DE19756815A1 - Kupfer-Zinn-Titan-Legierung - Google Patents
Kupfer-Zinn-Titan-LegierungInfo
- Publication number
- DE19756815A1 DE19756815A1 DE19756815A DE19756815A DE19756815A1 DE 19756815 A1 DE19756815 A1 DE 19756815A1 DE 19756815 A DE19756815 A DE 19756815A DE 19756815 A DE19756815 A DE 19756815A DE 19756815 A1 DE19756815 A1 DE 19756815A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- copper alloy
- alloy according
- weight
- semi
- production
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/0425—Copper-based alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Forging (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Cu-Sn-Ti-Legierung, ihre Herstellung und ihre
Verwendung. Die CuSnTi-Legierung besteht aus Sn 12-20 Gew.-%, Ti 0,002-1,0 Gew.-%
Rest Cu und übliche Verunreinigungen. Eine solche Legierung kann bei
hinreichend schneller Abkühlung aus dem schmelzflüssigen Zustand bei
Raumtemperatur in einem solchen Gefügezustand erhalten werden, daß die für die
Halbzeugherstellung vorliegende Vorform (Gußband, Gußblock, Gußbolzen)
technisch frei von groben, spröden Phasen ist und daher in besonderer Weise für die
Herstellung von Halbzeugen als Bänder, Profile, Drähte, Hohlprofile oder Rohre
durch Kneten geeignet ist. Solcherlei Halbzeuge eignen sich hervorragend für die
Herstellung verschiedener Gegenstände des täglichen Bedarfs und von
Funktionsteilen der Feinmechanik und der Elektromechanik sowie des allgemeinen
Maschinenbaus. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und der
Herstellungsweise weist eine solche Legierung eine besonders günstige
Kombination von hohen mechanischen Festigkeiten bei exzellenter Duktilität
kombiniert mit guter Korrosionsbeständigkeit auf.
Nach dem heutigen Stand der Technik ergeben sich die Anforderungen an moderne
Halbzeuge sowohl aus den Gebrauchs- und Umwelteigenschaften als auch nach
Kostengesichtspunkten. Wegen dem Wettbewerbsdruck erscheinen daher jene
Werkstoffe attraktiv, die eine rationelle, möglichst abfallfreie Herstellung ermöglichen.
Hierdurch erscheinen besonders Knetwerkstoffe in vielen Fällen gegenüber
Gußwerkstoffen bei den Cu-Legierungen als besonders vorteilhaft, wenn es um die
Herstellung komplexer Funktionsteile geht. Die Knetbarkeit von Cu-Werkstoffen
begrenzt jedoch die Nutzung von hochgeschätzten Eigenschaften der
Gußwerkstoffe, bei denen die Cu-Sn-Werkstoffe eine besonders wichtige Rolle
spielen. Sie zeichnen sich z. B. durch sehr hohe Festigkeiten und Härten bei sehr
guten Korrosionseigenschaften und einer allgemein hervorragenden Eignung für
tribologische Anforderungen aus. In der Literatur (z. B. K. Dies, Kupfer und
Kupferlegierung in der Technik, Berlin 1967 Seite 504 ff.) ist Behandlung und
Zusammensetzung der Zinnbronzen sehr umfassend erläutert. Dort wird auch auf
die Erzielbarkeit homogener Gefüge auch bei Gußbronzen bis etwa 15 Gew.-% Sn
durch Wärmebehandlung eingegangen. Es wird dort erläutert, daß
Homogenisierungsglühungen zu Poren führen (a.a.O. S. 514-516) und andererseits
durch Homogenisierung mechanische Eigenschaften verbessert werden können,
ohne daß dabei auf eine dadurch möglichwerdende Kaltverformung hingewiesen
wird (a.a.O. S. 549 ff). Hoch zinnhaltige klassisch hergestellte Bronzen sind
demnach zur Umformung zu homogenisieren und also porenhaltig. Dem Fachmann
ist bekannt, daß Poren für die meisten technischen Anwendungen unerwünscht sind.
Sie sind Schwachstellen bei mechanischer Belastung und stören die Umformung
selbst oder verhindern nach Umformung zumeist die Ausbildung einer fehlerfreien
Oberfläche. So ist nach dem Stand der Technik die Nutzung von Gußbronzen als
Knetwerkstoffe nicht gegeben. Bislang muß der Gegensatz zwischen Knet- und
Gußwerkstoffen als unüberwindlich gelten, die Verfügbarkeit eines Knetwerkstoffes
mit den Eigenschaften eines Gußwerkstoffes aber als wünschenswert angesehen
werden.
Es stellte sich daher für die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Werkstoff und
ein Verfahren zu seiner Herstellung vorzuschlagen, der den Gegensatz zwischen
den CuSn-Knetwerkstoffen und den CuSn-Gußwerkstoffen überwindet. Der
Werkstoff soll die chemischen und mechanischen Eigenschaften der Gußbronzen
mit den Verarbeitungseigenschaften der Knetwerkstoffe kombinieren, wozu
besonders die Einstellung der Kaltverformbarkeit und gleichzeitige Sicherung einer
hohen mechanischen Festigkeit und Härte notwendig ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Cu-Sn-Ti-Legierung gelöst, die aus
dem schmelzflüssigen Zustand so schnell abgekühlt wird, daß die bei Gußstücken
übliche Seigerung unterbleibt und daß das Gefüge bei Raumtemperatur frei von
makroskopischen Seigerungen ist. Unter makroskopischen Seigerungen werden
dabei Gefügebestandteile verstanden, die im Gußgefüge vorhanden sind und einen
Anteil von mehr als 10 Vol.-% einnehmen und als einzelne Phasenfelder eine
Abmessung von mehr als 1 mm haben. Eine ausreichend hohe
Abkühlgeschwindigkeit zwischen Liquidus- und Solidustemperatur zur Vermeidung
solcher Makroseigerungen kann durch verschiedene Techniken erreicht werden.
Hierzu zählen namentlich das Bandgießen (siehe beispielsweise: Vaught, C. F.:
Apparatus of and Apparatus for Continuous Casting of a Metal Strip, Patentschrift
USA WO 87/02285 (1987); Wünnenberg, K., Frommann, K., Voss-Spilker, P.:
Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von breitem Band, Offenlegungsschrift
DE 36 01 338 A1 (1987)) und das Sprühkompaktieren (siehe beispielsweise: GB-PS 1 379 261,
Reginald Gwyn Brooks, (1972), GB-PS 1 599 392, Osprey Metals Ltd.,
(1978), European Patent 0 225 732, Osprey Metals Ltd., (1986)). Die mit diesen
Verfahren hergestellten Vorformen unterscheiden sich von z. B. durch üblichen
Strangguß hergestellten Vorformen in ihrem Gefügezustand deutlich. Ihre
Bearbeitbarkeit durch Warm- und Kaltumformung sind hervorragend wie
beispielsweise in DE 41 26 079 "Bandgießverfahren für ausscheidungsbildende
und/oder spannungsempfindliche und/oder seigerungsanfällige Kupferlegierungen" und
DE 42 01 065 "Anwendung des Sprühkompaktier-Verfahrens zur Verbesserung der
Biegewechselfestigkeit von Halbzeug aus Kupferlegierungen" ausgeführt wird. Die
dort referierten Zusammensetzungen beziehen sich jedoch nicht auf typische
Gußlegierungen. Überraschenderweise konnte nun aber festgestellt werden, daß
die Anfälligkeit auch der z. B. in DIN definierten Guß-Zinn-Bronzen für Ungänzen
und Poren aber auch für Seigerungen durch Zusatz von Titan oder Zirkon sowie von
Eisen soweit reduziert werden kann, daß die technische Nutzung der dann so
hergestellten Vorformen durch Kneten möglich wird. Weitere später zu erläuternde
Ausführungsformen mit Zusatz weiterer Legierungskomponenten erlauben daneben
für die mechanische Funktion und die Korrosionsbeständigkeit wichtige
Eigenschaften zweckmäßig einzustellen.
Für klassische Guß-Zinn-Bronzen ist sowohl die Warmumformung als auch die
Kaltumformung nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Dagegen erlauben die
erfindungsgemäß hergestellten Legierungen im kalten Zustand bezogene
Querschnittsänderungen des Gußzustandes von mindestens 20% oder
Vergleichsumformgrade von mindestens ϕ = 0,25 (ϕ: In A0/A1; A0: Querschnitt vor
der Kaltverformung; A1: Querschnitt nach der Kaltverformung).
Die Verwendung von klassischen Gußlegierungen verbietet sich für die
Warmumformung aufgrund der bei der Prozeßtemperatur schmelzflüssigen
Steigerungsphasen, die zur Zerstörung des Werkstückes führen oder wegen der bei
niedriger Prozeßtemperatur dann spröden Phasen, die entweder den
Umformwiderstand so in die Höhe treiben, daß die Umformung maschinentechnisch
nicht mehr möglich ist oder zum Abscheren und Zerstörung des Werkstückes führen.
Dagegen erlauben die erfindungsgemäß hergestellten Vorformen die Anwendung
von Warmumformverfahren mit starker Querschnittsveränderung. Dabei sind
Verfahren mit dominierender Druckspannung wie Pressen und Rundwalzen
besonders empfehlenswert.
Werden die erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzungen solcher Art also
technisch als Vorform zur Verfügung gestellt, eignen sie sich zum Kneten in der
Wärme durch Walzen, Pressen und Schmieden sowie aus diesen Grundformen
abgeleitete Umformverfahren. Bei Raumtemperatur können die zuvor warm
umgeformten Gußstücke, aber auch die Gußstücke selber, durch Walzen, Ziehen,
Hämmern, Prägen, Tiefziehen und daraus abgeleiteten Umformverfahren wie
Pilgern, Bördeln, Rändeln und Biegen umgeformt werden.
Damit ergeben sich für die erfindungsgemäße Anwendung der Verfahren auf die
erfindungsgemäßen Legierungen folgende Einzelelemente:
- 1. Herstellung der Vorform
- 1.1 Dünnbandgießen
Zur Herstellung von dünnen Bändern 2 bis 25 mm Dicke - 1.2 Sprühkompaktieren
- 1.2.1 Zur Herstellung von Flachformen oder Bändern bis 250 mm Dicke
- 1.2.2 Zur Herstellung von Rohren mit Wanddicken bis zu 100 mm
- 1.2.3 Zur Herstellung zylindrischer Körper bis 600 mm, die z. B. als Bolzen zum Strangpressen dienen können.
- 1.3 Spangebende Bearbeitung der Vorform
- 2. Weiterverarbeitung der Vorform
- 2.1 Warmumformung
Für Walzverfahren wird die Warmumformung im Temperaturbereich von 600-800°C,
für Preßverfahren im Temperaturbereich von 550-800°C empfohlen. - 2.2 Kaltverformung
Bezogene Querschnittsänderungen bis 95% und Vergleichsumformgrade bis ϕ = 3 sind möglich. Für die Vorform werden typischerweise bezogene Querschnittsänderungen von mindestens 20% bzw. dadurch gekennzeichnet, daß als Kupferabscheidebad das Bad nach einem der Ansprüche 1 bis 16 verwendet wird. Vergleichsumformgrade von mindestens ϕ = 0,25 ertragen. - 2.3 Zwischenglühungen zum Rekristallisieren und zur Erholung des
Formänderungsvermögens
Hierfür sind Glühungen im Temperaturbereich zwischen 400 und 700°C für 1 Minute bis 10 Stunden Dauer geeignet. - 2.4 Abschließende Kaltumformung
Für eine abschließende Kaltumformung sind bezogene Querschnittsänderungen typischerweise bis 95% nach einer vorangehenden Zwischenglühung möglich. - 2.5 Abschließende Wärmebehandlung
Eine Abschließende Wärmebehandlung wird durchgeführt, um den Eigenspannungszustand durch thermische Behandlung günstig zu beeinflussen oder um die mechanischen Eigenschaften in zweckmäßiger Weise durch Anlass- oder Weichglühbehandlung zu beeinflussen oder um durch gezielte Einstellung heterogener Phasen z. B. notwendige tribologische oder Zerspanungseigenschaften zusätzlich einzustellen. - 2.5.1 Anlassen
Das Anlassen wird im Temperaturbereich 150-300°C mit Dauern zwischen 1 Minute und 10 Stunden durchgeführt. - 2.5.2 Erholung und Rekristallisationsglühungen werden im Temperaturbereich von 300-700°C mit Glühdauern von 1 Minute bis zu 10 Stunden durchgeführt.
- 2.5.3 Heterogenisierung
Heterogenisierungsbehandlungen werden zum Einstellen der Gleichgewichtsphasen im Temperaturbereich von 700-900°C mit Glühdauern von wenigstens 1 Minute bis zu 10 Stunden durchgeführt. Sie dienen besonders zur Einstellung hoher Härten oder zur Gefügedifferenzierung die vorwiegend zur Optimierung tribologischer Eigenschaften dient.
Die Wahl der Vorform und die nachfolgende Kombination der Herstellschritte, wie
aufgeführt, geschieht nach Zweckmäßigkeit und Wirtschaftlichkeit.
Vorformen nach 1.1 werden vorzugsweise ohne Warmumformungsstufe
weiterverarbeitet. Für die übrigen Vorformen wird zweckmäßigerweise zur
schnelleren und größeren Querschnittsreduzierung eine Warmumformstufe
vorgesehen.
Die Abfolge von Kaltverformungen und Zwischenglühungen nach 2.2 und 2.3 dient
der Herstellung der gewünschten Halbzeuge und ihrer Dimensionen und kann bei
Bedarf wiederholt werden. Die Kaltumformung und Schlußbehandlungen dienen bei
der Halbzeugherstellung der gezielten Einstellung geometrischer und mechanischer
Eigenschaften für den direkten Einsatz des Halbzeuges oder seiner Weiterveredlung
z. B. durch Beschichten, Plattieren oder Herstellung von Werkstoffverbunden.
Neben den Verfahrensmäßigen Ansätzen sind jedoch auch folgende Ansätze zur
Auswahl der Zusammensetzung zu beachten:
Der Bereich der Gußbronzen die sich für die vorliegende Erfindung als zur Nutzung lohnender Bereich darstellen reicht von etwa 12 bis zu 20 Gew.-% Sn. Je höher der Zinn-Gehalt ist, desto höhere mechanische Eigenschaften lassen sich erreichen.
Der Bereich der Gußbronzen die sich für die vorliegende Erfindung als zur Nutzung lohnender Bereich darstellen reicht von etwa 12 bis zu 20 Gew.-% Sn. Je höher der Zinn-Gehalt ist, desto höhere mechanische Eigenschaften lassen sich erreichen.
Um die notwendige Homogenität des Gefüges zu gewährleisten sind mindestens
Gehalte von 0,002 Gew.-% Titan und/oder Zirkon notwendig. Die Summe dieser
Gehalte sollte 1 Gew.-% nicht übersteigen, da dann eine sehr störende
Beeinträchtigung der Oberflächeneigenschaften auftritt. Diese äußert sich bei der
Halbzeugherstellung und -benutzung in starker Neigung zu Oxiden, die die
nachfolgende Beschichtung oder Veredelung empfindlich beeinträchtigen.
Zur Unterstützung der homogenen Gefügebildung dient auch Eisen in Gehalten von
0,005 bis 2 Gew.-%, daneben trägt es allein aber auch durch Verbindungsbildung mit
Sn und im Zusammenwirken mit Aluminium, Titan, Zirkon sowie Phosphor zur
thermischen Stabilisierung des Werkstoffes bei thermischer Beanspruchung bei.
Gehalte oberhalb 2 Gew.-% sind wegen der dann großen Gefahr von großen
Eisenzeilen oder einzelnen Eisenpartikeln zu vermeiden, die die Ausbildung
fehlerfreier Oberflächen beeinträchtigen würden. Üblicher Ersatz für Eisen ist Kobalt,
für das Ähnliches gilt.
Phosphor kann je nach dem, welche Fertigungseinrichtungen zur Verfügung stehen,
zur Vordesoxidation der Schmelze notwendig werden oder durch Zusammenwirken
mit Fe und Ti zur thermischen Stabilisierung des Werkstoffes beitragen. Restgehalte
nach Vordesoxidation von unter 0,001 Gew.-% sind regelmäßig unzureichend,
während Gehalte über 0,4% weder zur Desoxidation noch zur thermischen
Stabilisierung weitere Vorteile bieten.
Gehalte bis zu 5 Gew.-Ni% erscheinen zur Verbesserung der
Festigkeitseigenschaften und Steigerung der Korrosionsbeständigkeit wo nötig
empfehlenswert. Gehalte über 5 Gew.-% führen zu einer schwierigen Handhabung
des Werkstoffes, da dann die Aushärtbarkeit der bekannten Cu-Ni-Sn-Werkstoffe
nachhaltig bemerkbar wird.
Gehalte an Magnesium bis zu 1 Gew.-% können ähnlich wie Titan, Zirkon oder
Phosphor zusätzlich angewendet werden. Hinsichtlich der Beschränkung der Gehalte
gelten die für Titan und Zirkon angestellten Betrachtungen. Zusätzlich ist die
Verbindungsbildung von Magnesium und Phosphor und die starke Neigung von
Magnesium zur Verstärkung der Anlaßhärtung zur thermischen Stabilisierung des
Werkstoffes einsetzbar.
Aluminium kann bis zu 2 Gew.-% vorteilhaft eingesetzt werden, um die Anlaßhärtung
zu verstärken und/oder die mechanischen Kennwerte zu steigern. Für die
Handhabung der Schmelze erweist sich ein Aluminiumzusatz als vorteilhaft, wenn
die Viskosität auf ein niedriges Niveau eingestellt werden muß, weil
Restsauerstoffgehalte in Wechselwirkung besonders mit Titan und Magnesium die
Schmelze zähflüssig gemacht haben. Höhere Gehalte an Aluminium als 2 Gew.-%
führen zu Beeinträchtigungen späterer Arbeitsgänge zur Oberflächenveredelung, wie
beispielsweise Galvanisieren und erschweren auch das Löten oder Schweißen, und
sollten daher vermieden werden.
Begrenzte Gehalte an Mangan und Zink bis zu 5 Gew.-% können wünschenswert
erscheinen, um den Metallwert des Werkstoffes zu reduzieren. Besonders Mangan
kommt aber auch zur Steigerung der mechanischen Bearbeitbarkeit in Frage, da
Mangangehalte geeignet sind, gerade die plastische Formbarkeit weiter positiv zu
beeinflussen.
Spanbrechende Zusätze von Blei und/oder Kohlenstoff in Form von Graphit mit bis
zu 3 Vol.-% sind zur Einstellung der Zerspanungeigenschaften angezeigt. Weiter
kommt ihnen aber zur Gewährleistung von Notlaufeigenschaften bei
gleitbeanspruchten Bauteilen eine große Bedeutung zu. Gehalte über 3 Vol.-%
führen allerdings zu Nachteilen hinsichtlich der plastischen Formbarkeit und
mechanischen Belastbarkeit, so daß sie im Rahmen der vorgestellten Erfindung
außer Betracht bleiben.
Die Erfindung wird an nachfolgendem Beispiel erläutert:
In der Elektromechanik wird für Federn oder z. B. in der Feinmechanik für hochbelastete Brillenbügel ein möglichst fester, aber duktiler Werkstoff in Drahtform gewünscht. Hierzu sind Zinn-Bronzen sehr geeignet. Je höher deren Zinngehalt ist, desto höher werden die erzielten Festigkeiten. Übliche Knet-Zinnbronzen enthalten selten mehr als 9 Gew.-% und erscheinen daher unbefriedigend. Zinn-Bronzen mit sehr hohen Gehalten z. B. 15 Gew.-% sind als Knetwerkstoffe nun durch Anwendung der vorliegenden Erfindung verfügbar.
In der Elektromechanik wird für Federn oder z. B. in der Feinmechanik für hochbelastete Brillenbügel ein möglichst fester, aber duktiler Werkstoff in Drahtform gewünscht. Hierzu sind Zinn-Bronzen sehr geeignet. Je höher deren Zinngehalt ist, desto höher werden die erzielten Festigkeiten. Übliche Knet-Zinnbronzen enthalten selten mehr als 9 Gew.-% und erscheinen daher unbefriedigend. Zinn-Bronzen mit sehr hohen Gehalten z. B. 15 Gew.-% sind als Knetwerkstoffe nun durch Anwendung der vorliegenden Erfindung verfügbar.
Zur Erzeugung eines Kupferlegierungs-Halbzeuges in Drahtform wurde dazu ein
Bolzen CuSn16Ti der Zusammensetzung 15,5 Gew.-% Sn, 0,25 Gew.-Ti, 84,15 Gew.-%
Cu (Rest übliche Verunreinigungen) mit einer Sprühkompaktieranlage der
Firma Mannesmann-Demag unter Lizenz der Fa. Osprey Metals gesprüht. Die
Zusammensetzung wurde dafür in einem Vakuumofen erschmolzen, um die
unerwünschte Verschlackung von Ti zu vermeiden. Das eingestellte
Gas-Metall-Verhältnis beim Sprühen war 0,45 Nm3/kg. Die erreichten Abmessungen
waren Durchmesser 480 mm, Länge 1200 mm.
Das Gefüge im gesprühten Zustand erwies sich in der metallografischen
Untersuchung als frei von Seigerungen. Die so erzeugte Vorform wurde spangebend
allseitig bearbeitet, um die vom Sprühen außen porös vorliegende Schicht zu
entfernen und einen zylindrischen Körper zum Pressen zu erzeugen. Dieser
sogenannte Bolzen wurde dann bei 670°C mittels einer direkt wirkenden
Strangpresse zu 2 Drähten von 16,3 mm Durchmesser geformt. Die Drähte wurden
dann thermomechanisch behandelt:
- 1. Beizen in Schwefelsäure
- 2. Kaltumformen durch Walzen mit ϕ = 0,5
- 3. Rekristallisierend Zwischenglühen 560°C für 4 Stunden.
Die Arbeitsschritte 1. bis 3. wurden bis zum Vorliegen eines Vordrahtes von 5,2 mm Durchmesser wiederholt durchgeführt. Die Beschränkung des Umformgrades ergibt sich aus der starken Verfestigung des Werkstoffes auf Streckgrenzenwerte von über 850 MPa bei höheren Umformgraden. Diese würde zwar der Werkstoff noch ertragen, wie Vorversuche im Labor gezeigt hatten, jedoch gelang die umformtechnische Realisierung auf den benutzten Anlagen nur bis zum genannten Umformgrad. Die Vordrähte wurden dann durch die Verfahrensschritte - 4. Beizen in Schwefelsäure
- 5. Kaltumformen durch Ziehen an 3,8 mm Durchmesser
- 6. Rekristallisierend Zwischenglühen 560°C für 4 Stunden
- 7. Fertigziehen an 2,3 mm,
an die Endabmesung gefertigt und lagen dann als Runddraht mit 2,3 mm Durchmesser ziehhart z. B. für elektromechanische Bauteile und nach einem abschließendem rekristallisierenden Schlußglühen unter Wasserstoffatmosphäre mit nachfolgender Glanzbeize als Runddraht mit 2,3 mm Durchmesser weich für die Fertigung z. B. für die erwähnten Brillenteile vor.
Die metallografische Kontrolle ergab ein von Seigerungen freies Gefüge mit feinen
Ausscheidungen. Die Drähte hatten folgende Kennwerte:
Ziehhart: Zugfestigkeit 930 MPa, Streckgrenze 810 MPa, Bruchdehnung A5 18%, Härte 240HV10, Elastizitätsmodul 80 GPa.
Ziehhart: Zugfestigkeit 930 MPa, Streckgrenze 810 MPa, Bruchdehnung A5 18%, Härte 240HV10, Elastizitätsmodul 80 GPa.
Weich: Zugfestigkeit 490 MPa, Streckgrenze 240 MPa, Bruchdehnung A5 62%,
Härte 100HV10, Korngröße 40 µm.
Damit ergibt sich für die Gebrauchseignung neben den sehr hohen mechanischen
Kennwerten ein Vorteil durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf die erfingdungsgemäße Legierung: Das Verhältnis zwischen Streckgrenze und
Elastizitätsmodul wird so groß wie es mit herkömmlichen Kupferknetlegierungen
kaum zu erreichen ist. Dadurch werden für federnde Beanspruchungen die elastisch
ertragenen Verformungen sehr groß, was sich unmittelbar positiv bei Maximierung
von Federwegen nutzen läßt. Dies ist beispielsweise auch für Brillenbügel durchaus
von großem Interesse, da versehentliche Biegung nicht gleich zum Verlust der
angepaßten Sitzform für den Benutzer führt.
Zwei weitere Vorteile zeigen sich nach kurzzeitiger Wärmebelastung, wie sie zum
Beispiel bei Verbindungsarbeiten durch Löten oder Schweißen durchaus üblich ist.
Um dies zu demonstrieren wurde nach dem oben beschriebenen Vorgehen auch
eine nicht erfindungsgemäße Legierung CuSn14 mit 13,8 Gew.-% Zinn, Rest Kupfer
und übliche Verunreinigungen nach dem erfindungsgemäßen Vorgehen ebenfalls zu
einem 2,3 mm dicken Draht gefertigt. Drähte aus CuSn4, CuSn6 und CuSn8 wurden
basierend auf klassisch hergestelltem Vormaterial zu dieser Abmessung gefertigt.
Die Drähte wurde dann in einem Salzbad geglüht. Zum weiteren Vergleich wurden
darüberhinaus für zwei hoch Zinn-haltige DIN-Gußlegierungen die an Gußstücken
ermittelten Kennwerte angegeben.
Wie sich nun zeigt, bleibt die Härte für den Werkstoff nach dieser Erfindung auf
deutlich höherem Niveau und die Korngröße ist deutlich kleiner, als für nicht
erfindungsgemäße Werkstoffe, selbst bei Anwendung der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise zur Nutzung höherer Zinngehalte. Gleichzeitig fällt auch der
Vergleich mit den Gußwerkstoffen zugunsten der Erfindung aus: Das Korn ist feiner
und die Härte höher - auch nach einer kurzzeitigen Einwirkung von 700°C.
Günstig ist das Verhalten der erfindungsgemäßen Werkstoff nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt immer dann, wenn nach
Verbindungsarbeiten möglichst hohe Festigkeiten erhalten bleiben sollen und die
Gebrauchseignung durch Grobkornbildung hinsichtlich mechanischer Belastungen
oder Fragen der Oberflächenbearbeitung nicht eingeschränkt werden darf.
An Hand dieser Ergebnisse kann also gezeigt werden, daß die Kombination des
vorgeschlagenen Verfahrens mit den vorgeschlagenen Zusammensetzungen zu
Eigenschaften führt, die sonst nur für Gußwerkstoffe zu erhalten waren: Sehr hohe
Zinngehalte, sehr hohe Festigkeiten auch nach Wärmebelastung. Andererseits
werden zugleich die Vorzüge von Knetwerkstoffen realisiert: kleine Korngröße, hohe
Festigkeit durch Kaltverformung, große Variabilität der Halbzeugabmessung durch
thermomechanische Behandelbarkeit. Die Aufgabe der Erfindung wird demnach
gelöst.
Claims (17)
1. Kupfer-Zinn-Titan-Legierung, dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus
12 bis 20 Gew.-% Zinn,
0,002 bis 1 Gew.-% Titan,
Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen besteht.
12 bis 20 Gew.-% Zinn,
0,002 bis 1 Gew.-% Titan,
Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen besteht.
2. Kupfer-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Titan ganz oder teilweise durch Zirkon ersetzt
ist.
3. Kupfer-Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet,
daß sie zusätzlich 0,005 bis 2 Gew.-% Eisen enthält.
4. Kupfer-Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Eisen ganz oder teilweise durch Kobalt ersetzt
ist.
5. Kupfer-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich 0,001 bis 0,4 Gew.-% Phosphor enthält.
6. Kupfer-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich bis zu 5 Gew.-% Nickel enthält.
7. Kupfer-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich bis zu 1 Gew.-% Magnesium enthält.
8. Kupfer-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich bis zu 2 Gew.-% Aluminium enthält.
9. Kupfer-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich Mangan und Zink einzeln oder gemeinsam
bis maximal 5 Gew.-% enthält.
10. Kupfer-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich bis zu 3 Vol.-% Blei und/oder Koh
lenstoff als Spanbrecher enthält.
11. Gußstück, hergestellt aus der Kupfer-Legierung nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet,
daß der Anteil durch Seigerung entstandener grober Phasen kleiner ist als 10 Vol.-%,
daß Seigerungspartikel oberhalb einer Größe von 50 µm im Querschliff nicht nachgewiesen werden können,
daß im Gußzustand eine Kaltverformung von wenigstens 20% bezogener Querschnittsänderung ertragen wird und daß Mikroseigerungen bis zu einem Volumenanteil von 10% vorhanden sein können, wobei typischerweise auftretende zeilenförmige Verteilungen dieser Mikroseigerungen eine Breite von weniger als 20 µm aufweisen.
daß der Anteil durch Seigerung entstandener grober Phasen kleiner ist als 10 Vol.-%,
daß Seigerungspartikel oberhalb einer Größe von 50 µm im Querschliff nicht nachgewiesen werden können,
daß im Gußzustand eine Kaltverformung von wenigstens 20% bezogener Querschnittsänderung ertragen wird und daß Mikroseigerungen bis zu einem Volumenanteil von 10% vorhanden sein können, wobei typischerweise auftretende zeilenförmige Verteilungen dieser Mikroseigerungen eine Breite von weniger als 20 µm aufweisen.
12. Verfahren zur Herstellung von Halbzeug in Band-, Draht-,
Profil- oder Rohrform, aus einer Kupfer-Legierung nach
den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vorform durch Dünnbandgießen oder Sprühkompak tieren erzeugt wird,
die danach Warm- und/oder Kaltumformungsschritten, ggf. mit Zwischenglühungen, unterworfen wird.
daß eine Vorform durch Dünnbandgießen oder Sprühkompak tieren erzeugt wird,
die danach Warm- und/oder Kaltumformungsschritten, ggf. mit Zwischenglühungen, unterworfen wird.
13. Verwendung des gemäß Anspruch 12 hergestellten Halbzeugs
zur Herstellung von Gegenständen des täglichen Bedarfs,
wie Schmuck, Bekleidungsaccessoires, Brillenbügeln, Bril
lenscharnieren, Augenrandprofilen, Teilen für Armbänder
von Armbanduhren oder Gehäusen von Armbanduhren.
14. Verwendung des gemäß Anspruch 12 hergestellten Halbzeugs
zur Herstellung von elektromechanischen Bauteilen, also
insbesondere Relaisfedern, Schaltelementen, Kontakten,
Steckverbindern, Halbleiterträgern, Kommutatoren.
15. Verwendung des gemäß Anspruch 12 hergestellten Halbzeugs
zur Herstellung von Funktionselementen des Maschinenbaus,
also insbesondere Hebeln, Zahnrädern, Schneckenrädern,
Walzen, Spindelmuttern, Federn.
16. Verwendung des gemäß Anspruch 12 hergestellten Halbzeugs
zur Herstellung von Gleitlagern, Kupplungsstücken und
Friktionsscheiben aus dem Fahrzeug- und Maschinenbau.
17. Verwendung des gemäß Anspruch 12 hergestellten Halbzeugs
zur Herstellung von Armaturen für feste, flüssige und
gasförmige Medien.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19756815A DE19756815C2 (de) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | Kupfer-Knetlegierung, Verfahren zur Herstellung eines Halbzeuges daraus und deren Verwendung |
ES98123159T ES2196465T3 (es) | 1997-12-19 | 1998-12-04 | Procedimiento para la preparacion y utilizacion de una aleacion de cobre, estaño y titanio. |
EP98123159A EP0926251B1 (de) | 1997-12-19 | 1998-12-04 | Verfahren zur Herstellung und Verwendung von einer Kupfer-Zinn-Titan-Legierung |
DE59807730T DE59807730D1 (de) | 1997-12-19 | 1998-12-04 | Verfahren zur Herstellung und Verwendung von einer Kupfer-Zinn-Titan-Legierung |
PT98123159T PT926251E (pt) | 1997-12-19 | 1998-12-04 | Processo para preparacao e utilizacao de uma liga de cobre estanho e titanio |
US09/212,524 US6136103A (en) | 1997-12-19 | 1998-12-16 | Copper-tin-titanium alloy |
US09/595,289 US6346215B1 (en) | 1997-12-19 | 2000-06-15 | Copper-tin alloys and uses thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19756815A DE19756815C2 (de) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | Kupfer-Knetlegierung, Verfahren zur Herstellung eines Halbzeuges daraus und deren Verwendung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19756815A1 true DE19756815A1 (de) | 1999-07-01 |
DE19756815C2 DE19756815C2 (de) | 2003-01-09 |
Family
ID=7852708
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19756815A Expired - Fee Related DE19756815C2 (de) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | Kupfer-Knetlegierung, Verfahren zur Herstellung eines Halbzeuges daraus und deren Verwendung |
DE59807730T Expired - Lifetime DE59807730D1 (de) | 1997-12-19 | 1998-12-04 | Verfahren zur Herstellung und Verwendung von einer Kupfer-Zinn-Titan-Legierung |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE59807730T Expired - Lifetime DE59807730D1 (de) | 1997-12-19 | 1998-12-04 | Verfahren zur Herstellung und Verwendung von einer Kupfer-Zinn-Titan-Legierung |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6136103A (de) |
EP (1) | EP0926251B1 (de) |
DE (2) | DE19756815C2 (de) |
ES (1) | ES2196465T3 (de) |
PT (1) | PT926251E (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004044519A1 (de) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Wieland-Werke Ag | Gleitkörper und Verfahren zur Herstellung eines Gleitkörpers sowie dessen Verwendung |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040166017A1 (en) * | 2002-09-13 | 2004-08-26 | Olin Corporation | Age-hardening copper-base alloy and processing |
DE102004012386A1 (de) * | 2004-03-13 | 2005-10-06 | Wieland-Werke Ag | Verbundhalbzeug aus einer Kupferlegierung, Herstellungsverfahren und Verwendung |
JP2007211324A (ja) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Sanbo Copper Alloy Co Ltd | 半融合金鋳造用原料りん青銅合金 |
PL1980633T3 (pl) | 2007-04-02 | 2012-02-29 | Ed Fitscher Gmbh & Co Kg | Zastosowanie brązu na zębate koło ślimakowe |
DE202007019373U1 (de) | 2007-04-02 | 2012-02-06 | Ed. Fitscher Gmbh & Co. Kg | Verwendung einer Bronzelegierung für ein Schneckenzahnrad |
EP2842681A1 (de) * | 2013-09-02 | 2015-03-04 | Prükom Prüfgesellschaft für Metall- und Kunststoffteile mbH | Verfahren zum Löten von mindestens zwei metallischen Bauteile miteinander unter Verwendung eines Lötringes |
US10984931B2 (en) | 2015-03-18 | 2021-04-20 | Materion Corporation | Magnetic copper alloys |
DE102016002618A1 (de) | 2016-03-03 | 2017-09-07 | Wieland-Werke Ag | Zinnhaltige Kupferlegierung, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung |
DE102016002604A1 (de) | 2016-03-03 | 2017-09-07 | Wieland-Werke Ag | Zinnhaltige Kupferlegierung, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE623845C (de) * | 1900-01-01 | |||
DE1458340A1 (de) * | 1963-12-27 | 1968-11-07 | Berkenhoff & Co | Aushaertbare Legierung |
GB1379261A (en) * | 1971-10-26 | 1975-01-02 | Brooks R G | Manufacture of metal articles |
DE2720461A1 (de) * | 1972-10-10 | 1977-12-01 | Western Electric Co | Verfahren zur herstellung von bandmaterial aus kupfer-nickel-zinn-legierungen |
GB1599392A (en) * | 1978-05-31 | 1981-09-30 | Osprey Metals Ltd | Method and apparatus for producing workable spray deposits |
GB2179673A (en) * | 1985-08-23 | 1987-03-11 | London Scandinavian Metall | Grain refining copper alloys |
WO1987002285A1 (en) * | 1985-10-11 | 1987-04-23 | National Aluminum Corporation | Method of and apparatus for continuous casting of metal strip |
EP0225732A1 (de) * | 1985-11-12 | 1987-06-16 | Osprey Metals Limited | Herstellen von Schichten durch Zerstäuben von flüssigen Metallen |
DE3601338C2 (de) * | 1985-11-29 | 1988-09-15 | Mannesmann Ag, 4000 Duesseldorf, De | |
DE4201065A1 (de) * | 1992-01-17 | 1993-07-22 | Wieland Werke Ag | Verfahren zur verbesserung der biegewechselfestigkeit von halbzeug aus kupferlegierungen |
DE4126079C2 (de) * | 1991-08-07 | 1995-10-12 | Wieland Werke Ag | Bandgießverfahren für ausscheidungsbildende und/oder spannungsempfindliche und/oder seigerungsanfällige Kupferlegierungen |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5776142A (en) * | 1980-10-30 | 1982-05-13 | Hitachi Chem Co Ltd | Abrasion-resistant copper-tin alloy |
JPH07113143B2 (ja) * | 1987-03-20 | 1995-12-06 | 三菱電機株式会社 | 高強度銅合金の製造方法 |
US5004581A (en) * | 1989-07-31 | 1991-04-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Dispersion strengthened copper-base alloy for overlay |
US5102621A (en) * | 1990-12-21 | 1992-04-07 | Ucar Carbon Technology Corporation | Ternary brazing alloy for carbon or graphite |
-
1997
- 1997-12-19 DE DE19756815A patent/DE19756815C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-12-04 ES ES98123159T patent/ES2196465T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-04 DE DE59807730T patent/DE59807730D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-04 PT PT98123159T patent/PT926251E/pt unknown
- 1998-12-04 EP EP98123159A patent/EP0926251B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-16 US US09/212,524 patent/US6136103A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE623845C (de) * | 1900-01-01 | |||
DE1458340A1 (de) * | 1963-12-27 | 1968-11-07 | Berkenhoff & Co | Aushaertbare Legierung |
GB1379261A (en) * | 1971-10-26 | 1975-01-02 | Brooks R G | Manufacture of metal articles |
DE2720461A1 (de) * | 1972-10-10 | 1977-12-01 | Western Electric Co | Verfahren zur herstellung von bandmaterial aus kupfer-nickel-zinn-legierungen |
GB1599392A (en) * | 1978-05-31 | 1981-09-30 | Osprey Metals Ltd | Method and apparatus for producing workable spray deposits |
GB2179673A (en) * | 1985-08-23 | 1987-03-11 | London Scandinavian Metall | Grain refining copper alloys |
WO1987002285A1 (en) * | 1985-10-11 | 1987-04-23 | National Aluminum Corporation | Method of and apparatus for continuous casting of metal strip |
EP0225732A1 (de) * | 1985-11-12 | 1987-06-16 | Osprey Metals Limited | Herstellen von Schichten durch Zerstäuben von flüssigen Metallen |
DE3601338C2 (de) * | 1985-11-29 | 1988-09-15 | Mannesmann Ag, 4000 Duesseldorf, De | |
DE4126079C2 (de) * | 1991-08-07 | 1995-10-12 | Wieland Werke Ag | Bandgießverfahren für ausscheidungsbildende und/oder spannungsempfindliche und/oder seigerungsanfällige Kupferlegierungen |
DE4201065A1 (de) * | 1992-01-17 | 1993-07-22 | Wieland Werke Ag | Verfahren zur verbesserung der biegewechselfestigkeit von halbzeug aus kupferlegierungen |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
DIES,Kurt: Kupfer und Kupferlegierungen in der Technik, Springer-Verlag, Berlin, u.a., 1967, S.504,514-516,549 * |
JP 63-235455 A.,In: Patents Abstracts of Japan, C-563,Jan. 27,1989,Vol.13,No. 39 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004044519A1 (de) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Wieland-Werke Ag | Gleitkörper und Verfahren zur Herstellung eines Gleitkörpers sowie dessen Verwendung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0926251B1 (de) | 2003-04-02 |
PT926251E (pt) | 2003-08-29 |
DE19756815C2 (de) | 2003-01-09 |
DE59807730D1 (de) | 2003-05-08 |
EP0926251A1 (de) | 1999-06-30 |
ES2196465T3 (es) | 2003-12-16 |
US6136103A (en) | 2000-10-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1883714B1 (de) | Gleitlagerverbundwerkstoff, verwendung und herstellungsverfahren | |
EP1850018B1 (de) | Bandförmiger Werkstoffverbund und dessen Verwendung, Verbundgleitelement | |
AT511196B1 (de) | Mehrschichtlagerschale | |
EP1883713B1 (de) | Gleitlagerverbundwerkstoff, verwendung und herstellungsverfahren | |
EP3485049B1 (de) | Kupfer-nickel-zinn-legierung, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung | |
EP3377663B1 (de) | Kupfer-nickel-zink-legierung und deren verwendung | |
EP3485047B1 (de) | Kupfer-nickel-zinn-legierung, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung | |
WO2018014992A1 (de) | Kupfer-nickel-zinn-legierung, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung | |
DE19756815C2 (de) | Kupfer-Knetlegierung, Verfahren zur Herstellung eines Halbzeuges daraus und deren Verwendung | |
EP3485051A1 (de) | Kupfer-nickel-zinn-legierung, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung | |
EP1153145A1 (de) | Stahlband mit guten umformeigenschaften sowie verfahren zum herstellen desselben | |
EP3485048B1 (de) | Kupfer-nickel-zinn-legierung, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung | |
EP1263540A1 (de) | Verfahren zur herstellung von dünnwandigen bauteilen aus stahl und danach hergestellte bauteile | |
DE2704765A1 (de) | Kupferlegierung, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung fuer elektrische kontaktfedern | |
DE2635947C3 (de) | Aushärtbare, dem Neusilber ähnliche Cu-Zn-Ni-Mn-Legierung | |
DE102005023306B4 (de) | Gleitlagerverbundwerkstoff, Verwendung und Herstellungsverfahren | |
EP1885895B1 (de) | Gleitlagerverbundwerkstoff, verwendung und herstellungsverfahren | |
EP2823077B1 (de) | Siliziumhaltige kupfer-nickel-zink-legierung | |
EP0149210B1 (de) | Verfahren zum Herstellen hochfester, duktiler Körper aus Kohlenstoffreichen Eisenbasislegierungen | |
EP1063310B1 (de) | Verwendung einer zinnreichen Kupfer-Zinn-Eisen-Legierung | |
EP0517087B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Kupferlegierungen | |
EP3665313B1 (de) | Sondermessinglegierung und sondermessinglegierungsprodukt | |
DE10306819A1 (de) | Kupferlegierung und Verwendung einer solchen Legierung für Giessformen | |
DE102009034769B3 (de) | Gleitelement | |
DE1033479B (de) | Verfahren zur Herstellung von Verbundmetall aus Eisen und Aluminium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |