DE2830459B2

DE2830459B2 - Verwendung einer Messinglegierung für Teile mit hoher Beständigkeit gegenüber fressendem Verschleiß

Info

Publication number: DE2830459B2
Application number: DE2830459A
Authority: DE
Inventors: Kunio Kurobe Hata; Yutaka Toyama Hirao; Masao Toyama Hosoda
Original assignee: CHUETSU METAL WORKS Co Ltd TOKIO
Current assignee: CHUETSU METAL WORKS Co Ltd TOKIO
Priority date: 1977-11-24
Filing date: 1978-07-11
Publication date: 1980-08-28
Also published as: US4191564A; DE2830459C3; DE2830459A1; JPS5551502B2; JPS5472717A

Description

Die Erfindung betrifft Verwendung einer Messinglegierung für die Herstellung von Teilen mit hoher Beständigkeit gegenüber fressendem Verschleiß. Solche Teile sind z. B. Getriebe von verschiedenen Maschinen, Walzen und Preßgesenke für die Herstellung von Rohren und für das Tiefziehen von Edelstahl- oder Titan-Plattenmaterialien u. dgl.

Die herkömmlichen Aluminiumbronzen weisen eine ausgefällte γ- Phase auf. Übliche Bronzen werden im allgemeinen als Materialien für Preßgesenke zur Bildung von Rohren und zum Tiefziehen von Edelstahl- und Titan-Plattenmaterialien verwendet Diese Legierungen sind jedoch im allgemeinen teuer und sie haben weiterhin noch verschiedene Nachteile. Wenn beispielsweis.2 eine Legierung dieses Typs als Material für Walzen zur Herstellung von Titanrohren verwendet wird, dann stellt man oftmals fest, daß das Titanmaterial an der Umfangsoberfläche der Walze während des Herstellungsvorgangs der Rohre haftet. Dies führt zur Eindrücken oder Kratzern auf der Oberfläche des gebildeten Titanrohrs und im schlimmsten Fall zu einer Ausschußware.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Probleme des Standes der Technik durch Verwendung eines billigeren Messingmaterials mit hoher Beständigkeit gegenüber einem fressenden Verschleiß zu überwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verwendung einer Messinglegierung aus 45 bis 75% Kupfer, 2,0 bis 7,0% Aluminium, 0,1 bis 2,0% Eisen, 1,0 bis 5,0% Nickel, 0,5 bis 2,0% Silicium, 0,1 bis 2,0% Kobalt und zum Rest aus Zink zur Herstellung von Teilen mit hoher Beständigkeit gegenüber fressendem Verschleiß gelöst.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Legierung zur Herstellung von Getrieben verwendet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird diese Legierung zur Herstellung von Walzen verwendet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese Legierung zur Herstellung von Preßgesenken verwendet.

Aus der DE-PS S 36 567 ist schon eine Legierung bekannt, die aus 0,1 bis 8% Silicium, über 20 bis 45% Zink, Rest Kupfer, besieht und die weiterhin je 0,1 bis 5% Nickel, Eisen und Kobalt sowie 0,1 bis Wo Aluminium enthalten kann. In dieser Druckschrift wird jedoch lediglich die Verwendung dieser Legierung für Glocken, Schellen und ähnliche Klanggeräte beschrieben, während irgendwelche Hinweise, daß diese bekannte Legierung auch zur Herstellung von Teilen mit hoher Beständigkeit gegenüber fressendem Verschleiß verwendet werden könnten, fehlen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Aluminiumbronzen, bei denen die χ-Phase von Fe-Al und die y-Phase in einer 0-Phase ausgefällt sind, enthält die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung eine intermetallische Verbindung vom Ni-Si-Typ, die in einer Matrix aus der «+0-Phase, /J-Phase oder β -t-y-Phase ausgeschieden ist Es ist bestätigt worden, daß diese intermetallische Verbindung ungeachtet der Gießmethode immer in runder bzw. kugelförmiger Form aasgeschieden ist und zur gleichen Zeit über die gesamte Fläche der Matrix fein und gleichförmig verteilt ist Durch Zugabe von Kobalt wird diese Legierung weiterhin feinkörnig, so daß die mechanische Festigkeit weiter stabilisiert wird. Dazu kommt noch, daß die Zugabe von Kobalt eine Ausscheidung der intermetallischen Verimdung in blumenblättriger Form bewirkt so daß die Verschleißbeständigkeit bzw. die Beständigkeit gegenüber einem fressenden Verschleiß der Legierung im Verhältnis zu anderen Legierungen stark verbessert wird.

Erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen wurden hergestellt wobei die Mengen der Additive innerhalb der angegebenen Bereiche vermindert wurden. Bei diesen Legierungen hatten sich die metallographischen Gefüge in die ß-Phase bzw. a+jJ-Phase verändert so daß die Duktilität der Legierung erhöht wurde, obgleich die Härte geringfügig vermindert wurde. Diese Legierungen sind daher als Materialien für mechanische Teile geeignet, die einer hohen Dauerbeanspruchung widerstehen müssen und die eine hohe Beständigkeit gegenüber fressendem Verschleiß haben müssen, wie z. B. hydraulische Teile und Automobilteile.

Zum Erhalt einer ausreichenden mechanischen Festigkeit und einer guten Verschleißbeständigkeit wird der Nickelgehalt d r erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 5,0% ausgewählt, während der Siliciumgehalt im Hinblick auf die Bildung von intermetallischen Verbindungen vom Ni-Sn-Typ und die Gießbarkeit der Legierung vorzugsweise 0,5 bis 2,0% beträgt.

Aluminium, das ein Element ist, welches die Ausscheidung einer y-Phase fördert, ist ebenfalls zum Erhalt einer hohen Härte bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung wesentlich. Aluminiumgehalte über 7% beeinflussen jedoch in nachteiliger Weise die Duktilität, während Aluminiumgehalte von unterhalb 2% zu gering sind, als daß ein genügender Härtungseffekt erhalten werden könnte.

Kobalt wird zum Zweck der Verfestigung der Ausscheidung und zur Kornfeinung verwendet. Ein Kobaltgehalt von mehr als 2,0% ist nicht wirtschaftlich, da die Effekte der Ausscheidungsverstärkung und der Kornfeinung in keinem Verhältnis zur Zunahme des Kobaltgehalts stehen. Bei Kobaltgehalten von unterhalb 0,1% werden keine nennenswerten Verbesserungen erhalten.

Ein Eisengehalt von mindestens 0,1% ist ebenfalls für eine Kornfeinung der Gußstruktur notwendig. Mengen von mehr als 2% Eisen werden jedoch nicht empfohlen, da die Ausscheidungen hierdurch in nicht annehmbarer Weise vergröbert würden.

Der Kupfergehalt ist auf den Bereich von 45 bis 75% eingeschränkt, damit eine Matrixstniktur der Legierung der fx+ß-,ß- oder β + γ-Phase erhalten wird.

Vorstehend wurden die Gehalte der additiv zugesetzten Elemente als Gewichtsprozent ausgedrückt. In der Tabelle I sind Zusammensetzungen von Beispielen der

erfindungsgemäß zu verwendenden Messinglegierungen zum Vergleich zusammen mit Beispielen für herkömmlich verwendete Zinn-Bronzen und Alumini-Tabelle I
Zusammensetzung der Legierungen um-Bronzen angegeben. In den Tabellen II und IH sind die Ergebnisse von Haftfestigkeitstests und Verschleißtests zusammengestellt

Cu

Zn

Al

Ni

Si

Co

Sn

Rest

Zinn-Bronze

Aluminium-Bronze
Nr. 1 Rest

Nr. 2 Rest

Nr. 3 Rest

Erfindungsgemäß zu verwendende Legierung Nr. 1

Nr. 1 Rest

Nr. 2 Rest

Nr. 3 Rest

Tabelle II

Beständigkeit gegenüber einem Festfressen Oberflächendruck (kg/cm²) p. v. (kg/cm ²m/sec)*)
Zinn-Bronze
Aluminium-Bronze

Nr. 1

Nr. 2

Nr. 3

Erfindungsgemäß zu verwendende Legierung

Nr. I

4,79 0,18

4,42 5,54

-	3,37	10,41	—	-	—
-	4,34	12,72	-	-	-
—	4,50	13,70	—	—	—
33,0	0,83	5,13	3,01	1,19	0,57
30.5	0,72	4,01	3,02	1,11	0,61
27,0	0,76	3,87	2,98	0,82	0,69

52,4	74,6
57,7	82,1
kein Festfressen	Festfressen
kein Festfressen	Festfressen
Festfressen in 30 see	-
Festfressen in 7 min 20 see	—

83,4
91,7

Nr. 2

Nr. 3

kein Festfressen

kein Festfressen kein Festfressen

kein Festfressen

Festfressen nach
15 mm 30 see

Festfressen nach
12 min 25 see
Festfressen nach
12 min 18 see

Die Probekörper der jeweiligen Legierungen wurden bei gleichen Gießbedingungen sandgegossen. Die kritischen Bedingungen für ein Festfressen mit Titan als auftreffendem Testkörper ohne Aufbringen eines Schmiermittels wurden beobachtet und Pur die jeweiligen Probekörper ungegeben.

*) Der p. v.-Wert stellt das Produkt aus dem Obcrflächenkontaktdruck (kg/cnr) und de, Gleitgeschwindigkcit (m/sec) dar. Diese Größe ist materialabhängig. Oberhalb eines bestimmten Grenzwerts für den p. v.-Wert für jedes Material findet ein Festfressen statt. Je höher der p. v.-Wert ist, desto größer ist die Beständigkeit des Materials gegenüber einem Festfressen.

	Tabelle III	Verschleiß
	Verschleißbeständigkeit	(mm)
S		/;= 12 χ = 0,42

I	Aluminium-Bronze Nr. 2	η IO v- 0,05
	lirllndungsgcmäß /u verwendende Legierung	i<- 10 χ 0,06
	Nr. I	ii- 10 ν 0.06
	Nr. 2
	Nr. 3

M)

Ringförmige l'robckörpcriiusden jeweilig'" Legierungen mit verjüngten Innenumlangsobcrlliichen winujn H) min lang in gleitendem Kontakt mit verjüngten Kegeln mit auftreffender verjüngter Umfangsoberfläche, hergestellt aus einem Cr-Mo-Stahl (JIS-Norm SCM 22) unter Anwendung einer Preßlasl von 33 kg bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit des verjüngten Kegels von 920 UpM, innerhalb eines Bades aus Getriebeöl gehalten. Das Ausmaß des Verschleißes ist als Verschiebung des l'robekörpers in axialer Richtung des verjüngten Kegels aufgrund des Verschleißes angegeben.

Aus den Tabellen Il und III wird ersichtlich, daß die erfindungsgemäß zu verwendende Messinglegierung eine erheblich größere Beständigkeit gegenüber einem Festfressen und eine erheblich bessere Verschleißfestigkeit hat als herkömmliche Legierungen, wie z. B. Aluminium-Bronze oder Zinn-Bronze.

Claims

Patentansprüche;

1. Verwendung einer Messinglegierung aus 45 bis 75% Kupfer, 2,0 bis 7,0% Aluminium, 0,1 bis 2,0% Eisen, 1,0 bis 5,0% Nickel, 0,5 bis 2,0% Silicium, 0,1 bis 2,0% Kobalt und zum Rest aus Zink zur Herstellung von Teilen mit hoher Beständigkeit gegenüber fressendem Verschleiß.

2. Verwendung der Messinglegierung gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Getrieben.

3. Verwendung der Messinglegierung gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Walzen.

4. Verwendung der Messinglegierung gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Preßgesenken.