WO2021198236A1 - Pb-freie cu-zn-legierung - Google Patents

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WO2021198236A1
WO2021198236A1 PCT/EP2021/058264 EP2021058264W WO2021198236A1 WO 2021198236 A1 WO2021198236 A1 WO 2021198236A1 EP 2021058264 W EP2021058264 W EP 2021058264W WO 2021198236 A1 WO2021198236 A1 WO 2021198236A1
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PCT/EP2021/058264
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Björn Reetz
Tileman MÜNCH
Thomas Plett
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Otto Fuchs - Kommanditgesellschaft
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    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to a Pb-free Cu-Zn alloy, in particular for the production of alloy products used under lubricated conditions.
  • This alloy is also used to manufacture components that are used in hydraulics, such as distributor plates.
  • This known alloy has the following composition (data in% by weight): Cu: 57.0 - 59.0%, Mn: 1.5 - 3.0%, Al: 1, 3 - 2.3%, Si: 0.3 - 1.3%, the remainder zinc and unavoidable impurities. Permissible admixtures are tolerated (data in% by weight): Ni: max. 1.0%, Fe: max. 1.0%, Sn: max. 0.4%, Pb: 0.2 - 0.8 %. As can be seen from the material designation already given, this previously known alloy contains Pb.
  • the special brass alloy CW713R is characterized by versatile application properties, such as high wear and cavitation resistance, lubricant compatibility and sufficient mechanical properties, especially with regard to the strength and toughness of the alloy product. These also include good machinability.
  • the element Pb is incorporated into brass alloys to achieve the desired machinability. For health and environmental reasons, efforts have recently been made to lay out lead-free brass alloys. Efforts are made, if possible, not to forego the properties brought about by the Pb element in the alloy.
  • DE 102005017 574 A1 describes a wear-resistant brass alloy for synchronizer rings with an optional lead content.
  • the composition (data in% by weight) is 57.5 - 59% copper, 2 - 3.5% manganese, 1 - 3% aluminum, 0.9 - 1.5% silicon, 0.15 - 0.4 % Iron, 0-1% lead, 0-1% nickel, 0-0.5% tin and the remainder zinc.
  • WO 2014/152619 A1 discloses a brass alloy for turbochargers with the following composition, optionally containing lead (data in% by weight): 57-60% copper, 1.5-3.0% manganese, 1.3-2.3% Aluminum, 0.5-2.0% silicon, 0-1% nickel, 0-1% iron, 0-0.4% tin, 0-0.1% lead and the remainder zinc.
  • JP S56-127741 A specifies a brass alloy with the following composition (data in% by weight): 54-66% copper, 1.0-5.0% manganese, 1.0-5.0% aluminum, 0 , 2 - 1, 5% silicon, 0.5 - 4.0% nickel, 0.1 - 2.0% iron, 0.2 - 2.0% tin and the remainder zinc.
  • the invention is based on the object of proposing a Pb-free Cu-Zn alloy which is basically suitable for an application or use for which the alloy CuZn37Mn3AI2PbSi described above for the prior art is also suitable was. It would be desirable if the mechanical strength properties would even be improved compared to this textilekann th special brass alloy, but without having to accept losses in terms of cold and hot formability and machinability.
  • Unavoidable impurities in the alloy are permitted at 0.05% by weight per element, whereby the sum of the unavoidable impurities does not exceed 0.15% by weight.
  • This alloy is characterized above all by the selection of the alloy elements Ni, Fe and Sn, as well as by the claimed contents of these elements in the alloy composition in relation to the other alloy elements, especially Mn, Al and Si.
  • This balanced alloy composition ensures particularly good properties of the alloy product in terms of cold and hot formability, machinability, strength and wear resistance, the latter especially under lubricated conditions.
  • Bi is used as a Pb substitute in other special brass alloys, but the alloy according to the invention does not use Bi.
  • the previously known alloy CuZn37Mn3AI2PbSi also has good hot formability
  • the subject matter of the claimed alloy not only has particularly good hot formability, but also good cold formability. The latter was not the case with the previously known alloy.
  • the alloy structure contains a proportion of ⁇ mixed crystals of less than 3 - 5%.
  • the same advantages of stress relief annealing also apply to extruded products, whereby a structure with a mixed crystal content of 10-15% can also be achieved by the thermal treatment mentioned.
  • the strength values achievable with this alloy and the surprisingly significantly better cavitation resistance than comparative alloys were not foreseeable for the people involved in the development of this alloy.
  • the alloy products produced from the alloy according to the invention by forging have a 0.2% yield strength between 330 and 350 MPa, which is significantly more than was usual with forgings of the alloy CuZn37Mn3AI2PbSi (values from 230 to 300 MPa).
  • the tensile strength of alloy products made from the alloy of the invention is 600 to 640 MPa. In the case of the previously known alloy CuZn37Mn3AI2PbSi, the tensile strength values are usually between 590 and 670 MPa. Somewhat higher tensile strength values can also be achieved with special treatments.
  • the special properties of an alloy product made from this alloy are based on the fact that the Si content is preferably not less than the Ni content. Furthermore, the Sn content of the alloy is preferably adjusted so that it is a maximum of only 50% of the Ni content or a maximum of 50% of the Si content. The Ni content is preferably not less than the Si content, deviations of up to 0.075% being tolerated.
  • the Fe content also plays a role in interaction with the other elements. The Fe content is preferably about 0.05% to 0.1% by weight less than the Ni content.
  • FIGS. 1a, 1b show photomicrographs of the sample 1 in the pressing state from the start of the pressing (FIG. 1a along the pressing direction; FIG. 1b transversely to the pressing direction).
  • Figures 2a, 2b show corresponding microstructural images from the end of the press.
  • the samples cut from the pressed rods were thermally relaxed in a subsequent step, namely for three hours at 360 ° C. Solid solution content of about 14% has been formed. The proportion of intermetallic phases is a good 3%.
  • FIGS. 3a, 3b show microstructural images of sample 2 after the stress relief annealing described above.
  • the intermetallic phases are designated with IMP.
  • the HBW hardness was measured as HBW 2.5 / 62.5.
  • the structure of the comparative sample CW713R in the pressed state is dominated by ⁇ -phases with a proportion of ⁇ -mixed crystal phase of around 10%.
  • the Pb contained in this alloy has a grain-refining effect and serves as a chip breaker.
  • FIG. 4 shows a microstructure in sample CW713R in the pressed state and after an annealing treatment, corresponding to that of sample 2.
  • the proportion of a mixed crystal phase is approximately 40-45%.
  • FIGS. 5a, 5b The resulting microstructure of a preliminary product forged in this way for a distributor plate for a hydraulic application is shown in FIGS. 5a, 5b.
  • FIG. 5a shows the microstructure at the edge
  • FIG. 5b shows the microstructure in the core of the forged product.
  • the proportion of a-phase increases significantly, up to about 40%.
  • the alloy product according to the invention can be drawn directly. However, intermediate annealing before drawing is preferred in order to achieve an alloy product that is as stress-free as possible. Furthermore, additional investigations with the alloy compositions of samples 1 and 2 for differently set material states have shown that the tensile strength R m , the 0.2% proof stress, the elongation at break and the hardness HB also for directly drawn or for drawn after an intermediate annealing step Samples compared to semi-finished products made from the comparative alloy CW713R are significantly higher. The same was found for the variants of the specimens for a material condition after a final stress-relieving anneal.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pb-freie Cu-Zn-Legierung zum Herstellen von unter geschmierten Bedingungen eingesetzten Legierungsprodukten mit folgender Zusammensetzung (Angaben in Gew.-%): Cu: 57 - 59 %, Mn: 1,7-2, 7 %, AI: 1,3-2, 2 %, Si: 0,4 -1,0%, Ni: 0,4-0,85 %, Fe: 0,3 -0,7 %, Sn: 0,15-0,4%, Rest Zn nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.

Description

Pb-freie Cu-Zn-Legierung
Die Erfindung betrifft eine Pb-freie Cu-Zn-Legierung, insbesondere zum Herstellen von unter geschmierten Bedingungen eingesetzten Legierungs- Produkten.
Das im Werkstoff-Datenblatt (Stand 2005) des Deutschen Kupferinstituts beschriebene Sondermessing CuZn37Mn3AI2PbSi (CW713R) ist eine seit vielen Jahren in großem Umfange eingesetzte Legierung, die sich durch einen hohen Verschleißwiderstand und eine gute Warm umformbarkeit aus zeichnet. Dieser Werkstoff weist hohe Festigkeitswerte und eine mittlere Spanbarkeit auf und hat eine gute Korrosionsbeständigkeit. Aus diesem Grunde wird diese Legierung für Konstruktionsteile im Maschinenbau, für Synchronringe und Ventilführungsrohre im Automobilbau sowie für eine Reihe von Gleitlagerelementen und Warmpressteilen eingesetzt. Dieses bedeutet, dass aus dieser Legierung hergestellte Legierungsprodukte unter geschmierten Bedingungen eingesetzt werden. Mögliche Anwendung be treffen das permanente Eintauchen in Öl oder die Zuführung von Schmier stoff durch dafür vorgesehene Kanal- und Nutsysteme. Synchronringe be- finden sich in einer Ölumgebung. Gleiches kann für Gleitlagerelemente gel ten, die jedoch auch nur ölgeschmiert sein können. Eingesetzt wird diese Legierung auch zum Herstellen von Bauteilen, die in der Hydraulik verwen det werden, wie beispielsweise Verteilerplatten. Diese vorbekannte Legie rung weist folgende Zusammensetzung auf (Angaben in Gew.-%): Cu: 57,0 - 59,0 %, Mn: 1 ,5 - 3,0 %, AI: 1 ,3 - 2,3 %, Si: 0,3 - 1 ,3 %, Rest Zink nebst unvermeidbaren Verunreinigungen. Als zulässige Beimengungen werden geduldet (Angaben in Gew.-%): Ni: max. 1,0 %, Fe: max. 1,0 %, Sn: max. 0,4 %, Pb: 0,2 - 0,8 %. Wie sich aus der bereits eingangs wiedergegebenen Werkstoffbezeichnung ergibt, enthält diese vorbekannte Legierung Pb. Dieses Element ist für die Zerspanbarkeit verantwortlich und beeinflusst aufgrund dessen Einbaus in tribologische Schichten das Einlaufverhalten sowie Reibung und Verschleiß bei Gleitanwendungen. Die Sondermessinglegierung CW713R zeichnet sich durch vielseitige An wendungseigenschaften aus, wie beispielsweise einen hohen Verschleiß- und Kavitationswiderstand, eine Schmierstoffverträglichkeit und hinrei- chend mechanische Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf die Fes tigkeit und Zähigkeit des Legierungsprodukts. Zu diesen zählt auch eine gute Zerspanbarkeit. Das Element Pb wird zum Erzielen der gewünschten Zerspanbarkeit in Messinglegierungen eingebracht. Aus gesundheitlichen Aspekten sowie aufgrund von Umweltgesichtspunk ten ist man in jüngerer Zeit bemüht, Messinglegierungen bleifrei auszule gen. Dabei ist man bemüht, wenn möglich, nicht auf die durch das Element Pb in der Legierung bewirkten Eigenschaften verzichten zu müssen. DE 102005017 574 A1 beschreibt eine verschleißfeste Messinglegierung für Synchronringe mit einem optionalen Bleianteil. Als Zusammensetzung (Angaben in Gew.-%) ist 57,5 - 59 % Kupfer, 2 - 3,5 % Mangan, 1 - 3 % Aluminium, 0,9 - 1,5 % Silizium, 0,15 - 0,4 % Eisen, 0 - 1 % Blei, 0 - 1 % Nickel, 0 - 0,5 % Zinn und Rest Zink.
WO 2014/152619 A1 offenbart eine Messinglegierung für Turbolader mit folgender, optional Blei enthaltender Zusammensetzung (Angaben in Gew.- %): 57 - 60 % Kupfer, 1 ,5 - 3,0 % Mangan, 1 ,3 - 2,3 % Aluminium, 0,5 - 2,0 % Silizium, 0 - 1 % Nickel, 0 - 1 % Eisen, 0 - 0,4 % Zinn, 0- 0,1 % Blei und Rest Zink.
Für Gleitanwendungen nennt JP S56-127741 A eine Messinglegierung mit folgender Zusammensetzung vor (Angaben in Gew.-%): 54 - 66 % Kupfer, 1 ,0 - 5,0 % Mangan, 1 ,0 - 5,0 % Aluminium, 0,2 - 1 ,5 % Silizium, 0,5 - 4,0 % Nickel, 0,1 -2,0 % Eisen, 0,2 - 2,0 % Zinn und Rest Zink.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pb-freie Cu-Zn-Legierung vorzuschlagen, die sich grundsätzlich für einen Einsatzzweck bzw. eine Verwendung eignet, für die auch die vorstehend zum Stand der Technik beschriebene Legierung CuZn37Mn3AI2PbSi geeignet war. Dabei wäre es wünschenswert, wenn die mechanischen Festigkeitseigenschaften gegenüber dieser vorbekann ten Sondermessinglegierung sogar noch verbessert wären, ohne jedoch Einbußen hinsichtlich der Kalt- und Warmumformbarkeit und der Zerspan barkeit hinnehmen zu müssen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Pb-freie Cu-Zn-Legierung mit folgen der Zusammensetzung (Angaben in Gew.-%):
Cu: 57 - 59%, Mn: 1,7 -2,7 %,
AI: 1,3 -2,2 %,
Si: 0,4 - 1,0 %,
Ni: 0,4 - 0,85 %,
Fe: 0,3 - 0,7 %, Sn: 0,15 - 0,4 %,
Rest Zn nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.
Unvermeidbare Verunreinigungen in der Legierung sind zugelassen mit 0,05 Gew.-% je Element, wobei die Summe der unvermeidbaren Verunrei- nigungen 0,15 Gew.-% nicht überschreitet.
Diese Legierung zeichnet sich vor allem durch die Auswahl der Legierungs elemente Ni, Fe und Sn aus, ebenso wie durch die beanspruchten Gehalte dieser Elemente an der Legierungszusammensetzung im Verhältnis zu den weiteren Legierungselementen vor allem Mn, AI und Si. Diese ausgewo gene Legierungszusammensetzung gewährleistet besonders gute Eigen schaften des Legierungsproduktes in Bezug auf eine Kalt- und Warmum formbarkeit, die Zerspanbarkeit, die Festigkeit und den Verschleißwider stand, letzterer vor allem unter geschmierten Bedingungen. Dieses Ergeb- nis ist überraschend, da als Pb-Ersatz in anderen Sondermessinglegierun gen Bi eingesetzt wird, die erfindungsgemäße Legierung jedoch Bi nicht verwendet. Während auch die vorbekannte Legierung CuZn37Mn3AI2PbSi zwar eine gute Warmumformbarkeit aufweist, ist beim Gegenstand der be anspruchten Legierung nicht nur eine besonders gute Warmumformbarkeit gegeben, sondern auch eine gute Kaltumformbarkeit. Letzteres war bei der vorbekannten Legierung nicht der Fall. Von Interesse bei dieser Legierung ist, dass sich diese eignet, um Schmiedestücke herzustellen. Werden die Schmiedestücke einem anschließenden Entspannungsglühen unterworfen, wobei dieses in einem Temperaturbereich zwischen 300° C und 450° C durchgeführt wird, kann durch diese Maßnahme der Anteil an eingelagerten a-Mischkristallen auf 10 - 15 % erhöht werden. Um die gewünschten Ei genschaften zu erreichen, ist ein Glühen in einem Temperaturbereich be reits von 350 bis 380° C in vielen Fällen bereits ausreichend. Dieser erhöhte Anteil an a-Mischkristallen begründet die verbesserte Kaltumformbarkeit. Ohne einen solchen Glühschritt enthält das Legierungsgefüge einen Anteil von a-Mischkristallen von weniger als 3 - 5 %. Dieselben Vorteile eines Entspannungsglühens stellen sich auch bei stranggepressten Produkten ein, wobei ebenfalls ein Gefüge mit a-Mischkristallanteil von 10 - 15 % durch die genannte thermische Behandlung erzielt werden kann. Nicht vorhersehbar für die an der Entwicklung dieser Legierung beteiligten Personen waren die mit dieser Legierung erzielbaren Festigkeitswerte und die gegenüber Vergleichslegierungen überraschend deutlich bessere Kavi tationsbeständigkeit. Die aus der erfindungsgemäßen Legierung durch Schmieden hergestellten Legierungsprodukte weisen eine 0,2 %-Dehn- grenze zwischen 330 und 350 MPa auf, was deutlich mehr ist als mit Schmiedestücken der Legierung CuZn37Mn3AI2PbSi üblich war (Werte von 230 bis 300 MPa). Die Zugfestigkeit von aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Legierungsprodukten beträgt 600 bis 640 MPa. Bei der vorbekannten Legierung CuZn37Mn3AI2PbSi liegen die Zugfestigkeits- werte üblicherweise zwischen 590 bis 670 MPa. Mit besonderen Behand lungen können auch etwas höhere Zugfestigkeitswerte erzielt werden.
Untersuchungen haben gezeigt, dass das Zusammenspiel der Elemente Ni, Fe und Sn untereinander, aber auch mit Mn, AI und Si und im Zusammen- hang mit einer Ausbildung von intermetallischen Phasen zu besonders gu ten Ergebnissen führt, wenn der Mn-Gehalt auf 1,9 - 2,6 %, der Al-Gehalt auf 1 ,4 -2,1 %, der Ni-Gehalt von 0,45 - 0,75 % und der Fe-Gehalt von 0,3 - 0,6 % kontrolliert wird. Als besonders geeignet hat sich für die gewünsch ten Zwecke mit einer besonderen Ausprägung aus guter Kalt- und Warmumformbarkeit, Zerspanbarkeit, Festigkeit und Verschleißwiderstand ergeben, wenn die Legierungszusammensetzung wie folgt gewählt ist (An gaben in Gew.-%):
Cu: 57,5 - 58,5 %, Mn: 2,0 -2,5 %,
AI: 1,5 -2,0 %,
Si: 0,50 - 0,70 %,
Ni: 0,50 - 0,70 %,
Fe: 0,5 - 0,55 %, Sn: 0,20 - 0,35 %.
Die besonderen Eigenschaften eines aus dieser Legierung hergestellten Legierungsproduktes liegen darin begründet, dass vorzugsweise der Si-Ge- halt nicht kleiner als der Ni-Gehalt ist. Ferner ist der Sn-Gehalt der Legie- rung vorzugsweise so abgestimmt, dass dieser maximal nur 50 % des Ni- Gehaltes bzw. nur maximal 50 % des Si-Gehaltes beträgt. Vorzugsweise ist der Ni-Gehalt nicht kleiner als der Si-Gehalt, wobei Abweichungen von bis zu 0,075 % toleriert werden. Auch der Fe-Gehalt spielt im Zusammenspiel mit den anderen Elementen eine Rolle. Vorzugsweise ist der Fe-Gehalt um etwa 0,05 % bis 0,1 Gew.-% geringer als der Ni-Gehalt.
Die vorstehend beschriebenen besonderen Eigenschaften eines aus dieser Legierung hergestellten Legierungsproduktes ergeben sich sowohl bei Schmiedeprodukten als auch bei stranggepressten Produkten.
Beispiele
Etliche Legierungen aus der erfindungsgemäßen Legierung wurden gegos sen, anschließend stranggepresst und Teile davon einem nachgeschalteten Schmiedeschritt unterworfen. Parallel wurde eine Vergleichsprobe des Werkstoffes CW713R in derselben Weise hergestellt. Nachstehend sind beispielhaft zwei erfindungsgemäße Proben bezüglich ihrer Legierungszu sammensetzung - die Proben 1 und 2 - und die Zusammensetzung einer Vergleichsprobe (CW713R) wiedergegeben:
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000007_0001
Nach dem Guss (Stranguss) wurden Blöcke gesägt und anschließend aus den Blöcken Stangen mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Länge von 20 m gepresst. Die Strangpresstemperatur der untersuchten Proben reihe lag zwischen 685° C und 710° C. Die Strangpresstemperatur der be schriebenen Proben betrug etwa 700° C. Das sich einstellende Gefüge ist über die gepresste Stange sehr homogen, und zwar sowohl in Längsrich tung als auch in Querrichtung der gepressten Stange über ihre gesamte Länge hinweg. Einzig zu beobachten ist, dass die Korngröße vom Pressan fang zum Pressende hin etwas abnimmt, wie dieses üblicherweise beim Strangpressen zu beobachten ist. Das Gefüge besteht so gut wie aus schließlich aus ß-Phase mit eingelagerten intermetallischen Verbindungen (Mischsiliziden, die in Pressrichtung eingeregelt sind). Der Anteil der inter metallischen Verbindungen liegt bei etwa 3 - 4 %.
Figuren 1a, 1 b zeigen Mikroaufnahmen von der Probe 1 im Presszustand vom Pressanfang (Figur 1a längs zur Pressrichtung; Figur 1 b quer zur Pressrichtung). Figuren 2a, 2b zeigen entsprechende Gefügebilder vom Pressende. Die von den gepressten Stangen geschnittenen Proben wurden in einem nachfolgenden Schritt thermisch entspannt, und zwar für drei Stun den bei 360° C. Infolge des Entspannungsglühens wurde im Gefüge eine a-Mischkristallphase gebildet, sodass ein vom ß-Mischkristall dominiertes Gefüge mit einem a-Mischkristallanteil von etwa 14 % gebildet worden ist. Der Anteil intermetallischer Phasen liegt bei gut 3 %.
Figuren 3a, 3b zeigen Gefügebilder der Probe 2 nach dem vorbeschriebe nen Entspannungsglühen.
Die vorgenannten Gefügeparameter und die Festigkeitswerte dieser Pro ben sind in nachstehender Tabelle wiedergegeben:
Figure imgf000008_0001
Mit IMP sind die intermetallischen Phasen bezeichnet. Die Härte HBW wurde als HBW 2,5/62,5 gemessen. Das Gefüge der Vergleichsprobe CW713R im Presszustand ist ß-Phasen- dominiert mit einem Anteil an a-Mischkristallphase von etwa 10 %. Das in dieser Legierung enthaltene Pb wirkt kornfeinend und dient als Spanbre cher. Figur 4 zeigt ein Gefügebild in der Probe CW713R im Presszustand und nach einer Glühbehandlung, entsprechend derjenigen der Probe 2. Der Anteil an a-Mischkristallphase beträgt etwa 40 - 45 %.
Aus den gepressten Stangen wurden in einem nachfolgenden Schritt zum Herstellen von Verteilerplatten Stutzen als Schmiedevorprodukte abge trennt und diese warm geschmiedet. Geschmiedet wurden die Schmiede stücke bei der Probenreihe bei Temperaturen zwischen 635° C und 670° C. Die Probe 2 und die Vergleichsprobe sind bei etwa 650° C geschmiedet worden. Das sich einstellende Mikrogefüge eines solchermaßen geschmie deten Vorproduktes für eine Verteilerplatte für eine hydraulische Anwen dung ist in Figuren 5a, 5b gezeigt. Figur 5a zeigt das Mikrogefüge am Rand, während Figur 5b das Mikrogefüge im Kern des Schmiedeproduktes zeigt. Diese Abbildungen verdeutlichen das über den Durchmesser des ge schmiedeten Halbzeuges sehr homogene Gefüge. Dieses besteht so gut wie ausschließlich aus ß-Phase mit eingelagerten intermetallischen Phasen von gut 3 %. In einem nachfolgenden Schritt wurden Proben dieser Art geglüht, und zwar für drei Stunden bei 360° C. Im Zuge dieses Glühprozesses bildete sich ein Anteil an a-Phase von etwa 12 %. Der Anteil an intermetallischen Phasen erhöhte sich auf etwa 3,7 %. Das Gefüge des geglühten Halbzeuges zum Herstellen einer Verteilerplatte für hydraulische Anwendungen ist in Figuren 6a, 6b gezeigt (Figur 6a Rand; Figur 6b Kern). Deutlich erkennbar ist die darin enthaltene a-Phase. In der nachstehenden Tabelle sind die Gefügeparameter und die mechani schen Festigkeitswerte zu diesen Proben wiedergegeben:
Figure imgf000009_0001
Wird die geschmiedete Vergleichsprobe (CW713R) einem Glühprozess un- terzogen, wie vorstehend beschrieben, erhöht sich der Anteil an a-Phase deutlich, und zwar auf bis zu etwa 40 %.
Aus der Legierung gemäß Probe 2 und derjenigen der Vergleichslegierung (CW713R) wurden zudem Rohre durch Strangpressen hergestellt. Von den Rohren wurden Abschnitte abgetrennt, die anschließend zum Vergleichen der Zerspanbarkeit der beiden Legierungen zerspanend durch Drehen be arbeitet wurden. Im Zuge dieser Drehbearbeitung wurden Ringe erstellt. Die Zerspanbarkeit des aus der Legierung gemäß Probe 2 hergestellten Ringes ist interessanterweise mindestens so gut wie die Zerspanbarkeit des Rin ges, hergestellt aus der Vergleichslegierung. Dieses ist bemerkenswert, da die erfindungsgemäße Probe (Probe 2) im Unterschied zu der Legierungs- Zusammensetzung der Vergleichsprobe kein Pb enthält, und zwar deswe gen, da das Legierungselement Pb bei der Vergleichsprobe für die gute Zerspanbarkeit dieser Legierung verantwortlich gemacht wird.
Das erfindungsgemäße Legierungsprodukt kann direkt gezogen werden Dennoch wird ein Zwischenglühen vor dem Ziehen bevorzugt, um ein mög lichst spannungsfreies Legierungsprodukt zu erzielen. Ferner haben zu sätzliche Untersuchungen mit den Legierungszusammensetzungen der Proben 1 und 2 für unterschiedlich eingestellte Werkstoffzustände ergeben, dass die Zugfestigkeit Rm, die 0,2%-Dehngrenze, die Bruchdehnung und die Härte HB auch für direkt gezogene oder für nach einem Zwischenglüh schritt gezogene Probestücke gegenüber Halbzeug aus der Vergleichsle gierung CW713R deutlich gesteigert ist. Entsprechendes ergab sich bei bei den Varianten der Proben für einen Werkstoffzustand nach einem abschlie ßenden Entspannungsglühen. Festgestellt wurde dieses an aus der Legie- rung hergestellten Schmiedestücken ebenso wie an stranggepressten Halbzeugen, die nach dem Pressen gezogen (gereckt) worden sind. In bei den Fällen kann ein anschließendes Glühen zum Abbau von in dem jewei ligen Werkstück enthaltenen Spannungen hilfreich sein. Des Weiteren wurden Kavitationsuntersuchungen mit der geschmiedeten und geglühten Probe 2 unternommen. Hierzu wurden Oberflächen von aus der Probe 2 gewonnenen Testkörpern zunächst mit einer Körnung von 1000 Mesh geschliffen und an diesen dann ein Kavitationstest gemäß ASTM G32 in destilliertem Wasser durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass der hoch eingeschätzte Kavitationswiderstand der Vergleichslegierung CW713R nochmals deutlich gesteigert werden konnte. Diese Verringerung der Kavi tationsneigung in Wasser deutet darauf hin, dass Legierungsprodukte mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung auch bei einer hohen dynami schen Belastung in einer Schmierstoffumgebung, wie sie beispielsweise in Zylinderbuchsen von Axialkolbenpumpen auftritt, eine verbesserte Stand festigkeit aufweisen. Derartige Zylinderbuchsen sind aus stranggepressten und anschließend kaltgezogenen (gereckten) Halbzeugen hergestellt. Da her sind Zylinderbuchsen für derartige Anwendungen für die Herstellung aus erfindungsgemäßen Legierung besonders geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Pb-freie Cu-Zn-Legierung zum Herstellen von unter geschmierten Bedingungen eingesetzten Legierungsprodukten mit folgender Zu sammensetzung (Angaben in Gew.-%):
Cu: 57 - 59 %,
Mn: 1,7 -2,7 %, AI: 1,3 -2, 2%,
Si: 0,4 -1,0%,
Ni: 0,4-0,85 %,
Fe: 0,3 -0,7 %,
Sn: 0,15-0,4%, Rest Zn nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.
2. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Mn: 1,9 -2, 6%,
AI: 1,4 -2,1 %,
Ni: 0,45-0,75 %,
Fe: 0,3 -0,6 %.
3. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch:
Cu: 57,5 - 58,5 %,
Mn: 2,0 -2,5 %, AI: 1,5 -2,0%,
Si: 0,50-0,70 %,
Ni: 0,50-0,70 %,
Fe: 0,35-0,55%,
Sn: 0,20-0,35 %.
4. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Si-Gehalt nicht kleiner ist als der Ni-Gehalt.
5. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sn-Gehalt maximal 50 % des Ni-Gehaltes und maximal 50 % des Si-Gehaltes beträgt.
6. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fe-Gehalt um 0,05 % bis 0,1 % geringer ist als derjenige des Ni-Gehaltes.
7. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Legierung hergestellte Legierungsprodukt ein Schmiedeprodukt mit einem ß-Gefüge und ei nem eingelagerten a-Mischkristallanteil von weniger als 5 % und mit einem Anteil intermetallischer Phasen von 2,5 - 4,5 % ist.
8. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Legierung hergestellte
Legierungsprodukt ein Strangpressprodukt mit einem ß-Gefüge und einem eingelagerten a-Mischkristallanteil von weniger als 5 % und mit einem Anteil intermetallischer Phasen von 2,5 - 4,5 % ist.
9. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsprodukt durch einen Glühprozess thermisch entspannt ist und durch diesen Prozess in dem Gefüge der Anteil der a-Mischkristalle auf 10 - 30 %, insbeson dere auf 10 - 15 % angehoben und ein Anteil intermetallischer Pha- sen von 3 - 5 % gebildet ist.
10. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des Legierungsproduktes 160 - 190 HBW 2,5/62,5, insbesondere 170 - 185 HBW 2,5/62,5 beträgt.
11. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsprodukt eine 0,2 %- Dehngrenze zwischen 300 und 400 MPa, insbesondere zwischen 300 und 350 MPa und eine Zugfestigkeit von 600 - 700 MPa, insbe- sondere von 600 - 640 MPa aufweist.
12. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach Anspruch 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsprodukt eine Bruchdehnung zwi schen 10 - 30 %, insbesondere 13 - 20 % aufweist.
13. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach Anspruch 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsprodukt eine Bruchdehnung zwi schen 10 und 16 % aufweist.
14. Pb-freie Cu-Zn-Legierung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit des Le gierungsproduktes zwischen 9 und 11 MS/m, insbesondere 9,3 und 10,0 MS/m beträgt.
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