DE3043858A1 - Mangan-aluminium-mehrstoffbronze fuer um- und urformwerkzeuge - Google Patents
Mangan-aluminium-mehrstoffbronze fuer um- und urformwerkzeugeInfo
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Description
Titel
Mangan-Aluminium-Mehrstoffbronze fUr Um- und Urformwerkzeuge
Anwendungsgebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft eine Mangan-AIuminium-Mehrstoffbronze
für Um- und Urformwerkzeuge, insbesondere für Zieh-, Biege- und Spritzgußformwerkzeuge·
Charakteristik der bekannten technischen Lösung: Beim Umformen von Blechen treten an den aktiv wirkenden Elementen
Reibungen auf, die zu einem hohen Verschleiß führen. Diese
Verschleißerscheinungen können durch Schmiermittel, Beschichten der Bleche, Einlegen von Folien und den Einsatz von
NE-Legierungen für die aktiven Werkzeugelemente verringert
werden·
Beim Umformen von rostfreien Blechen ergaben sich zusätzliche Schwierigkeiten in der Form, daß sich an den aktiv wirkenden Elementen der Umformwerkzeuge beim Verwenden bekannter Werkzeugstähle Kaitaufschweißungen auftraten· Diese Kaltaufschweißungen führten zur Riefenbildung an den Umformteilen und damit zu einer ständigen Qualitätsverschlechterung derselben, die bis zum Ausschuß führen kann.
Beim Umformen von rostfreien Blechen ergaben sich zusätzliche Schwierigkeiten in der Form, daß sich an den aktiv wirkenden Elementen der Umformwerkzeuge beim Verwenden bekannter Werkzeugstähle Kaitaufschweißungen auftraten· Diese Kaltaufschweißungen führten zur Riefenbildung an den Umformteilen und damit zu einer ständigen Qualitätsverschlechterung derselben, die bis zum Ausschuß führen kann.
Es wurde bereits vorgeschlagen, daß zur Beseitigung des Kaltaufschweißens
Aluminium-Bronzen mit den Zusammensetzungen
8,5 bis 11,5 % Al
bis 7,0 % Fe
bis 1,0 % Mn
bis 2,5 % Si
bis 6,5 % M
Rest Cu oder
8,0 % Al 13,0 % Ib
2,0 % Fe 2,5 % Έ1
Rest Cu
eingesetzt werden, die Jedoch den Nachteil haben, daß sie sehr hart und spröde und dadurch mechanisch schwer bearbeitbar sind.
Des weiteren ist bei dieser Legierung zur Gewährleistung ihrer
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Bearbeitbarkeit eine Wärmebehandlung erforderlich. Weiterhin \-
wirkt sich nachteilig aus, daß mit dieser Legierung nur geringe Standmengen realisiert werden können.
Uin diese Nachteile zu beseitigen, wurde auch schon vorgeschlagen, eine Cu-Ni-Mn-Legierung mit
20 % Ni und
20 % Mn bzw.
30 % Ni und 30 % Mn
einzusetzen.
Die NE-Legierungen Cu-Ni-Mn 20/20 und
Cu-Ni-Mn 30/30
sind relativ gut mechanisch bearbeitbar, müssen jedoch ebenfalls nachträglich vor dem Einsatz als aktives Werkzeugelement
vergütet werden, wobei eine maßliche bzw. geometrische Veränderung dieser !Teile nicht ausbleibt.
Mittels dieser Legierung lassen sich qualitativ gute Formteile herstellen, jedoch werden keine zufriedenstellenden Standmengen erreicht. Die Anfertigung der Aktivteile bedarf eines hohen
Zerspanungsprozesses, da das Grundmaterial nur als Knetwerkstoff in Form von Platten bzw. Halbzeugen zur Verfügung gestellt werden kann.
Mit den bekannten Aluminium-Bronzen mit einem Al-Gehelt über
9 % lassen sich qualitativ gute Umformteile herstellen, jedoch befriedigen die abglichen Standmengen nicht. Weiterhin
können die aktiven Werkzeugelemente wegen ihrer hohen Festigkeit nur mittels Spezialmas chines land Werkzeugen bearbeitet
werden.
9,0 bis 13,0 % Mn
7,1 bis 12,0 % Zn
1,0 bis 3,0 % Fe
bis 4,0 % Ii
4,5 bis 7,0 % Al
und mindestens 60,0 % Cu
vorgeschlagen.
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grund ihrer geringen Festigkeit una geringen Härte können mit
ihr keine befriedigenden Standmengen erreicht werden. Diese Legierung eignet sich besonders für mechanisch und chemisch beanspruchte
Teile wie beispielsweise Schiffsschrauben, Sehiffbauteile
und Pumpenteile.
Ein besonders störendes Element zur Erreichung der notwendigen
hohen Zähigkeit dieser Legierung ist der Kohlenstoff, der deshalb auf 0,03 % begrenzt wird.
Gegenüber von Biege- und Ziehwerkzeugen werden Spezialformwerkzeuge
der Umformtechnik vorwiegend aus Al-Werkstoffen hergestellt.
Dieser Werkstoff hat ungünstige Verschleißwerte, die nur relativ niedrige Standzeiten zulassen. Erhöhte ökonomische
Kosten einschließlich zusätzlicher Fertigungskapazitäten für die Herstellung von Ersatzwerkzeugen müssen dafür einkalkuliert
werden.
Für den genannten Anwendungsbereich ist auch die Aluminium-Mehrstoff
bronze "Inoxyda" /technische Rundschau Sulzer 3/1969,
S. 117 ff_7 bekannt. Diese Legierung besitzt eine hohe Festigkeit und Härte, was mit nachstehender chemischen Zusammensetzung
erreicht wird:
0,5 bis 2,0 % fifo
bis 5,0 % Fe
bis 5,0 % JTi
9,0 bis 15,0 % Al
Rest Cu
bis 5,0 % Fe
bis 5,0 % JTi
9,0 bis 15,0 % Al
Rest Cu
Durch den recht hohen Anteil der Kappa-Phase im Gefüge beträgt die Dehnung dieser Legierung für Werkzeuge nur ca. 2 %. Die Festigkeit
ist groß wie auch die Kavitationsbeständigkeit besser ist als bei rostfreien 1B/B-CrNi-Stählen und den 13 %-Cr-Stählen.
Auch zeigt sie ein gutes Gleit-Verschleißverhalten.
Als Nachteil ist jedoch festzustellen, daß der hohe Al-Gehalt insgesamt zu einer hohen Härte führt bzw. harte Stellen im
Guß verursacht, der zu einem erhöhten Bearbeitungsaufwand (zusätzliches Weichglühen) führt. Außerdem sind die Gießeigenschaften
bei dieser Legierung nicht günstig.
In den Mh-Al-Mehrstoffbronzen hat sich immer wieder gezeigt,
daß die Zähigkeit durch schädliche Beimengung, wie Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel unter technisch vertretbare
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Grenzen sinkt. "*"
Für Umformwerkzeuge iat eine hohe Festigkeit neben einer gewissen Zähigkeit zur Erreichung hoher Standmengen notwendig. Das
relativ teure Sparstoffelement Zinn erhöht bis 1 % Zugabe die Festigkeit der Legierung dieser Gattung, ohne die Dehnung wesentlich
zu senken. Aber der hohe Preis und das geringe Aufkommen verbietet den umfassenden Einsatz dieses Elementes»
Ziel der Erfindung:
Es ist das Ziel der Erfindung, die angeführten Mangel und
Nachteile der bekannten Legierungen durch den Einsatz eines geeigneten Werkstoffes auszuschalten, d. h., vor allem ist
die Zähigkeit, die Gießeigenschaft und die Bearbeitbarkeit wie z. B. erhöhte Zerspanbarkeit ohne zusätzliches Weichglühen
der Werkzeuge zu verbessern. Ebenso soll ein naohträgliches Vergüten der fertigbearbeiteten Werkzeuge vermieden
werden, um damit maßliche bzw. geometrische Veränderungen auszuschließen. Des weiteren ist die Legierung so zu gestalten,
daß höhere Standmengen realisierbar sind, ohne daß eine Einschränkung hinsichtlich der Qualität des Uniform- bzw.
Spritzgutes eintritt. Zu diesem Zweck ist gleichermaßen das Verschleißverhalten durch hohe Festigkeit, Härte und relativ
hohe Zähigkeit der Legierung zu verbessern.
Wesen der Erfindung:
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Legierung für Fertigungsmittel
der Um- und Urformtechnik, insbesondere für Zieh-, Biege- und Spritzgußformwerkzeuge auf der Basis einer Mn-Al-Mehrstoffbronze
zu entwickeln, die vorzugsweise folgende Nachteile ausschließt:
- Hoher Zerspanungsaufwand durch Herausarbeitung der Formteile aus Halbzeugen
- Schwierige Bearbeitbarkeit bei Verwendung von Al-Legierungen
mit einem Anteil von mehr als 9 % Al bzw. hohem Ni- und Mn-Anteil
- Geringe Standmenge durch zu geringe Härte und Festigkeit bei Al-Anteilen unter 7 %
- Kaltaufschweißung auf den Aktivelementen während des Fertigungsprozesses
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- Riefenbildung auf dem Umformgut
- Notwendige Wärmebehandlung der Aktivelemente
- Zu geringe Dehnungswerte (= 2 %)
- Schlichte- Schmelz- und Gießeigenschaften - Zu großen Anteil der Kappa-Phase im Gefiige
- Zu großer Ou-Anteil in der Zusammensetzung
Insbesondere sollen damit erreicht werden:
- Günstigere Gießbarkeit
- Gute Gleiteigenschaften - Hohe Verschleißfestigkeit
- Gute Wärmeleitfähigkeit
- Große Standmenge
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Legierung
eine Zusammensetzung von
9,0 bis 11,0 % Mn
5,5 bis 10,0 % Zn
2,0 bis 4,0 % Fe
1,5 bis 3,0 % M 7,5 bis 9,0 % Al 0,03 bis 0,20 % C
Rest Cu aufweist.
Bezogen auf die vorgeschlagene Legierungszusammensetzung ist
festzustellen, daß der Kohlenstoff sich in das kristalline Gitter der Legierung als Einlagerungsmischkristall einlagert und damit
die Gitterverspannung erhöht, ohne jedoch durch seine absolute Begrenzung die Zähigkeit erheblich au verringern. Er
fördert die martensitische Gefügeausbildung und führt zur Steigerung der Bruch- und Verschleißfestigkeiten. Der erhöhte
C-Gehalt bewirkt außerdem, daß weniger reines und damit billigeres·
Ausgangematerial eingesetzt werden kann.
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Ausführungsbeispiel:
Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung an mehreren Aueführungsvarianten
nochmals verdeutlicht werden.
| Legierungs | Varianten | I | Mn | 11,0 | I | II | zeuge | III | |
| 5 | element | vorzugsw.f. | Zn | 10,0 | vorzugsw.f. | vorzugsw.f. | vorzugsw.f. | ||
| Spritzgußform | Fe | 3,5 | Biegewerk | 740 - 770 | Tiefziehwerk | ||||
| werkzeuge | 2,0 | zeuge TSj |
6 - 4 | zeuge | |||||
| Al | 7,5 | 9,5 | 210 - 240 | 10,5 | |||||
| 10 | C | ο,οε | 8,2 | 9,0 | |||||
| Cu | Rest | 2,2 | 3,0 | ||||||
| Mechan. Eigen | 1,6 | 2,0 | |||||||
| schaften (gemes | 7,7 | 8,5 | |||||||
| sen an Sandguß | 0,2 | 0,1 | |||||||
| 15 | proben) | Rest | Rest | ||||||
| Varianten | |||||||||
| Bruchfestigkeit | II | III | |||||||
| MPa | vorzugsw.f. | vorzugsw.f. | |||||||
| Bruchdehnung % | Spritzgußform- Biegewerk- | Tiefziehwerk | |||||||
| 20 | Härte HB | werkzeuge | zeuge | ||||||
| Wärmeleitfä | |||||||||
| higkeit | 700 - 720 | 7BO - S50 | |||||||
| 10 - 8 | 8 - 3 | ||||||||
| 200 - 220 | 200 - 300 | ||||||||
| 25 | |||||||||
| 0,2 cal/grd. 0,2 cal/grd. 0,2 cal/grd. sec. m sec. m sec. m |
|||||||||
Durch die Verwendung der vorgeschlagenen Mn-Al-Mehrstoffbronze
für Zieh-, Biege- und Spritzgußformwerkzeuge der üin- und
Urformtechnik ergeben sich folgende Vorteile:
- Herstellung von Werkzeugrohlingen im Gießverfahren gegenüber
dem zerspanungsaufwendigen Herausarbeiten der Formteile aus Halbzeugen
- Bearbeitung der Rohlinge mit normalen Werkzeugen und Maschinen ist möglich
- Wegfall der bisher notwendigen Vergütung der Aktivteile,Vermeidung
maßlicher bzw. geometrischer Veränderungen durch ei·
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ORIGINAL INSPECTED
3134385B
ne nachträgliche Vergütung der Aktivteile.
- Mögliche Nachbearbeitung der Aktivteile zur Beseitigung geringer
Verschleißerscheinungen
- Verlustarme Metallrttckgewinnung durch sortenreines Wiedereinschmelzen
nicht mehr gebrauchter Aktivteile und der bei der Bearbeitung anfallenden Späne
- Geringerer Kupfer-Anteil in der Zusammensetzung
- Einsatz von verunreinigtem und damit billigerem Einsatzmaterial
- Bessere Schmelz- und Gießeigenschaften des Materials
- Geringerer Kappa-Phasen-Anteil im Gefüge
- Hohe Zähigkeit (Bruchdehnung des Werkstoffes und damit größere Verschleißflüssigkeit in höheren Standmengen)
- Gute Gleiteigenschaften
- Gute Wärmeleitfähigkeit
- Gute Wärmeleitfähigkeit
Die probeweise Benutzung der vorgeschlagenen Legierung hat gezeigt, daß bei der Verarbeitung von rostfreien Stahlformteilen
für Waschmaschinenstandmengen von über 300.000 Stck.
erzielt werden können·
130039/0895
Claims (1)
- Erfindungsanspruch.Mangan-Aluminium-Mehratoffbronze für Fertigungsmittel der Um- und Urformtechnik, insbesondere für Zieh-, Biege- und Spritzgußformwerkzeuge, gekennzeichnet durch eine legls..». urig mit9,0 bis 11,0 Gew. % Mn 7,5 bis 10,0 Gew. % Zn 2,0 bis 4,0 Gew. % Fe 1,5 bis 3,0 Gew. % M 7,5 bis 9,0 Gew. % Al 0,03 bis 0,2 Gew. % CRest Cu130 0 39/0396
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee | ||
| 8361 | Publication of patent cancelled |