DE2919478C2

DE2919478C2 -

Info

Publication number: DE2919478C2
Application number: DE19792919478
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 3000 Hannover De Schmidt
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Priority date: 1979-05-15
Filing date: 1979-05-15
Publication date: 1988-01-21
Also published as: DE2919478A1; GB2049727A

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Kupfer-Zink-Legierung mit einem Ge füge, bei dem in eine Grundmatrix aus kubisch-raumzentriertem β-Mischkristall ein Bestandteil an kubisch-flächenzentriertem α-Mischkristall eingebettet ist.

Kupfer-Zink-Legierungen mit einem derartigen α/β-Mischgefüge gehören bereits zum Stand der Technik. So ist bereits aus der DE-AS 11 94 592 ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeug oder Halbfabrikaten bekannt, bei dem, ausgehend von einem Son dermessing, durch eine spezielle Wärmebehandlung ein Werkstoff mit einem Mischgefüge erzeugt wird, in dem 5 bis 50% α-Aus scheidung in der β-Phase vorhanden sind. Die daraus hergestell ten Halbzeuge und Halbfabrikate werden für Produkte verwendet, bei denen gute Bearbeitbarkeit, gleichmäßiger Reibungs beiwert sowie hohe Verschleißfestigkeit gefordert werden, ins besondere für Synchronringe.

Aus der DE-PS 7 64 372 ist eine Legierung mit einer Zusammensetzung von 50-70% Kupfer, 3-10% Mangan, 2-8% Aluminium, 0,05-1,5% Silizium, bis zu 10% Blei sowie einem Zusatz von 0,1-5% der Elemente Eisen und Nickel bekannt. Diese Legierung dient zur Verbesserung von mechanischen und Gleiteigenschaften von Maschinenteilen, wie z. B. Lager, Zahnräder, Gleitschuhe u. dgl. Bei dieser Legierung ist bei der Herstellung nach dem Gießen eine Wärme behandlung bei 700-800°C, ein Abschrecken und anschließend ein Wiedererwärmen auf 200-500°C während mindestens drei Stunden erforderlich. Diese Legierung ist jedoch nicht für Synchronringe geeignet.

Weiterhin ist es z. B. für die Herstellung von Synchronringen aus der DE-OS 15 58 817 bereits bekannt, auch bei anderen Basislegie rungen, wie z. B. Kupfer-Aluminium, ein analoges α/β-Mischge füge zu erzeugen, bei dem ebenfalls 5 bis 50% α-Anteil in der β-Mutterphase vorhanden sind. Die hierbei verwendeten Legie rungen enthalten neben einem Cu-Anteil von mindestens 50% obli gatorische Zusätze an Al, Ni und Mn und können ferner Zn, Fe, Si, P, Pb und Sn enthalten. Durch eine große Variationsbreite der Zusätze werden dabei die Möglichkeiten verbessert, die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs aufeinander abzu stimmen und dadurch beispielsweise über einen weiten Festig keitsbereich einen gleichbleibenden Reibungswert zu erzielen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere die in der DE-AS 15 58 817 vorgeschlagenen Aluminium-Bronzen, z. B. des Typs CuAl10Fe bzw. CuAl10Ni, den gestiegenen Beanspruchungen, die infolge höherer Motorleistungen sowie neuer Konstruktions prinzipien im Automobilbau an Synchronringe gestellt werden, heute nicht mehr in jedem Fall genügen. Bei entsprechenden Un tersuchungen fielen - zumindest für den untersuchten Getriebe typ - aus diesen Werkstoffen hergestellte Synchronringe infolge übermäßigen Verschleißes am Reibgewinde vorzeitig aus.

Um angesichts solcher Unzulänglichkeiten die Verschleißeigen schaften von Synchronring-Werkstoffen dennoch in etwa den An forderungen anzupassen, werden immer häufiger Sondermessinge verwendet, die mit einer zusätzlichen Beschichtung, z. B. aus Molybdän, versehen sind. Diese Maßnahme aber kann allein schon aus Kostengründen nur den Charakter einer behelfsmäßigen Lö sung haben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Verwendung für einen Werkstoff anzugeben, dessen mechanische Eigenschaften gegenüber denjenigen der bisher für die Herstellung von Synchronringen verwendeten Werkstoffe so weit ver bessert sind, daß sie den gestiegenen Anforderungen, insbesondere hinsicht lich der Verschleißbeständigkeit, voll gerecht werden. Dabei soll dieser Werkstoff gut bearbeitbar und einfach und preisgünstig herzustellen sein.

Die Erfindung löst diese Aufgabe in der Verwendung einer Kupfer-Zink-Legie rung aus mehr als 70 und höchstens 73% Kupfer, 6-8% Mangan, 4-6% Aluminium, 1-4% Silizium, 1-3% Eisen, 0,5-1,5% Blei, bis 0,2% Nickel, bis 0,2% Zinn sowie Zink als Rest, die bereits nach Warmverformen und Abschrecken mit Luft ein Gefüge aus 60-85% α-Mischkristall in überwiegend feindisperser Verteilung in der β-Phase aufweist, für Halbzeug und Halbfabrikate, die neben guter Bearbeitbarkeit und hohem Verschleißwiderstand einen gleich mäßig hohen Reibungsbeiwert haben, insbesondere für Synchronringe.

Die aus dieser Legierung hergestellten Synchronringe verfügen nicht nur über eine wesentlich verbesserte Verschleißfestigkeit, sie weisen zugleich einen beträchtlich gesteigerten Reibungsbeiwert auf. Weiterhin besitzen die aus der Legierung hergestellten Halbzeuge eine gute Bearbeitbarkeit, wobei sie sich aufgrund des relativ hohen Aluminiumanteils - und obwohl gegenüber den bisher gebräuchlichen Sondermessingen ein Härteanstieg bei Raumtemperatur zu verzeichnen ist - erstaunlich gut kaltverformen lassen.

Die Anwesenheit der obligatorisch vorgesehenen Anteile von 1-3% Fe, 6-8% Mn sowie 1-4% Si führt zur Bildung relativ harter intermetallischer Ver bindungen, deren Existenz Voraussetzung für eine verbesserte Verschleiß beständigkeit ist.

Durch diese feine Verteilung der a-Mischkristalle ergibt sich ein gleich mäßiges Tragbild der aus der Legierung hergestellten Synchronringe, zugleich sichert der α-Anteil die Duktilität des Werkstoffes.

Der gegenüber normalen Synchronring-Legierungen aus Sondermessing hohe Anteil an α-Mischkristall (60-80%) wirkt sich günstig in bezug auf einen hohen Reibungsbeiwert aus.

In der bevorzugten Zusammensetzung gemäß Anspruch 2 handelt es sich um einen Werkstoff, der legierungstechnisch zwischen den Sondermessingen und den Aluminiumbronzen liegt und der dabei die bewährten Eigenschaften des Sonder messings hinsichtlich Reibverhalten und Warm- und Kaltverformbarkeit mit denen der verschleißbeständigeren Aluminiumbronzen vereinigt.

Als vorteilhaft hinsichtlich der Erzielung einer möglichst hohen Verschleiß festigkeit erweist es sich, wenn die Legierung weniger als jeweils 0,05% Ni und Sn aufweist.

Eine Legierung ähnlicher Zusammensetzung, jedoch ohne obligatorischen Eisen anteil, läßt sich zwar auch bereits aus den in der DE-OS 21 45 710 angegebenen Legierungsgrenzen ableiten, jedoch ist in der genannten Schrift eine Verwen dung des Werkstoffes für Teile vorgesehen, die beträchtlichen Reibungsbean spruchungen bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind, z. B. für Ventilsitze von Verbrennungsmaschinen. Derartige Materialien müssen zwar auch eine gute Verschleißbeständigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen, sowie einen möglichst gleichbleibenden Reibungsbeiwert besitzen, wichtig ist dabei jedoch, daß dieser Reibungsbeiwert möglichst niedrig ist, um die Reibungsbeanspruchung gering zu halten.

Umso überraschender ist es, daß eine Legierung, die von ihrer analytischen Zusammensetzung her zumindest teilweise in dem in der DE-OS 21 45 710 ange gebenen Bereich liegt, sich durch einen zwar ebenfalls gleichbleibenden, aber hohen Reibungsbeiwert auszeichnet und deshalb besonders gut als Werkstoff zur Herstellung von Synchronringen geeignet ist.

Neben Eisen, das u. a. bereits kornfeinend wirkt, ist es möglich, der er findungsgemäßen Kupfer-Zink-Legierung als Kornfeiner weiterhin geringe, jeweils 0,05% nicht übersteigende Zusätze der Elemente Chrom, Vanadium oder Titan beizugeben.

Die erfindungsgemäße Legierung kann nach den für Kupfer-Zink-Legierungen üblichen Verfahren hergestellt werden. Sie wird dabei zunächst bevorzugt in halb- oder vollkontinuierlichem Strangguß vergossen. Kokillenguß ist in diesem Zusammenhang nicht geeignet, da hierbei die Verschleißträger koagulieren und somit keine gleichmäßige Ausgangsverteilung der interme tallischen Verbindungen gewährleistet wäre.

Nachfolgend wird die Legierung stranggepreßt und anschließend gesenkgeschmiedet. Durch rasches Abkühlen an bewegter Luft nach dem Schmieden, etwa von einer Temperatur im Bereich zwischen 600 und 750°C, stellt sich das Gefüge der erfindungsgemäßen Legierung mit etwa 60-85% α-Mischkristallen ein, die in überwiegend feindisperser Verteilung in die Grundmatrix aus β-Misch kristall eingebettet sind. Die intermetallischen Verbindungen sind dabei in feinkörniger Ausbildung statistisch regellos über die Grundmatrix verteilt.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß nach dem Abbrechen keine erneute Wärmebehandlung erforderlich ist, wie dies bei der Herstellung bekannter Legierungen, z. B. gemäß DE-PS 7 64 372, verlangt wird.

Claims

1. Verwendung einer Kupfer-Zink-Legierung aus mehr als 70 und höchstens 73% Kupfer, 6 bis 8% Mangan, 4 bis 6% Aluminium, 1 bis 4% Silizium, 1 bis 3% Eisen, 0,5 bis 1,5% Blei, bis 0,2% Nickel, bis 0,2% Zinn sowie Zink als Rest, die bereits nach Warmverformen und Abschrecken mit Luft ein Gefüge aus 60 bis 85% α-Mischkristall in überwiegend feindisperser Verteilung in der β-Phase aufweist, für Halbzeug und Halbfabrikate, die neben guter Be arbeitbarkeit und hohem Verschleißwiderstand einen gleichmäßig hohen Reibungsbeiwert haben, insbesondere für Synchronringe.

2. Verwendung einer Kupfer-Zink-Legierung nach Anspruch 1, mit der Zusammensetzung

70,5% Cu
7,1% Mn
5,15% Al
1,5% Si
1,6% Fe
0,65% Pb
0,05% Ni
0,05% Sn
Rest Zn

für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Kupfer-Zink-Legierung nach Anspruch 1 oder 2 mit der Maßgabe, daß die Legierung zusätzlich bis zu 0,05% eines oder mehrerer der Elemente Chrom, Vanadium oder Titan enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.