DE19539498C5

DE19539498C5 - Verschleißfester Synchronring aus einer Kupferlegierung

Info

Publication number: DE19539498C5
Application number: DE19539498A
Authority: DE
Inventors: Masao Omiya Kobayashi; Yoshiharu Omiya Mae
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1995-10-24
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2015-10-25
Also published as: DE19539498B4; CN1077605C; MY118738A; JPH08127831A; JP3279109B2; KR100314595B1; TW369568B; CN1131240A; DE19539498A1; KR960014723A; US5788924A

Abstract

Verschleißfester Synchronring aus einer Kupferlegierung mit einer Zusammensetzung (in Gewichtsprozent), die besteht aus: Zn: 20–40%, Al: 2–11%, wenigstens einem Element aus der Gruppe Fe, Ni und Co: 1–5%, Ti: 0,1–4%, S: 0,0005–0,01%, optional Mg: 0,01 bis 0,5%, und Rest Cu mit unvermeidbaren Verunreinigungen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Synchronring aus einer Kupferlegierung für automatische Kupplungen, der gegenüber bekannten Ringen höhere Verschleißfestigkeit zeigt.
Stand der Technik
Bekannt ist ein Synchronring für automatische Kupplungen, der aus einer Kupferlegierung mit folgender Zusammensetzung in Gewchtsprozent besteht: Zn 17–40%, Al 2–11%, wenigstens ein Element, das aus der Gruppe Fe, Ni und Co ausgewählt ist: 0,02 bis 3%, ein Element oder zwei oder drei Elemente, die aus der Gruppe Ti, Zr und V ausgewählt sind: 0,1 bis 3,5%, ein Element oder zwei oder drei Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe P, Mg und Ca: 0,003 bis 0,3%, Mn 01 bis 4% und Rest Cu mit unvermeidbaren Verunreinigungen (siehe japanisches offengelegtes Patent no. 64-55347 ).
Neuerdings wurde jedoch die Leistung von Verbrennungskraftmaschinen mehr und mehr gesteigert und infolgedessen mußten auch Synchronringe für automatische Kupplungen höhere Belastungen und höhere Umdrehungsgeschwindigkeiten aushalten. Unter solchen zu schweren Betriebsbedingungen zeigen die erwähnten bekannten Synchronringe aus Kupferlegierung keine genügende Verschleißfestigkeit und dementsprechend eine nicht ausreichend lange Lebensdauer im Gebrauch.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Synchronringe aus Kupferlegierung mit hoher Verschleißfestigkeit und längerer Gebrauchsdauer zu schaffen.
Die Erfinder haben das Problem untersucht, um Synchronringe aus Kupferlegierung mit besserer Verschleißfestigket als die bisher bekannten verschleißfesten Synchronringe zu erhalten.
Als Ergebnis der Untersuchungen wurde gefunden, daß ein kleinerer Mn-Gehalt der Kupferlegierung als bei der bisher üblichen Kupferlegierung für Synchronringe deren Verschleißfestigkeit erhöht, so daß ein Synchronring aus einer Kupferlegierung mit der folgenden Zusammensetzung, in Gewichtsprozent:
Zn: 20 bis 40%, Al: 2 bis 11%, wenigstens ein Element aus der Gruppe Fe, Ni und Co: 1 bis 5%; Ti: 0,1 bis 4%, außerdem Mn: 0,01 bis unter 0,1% und/oder S: 0,0005 bis 0,01 und Rest Kupfer mit unvermeidbaren Verunreinigungen eine noch bessere Verschleißfestigkeit als bisher bekannte Synchronringe und eine lange Gebrauchsdauer hat.
Ferner wurde gefunden, daß auch Synchronringe aus einer Kupferlegierung mit der folgenden Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) diese ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweisen:
Zn: 20 bis 40%, Al: 2 bis 11%, wenigstens ein Element aus der Gruppe Fe, Ni und Co: 1 bis 5%; Ti: 0,1 bis 4%, weiter
Mn: 0,01 bis unter 0,1% und/oder S: 0,0005 bis 0,01%, weiterhin Mg: 0,01 bis 0,5% und Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen.
Die gestellte Aufgabe wird daher gelöst durch einen verschleißfesten Synchronring aus einer Kupferlegierung, welcher die in den Ansprüchen 1 bis 4 angegebene Zusammensetzung hat.
Die Erfindung wird weiter erläutert durch die folgende Beschreibung und Beispiele:
Die Gründe für die zahlenmäßige Begrenzung der Anteile in der Kupferlegierungszusammensetzung, aus der verschleißfeste Synchronringe hergestellt werden, sind wie folgt:
(1) Zn und Al:
Zn und Al haben den Effekt, in ihrem Zusammenwirken die Festigkeit und Zähigkeit zu verbessern. Wenn jedoch der Zn-Gehalt unter 20% liegt, oder der Al-Gehalt unter 2% liegt, können sowohl die gewünschte Festigkeit als auch Zähigkeit nicht genügend erreicht werden. Wenn andererseits der Zn-Gehalt 40% oder der Al-Gehalt 11% übersteigt, nehmen diese Eigenschaften in unerwünschter Weise ab. Daher wurde der Zn-Gehalt auf 20 bis 40% und der Al-Gehalt auf 2 bis 11% festgelegt. Der bevorzugte Bereich ist für Zn 25 bis 40% und für Al 2 bis 7%.
(2) Fe, Ni und Co, sowie Ti
Wenigstens ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe Fe, Ni und Co (hiernach wird ein solches ausgewähltes Element als Metall der Eisengruppe bezeichnet) und Ti bilden miteinander intermetallische Verbindungen, welche durch ihre Dispersion in der Matrix die Verschleißfestigkeit erhöhen. Wenn jedoch der Gehalt an Metall der Eisengruppe unter 1% oder der von Ti unter 0,1% liegen, werden die gewünschten Wirkungen nicht erreicht. Wenn andererseits der Gehalt an Metall der Eisengruppe 5% oder der Ti-Gehalt 4% über steigen, nimmt die Zähigkeit in unerwünschter Weise ab. Daher wurde der Gehalt an Metall der Eisengruppe auf 1 bis 5% und der Ti-Gehalt auf 0,1 bis 4 festgelegt. Die bevorzugten Bereiche sind für die Metalle der Eisengruppe 2 bis 4% und für Ti 0,1 bis 4%.
(3) Mn
Ein Mn-Gehalt, der unter dem der üblichen Zusammensetzung liegt, verbessert die Verschleißfestigkeit. Ein Mn-Gehalt von weniger als 0,01% ist in einer Mn-haltigen Legierung nicht ausreichend, um eine verbesserte Verschleißfestigkeit zu erhalten. Andererseits erniedrigt ein Mn-Gehalt über 0,1% die Verschleißfestigkeit und setzt auch die Heiflverarbeitbarkeit herab. Daher wurde der Mn-Gehalt auf 0,01 bis unter 0,1% festgelegt, wobei der bevorzugte Gehalt an Mn 0,03 bis 0,07% ist.
(4) S
Schwefel als Bestandteil bewirkt eine weitere Verbesserung der Verschleißfestigkeit, jedoch geben weniger als 0,0005 keinen ausreichenden Effekt und andererseits behindert ein S-Gehalt über 0,01% die Heißverarbeitbarkeit in unerwünschter Weise. Daher wurde der S-Gehalt auf S: 0,0005 bis 0,01% festgelegt. Der weiter bevorzugte Bereich liegt bei S-Gehalt: 0,001 bis 0,005%.
(5) Mg
Mg verbessert die Härte und besonders die Härte bei hoher Temperatur. Daher bewirkt Mg eine Verbesserung der ausgezeichneten Verschleißfestigkeit unter Betriebsbedingungen von hoher Last und/oder hoher Umdrehungsgeschwindigkeit. Wenn jedoch der Mg-Gehalt unter 0,01% liegt, erhält man nicht den gewünschten Effekt, und ein Mg-Gehalt von über 0,5% erniedrigt in unerwünschter Weise die Zähigkeit. Demgemäß wurde der MB-Gehalt auf Mg: 0,01 bis 0,5% festgelegt. Der noch weiter bevorzugte Bereich beträgt Mg: 0,05 bis 0,35%.
Beispiele:
Zuerst wurden Kupferlegierungen mit den in Tabelle 1 bis Tabelle 3 angegebenen Zusammensetzungen in einem Hochfrequenz-Schmelzofen hergestellt und dann durch Formgießen Barren von 65 mm Durchmesser und 220 mm Länge hergestellt. Diese Barren wurden bei 750°C heißgeschmiedet, um Synchronring-Rohlinge mit 15 mm Dicke, 100 mm Breite und 300 mm Länge herzustellen. Die so hergestellten Synchronring-Rohlinge wurden zerschnitten, um die Teststücke 1 bis 30 für den erfindungsgemäßen Synchronring herzustellen (hiernach sind die Teststücke 1 bis 30 für den erfindungsgemäßen Synchronring als die Prüfstücke der Erfindung (SI) bezeichnet) und weiterhin wurden Teststücke 1 bis 3 für die genannten bekannten Synchronringe hergestellt, die hiernach als "übliche Teststücke" (SII) bezeichnet sind. Weiterhin wurde ein Gegendruckelement in Form eines kreisrunden aufgekohlten und abgeschreckten Stahls mit einer Oberflächenrauhigkeit von 2,0 bis 2,5 Rz hergestellt (Rz ist die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit von 10 Punkten).
Das Prüfstück 1 und das Gegendruckelement 2 wurden angeordnet, wie in 1 gezeigt, und während das Prüfstück mit einer Last von 50 kg gegen das Gegendruckelement angedrückt wurde, wurde unter den folgenden Bedingungen gedreht:

Gleitgeschwindigkeit: 5 m/sek. Gleitstrecke: 10 km

Öl: Transmissionsöl 3 Öltemperatur: 80°C.
Die Abnutzungstiefen der Prüfstücke wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 3 für die Bewertung der Verschleißfestigkeit angegeben.
Wirkungen der Erfindung
Die in den Tabellen 1 bis 3 angegebenen Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäßen Prüfstücke 1 bis 30 geringere Abnutzungstiefe haben und daher ihre Verschleißfestigkeit und die von daraus hergestellten Synchronringen besser ist als die von solchen, die aus den üblichen Legierungen der Prüfstücke 1 bis 3 hergestellt sind.
Die erfindungsgemäßen, aus den angegebenen Kupferlegierungen hergestellten Synchronringe haben im Vergleich mit solchen aus den üblichen Kupferlegierungen hergestellten Synchronringen selbst unter sehr erschwerten Betriebsbedingungen bessere Verschleißfestigkeit und zeigen diese Wirkung über eine lange Zeit. Diese erfindungsgemäßen Synchronringe aus bestimmten Kupferlegierungen haben daher auch in der industriellen Anwendung ausgezeichnete Wirkungen.
Ausführungsbeispiel

1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Prüfmethode der Verschleißfestigkeit Tabelle 1

Prüfstück	Zusammensetzung (in Gew.-%); Cu enthält unvermeidbare Verunreinigungen										Abnutzungstiefe (μm)
Prüfstück	Zn	Al	Ni	Fe	Co	Ti	Mn	S	Mg	Cu	Abnutzungstiefe (μm)
SI	1	20.5	4.6	2.6	-	-	1.6	0.05	-	-	Rest	75
	2	31.5	4.6	2.5	-	-	1.5	0.06	-	-	Rest	70
	3	38.5	4.6	2.4	-	-	1.6	0.06	-	-	Rest	72
	4	31.2	2.1	2.4	-	-	1.6	0.05	-	-	Rest	74
	5	30.5	10.5	2.4	-	-	1.4	0.06	-	-	Rest	72
	6	31.1	4.7	1.1	-	-	1.5	0.06	-	-	Rest	86
	7	31.2	4.7	4.8	-	-	1.5	0.07	-	-	Rest	65
	8	31.7	4.5	-	2.5	-	1.6	0.05	-	-	Rest	71
	9	30.8	4.6	-	-	2.6	1.7	0.05	-	-	Rest	70
	10	30.9	4.6	1.2	1.3	-	1.6	0.06	-	-	Rest	72
	11	31.0	4.7	1.3	-	1.3	1.7	0.06	-	-	Rest	70

SI: Prüfstücke der Erfindung

Prüfstück		Zusammensetzung (in Gew.-%); Cu enthält unvermeidbare Verunreinigungen										Abnutzungstiefe (μm)
Prüfstück		Zn	_Al	_Ni	_Fe	Co	Ti	Mn	S	Mg	Cu	Abnutzungstiefe (μm)
SI	12	31.3	4.7	-	1.2	1.6	1.6	0.06	-	-	Rest	68
	13	30.7	4.8	1.0	0.8	1.4	1.4	0.06	-	-	Rest	71
	14	31.2	4.6	2.5	-	0.12	0.12	0.06	-	-	Rest	83
	15	31.5	4.6	2.4	-	3.8	3.8	0.05	-	-	Rest	78
	16	31.5	4.5	2.4	-	1.6	1.6	0.02	-	-	Rest	88
	17	31.2	4.8	2.5	-	1.6	1.6	0.09	-	-	Rest	65
	18	31.2	4.6	2.4	-	1.6	1.6	-	0.0007	-	Rest	77
	19	31.5	4.6	2.5	-	1.7	1.7	-	0.001	-	Rest	75
	20	31.3	4.8	2.4	-	1.7	1.7	-	0.002	-	Rest	72
	21	30.7	4.6	2.5	-	1.6	1.6	-	0.003	-	Rest	71
	22	30.8	4.7	2.4	-	1.6	1.6	-	0.005	-	Rest	68

SI: Prüfstücke der Erfindung

Prüfstück		Zusammensetzung (in Gew.-%); Cu enthält unvermeidbare Verunreinigungen										Abnutzungstiefe (μm)
Prüfstück		Zn	Al	Ni	Fe	Co	Ti	Mn	S	Mg	Cu	Abnutzungstiefe (μm)
SI	23	30.9	4.6	2.4	-	-	1.7	-	0.009	-	Rest	65
	24	30.6	4.6	2.6	-	-	1.6	0.07	0.001	-	Rest	55
	25	31.2	4.7	2.4	-	-	1.6	0.05	0.002	-	Rest	50
	26	31.2	4.6	2.5	-	-	1.6	0.08	-	0.02	Rest	60
	27	30.5	4.7	2.4	-	-	1.7	0.08	-	0.48	Rest	55
	28	30.6	4.6	2.5	-	-	1.6	-	0.001	0.21	Rest	70
	29	31.2	4.6	2.5	-	-	1.6	-	0.002	0.15	Rest	68
	30	31.3	4.6	2.4	-	-	1.7	0.08	0.001	0.18	Rest	47
SII	1	31.5	4.6	2.5	-	-	1.6	-	-	0.15	Rest	125
	2	31.1	4.7	2.4	-	-	1.7	0.15	-	0.16	Rest	95
	3	31.2	4.6	2.5	-	-	1.6	3.8	-	0.15	Rest	230

SI: Prüfstücke der Erfindung
SII: Prüfstücke üblicher Legierungen

Claims

Verschleißfester Synchronring aus einer Kupferlegierung mit einer Zusammensetzung (in Gewichtsprozent), die besteht aus: Zn: 20–40%, Al: 2–11%, wenigstens einem Element aus der Gruppe Fe, Ni und Co: 1–5%, Ti: 0,1–4%, S: 0,0005–0,01%, optional Mg: 0,01 bis 0,5%, und Rest Cu mit unvermeidbaren Verunreinigungen.
Verschleißfester Synchronring aus einer Kupferlegierung mit einer Zusammensetzung (in Gewichtsprozent), die besteht aus: Zn: 20–40%, Al: 2–11%, wenigstens einem Element aus der Gruppe Fe, Ni und Co: 1–5%, Ti: 0,1–4%, Mn: 0,01 bis unter 0,1%, S: 0,0005 bis 0,01%, optional Mg: 0,01 bis 0,5%, und Rest Cu mit unvermeidbaren Verunreinigungen.