DE3805794A1 - Verschleissfeste kupferlegierung und aus dieser kupferlegierung bestehender synchronring fuer einen geschwindigkeitsregler - Google Patents
Verschleissfeste kupferlegierung und aus dieser kupferlegierung bestehender synchronring fuer einen geschwindigkeitsreglerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Synchronring zur Verwendung
in einem Automobil-Geschwindigkeitsregler (speed
variator), der nicht nur hohe Festigkeit und Zähigkeit
besitzt, sondern auch verbesserte Verschleißfestigkeit
bzw. Abriebbeständigkeit hat, und der gute Synchronisationseigenschaften
im Hinblick auf das Gegenstück zeigt,
die durch den Reibungskoeffizienten zum Ausdruck kommen.
Synchronringe werden üblicherweise aus Aluminiumbronze,
hochfestem Messing und anderen Kupferlegierungen hergestellt,
welche die Anforderungen an hohe Festigkeit, hohe
Zähigkeit, hohe Verschleißfestigkeit und hohen Reibungskoeffizienten
erfüllen.
Eine perspektivische Ansicht eines typischen Synchronrings
zur Verwendung in einem Automobil-Geschwindigkeitsregler
ist in Fig. 1 gezeigt. Die Innenfläche 1 des
Rings wird unter hohem Druck in intermittierenden
Oberflächenkontakt mit einem rotierenden verjüngten Kegel
gebracht und der Außenumfang des Rings ist mit in
Abständen angeordneten Vorsprüngen 2 versehen, welche in
Einschnitte auf einer angepaßten Nabenhülse eingreifen.
Damit der Synchronring seine Funktion ausüben kann, muß er
hohe Festigkeit, hohe Verschleißfestigkeit und hohe
Kompatibilität mit dem Gegenstück aufweisen. Synchronringe
werden daher normalerweise aus hochfestem Messing und
anderen Kupfermaterialien hergestellt, welche diese
Eigenschaften besitzen.
Der Wunsch, die Größe und das Gewicht von Geschwindigkeitsreglern
zu vermindern und ihre Ausgangsleistung zu
erhöhen wächst ständig und dadurch wurde die Notwendigkeit
verursacht, einen Synchronring zu entwickeln, der noch
höhere Festigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und
Reibungskoeffizienten zeigt. Diese Erfordernisse können
jedoch durch die bisher bekannten Synchronringe, die aus
existierenden Kupferlegierungen, wie Aluminiumbronze und
hochfestem Messing bestehen, nicht vollständig erfüllt
werden.
Erfindungsgemäß wurden daher Untersuchungen durchgeführt,
mit dem Ziel, einen Synchronring zur Verfügung zu stellen,
der aus einem Strukturmaterial besteht, das geeignet ist,
die vorstehend erläuterten Anforderungen an Automobil-Geschwindigkeitsregler
nach kleineren Abmessungen,
geringerem Gewicht und größerer Leistung zu erfüllen.
Dabei wurde festgestellt, daß dieses Ziel durch einen
Synchronring erreicht werden kann, der aus einer der
nachstehend definierten Legierungen besteht:
- (1) Eine Kupferlegierung, die 17 bis 40 Gew.-% Zn, 2 bis 11 Gew.-% Al und 50 bis 300 ppm Sauerstoff sowie 0,1 bis 3,5 Gew.-% mindestens eines der Elemente Ti, Zr und V enthält und die mindestens ein wahlweise vorhandenes Element aufweist, das unter 0 bis 3 Gew.-% mindestens eines der Elemente Fe, Ni und Co, 0 bis 0,3 Gew.-% mindestens eines der Elemente P, Mg und Ca, 0,1 bis 4 Gew.-% Mn, 0,05 bis 1,5 Gew.-% Pb, 0,05 bis 2,5 Gew.-% Sn und 0,005 bis 0,5 Gew.-% Si ausgewählt ist, wobei der restliche Anteil aus Cu und zufälligen Verunreinigungen besteht und wobei die Legierung eine Struktur hat, in der intermetallische Verbindungen und Oxide gleichförmig in einer Matrix dispergiert sind; oder
- (2) eine Kupferlegierung, die 17 bis 40 Gew.-% Zn, 2 bis 11 Gew.-% Al, 0,5 bis 6 Gew.-% Mn, 0,1 bis 2 Gew.-% Si, 0,1 bis 3 Gew.-% mindestens eines der Elemente Fe, Ni und Co, 0,003 bis 0,3 Gew.-% mindestens eines der Elemente P, Mg und Ca und 30 bis 1000 ppm Sauerstoff enthält, wobei entweder 0,05 bis 1 Gew.-% Cr oder 0,05 bis 2 Gew.-% mindestens eines der Elemente Pb und Sn oder beide Elemente Pb und Sn als Wahlkomponenten vorhanden sind, und die Legierung zum restlichen Anteil aus Cu und zufälligen Verunreinigungen besteht und die Legierung eine Struktur hat, in der intermetallische Verbindungen und Oxide gleichförmig in einer Matrix dispergiert sind.
Beide vorstehend beschriebenen Legierungen haben hohe
Festigkeit, hohe Zähigkeit sowie hohe Abriebbeständigkeit
und hohen Reibungskoeffizienten. Synchronringe, die
aus diesen Legierungen bestehen, ermöglichen daher die
Herstellung eines Automobil-Geschwindigkeitsreglers mit
geringerer Größe und geringerem Gewicht, der höhere Wirksamkeit
bzw. höhere Leistung zeigt.
Gegenstand der Erfindung ist eine Kupferlegierung und ein
Synchronring aus dieser Kupferlegierung mit hoher Festigkeit,
hoher Zähigkeit und hoher Verschleißfestigkeit.
Diese Kupferlegierung hat eine der nachstehend angegebenen
Zusammensetzungen:
- (1) Sie enthält 17 bis 40 Gew.-% Zn, 2 bis 11 Gew.-% Al und 50 bis 3000 ppm Sauerstoff sowie 0,1 bis 3,5 Gew.-% mindestens eines der Elemente Ti, Zr und V und mindestens ein wahlweise vorhandenes Element, ausgewählt unter 0 bis 3 Gew.-% mindestens eines der Elemente Fe, Ni und Co, 0 bis 0,3 Gew.-% mindestens eines der Elemente P, Mg und Ca, 0 bis 2,5 Gew.-% Sn, 0 bis 0,5 Gew.-% Si, 0 bis 4 Gew.-% Mn und 0 bis 1,5 Gew.-% Pb und zum restlichen Anteil Cu und zufällige Verunreinigungen, oder
- (2) sie enthält 17 bis 40 Gew.-% Zn, 2 bis 11 Gew.-% Al, 0,5 bis 6 Gew.-% Mn, 0,1 bis 2 Gew.-% Si, 0,1 bis 3 Gew.-% mindestens eines der Elemente Fe, Ni und Co, 0,003 bis 0,3 Gew.-% mindestens eines der Elemente P, Mg und Ca, 30 bis 1000 ppm Sauerstoff und mindestens ein wahlweise vorhandenes Element, ausgewählt unter 0 bis 1 Gew.-% Cr und 0 bis 2 Gew.-% mindestens eines der Elemente Pb und Sn und zum restlichen Anteil Cu und zufällige Verunreinigungen.
In jedem Fall hat die Kupferlegierung eine Struktur, in
der intermetallische Verbindungen und Oxide gleichförmig
in der Matrix dispergiert sind.
In der beigefügten Zeichnung bedeutet Fig. 1 die perspektivische
Ansicht eines typischen Synchronrings zur Verwendung
in einem Geschwindigkeitsregler.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher erläutert.
Die Erfindung wurde aufgrund der vorstehend erläuterten
Untersuchungen fertiggestellt. Die kritische Bedeutung der
Zusammensetzung jeder der beiden vorstehend definierten
Kupferlegierungen wird nachstehend erläutert. Dabei bedeuten
alle Angaben in % jeweils "Gew.-%".
Wenn diese Elemente in Kombination vorhanden sind, bewirken
sie eine Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit
der Legierung. Wenn der Zn-Gehalt weniger als 17
Gew.-% und der Al-Gehalt weniger als 2 Gew.-% beträgt,
sind die gewünschte Festigkeit oder Zähigkeit nicht zu
erreichen. Wenn der Zn-Gehalt 40 Gew.-% und der Al-Gehalt
11 Gew.-% überschreitet, ist keine weitergehende
Verbesserung mehr erreichbar. Die Gehalte an Zn und Al
sind daher auf die Bereiche von 17 bis 40 Gew.-% bzw. 2
bis 11 Gew.-% beschränkt.
Sauerstoff (O₂) ist befähigt, sich mit Al, Ti, Zr, V und
selbst Si unter Bildung von Oxiden zu verbinden, die
gleichförmig in der Matrix dispergiert werden, wodurch
nicht nur der Reibungskoeffizient erhöht wird, der als
Index für die Synchronisiereigenschaften gegenüber dem
Gegenelement für den Synchronring dient, sondern auch die
Verschleißfestigkeit der Legierung verbessert wird. Wenn
der Sauerstoffgehalt weniger als 50 ppm beträgt, ist die
angestrebte Wirkung des Sauerstoffes nicht erreichbar.
Wenn der Sauerstoffgehalt 3000 ppm überschreitet, werden
die Oxide agglomeriert und ihre Menge erhöht sich, wodurch
eine Verminderung der Festigkeit und Zähigkeit resultiert.
Der Sauerstoffgehalt ist daher auf den Bereich von 50 bis
3000 ppm beschränkt.
Diese Elemente verbinden sich mit Cu und Al und auch mit
Fe, Ni und Co unter Bildung von intermetallischen Verbindungen,
die gleichförmig in der Matrix dispergiert werden.
Sie verbinden sich auch mit Sauerstoff unter Bildung von
Oxiden mit Al und Si und verbessern dadurch die Synchroneigenschaften
gegenüber dem Gegenstück und gewährleisten
eine verbesserte Verschleißfestigkeit. Wenn der Gehalt
eines dieser Elemente weniger als 0,1% beträgt, sind die
vorstehend erwähnten Wirkungen nicht erreichbar. Überschreitet
der Gehalt eines dieser Elemente 3,5%, so wird
die Zähigkeit der Legierung vermindert. Der Gehalt mindestens
eines Elements, das unter Ti, Zr und V ausgewählt
ist, sollte daher auf einen Wert im Bereich von 0,1 bis
3,5 beschränkt sein.
Diese Elemente dienen als Komponenten, welche intermetallische
Verbindungen bilden und auf diese Weise den Reibungskoeffizienten
und die Verschleißfestigkeit erhöhen.
Wenn der Gehalt eines dieser Elemente weniger als 0,02%
beträgt, sind die vorstehend erwähnten Wirkungen nicht
erreichbar. Überschreitet der Gehalt eines dieser Elemente
3%, so wird die Zähigkeit der Legierung vermindert. Aus
diesem Grund ist der Gehalt mindestens eines Elements,
ausgewählt unter Fe, Ni und Co, vorzugsweise auf einen
Wert im Bereich von 0,02 bis 3% beschränkt.
Diese Elemente dienen als Verfeinerungs- bzw. Raffinationskomponenten,
welche die Korngröße der in Matrix
dispergierten intermetallischen Verbindungen vermindern
und auf diese Weise die Festigkeit und Zähigkeit der
Legierung verbessern und ihre Bearbeitungseigenschaften
durch schneidende Bearbeitung (free cutting property)
verbessern. Sie bewirken außerdem eine Verbesserung der
Synchroneigenschaften des Synchronrings, der aus der Legierung
besteht, und verhindern das Festfressen bzw.
Blockieren des Rings. Wenn der Gehalt eines dieser
Elemente weniger als 0,003% beträgt, sind die gewünschten
Wirkungen nicht erreichbar. Überschreitet der Gehalt eines
dieser Elemente 0,3%, besteht die Neigung zu einer
Verminderung der Zähigkeit und Abriebfestigkeit der Legierung.
Aus diesem Grund ist der Gehalt mindestens eines
Elements, ausgewählt unter P, Mg und Ca, vorzugsweise auf
einen Bereich von 0,003 bis 0,3% beschränkt.
Mangan ist ebenfalls eine Wahlkomponente, die angewendet
werden kann, um die Festigkeit der Legierung weiter zu
verbessern und um ihre Struktur gegenüber dem Verlauf von
Wärmeänderungen (der thermischen Geschichte) zu stabilisieren.
Wenn der Mn-Gehalt weniger als 0,1% beträgt, sind
die gewünschten Effekte nicht erreichbar. Überschreitet
der Mn-Gehalt 4%, tritt während des Schmelzens der Legierung
eine erhöhte Menge an Oxidschlacke auf und die
Fehlerfreiheit eines aus der geschmolzenen Legierung
gegossenen Barrens wird verschlechtert. Der Gehalt an Mn
ist daher vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 0,1
bis 4% beschränkt.
Diese Elemente sind ebenfalls Wahlkomponenten, die verwendet
werden können, um die Matrix zu festigen und auf
diese Weise die Verschleißfestigkeit der Legierung zu verbessern.
Wenn die Gehalte an Sn und Si weniger als 0,05
bzw. als 0,005% betragen, ist der beabsichtigte Effekt
dieser Elemente, eine verbesserte Verschleißfestigkeit
zu bewirken, nicht erreichbar. Wenn die Gehalte an Sn und
Si 2,5 bzw. 0,5% überschreiten, wird die Zähigkeit der
Legierung vermindert. Die Gehalte an Sn bzw. Si sind daher
vorzugsweise auf Werte in den Bereichen von 0,05 bis 2,5%
(für Sn) und 0,005 bis 0,5% (für Si) beschränkt.
Pb, ein weiteres Wahl-Element, hat die Fähigkeit, die
Antiblockiereigenschaften unter hoher Belastung oder Reibung
zu verbessern und zu verbesserten Schneid-Bearbeitungseigenschaften
zu führen. Wenn der Gehalt an Pb
weniger als 0,05% beträgt, sind die gewünschten Wirkungen
nicht erreichbar. Überschreitet der Pb-Gehalt 1,5%, so
werden die Festigkeit und Zähigkeit der Legierung vermindert.
Der Gehalt an Pb ist daher vorzugsweise auf einen
Wert im Bereich von 0,05 bis 1,5% beschränkt.
Diese Elemente werden aus den gleichen Gründen eingesetzt,
wie sie vorstehend im Zusammenhang mit der ersten Legierung
erläutert worden sind.
Diese Elemente verbinden sich unter Bildung einer feinkörnigen
intermetallischen Verbindung, die gleichförmig in
der Matrix dispergiert wird. Auf diese Weise wird die
Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit der Legierung
verbessert. Abgesehen von diesen erreichten Wirkungen
bildet Si ein Doppeloxid mit Al, welches die
Synchroneigensschaften gegenüber dem Gegenstück verbessert
und die Verschleißfestigkeit der Legierung erhöht. Wenn
die Gehalte an Mn und Si weniger als 0,5% bzw. 0,1% betragen,
sind die gewünchten Wirkungen nicht erreichbar.
Überschreiten die Gehalte an Mn und Si 6% bzw. 2%,
werden die Gießvorgänge durch erhöhte Schlackenbildung erschwert
und die Zähigkeit der Legierung wird vermindert.
Die Gehalte an Mn und Si sind daher auf Werte innerhalb
der Bereiche von 0,5 bis 6% bzw. 0,1 bis 2% beschränkt.
Diese Elemente werden in der Matrix dispergiert, um eine
intermetallische Verbindung auf Mn-Si-Basis zu verfeinern,
und verbessern daher die Festigkeit und Zähigkeit der Legierung.
Sie bewirken außerdem eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit
der Legierung, indem sie Verbindungen
mit Si bilden. Wenn der Gehalt eines dieser Elemente weniger
als 0,1% beträgt, sind die gewünschten Wirkungen
nicht erreichbar. Überschreitet der Gehalt eines dieser
Elemente 3%, wird nicht nur die Zähigkeit, sondern auch
die Gießfähigkeit der Legierung vermindert. Aus diesem
Grund ist der Gehalt mindestens eines Elements, ausgewählt
unter Fe, Ni und Co, auf einen Wert im Bereich von 0,1 bis
3% beschränkt.
Diese Elemente dienen als verfeinernde Komponenten
(Raffinationskomponenten), welche die Korngröße der in der
Matrix dispergierten intermetallischen Mn-Si-Verbindung
vermindern, und verbessern auf diese Weise die Festigkeit
und Zähigkeit der Legierung. Sie bilden außerdem Oxide.
Darüber hinaus sind diese Elemente wirksam zur Verbesserung
der Synchroneigenschaften des Synchronrings, der
aus der Legierung hergestellt ist, während sie sein
Blockieren verhindern.
Wenn der Gehalt eines dieser Elemente weniger als 0,003%
beträgt, sind die gewünschten Wirkungen nicht erreichbar.
Überschreitet der Gehalt eines dieser Elemente 0,3%, besteht
die Neigung zu einer Verminderung der Zähigkeit und
Abriebfestigkeit der Legierung.
Der Gehalt mindestens eines Elements, ausgewählt unter P,
Mg und Ca, ist daher vorzugsweise auf einen Wert im
Bereich von 0,003 bis 0,3% beschränkt.
Sauerstoff (O₂) hat die Fähigkeit, sich mit Al und Si
und auch Cr zu verbinden, wobei Doppeloxide entstehen, die
zu einer Verbesserung der vorstehend beschriebenen Eigenschaften
führen. Wenn der Sauerstoffgehalt weniger als 30
ppm beträgt, ist die Menge des in der Matrix in Form feiner
Körner dispergierten Oxids zu klein, um den gewünschten
Effekt des Sauerstoffes zur Verbesserung dieser
Eigenschaften zu gewährleisten. Außerdem wird der Reibungskoeffizient
der Legierung instabil, wenn der
Sauerstoffgehalt weniger als 30 ppm beträgt. Wenn andererseits
der Sauerstoffgehalt 1000 ppm überschreitet, bildet
das Oxid Aggregate, deren Gehalt so hoch ist, daß die
Festigkeit und Zähigkeit der Legierung vermindert werden.
Der Sauerstoffgehalt ist daher auf einen Wert im Bereich
von 30 bis 1000 ppm beschränkt.
Dieses Element ist eine Wahlkomponente, die verwendet
werden kann, um eine intermetallische Verbindung mit einem
Metall der Eisengruppe zu bilden. Außerdem bildet es ein
Oxid, so daß eine weitere Verbesserung der Verschleißfestigkeit
erzielt wird und der Reibungskoeffizient der
Legierung stabilisiert wird. Wenn der Gehalt an Cr weniger
als 0,05% beträgt, sind die gewünschten Wirkungen nicht
erreichbar. Überschreitet der Cr-Gehalt 1%, wird die
Zähigkeit der Legierung vermindert. Der Gehalt an Cr ist
daher vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 0,05 bis
1% beschränkt.
Diese Elemente sind ebenfalls Wahlkomponenten, die eingesetzt
werden können, um das Festfressen bzw. Blockieren
eines Synchronrings unter hoher Belastung oder hoher
Reibung zu verhindern und um seinen Reibungskoeffizienten
auf einen geeigneten Wert einzustellen. Wenn der Gehalt
jedes dieser Elemente weniger als 0,05% beträgt, sind die
gewünschten Wirkungen nicht erreichbar. Überschreitet der
Gehalt eines dieser Elemente 2%, so werden die Festigkeit
und Zähigkeit der Legierung vermindert. Der Gehalt
mindestens eines Elements, ausgewählt unter Pb und Sn, ist
daher vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 0,05 bis
2% beschränkt.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele
weiter verdeutlicht, ohne daß sie auf diese beschränkt
sein soll.
Unter Verwendung eines üblichen Hochfrequenzofens, dessen
Atmosphäre aus einem Gasgemisch aus Ar und CO bestand,
wurden Schmelzen der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen
hergestellt, wobei die Einstellung des O₂-Gehaltes
durch Einblasen variierender Sauerstoffmengen erfolgte,
während die Zuführung von gasförmigem CO unterbrochen
war. Die Schmelzen wurden in einer wassergekühlten
Form zu Barren mit einem Durchmesser von 200 mm und einer
Länge von 400 mm vergossen. Die Barren wurden durch Heißextrusion
bei vorbestimmten Temperaturen zwischen 600°C
und 750°C zu Teststücken in Form von Rundbarren mit vorbestimmtem
Durchmesser verformt. Diese Teststücke wurden
einer Wärmebehandlung unterworfen, bei der sie bei vorbestimmten
Temperaturen im Bereich von 550 bis 700°C gehalten
und dann mit Luft abgekühlt wurden. Durch diese
Verfahrensweise wurden Proben Nr. 1 bis 189 einer
Kupferlegierung für den Synchronring gemäß der Erfindung
und die Vergleichsproben 1 bis 27 hergestellt.
Die Vergleichsproben 1 bis 27 waren im Hinblick auf den
Gehalt eines oder mehrerer wesentlicher Elemente (diese
Elemente sind in Tabelle 1 mit einem Stern markiert)
außerhalb der erfindungsgemäßen Definition.
Um die Festigkeit der Legierungen zu prüfen, wurden die
Proben Nr. 1 bis 189 und die Vergleichsproben Nr. 1 bis 27
einer Messung der Zugfestigkeit unterworfen.
Um die Zähigkeit der Legierungen zu prüfen, wurden die
Charpy-Schlagfestigkeit und die Dehnung aller Proben gemessen.
Um die Verschleißfestigkeit und die Synchronisationseigenschaften
gegenüber einem Gegenstück bzw. Gegenelement zu
prüfen, wurden die Proben außerdem einem Stift-Verschleißtest
unter folgenden Bedingungen unterworfen:
Probe:Stift mit einem Durchmesser von 3 mm
Gegenelement:Gekohlter gehärteter Stahl (JIS SCM
420 mit HRC von 61,5)
Bei dem Stift-Verschleißtest wurde die Menge des spezifischen
Verschleißes gemessen und der Reibungskoeffizient
wurde aus den mit Hilfe eines Drehkraftmessers erhaltenen
Daten errechnet. Genauere Angaben über die Bedingungen des
Stift-Verschleißtests werden nachstehend gezeigt. Die Ergebnisse
aller Messungen sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
Die in Tabelle 2 zusammengefaßten Ergebnisse zeigen, daß
die Proben Nr. 1 bis 189 der erfindungsgemäßen Kupferlegierung
zur Verwendung als Material für einen Synchronring
der Erfindung sowohl hohe Festigkeit, als auch hohe
Zähigkeit haben und hohe Verschleißfestigkeit und hohen
Reibungskoeffizient besitzen. Andererseits sind die Vergleichsproben
Nr. 1 bis 27, welche die erfindungsgemäße Definition
im Hinblick auf die Menge eines oder mehrerer
Element-Bestandteile nicht erfüllen, den erfindungsgemäßen
Proben im Hinblick auf eine oder mehr der obenerwähnten
Eigenschaften unterlegen.
Schmelzen mit der in Tabelle 3 angegebenen Zusammensetzung
wurden unter Wiederholung der in Beispiel 1 beschriebenen
Verfahrensweise hergestellt. Aus diesen Schmelzen wurden
wie in Beispiel 1 Teststücke hergestellt und diese der in Beispiel
1 beschriebenen Wärmebehandlung unterworfen. Auf
diese Weise wurden die erfindungsgemäßen Proben 190 bis
219 einer Kupferlegierung zur Verwendung für einen Synchronring
gemäß der Erfindung sowie die Vergleichsproben
Nr. 28 bis 41 erhalten. Die Vergleichsproben wichen im
Hinblick auf die Menge eines oder mehrerer der die Bestandteile
bildenden Elemente von der erfindungsgemäßen
Definition ab, wobei die Abweichungen in Tabelle 3 mit
einem Stern markiert sind.
Um die Festigkeit der Legierungen zu prüfen, wurden die
Proben Nr. 190 bis 219 und die Vergleichsproben Nr. 28 bis
41 einer Messung der Zugfestigkeit unterworfen. Zur
Prüfung der Zähigkeit der Legierungen wurden die Charpy-
Schlagfestigkeit und die Dehnung aller Proben gemessen.
Darüber hinaus wurden die Proben zur Prüfung der Verschleißfestigkeit
und der Synchroneigenschaften gegenüber
einem Gegenstück dem Stab-Verschleißtest unter folgenden
Bedingungen unterworfen:
Probe:Stab mit einem Durchmesser
von 3 mm
Gegenstück:Gekohlter, gehärteter Stahl
(JIS SCM 420 mit HRC von 61,5)
Öl:Getriebeöl Nr. 90
Öltemperatur:70°C
Reibungsgeschwindigkeit:3 m/s
Druck:80 bar (kg/cm²)
Gleitstrecke:1,5 km
Bei dem Stab-Verschleißtest wurde die Menge des spezifischen
Verschleißes gemessen. Außerdem wurden die Reibungskoeffizienten
aus den Daten errechnet, die mit Hilfe eines
Drehkraft-Meßgeräts erhalten wurden. Die Ergebnisse aller
Messungen sind in Tabelle 4 zusammengefaßt.
Die in Tabelle 4 zusammengefaßten Ergebnisse zeigen, daß
die erfindungsgemäßen Proben 190 bis 219 der Kupferlegierung
zur Verwendung als Material für einen Synchronisationsring
gemäß der Erfindung sowohl hohe Festigkeit,
also auch hohe Zähigkeit besitzen und gleichzeitig große
Verschleißfestigkeit und hohen Reibungskoeffizienten zeigen.
Andererseits sind die Vergleichsproben Nr. 28 bis 41,
die im Hinblick auf die Menge eines oder mehrerer der die
Bestandteile bildenden Elemente nicht unter die Erfindung
fallen, den erfindungsgemäßen Proben im Hinblick auf
eine oder mehrere der oben erwähnten Eigenschaften unterlegen.
Wie vorstehend erläutert wurde, hat ein Synchronring, der
aus der erfindungsgemäßen Kupferlegierung hergestellt ist,
hohe Zähigkeit und Festigkeit und zeigt hohe Verschleißfestigkeit
und einen hohen Reibungskoeffizienten. Durch
Anwendung eines erfindungsgemäßen Synchronrings ist es
daher möglich, einen Automobil-Geschwindigkeitsregler herzustellen,
der geringere Größe und geringeres Gewicht hat
und trotzdem höhere Ausgangsleistung zeigt.
Claims (18)
1. Verschleißfeste Kupferlegierung mit hoher Festigkeit
und Zähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung
17 bis 40 Gew.-% Zn, 2 bis 11 Gew.-% Al, 50 bis 3000 ppm
Sauerstoff, sowie 0,1 bis 3,5 Gew.-% mindestens eines der
Elemente Ti, Zr und V und mindestens ein Wahl-Element,
welches unter 0 bis 3 Gew.-% mindestens eines der Elemente
Fe, Ni und Co, 0 bis 0,3 Gew.-% mindestens eines der
Elemente P, Mg und Ca, 0 bis 2,5 Gew.-% Sn, 0 bis 0,5
Gew.-% Si, 0 bis 4 Gew.-% Mn und 0 bis 1,5 Gew.-% Pb
ausgewählt ist, und zum restlichen Anteil Cu und zufällige
Verunreinigungen enthält und eine Struktur aufweist, in
der intermetallische Verbindungen und Oxide gleichförmig
in einer Matrix dispergiert sind.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie mindestens eines der Elemente Fe, Ni und Co
in einer Menge von 0,02 bis 3 Gew.-% enthält.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie mindestens eines der Elemente P, Mg und
Ca in einer Menge von 0,003 bis 0,3 Gew.-% enthält.
4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß sie Sn in einer Menge von 0,05
bis 2,5 Gew.-% und Si in einer Menge von 0,005 bis 0,5
Gew.-% enthält.
5. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß sie Mn in einer Menge von 0,1
bis 4 Gew.-% enthält.
6. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sie Pb in einer Menge von 0,05
bis 1,5 Gew.-% enthält.
7. Verschleißfeste Kupferlegierung mit hoher Festigkeit
und Zähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung
17 bis 40 Gew.-% Zn, 2 bis 11 Gew.-% Al, 0,5 bis
6 Gew.-% Mn, 0,1 bis 2 Gew.-% Si, 0,1 bis 3 Gew.-%
mindestens eines der Elemente Fe, Ni und Co, 0,003 bis
0,3 Gew.-% mindestens eines der Elemente P, Mg und Ca,
30 bis 1000 ppm Sauerstoff und mindestens ein Wahl-
Element, das unter 0 bis 1 Gew.-% Cr und 0 bis 2 Gew.-%
mindestens eines der Elemente Pb und Sn ausgewählt ist,
und zum restlichen Anteil Cu und zufällige Verunreinigungen
enthält und eine Struktur aufweist, in der
intermetallische Verbindungen und Oxide gleichförmig in
einer Matrix dispergiert sind.
8. Legierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß sie Cr in einer Menge von 0,05 bis 1 Gew.-% enthält.
9. Legierung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß sie mindestens eines der Elemente Pb
und Sn in einer Menge von 0,05 bis 2 Gew.-% enthält.
10. Synchronring aus einer verschleißfesten Kupferlegierung
mit hoher Festigkeit und Zähigkeit, dadurch
gekennzeichnet, daß die Legierung 17 bis 40 Gew.-% Zn, 2
bis 11 Gew.-% Al, 50 bis 3000 ppm Sauerstoff, sowie 0,1
bis 3,5 Gew.-% mindestens eines der Elemente Ti, Zr und V
und mindestens ein Wahl-Element, welches unter 0 bis
3 Gew.-% mindestens eines der Elemente Fe, Ni und Co,
0 bis 0,3 Gew.-% mindestens eines der Elemente P, Mg und
Ca, 0 bis 2,5 Gew.-% Sn, 0 bis 0,5 Gew.-% Si, 0 bis
4 Gew.-% Mn und 0 bis 1,5 Gew.-% Pb ausgewählt ist, und
zum restlichen Anteil Cu und zufällige Verunreinigungen
enthält und daß die Legierung eine Struktur aufweist, in
der intermetallische Verbindungen und Oxide gleichförmig
in einer Matrix dispergiert sind.
11. Synchronring nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung mindestens eines der Elemente Fe,
Ni und Co in einer Menge von 0,02 bis 3 Gew.-% enthält.
12. Synchronring nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Legierung mindestens eines der
Elemente P, Mg und Ca in einer Menge von 0,003 bis 0,3
Gew.-% enthält.
13. Synchronring nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Legierung Sn in einer Menge
von 0,05 bis 2,5 Gew.-% und Si in einer Menge von 0,005
bis 0,5 Gew.-% enthält.
14. Synchronring nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Legierung Mn in einer Menge
von 0,1 bis 4 Gew.-% enthält.
15. Synchronring nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Legierung Pb in einer Menge
von 0,05 bis 1,5 Gew.-% enthält.
16. Synchronring aus einer verschleißfesten Kupferlegierung
mit hoher Festigkeit und Zähigkeit, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung 17 bis 40 Gew.-% Zn, 2 bis 11
Gew.-% Al, 0,5 bis 6 Gew.-% Mn, 0,1 bis 2 Gew.-% Si, 0,1
bis 3 Gew.-% mindestens eines der Elemente Fe, Ni und Co,
0,003 bis 0,3 Gew.-% mindestens eines der Elemente P, Mg
und Ca, 30 bis 1000 ppm Sauerstoff und mindestens ein
Wahl-Element, das unter 0 bis 1 Gew.-% Cr und 0 bis
2 Gew.-% mindestens eines der Elemente Pb und Sn
ausgewählt ist, und zum restlichen Anteil Cu und zufällige
Verunreinigungen enthält und daß die Legierung eine
Struktur aufweist, in der intermetallische Verbindungen
und Oxide gleichförmig in einer Matrix dispergiert sind.
17. Synchronring nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Legierung Cr in einer Menge von
0,05 bis 1 Gew.-% enthält.
18. Synchronring nach Anspruch 16 oder 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Legierung mindestens eines der
Elemente Pb und Sn in einer Menge von 0,05 bis 2 Gew.-%
enthält.
Applications Claiming Priority (7)
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