DK161977B

DK161977B - Messinglegering og fremgangsmaade til fremstilling deraf samt legeringens anvendelse

Info

Publication number: DK161977B
Application number: DK321585A
Authority: DK
Inventors: Peter Ruchel; Lothar Hofmann
Original assignee: Diehl Gmbh & Co
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1985-07-15
Publication date: 1991-09-02
Also published as: DK161977C; CA1243226A; IL75839A; NO852830L; EP0175872A1; DE3561209D1; IL75839A0; ZA855631B; NO164308C; JPH0380859B2; DE3427740A1; NO164308B; DK321585A; US4676848A; ATE31430T1; EP0175872B1; DK321585D0; JPS6141738A

Description

i

DK 161977 B

Den foreliggende opfindelse angår en messinglegering, en fremgangsmåde til fremstilling af et messingmateriale eller -halvfabrikat ud fra en sådan messinglegering samt anvendelsen af messingmaterialet eller messinglegeringen til halvfabrikater, 5 som foruden bearbejdelighed skal udvise en høj slidbestandig- hed, især til synkronringe.

Til synkronringe anvendes forskellige materialer, såsom specialmessinger og aluminiumlegeringer, men også kombinationsmaterialer, såsom med hårdmetaller overtrukne specialmessinger og 10 lignende. Derved er sidstnævnte i henseende til deres anvendelse af omkostningsgrunde begrænset til særtilfælde, medens der i tilfælde af specialmessinger eller aluminiumlegeringer som følge af de stadig stigende krav, især inden for automobilproduktion, i stigende grad opstår problemer med hensyn til 15 slidegenskaberne.

Den foreliggende opfindelse tager derfor sigte på angivelse af en messinglegering eller et messingmateriale, som opfylder de stigende krav med hensyn til slidegenskaber.

Med henblik herpå foreslås ifølge opfindelsen en messinglegering 20 med følgende sammensætning (i vægt%): 10 - 35 % zink, 4-12 % mangan, 2-7 % aluminium, 1,1-4 % silicium og 25 0,01- 0,15 % chrom og/eller zirconium med det forbehold, at silicium i det væsentlige er bundet i form af mangansilicid, og eventuelt 2

DK 161977B

indtil 2 % bly, " 2 % nikkel og " 1 % sædvanlige forureninger, idet mængden af jernforurening ikke må overstige 0,7%,og 5 resten kobber.

En sådan legering frembyder især den fordel, at den på trods af de opnåelige tekniske egenskaber kan fremstilles af relativt billige komponenter. Især er legeringsbestanddele, der i almindelighed kun- kan indsmeltes i form af særlig kostbare 10 forlegeringer, såsom eksempelvis jern, ikke nødvendige eller er kun til stede som forurening i ringe mængder.

Legeringer på basis af' Cu-Zn-Al af ovennævnte sammensætning hører fra et legeringsteknisk synspunkt til specialmessingerne. Sådanne legeringer anvendes i vid udstrækning til slidbestan-15 dige dele, f.eks. synkronringe.

Således kendes fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 29 19 478 en messinglegering til anvendelse til synkronringe, som har følgende sammensætning: 60 - 75 % kobber, 20 6 - 8 % mangan, 4 - 6 % aluminium, 1 - 4 % silicium, 1 - 3 % jern, 0,5- 1,5% bly og eventuelt 25 indtil 0,2% nikkel, " 0,2% tin " 0,05% af et eller flere af grundstofferne chrom, vanadium titanium og resten zink.

3

DK 161977 B

Den herved opnåede relativt høje slidbestandighed kan føres tilbage til de af jern, mangan og silicium dannede inter-metalliske forbindelser. Tilsætningerne af chrom, vanadium og titanium skal herved foruden jern bidrage til strukturens 5 finkornethed. I tilfælde af denne legering optræder især også som følge af det relativt høje jernindhold på 1,6 vægt% højere omkostninger i det foretrukne udførelseseksempel, da denne for det første kun kan tilvejebringes ved hjælp af dyr forlegering og for det andet er væsentlig for dannelsen af 10 den særlig finkornede struktur.

Endvidere kendes fra tysk patentskrift nr. 21 45 690 en ved høj temperatur slibebestandig messinglegering, der kan anvendes som ventilsædemateriale til forbrændingsmotorer. Sådanne dele skal ganske vist have lignende egenskaber som synkronringe, 15 især også en så vidt muligt ensartet adhæsionskoefficient, som imidlertid skal være så lav som muligt i tilfælde af ventilsæder, medens adhæsionskoefficienten skal være så høj som muligt i tilfælde af synkronringe. Denne messinglegering har følgende sammensætning: 20 25 - 40% zink, 1-8% aluminium, 1 - 5% mangan, 0,8- 3% chrom, 0,3- 2% silicium, 25 0,3- 1% phosphor og eventuelt indtil 2% jern og/eller nikkel og yderligere eventuelle komponenter, idet de eventuelle komponenter tilsammen ikke må overstige en andel på 5%, og resten kobber.

30 Herved skal aluminium og chrom forstærke krystalmatricen og bidrage til forbedring af slidbestandigheden, medens silicium 4

DK 161977 B

sammen med mangan danner en hård, intermetallisk forbindelse, som ligeledes bidrager til forøgelse af slidbestandigheden. Phosphor tjener som deoxidator og skal ligeledes forøge materialets hårdhed.

5 I tilfælde af sådanne Cu-Zn-Al-basislegeringer foreligger der en blandingskrystalhærdning via indlejringen af aluminium i kobber-zinkmatricen (som følge af spændinger i originalgitteret) . Disse legeringer opnår deres slidbestandighed ved hjælp af intermetalliske forbindelser (silicider), især af metallerne 10 jern og mangan med silicium. Slidbestandigheden stiger inden for et bestemt område med mængdeandelen af siliciderne. De almene bestræbelser går nu ud på at forøge mængdeandelen af silicider og dermed slidbestandigheden.

Med stigende mængdeandel af silicider stiger imidlertid også 15 risikoen for dannelse af meget grove silicidudskillelser samt for koagulation af siliciderne til ansamlinger eller massive komplekser. Begge processer forstærker risikoen for sprødheds-brud i dele af sådanne legeringer. Sprødhedsbrud er imidlertid ekstremt uønskede i sådanne dele, såsom eksempelvis synkron-20 ringe, da der herved kunne optræde betydelige følgeskader.

Sådanne silicidkoncentrationer står endvidere automatisk over for områder, der er blevet fattigere på silicider, hvilke områder i hvert tilfælde har en utilstrækkelig slidbestandighed af dermed behæftede dele til følge.

25 Siliciumindholdet i de pågældende smedbare eller plastiske legeringer er derfor ifølge DIN 17 660, CuZn40Al 1 og 2 begrænset til indhold på indtil maksimalt 1 vægt%. Siliciumindhold indtil maksimalt 2 vægt% frembød i tilfælde af sådanne legeringer tidligere en undtagelse. Således er de i forskellige pa-30 tentkrav nævnte højere siliciumindhold i sådanne legeringer 5

DK 161977 B

næppe realiserbare, hvilket også fremgår af de pågældende udførelseseksempler .

Således kendes fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 29 19 478 et siliciumindhold på indtil 4 vægt% ifølge patentkravene.

5 Det foretrukne udførelseseksempel nævner derimod et siliciumindhold på 1,5 vægt%. I virkeligheden kan denne legering anvendes med et siliciumindhold på maksimalt ca. 1,7 vægt%, fortrinsvis svarende til det angivne formål.

Også i tysk patentskrift nr. 21 45 690 er der gjort krav på ind-10 til 2% silicium, medens udførelseseksemplerne nævner et siliciumindhold på maksimalt 0,8 %.

Af en legeringsfremstiller blev der gjort forsøg med maksimale siliciumindhold på 1,53% i sådanne legeringer (Automobiltechni-sche Zeitschrift 83 (1981) 227 - 230).

15 Af det ovenfor anførte fremgår, at det i almindelighed er relativt vanskeligt at indføre større silicidmængder på praktisk anvendelig måde i et Cu-Zn-Al-materiale. Derudover er det imidlertid heller ikke muligt at anvende vilkårlige metoder, som forekommer at være egnede til en forfining af silicidudskillel-20 serne og til at gøre dem ensartede. Det viste sig nemlig overraskende, at en forfining af siliciderne i tilfælde af samme volumenandel af silicider fører til en tydelig forringelse af slidbestandigheden.

Det er altså nødvendigt i tilfælde af en til den krævede for-25 øgede slidbestandighed afmålt silicidmængde at sikre, at siliciderne foruden en homogen fordeling også har en bestemt gennemsnitlig størrelse inden for et forudbestemt størrelsesinterval.

6

DK 161977 B

Dette er ifølge opfindelsen muligt ved hjælp af ganske bestemte indhold af chrom og/eller zirconium i den indledningsvis beskrevne messinglegering. Chromindholdene bevæger sig herved i afhængighed af for det første siliciumindholdet og for det 5 andet også i ringe udstrækning af de øvrige legeringskomponenter i området mellem 0,01 og 0,15 vægt%, fortrinsvis mellem 0,05 og 0,1 vægt%.

Mindre indhold af chrom og/eller zirconium er uden virkning på silicidudskillelsen, medens højere indhold fører til ugunstigt 10 fine silicidudski'llelser, som i væsentlig grad formindsker slid-bestandigheden. Derved kan chrom og zirconium erstatte hinanden, og de kan også anvendes additivt. Den mængde chrom eller zirconium, der skal tilsættes, skal fastsættes i afhængighed af alle komponenterne i legeringen. Således har det eksem-15 pelvis overraskende vist sig, at i tilfælde af højere aluminiumindhold må også tilsætningen af chrom eller zirconium forøges med henblik på opnåelse af en ensartet form af silicidudskillel-serne. Ved for høje tilsætninger af chrom eller zirconium optræder foruden for fine silicidudskillelser også grove ansam-20 linger af disse udskillelser, hvorved en sådan messinglegering ligeledes i vid udstrækning bliver ubrugelig.

I tilfælde af messinglegeringen ifølge opfindelsen foreligger der således en overraskende selektiv metode til at styre formen og fordelingen af silicidudskillelserne med henblik på 25 slidbestandighed og brudstyrke af et tilsvarende materiale.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen til fremstilling af en messinglegering er ejendommelig ved, at den på sædvanlig måde smeltede legering støbes ved temperaturer over 1000°C, fortrinsvis strengstøbes, og at den støbte legering afkøles 30 med vilkårlig afkølingshastighed til temperaturer under 400°C, 7

DK 161977 B

hvorefter det afkølede materiale består af en β- eller β + α-blandingskrystalstrukturf hvori der fortrinsvis inden i kornene er indlejret primærudskillelser af i det væsentlige man-gansilicider. Den omhandlede messinglegering kan ifølge op-5 findelsen anvendes til halvfabrikater, som foruden god bearbejdelighed skal have en høj slidbestandighed, især til syn-kronringe.

Yderligere fordele og fordelagtige udførelsesformer for opfindelsen fremgår af den følgende beskrivelse. Ved hjælp af teg-10 ningen belyses strukturen af materialet ifølge opfindelsen nærmere. På tegningen viser fig. 1 og 2 strukturbilleder af et Cu-Zn-Al-materiale uden og med chromindhold, fig. 3 og 4 strukturbilleder af et yderligere Cu-Zn-Al-mate-15 riale uden og med chromindhold, og fig. 5-7 strukturbilleder af i det væsentlige identisk sammensatte Cu-Zn-Al-materialer med forskellige chromindhold.

For de i det følgende benyttede begreber legering, materiale og halvfabrikat eller halvfabrikater skal gælde følgende be-20 tydninger:

Legering - angår helt alment den kemiske sammensætning. Materiale - "færdig legering" dækker kemisk sammensætning og struktur.

Halvfabrikat - angår et materiale, som allerede har en be-25 stemt ydre form, og som kræver yderligere bear bejdning til opnåelse af slutproduktet.

Legeringen ifølge opfindelsen er sammensat af følgende komponenter (alle angivelser vedrørende sammensætning i det følgende er i vægt%): 8

DK 161977 B

10 - 35% zink, 4 - 12% mangan, 2 - 7% aluminium, J.,1 - 4% silicium, 5 0,01- 0,15% chrom og/eller zirconium og eventuelt indtil 2% bly, " 2% nikkel " 1% sædvanlige forureninger og resten kobber.

10 Indholdet af mangan er koblet til det pågældende silicium- indhold, idet det forudsættes, at siliciummængden i det væsentlige er bundet i form af mangansilicid.

I tilfælde af forureninger er. det. endvidere forudsat, at den samlede andel af jernforureninger ikke må overstige 0,7%.

15 i tilfælde af et materiale med denne legeringssammensætning danner kobber, zink og aluminium grundstrukturen. De· pågældende intervalgrænser for disse komponenter er i det væsentlige givet på forhånd som følge af de sædvanlige krav med hensyn til materialets hårdhed og forarbejdelighed. Således skal der for 20 dette materiale indstilles en β-struktur eller en β + α-struktur. Y-strukturandele skal om muligt undgås.

Undergrænserne og overgrænserne for mangan- og siliciummængder er koblet til hinanden, d.v.s. 1,1% silicium eller 4% silicium kræver i legeringssammensætningen ifølge opfindelsen henholds-25 vis ca. 4% mangan og ca. 12% mangan for fuldstændigt at kunne bindes som silicider. Undergrænserne fremkommer endvidere ud fra de for slidegenskaberne nødvendige mindstemængder af silicider på ca. 5%· Overgrænserne på henholdsvis 12% mangan og 4% silicium resulterer i en silicidmængde på ca. 16%, som 30 maksimalt med rimelighed kan indføres i grundstrukturen.

9

DK 161977B

Over disse fremkommer uensartede silicidudskillelser, som på negativ måde påvirker slidegenskaberne. Fortrinsvis anvendes siliciumindhold mellem 2 og 3% i forbindelse med manganindhold over 6%, da der i dette område opnås de mest harmoniske mate-5 rialeegenskaber for den foretrukne anvendelse af legeringen til synkronringe.

Chrom eller zirconium tilsættes i området mellem 0,01% og 0,15% og påvirker silicidudskillelsen. Under ca. 0,01% chromindhold eller zirconiumindhold opnås ikke længere nogen væsentlig på-10 virkning af silicidudskillelsen, medens silicidudskillelserne bliver for fine, og endvidere store ansamlinger kan dannes ved mængder over ca. 0,15%. Chrom eller zirconium kan anvendes efter valg eller også additivt. Den til tilsætning bestemte mængde chrom og/eller zirconium afhænger af silicium-15 mængden og den ønskede form af silicidudskillelserne samt i mindre udstrækning også af mængderne af de øvrige komponenter, især af aluminiumindholdet,nemlig således, at med stigende siliciummængde, forfining af silicidudskillelserne og stigende aluminiumandel er et forøget chromindhold nødvendigt. For-20 trinsvis ligger chromindholdene mellem 0,05 og 0,1%, da der hermed opnås de for den foretrukne anvendelse til synkronringe mest harmoniske materialeegenskaber.

Mekanismen ved påvirkning af silicidudskillelserne ved hjælp af chrom eller zirconium fungerer ifølge den hidtidige erkendelse 25 på følgende måde: Som bekendt dannes mangansilicider som følge af deres høje temperaturbestandighed ved afkøling fra smelten allerede inden størkningen af grundstrukturen af Cu-Zn-Al.

Chrom eller zirconium eller forbindelser deraf virker imidlertid som kimdannere for siliciddannelsen. Alt efter antallet 30 af de tilstedeværende kimdannere, altså afhængigt af chrom-eller zirconiumindholdet, dannes derpå et tilsvarende antal silicidudskillelser, som på grund af legeringens begrænsede indhold af mangan og silicium kun kan opnå en bestemt gennemsnitlig kornstørrelse.

10

DK 161977 B

Ved hjælp af chrom- eller zirconiumtilsætningen undertrykkes især på overraskende måde også en eutektisk finudskillelse af silicider, som ifølge teknikkens stade udgør en stor del af den samlede forhåndenværende silicidmængde, men uden at 5 yde et tilsvarende stort bidrag til slidopførslen.

Yderligere mulige tilsætningsstoffer til legeringen ifølge opfindelsen er bly og nikkel.

Den eventuelle komponent bly kan tilsættes indtil et indhold på ca. 2% og forbedrer især materialeopførslen ved spåntagende 10 bearbejdninger.

Den eventuelle komponent nikkel kan ligeledes tilsættes indtil et indhold på ca. 2% og virker fortrinsvis som diffusionsbremse. Nikkel tilsættes derfor kun, når materialet skal udsættes for længerevarende varmebehandlinger, ved hvilke 15 strukturen så vidt muligt ikke på uønsket måde skal ændre sig på grund af diffusion.

Legeringen er med hensyn til sin strukturudformning relativt tolerant over for de ved messingfremstillingen forekommende sædvanlige forureninger. Der tillades derfor mængder af sæd-20 vanlige forureninger på indtil 1%. Dette angår imidlertid ikke jern-forureninger. Jern-andele af disse forureninger er kun tilladelige indtil maksimalt 0,7%. Jern-andele over denne grænse, især over 1%, vanskeliggør smeltningen og påvirker mangan-silicidudskillelsernes homogenitet. Derved forringes materia-25 lets tekniske egenskaber.

Fremstillingsmetoden for et materiale, d.v.s. for et halvfabrikat med den i det foregående beskrevne legeringssammensætning, er meget enkel, da de for den høje slidbestandighed afgørende silicider allerede dannes som primærudskillelse.

11

DK 161977 B

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen bliver den på sædvanlig måde smeltede legering støbt ved temperaturer over ca. 1000°C eller fortrinsvis strengstøbt og med vilkårlig afkølingshastighed kølet til temperaturer under 400°C. Dette afkølede mate-5 riale eller det allerede ved strengpresningen formede halvfabrikat har en grundstruktur, som afhængigt af andelen af kobber, zink og aluminium samt af afkølingshastigheden består af en ren β-blandingskrystalstruktur og med stigende kobber-ækvivalent (teoretisk kobberindhold) og synkende afkølingshastighed består 10 af en ren 3” + α-blandingskrystalstruktur, idet 3-andelen i reglen er den overvejende.

I disse 3“ eller 3 + α-grundstrukturer er primærudskillelserne af i det væsentlige mangansilicid indlejret, fortrinsvis inden i kornene. Disse mangansilicider er yderst homogent 15 fordelt og af relativt ensartet størrelse som følge af den i det foregående allerede beskrevne chrom/zirconium-kimdannelsesmekanisme. Mangansiliciderne foreligger i dette materiale i den sædvanlige nåleagtige form, idet nålenes diameter fortrinsvis er af størrelsesordenen indtil ca. 5 Aim, 20 medens længden andrager indtil ca. 30 /um.

Det støbte og fortrinsvis afkølede materiale kan underkastes yderligere varmformningstrin i temperaturområdet mellem 550 og 800°C, fortrinsvis mellem 620 og 720°C. Som første varmformningstrin kan fortrinsvis anvendes strengpresning og der-25 efter om ønsket eventuelt sænksmedning.

Endvidere er det muligt i tilslutning til de enkelte formgivningstrin at gennemføre varmebehandlingstrin i temperaturområdet mellem 200 og 500°C. Disse varmebehandlingstrin tjener til afspænding eller hærdning af strukturen eller til indstilling af bestemte strukturforhold, såsom f.eks.

12

DK 161977 B

forøgelse af α-andelen i β + α-blandingskrystalstrukturen. Varigheden af opvarmning ligger i området mellem nogle sekunder (f.eks. induktiv opvarmning før sænksmedning) og ca. 24 timer (f.eks. afspændingsglødning ved lave temperaturer).

5 Herved bevirker såvel varmformningstrinene som varmebehand lingstrinene i det væsentlige kun ændringer i Cu-Zn-Al-grund-strukturen. De som primærudskillelser foreliggende mangan-silicider påvirkes derimod praktisk taget ikke.

Sådanne messingmaterialer eller messinglegeringer kan på 10 grund af de beskrevne silicidudskillelser på fordelagtig måde finde anvendelse til halvfabrikater, som foruden god bearbejdelighed skal have en høj modstandsevne mod slid. Fortrinsvis fremstilles synkronringe til motorkøretøjers maskineri-af dette materiale.

15 Udførelses- og sammenligningseksempler: i 13

DK 161977 B

<i .

CNJ I

H i I

g ! i

kj< i I

C i m cn o co oo mi

Ni -.¾ *·[ il oo m cn h o i o co o i U i mm i

i tn I

I O I g ! O O -H l ° 2 O i m m m o m ·η< m |2 ml 0 t"- i

I 00 *< t" 40 CN O O 4-1 Ol DTI

I W Η ΙΟ I U g ! CD ! c c 1 _ "2 ! CD to ~ I O O C« C rn tri 0 i mmmomcNm Φ m i r-tc mi -n ->l mto

I oo ^ r- m cn o o O) o I OS

j ID ri > ! £ I m 'H 01

I g 4-J O

1 > pj

I m o 0 o I

01 mmmomrHm ml g mi - | m o i oo'ir^vocNOOeio ol tns-i I rn h +> J Μ Λ ! S ! £ « ! m m Λ i -H ®

*1 m m m γ- o m d ml ,H

tpI *.*»».»».*. a> - I S

I OP-VOCNHOO-POl v ,-h i VD CN “ ! Ή Φ I- Q) * i p J c cn i ! φ p i m * 1 p η

Ol mm-^rnr^ m -P m j cw (η j < v s ». v * Q) *· I ^

I O Γ- 40 CN Η I O P o I miM

i « " g ! I * ••I S*· ! d Φ

<#> i ^ +j C

+J i m m tO I u μ

Cn -K i ^voorntNom dm . ^ φ ft) cn I ·.»«.«..*·.». m “ J C d cn > i cn 40 oo cn cn o o ° m m c 1 m cn M J m g ή

Hl Φ Ih g α

1 Φ (0 M

}h I Φ cn P Cn Φ i co d ή d

Cn O 1 -tf m o m cn m m -η φ > ·η

d Ή I " K ^ k “ g Λ· lu Ό }H

•Η I cn m co cn cn i o i O; Q<dΦ Φ d i m cn W o φ tn cn -P i d -π φ (Bl Φ Cn > rn ω i cn -η cn d · I ! t—i r-ι -P Cn (DPI S tO d

g Φ I J 4-1 4-1 -H

g g j " -H to m d tO g I m -H cn co P i ® cn Cn -P -η C i i Η g* c d r—t Μ I M CD fi -Η -Η P d ·· Cn l Cn τί -Η ρρφφ h d i β ·ϋ g φ φ d ε

η i ·η d φ cn cn φ E

dipipto y φ φ -n to ΜΦΙΦ-Ρ P Jj+Jcni cq cn i cn cn pi 3 cu i ΦΦ dddH-HPÆ o <D i * o <

En JlidrQ UNgCcoUft P4 IPI ^ 14

DK 161977 B

I den foranstående tabel I er angivet sammensætningerne af forskellige legeringer, hvis struktur og slidegenskaber der i det følgende skal kommes nærmere ind på.

Sammensætningen af legeringerne 1 og 2 samt 3 og 4 er identi-5 ske indtil chromindholdet, idet legeringerne 1 og 3 ikke har noget chromindhold, og legeringerne 2 og 4 hver har et chromindhold på 0,05%.

Sammensætningen af legeringerne 5 - 7 er i det væsentlige identisk (kun manganindholdet varierer noget) indtil chromindhol-10 det, som for legeringen 5's vedkommende er 0,10%, for legering 6's vedkommende er 0,20% og for legering 7's vedkommende er 0,40%.

Legeringen CuZn40Al 2 repræsenterer en standard-synkronring-legering, der tjener som reference ved den senere beskrevne 15 slidsammenligning.

Alle de i tabel I nævnte legeringer blev smeltet i en teglovn og ved begyndelsestemperaturer over 1000°C støbt i strenggods med en diameter på 220 mm. Efter afkøling med middelstor. afkølingshastighed blev strukturprøver udtaget, som blev præ-20 pareret på sædvanlig måde. I figurerne 1-7 (figurnumrene er identiske med legeringsnumrene) er gengivet typiske strukturbilleder af disse materialer ved 200-ganges forstørrelse.

De i figur 1 og 3 viste strukturer udviser yderst inhomogene mangansilicidudskillelser (gengivet mørkt på billedet). Især 25 kan også de allerede i forbindelse med teknikkens stade omtalte eutektiske silicidudskillelser erkendes (figur 1: nedre billedhalvdel, midten? figur 3: forneden til venstre).

I strukturerne ifølge figur 2 og 4 kan den positive virkning af chromtilsætningerne på 0,05% på homogeniteten af mangan- 30 silicidudskillelserne uden videre erkendes. Siliciderne er ( 15

DK 161977 B

væsentligt mere ensartet fordelt og udviser meget ensartede dimensioner (i snitbilledet ligger de vilkårligt orienterede nåleagtige silicidudskillelser kun for en ringe dels vedkommende nøjagtigt i snitplanet, således at kun deres tværsnit 5 er synlige). De yderligere i figurerne 1-4 delvis erkendelige fine linier på lys baggrund angiver grundstrukturens korngrænser. Specielt kan ingen eutektiske silicidudskillelser erkendes.

Figurerne 5-7 viser virkningen af for høje chromtiIsætninger 10 på de - mørkt gengivne -mangansilicidudskillelser (figur 6 og 7) i sammenligning med strukturen af materialet ifølge opfindelsen (figur 5).

I figur 5 kan det allerede erkendes, at silicidnålene forekommer mindre end i strukturen ifølge figur 4. Dette resulterer af 15 det dobbelt så høje chromindhold (figur 4i 0,05%; figur 5: 0,10%) samtidig med kun i ringe udstrækning forøget siliciumindhold (figur 4: 2,25%; figur 5: 2,5%).

I figur 6 er vist en struktur, som dannes ved et yderligere fordoblet chromindhold på 0,20%, idet de andre komponenter er 20 tilnærmelsesvis identiske med den til figur 5 benyttede legerings sammensætning. Mangansilicidudskillelserne er her allerede ekstremt fine og fører i et således sammensat materiale til en tydeligt forringet slidopførsel. Yderligere antydes i denne struktur allerede en uensartethed i fordelingen af sili-25 ciderne (figur 6, til højre forneden).

Disse uensartetheder bliver endnu tydeligere i strukturen ifølge figur 7, idet chromindholdet her i forhold til figur 6 ved iøvrigt næsten identisk sammensætning blev fordoblet endnu en gang (0,40%). I strukturen ifølge figur 6 kan man foruden 30 de for fine manganudskillelser tydeligt erkende grove silicid-ansamlinger, der fører til ubrugelighed af et sådant materiale

DK 161977 B

16 til den tilstræbte anvendelse.

Af materialet med legeringsnummeret 2 samt materialet CuZn40Al 2, der tjener som standardreference, fremstilledes synkronringe i overensstemmelse med følgende foretrukne 5 fremgangsmåde: De strengstøbte materialer blev ved 650°C

strengpresset til rør med en diameter på ca. 85 x 70 mm.

Derefter blev rørene afkølet og skåret op. Rørstykkerne opvarmedes induktivt til 650°C og blev ved hjælp af sænksmedning bragt på synkronringform. Derefter blev synkronringene ved 10 250°C lagret i 10 timer til hærdning. Af dette halvfabrikat udtoges derefter slidprøver, og en slidmåling ifølge Reichert-systemet, som belyses i det følgende, blev gennemført. Resultaterne er anført i tabel II.

TABEL II: Slidbestandighed: 15 Legering nr. 2 CuZn40Al 2

Slidbestandighed i km/g 1600 - 3100 150 - 200 Hårdhed HB 2,5/62,5 180 170

Andel af α-fase i volumen% 25 25

Foruden slidbestandigheden, som er angivet i kilometer pr. gram 20 materialetab,fremgår af tabel II også hårdheden af prøvestykker ne samt deres strukturandel af α-fase. Som det fremgår, er hårdhedsværdierne af de to prøvestykker næsten ens, og andelene af α-fase er endog nøjagtigt ens. Disse to størrelser bestemmes i det væsentlige af grundstrukturen, som åbenbart i hen-25 seende til dens tekniske egenskaber er meget ensartet.

Slidbestandigheden af prøvestykkerne, som i det væsentlige beror på silicidudskillelserne, er derimod meget forskellig. Ialt 17

DK 161977 B

er sliddet på prøvestykket af legering nr. 2 mere end en størrelsesorden ringere end tilfældet er for prøvestykket af referencematerialet.

Til konstatering af slidbestandighedsværdierne anvendtes et 5 til det specielle formål tilpasset friktionsslidvægt-system Reichert. Prøvestykket bestod af en rund stift med diameter 2,7 mm, hvis slidbane blev plandrejet og således udtaget af synkronringen, at dens slidbane hidrørte fra friktionsgevindets område. Som modlegeme anvendtes en sleben nålelejering 1Q af 100 Cr 6 med en ydre diameter på 35 mm, en hårdhed på 58 -65 HRC og en slidbaneruhed på ca. 2 um. Smøremidlet bestod af 75 volumen% gearolie SQ M2C - 9008a og 25 volumen% Shell Fususoil 10 ved en neddypningsdybde af nålelejeringen på 10 mm.

Benyttede forsøgsparametre: 2 15 Belastning af prøvestykkerne på 300 N svarer til 52N/mm . Omløbshastighed af ringen på 100 U/minut svarer til en glidehastighed på ca. 1,8 meter/sekund.

Smøremiddeltemperatur ca. 100°C.

Slidbaneforløb 2500 meter.

20 Som slidomfang betragtes vægttabet af prøvestykket, idet den på prøvestykket dannede grat fjernes før vægttabsbestemmelsen. Den i tabel II angivne slidbestandighed er forholdet mellem slidbanestrækning i kilometer og vægttabet i gram.

Claims

1. Messinglegering, kendetegnet ved følgende sammensætning (i vægt%): 10 - 35 % zink, 4 - 12 % mangan, 5 2 - 7 % aluminium, 1,1 - 4 % silicium og 0,01- 0,15% chrom og/eller zirconium, med det forbehold, at siliciummængden i det væsentlige er bundet i form af mangansilicid, samt eventuelt 10 indtil 2 % bly, indtil 2 % nikkel,og indtil 1 % sædvanlige forureninger, hvorhos andelen af jernforureninger ikke må overstige 0,7%, og resten er kobber.

2. Messinglegering ifølge krav 1, kendetegnet ved, at siliciumandelen udgør mellem 1,5 og 3%.

3. Messinglegering ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at chrom- og/eller zirconiumandelen udgør mellem 0,05 og 0,1%.

4. Messinglegering ifølge ethvert af kravene 1-3, ken detegnet ved, at manganandelen mindst andrager 6%.

5. Messinglegering ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at indholdet af mangansilicider er højere end 5%. / DK 161977 B

6. Fremgangsmåde til fremstilling af et messingmateriale eller et halvfabrikat af en messinglegering ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at den på sædvanlig måde smeltede legering støbes ved temperaturer over 5 1000°C, fortrinsvis strengstøbes, og at den støbte legering afkøles med vilkårlig afkølingshastighed til temperaturer under 400°C, hvorefter det afkølede materiale består af en 3-eller 3 + α-blandingskrystalstruktur, hvori der fortrinsvis inden i kornene er indlejret primærudskillelser af i det væ-10 sentlige mangansilicider.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det støbte materiale ved en temperatur fra 550 til 800°C, fortrinsvis fra 620 til 720°C, varmformes, fortrinsvis ved strengpresning.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at der efter- det første varmformningstrin gennemføres et yderligere varmformningstrin, fortrinsvis ved sænksmedning, i temperaturområdet fra 550 til 800°C, fortrinsvis fra 620 til 720°C.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 7 eller 8, kendetegnet ved, at der i tilslutning til formgivningstrinene gennemføres en varmebehandling til afspænding eller hærdning af strukturen eller til indstilling af bestemte strukturforhold i temperaturområdet mellem 200 og 500°C med en varighed på indtil ca. 24 25 timer.

10. Anvendelse af et messingmateriale eller en messinglegering ifølge ethvert af kravene 1-9 til halvfabrikater, som foruden god bearbejdelighed skal have en høj slidbestandighed, især til synkronringe.