DE2309077B2

DE2309077B2 - Verwendung einer legierung auf kupferbasis als werkstoff fuer die herstellung federnder teile

Info

Publication number: DE2309077B2
Application number: DE19732309077
Authority: DE
Original assignee: Gosudarstwenny Nautschno-Issledowatelskij I Projektny Institut Splawow I Obrabotki Zwetnych Metallow, Moskau
Priority date: 1973-02-23
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1976-10-14
Also published as: DE2309077A1; DE2309077C3

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Legierung auf Kupferbasis als Werkstoff für die Herstellung federnder Teile, die bei Temperaturen bis 250 C in der Feinmechanik sowie in der Elektronen- und Radioindustrie eingesetzt werden.

Legierungen auf Kupferbasis sind an sieh bekannt. So ist in der US-PS 28 51 353 eine Legierung beschrieben, die folgende Zusammensetzung besitzt:

Nickel 5 bis 15 Gew.-%. Silizium 0.1 bis 2 Gew.-%. Aluminium 0.1 bis 6 Gew.-¹Vo und Kupfer als Rest. Diese Legierung kann Magnesium in einer Menge von 0.1 bis 2 Cc».-"/« enthalten.

Die mechanischen und Elasiizitäiseigenschalten sowie die elektrische Leitfähigkeit der bekannten Legierung schließen die Verwendung als stromführendes Federmatenal aus. Außerdem ist die Hitzebeständigkeit der bek.innien Legierung derart, daß bei erhöhten Temperaturen die Elastizitätseigenschaften verlorengehen, so daß die bekannte Legierung den modernen technischen Anforderungen nicht genügt.

In der DT-OS 15 58471 ist die Verwendung von Kupierlegierungen mit 0.03 bis b% Aluminium. 0.4 bis 2.5% Silizium. 0.8 bis 15% Nickel und Rest Kupfer für Ventilführungen \on Verbrennungsmotoren, die einen hohen Abnutzungswiderstand gegen eine i'ompctenlörmige Aulweiiung des Innendurchmessers aufweisen müssen. Das Kupfer in dieser Legierung kann neben Chrom an weiteren Beimengungen auch Eisen. Mangan. Schwefel. Phosphor, Blei. Zink, Zinn, Kadmium und Arsen ein/ein oder gemeinsam bis zu I¹Vl) enthalten.

Dennoch sind auch durch diese Legierungen auf Kupferbasis solche Legierungen nicht bekanntgeworden, die eine gute elektrische Leitfähigkeit, hohe mechanische und Elasiiz.itätseigensehaften, eine große zyklische Beständigkeit (Temperaturwechselbeständigkeii) aufweisen und die die Elastizitätseigenschuften bei Temperaturen bis 250"C beibehalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Verwendung als Werkstoff zur Herstellung federnder Teile eine Legierung auf Kupferbasis anzugeben, deren Komponenten bei bestimmten Mengenverhältnissen hohe mechanische und Elastiziiätscigenschaften mit verhältnismäßig hoher elektrischer Leitfähigkeit gewährleisten und deren Elastizitätseigenschaften bei Temperaturen bis zu 250 C erhallen bleiben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Verwendung ;i 1 s Werkstoll für die Herstellung federnder Teile eine Legierung vorgeschlagen, tue aus 10 bis 12 Gew.% Nickel. 2.2 bis 2.6 Gew.¹¹/» Aluminium. 0,8 bis 1.1 Gew.% Siliz.ium, 0,5 bis 0.8 Gew.% Chrom und Kupfer als Rest besteht.

Die Legierung der genannten Zusammensetzung besitzt folgende physikalisch-mechanischen Eigenschaften: Elektrische Leitfähigkeil 20"/" der ties Kupfers ( = etwa 11 S m/mm·'). Härte 355 kp/mm-\ Festigkeit 1 \0 kn/mm-. F.lastiziiätsmodul I 3 300 kp. mm-, Elastizi

tätsgrenze 90 kp/mm².

Die feinkörnige Struktur der Legierung in Verbindung mit der hohen Elastizitätsgrenze gewährleistet eine^hohe zyklische Beständigkeit der Legierung.
Die Relaxationsbeständigkeil ist ebenfalls gut.

Die Legierung besitzt eine Reihe von positiven Eigenschaften; so sind beispielsweise die mechanischen Eigenschaften denjenigen der Berylliumbronze nahestehend.

Die Legierung enthält keine giftigen Elemente und ist billiger als Berylliumbronze.

Durch den verhältnismäßig niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand (0,1 Ohm.mm-Vm) ist es möglich, die Legierung für die Herstellung stromführender Federn zu verwenden.

Die Legierung besitzi eine hohe Korrosions- und Hitzbeständigkeit.

Die Relaxationsbeständigkeit der Legierung bleibt bei Temperaturen bis /ii 250 C erhalten, wodurch sie sich von der Berylliumbronze vorteilhaft unterscheidet.

Obwohl die Komponenten der für die erfindungsge-

mäße Verwendung vorgeschlagenen Legierung den Komponenten der bekannten Legierung (DT-OS 15 58 471) im wesentlichen entsprechen und die mengenmäßigen Anteile der einzelnen Komponenien innerhalb der für die bekannte Legierung weiter gezogenen Grenzen liegen, werden die beschriebenen Eigenschaften nur in einem sehr engen lnic,\all der mengenmäßigen Anteile der einzelnen Komponenien erreicht.

Wird beispielsweise der Nickelanteil unter die angegebene Grenze von 10% gesenkt, wie es bei der bekannten Legierung möglich ist. so werden die mechanischen Eigenschaften nicht erreicht. Legierungen. die weniger als 10¹Vn Nickel und Aluminium in einem Bereich von 1 bis 6% enthalten, weisen eine Härte von weniger als 250 kp/mm² bei einem spezifischen elektrischen Widerstand von 0.1 Ohm.nini²/m auf. Ist der Nickelanteil wiederum größer als 12% und der Aluminiumanteil im Bereich von I bis 6%. wie es ebenfalls bei der bekannten Legierung möglich ist. so haben diese Legierungen eine Härte von mehr als 350 kp/mm², jedoch steigt der Wert des spezifischen elektrischen Widerstandes auf 0.2 Ohm.mni²/m an. Eine Legierung, die 15% Nickel, 3,5% Aluminium, 0.8 bis 1.1% Si und 0.5 bis 0.8% Chrom und Kupfer als Rest enthält, hat nach dem Anlassen eine Härte von 370 kp/mm², jedoch ist der spezifische elektrische Widersland auf 0,22 Ohm.mm²/m angestiegen.

Für einen Nickelbereich von 10 bis 12 Gew.% muß der Akiminiumbcreich zwischen 2,2 und 2.6% liegen. wenn die angestrebten Eigenschaften vorliegen sollen. Geringere Anteile an Aluminium, wie sie bei der bekannten Legierung möglich sind, verschlechtern die mechanischen Eigenschaften. Ebenfalls mögliche größere Anteile an Aluminium führen zu einer Verschlechterung der Herstellung und zu einer Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes. Eine Legierung, die 12% Nickel und 2,7% Aluminium enthält, weist bereits einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0.17 Ohm.mm²/m auf.

Die l.egierungsfähigkeit von Aluminium mit Silizium wird ebenfalls durch den Anteil des Nickels in der Schmelze bestimmt. Niedrige Aluminiumgehalte gewährlüistcn nicht die erwünschten mechanischen Eigenschaften, während zu hohe Aluminiumanteile zu einer Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes lühren.

Bei der bekannten Legierung kann Chrom enthalten oder auch nicht enthalten sein.

Aus alledem folgt, daß die aus der DT-OS 15 58 471 bekannten möglichen Legierungen nur unter besonderen Voraussetzungen für die erfindungsgemäße Ver- s wandung geeignet sind, für deren Auffindung Überlegungen erfinderischer Qualität erforderlich waren.

Schließlich führt der Chromanteil in der für die erfindungsgemäße Verwendung vorgeschlagenen Legierung zu einer bestimmten Struktur, und zwar zum Vorhandensein einer überschünsigen Dispersionsphase, die das Anwachsen der Körner beim Erwärmen verhindert und zu einer für federnde Teile erforderlichen Verschleißfestigkeit führt

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer Legierung, die aus IO bis 12 Gew.-% Nickel. 2.2 bis 2,6 Gew.-% Aluminium. 0.8 bis 1.1 Gew.-% Silizium. 0,5 bis 0.8 Gew.-% Chrom und Kupfer als Rest besteht, als Werkstoff für die Herstellung federnder Teile.