DEP0053822DA - Copper alloys - Google Patents
Copper alloysInfo
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Description
Zinnhaltige Kupferlegierungen mit einem Zinngehalt bis etwa 20% Zinn sind als Zinnbronzen, Rotguß und Sonderbronzen bekannt und werden in der Technik zu den verschiedensten Zwecken benutzt. So bestehen beispielsweise Spurlager, Verschleißplatten, Schieberspiegel und Glocken aus Gußbronze 20, also aus einer Bronze mit 20% Zinn; hoch beanspruchte Lagerschalen, Räder und hydraulische Apparate für Hochdruck bestehen aus Gußbronze 14, Teile zur allgemeinen Verwendung im Maschinen-, Armaturen- und Apparatebau aus Gußbronze 10, Drähte, Bleche und Bänder aus Walzbronze 6. Die als Rotguß 10 bekannte Kupferlegierung mit 10% Zinn und 4% Zink findet allgemeine Verwendung im Maschinen-, Armaturen- und Apparatebau, sowie für Rohrleitungsteile. Rotguß 9 bestehend aus 85% Kupfer, 9% Zinn und 6% Zink wird als Lager für Eisenbahnzwecke und als Werkstoff für Armaturen benutzt. Aus Rotguß 8, 5 und 4, also aus Legierungen mit einem Zusatz von 3 bzw. 1% Blei, werden blank bearbeitete Maschinenarmaturen, Rohrflansche und andere hart zu lötende Teile hergestellt. Bleizinnbronzen mit einem Gehalt an 86% Kupfer, 10% Zinn und 4% Blei oder mit einem Gehalt an 80% Kupfer, 8% Zinn und 12% Blei werden als Sonderbronzen für Lager von Warmwalzwerken, elektrischen Maschinen bzw. für Lager mit hohem Flächendruck verwendet, wie sie bei Kaltwalzwerken auftreten.Tin-containing copper alloys with a tin content of up to about 20% tin are known as tin bronzes, gunmetal and special bronzes and are used in industry for a wide variety of purposes. For example, there are thrust bearings, wear plates, slide plates and bells made of cast bronze 20, that is to say of a bronze with 20% tin; Highly stressed bearing shells, wheels and hydraulic apparatus for high pressure consist of cast bronze 14, parts for general use in machine, valve and apparatus construction made of cast bronze 10, wires, sheets and strips of rolled bronze 6. The copper alloy known as gunmetal 10 with 10% tin and 4% zinc is generally used in machine, valve and apparatus construction, as well as for pipeline components. Gunmetal 9 consisting of 85% copper, 9% tin and 6% zinc is used as a bearing for railroad purposes and as a material for fittings. Gunmetal 8, 5 and 4, i.e. alloys with an addition of 3 or 1% lead, are used to make machine fittings, pipe flanges and other hard-soldered parts. Tin lead bronzes with a content of 86% copper, 10% tin and 4% lead or with a content of 80% copper, 8% tin and 12% lead are used as special bronzes for bearings in hot rolling mills, electrical machines or for bearings with high surface pressure as they occur in cold rolling mills.
Wegen des Zinnmangels können nun diese verschiedensten Armaturen und Geräteteile nicht mehr in dem erforderlichen Maß hergestellt werden. Die Technik hat sich daher schon lange darum bemüht, Austauschwerkstoffe zu finden, welche die gleichen Eigenschaften wie die zinnhaltigen Bronzen und Rotgußlegierungen haben.Because of the tin shortage, these various fittings and device parts can no longer be manufactured to the required extent. Technology has long tried to find substitute materials that have the same properties as tin-containing bronzes and gunmetal alloys.
Als Austauschwerkstoffe für diese Zwecke hat man bisher Sondermessinge SoMs 70 mit 68 bis 71% Kupfer, (0,5 bis 3,7% Al + Mn + Fe), 0,3 bis 0,7% Silizium, bis 0,5% Nickel, Rest Zink fürSo far, special brasses SoMs 70 with 68 to 71% copper, (0.5 to 3.7% Al + Mn + Fe), 0.3 to 0.7% silicon, up to 0.5% nickel have been used as replacement materials for this purpose , Balance zinc for
Bleche und Bänder verwendet.Sheets and strips used.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Werkstoffe aus zinnfreien Kupferlegierungen zu schaffen, welche die hohe Festigkeit und Härte der Guß- und Sonderbronzen, sowie von Rotguß haben.The invention has set itself the task of creating materials from tin-free copper alloys, which have the high strength and hardness of cast and special bronzes, as well as gunmetal.
Sie geht davon aus, daß sich die Härte und Festigkeit von Legierungen mit Kupfer, Eisen und Phosphor, die härter und fester als Kupfer sind, durch Abschrecken und Anlassen vergüten, also beträchtlich steigern lassen. Sie ergibt eine Eisen-Phosphor-Kupferlegierung, die 2,45% Eisen und 0,45% Phosphor enthält, nach heißem Walzen und Ausglühen eine Brinellhärte von etwa 67 bzw. 70 und nach dem Kaltwalzen eine Härte von etwa 100.It is based on the assumption that the hardness and strength of alloys with copper, iron and phosphorus, which are harder and stronger than copper, can be tempered and thus increased considerably by quenching and tempering. It gives an iron-phosphorus-copper alloy containing 2.45% iron and 0.45% phosphorus, a Brinell hardness of about 67 and 70 after hot rolling and annealing, and a hardness of about 100 after cold rolling.
Es ist ferner bekannt, daß sich Eisen-Kupfer-Legierungen mit einem Zusatz an Phosphor, der höher ist als der zur Bildung von Eisenphosphid (Fe(sub)3P) erforderliche, mit Sicherheit vergüten lassen. So hat man bei einer Legierung von etwa 0,5% Eisen und 0,25% Phosphor nach dem Vergüten des Gußstücks eine Festigkeit von 28 kg/qmm und eine Härte von etwa 72 erhalten. Es ist aber bisher nicht bekannt, daß sich die Härte und Festigkeit dieser zinnfreien Legierungen noch durch den Zusatz von geeigneten Stoffen ohne Beeinträchtigung der Gießfähigkeit steigern lassen.It is also known that iron-copper alloys with an addition of phosphorus that is higher than that required for the formation of iron phosphide (Fe (sub) 3P) can be treated with certainty. For example, with an alloy of about 0.5% iron and 0.25% phosphorus, after quenching and tempering the casting, a strength of 28 kg / sq.mm and a hardness of about 72 were obtained. However, it is not yet known that the hardness and strength of these tin-free alloys can be increased by adding suitable substances without impairing the castability.
Die ERfindung löst die Aufgabe mit Legierungen folgender Zusammensetzung:The invention solves the problem with alloys of the following composition:
0,5 bis 12% Eisenphosphid0.5 to 12% iron phosphide
0,01 bis 0,15% Phosphor0.01 to 0.15% phosphorus
0,2 bis 8% eines oder mehrerer der Elemente Silizium, Mangan, Zink oder Aluminium0.2 to 8% of one or more of the elements silicon, manganese, zinc or aluminum
Rest KupferRemainder copper
Es werden also den bekannten Kupfer-Eisen-Phosphor-Legierungen solche Stoffe wie Silizium und/oder Mangan usw. zugesetzt, welche die Festigkeit und Härte der Ausgangslegierung erhöhen, ohne dadurch deren Gießfähigkeit wesentlich zu beeinträchtigen. Diese Legierungen sind als Gußlegierungen besonders geeignet, wenn es sich darum handelt, eine hohe Festigkeit und Härte zu erzielen. So ergibt eine Gußlegierung mitThus, substances such as silicon and / or manganese etc. are added to the known copper-iron-phosphorus alloys, which increase the strength and hardness of the starting alloy without significantly impairing its castability. These alloys are particularly suitable as casting alloys when the aim is to achieve high strength and hardness. So results in a cast alloy with
4% Eisenphosphid4% iron phosphide
0,5% Phosphor0.5% phosphorus
8% Silizium8% silicon
Rest KupferRemainder copper
neben hervorragender Dünnflüssigkeit eine Härte von 180 Brinell. Die Legierung ist also beispielsweise zum Gießen von Glocken vorzüglich geeignet. Die Eigenschaft der Vergütbarkeit läßt den Werkstoff den gewünschten Bedingungen durch die Vergütungsbehandlung anpassen.In addition to an excellent thin liquid, a hardness of 180 Brinell. The alloy is therefore eminently suitable, for example, for casting bells. The property of being quenched and tempered allows the material to be adapted to the desired conditions through the quenching and tempering treatment.
Wird der Gehalt der oben angegebenen Legierungskomponenten in den angegebenen Legierungen ermäßigt, so sind die Legierungen als Walzlegierungen geeignet. Diese Legierungen liegen im Bereich folgender Zusammensetzung:If the content of the alloy components specified above is reduced in the specified alloys, the alloys are suitable as rolled alloys. These alloys have the following composition:
0,5 bis 8% Eisenphosphid0.5 to 8% iron phosphide
0 bis 0,15% Phosphor0 to 0.15% phosphorus
bis 7% eines oder mehrerer der Elemente Silizium, Mangan, Zink oder Aluminiumup to 7% of one or more of the elements silicon, manganese, zinc or aluminum
Rest KupferRemainder copper
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken sind als Walzlegierungen auch die vergütbaren Eisenphosphid-Kupfer-Legierungen ohne den Zusatz der die Härte steigernden Stoffe wie Silizium usw. geeignet, die im Gußzustand eine große Härte, insbesondere eine Härte über 75 haben. Denn sie lassen sich einwandfrei warm und dann kalt verformen. Durch Anlassen nach der Kaltverformung kann die Härte auf gewünschte Härtegrade eingestellt werden, wie das nachstehende Ausführungsbeispiel zeigt:According to a further idea of the invention, the heat treatable iron phosphide-copper alloys are also suitable as rolled alloys without the addition of hardness-increasing substances such as silicon etc. Because they can be deformed perfectly warm and then cold. The hardness can be adjusted to the desired degree of hardness by tempering after cold forming, as the following example shows:
Als Austauschwerkstoff für WBz 6 wurde folgende Legierung hergestellt:The following alloy was produced as a replacement material for WBz 6:
4% Eisenphosphid4% iron phosphide
0,1% Phosphor0.1% phosphorus
Rest KupferRemainder copper
Sie hat im Gußzustand eine Brinellhärte von 96. Diese Legierung läßt sich warm und kalt pressen und ergab folgende Härten in Abhängigkeit von der Kaltbearbeitung:In the as-cast state it has a Brinell hardness of 96. This alloy can be hot and cold pressed and resulted in the following hardnesses depending on the cold working:
Will man höhere Härten erzielen, so ist eine entsprechende Menge an Silizium einzulegieren. So erbrachte eine Legierung:If you want to achieve higher levels of hardness, a corresponding amount of silicon must be alloyed. This is how an alloy yielded:
4% Eisenphosphid4% iron phosphide
3% Silizium3% silicon
Rest KupferRemainder copper
eine Härte von 120 Brinell im Guß- und ausgeglühten Zustand.a hardness of 120 Brinell in the cast and annealed condition.
Durch Kaltbearbeitung steigt die Härte etwa auf das Doppelte. Damit erreicht man praktisch alle jene Eigenschaften, die Festigkeit und Federqualität, wie sie die Zinnbronzen WBz 6 bis 9 aufweisen.Cold working increases the hardness roughly twice. This achieves practically all of the properties, strength and spring quality that tin bronzes WBz 6 to 9 have.
Legierungen, wie z.B. die der Zusammensetzung 2% Eisenphosphid, 0,1% Phosphor, Rest Kupfer, erzielen bereits im ungeglühten Zustand eine Härte von 86 Brinell. Durch Anlassen auf 440° läßt sich die Härte auf 98 Brinell steigern. Die Legierungen sind also wie die normalen Zinnbronzen in etwa gleicher Weise durch Abschrecken und Anlassen vergütungsfähig, wobei Brinellanstiege bis zu 25 Einheiten durch Vergütungen erreicht wurden.Alloys, such as those with the composition 2% iron phosphide, 0.1% phosphorus, the remainder copper, achieve a hardness of 86 Brinell even in the unannealed state. The hardness can be increased to 98 Brinell by tempering to 440 °. Like normal tin bronzes, the alloys can be tempered in roughly the same way by quenching and tempering, with Brinell increases of up to 25 units being achieved through tempering.
Auch kann die Härte der siliziumfreien Legierungen durch Zugabe von freiem Phosphor von 0,5% um weitere 10% gesteigert werden. Die Walzlegierungen sind auch als Münzbronze-Legierungen verwendbar.The hardness of the silicon-free alloys can also be increased by a further 10% by adding free phosphorus of 0.5%. The rolled alloys can also be used as coin bronze alloys.
Die Sonderbronzen für Lager liegen im Bereich folgender Zusammensetzung:The special bronzes for bearings are in the range of the following composition:
0,5 bis 16% Eisenphosphid0.5 to 16% iron phosphide
0,2 bis 8% Silizium0.2 to 8% silicon
0,5 bis 12% Blei0.5 to 12% lead
0,01 bis 0,5% Phosphor0.01 to 0.5% phosphorus
Rest KupferRemainder copper
Beispiel: 5% Eisenphosphid, 2,5% Blei, 0,3% Phosphor, Rest Kupfer, als Lager für elektrische Maschinen.Example: 5% iron phosphide, 2.5% lead, 0.3% phosphorus, the remainder copper, as bearings for electrical machines.
In geeigneten Schmelzöfen lassen sich die Legierungen leicht herstellen. Der Zusatz an Eisenphosphid erfolgt am besten durch entsprechende Einlegierungen eines abgestimmten Eisen-Phosphor-Pulver-Gemisches. Die Schmelzen sind leicht und sauber vergießbar, da sie sehr dünnflüssig sind.The alloys can easily be produced in suitable melting furnaces. The best way to add iron phosphide is to use appropriate alloys of a balanced iron-phosphorus powder mixture. The melts can be poured easily and cleanly because they are very thin.
So kann man starke Drahtbarren (100 mm) für das Drahtwarmwalzwerk in normalen oder Kühlkokillen erstellen oder noch besser im Stranggußverfahren gießen. Im Walzwerk werden die Drahtbarren bei Temperaturen von 800 bis 950°, vornehmlich beiSo you can create strong wire bars (100 mm) for the hot wire rolling mill in normal or cooling molds or, even better, cast in the continuous casting process. In the rolling mill, the wire bars are at temperatures of 800 to 950 °, primarily at
870°, direkt auf 6 mm verwalzt. Desgleichen sind die Legierungen auf der Strangpresse warm zu Stangen und Profilen, z.B. zur Herstellung von Lagerschalen, verarbeitbar.870 °, rolled directly to 6 mm. The alloys can also be processed warm on the extrusion press to produce bars and profiles, e.g. for the production of bearing shells.
Der Korrosionswiderstand der siliziumfreien Legierungen ist fast so groß, wie der Korrosionswiderstand der WBz 6-Bronze. Die siliziumhaltigen Legierungen zeigen gegenüber Säuren einen noch höheren Widerstand.The corrosion resistance of the silicon-free alloys is almost as great as the corrosion resistance of the WBz 6 bronze. The silicon-containing alloys show an even higher resistance to acids.
Diese Legierungen, insbesondere Walzlegierung, bieten gegenüber den zinnhaltigen Bronzelegierungen des DIN-Blattes 1705 folgende Vorteile:These alloys, especially rolled alloys, offer the following advantages over the tin-containing bronze alloys of DIN sheet 1705:
1. Die zinnfreien Legierungen sind sehr preiswert.1. The tin-free alloys are very inexpensive.
2. Die Walzlegierungen können war verarbeitet werden (die zinnhaltigen Legierungen gestatten eine Warmverformung nicht).2. The rolled alloys can be processed (the alloys containing tin do not allow hot working).
3. Die Gefügeausbildung der Legierungen und die Vergütbarkeit ist den Zinnbronzen praktisch identisch, so daß durch Vergütungen ebenfalls Spitzenwerte für die Federqualitäten erzielt werden können.3. The structure of the alloys and the heat treatment properties are practically identical to those of tin bronzes, so that top values for the spring qualities can also be achieved by means of heat treatment.
4. Bei den Zinnlegierungen müssen die Abfälle entsprechend ihren Zusammensetzungen getrennt gelagert werden, um eine spätere Wiederaufarbeitung rentabel durchzuführen. Die Rückstände der zinnfreien Legierungen lassen sich aber leicht durch Einschmelzen im Raffinierofen in reinstes Kupfer zurückverwandeln. Eine Trennung der einzelnen Sorten entfällt.4. In the case of tin alloys, the waste must be stored separately according to its composition so that subsequent reprocessing can be carried out profitably. The residues of the tin-free alloys can easily be converted back into the purest copper by melting them down in the refining furnace. There is no separation of the individual types.
5. Die Knetlegierungen sind für den Ersatz von Phosphorbronze-Webedrähten, Antennendrähten, Siebdrähten, Federn, Gongstäbe, Achsen für Wassermesser, Druckknopffedern, Brillenstangen und Einlagefedern, Bürstendrähte, Bandagen, Metallschläuche, Schalterfedern etc. besonders geeignet.5. The wrought alloys are particularly suitable for replacing phosphor bronze weaving wires, antenna wires, sieve wires, springs, gong sticks, axes for water knives, push button springs, glasses rods and insert springs, brush wires, bandages, metal hoses, switch springs, etc.
Claims (6)
Family
ID=
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