Kupferlegierung und daraus hergestellte Präzisions-Druckgußteile mit kleinen Maßtoleranzen Copper alloy and precision die-cast parts made from it with small dimensional tolerances
Die Erfindung betrifft eine neue Kupferlegierung mit 4 bis 30 Gew.-% Zink, 1 bis 13 Gew.-% Silicium, 0,01 bis 1,0 Gew.-% Calciumborid, 0,01 bis 1,0 Gev..-% Phosphor und Rest Kupfer, die sich hervorragend eignet zur Herstellung von Präzisions-Druckgußteilen mit kleinen Maßtoleranzen sowie von Halbzeug in Form von Runddrähten , Profilen, Blechen und Streifen, und die dabei erhaltenen Produkte, die eine ausgezeichnete Kalt- und Warmverformbarkeit besitzen.The invention relates to a new copper alloy with 4 to 30% by weight of zinc, 1 to 13% by weight of silicon, 0.01 to 1.0% by weight of calcium boride, 0.01 to 1.0% by weight. Phosphorus and the rest copper, which is ideally suited for the production of precision die-cast parts with small dimensional tolerances as well as semi-finished products in the form of round wires, profiles, sheets and strips, and the products obtained thereby, which have excellent cold and hot formability.
Druckgußteile, insbesondere solche mit größeren Dimensionen, werden üblicherweise aus Zink- oder Aluminiumlegierungen hergestellt. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie große Toleranzen in den Abmessungen sowie Poren und Lunker im Innern aufweisen. Ihre Oberflächengüte ist verhältnismäßig schlecht als Folge von Ablagerungenauf dem Formwerkstoff und als Folge starker Schwankungen in bezυg auf die LegierungszusammensetzungDie-cast parts, especially those with larger dimensions, are usually made from zinc or aluminum alloys. However, they have the disadvantage that they have large tolerances in the dimensions and pores and cavities in the interior. Their surface quality is relatively poor as a result of deposits on the molding material and as a result of large fluctuations in the alloy composition
Für die Herstellung von Druckgußteilen mit kleinen Dimensionen und kleinen Maßtoleranzen, wie sie insbesondere für Brillengestelle und Brillengestellteile erwünscht sind, sind die bisher bekannten Zink- und Aluminiumlegierungen nur beschränkt anwendbar, da für solche Anwendungszwecke eine gute Galvanisierbarkeit und gute Löt- und Schweißeigenschaften von Bedeutung sind, die mit den bisher bekannten Druckgußteilen nicht erreicht werden. Zwar sind unter Verwendung von Zinklegierungen dekorative, galvanisch abgeschiedene ϋberzugsschichten unter Einschränkung möglich, bei Verwendung von AIuminiumlegieruncen ist dies jedoch völlig ausgeschlossen. Auch kennen Druckcußteile aus Zink- und Aluminiumlegierungen mit Kartloten nicht haltbar gelötet werden und sie können
nur mit erheblichem Aufwand verschweißt werden, was für viele Anwendungen nachteilig ist.The known zinc and aluminum alloys can only be used to a limited extent for the production of die-cast parts with small dimensions and small dimensional tolerances, as are particularly desired for spectacle frames and spectacle frame parts, since good galvanizability and good soldering and welding properties are important for such applications that cannot be achieved with the previously known die-cast parts. Although decorative, electrodeposited coating layers are possible with restrictions with the use of zinc alloys, this is completely ruled out when using aluminum alloys. Pressure die-cast parts made of zinc and aluminum alloys also cannot be soldered with cartlots and they can can only be welded with considerable effort, which is disadvantageous for many applications.
Präzisions-Druckgußteile mit geringen Abmessungen und kleinen Maßtoleranzen, wie sie insbesondere für Brillengestelle und Brillenteile, verwendet werden, mußten daher bisher nach anderen, technisch aufwendigen und unwirtschaftlichen Verfahren hergestellt werden.Precision die-cast parts with small dimensions and small dimensional tolerances, as are used in particular for spectacle frames and spectacle parts, have therefore had to be manufactured by other, technically complex and uneconomical processes.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Legierung zu finden, mit deren Hilfe es möglich ist, Präzisions-Druckgußteile, insbesondere solche mit kleinen Dimensionen und geringen Maßtoleranzen, auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise herzustellen.The object of the invention is therefore to find an alloy by means of which it is possible to produce precision die-cast parts, in particular those with small dimensions and small dimensional tolerances, in a technically simple and economical manner.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann durch eine neue Kupferlegierung, welche die folgende Zusammensetzung hat:It has now been found that this object can be achieved according to the invention by a new copper alloy which has the following composition:
4 bis 30, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-% Zink, 1 bis 13, vorzugsweise bis - Gew.-% Silicium4 to 30, preferably 10 to 20% by weight of zinc, 1 to 13, preferably up to -% by weight of silicon
0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,03 bis 0, 15 Gew.-% Calciumborid,0.01 to 1.0, preferably 0.03 to 0.15% by weight calcium boride,
0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,02bis 0,1 Gew.-% Phosphor und0.01 to 1.0, preferably 0.02 to 0.1% by weight phosphorus and
Rest Kupfer.Rest copper.
Die obengenannte Kupferlegierung eignet sich hervorragend zur Herstellung von Präzisions-Druckgußteilen, insbesondere solchen mit kleinen Dimensionen und kleinen Maßtoleranzen, die beispielsweise bei einer Länge von etwa 3 bis etwa 60 mm, einer Breite von etwa 2 bis etwa 15 mm und einer Dicke von etwa 0,5 bis etwa 6 mm Maßtoleranzen von nur ± 0,02 mm aufweisen. Derartige Präzisions-Druckgußteile eignen sich insbesondere für die Herstellung von Brillengestellen, Brillengestellteilen, in der Elektrotechnik und in der Feinmechanik, beispielsweise für Schalthebel, Schaltbrücken und dgi., scwie
allgemein für spezielle Armaturen, bei denen hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit und die Festigkeit gestellt werden. Dabei werden die engen Maßtoleranzen durch eine geeignete Konstruktion des Druckgußwerkzeugs und spezielle Werkstoffe, insbesondere SpezialStähle, Speziallegierungen und Werkstoffe mit gezielter Oberflächenbehandlung, des Formeinsatzes erreicht. Diese Maßnahmen erhöhen die Standzeit der Formeinsätze bei der relativ hohen Schmelztemperatur der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Legierung.The above-mentioned copper alloy is outstandingly suitable for the production of precision die-cast parts, in particular those with small dimensions and small dimensional tolerances, for example with a length of approximately 3 to approximately 60 mm, a width of approximately 2 to approximately 15 mm and a thickness of approximately 0 , 5 to about 6 mm have dimensional tolerances of only ± 0.02 mm. Precision die-cast parts of this type are particularly suitable for the manufacture of spectacle frames, spectacle frame parts, in electrical engineering and in precision engineering, for example for shift levers, switching bridges and the like Generally for special fittings, where high demands are placed on dimensional accuracy and strength. The narrow dimensional tolerances are achieved through a suitable design of the die casting tool and special materials, in particular special steels, special alloys and materials with targeted surface treatment, the use of molds. These measures increase the service life of the mold inserts at the relatively high melting temperature of the alloy according to the invention described above.
Durch eine geeignete Entlüftung des Druckgußwerkzeuges wird eine bessere Formfüllung erreicht, womit die sonst bei Druckgußteilen übliche Poren und Lunker zuverlässig vermieden werden.Appropriate ventilation of the die casting tool achieves a better mold filling, which reliably avoids the pores and voids that are otherwise common in die casting parts.
Das Erstarrungsverhalten der erfindungsgemäß eingesetzten Kupferlegierung wird ganz wesentlich beeinflußt durch die darin enthaltenen Kristallisator- und Desoxidatior-szusätze Calciumborid und Phosphor, wobei der Phosphorgehalt zusätzlich die Dünnflissigkeit der Schmelze und damit die Formfüllung verbessert. Dabei ist es entscheidend, daß die Kupferschmelze frei von Verunreinigungen, Oxiden und Gaseinschlüssen gehalten und analytisch genau überwacht wird.The solidification behavior of the copper alloy used according to the invention is very significantly influenced by the crystallizer and deoxidation additives calcium boride and phosphorus contained therein, the phosphorus content additionally improving the thin fluidity of the melt and thus the mold filling. It is crucial that the copper melt is kept free of impurities, oxides and gas inclusions and that it is monitored analytically.
Bei Vermeidung der unerwünschten Porosität und weiterer Gießfehler und unter dem Einfluß der Legierungselemente der erfindungsgemäßen neuen Kupferlegierung können Präzisions-Druckgußteile mit deutlich höheren Festigkeiten als die bisher bekannten Druckgußteile hergestellt werden. Sie weisen außerdem gegenüber dem Stand der Technik eine hervorragende Polierfähigkeit, eine verbessere Korrosionsbeständigkeit, eine verbesserte Galvanisierbarkeit, eine ausgezeichnete Lötbsrkeit, Schweißbarkeit sowie gute Fedei-eigenschaften im Goßzustand (hohe Elastizität) und verbesserte Federeigenschaften im nachverformten Zustand auf.By avoiding the undesired porosity and further casting defects and under the influence of the alloy elements of the new copper alloy according to the invention, precision die-cast parts can be produced with significantly higher strengths than the previously known die-cast parts. Compared to the prior art, they also have excellent polishability, improved corrosion resistance, improved galvanizability, excellent solderability, weldability and good spring properties in the cast state (high elasticity) and improved spring properties in the post-formed state.
Die erfindungsgemäßen Präzisions-Druckguß teile sind frei von Poren und Lunkern im Innern und weisen eine hohe
Oberflächengüte auf, sie besitzen insbesondere hervorrangende mechanische Eigenschaften, speziell eine Festigkeit бB von 500 bis 800 K/mm2 eine Vickers-Härte HV von 120 bis 250 und eine Bruchdehnung δ von 5 bis 15 % .The precision die-cast parts according to the invention are free of pores and voids inside and have a high Surface quality, they have outstanding mechanical properties, especially a strength б B of 500 to 800 K / mm 2, a Vickers hardness HV of 120 to 250 and an elongation at break δ of 5 to 15%.
Sie können sowohl gebogen als auch kaltverformt werden, ohne daß es zu Brüchen im Gußgefüge kommt. Sie sind insbesondere durch Walzen, Prägen, Pressen und Rundhämmern bis zu einer Querschnittsverminderung von 30 % kaltverformbar, sie können darüber hinaus aber auch bei Temperaturen von 620 bis 780°C bis zu einer Querschnittsverminderung von 70 % varmverformt werden.They can be bent as well as cold formed without breaking the cast structure. They can be cold-worked up to a cross-section reduction of 30%, in particular by rolling, embossing, pressing and round hammers, but they can also be hot-deformed at temperatures of 620 to 780 ° C up to a cross-section reduction of 70%.
Durch eine nachfolgende Kaltverformung können die Festigkeit und Härte mit zunehmendem Verformungsgrad noch weiter gesteigert werden und es können Werte von HV (Vickers¬Subsequent cold forming can increase the strength and hardness with increasing degree of deformation, and values of HV (Vickers¬
Härte) bis 300 und eine Festigkeit bis 1 000 K/mm2 erreicht werden .Hardness) up to 300 and a strength up to 1000 K / mm 2 can be achieved.
Die erf indungsgemäßen Präzisions-Druckgußteile weisen eine hohe Oberflächenglätte , eine hervorragende Polierfähigkeit sowie eine deutlich verbesserte Abriebbeständigkeit auf . Gegenüber den herkömmlichen Druckgußteilen aus Zinkund Aluminiumlegierungen haben sie den Vorteil einer wesentlich höheren Korrosionsbeständigkeit . Sie besitzen ferner eine gute Galvanis ierbarkeit und ein gutes Löt- und Schweißverhalten , was besonders wichtig ist bei der Herstellung von Brillengestellen und Brillenteilen aus den erfindungsgemäßen Präzisions-Druckgußteilen. Sie lassen sich außerordentlich gut löten mit üblichen Hartloten und nach den bekannten Schweißverfahren , beispielsweise durch Widers tands-Punktschweißen und dgl . , gut verarbeiten .The precision die-cast parts according to the invention have high surface smoothness, excellent polishability and significantly improved abrasion resistance. Compared to conventional die-cast parts made of zinc and aluminum alloys, they have the advantage of significantly higher corrosion resistance. They also have good galvanizability and good soldering and welding behavior, which is particularly important in the manufacture of spectacle frames and spectacle parts from the precision die-cast parts according to the invention. They can be soldered extremely well with conventional hard solders and using the known welding processes, for example by means of spot welding and the like. , work well.
Ein Verteil der erfindungsgemäßen Präzisions-Druckcui-teile, der bei ihrer Verwendunc zur Herstellung von Brillenσe
stellen besonders in den Vordergrund tritt, ist der, daß sich die Druckgußteile aufgrund ihrer günstigen mechanischen Eigenschaften (besonders hohe Dehnung) gut verformen und biegen lassen, ohne daß es zu Brüchen im Gußgefüge kommt.A distribution of the precision pressure-case parts according to the invention, which when used to manufacture glasses The main focus is that the die-cast parts can be deformed and bent easily due to their favorable mechanical properties (particularly high elongation) without breaking the cast structure.
Die erfindungsgemäßen Präzisions-Druckgußteile mit vorzugsweise kleinen Dimensionen werden vorzugsweise in sogenannten Mehrfachformen hergestellt. Dabei können durch einen GießVorgang je nach Konstruktion des Gießwerkzeugs 6 bis 60The precision die-cast parts according to the invention, preferably with small dimensions, are preferably produced in so-called multiple molds. Depending on the design of the casting tool, 6 to 60
Einzelteile hergestellt werden, wobei die Teile untereinander durch Stege verbunden sind. Durch dieses Verfahren können die erfindungsgemäßen Präzisions-Druckgußteile in hoher Qualität außerordentlich preiswert hergestellt werden, wobei die Konstruktion der Gießform und die verwendeten Materialien der Formeinsätze von großer Bedeutung sind.Individual parts are produced, the parts being interconnected by webs. By means of this method, the precision die-cast parts according to the invention can be produced in extremely high quality at extremely low cost, the construction of the casting mold and the materials used for the mold inserts being of great importance.
Bei der bisher bekannten Art der Herstellung von Brillenteilen durch Pressen, Prägen und Ausstanzen tritt ein erheblieher Materialanteil als Stanzabfall auf. Die erfindungsgemäßen Präzisions-Druckgußteile lassen sich erheblich wirtschaftlicher praktisch ohne wesentlichen Stanzabfall herstellen durch Gießen unter Druck und nachfolgende Verformung durch Pressen, Prägen, Rundhämmern.In the previously known way of producing spectacle parts by pressing, embossing and punching, a considerable amount of material occurs as punch waste. The precision die-cast parts according to the invention can be produced considerably more economically, in practice, without substantial punching waste by casting under pressure and subsequent deformation by pressing, embossing, round hammers.
Aus der erfindungsgemäßen Kupferlegierung können außer den obengenannten Präzisions-Druckgußteilen auch Halbzeuge in Draht-, Profil-, Band- und Blechform hergestellt werden und auf den obengenannten Gebieten eingesetzt werden. Auch in diesem Falle sind die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen neuen Kupferlegierung von αroßem Nutzen.
In addition to the above-mentioned precision die-cast parts, semifinished products in wire, profile, strip and sheet form can also be produced from the copper alloy according to the invention and can be used in the above-mentioned fields. In this case too, the advantageous mechanical properties of the new copper alloy according to the invention are of great benefit.