DE3735522C1

DE3735522C1 - Kupferlegierung und deren Verwendung zur Herstellung von Praezisions-Druckgussteilen mit kleinen Masstoleranzen

Info

Publication number: DE3735522C1
Application number: DE19873735522
Authority: DE
Inventors: Helmut Piringer
Original assignee: OPT ENGINEERING AG
Current assignee: OPT ENGINEERING AG
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1988-10-27
Also published as: EP0340248A1; WO1989003893A1

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Kupferlegierung mit 4 bis 30, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-% Zink, 1 bis 13, vorzugswei se 2 bis 6 Gew.-% Silicium, 0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,03 bis 0,15 Gew.-% Calciumborid, 0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,02 bis 0,1 Gew.-% Phosphor und Rest Kupfer, die sich her vorragend eignet zur Herstellung von Präzisions-Druckguß teilen mit kleinen Maßtoleranzen, die im Innern frei von Poren und Lunkern sind und eine hohe Oberflächengüte sowie ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweisen, aus de nen mit besonderem Vorteil Brillengestelle und Brillenge stellteile durch Kaltverformung und Warmverformung herge stellt werden können, sowie zur Herstellung von Halbzeug in Form von Runddrähten, Profilen, Blechen und Streifen, die eine ausgezeichnete Kalt- und Warmverformbarkeit be sitzen.

Druckgußteile, insbesondere solche mit größeren Dimensionen, werden üblicherweise aus Zink- oder Aluminiumlegierungen hergestellt. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie große Maßtoleranzen in den Abmessungen sowie Poren und Lunker im Innern aufweisen. Ihre Oberflächengüte ist verhältnismäßig schlecht als Folge von Ablagerungen auf dem Formwerkstoff und als Folge starker Schwankungen in bezug auf die Legie rungszusammensetzung.

Für die Herstellung von Druckgußteilen mit kleinen Dimensi onen und kleinen Maßtoleranzen, wie sie insbesondere für Brillengestelle und Brillengestellteile erwünscht sind, sind die bisher bekannten Zink- und Aluminiumlegierungen nur beschränkt anwendbar, da für solche Anwendungszwecke eine gute Galvanisierbarkeit und gute Löt- und Schweißei genschaften von Bedeutung sind, die mit den bisher bekannten Druckgußteilen nicht erreicht werden. Zwar sind unter Ver wendung von Zinklegierungen dekorative, galvanisch abge schiedene Überzugsschichten unter Einschränkung möglich, bei Verwendung von Aluminiumlegierungen ist dies jedoch völlig ausgeschlossen. Auch können Druckgußteile aus Zink- und Aluminiumlegierungen mit Hartloten nicht haltbar ge lötet werden und sie können nur mit erheblichem Aufwand verschweißt werden, was für viele Anwendungen nachteilig ist.

Präzisions-Druckgußteile mit geringen Abmessungen und klei nen Maßtoleranzen, wie sie insbesondere für Brillengestelle und Brillenteile verwendet werden, mußten daher bisher nach anderen, technisch aufwendigen und unwirtschaftlichen Verfahren hergestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Legierung zu fin den, mit deren Hilfe es möglich ist, Präzisions-Druckguß teile, insbesondere solche mit kleinen Dimensionen und ge ringen Maßtoleranzen, auf technisch einfache und wirt schaftliche Weise herzustellen.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann durch eine neue Kupferlegierung, wel che die nachstehend angegebene Zusammensetzung hat.

Gegenstand der Erfindung ist eine neue Kupferlegierung, die durch die folgende Zusammensetzung gekennzeichnet ist:

4 bis 30 Gew.-% Zink,
1 bis 13 Gew.-% Silicium,
0,01 bis 1,0 Gew.-% Calciumborid,
0,01 bis 1,0 Gew.-% Phosphor und
Rest Kupfer.

Die obengenannte Kupferlegierung eignet sich hervorragend zur Herstellung von Präzisions-Druckgußteilen, insbesonde re solche mit kleinen Dimensionen und kleinen Maßtoleranzen, die beispielsweise bei einer Länge von etwa 3 bis etwa 60 mm, einer Breite von etwa 2 bis etwa 15 mm und einer Dicke von et wa 0,5 bis etwa 6 mm Maßtoleranzen von nur ±0,02 mm aufweisen. Derartige Präzisions-Druckgußteile eignen sich insbesondere für die Herstellung von Brillengestellen, Brillengestelltei len, in der Elektrotechnik und in der Feinmechanik, beispiels weise für Schalthebel, Schaltbrücken und dgl., sowie allgemein für spezielle Armaturen, bei denen hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit und die Festigkeit gestellt werden. Dabei wer den die engen Maßtoleranzen durch eine geeignete Konstruktion des Druckgußwerkzeugs und spezielle Werkstoffe, insbesondere Spezialstähle, Speziallegierungen und Werkstoffe mit geziel ter Oberflächenbehandlung, des Formeinsatzes erreicht. Diese Maßnahmen erhöhen die Standzeit der Formeinsätze bei der re lativ hohen Schmelztemperatur der oben beschriebenen erfin dungsgemäßen Legierung.

Durch eine geeignete Entlüftung des Druckgußwerkzeuges wird eine bessere Formfüllung erreicht, womit die sonst bei Druck gußteilen üblichen Poren und Lunker zuverlässig vermieden wer den.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat die Kupferlegierung die folgende Zusammensetzung:

10 bis 20 Gew.-% Zink,
2 bis 6 Gew.-% Silicium,
0,03 bis 0,15 Gew.-% Calciumborid,
0,02 bis 0,1 Gew.-% Phosphor und
Rest Kupfer.

Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung der vor stehend beschriebenen erfindungsgemäßen Kupferlegierung zur Herstellung von Präzisions-Druckgußteilen, die im Innern frei von Poren und Lunkern sind und eine hohe Oberflächengüte auf weisen und die bei einer Länge von etwa 3 bis etwa 60 mm, ei ner Breite von etwa 2 bis etwa 15 mm und einer Dicke von etwa 0,5 bis etwa 6 mm Maßtoleranzen von ±0,02 mm aufweisen und die folgenden mechanischen Eigenschaften besitzen:
eine mechanische Festigkeit σ _B von 500 bis 800 N/mm²,
eine Vickers-Härte HV von 120 bis 250 und
eine Bruchdehnung δ von 5 bis 15%.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung betrifft die Erfindung die Verwendung der vorstehend beschriebenen Kupfer legierung zur Herstellung von Präzisions-Druckgußteilen mit den vorstehend angegebenen Eigenschaften, die insbesondere für die Herstellung von Brillengestellen, Brillengestelltei len, in der Elektrotechnik und in der Feinmechanik verwendbar sind und speziell durch Walzen, Prägen Pressen und Rund hämmern bis zu einer Querschnittsverminderung von 30% kalt verformt werden können und/oder bei einer Temperatur von 620 bis 780°C bis zu einer Querschnittsverminderung von 70% warmver formt werden können.

Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung der vor stehend beschriebenen Kupferlegierng zur Herstellung von Halbzeug in Form von Runddrähten, Profilen, Blechen und Streifen, die ebenfalls eine ausgezeichnete Kalt- und Warm verformbarkeit besitzen.

Die Erfindung wird nachstehend näher beschrieben.

Das Erstarrungsverhalten der erfindungsgemäßen Kupferlegierung wird ganz wesentlich beeinflußt durch die da rin enthaltenen Kristallisator- und Desoxidationszusätze Cal ciumborid und Phosphor, wobei der Phosphorgehalt zusätzlich die Dünnflüssigkeit der Schmelze und damit die Formfüllung verbessert. Dabei ist es entscheidend, daß die Kupferschmelze frei von Verunreinigungen, Oxiden und Gaseinschlüssen gehalten und analytisch genau überwacht wird.

Durch die Vermeidung der unerwünschten Porosität und weiterer Gieß fehler und unter dem Einfluß der Legierungselemente der er findungsgemäßen neuen Kupferlegierung können Präzisions- Druckgußteile mit deutlich höheren Festigkeiten als die bis her bekannen Druckgußteile hergestellt werden. Sie weisen außerdem gegenüber dem Stand der Technik eine hervorragende Polierfähigkeit, eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, eine verbesserte Galvanisierbarkeit, eine ausgezeichnete Löt barkeit, Schweißbarkeit sowie gute Federungseigenschaften im Gußzustand (hohe Elastizität) und verbesserte Federungseigenschaften im nachverformten Zustand auf.

Die aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Präzisions-Druckgußteile sind frei von Poren und Lunkern im Innern und weisen eine ho he Oberflächengüte auf, sie besitzen insbesondere hervorragen de mechanische Eigenschaften, speziell
eine Festigkeit σ _B von 500 bis 800 N/mm²,
eine Vickers-Härte HV von 120 bis 250
eine Bruchdehnung δ von 5 bis 15%.

Sie können sowohl gebogen als auch kaltverformt werden, ohne daß es zu Brüchen im Gußgefüge kommt. Sie sind insbe sondere durch Walzen, Prägen, Pressen und Rundhämmern bis zu einer Querschnittsverminderung von 30% kaltverformbar, sie können darüber hinaus aber auch bei Temperaturen von 620 bis 780°C bis zu einer Querschnittsverminderung von 70% warmverformt werden.

Durch eine nachfolgende Kaltverformung können die Festigkeit und Härte mit zunehmendem Verformungsgrad noch weiter gestei gert werden und es können Werte von HV (Vickers-Härte) bis 300 und eine Festigkeit bis 1000 N/mm² erreicht werden.

Die aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Präzisions-Druckgußteile weisen eine hohe Oberflächenglätte, eine hervorragende Po lierfähigkeit sowie eine deutlich verbesserte Abriebsbestän digkeit auf. Gegenüber den herkömmlichen Druckgußteilen aus Zink- und Aluminumlegierungen haben sie den Vorteil einer we sentlich höheren Korrosionsbeständigkeit. Sie besitzen ferner eine gute Galvanisierbarkeit und ein gutes Löt- und Schweiß verhalten, was besonders wichtig ist bei der Herstellung von Brillengestellen und Brillenteilen aus den Präzisions-Druckgußteilen. Sie lassen sich außerordentlich gut löten mit üblichen Hartloten und nach den bekannten Schweißverfahren, beispielsweise durch Widerstands-Punkt schweißen, gut verarbeiten.

Ein Vorteil der aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Präzisions-Druck gußteile, der bei ihrer Verwendung zur Herstellung von Bril lengestellen besonders in den Vordergrund tritt, ist der, daß sich die Druckgußteile aufgrund ihrer günstigen mechanischen Eigenschaften (besonders hohe Dehnung) gut verformen und bie gen lassen, ohne daß es zu Brüchen im Gußgefüge kommt.

Die Präzisions-Druckgußteile aus der erfindungsgemäßen Legierung mit vorzugsweise kleinen Dimensionen werden vorzugsweise in sogenannten Mehrfachformen hergestellt. Dabei können durch einen Gießvorgang je nach Konstruktion des Gießwerkzeugs 6 bis 60 Einzelteile hergestellt werden, wobei die Teile untereinan der durch Stege verbunden sind. Durch dieses Verhalten kön nen die Präzisions-Druckgußtei le in hoher Qualität außerordentlich preiswert hergestellt werden, wobei die Konstruktion der Gießform und die verwende ten Materialien der Formeinsätze von großer Bedeutung sind.

Bei der bisher bekannten Art der Herstellung von Brillenteilen durch Pressen, Prägen und Ausstanzen tritt ein erheblicher Materialanteil als Stanzabfall auf. Die Präzisions-Druckgußteile aus der erfindungsgemäßen Legierung lassen sich erheblich wirtschaftlicher praktisch ohne wesentlichen Stanzabfall herstellen durch Gießen unter Druck und nachfolgende Ver formung durch Pressen, Prägen, Rundhämmern.

Aus der erfindungsgemäßen Kupferlegierung können außer den obengenannten Präzisions-Druckgußteilen auch Halbzeuge in Draht-, Profil-, Band- und Blechform hergestellt und auf den obengenannten Gebieten eingesetzt werden. Auch in diesem Fal le sind die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften der er findungsgemäßen neuen Kupferlegierung von großem Nutzen.

Claims

1. Kupferlegierung, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung: 4 bis 30 Gew.-% Zink,
1 bis 13 Gew.-% Silicium,
0,01 bis 1,0 Gew.-% Calciumborid,
0,01 bis 1,0 Gew.-% Phosphor und
Rest Kupfer.

2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung: 10 bis 20 Gew.-% Zink,
2 bis 6 Gew.-% Silicium,
0,03 bis 0,15 Gew.-% Calciumborid,
0,02 bis 0,1 Gew.-% Phosphor und
Rest Kupfer.

3. Verwendung der Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Präzisions-Druckgußteilen, die im Innern frei von Poren und Lunkern sind und eine hohe Oberflächen güte aufweisen und die bei einer Länge von 3 bis 60 mm, ei ner Breite von 2 bis 15 mm und einer Dicke von 0,5 bis 6 mm Maßtoleranzen von ±0,02 mm aufweisen und die folgenden me chanischen Eigenschaften besitzen:
eine Festigkeit σ _B von 500 bis 800 N/mm²,
eine Vickers-Härte HV von 120 bis 250 und
eine Bruchdehnung σ von 5 bis 15%.

4. Verwendung der Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2 für die Herstellung von Präzisions-Druckgußteilen mit den in Anspruch 3 angegebenen Eigenschaften für Brillengestelle, Brillengestellteile, in der Elektrotechnik und in der Fein mechanik.

5. Verwendung der Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Präzisions-Druckgußteilen mit den in An spruch 3 angegebenen Eigenschaften, die durch Walzen, Prä gen, Pressen und Rundhämmern bis zu einer Querschnittsver minderung von 30% kaltverformt werden können.

6. Verwendung der Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Präzisions-Druckgußteilen mit den in An spruch 3 angegebenen Eigenschaften, die bei einer Temperatur von 620 bis 780°C bis zu einer Querschnittsverminderung von 70% warmverformt werden können.

7. Verwendung der Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Halbzeug in Form von Runddrähten, Pro filen, Blechen und Streifen.