EP4321642A1 - Bleifreie messinglegierung - Google Patents

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EP4321642A1
EP4321642A1 EP23189161.5A EP23189161A EP4321642A1 EP 4321642 A1 EP4321642 A1 EP 4321642A1 EP 23189161 A EP23189161 A EP 23189161A EP 4321642 A1 EP4321642 A1 EP 4321642A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lead
brass alloy
less
free brass
alloy
Prior art date
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Pending
Application number
EP23189161.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Seuss
Patrick Feldner
Alexander Dehnelt
Hartmut Ricken
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl Brass Solutions Stiftung and Co KG
Original Assignee
Diehl Brass Solutions Stiftung and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl Brass Solutions Stiftung and Co KG filed Critical Diehl Brass Solutions Stiftung and Co KG
Publication of EP4321642A1 publication Critical patent/EP4321642A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to a lead-free brass alloy.
  • the EP 2 913 415 A1 discloses a lead-free brass alloy that contains neither Si nor Bi.
  • the known alloy contains 60 to 65% by weight of Cu and 0.01 to 0.15% by weight of Sb.
  • Sb leads to hot embrittlement and is classified as toxic to the organism.
  • the CN 101565784 A discloses a lead-free brass alloy to which Ca, Si and the rare earths lanthanum and cerium are added.
  • the proposed lead-free brass alloy is expensive to produce.
  • the CN 1333094 C discloses a lead-free brass alloy to which Ca and Sb are added.
  • the addition of Sb contributes to undesirable hot embrittlement of the alloy.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • a lead-free brass alloy with improved machinability should be specified.
  • the brass alloy should have a low level of hot embrittlement so that it can be processed by hot forming.
  • [%] means percent by weight.
  • a “lead-free brass alloy” is understood to mean an alloy which contains less than 0.1% Pb.
  • the brass alloy according to the invention is, in the narrower sense, an alloy to which neither antimony nor silicon is added.
  • the proposed lead-free brass alloy contains less than 0.01% Sb and less than 0.1% Si. In particular, no rare earths are added to the proposed lead-free brass alloy.
  • the lead-free brass alloy according to the invention can be produced inexpensively compared to other lead-free brass alloys.
  • the lead-free brass alloy according to the invention can contain 56 to 62% Cu, preferably 57 to 60% Cu, particularly preferably 57 to 59% Cu. I.e. optionally the content of expensive Cu can be reduced.
  • the cutting behavior of the proposed brass alloy can be improved by adding 0.1 to 0.6% Ca, preferably by adding 0.2 to 0.5% Ca, particularly preferably by adding 0.2 to 0.4% Ca , can be influenced advantageously.
  • Mg a further optional addition of P can be reduced to a content of less than 0.2%.
  • An addition of P makes processing in the continuous casting process more difficult.
  • an addition of less than 0.6% Mg, preferably 0.2 to less than 0.6% Mg, particularly preferably 0.3 to 0.5% Mg, in particular 0.35 to 0.45% is considered advantageous.
  • Mg The proposed addition of Mg in turn contributes to improved machinability of the alloy.
  • An optional content of P is expediently set to less than 0.2%, preferably 0.04 to less than 0.2%, particularly preferably 0.08 to less than 0.2%.
  • the brass alloy can contain less than 0.2% As, preferably 0.02 to less than 0.2% As.
  • the optional addition of As improves the machinability of the brass alloy.
  • the proposed brass alloy may further contain less than 0.2% Al, preferably 0.02 to less than 0.2% Al.
  • Sn is contained in an amount of less than 0.1%, preferably 0.01 to less than 0.1%.
  • the proposed optional addition of Sn increases the relaxation resistance of the alloy.
  • the brass alloy may contain 0.05 to 0.09% Pb.
  • Pb improves the machinability of the alloy. It is considered harmless in terms of legal requirements.
  • the proposed brass alloys advantageously have a relatively low content of less than 60% Cu.
  • the proposed mandatory additions of Ca and Pb are available at low cost.
  • the other optional additions of Mg, P, Al and/or Sn are also available inexpensively.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine bleifreie Messinglegierung, enthaltend56 bis 66% Cu,0,1 bis 1,5% Ca,weniger als 0,1% Pb,Rest Zn sowieunvermeidbare Verunreinigungen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine bleifreie Messinglegierung.
  • In der Vergangenheit wurde zur Verbesserung der Zerspanbarkeit von Messinglegierungen Pb in einem Umfang von bis zu 4 Gew.% zugesetzt. Der Zusatz von Pb ist wegen gesetzlicher Vorgaben nicht mehr zulässig.
  • Es wurde gefunden, dass die Zugabe von Pb durch eine Zugabe von Bi ersetzt werden kann. Es hat sich allerdings gezeigt, dass ein Zusatz von Bi zu einer Warmversprödung der Messinglegierung führt. Eine derartige Messinglegierung lässt sich nur eingeschränkt warm umformen. Infolgedessen wird eine solche Messinglegierung für gepresste Formteile nicht verwendet.
  • Die EP 2 913 415 A1 offenbart eine bleifreie Messinglegierung, welche weder Si noch Bi enthält. Die bekannte Legierung enthält 60 bis 65 Gew.% Cu sowie 0,01 bis 0,15 Gew.% Sb. Der Zusatz von Sb führt zu einer Warmversprödung und wird für den Organismus als toxisch eingestuft.
  • Die CN 101565784 A offenbart eine bleifreie Messinglegierung, welcher Ca, Si sowie die seltenen Erden Lanthan und Cer zugesetzt sind. Die vorgeschlagene bleifreie Messinglegierung ist in der Herstellung teuer.
  • Die CN 1333094 C offenbart eine bleifreie Messinglegierung, welcher Ca und Sb zugesetzt sind. Der Zusatz von Sb trägt zu einer unerwünschten Warmversprödung der Legierung bei.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine bleifreie Messinglegierung mit verbesserter Zerspanbarkeit angegeben werden. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll die Messinglegierung eine geringe Warmversprödung aufweisen, so dass sie mittels Warmumformung verarbeitet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung bzw. optionale Legierungszusammensetzungen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
  • Nach Maßgabe der Erfindung wird eine bleifreie Messinglegierung vorgeschlagen, enthaltend
    • 56 bis 66% Cu,
    • 0,1 bis 1,5% Ca,
    • weniger als 0,1% Pb,
    • Rest Zn sowie
    • unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden unter [%] Gewichtsprozent verstanden.
  • Erfindungsgemäß wird unter einer "bleifreien Messinglegierung" eine Legierung verstanden, welche weniger als 0,1% Pb enthält. Bei der erfindungsgemäßen Messinglegierung handelt es sich im engeren Sinne um eine Legierung, der weder Antimon noch Silizium zugesetzt ist. Die vorgeschlagene bleifreie Messinglegierung enthält weniger als 0,01% Sb sowie weniger als 0,1% Si. Der vorgeschlagenen bleifreien Messinglegierung werden insbesondere keine seltenen Erden zugesetzt.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch den vorgeschlagenen Zusatz an Ca der Gehalt an Pb auf weniger als 0,1% gesenkt werden kann, ohne die Zerspanbarkeit der Legierung zu beeinträchtigen. Die erfindungsgemäße bleifreie Messinglegierung lässt sich im Vergleich zu anderen bleifreien Messinglegierungen kostengünstig herstellen.
  • Die erfindungsgemäße bleifreie Messinglegierung kann 56 bis 62% Cu, bevorzugt 57 bis 60% Cu, besonders bevorzugt 57 bis 59% Cu, enthalten. D. h. optional kann der Gehalt an teurem Cu reduziert werden.
  • Das Zerspanungsverhalten der vorgeschlagenen Messinglegierung kann durch einen Zusatz von 0,1 bis 0,6% Ca, bevorzugt durch einen Zusatz von 0,2 bis 0,5% Ca, besonders bevorzugt durch einen Zusatz von 0,2 bis 0,4% Ca, vorteilhaft beeinflusst werden.
  • Durch einen optionalen Zusatz von Mg kann ein weiterer optionaler Zusatz von P auf einen Gehalt von weniger als 0,2% reduziert werden. Ein Zusatz von P erschwert die Verarbeitung im Stranggießverfahren. Als vorteilhaft angesehen wird insoweit ein Zusatz von weniger als 0,6% Mg, bevorzugt 0,2 bis weniger als 0,6% Mg, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,5% Mg, insbesondere 0,35 bis 0,45% Mg. Der vorgeschlagene Zusatz an Mg trägt wiederum zu einer verbesserten Zerspanbarkeit der Legierung bei.
  • Ein optionaler Gehalt an P wird zweckmäßigerweise eingestellt auf weniger als 0,2%, bevorzugt 0,04 bis weniger als 0,2%, besonders bevorzugt 0,08 bis weniger als 0,2%.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Messinglegierung weniger als 0,2% As, bevorzugt 0,02 bis weniger als 0,2% As, enthalten. Der optionale Zusatz von As verbessert die Zerspanbarkeit der Messinglegierung.
  • Die vorgeschlagene Messinglegierung kann ferner weniger als 0,2% Al, bevorzugt 0,02 bis weniger als 0,2% Al, enthalten.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist Sn in einer Menge von weniger als 0,1%, bevorzugt 0,01 bis weniger als 0,1%, enthalten. Der vorgeschlagene optionale Zusatz an Sn erhöht die Relaxationsbeständigkeit der Legierung.
  • Schließlich kann die Messinglegierung 0,05 bis 0,09% Pb enthalten. Der vorgeschlagene optionale Zusatz an Pb verbessert die Zerspanbarkeit der Legierung. Er gilt im Hinblick auf gesetzliche Vorgaben als unbedenklich.
  • Nachfolgend werden zur beanspruchten Erfindung Ausführungsbeispiele angegeben.
    • Ausführungsbeispiel 1:
  • Cu: 58%
    Ca: 0,3%
    Pb: 0,05 bis 0,09%
    Cn: Rest
    • Ausführungsbeispiel 2:
  • Cu: 58%
    Ca: 0,3%
    Mg: 0,4%
    P: 0,1%
    Pb: 0,05 bis 0,09%
    Cn: Rest
    • Ausführungsbeispiel 3:
  • Cu: 58%
    Ca: 0,3%
    P: 0,1%
    Pb: 0,05 bis 0,09%
    Cn: Rest
  • Die vorgeschlagenen Messinglegierungen weisen vorteilhafterweise einen relativ geringen Gehalt von weniger als 60% Cu auf. Die vorgeschlagenen zwingenden Zusätze an Ca und Pb sind kostengünstig verfügbar. Auch die weiteren optionalen Zusätze an Mg, P, Al und/oder Sn sind kostengünstig verfügbar.

Claims (9)

  1. Bleifreie Messinglegierung, enthaltend
    56 bis 66% Cu,
    0,1 bis 1,5% Ca,
    weniger als 0,1% Pb,
    Rest Zn sowie
    unvermeidbare Verunreinigungen.
  2. Bleifreie Messinglegierung nach Anspruch 1,
    wobei 56 bis 62% Cu, bevorzugt 57 bis 60% Cu, besonders bevorzugt 57 bis 59% Cu, enthalten sind.
  3. Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei 0,1 bis 0,6% Ca, bevorzugt 0,2 bis 0,5% Ca, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4% Ca, enthalten sind.
  4. Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei weniger als 0,6% Mg, bevorzugt 0,2 bis weniger als 0,6% Mg, besonders bevorzugt 0,3% bis 0,5% Mg, insbesondere 0,35 bis 0,45% Mg, enthalten sind.
  5. Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    wobei weniger als 0,2% P, bevorzugt 0,04 bis weniger als 0,2% P, besonders bevorzugt 0,08 bis weniger als 0,2% P, enthalten sind.
  6. Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei weniger als 0,2% As, bevorzugt 0,02 bis weniger als 0,2% As, enthalten sind.
  7. Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    wobei weniger als 0,2% Al, bevorzugt 0,02 bis weniger als 0,2% Al, enthalten sind.
  8. Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    wobei weniger als 0,1% Sn, bevorzugt 0,01 bis weniger als 0,1% Sn, enthalten sind.
  9. Bleifreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    wobei 0,05 bis 0,09% Pb enthalten sind.
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