DE69832097T2

DE69832097T2 - Bleifreie automatenkupferlegierung

Info

Publication number: DE69832097T2
Application number: DE69832097T
Authority: DE
Inventors: Keiichiro Oishi
Original assignee: Sambo Copper Alloy Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JP2000119775A; EP1600517A2; DE69838115T2; EP1600516A3; EP1600516B1; WO2000022182A1; CA2314144C; DE69838115D1; EP1600515A3; CA2314144A1; KR20010033073A; AU1054199A; DE69832097D1; EP1600515B1; EP1600516A2; JP3734372B2; DE69839830D1; DE69840585D1; EP1600517A3; EP1045041A4

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft bleifreie Automatenkupferlegierungen.
2. Stand der Technik
Zu den gut zu bearbeitenden Kupferlegierungen zählen Bronzelegierungen, wie beispielsweise die nach der JIS-Norm mit H5111 BC6 bezeichnete Legierung, oder Messinglegierungen wie die nach der JIS-Norm mit H3250-C3604 und C3771 bezeichneten Legierungen. Diese Legierungen werden hinsichtlich ihrer Bearbeitbarkeit durch Zusatz von 1,0 bis 6,0 Gewichtsprozent Blei optimiert und weisen eine für die Industrie zufrieden stellende Bearbeitbarkeit auf. Aufgrund ihrer hervorragenden Bearbeitbarkeit haben sich diese Kupferlegierungen zu einem wichtigen Grundmaterial für die Herstellung einer Reihe von Produkten, wie beispielsweise von Wasserhähnen, Metallarmaturen und -Ventilen für die Wasserzufuhr und den Wasserabfluss entwickelt.
In den letzten Jahren wurde die Verwendung von Blei-Mischlegierungen jedoch stark reduziert, da das darin enthaltene Blei ein für den Menschen schädlicher Umweltschadstoff ist. Schließlich sind die Blei enthaltenden Legierungen gesundheitsschädigend und stellen eine Gefahr für die Umwelt dar, da sich das Blei im Metalldampf befindet, der während der Herstellungsschritte derartiger Legierungen bei hohen Temperaturen entsteht, wie beispielsweise beim Schmelzen und Gießen, und es bestehen weiterhin Bedenken, dass das in den Metallarmaturen und Hähnen von Wassersystemen befindliche Blei ins Trinkwasser übergeht.
Aus diesen Gründen sind die Vereinigten Staaten sowie andere entwickelte Länder in den letzten Jahren dazu übergegangen, die Standards für Blei enthaltende Kupferlegierungen zu verschärfen, um den zulässigen Anteil an Blei in Kupferlegierungen drastisch zu verringern. Auch in Japan wurde die Verwendung von Blei enthaltenden Legierungen zunehmend eingeschränkt und es besteht eine steigende Nachfrage nach der Entwicklung von Automatenkupferlegierungen mit geringem Bleigehalt.
Das US-Patent 1 954 003 offenbart einen Schalenhart- oder Druckguss einer Legierung, die aus folgenden Teilen besteht: zwischen 65 % und 94 % Kupfer, zwischen 2 % und 6 % Silicium, zwischen 3 % und 28 % Zink und ein nennenswerter Anteil an Aluminium von nicht mehr als 2 %.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine bleifreie Kupferlegierung anzugeben, die zwar nicht das die Bearbeitbarkeit verbessernde Element Blei enthält, aber dennoch über eine hervorragende Bearbeitbarkeit verfügt und als sicherer Ersatz für eine herkömmliche Automatenkupferlegierung mit hohem Bleigehalt eingesetzt werden kann, die Umwelt- und Hygieneprobleme mit sich bringt, wodurch die Wiederverwertung von Spänen ohne Probleme ermöglicht ist, und somit eine zeitgemäße Antwort auf den steigenden Bedarf an Produkten mit verringertem Bleigehalt gegeben wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine bleifreie Kupferlegierung anzugeben, die zuhöchst korrosionsresistent ist sowie über eine hervorragende Bearbeitbarkeit verfügt und sich als Grundmaterial für Schneid-, Schmied- und Gussarbeiten und dergleichen eignet, was der Legierung einen hohen praktischen Wert verleiht. Zu den Schneid-, Schmied- und Gussarbeiten und dergleichen zählen Wasserhähne, Metallarmaturen für die Wasserzufuhr, den Wasserablauf, Ventile, Schlaucharmaturen, Heißwasserzufuhrrohrarmaturen, Schacht- und Wärmetauscherteile.
Weiterhin ist es ein Ziel der Erfindung, eine bleifreie Kupferlegierung anzugeben, die eine hohe Festigkeit und Abnutzungsresistenz sowie Bearbeitbarkeit aufweist, wobei sie sich als Grundmaterial zum Herstellen von Schneid-, Schmied- und Gussarbeiten und dergleichen eignet, welche einer hohen Festigkeit und Abnutzungsresistenz bedürfen, wie beispielsweise Lager, Bolzen, Muttern, Buchsen, Getriebe, Nähmaschinen und Teile von Hydrauliksystemen, wodurch der Legierung ein hoher praktischer Wert verliehen ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine bleifreie Kupferlegierung anzugeben, die eine hervorragende Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen sowie Bearbeitbarkeit hat, wobei sie sich als Grundmaterial zum Herstellen von Schneid-, Schmied- und Gussarbeiten und dergleichen eignet, bei denen eine starke Oxidationsresistenz äußerst wichtig ist, wie beispielsweise bei Düsen für Kerosin und Gasheizungen, Brennerköpfen und Gasdüsen für Heißwasserspender, wodurch der Legierung ein hoher praktischer Wert verliehen ist.
Die den vorliegenden Erfindungen zugrunde liegenden Ziele werden erreicht durch Angabe der folgenden Kupferlegierungen gemäß Anspruch 1.
In der Matrix bildet Blei keine feste Lösung sondern dispergiert in körniger Form, wodurch die Bearbeitbarkeit verbessert ist. Silicium verbessert die Schneideeigenschaften, indem es in der Metallstruktur eine Gammaphase (in manchen Fällen eine Kappaphase) produziert. Somit haben beide Elemente gemeinsam, dass sie die Bearbeitbarkeit verbessern, obgleich sie sich in ihrem Beitrag zu den Eigenschaften der Legierung sehr unterscheiden. Diesem Wissen Rechnung tragend wird der ersten erfindungsgemäßen Legierung anstelle von Blei Silicium zugeführt, um eine von der Industrie geforderte gute Bearbeitbarkeit zu erzielen. Somit verfügt die erste erfindungsgemäße Legierung über eine verbesserte Bearbeitbarkeit durch das Bilden einer Gammaphase durch Zuführen von Silicium.
Bei Zugabe von weniger als 2,0 Gewichtsprozent Silicium kann keine Gammaphase gebildet werden, die ausreichend wäre, um ein für die Industrie zufrieden stellendes Ergebnis hinsichtlich der Bearbeitbarkeit zu erzielen. Mit erhöhter Zugabe von Silicium ist eine verbesserte Bearbeitbarkeit erreicht. Ab einem Anteil von mehr als 4,0 Gewichtsprozent Silicium verbessert sich die Bearbeitbarkeit allerdings nicht mehr proportional. Das Problem ist jedoch, dass Silicium einen hohen Schmelzpunkt und ein geringes spezifisches Gewicht hat und auch oxidationsempfindlich ist. Wenn beim Schmelzen der Legierung einzig Silicium in Form einer einfachen Substanz in einen Ofen gegeben wird, wird das Silicium auf dem geschmolzenen Metall schwimmen und zu Oxiden von Silicium oder zu Silicium-Oxid oxidieren, wodurch die Produktion einer siliciumhaltigen Kupferlegierung problematisch ist. Beim Herstellen eines Gussblocks aus einer siliciumhaltigen Kupferlegierung wird Silicium daher meist in der Form einer Cu-Si-Legierung zugeführt, was zu erhöhten Herstellungskosten führt. Auch hinsichtlich der Kosten zur Herstellung der Legierung ist es nicht wünschenswert, Silicium in einer Menge über dem Sättigungspunkt beizufügen, an dem die verbesserte Bearbeitbarkeit abflacht – 4,0 Gewichtsprozent. Ein Experiment hat gezeigt, dass, wenn Silicium in einer Menge von 2,0 bis 4,0 Gewichtsprozent zugeführt wird, es wünschenswert ist, den Kupfergehalt bei 69 bis 79 Gewichtsprozent zu halten, wobei die Relation zum Zinkgehalt berücksichtigt ist, um die intrinsischen Eigenschaften der Cu-Zn-Legierung zu erhalten. Die Zugabe von Silicium verbessert nicht nur die Bearbeitbarkeit sondern auch die Fließeigenschaften des Schmelzmetalls beim Gießen, die Festigkeit, die Abnutzungsresistenz, die Resistenz gegenüber Spannungsrisskorrosion (engl.: stress corrosion cracking), die Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen. Aber auch die Formbarkeit und Entzinkungsresistenz wird zu einem gewissen Grad erhöht.
Die optionalen Elemente Bismut, Tellur und Selen bilden ebenso wie Blei keine feste Lösung in der Matrix, sondern dispergieren in körniger Form, womit die Bearbeitbarkeit verbessert wird durch einen Mechanismus, der sich von dem bei Silicium auftretenden Mechanismus unterscheidet. Somit kann durch die Zugabe dieser Elemente zusammen mit Silicium die Bearbeitbarkeit in noch höherem Maße verbessert werden als durch das Zufügen von Silicium allein erreicht wird. Durch Zugabe von Bismut, Tellur oder Selen zusätzlich zu Silicium wird eine so gute Bearbeitbarkeit erzielt, dass komplizierte Formen mit hoher Geschwindigkeit frei geschnitten werden können. Es kann jedoch keine verbesserte Bearbeitbarkeit erzielt werden, wenn Bismut, Tellur oder Selen in einer Menge unter 0,02 Gewichtsprozent zugeführt werden. Weiterhin sind diese Elemente im Vergleich zu Kupfer recht teuer. Wenn auch nur über 0,4 Gewichtsprozent hinzugefügt werden, ist die Verbesserung der Bearbeitbarkeit proportional so gering, dass eine Zugabe über dieser Menge sich wirtschaftlich gesehen nicht auszahlt. Darüber hinaus verschlechtert sich die Legierung bei einer Zugabe über 0,4 Gewichtsprozent hinsichtlich der Bearbeitbarkeit unter Hitzeeinwirkung, wie beispielsweise beim Schmieden, und im kalten Zustand, wie beispielsweise beim Formen. Es könnte zwar angenommen werden, dass Schwermetalle wie Bismut ähnliche Probleme wie Blei verursachen, jedoch ist eine Zugabe in sehr geringer Menge von weniger als 0,4 Gewichtsprozent vernachlässigbar und stellt kein größeres Problem dar. Aus diesen Erwägungen heraus wird die Zugabe von Bismut, Tellur oder Selen bei 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent gehalten. Die Zugabe dieser Elemente, welche die Bearbeitbarkeit der Kupferlegierung wie oben erwähnt durch einen Mechanismus verbessern, der sich von dem bei Silicium auftretenden Mechanismus unterscheidet, würde den geeigneten Gehalt an Kupfer und Silicium nicht betreffen.
Auch Aluminium führt effektiv die Bildung der Gammaphase herbei. Die Zugabe von Aluminium gemeinsam mit Zinn oder anstelle von Zinn könnte die Bearbeitbarkeit des Cu-Si-Zn weiter verbessern. Aluminium verbessert ebenfalls effektiv die Festigkeit, Abnutzungsresistenz und Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen, sowie die Bearbeitbarkeit, und hält das spezifische Gewicht niedrig. Soll die Bearbeitbarkeit überhaupt verbessert werden, muss mindestens 1,0 Gewichtsprozent Aluminium zugegeben werden. Doch die Zugabe von über 3,5 Gewichtsprozent führt vermutlich keine proportionalen Ergebnisse herbei. Vielmehr könnte die Formbarkeit beeinflusst werden, wie es bei Aluminium der Fall ist.
Phosphor hat keine die Gammaphase bildende Eigenschaft, wie sie Zinn und Aluminium haben. Doch bewirkt Phosphor, dass die Gammaphase einheitlich dispergiert und verteilt wird, die sich als Ergebnis der Zugabe von Silicium allein oder mit Zinn oder Aluminium oder mit beiden gebildet hat. Auf diese Weise wird die Verbesserung der Bearbeitbarkeit durch die Bildung der Gammaphase weiter vorangetrieben. Zusätzlich zum Dispergieren der Gammaphase hilft Phosphor beim Verfeinern der Kristallkörner in der Alphaphase in der Matrix, wobei Formbarkeit unter Hitzeeinwirkung, Festigkeit und Resistenz gegenüber Spannungsrisskorrosion verbessert werden. Weiterhin verbessert Phosphor die Fließeigenschaften des Schmelzmetalls beim Gießen beträchtlich. Um solche Ergebnisse zu erzielen, muss Phosphor in einer Menge zugegeben werden, die nicht geringer ist als 0,02 Gewichtsprozent. Übersteigt die Zugabe jedoch 0,25 Gewichtsprozent, kann kein proportionaler Effekt erzielt werden. Vielmehr würde die Warmschmiedeeigenschaft und Extrudierbarkeit sinken.
Wie oben beschrieben dispergiert Phosphor die Gammaphase einheitlich und verfeinert zugleich die Kristallkörner in der Alphaphase in der Matrix, wodurch eine verbesserte Bearbeitbarkeit erzielt ist und auch die Korrosionsresistenz (Entzinkungsresistenz und Resistenz gegenüber Erosionskorrosion), die Schmiedbarkeit, die Resistenz gegenüber Spannungsrisskorrosion und die mechanische Festigkeit erhöht wird. Durch Zugabe von Phosphor in sehr geringen Mengen, d. h. 0,02 oder mehr Gewichtsprozent, können Ergebnisse erzielt werden. Doch durch Zugabe von mehr als 0,25 Gewichtsprozent ist kein proportionales Ergebnis zu erzielen. Statt dessen sinken die Schmiedbarkeit und Extrudierbarkeit.
Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass Aluminium und Phosphor helfen, die Alphaphase in der Matrix zu verstärken, wodurch die Festigkeit, die Abnutzungsresistenz und auch die Bearbeitbarkeit verbessert werden. Phosphor dispergiert die Alpha- und Gammaphasen, durch welche die Festigkeit, die Abnutzungsresistenz und auch die Bearbeitbarkeit verbessert werden.
Eine bleifreie Automatenkupferlegierung ebenfalls mit hervorragender Bearbeitbarkeit verbunden mit einer guten Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen, die zusammengesetzt ist aus 69 bis 79 Gewichtsprozent Kupfer; 2,0 bis 4,0 Gewichtsprozent Silicium; 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent Aluminium; 0,02 bis 0,25 Gewichtsprozent Phosphor; und die übrigen Gewichtsprozent Zink. Diese Kupferlegierung wird im Folgenden als „neunte erfindungsgemäße Legierung" bezeichnet.
Aluminium ist ein Element, das die Festigkeit, Bearbeitbarkeit, und die Abnutzungsresistenz sowie die Oxidationsresidenz bei hohen Temperaturen verbessert. Auch durch die Eigenschaften von Silicium wird, wie oben erwähnt, die Bearbeitbarkeit, die Festigkeit, die Abnutzungsresistenz und die Resistenz gegenüber Spannungsrisskorrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen verbessert. Aluminium trägt zusammen mit Silicium dazu bei, die Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen zu verbessern, wenn Aluminium zu keinem geringeren Anteil als 0,1 Gewichtsprozent zugegeben ist. Doch selbst wenn über 1,5 Gewichtsprozent Aluminium zugegeben werden, sind keine proportionalen Ergebnisse zu erwarten. Daher wird die Zugabe von Aluminium auf 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent festgelegt.
Es wird Phosphor zugegeben, um die Fließeigenschaften des Schmelzmetalls beim Gießen zu verbessern. Phosphor dient auch dazu, zusätzlich zu den verbesserten Fließeigenschaften des Schmelzmetalls die zuvor genannten Eigenschaften Bearbeitbarkeit, Entzinkungsresistenz und auch Oxidation bei hohen Temperaturen zu verbessern. Diese Wirkung ist zu beobachten, wenn Phosphor in einer Menge von nicht weniger als 0,02 Gewichtsprozent zugefügt wird. Wenn Phosphor jedoch in einer Menge über 0,25 Gewichtsprozent zugeben wird, ist kein proportionaler Anstieg dieser Wirkung festzustellen. Daher wird die Zugabe von Phosphor auf 0,02 bis 0,25 Gewichtsprozent festgelegt.
Während Silicium zugefügt wird, um die oben erwähnte Bearbeitbarkeit zu verbessern, kann dieses Element auch die Fließeigenschaften des Schmelzmetalls beim Gießen steigern. Die Wirkung von Silicium beim Steigern der Fließeigenschaften des Schmelzmetalls zeigt sich, wenn es in einer Menge von nicht weniger als 2,0 Gewichtsprozent zugegeben wird. Die Zugabemenge von Silicium zur Verbesserung der Fließeigenschaften des Schmelzmetalls liegt über der Menge zum Verbessern der Bearbeitbarkeit. In Anbetracht dessen wird die Zugabe von Silicium auf 2,0 bis 4,0 Gewichtsprozent festgelegt.
Eine bleifreie Automatenkupferlegierung ebenfalls mit hervorragender Bearbeitbarkeit und einer guten Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen, die zusammengesetzt ist aus 69 bis 79 Gewichtsprozent Kupfer; 2,0 bis 4,0 Gewichtsprozent Silicium; 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent Aluminium; 0,02 bis 0,25 Gewichtsprozent Phosphor; mindestens ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Chrom und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Titan; und die übrigen Gewichtsprozent Zink. Diese Kupferlegierung wird im Folgenden als „zehnte erfindungsgemäße Legierung" bezeichnet.
Die Zugabe von Chrom und Titan dient der Verbesserung der Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen. Besonders gute Ergebnisse werden hierbei erzielt, wenn diese Elemente mit Aluminium gemischt werden, um einen Synergieeffekt zu erzielen. Solche Ergebnisse sind zu beobachten, wenn die Zugabe 0,02 Gewichtsprozent oder mehr beträgt, ungeachtet dessen, ob das jeweilige Element allein oder in Kombination verwendet wird. Der Sättigungspunkt liegt bei 0,4 Gewichtsprozent. In Anbetracht dieser Beobachtungen enthält die zehnte erfindungsgemäße Legierung zusätzlich zu den Komponenten der neunten erfindungsgemäßen Legierung mindestens ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Chrom und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Titan, wodurch sie eine Verbesserung gegenüber der neunten erfindungsgemäßen Legierung hinsichtlich der Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen darstellt.
Eine bleifreie Automatenkupferlegierung ebenfalls mit hervorragender Bearbeitbarkeit und einer guten Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen, die zusammengesetzt ist aus 69 bis 79 Gewichtsprozent Kupfer; 2,0 bis 4,0 Gewichtsprozent Silicium; 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent Aluminium; 0,02 bis 0,25 Gewichtsprozent Phosphor; mindestens ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Bismut, 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Tellur und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Selen; und die übrigen Gewichtsprozent Zink. Diese Kupferlegierung wird im Folgenden als „elfte erfindungsgemäße Legierung" bezeichnet.
Die elfte erfindungsgemäße Legierung enthält zusätzlich zu den Komponenten der neunten erfindungsgemäßen Legierung mindestens ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Bismut und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Tellur und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Selen. Während eine gleich hohe Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen wie bei der neunten erfindungsgemäßen Legierung sichergestellt ist, ist die elfte erfindungsgemäße Legierung hinsichtlich der Bearbeitbarkeit verbessert durch die Zugabe von mindestens einem Element ausgewählt aus Bismut oder anderen Elementen, die beim Erzielen einer verbesserten Bearbeitbarkeit effektiv sind durch einen Mechanismus, der sich von dem bei Silicium auftretenden Mechanismus unterscheidet.
Eine bleifreie Automatenkupferlegierung ebenfalls mit hervorragender Bearbeitbarkeit und einer guten Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen, die zusammengesetzt ist aus 69 bis 79 Gewichtsprozent Kupfer; 2,0 bis 4,0 Gewichtsprozent Silicium; 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent Aluminium; 0,02 bis 0,25 Gewichtsprozent Phosphor; mindestens ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Chrom und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Titan; mindestens ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Bismut, 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Tellur und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Selen; und die übrigen Gewichtsprozent Zink. Diese Kupferlegierung wird im Folgenden als „zwölfte erfindungsgemäße Legierung" bezeichnet.
Die zwölfte erfindungsgemäße Legierung enthält zusätzlich zu den Komponenten der zehnten erfindungsgemäßen Legierung mindestens ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Bismut, 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Tellur und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Selen. Während eine gleich hohe Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen wie bei der zehnten erfindungsgemäßen Legierung sichergestellt ist, ist die zwölfte erfindungsgemäße Legierung hinsichtlich der Bearbeitbarkeit verbessert durch die Zugabe von mindestens einem Element ausgewählt aus Bismut oder anderen Elementen, die beim Erzielen einer verbesserten Bearbeitbarkeit effektiv sind durch einen Mechanismus, der sich von dem bei Silicium auftretenden Mechanismus unterscheidet.
Eine weiterhin verbesserte Bearbeitbarkeit wird erzielt, indem eine der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Legierungen 30 Minuten bis 5 Stunden lang einer Hitzebehandlung bei 400 °C bis 600 °C unterzogen wird.
Die erfindungsgemäßen Legierungen enthalten die Bearbeitbarkeit verbessernde Elemente, wie beispielsweise Silicium, und haben aufgrund der Zugabe derartiger Elemente eine hervorragende Bearbeitbarkeit. Von diesen erfindungsgemäßen Legierungen können diejenigen Legierungen mit einem hohen Kupfergehalt, die große Anteile anderer Phasen enthalten, vornehmlich Kappaphasen und ferner Alpha-, Beta-, Gamma- und Deltaphasen, ihre Bearbeitbarkeit durch eine Hitzebehandlung noch verbessern. Bei der Hitzebehandlung wird aus der Kappa- eine Gammaphase. Die Gammaphase wird fein dispergiert und abgeschieden, wodurch die Bearbeitbarkeit weiter verbessert wird. Die Legierungen mit einem hohen Kupfergehalt haben eine hohe Formbarkeit der Matrix und eine niedrige absolute Menge der Gammaphase, weshalb sie eine hervorragende Formbarkeit bei Kälte (engt.: cold workability) haben. Doch falls Kaltverformungen wie Abdichten und Schneiden erforderlich sind, ist die oben genannte Wärmebehandlung sehr nützlich. Anders ausgedrückt, durchlaufen jene erfindungsgemäßen Legierungen, die einen hohen Kupfergehalt aufweisen und in geringen Mengen Gammaphasen und in hohen Mengen Kappaphasen haben (im Folgenden als „Legierung mit hohem Kupfergehalt" bezeichnet), bei einer Hitzebehandlung einen Wechsel von der Kappa- zur Gammaphase. Im Ergebnis wird die Gammaphase fein dispergiert und abgeschieden und die Bearbeitbarkeit verbessert. Beim Herstellungsprozess von Gussstücken, Streckmetallen und Heiß-Schmiedstücken werden die Materialien in der Praxis oft druckluftgekühlt oder wassergekühlt in Abhängigkeit von den Schmiedebedingungen und der Produktivität nach der Hitzebehandlung (Extrusion unter Hitzeeinwirkung, Heißschmieden etc.), der Arbeitsumgebung und anderen Faktoren. In derartigen Fällen haben von den erfindungsgemäßen Legierungen jene mit einem geringen Kupfergehalt (im Folgenden als „Legierung mit geringem Kupfergehalt" bezeichnet) eine recht geringe Gammaphase und eine Betaphase. Bei einer Hitzebehandlung wird die Betaphase in eine Gammaphase umgewandelt und die Gammaphase wird fein dispergiert und abgeschieden, wobei sich die Bearbeitbarkeit verbessert. Experimente haben gezeigt, dass eine Hitzebehandlung bei solchen Legierungen mit hohem Kupfergehalt besonders effektiv ist, in denen das Mischverhältnis von Kupfer und Silicium gegenüber anderen Zusatzelementen (ausgenommen Zink) A folgendermaßen lautet: 67 ≤ Cu – 3Si + aA; oder bei solchen Legierungen mit geringem Kupfergehalt, in denen die Zusammensetzung lautet: 64 ≥ Cu – 3Si + aA. Es wird deutlich, dass a ein Koeffizient ist. Dieser Koeffizient ist je nach dem Zusatzelement A unterschiedlich. Bei Zinn beispielsweise ist a –0,5; bei Aluminium –2; bei Phosphor –3; bei Antimon 0; bei Arsen 0; bei Mangan +2,5 und bei Nickel +2,5.
Eine Hitzebehandlung bei weniger als 400 °C ist weder ökonomisch noch praktisch, da die zuvor beschriebene Phasenumwandlung langsam voran geht und viel Zeit benötigt wird. Bei Temperaturen über 600 steigt die Kappaphase jedoch an oder die Betaphase erscheint, so dass hinsichtlich der Bearbeitbarkeit kein ver bessertes Ergebnis erzielt wird. Aus praktischer Sicht ist es daher wünschenswert, die Hitzebehandlung 30 Minuten bis 5 Stunden lang bei 400 bis 600 C durchzuführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt Perspektivansichten des Schneidabfalls, der beim Schneiden eines runden Kupferlegierungsblocks in einer Drehbank gebildet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Beispiel 1
Als erste Beispielsreihe wurden zylindrische Gussblöcke mit den in den Tabellen 1 bis 35 gezeigten Zusammensetzungen und jeweils mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von 150 mm bei 750 °C zu einem runden Block mit einem Außendurchmesser von 15 mm extrudiert, um die folgenden Teststücke zu bilden: erste Legierungen Nr. 1001 bis 1008, zweite Legierungen Nr. 2001 bis 2011, dritte Legierungen Nr. 3001 bis 3012, vierte Legierungen Nr. 4001 bis 4049, fünfte Legierungen Nr. 5001 bis 5020, sechste Legierungen Nr. 6001 bis 6105, siebte Legierungen Nr. 7001 bis 7030, achte Legierungen Nr. 8001 bis 8147, neunte erfindungsgemäße Legierungen Nr. 9001 bis 9005, zehnte erfindungsgemäße Legierungen Nr. 10001 bis 10008, elfte erfindungsgemäße Legierungen Nr. 11001 bis 11007 und zwölfte erfindungsgemäße Legierungen Nr. 12001 bis 12021. Ferner wurden zylindrische Gussblöcke mit den in Tabelle 36 angegebenen Zusammensetzungen und einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von 150 mm bei 750 °C zu einem runden Block mit 15 mm Außendurchmesser extrudiert, um die folgenden Teststücke zu bilden: dreizehnte Legierungen Nr. 13001 bis 13006. Das bedeutet, Nr. 13001 ist ein Legierungsteststück, das durch 30-minütige Hitzebehandlung bei 580 °C eines extrudierten Teststücks mit derselben Zusammensetzung wie die erste Legierung Nr. 1005 erzielt ist. Nr. 13002 ist ein Legierungsteststück, das durch zweistündige Hitzebehandlung bei 450 °C eines extrudierten Teststücks mit derselben Zusammensetzung wie Nr. 13001 erzielt ist. Nr. 13003 ist ein Legierungsteststück, das wie im Falle der Legierung Nr. 13001 durch 30-minütige Hitzebehandlung bei 580 °C eines extrudierten Teststücks mit derselben Zusammensetzung wie die erste Legierung Nr. 1007 erzielt ist. Nr. 13004 ist ein Legierungsteststück, das wie im Falle der Legierung Nr. 13002 durch zweistündige Hitzebehandlung bei 450 °C eines extrudierten Teststücks mit derselben Zusammensetzung wie Nr. 13007 erzielt ist. Nr. 13005 ist ein Legierungsteststück, das wie im Falle der Legierung Nr. 13001 durch 30-minütige Hitzebehandlung bei 580 °C eines extrudierten Teststücks mit derselben Zusammensetzung wie die erste Legierung Nr. 1008 erzielt ist. Nr. 13006 ist ein Legierungsteststück, das wie im Falle der Legierung Nr. 13002 durch zweistündige Hitzebehandlung bei 450 °C eines extrudierten Teststücks mit derselben Zusammensetzung wie Nr. 1008 erzielt ist.
Als Vergleichsbeispiele wurden zylindrische Gussblöcke mit den in Tabelle 37 dargestellten Zusammensetzungen und einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von 150 mm derart unter Hitzeeinwirkung bei 750 C zu einem runden Block mit einem Außendurchmesser von 15 mm extrudiert, dass sie die folgenden runden extrudierten Teststücke lieferten: Nr. 14001 bis 14006 (im Folgenden als „herkömmliche Legierungen" bezeichnet). Nr. 14001 entspricht der Legierung „JIS C 3604", Nr. 14002 der Legierung „CDA C 36000", No. 14003 der Legierung „JIS C 3771" und Nr. 14004 der Legierung „CDA C 69800". Nr. 14005 entspricht der Legierung „JIS C 6191". Diese Aluminiumbronze ist hinsichtlich ihrer Festigkeit und Abnutzungsresistenz die beste unter den gestreckten Kupferlegierungen der JIS-Norm. Nr. 14006 entspricht der Marinemessinglegierung „JIS C 4622" und ist hinsichtlich ihrer Korrosionsresistenz die beste unter den JIS-Legierungen.
Um die Bearbeitbarkeit der Legierungen im Vergleich zu den herkömmlichen Legierungen zu testen, wurden Schnitttests durchgeführt. In den Tests wurden Wertungen auf der Basis der Schneidkraft, des Zustands der Späne, der Schnittoberfläche abgegeben.
Die Tests wurden wie folgt durchgeführt: Das extrudierte Teststück wurde in einer an einem spitz zulaufenden, geraden Drehmeißel montierten Drehbank (engt.: lathe mounted with a point noise straight tool) an der Umfangsfläche mit einem Spanwinkel von –8 Grad und einer Schneidegeschwindigkeit von 50 Meter/Minute, einer Schneidetiefe von 1,5 mm und einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,11 mm/rev. geschnitten. Die von einem an dem Werkzeug montierten Dreikomponenten-Dynamometer abgegebenen Signale wurden in elektrische Spannungssignale umgewandelt und in einem Aufzeichnungselement aufgezeichnet. Ausgehend von den Signalen wurde sodann der Schneidewiderstand berechnet. Es sei darauf hin gewiesen, dass zwar, um genau zu sein, die quantitative Beschaffenheit des Schneidewiderstands anhand von drei Komponenten – Schneidkraft, Vorschubkraft und Schubkraft – betrachtet werden sollte, die Beurteilung im vorliegenden Beispiel jedoch auf der Basis der Schneidkraft (N) dieser drei Komponenten gemacht wurde. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 38 bis 66 dargestellt.
Weiterhin wurden die beim Schneiden entstehenden Späne untersucht und, wie in 1 dargestellt, in vier Formen (A) bis (D) eingeteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 38 bis Tabelle 66 aufgelistet. In dieser Hinsicht sind die Späne in Form einer Spirale mit drei oder mehr Windungen wie in (D) der 1 schwer zu verarbeiten, d. h. zur Rückgewinnung oder Wiederverwertung einzusetzen, und können beim Schneidevorgang hinderlich sein, wenn sie sich beispielsweise in dem Werkzeug verfangen oder die Oberfläche des geschnittenen Metalls beschädigen. Späne in Form eines Bogens mit einer halben Windung zu einer Spirale mit etwa zwei Windungen, wie in (C) der 1 dargestellt, verursachen keine derart gravierenden Probleme wie die Späne in Form einer Spirale mit drei oder mehr Windungen, sind aber dennoch nicht leicht zu beseitigen und können sich in dem Werkzeug verfangen oder die Oberfläche des geschnittenen Metalls beschädigen. Im Gegensatz hierzu verursachen Späne in Form von feinen Nadeln, wie in (A) der 1 dargestellt, oder in Form von Bögen, wie in (B) dargestellt, keine der soeben genannten Probleme und sind nicht voluminös wie die Späne aus (C) und (D) und leicht zu verarbeiten. Dennoch können feine Späne wie jene in (A) in die Gleitoberflächen des Bearbeitungswerkzeugs, wie beispielsweise einer Drehbank, eindringen und mechanische Probleme verursachen, oder sie können in dem Finger, dem Auge oder anderen Körperteilen des Arbeiters stecken bleiben. In Anbetracht dessen ist es angemessen, die Späne aus (B) als die besten anzusehen, und die Späne aus (A) als die zweitbesten. Diejenigen aus (C) und (D) sind keine guten Späne. In den Tabellen 38 bis 66 sind die beurteilten Späne, die in (B), (A), (C) und (D) dargestellt sind, jeweils mit den Symbolen „⌾", „❍", „∆" und „x" bezeichnet.
Weiterhin wurde die Oberflächenbeschaffenheit des geschnittenen Metalls nach dem Schneiden überprüft. Die Ergebnisse hierzu sind in den Tabellen 38 bis 66 dargestellt. In diesem Zusammenhang ist die für gewöhnlich verwendete Basis zur Angabe der Oberflächenrauhigkeit die maximale Rauhigkeit (Rmax). Während die Anforderungen je nach Anwendungsbereich der Messingartikel unterschiedlich sind, werden Legierungen mit Rmax < 10 Mikronen allgemein als hervorragend in ihrer Bearbeitbarkeit angesehen. Legierungen mit 10 Mikronen ≤ Rmax < 15 Mikronen werden als industriell akzeptabel angesehen, während Legierungen mit Rmax ≥ 15 Mikronen als schlecht zu bearbeiten angesehen werden. (n den Tabellen 38 bis 65 sind die Legierungen mit < 10 Mikronen mit „❍" gekennzeichnet, diejenigen mit 10 Mikronen ≤ Rmax < 15 Mikronen mit „Δ" und die Legierungen mit Rmax ≥ 15 Mikronen sind mit einem Symbol „x" dargestellt.
Wie sich aus den Ergebnissen der in den Tabellen 38 bis 66 gezeigten Schneidetests ergibt, entsprechen die folgenden Legierungen in ihrer Bearbeitbarkeit allesamt den herkömmlichen bleihaltigen Legierungen Nr. 14001 bis 14003: die ersten Legierungen Nr. 1001 bis 1008, die zweiten Legierungen Nr. 2001 bis 2011, die dritten Legierungen Nr. 3001 bis 3012, die vierten Legierungen Nr. 4001 bis 4049, die fünften Legierungen Nr. 5001 bis 5020, die sechsten Legierungen Nr. 6001 bis 6105, die siebten Legierungen Nr. 7001 bis 7030, die achten Legierungen Nr. 8001 bis 8147, die neunten erfindungsgemäßen Legierungen Nr. 9001 bis 9005, die zehnten erfindungsgemäßen Legierungen Nr. 10001 bis 10008, die elften erfindungsgemäßen Legierungen Nr. 11001 bis 11007 und die zwölften erfindungsgemäßen Legierungen 12001 bis 12021. Insbesondere im Hinblick auf die Bildung der Späne sind diese erfindungsgemäßen Legierungen nicht nur gegenüber den herkömmlichen Legierungen Nr. 14004 bis 14006 mit einem Bleigehalt von nicht über 0,1 Gewichtsprozent, sondern auch gegenüber den Legierungen Nr. 14001 bis 14003, die große Mengen Blei beinhalten, zu bevorzugen.
Es ist auch festzustellen, dass, wie aus den Tabellen 38 bis 65 ersichtlich, die dreizehnten Legierungen Nr. 13001 bis 13006 gegenüber der ersten Legierung Nr. 1005, Nr. 1007 und Nr. 1008 mit derselben Zusammensetzung wie die dreizehnten Legierungen eine bessere Bearbeitbarkeit aufweisen. Damit wird bestätigt, dass eine geeignete Hitzebehandlung die Bearbeitbarkeit weiter verbessern könnte.
In einer weiteren Testreihe wurden die ersten bis dreizehnten Legierungen im Vergleich zu den herkömmlichen Legierungen hinsichtlich ihrer Formbarkeit unter Hitzeinwirkung und ihren mechanischen Eigenschaften untersucht. Zu diesem Zweck wurden wie folgt Warmdrucktests und Tests zur Bestimmung der mechanischen Festigkeit durchgeführt.
Zuerst wurden zwei Teststücke, ein erstes und ein zweites Teststück, mit einem gleichen Außendurchmesser von 15 mm und einer Länge von 25 mm aus jedem der zuvor beschriebenen extrudierten Teststücke geschnitten. Bei den Warmdrucktests wurde das erste Teststück 30 Minuten lang einer Temperatur von 700 °C ausgesetzt und sodann 70 Prozent in Achsenrichtung zusammengedrückt, um die Länge von 25 mm auf 7,5 mm zu reduzieren. Die Oberflächenbeschaffenheit nach dem Zusammendrücken (700 °C-Verformbarkeit) wurde visuell ausgewertet. Die Ergebnisse hierzu sind in den Tabellen 38 bis 66 aufgezeigt. Die Auswertung der Verformbarkeit wurde durch visuelle Überprüfung auf Risse an der Seite des Teststücks durchgeführt. In den Tabellen 38 bis 66 sind die Teststücke, bei denen keine Risse festgestellt werden konnten, mit „❍" markiert, diejenigen mit kleinen Rissen mit „∆" und die mit großen Rissen sind anhand des Symbols „x" dargestellt.
Die zweiten Teststücke wurden mittels der allgemein angewandten Testmethode zur Bestimmung der Zugfestigkeit in N/mm² und der Dehnung in % einem Festigkeitstest unterzogen.
Wie die in den Tabellen 38 bis 66 dargestellten Ergebnisse der Wärmedruck- und Festigkeitstests zeigen, wurde bestätigt, dass die ersten bis dreizehnten Legierungen hinsichtlich ihrer Formbarkeit unter Hitzeeinwirkung und ihren mechanischen Eigenschaften gleich oder besser sind als die herkömmlichen Legierungen Nr. 14001 bis 14004 und Nr. 14006 und dass sie für die Verwendung in der Industrie geeignet sind. Insbesondere die siebten und achten Legierungen haben dieselben mechanischen Eigenschaften wie die herkömmliche Legierung Nr. 14005, die Aluminiumbronze, welche von den gestreckten Kupferlegierungen der JIS-Norm die höchste Festigkeit hat, und damit weisen sie verständlicher Weise eine auffallend hohe Festigkeit auf.
Ferner wurden die ersten bis sechsten und neunten bis dreizehnten Legierungen jeweils Tests zur Bestimmung der Entzinkung und der Spannungsrisskorrosion gemäß den Verfahren „ISO 6509" bzw. „JIS H 3250" unterzogen, um die Korrosionsresistenz und die Spannungsrisskorrosionsresistenz im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen zu untersuchen.
Im Entzinkungstest mittels des „ISO 6509"-Verfahrens wurde die jedem extrudierten Teststück entnommene Probe derart in ein Phenolharzmaterial eingebettet, dass ein Teil der Seitenoberfläche der Probe freilag und die freiliegende Oberfläche senkrecht zur Extrusionsrichtung des extrudierten Teststücks verlief. Die O berfläche der Probe wurde mit dem Schmirgelpapier Nr. 1200 poliert und dann einer Ultraschallwäsche in reinem Wasser unterzogen und getrocknet. Die derart behandelte Probe wurde in eine wässrige Lösung eines 12,7 g/l Cuprichlorid-Dihydrats (CuCl₂·2H₂O) 1,0 % getaucht und 24 Stunden lang bei 75 °C stehen gelassen. Die Probe wurde aus der wässrigen Lösung genommen und die maximale Tiefe der Entzinkung wurde bestimmt. Die gemessenen Werte der maximalen Entzinkungstiefe sind in den Tabellen 38 bis 50 und 61 bis 66 wiedergegeben.
Wie den in den Tabellen 38 bis 50 und 61 bis 66 aufgeführten Ergebnissen der Entzinkungstests zu entnehmen ist, haben die ersten bis vierten und die neunten bis dreizehnten Legierungen eine hervorragende Korrosionsresistenz und sind im Vergleich zu den herkömmlichen Legierungen Nr. 14001 bis 14003, die große Mengen Blei enthalten, zu bevorzugen. Es wurde ferner bestätigt, dass insbesondere die fünften und sechsten Legierungen, deren Bearbeitbarkeit und Korrosionsresistenz sich verbessern sollte, sehr korrosionsresistent sind und bezüglich Korrosionsresistenz der herkömmlichen Legierung Nr. 14006 überlegen sind, welche ein Marinemessing ist, das von allen gestreckten Legierungen nach der JIS-Norm die höchste Korrosionsresistenz hat.
Im Spannungsrisskorrosionstest mittels des „JIS N 3250"-Verfahrens wurde aus jedem extrudierten Teststück eine 150 mm lange Probe geschnitten. Die Probe wurde gebogen, wobei der Mittelpunkt derart auf einem bogenförmigen Tester mit einem Radius von 40 mm angeordnet wurde, dass ein Ende gegenüber dem anderen Ende einen Winkel von 45 Grad bildete. Die Testprobe, die so einer inneren Zugspannung ausgesetzt war, wurde entfettet und getrocknet und sodann in einer Ammoniak-Umgebung im Exsikkator mit einer 12,5 %-igen Ammoniaklösung (Ammoniak in einer äquivalenten Menge reinem Wasser) angeordnet. Genau gesagt, wurde die Testprobe etwa 80 mm oberhalb der Fläche des wässrigen Ammoniaks im Exsikkator gehalten. Nachdem die Testprobe zwei Stunden, acht Stunden und 24 Stunden in der Ammoniakumgebung belassen wurde, wurde sie aus dem Exsikkator herausgenommen, in einer 10 %-igen Schwefelsäurelösung gewaschen und unter einem Vergrößerungsglas mit zehnfacher Vergrößerung auf Risse hin untersucht. Die Ergebnisse können den Tabellen 38 bis 50 und 61 bis 66 entnommen werden. In diesen Tabellen sind die Legierungen, die deutliche Risse entwickelten, während sie zwei Stunden lang in die Ammoniakumgebung gehalten wurden, mit „xx" bezeichnet. Die Testproben, die nach Ablauf von zwei Stunden keine Risse hatten, aber nach acht Stunden deutliche Risse aufwiesen, sind mit „x" gekennzeichnet. Die Testproben, die nach acht Stunden keine Risse hatten, aber nach 24 Stunden deutliche Risse aufwiesen, sind mit dem Symbol „∆" gekennzeichnet. Die Teststücke, die auch nach 24 Stunden keinerlei Risse aufwiesen, sind mit dem Symbol „❍" bezeichnet.
Wie die in den Tabellen 38 bis 50 und 61 bis 66 angegeben Ergebnisse des Spannungsrisskorrosionstests zeigen, wurde bestätigt, dass nicht nur die fünften und sechsten Legierungen, deren Bearbeitbarkeit und Korrosionsresistenz sich verbessern sollte, sondern auch die ersten bis vierten Legierungen sowie die neunte und dreizehnte Legierung, an denen nichts Erwähnenswertes zur Verbesserung der Korrosionsresistenz vorgenommen wurde, eine gleiche Spannungsrisskorrosionsresistenz wie die herkömmliche Legierung Nr. 14005, einer Aluminiumbronze ohne Zink, aufwiesen, und dass sie hinsichtlich ihrer Spannungsrisskorrosionsresistenz gegenüber der herkömmlichen Marinemessinglegierung Nr. 14006 überlegen waren, welche unter den gestreckten Kupferlegierungen nach der JIS-Norm die höchste Korrosionsresistenz hat.
Weiterhin wurden Oxidationstests durchgeführt, um die Oxidationsresistenz der neunten bis zwölften erfindungsgemäßen Legierungen im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen zu untersuchen.
Jeweils ein Teststück in Form eines runden Blocks, dessen Oberfläche derart geschnitten wurde, dass er einen Außendurchmesser von 14 mm und eine Länge von 30 mm hat, wurde aus den nachfolgenden extrudierten Teststücken erzeugt: Nr. 9001 bis Nr. 9005, Nr. 10001 bis Nr. 10008, Nr. 11001 bis Nr. 11007, Nr. 12001 bis Nr. 12021 und Nr. 14001 bis Nr. 14006. Jedes Teststück wurde sodann gewogen, um das Gewicht vor der Oxidation zu bestimmen. Daraufhin wurde das Teststück in einen Porzellantiegel gegeben und in einen Elektroofen mit einer Temperatur von 500 °C gehalten. Nach Ablauf von 100 Stunden wurde das Teststück aus dem Elektroofen genommen und gewogen, um das Gewicht nach der Oxidation zu bestimmen. Aus den Messungen vor und nach der Oxidation wurde die durch Oxidation verursachte Gewichtszunahme errechnet. Es versteht sich, dass die durch Oxidation verursachte Gewichtszunahme eine Menge in mg des zusätzlichen Gewichts durch die Oxidation pro 10 cm² der Oberfläche des Teststücks ist und durch die folgende Gleichung errechnet wird: durch Oxidation verursachte Gewichtszunahme, mg/10 cm² = (Gewicht, mg, nach Oxidation – Gewicht, mg, vor Oxidation) × (10 cm²/Oberfläche, cm², des Teststücks). Das Gewicht je des Teststücks war nach der Oxidation erhöht. Diese Zunahme ist auf Oxidation bei hohen Temperaturen zurückzuführen. Unter hohen Temperaturen verbindet sich Sauerstoff mit Kupfer, Zink und Silicium und bildet Cu₂O, ZnO, SiO₂. Dies bedeutet, dass mehr Sauerstoff zu der Gewichtszunahme beiträgt. Es ist somit festzustellen, dass die Legierungen, bei denen eine geringere Gewichtszunahme durch die Oxidation zu verzeichnen ist, eine bessere Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen haben. Die so ermittelten Ergebnisse sind den Tabellen 61 bis 64 und Tabelle 66 zu entnehmen.
Aus den in den Tabellen 61 bis 64 und Tabelle 66 dargestellten Testergebnissen wird deutlich, dass die neunten bis zwölften erfindungsgemäßen Legierungen der herkömmlichen Legierung Nr. 14005, einer Aluminumbronze, die unter den gestreckten Kupferlegierungen nach der JIS-Norm eine sehr gute Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen aufweist, gleichen und sehr viel kleiner sind als andere herkömmliche Kupferlegierungen. Auf diese Weise konnte bestätigt werden, dass die neunten bis zwölften erfindungsgemäßen Legierungen eine hervorragende Bearbeitbarkeit sowie Resistenz gegenüber der Oxidation bei hohen Temperaturen aufweisen.
Beispiel 2
Als zweite Beispielsreihe wurden zylindrische Gussblöcke mit den in den Tabellen 14 bis 31 gezeigten Zusammensetzungen und jeweils mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von 200 mm bei 700 C zu einem runden Block mit einem Außendurchmesser von 35 mm extrudiert, um die folgenden Teststücke zu bilden: siebte Legierungen Nr. 7001a bis 7030a und achte Legierungen Nr. 8001a bis 8147a. Parallel wurden zylindrische Gussblöcke mit den in Tabelle 37 angegebenen Zusammensetzungen und jeweils mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von 200 mm bei 700 C zu einem runden Block mit 35 mm Außendurchmesser extrudiert, um die folgenden Legierungsteststücke zu bilden: Nr. 14001a bis 14006a als zweite Vergleichsbeispiele (im Folgenden als „herkömmliche Legierungen" bezeichnet). Es sei darauf hingewiesen, dass die Legierungen Nr. 7001a bis 7030a, Nr. 8001a bis 8147a und Nr. 14001a bis 14006a jeweils dieselbe Zusammensetzung wie die vorgenannten Kupferlegierungen Nr. 7001 bis 7030, Nr. 8001 bis 8147 bzw. Nr. 14001 bis 14006 haben.
Diese siebten Legierungen Nr. 7001a bis 7030a und achten Legierungen Nr. 8001a bis 8147a wurden hinsichtlich ihrer Abnutzungsresistenz im Vergleich zu den herkömmlichen Legierungen Nr. 14001a bis 14006a Tests unterzogen.
Die Tests wurden auf folgende Weise durchgeführt: Jedes derart gewonnene extrudierte Teststück wurde an der Umfangsfläche geschnitten, ausgehöhlt und auf ein ringförmiges Teststück mit 32 mm Außendurchmesser und 10 mm Dicke (d. h. die Länge in Achsenrichtung) reduziert. Anschließend wurde das Teststück um eine frei drehbare Welle herum angeordnet, und eine parallel zur Achse der Welle angeordnete Rolle mit 48 mm Außendurchmesser wurde unter einem Gewicht von 50 kg gegen das Teststück gedrückt. Die Rolle war aus rostfreiem Stahl entsprechend der JIS-Norm SUS 304 hergestellt. Die SUS 304-Rolle und das mit der Rolle in Dreh-Gleitkontakt gebrachte Teststück wurden sodann mit derselben Rate von Umdrehungen/Minute – 209 U/min – gedreht, wobei Multifunktions-Getriebeöl auf die Umfangsfläche des Teststücks gegeben wurde. Sobald die Umdrehungszahl 100.000 erreichte, wurden die SUS 304-Rolle und das Teststück angehalten, und die Gewichtsdifferenz zwischen Beginn und Ende der Drehungen, also der Gewichtsverlust nach Abnutzung in mg, wurde bestimmt. Es kann gesagt werden, dass die Legierungen mit geringerem Gewichtsverlust durch Abnutzung eine höhere Abnutzungsresistenz haben. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 67 bis 77 dargestellt.
Wie aus den in den Tabellen 67 bis 77 gezeigten Testergebnissen zur Abnutzungsresistenz deutlich wird, zeigten die Tests, dass die siebten Legierungen Nr. 7001a bis 7030a und die achten Legierungen Nr. 8001a bis 8147a eine hervorragende Abnutzungsresistenz aufweisen, und zwar nicht nur im Vergleich mit den herkömmlichen Legierungen Nr. 14001a bis 14004a und 14006a, sondern auch mit Nr. 14005a, einer Aluminiumbronze, die unter den gestreckten Kupferlegierungen nach der JIS-Norm zu den abnutzungsresistentesten gehört. Aus umfassenden Betrachtungen der Testergebnisse einschließlich der Spannungstestergebnisse kann sicher geschlossen werden, dass die siebten und achten Legierungen eine hervorragende Bearbeitbarkeit aufweisen und zudem über höhere Festigkeitseigenschaften und Abnutzungsresistenz verfügen als die Aluminiumbronze, die unter den gestreckten Kupferlegierungen nach der JIS-Norm die höchste Abnutzungsresistenz hat.
Die Legierungen aus den Tabellen 1 bis 31, 36 und 37 entsprechen nicht der vorliegenden Erfindung, mit Ausnahme der Legierungen 4037, 4038 und 4040, welche erfindungsgemäße Legierungen sind. [Tabelle 1]
[Tabelle 2]
[Tabelle 3]
[Tabelle 4]
[Tabelle 5]
[Tabelle 6]
[Tabelle 7]
[Tabelle 8]
[Tabelle 9]
[Tabelle 10]
[Tabelle 11]
[Tabelle 12]
[Tabelle 13]
[Tabelle 14]
[Tabelle 15]
[Tabelle 16]
[Tabelle 17]
[Tabelle 18]
[Tabelle 19]
[Tabelle 20]
[Tabelle 21]
[Tabelle 22]
[Tabelle 23]
[Tabelle 24]
[Tabelle 25]
[Tabelle 26]
[Tabelle 27]
[Tabelle 28]
[Tabelle 29]
[Tabelle 30]
[Tabelle 31]
[Tabelle 32]
[Tabelle 33]
[Tabelle 34]
[Tabelle 35]
[Tabelle 36]
[Tabelle 37]
[Tabelle 38]
[Tabelle 39]
[Tabelle 40]
[Tabelle 41]
[Tabelle 42]
[Tabelle 43]
[Tabelle 44]
[Tabelle 45]
[Tabelle 46]
[Tabelle 47]
[Tabelle 48]
[Tabelle 49]
[Tabelle 50]
[Tabelle 51]
[Tabelle 52]
[Tabelle 53]
[Tabelle 54]
[Tabelle 55]
[Tabelle 56]
[Tabelle 57]
[Tabelle 58]
[Tabelle 59]
[Tabelle 60]

[Tabelle 65]

Claims

Bleifreie Automatenkupferlegierung, umfassend 69 bis 79 Gewichtsprozent Kupfer; 2,0 bis 4,0 Gewichtsprozent Silicium; 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent Aluminium; und 0,02 bis 0,25 Gewichtsprozent Phosphor; und die übrigen Gewichtsprozent Zink, und wobei die Kupferlegierung ferner optional enthält: a) zumindest ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Chrom und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Titan; oder b) zumindest ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Bismut, 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Tellur und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Selen; oder c) zumindest ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Chrom und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Titan; und zumindest ein Element ausgewählt aus 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Bismut, 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Tellur und 0,02 bis 0,4 Gewichtsprozent Selen.
Bleifreie Automatenkupferlegierung nach Anspruch 1, die 30 Minuten bis 5 Stunden lang einer Hitzebehandlung bei 400 bis 600 °C unterzogen wird.