CN105247085A - 一种铜锌合金的用途 - Google Patents

Abstract

本发明说明了一种铜锌合金作为用于马蹄铁的材料的用途，其中所述合金包含59-73％铜，2.7-8.5％锰，1.5-6.3％铝，0.2-4％硅，0.2-3％铁，0-2％铅，0-2％镍，0-0.4％锡，其余为锌以及不可避免的杂质。

Description

一种铜锌合金的用途

本发明涉及一种组成为59-73％铜，2.7-8.5％锰，1.5-6.3％铝，0.2-4％硅，0.2-3％铁，0-2％铅，0-2％镍，0-0.4％锡，其余为锌以及不可避免的杂质的铜锌合金的新用途。百分比份额在此处并且在下文中各自涉及重量百分比。

从EP0853880A2和从US6,059,043A已知铜合金作为用于马蹄铁的材料的用途，但是并未描述关于铜合金的组成的信息。相对于通常为马蹄铁所采用的材料钢而言，铜合金显示更高的延展性和因此在锻造时更好的可加工性。铜合金的阻尼性能比钢好。此外，铜具有抗微生物特性，其在作为马蹄铁使用时是有利的。

不利地，铜合金通常相对于钢而言显示对于马蹄铁不足的抗磨损性。由铜合金制成的马蹄铁的寿命本身相对于由钢制成的马蹄铁而言不是可接受的。

本发明基于这样的任务，提供作为用于马蹄铁的材料使用的铜合金，其在对于马蹄铁的良好可锻性下具有足够高的抗磨损性。

根据本发明，该任务通过使用铜锌合金作为用于马蹄铁的材料得到解决，其中所述合金包含59-73％铜，2.7-8.5％锰，1.5-6.3％铝，0.2-4％硅，0.2-3％铁，0-2％铅，0-2％镍，0-0.4％锡，其余为锌以及不可避免的杂质。

因此本文说明了对于一种铜锌合金的新颖用途，所述铜锌合金在DE2919478C2中以相似的组成作为用于同步环的材料加以说明。该本身已知的合金特别具有高摩擦值也即摩擦系数，以及与之组合的其他固有的材料特性。从DE102004058318B4进一步知晓上述的铜锌合金作为用于气门导管的材料的用途。在DE102005015467A1中，对于上面提到的铜锌合金，提出了作为用于滑动轴承的材料的用途。

由于比较高的α-相份额，这样的铜锌合金显示良好的延展性和因此良好的可锻性。然而，由于较硬的黄铜混合晶体和由于嵌入的过渡金属相，所述合金具有150和200HB(铜：40HB)之间的相对于铜显著提高的硬度。符号HB在此涉及所谓的布氏硬度，其根据标准例如通过具有2.5mm直径的测试球的印痕直径在62.5N的测试力下测量。虽然由于合金的硬度产生了较高的抗磨损性，然而这可以使得出现相对于铜而言变差的阻尼性能。

然而令人意外地，本发明现在发现，所述铜锌合金的阻尼性能与铜相似并且就这点而言相对于钢明显地得到改善。所述铜锌合金具有如铜那样在100GPa和130GPa之间的弹性模量。与此相反，钢的弹性模量在大约200GPa的范围内。因此，所述铜锌合金针对变形产生如铜那样比钢显著较小的阻力，因此存在对于马蹄铁有利的特性。用由所述铜锌合金制成的马蹄铁打掌的马蹄比用由钢制成的马蹄铁打掌的明显更少地被碰伤。

铜锌合金能够制备如下：在大约1000℃的温度下熔化各组分，紧接着半连续或全连续地连续浇铸以及在700℃和750℃之间的温度下具有或没有压延地挤压为棒形。在将棒横切后，可以进一步通过模锻和通过切削加工将材料改制成马蹄铁的毛坯形状。备选地，可以将已经在挤压下的材料制成U-形。以各种不同的大小提供还配备有蹄铁钉孔的马蹄铁毛坯形状。然后通过现场热锻，使马蹄铁单个地适应于待打掌的马蹄。

具有所述组成的铜锌合金具有这样的结构，其包含α-混合晶体份额和β-混合晶体份额。也称作α-相的由铜和锌组成的α-混合晶体显示面心立方结构。β-相或β-混合晶体具有体心立方结构。许多耐磨的铜锌合金在结构中占优势地显示β-相。这使得合金是易碎的。对于马蹄铁应用来说其延展性过小。然而，所述的铜锌合金具有足够的α-相份额，因此其为用于马蹄铁的材料提供了必需的延展性或可锻性。取决于合金的特殊组成和冷却期间的温度进程，材料结构中α-相份额在大约40％和80％之间。

铜锌合金的硬度主要由过渡金属相，特别是由硅化锰提供。通过组织中的β-相份额，可以额外调节材料的硬度。因此有利地，使所述组成的铜锌合金在现场锻造后，即特别是在蹄铁铺中，在水中淬火。由此材料的组织中β-相份额提高，借此增加了硬度和抗磨损性。

换言之，本铜锌合金在通过挤压、横切和模锻的制备后提供在相对高α-相份额下的良好可锻性的优点。合适的锻造温度在650℃和750℃之间(对于铜，750℃和950℃的锻造温度是必要的)。在现场锻造之后，就使材料淬火，由此其抗磨损性和其硬度由于此后增加的β-相份额而提高。

因此，所述铜锌合金的一个特别的应用在于，使合金在浇铸后缓慢地和特别是被动地冷却，从而从冷却的合金制造毛坯马蹄铁，在650℃和750℃之间的锻造温度下现场精加工毛坯马蹄铁，并且使马蹄铁在锻造精加工后淬火为完成的马蹄铁。特别地，通过将经锻造的马蹄铁浸入水中来进行淬火。

如果铜的份额增加超过73％，那么对于热变形或对于锻造，增多的力消耗是必需的，这对于作为用于马蹄铁的材料而使用是不利的。如果铜的份额下降到59％以下，那么结构中β-相份额增加。材料变得易碎并且就不具有足够的延展性。铁、锰和硅的份额在结构中作为过渡金属相存在，通过它们主要决定材料的硬度。铝服务于混合晶体加固。铅的份额改善材料的可切削性。锡和镍溶解在材料中。在此镍作为铜替代物起作用。可容忍的锡和镍份额使合金在金属废料循环中的再利用成为可能。

在一个有利的实施方案中，所述合金包含63-73％铜，2.7-8.3％锰，1.5-6％铝，0.2-4％硅，0.2-2％铁，0-2％铅，0-2％镍，0-0.2％锡，其余为锌以及不可避免的杂质。许多耐磨的铜锌合金具有少于63％的铜份额，以便利用硬β-相的高的抗磨损性，而本合金正好在大于63％的铜份额下具有足够的抗磨损性。然而，铜在材料中以大于63％的份额存在，因此材料显示足够的抗微生物作用，这正好对用于马蹄铁的用途大为有利。因此，由有利地经改进的铜锌合金组合而成的马蹄铁具有铜的优点，即抗微生物作用和良好的阻尼性能，以及钢的优点，即长寿命和高耐磨性。

在铜锌合金的改进方案中，包含69-72％铜。锰的份额合适地为6-8％。铝优选地以4-6％的份额被包含。硅的份额合适地选择为1.5-2.5％。铁优选地以0.5-1.5％的份额被包含。有利地，铅的份额为0-1％。镍优选地以达0.2％的份额被包含。

有利地，所述合金额外包含具有每种达0.1％的铬、钒、钛或锆元素之一。向铜锌合金添加这些元素起到细化晶粒的作用。

额外，作为马蹄铁使用的铜锌合金，还可以包含具有≤0.0005％份额的硼，具有≤0.03％份额的锑，具有≤0.03％份额的磷，具有≤0.03％份额的镉和具有≤0.05％份额的钴。

根据本发明，开头提出的任务进一步通过这样的马蹄铁得到解决，其由上面描述的组成的铜锌合金制备而成。

示例性地，通过在1000℃的温度下组分的熔化，紧接着在700℃至750℃温度下的连续浇铸和挤压和紧接着室温下的被动冷却，来为在马蹄铁制备组成为70.5％铜、7.7％锰、5.2％铝、1.8％硅、1.1％铁，其余为锌和不可避免的杂质的铜锌合金。通过横切和模锻以及通过切削加工来制造毛坯马蹄铁。为了最终调整，在700℃的温度下对毛坯马蹄铁进行热锻。

图1显示此种马蹄铁的材料的显微切片绘图，其中使马蹄铁在热锻后通过浸入水中淬火。图2显示材料的显微切片绘图，其中使马蹄铁在热锻后在室温下缓慢冷却。

明显可看出的是，在图1的材料中α-相的份额(较明亮的分区)比图2的材料中的明显更少。换言之，通过热锻后材料的淬火，提高了结构中改善硬度和耐磨性的β-相的份额。β-相的份额(较暗的周围部分)在图2的材料中为大约27％。图1(经淬火的情况)的材料中的β-相份额为大约67％。图1的经淬火的材料的硬度测定为171HB。图2的被动冷却的材料的硬度测定为168HB。

结果因此显示，通过马蹄铁的现场锻造之后的淬火，可以进一步有利地影响其硬度和其耐磨性。

额外，在图1和2中，作为非常暗的区域，还可看出嵌入结构中的过渡金属相。通过该过渡金属相，上述占优势的硅化锰，基本上规定了材料的硬度。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.铜锌合金作为用于马蹄铁的材料的用途，其中所述合金由下述组成：59-73重量％铜，2.7-8.5重量％锰，1.5-6.3重量％铝，0.2-4重量％硅，0.2-3重量％铁，0-2重量％铅，0-2重量％镍，0-0.4重量％锡，0-0.1重量％的铬、钒、钛或锆元素之一，0-0.0005重量％硼，0-0.03重量％锑，0-0.03重量％磷，0-0.03重量％镉，0-0.05重量％钴，其余为锌以及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1的用途，其中所述合金包含63-73重量％铜，2.7-8.3重量％锰，1.5-6重量％铝，0.2-4重量％硅，0.2-2重量％铁，0-2重量％铅，0-2重量％镍，0-0.2重量％锡，其余为锌以及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2的用途，其中所述合金包含69-72重量％铜。

4.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含6-8重量％锰。

5.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含4-6重量％铝。

6.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含1.5-2.5重量％硅。

7.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含0.5-1.5重量％铁。

8.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含0-1重量％铅。

9.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含0-0.2重量％镍。

10.由符合根据上述权利要求之一的特征的铜锌合金制成的马蹄铁。

Claims (11)

1.铜锌合金作为用于马蹄铁的材料的用途，其中所述合金包含59-73％铜，2.7-8.5％锰，1.5-6.3％铝，0.2-4％硅，0.2-3％铁，0-2％铅，0-2％镍，0-0.4％锡，其余为锌以及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1的用途，其中所述合金包含63-73％铜，2.7-8.3％锰，1.5-6％铝，0.2-4％硅，0.2-2％铁，0-2％铅，0-2％镍，0-0.2％锡，其余为锌以及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2的用途，其中所述合金包含69-72％铜。

4.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含6-8％锰。

5.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含4-6％铝。

6.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含1.5-2.5％硅。

7.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含0.5-1.5％铁。

8.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含0-1％铅。

9.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金包含0-0.2％镍。

10.根据上述权利要求之一的用途，其中所述合金额外包含达0.1％的铬、钒、钛或锆元素之一。

11.由符合根据上述权利要求之一的特征的铜锌合金制成的马蹄铁。