 8,2 Gewichtsprozent, einem Berylliumgehalt von 0,79 Gewichtsprozent und einem Siliciumgehalt von 2,3 Gewichtsprozent mit ähnlich zusammengesetzten Kupferlegierungen verglichen, die zusätzlich nooh ein Gewichtsprozent Kobalt oder zwei Gewichtsprozent Zinn oder 2,5 Gewichtsprozent Zink oder 2,5 Gewichtsprozent Mangan enthielten. Die Zusammensetzung der verwendeten Legierungen und die an diesen gemessenen Zahlenwerte ful' die Zugfestigkeit bzw. die Härte (HB) sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt.
  • Tabelle II Legierung Zusammensetzung Rest: Härte Zugfestig Cu keit AL Be Si Zusatz Cu (HB) keit Ande- kg/mm2 re E 8,2 0,79 2,3 - <1,5 320 55,3 F 8,3 0,78 2,2 1 Co <1,5 - 60,5 G 8,2 0,78 2,2 2 Sn <1,5 350 H 8,1 0,81 2,25 2,5 Zn <1,5 - 58,2 I 8,2 0,81 2,2 2,5 Mn < 1,5 - 59,1 Die aufgeführten Zahlenwerte zeigen, dass die Kupferlegierungen mit geringen Gehalten an Kobalt, Zink oder Mangan merklich verbesserte Zugfestigkeiten und die zinnhaltige Kupferlegierung eine erheblich höhere Härte aufweisen.

Claims (5)

P a t e n t a n s p r ü c h e
1.) Hochverschleißfeste, aluminiumhaltige Kupferlegierung, gekennzeichnet durch einen Aluminiumgehalt A zwischen 6,0 und 15,0 Gewichtsprozent, einen Berylliumgehalt B zwischen 0,2 und 2,0 Gewichtsprozent, einen Siliciumgehalt C zwischen 0,5 und 3,5 Gewichtsprozent, wobei die Zahlenwerte für A, B und C der Formel t A + 1,8 B + 1,5 C @ 9 bio 18 Gewichtsprozent genügen und die Legierung im übrigen ausser Kupfer weniger als 1,5 Gewichtsprozent Verunreinigungen enthält.
2.) Kupferlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Aluminiumgehalt A zwischen 8,0 und 14,0 Gewichtsprozent, einen Berylliumgehalt B zwischen 0,3 und 1,0 Gewichtsprozent und einen Siliciumgehalt zwischen 0,6 und 2,8 Gewichtsprozent, wobei die Zahlenwerte für A, B und C der Formel s A + 1,8 B + 1,5 C - 13 bis 16,5 Gewichtsprozent genügen.
3.) Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von bis zu 2,5 Gewichtsprozent Kobalt und/oder bis zu 5,0 Gewichtsprozent Zinn und/oder bis zu 5,0 Gewichtsprozent Zink und/oder bis zu 5,0 Gewichtsprozent Mangan und/oder bis zu 3,0 Gewichtsprozent Eisen und/oder bis zu 0,3 Gewichtsprozent Zirkon.
4.) Hochverschleißfeste Tiefziehform mit guter Wämeleitung und einer Härte (HB) ) von 160 bis 400 aus einer Kupferlegierung gemäss Anspruch 1 bis 3.
5.) Schweißstab aus einer Kupferlegierung gemäss Anspruch 1 bis 3.
L e e r s e i t e
DE19691903711 1969-01-25 1969-01-25 Verwendung einer Kupfer-Aluminium-Beryllium-Silicium-Legierung zur Herstellung von hochverschlejßfesten Tiefziehformen Expired DE1903711C3 (de)

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DE1903711B2 DE1903711B2 (de) 1973-07-05
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