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Formstücke aus Bronze hoher Gleitfähigkeit Zusatz zum Patent ;o4 398
Den Gegenstand des Hauptpatents 704 398 bildet ein Verfahren zur Herstellung von
Formstücken aus Kupfer-Zinn-Legierungen mit einem Zinngehalt zwischen 6 und 14"/"
und einem Gehalt über o,x °%; vorzugsweise o,2 bis 0,4% Phosphor, der durch Silicium,
Bor oder Beryllium ersetzt sein kann, vorzugsweise aus einer Legierung von etwa
g1,2 0/0 Cu, etwa 8,5 0% Sn und :etwa 0,3 % P, welches im Wesen darin besteht.daß
aus diesen Bronzen erzeugte Gußformlinge nach einem Vorglühen bei Temperaturen unter
700° C, zwedkmäßig .bei etwa 6oo° C, einer mäßigen,, allenfalls unter Zwischenglühun.gen
wiederholten Verformung durch Stauchen unterworfen werden, wobei der Stauchvorgang
als Kaltverformung oder Warmverformung durchgeführt werden kann, und daß hierauf
die endgültige Formgebung .durch Schmieden bewirkt wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft Formstücke aus Kupfer-Zinn-Legierungen
(Bronze), die hinsichtlich der Festigkeit den bekannten Schmiedebronzen gleichkommen,
sie aber an Gleitfähigkeit und. somit an Verschleißfestigkeit übertreffen und in
dieser Hinsicht den .gezogenen Bronzerohren gleichkommen und nacl derri' Verfahren
des Hauptpatents erhalten werden können.
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Die Formstücke aus Bronze gemäß .der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus Kupfer-Zinn-Legierungen mit einem Zinngehalt zwischen 6. und f40% und
einem Gehalt über o,1 0% Phosphor oder gleichwirkenden Zusatzstoffen bestehen, ein
homogenes, aus a-Mischkristallen bestehendes Gefüge besitzen und gekrümmte, vorzugsweise
sich im Raume kreuzende Fließlinien aufweisen, welche um im Innern des Formstückes
gedachte Zentren herumgelagert sind. Der Werkstoff der Formstücke gemäß der Erfindung
besteht aus Kupfer-Zinn-Legierungen der oben angegegebenen Zusammensetzung, die
von allen die Gleitfähigkeit beeinträchtigenden Elementen, wie Zink, Eisen, Blei,
Aluminium, ferner Alkali- oder Erdalkalimetallen frei sind. Der Gehalt an Phosphor,
der vorzugsweise zwischen o,2 und 0,4 % beträgt, kann durch die bleichwirkenden
Elemente Silicium, Bor oder Beryllium ersetzt sein.. Das Gefüge des feitigen
Werksdickes
besteht im wesentlichen ans einheitlichen 2-Mischkristallen, indem die geringen
Mengen von Phosphor oder gleichwirkenden Zusatzstoffen gelöst sind oder sich an
den Korngrenzen befinden. Den.dritisclie' Deltakristalle sowie Zinn und Phosphor
in hoher Konzentration enthaltende Eutektoitle sind im kristallograpltischen Gefüge
der Formtücke nicht vorhanden.
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Forinstiicke gemäß der Erfindung sind vor allein als abnutzungsfrei
arbeitende Gleitsteine, Kupplungsteile, Zahnräder, Steuerungsnocken, Pressenntuttern,
Spurlinsen. kurz als Formteile, die gleitender Bewegung unter den höchsten Drücken
selbst bei mangelhafter Schmierung ausgesetzt sind, anwendbar. Besonders bewährt
haben sich für alle Zwecke Formstücke, die aus der Legierung von9r,ao,@" Cu, 8,5
0% Sn und 0,3 ojo P bestehen. Zahnräder können auch aus einer Bronze von
12 bis 13 ofo Sn, °.-a bis o,4oVo P, Rest Cu bestehen, wogegen beispielsweise
Gleitstücke fürWerkzeugmaschinen. insbesondereSchnellliobler, aus einer Legierung
mit einem Zinngehalt von nur ; °l, bestehen können. In der Zeichnung sind einige
Formstücke gemäß der Erfindung dargestellt. Es handelt sich um Schmiedestücke ans
einer Legieiung von 9t,2 0fo Cu, 8,5o% Sn und 0,3 0%o P, finit einem homogenen
Gefüge (2-Struktur). Der Verlauf der Fließlinien des Materials, der in an sich bekannter
Weise durch Hochglanzpolitur einer Schnittfläche und nachfolgende Ätzen der Oberfläche
sichtbar gemacht werden kann, ist. durch Linienzüge wiedergegeben. Um den Lauf der
Fließlinien leichter erkennbar zu machen, sind die Schnittflächen der Formstücke
nicht schraffiert worden. In allen Figuren zeigt der Pfeil die Richtung der Kraft
an, welche die Materialverschiebung im letzten Arbeitsgang des Schmiedens der Formstücke
bewirkt hat.
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Fig. i zeigt einen zylindrischen Formkörper aus Bronze im Längsschnitt.
Die Fließlinien sind um das Zentrum A herum gelagert.
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Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch einen Radkörper dar. Die Zentren,
um die die Fließlinien verlaufen, sind mit A und B bezeichnet.
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Fig.3 zeigt eine Druckscheibe im Querschnitt. Die Fließlinien sind
um die Zentren A und A' herum gelagert.
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In den Fig. q. und 5 ist ein Mitnehinerstück im Schnitt nach den Linien
IV-IV und V-V der Fig.6 und in Fig.6 in Draufsicht dargestellt. Die Zentren der
Fließlinien sind mit A und B bezeichnet.
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Die Fig.7 und 8 zeigen Schnitte durch einen Steuernocken nach den
Linien VII-V11 und VIII-VIII der Fig. 9, in der der Steuernocken in Draufsicht dargestellt
ist. Die Fließlinien verlaufen in Elen, dargestellten Schnitten um die Zentren _-1
und B.
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Diese Zentren, die, wie aus der Darstellung ersichtlich ist, nicht
mit dem geometrischen `Mittelpunkt eines geschlossenen Linsenzuges zusammenfallen
müssen, zeigen die Stellen an, an welchen der Werkstoff der Formstücke im Zuge der
Herstellung durch Schiniedung ein 'Minimum an Verformung erlitten hat. Die Stellen
geringster '-Materialverschiebung liegen innerhalb der geschmiedeten Formstücke.
Mit freiem -'luge sind diese Steilen geringster 'Materialverschiebung (Zentren)
am geschliffenen und geritzten Stück :n der Riegel dadurch kenntlich, daß an diesen
Stellen die Kristalle am regelmäßigsten liegen. nicht gestreckt sind und größer
aussehen als die übrigen Kristalle, wogegen die Stellen starleer Materialverschiebung
durch ihren Glanz, der je nach dein Lichteinfall stärker oder schwächer sein 'kann,
von den Stellen geringster Materialverschiebung mit freiem Auge unterschieden werden
können. Diese sind mikroskopisch dadurch feststellbar, daß die Kristalle an diesen
Stellen keine durch das Fließen des Materials bewirkten Gestaltsänderungen oder
solche. verglichen finit den übrigen Stellen. nur in geringstem Maße zeigen.
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Die Herstellung der Formstücke, welche den Gegenstand der Erfiiidung
bilden, kann nach dem Verfahren des Hauptpatents 704 398 wie folgt durchgeführt
werden: Ausgegangen wird von in bekannter Weise, vorzugsweise durch Kokillenguß,
erhaltenen Gußformlingen feinkörniger Struktur, die durch thermische und mechanische
Bearbeitung homogenisiert werden, bis das Gefüge a-Struktur aufweist, also bis die
dendritischen Deltakristalle sowie die Zinn und Phosphor in hoher Konzentration
enthaltenden Eutektoide im wesentlichen gelö$t sind. Diese thermische und mechanische
Behandlung besteht darin, daß die Gußformlinge nach einem Vorglühen bei Temperaturen
unter 700° C, zweckmäßig bei etwa 6oo° C, einer mäßigen, allenfalls unter Zwischenglühungen
wiederholten Verformung durch Stauchen in verschiedener Richtung unterworfen werden,
wobei der Stauchvorgang als , Kaltverformung oder Warenverformung durchgeführt werden
kann, und daß hierauf die endgültige Formgebung durch Schmieden bewirkt wird. Die
Glühdauer ist dadurch bestimmt, daß die für den Gußzustand typischen Inseln der
Sn- und P-reichen Eutektoide zum Verschwinden gebracht werden sollen; sie kann bis
zur voll'komminen Auflösung des Gußgefüges fortgesetzt werden, doch ist es nicht
erforderlich, schon im Vorgliihprozeß
eine vollständige Lösung der
dendritischen Deltakristalle und der Eutektoide Herbeizuführen, wenn die Möglichkeit
vorliegt, die Auflösung im Zuge der weiteren Verarbeitung fortzusetzen und zu Ende
zu führen. Die mechanische Bearbeitung erfolgt durch Stauchen unter dem Hammer oder
in der Presse, so daß also bei der Verformung eine Materialverschiebung senkrecht
zur Kraftrichtung bewirkt wird. Durch das Stauchen in verschiedener Richtung wird
die '.L\Taterialverschiebung bewirkt, die zur Ausbildung der gekrümmten, im Raum
sich kreuzenden Fließlinien führt, die im wesentlichen :uin im Innern des Werkstückes
gedachte Zentren herum gelagert sind. Eine Verformung um 5 bis 35'/o, vorzugsweise
8 bis 20 % Höhenabnahme beim Stauchen ist zweckmäßig. Es empfiehlt sich, sowohl
den Glühprozeß als auch die Stauchung in mehreren Stufen in der Art durchzuführen,
daß auf einen Glühvorgang ein Staucliungsvorgang, hierauf ein neuerlicher Glühvorgang
folgt, wobei derartige Teilvorgänge auch noch weiter wiederholt werden können, bis
der gewünschte Grad von Feinkörnigkeit und Homogenität erzielt ist. Das in dieser
Weise durch thermische und eine spezifische mechanische Bearbeitung vorbereitete
Material kann im kalten Zustande ausgeschmiedet werden, wobei in einem Arbeitsgang
Verformungen bis zu 9o °/o erzielt werden können. - Das Ausschmieden der Stücke
kann nicht nur als Kaltverformung bei Temperaturen bis etwa 300° C ausgeführt werden,
sondern ebenso wie die mechanische Vorbehandlung kann die endgültige Formgebung
durch Schmieden auch bei Temperaturen über 300° C vorgenommen werden. Die Schmiedung
zur Formgebung läßt sich auf ein Minimum, im Grenzfall auf einen einzigen Arbeitsgang,
beschränken, wenn durch das Vorverfahren Korngröße und kristallographische Homogenität
bereits in befriedigendem Ausmaße erzielt wurden. Man kann aber auch beim Formschmieden
in mehreren Arbeitsgängen mit Zwischenglühungenverfahren. Das Formschmieden in mehreren
Arbeitsgängen kann auch in der Weise ausgeführtwerden, daß mindestens in einem Arbeitsgang
eine Warmschmiedung erfolgt und der letzte Arbeitsgang als Kaltschmieden ausgeführt
wird.