WO1989003893A1

WO1989003893A1 - Copper alloy and high-precision compression moulding with low dimensional tolerances made therefrom

Info

Publication number: WO1989003893A1
Application number: PCT/EP1988/000304
Authority: WO
Inventors: Helmut Piringer
Original assignee: Opt Engineering Ag
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1988-04-11
Publication date: 1989-05-05
Also published as: DE3735522C1; EP0340248A1

Description

Kupferlegierung und daraus hergestellte Präzisions-Druckgußteile mit kleinen Maßtoleranzen

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.

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 Legierungszusammensetzung

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.

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.

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.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann durch eine neue Kupferlegierung, welche die folgende Zusammensetzung hat:

4 bis 30, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-% Zink, 1 bis 13, vorzugsweise bis - Gew.-% Silicium

0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,03 bis 0, 15 Gew.-% Calciumborid,

0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,02bis 0,1 Gew.-% Phosphor und

Rest Kupfer.

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.

Durch eine geeignete Entlüftung des Druckgußwerkzeuges wird eine bessere Formfüllung erreicht, womit die sonst bei Druckgußteilen übliche Poren und Lunker zuverlässig vermieden werden.

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.

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.

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 б_B von 500 bis 800 K/mm² eine Vickers-Härte HV von 120 bis 250 und eine Bruchdehnung δ von 5 bis 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.

Durch eine nachfolgende Kaltverformung können die Festigkeit und Härte mit zunehmendem Verformungsgrad noch weiter gesteigert werden und es können Werte von HV (Vickers¬

Härte) bis 300 und eine Festigkeit bis 1 000 K/mm² erreicht werden .

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 .

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.

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 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.

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.

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.

Claims

P a t e n t e n s p r ü c h e

1. Kupferlegierung, g e k e n n z e i c h n e t durch die folgende Zusammensetzung:

4 bis 30 Gew.-% Zink

1 bis 13 Gew.-% Silicium

0,01 bis 1,0 Gew.-% Calciumborid

0,01 bis 1,0 Gew.-% Phosphor und

Rest Kupfer.

2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung:

10 bis 20 Gew.-% Zink, 2 bis 6 Gew.-% Silicium,

0,03 bis 0,15 Gew.-% Calciumborid,

0,02 bis 0,1 Gew.-% Phosphor und Rest Kupfer.

3. Präzisions-Druckgußteil, dadurch gekennzeichnet, daß es aus der Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2 besteht und bei einer Länge von etwa 3 bis 60 mm, einer Breite von etwa 2 bis 15 mm und einer Dicke von etwa 0,5 bis 6 mm Maßtoleranzen von ± 0,02 mm aufweist.

4. Präzisions-Druckgußteil nach Anspruch 3, wie es vorzugsweise für die Herstellung von Brillengestellen,

Brillengestellteilen, in der Elektrotechnik und in der Feinmechanik verwendet wird.

5. Präzisions-Druckgußteil nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, daß es im Innern frei von Poren und Lunkern ist und eine hohe Oberflächengüte aufweist.

6. Präzisions-Druckgußteil nach einem der Ansprüche

3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden mechanischen Eigenschaften aufweist: eine Festigkeit б_B von 500 bis 800 N/mm² eine Vickers-Härte HV von 120 bis 250 und eine Bruchdehnung δ von 5 bis 15 %.

7. Präzisions-Druckgußteil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es insbesondere durch Walzen, Prägen, Pressen und Rundhämmern bis zu einer Querschnittsverminderung von 30 % kaltverformt werden kann.

8. Präzisions-Druckgußteil nach einem der Ansprüche

3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer Temperatur von 620 bis 780°C bis zu einer Querschnittsverminderung von 70 % warmverformt werden kann.

9. Halbzeug in Form von Runddrähten, Profilen, Blechen und Streifen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus der Legierung nach Anspruch 1 oder 2 besteht.