EP3581667A2 - Moulded parts made from a corrosion resistant and machinable alloy - Google Patents

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EP3581667A2
EP3581667A2 EP19179717.4A EP19179717A EP3581667A2 EP 3581667 A2 EP3581667 A2 EP 3581667A2 EP 19179717 A EP19179717 A EP 19179717A EP 3581667 A2 EP3581667 A2 EP 3581667A2
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EP
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alloy
copper alloy
less
hot forming
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Andreas Hansen
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Gebr Kemper GmbH and Co KG
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Gebr Kemper GmbH and Co KG
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Publication date
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • 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
    • C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent
    • 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 present invention relates to a copper alloy, its use and a method for producing molded parts, and the molded parts produced therefrom.
  • Water is a valuable raw material and indispensable for everyday use. For this reason, the drinking water must be of a microbiological nature when it is removed from the supply system in such a way that subsequent enjoyment does not lead to human illness. In order to achieve this, high demands are placed on materials that come into direct contact with the drinking water. Copper is the most precious commodity and is considered an indispensable material in industry and technology for water-bearing systems. Because copper has bacteriostatic properties and also offers excellent corrosion resistance. Copper also shows positive properties in terms of shape. This makes it easy to cast copper alloys, and its high strength and toughness make the material particularly valued for plastomechanical shaping.
  • Gunmetal is one of the copper casting alloys and is characterized by the combination of good castability with optimal machinability and high strength. Due to the good corrosion resistance, gunmetal is particularly suitable for water-bearing systems such as fittings and sanitary engineering. Common gunmetal alloys contain tin to increase strength and corrosion resistance. Zinc is added as an inexpensive substitute for copper. In order to be able to economically process the gunmetal products produced, the heavy metal lead is added, which acts as a chip breaker in the alloy and enables machining on CNC machines and conventional automatic lathes.
  • the ideal gunmetal would be free of lead and other questionable substances, with the same or better economic efficiency in production and without affecting the corrosion resistance, the high mechanical strength and the good processability.
  • the EP 2290114 A1 describes a lead-free gunmetal alloy with 4 to 6% by weight of tin, 4 to 6% by weight of zinc and less than 0.25% by weight of lead.
  • This alloy can be used to produce lead-free components using a casting process. The subsequent mechanical processing to create the functional surfaces of these components remains unconsidered. Without lead, the specified composition shows a homogeneous ⁇ -MK structure, which tends to form long chippings and cannot be machined economically. The required casting process also requires a higher amount of material to produce the molded part than alternative forming processes.
  • the US 2012/0082588 A1 , the EP 2 241 643 A1 , the EP 3 225 707 A1 and the US 9,181,606 B2 disclose copper alloys.
  • the describes a forming process of a lead-free gunmetal alloy EP 2 872 660 B1 A process is described for preconditioning a gunmetal alloy with 2 to 8% by weight of tin, 2.5 to 13% by weight of zinc and less than 0.25% by weight of lead, which is suitable for hot pressing and at the end of the hot pressing process has a homogeneous structure.
  • Hot forming enables the economical production of molded parts with little material. Although the process sequence up to the shaping of the blank is explained, the subsequent machining process necessary to work out the functional surfaces of the components is also not taken into account here.
  • the chemical composition and the subsequent hot forming result in a homogeneous microstructure and here too, due to the lack of a chip breaker, long chip formation is to be expected during machining, which makes economical machining of the components difficult.
  • the EP 1 801 250 A1 describes low migration components made of a copper alloy that has a relatively high proportion of Si, in addition to smaller but significant proportions of Mn, Al and Zr. Similar copper alloys are also in the WO 2007/068470 disclosed.
  • a copper alloy which comprises as few components as possible is lead-free or essentially lead-free and, moreover, can dispense with expensive metal components and / or metal components which are difficult to mix.
  • the present invention makes it possible to produce molded parts with high mechanical strengths, with high dimensional stability and with high corrosion resistance from a gunmetal alloy, which has a chip breaker in the structure, by means of hot forming with a low use of material, which subsequently also is economical after the hot pressing process Machining can be subjected.
  • the hot-formable gunmetal alloy of the present invention requires no elements such as Al, Si, Pb, Sb, Te, Se, C and Bi to form a chipbreaker in the structure and is therefore highly reusable.
  • the present invention therefore provides a copper alloy which, in particular for the production of molded parts from at least one hot-forming process with subsequent machining, has the following composition in% by weight: Sn: 2 to 6% Zn: 0 to 5% S: 0.05 to 0.6% Pb: less than 0.25% Ni: less than 0.6% sb: less than 0.2%, optionally further containing phosphorus up to a maximum of 0.06% by weight, B up to a maximum of 0.003% by weight, Zr up to a maximum of 0.03% by weight and inevitable impurities, the total of the impurities preferably being 0.25% by weight does not exceed, and the rest is Cu.
  • the alloy according to the invention in particular contains no elements from the group Al, Si, Sb, Te, Se, C and Bi and, in preferred embodiments, likewise no Pb.
  • the copper content in the alloy is preferably 88% by weight or more, more preferably 90% by weight or more.
  • the known disadvantages from the prior art can be overcome with the copper alloys disclosed here.
  • semi-finished products / intermediate products made from the copper alloy can be subjected to hot forming very well.
  • the alloy according to the invention enables the production of molded parts (which may then be further processed, for example by machining), which are still have excellent mechanical properties and show no reduction in corrosion resistance.
  • the molded parts obtained in this way can also be processed in an economical manner, since in particular the undesired long chip formation is avoided. It can thus be seen that, despite the processes taking place during hot forming in the structural structure of the alloy, there are still chip-breaking components, although the alloy according to the invention dispenses with typical chip-breaking components such as Pb or Si.
  • the present invention provides a copper alloy that has an excellent balance of desired properties. Shaped parts can thus be produced from this alloy, in particular by hot forming, possibly combined with further processing steps as described here, without compromising the further, desired properties of the copper alloy and its suitability for use in hot forming.
  • the alloy according to the invention can therefore advantageously be used for the production of molded parts, these production methods comprising hot forming, possibly combined with further processing methods, for example subsequent machining.
  • the individual alloy components each alone, but also in their interaction, enable good and reproducible control of the alloy properties.
  • Tin acts as a solid solution in the alloy and thus increases the tensile strength, yield strength and hardness, but reduces the elongation at break. Tin also increases corrosion resistance, with corrosion resistance increasing as the tin content increases.
  • tin in the structure caused strong segregations, which lead to the formation of zone crystals during solidification.
  • copper crystals with less tin are separated out and the residual melt is enriched with a tin content which is above the average content of the alloy.
  • Sulfur is almost insoluble in solid copper and the original properties of the material, such as corrosion resistance, are not affected by the addition of sulfur. Due to the insolubility in solid copper, sulfur leads to a constitutional behavior that influences the solidification process of copper-tin alloy in a similar way to lead. Unlike lead, sulfur does not exist in the structure at the end of solidification, but in the form of an intermetallic metal-sulfur compound that is evenly distributed in the structure. It could be seen that this phase is incoherent and brittle in the structure and thus creates a chip-breaking mechanism.
  • the properties of the sulfides influence the mechanical, plastic behavior of the gunmetal material.
  • the influence is determined via the proportions of the sulfide phases in the material. From a sulfur content of more than 0.6% by weight, the stress-transferring ⁇ -Cu matrix is so badly affected by the sulfides that a hot pressing process is very difficult.
  • the sulfur content of 0.05% by weight to 0.6% by weight, particularly preferably 0.1% by weight to 0.45% by weight ensures that sufficient sulfide inclusions are present in the structure to make a chip-breaking one Generate mechanism and ensure a hot forming process.
  • Zinc is added to the alloy as an economical substitute for copper. It was recognized that there is a close relationship between the zinc content and the sulfur content via the point in time and the type of distribution of the sulfide formation. The higher the zinc content, the sooner the sulfide inclusions form in the structure during casting solidification. If the zinc content is above 5% by weight, the sulfide formation is shifted to temperatures in the range of the solidification temperature of the gunmetal alloy. In this temperature range, there are still high molten parts in the cast structure, which are connected to one another in places.
  • the sulfides Due to the high zinc content, the sulfides form early. These sulfides are inhomogeneous and concentrated in places in the structure and thus complicate the hot pressing process by locally weakening the ⁇ -MK matrix. If the zinc content is low, the formation is shifted to lower temperatures and the sulfides are present in former melt areas separately and homogeneously distributed.
  • the zinc content of 0 to 5% by weight, particularly preferably 0 to 3% by weight of zinc, ensures that sulfide formation at higher temperatures is avoided.
  • the copper alloy according to the invention due to the specific composition, is particularly suitable for use in a production process for molded parts, this process comprising at least one hot forming. Due to the special composition of the alloy, further processing steps can also be carried out without problems after hot forming, for example subsequent machining.
  • Hot forming according to the invention can be a hot pressing process, for example. According to the invention, however, other hot forging operations are also possible which are known to the person skilled in the art. Before hot forming, for example a hot pressing process, the blank is heated to 600 ° C to 950 ° C. From 600 ° C the yield strength is sufficiently deep to plastically deform the red bronze material using a hot forming process. According to the invention, hot forming can be carried out at any suitable temperature in the above-mentioned temperature window, for example at 700 to 900 ° C. The respective temperature is selected by the person skilled in the art depending on the type of molded part, the desired speed of the forming, etc.
  • the ⁇ -MK matrix is then dynamically recrystallized, which eliminates the zone mixed crystal with different tin concentrations that previously existed in the as-cast state and ensures a homogeneous concentration over the cross-section and thus constant mechanical characteristics and corrosion properties.
  • the sulfides are redistributed and brittle in the structure at room temperature, with which they act as chip breakers. It was found that even with thermoformed molded parts with low sulfur contents from 0.05% by weight, the tool slips back during mechanical processing due to the frictional relationships between the chip and the tool that change over time. These changes in friction are due to the inhomogeneous structure that follows the hot pressing process consists of a copper-containing ⁇ -MK matrix with sulfides embedded in it. Due to the slip sliding, shear bands are created in the chip, which lead to lamellar chips and shear chips and break in the further course of the machining process when removed via a chip breaker in the tool. This prevents long chips and enables economical machining.
  • the mean grain size in the cast state should not be more than 2 mm.
  • the person skilled in the art is familiar with the measures required to ensure such an average grain size.
  • Grain refinement is possible, for example, through the use of chemical additives such as zirconium and boron up to a content of 0.005 to 0.03% by weight or other alternative methods for grain refinement such as electromagnetic stirring, ultrasound excitation, vibration, gas injection or by means of strong supercooling Melt during casting.
  • the copper alloy described above is particularly suitable for use in the production of molded parts, the production comprising at least one hot forging. It is also possible to use it for the production of molded parts, in which further processing steps take place after the at least one hot forming, for example a subsequent machining operation.
  • the corresponding manufacturing process is particularly suitable for the production of components, for example media, e.g. Gas or water-carrying lines and components to be connected, such as fittings, etc.
  • molded parts are components of house installation pipe systems, including pipes, fittings, end caps and connecting pieces. The basic process steps for the production of such molded parts are known to the person skilled in the art and are therefore not described in detail here.
  • a molded part for the drinking water installation was produced from a lead-free gunmetal in the grain-refined state by means of hot forming with subsequent machining. It was shown that chip breakers were present in the structure of the alloy after the hot pressing process, so that economical, fully automated mechanical processing was possible.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zinn enthaltende Kupferlegierung, deren Verwendung und ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, sowie die daraus hergestellten Formteile.The present invention relates to a tin alloy containing copper, its use and a method for producing molded parts, and the molded parts produced therefrom.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupferlegierung, deren Verwendung und ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, sowie die daraus hergestellten Formteile.The present invention relates to a copper alloy, its use and a method for producing molded parts, and the molded parts produced therefrom.

Stand der TechnikState of the art

Wasser ist ein wertvoller Rohstoff und für den täglichen Gebrauch unentbehrlich. Daher muss das Trinkwasser bei der Entnahme aus dem Versorgungssystem mikrobiologisch so beschaffen sein, dass der spätere Genuss zu keiner Erkrankung des Menschen führt. Um dies zu erreichen werden hohe Anforderungen an Werkstoffe, die in den unmittelbaren Kontakt mit dem Trinkwasser kommen, gestellt. Kupfer ist das edelste Gebrauchsmaterial und gilt in der Industrie und Technik für wasserführende Systeme als ein unverzichtbarer Werkstoff. Denn Kupfer besitzt bakteriostatische Eigenschaften und bietet außerdem eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Kupfer zeigt auch in der Formgebung positive Eigenschaften auf. So lassen sich Kupfergusslegierungen gut vergießen und durch die hohe Festigkeit und Zähigkeit wird der Werkstoff auch bei der plastomechanischen Formgebung besonders geschätzt.Water is a valuable raw material and indispensable for everyday use. For this reason, the drinking water must be of a microbiological nature when it is removed from the supply system in such a way that subsequent enjoyment does not lead to human illness. In order to achieve this, high demands are placed on materials that come into direct contact with the drinking water. Copper is the most precious commodity and is considered an indispensable material in industry and technology for water-bearing systems. Because copper has bacteriostatic properties and also offers excellent corrosion resistance. Copper also shows positive properties in terms of shape. This makes it easy to cast copper alloys, and its high strength and toughness make the material particularly valued for plastomechanical shaping.

Jedoch bereitet gerade diese plastische Verformbarkeit bei der spanabhebenden mechanischen Bearbeitung Probleme. Hier neigen homogene Kupferwerkstoffe zu einer Langspanbildung. Diese Spanart hemmt den Arbeitsablauf beim vollautomatisierten Drehen, bzw. Bohren, und führt zu einem starken Verschleiß an den Werkzeugschneiden. Oftmals ist die Spanbildung des Kupfers die limitierende Größe bei der mechanischen Bearbeitung und nimmt daher direkten Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Werkstücke.However, it is precisely this plastic deformability that causes problems during machining. Here homogeneous copper materials tend to form long chippings. This type of chip inhibits the workflow in fully automated turning or drilling and leads to heavy wear on the tool cutting edges. The chip formation of the copper is often the limiting factor in mechanical processing and therefore has a direct influence on the economy of the workpieces.

Rotguss gehört zu den Kupfergusslegierungen und zeichnet sich durch die Kombination einer guten Gießbarkeit mit optimaler Spanbarkeit und hoher Festigkeit aus. Durch die gute Korrosionsbeständigkeit ist Rotguss besonders für wasserführende Systeme wie die Armaturen- und Sanitärtechnik geeignet. Übliche Rotgusslegierungen enthalten Zinn um die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu steigern. Zink wird als kostengünstiges Substitutionsmittel für Kupfer hinzugefügt. Um die erzeugten Produkte aus Rotguss überhaupt wirtschaftlich bearbeiten zu können, wird das Schwermetall Blei hinzugegeben, welches in der Legierung als Spanbrecher wirkt und eine spanabhebende Bearbeitung auf CNC-Automaten und herkömmlichen Drehautomaten möglich macht.Gunmetal is one of the copper casting alloys and is characterized by the combination of good castability with optimal machinability and high strength. Due to the good corrosion resistance, gunmetal is particularly suitable for water-bearing systems such as fittings and sanitary engineering. Common gunmetal alloys contain tin to increase strength and corrosion resistance. Zinc is added as an inexpensive substitute for copper. In order to be able to economically process the gunmetal products produced, the heavy metal lead is added, which acts as a chip breaker in the alloy and enables machining on CNC machines and conventional automatic lathes.

Stagniert das Trinkwasser über längere Zeit in handelsüblichen bleihaltigen Armaturen, besteht die Möglichkeit, dass Blei durch eine Metallionenmigration an das Leitungswasser abgegeben wird. Hohe Bleikonzentrationen gelten als gesundheitsschädlich. Daher werden weltweit immer strengere Auflagen an die Bleigehalte der Werkstoffe, die in Kontakt mit Trinkwasser kommen, gestellt. Auch innerhalb von Deutschland wurde über die gesetzliche Trinkwasserverordnung seit dem 01.12.2013 der Bleigehalt auf 10 µg Blei/l gesenkt. Der Druck, Bleigehalte im Trinkwasser weiter zu reduzieren, ist weltweit angestiegen und wird weiter wachsen. So verlangen gesetzliche Vorgaben aus den USA, dass Bleigehalte in Kupferlegierungen einen durchschnittlichen Bleigehalt von 0,25 % nicht überschreiten dürfen, unabhängig von der eigentlichen Bleikonzentration im Trinkwasser.If the drinking water stagnates for a long time in commercially available fittings containing lead, there is the possibility that lead is released into the tap water due to metal ion migration. High lead concentrations are considered harmful to health. Therefore, there are increasingly stringent requirements worldwide for the lead content of materials that come into contact with drinking water come, posed. Within Germany, the lead drinking water content has been reduced to 10 µg lead / l since 01.12.2013. The pressure to further reduce lead levels in drinking water has increased worldwide and will continue to grow. For example, legal requirements from the USA require that lead levels in copper alloys not exceed an average lead level of 0.25%, regardless of the actual lead concentration in drinking water.

Der ideale Rotguss wäre frei von Blei und anderen bedenklichen Substanzen, bei gleichbleibender oder besserer Wirtschaftlichkeit in der Fertigung und ohne die Korrosionsbeständigkeit, die hohen mechanischen Festigkeiten und die gute Verarbeitbarkeit zu beeinträchtigen.The ideal gunmetal would be free of lead and other questionable substances, with the same or better economic efficiency in production and without affecting the corrosion resistance, the high mechanical strength and the good processability.

Die EP 2290114 A1 beschreibt eine bleifreie Rotgusslegierung mit 4 bis 6 Gew.-% Zinn, 4 bis 6 Gew.-% Zink und weniger als 0,25 Gew.-% Blei. Mit dieser Legierung können bleifreie Bauteile mittels Gießverfahren hergestellt werden. Die nachträgliche mechanische Bearbeitung zur Erzeugung der Funktionsflächen dieser Bauteile bleibt aber unberücksichtigt. Ohne Blei zeigt die angegebene Zusammensetzung ein homogenes α-MK Gefüge auf, welches zur Langspanbildung neigt und sich nicht wirtschaftlich spanabhebend bearbeiten lässt. Auch das vorausgesetzte Gießverfahren benötigt prozessbedingt einen höheren Materialeinsatz zur Erzeugung des Formteils als alternative Umformungsprozesse. Die US 2012/0082588 A1 , die EP 2 241 643 A1 , die EP 3 225 707 A1 und die US 9,181,606 B2 offenbaren Kupferlegierungen.The EP 2290114 A1 describes a lead-free gunmetal alloy with 4 to 6% by weight of tin, 4 to 6% by weight of zinc and less than 0.25% by weight of lead. This alloy can be used to produce lead-free components using a casting process. The subsequent mechanical processing to create the functional surfaces of these components remains unconsidered. Without lead, the specified composition shows a homogeneous α-MK structure, which tends to form long chippings and cannot be machined economically. The required casting process also requires a higher amount of material to produce the molded part than alternative forming processes. The US 2012/0082588 A1 , the EP 2 241 643 A1 , the EP 3 225 707 A1 and the US 9,181,606 B2 disclose copper alloys.

Einen Umformprozess einer bleifreien Rotguss-Legierung beschreibt die EP 2 872 660 B1 . Beschrieben wird ein Verfahren zur Vorkonditionierung einer Rotgusslegierung mit 2 bis 8 Gew.-% Zinn, 2,5 bis 13 Gew.-% Zink und weniger als 0,25 Gew.-% Blei die zum Warmpressen geeignet ist und am Ende des Warmpressvorgangs ein homogenes Gefüge vorweist. Die Warmumformung ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung von Formteilen mit geringem Materialeinsatz. Zwar wird der Verfahrensablauf bis zur Formgebung des Rohlings erläutert, unberücksichtigt bleibt aber auch hier der anschließende notwendige Zerspanvorgang zur Herausarbeitung von Funktionsflächen der Bauteile. Durch die chemische Zusammensetzung und das anschließende warmumformen entsteht eine homogene Gefügeausbildung und auch hier ist durch das Fehlen eines Spanbrechers eine Langspanbildung bei der spanabhebenden Bearbeitung zu erwarten, die eine wirtschaftliche Bearbeitung der Bauteile erschwert.The describes a forming process of a lead-free gunmetal alloy EP 2 872 660 B1 , A process is described for preconditioning a gunmetal alloy with 2 to 8% by weight of tin, 2.5 to 13% by weight of zinc and less than 0.25% by weight of lead, which is suitable for hot pressing and at the end of the hot pressing process has a homogeneous structure. Hot forming enables the economical production of molded parts with little material. Although the process sequence up to the shaping of the blank is explained, the subsequent machining process necessary to work out the functional surfaces of the components is also not taken into account here. The chemical composition and the subsequent hot forming result in a homogeneous microstructure and here too, due to the lack of a chip breaker, long chip formation is to be expected during machining, which makes economical machining of the components difficult.

Die EP 1 801 250 A1 beschreibt migrationsarme Bauteile aus einer Kupferlegierung, die einen relativ hohen Anteil an Si aufweist, zusätzlich zu geringeren aber wesentlichen Anteilen an Mn, Al und Zr. Ähnliche Kupferlegierungen sind auch in der WO 2007/068470 offenbart.The EP 1 801 250 A1 describes low migration components made of a copper alloy that has a relatively high proportion of Si, in addition to smaller but significant proportions of Mn, Al and Zr. Similar copper alloys are also in the WO 2007/068470 disclosed.

Trotz der vielen inzwischen bekannten Kupferlegierungen im Stand der Technik besteht immer noch eine Herausforderung darin, Rotguss Kupferlegierungen anzugeben, die einerseits ohne den Einsatz der aus Umwelt- und Gesundheitssichtpunkten problematischen Komponente Blei (Pb) auskommen, andererseits Umformungsprozesse ermöglichen, ohne dass die mechanischen Kennwerte und die Korrosionsbeständigkeit leiden. Als besonders anspruchsvoll hat sich hier die Bereitstellung von Kupferlegierungen herausgestellt, die eine gute Warmumformbarkeit zeigen (also ohne wesentlichen Abfall mechanischer Kennwerte) und vorzugsweise ebenfalls gut spanabhebend zu bearbeiten sind.Despite the many copper alloys known in the prior art, there is still a challenge in specifying gunmetal copper alloys which on the one hand do without the use of lead (Pb), which is problematic from an environmental and health point of view, and on the other hand enable forming processes without the mechanical parameters and the corrosion resistance suffer. The provision of copper alloys which have good hot formability (that is to say without a significant drop in mechanical properties) and which are preferably also machinable has proven to be particularly demanding.

Aufgabe der vorliegenden ErfindungObject of the present invention

Aufgrund der vorstehend geschilderten Nachteile im Stand der Technik, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kupferlegierung anzugeben, die diese Nachteile überwindet. Wünschenswert wäre dabei insbesondere eine Kupferlegierung, die möglichst wenig Komponenten umfasst, bleifrei oder im wesentlichen bleifrei ist und darüber hinaus auf teure Metallkomponenten und/oder schwierig einzumischende Metallkomponenten verzichten kann.Because of the above-described disadvantages in the prior art, it is the object of the present invention to provide a copper alloy which overcomes these disadvantages. A copper alloy which comprises as few components as possible, is lead-free or essentially lead-free and, moreover, can dispense with expensive metal components and / or metal components which are difficult to mix.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Diese Aufgabe wird durch die Kupferlegierung nach Anspruch 1, deren Verwendung nach Anspruch 2, sowie das Verfahren zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 3 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben. Ebenfalls beansprucht werden die unter Einsatz der hier beschriebenen Kupferlegierung hergestellten Formteile.This object is achieved by the copper alloy according to claim 1, its use according to claim 2, and the method for producing molded parts according to claim 3. Preferred embodiments are specified in the subclaims and in the description below. The molded parts produced using the copper alloy described here are also claimed.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden zunächst im Hinblick auf die erfindungsgemäße Legierung beschrieben. Es ist dem Fachmann allerdings klar, dass die in diesem Zusammenhang beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen sich auch auf die beschriebene Verwendung, das beschriebene Herstellungsverfahren sowie die beschriebenen Formteile übertragen lassen und auch für diese Aspekte der Erfindung als bevorzugte Ausführungsformen anzusehen sind.The present invention is first described below with regard to the alloy according to the invention. However, it is clear to the person skilled in the art that the preferred embodiments described in this context can also be transferred to the use described, the production method described and the moldings described and can also be regarded as preferred embodiments for these aspects of the invention.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, aus einer Rotguss-Legierung, die im Gefüge einen Spanbrecher aufweist, über eine Warmumformung mit geringem Materialeinsatz Formteile mit hohen mechanischen Festigkeiten, mit hoher Maßhaltigkeit und mit hoher Korrosionsbeständigkeit erzeugen, die anschließend nach dem Warmpressvorgang auch noch einer wirtschaftlichen Zerspanung unterzogen werden können. Die warmumformbare Rotguss-Legierung der vorliegenden Erfindung benötigt für die Ausbildung eines Spanbrechers im Gefüge keine Elemente wie Al, Si, Pb, Sb, Te, Se, C und Bi und ist daher gut wiederverwendbar.The present invention makes it possible to produce molded parts with high mechanical strengths, with high dimensional stability and with high corrosion resistance from a gunmetal alloy, which has a chip breaker in the structure, by means of hot forming with a low use of material, which subsequently also is economical after the hot pressing process Machining can be subjected. The hot-formable gunmetal alloy of the present invention requires no elements such as Al, Si, Pb, Sb, Te, Se, C and Bi to form a chipbreaker in the structure and is therefore highly reusable.

Die vorliegende Erfindung stellt also eine Kupferlegierung zur Verfügung, die insbesondere zur Herstellung von Formteilen aus mindestens einem Warmumformungsvorgang mit anschließender spanabhebender Bearbeitung, die folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweist: Sn: 2 bis 6 % Zn: 0 bis 5 % S: 0,05 bis 0,6 % Pb: weniger als 0,25 % Ni: weniger als 0,6 % Sb: weniger als 0,2 %, optional weiter enthaltend Phosphor bis maximal 0,06 Gew.-%, B bis maximal 0,003 Gew.-%, Zr bis maximal 0,03 Gew.-% sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die Summe der Verunreinigungen vorzugsweise 0,25 Gew.-% nicht überschreitet, und wobei der Rest Cu ist.The present invention therefore provides a copper alloy which, in particular for the production of molded parts from at least one hot-forming process with subsequent machining, has the following composition in% by weight: Sn: 2 to 6% Zn: 0 to 5% S: 0.05 to 0.6% Pb: less than 0.25% Ni: less than 0.6% sb: less than 0.2%, optionally further containing phosphorus up to a maximum of 0.06% by weight, B up to a maximum of 0.003% by weight, Zr up to a maximum of 0.03% by weight and inevitable impurities, the total of the impurities preferably being 0.25% by weight does not exceed, and the rest is Cu.

Wie bereits vorstehend ausgeführt, enthält die erfindungsgemäße Legierung insbesondere keine Elemente der Gruppe Al, Si, Sb, Te, Se, C und Bi und in bevorzugten Ausführungsformen ebenfalls kein Pb.As already stated above, the alloy according to the invention in particular contains no elements from the group Al, Si, Sb, Te, Se, C and Bi and, in preferred embodiments, likewise no Pb.

Bevorzugte Gehalte an erfindungsgemäß einzusetzenden Legierungskomponenten sind wie folgt, wobei diese jeweils einzeln als auch in jeder Kombination erfindungsgemäß offenbart und beansprucht werden (jeweils erneut in Gew.-%):

  • Sn: 2 bis 4 %, in Ausführungsformen 2 bis weniger als 3,5 %, wie 2 bis 3,25%
  • Zn: 0 bis 3 %, in Ausführungsformen auch 0 bis weniger als 1,5 %, insbesondere 0,1 bis weniger als 1,5 %
  • S: 0,1 bis 0,45 % und in Ausführungsformen 0,1 bis weniger als 0,25 %, wie 0,1 bis 0,2%
  • Ni: weniger als 0,5%, wie von 0 bis 0,4%, von 0 bis 0,25%
Preferred contents of alloy components to be used according to the invention are as follows, these being disclosed and claimed according to the invention individually and in every combination (again in each case in% by weight):
  • Sn: 2 to 4%, in embodiments 2 to less than 3.5%, such as 2 to 3.25%
  • Zn: 0 to 3%, in embodiments also 0 to less than 1.5%, in particular 0.1 to less than 1.5%
  • S: 0.1 to 0.45% and in embodiments 0.1 to less than 0.25%, such as 0.1 to 0.2%
  • Ni: less than 0.5%, such as from 0 to 0.4%, from 0 to 0.25%

Der Kupferanteil in der Legierung ist bevorzugt 88 Gew.-% oder mehr, stärker bevorzugt 90 Gew.-% oder mehr.The copper content in the alloy is preferably 88% by weight or more, more preferably 90% by weight or more.

Es hat sich unerwartet gezeigt, dass mit den hier offenbarten Kupferlegierungen die bekannten Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden können. Insbesondere können aus der Kupferlegierung hergestellte Halbzeuge/Zwischenprodukte sehr gut einer Warmumformung unterworfen werden. Trotz des bei einer Warmumformung (typischer Weise bei Temperaturen von etwa 600 bis 950°C) häufig auftretenden Abbaus von Kaltverfestigungen, ermöglicht die erfindungsgemäße Legierung die Herstellung von Formteilen (die ggf. dann noch weiterbearbeitet werden, z.B. durch spanabhebende Bearbeitung), die immer noch ausgezeichnete mechanische Kennwerte aufweisen und auch keinen Abbau der Korrosionsbeständigkeit zeigen.It has been shown unexpectedly that the known disadvantages from the prior art can be overcome with the copper alloys disclosed here. In particular semi-finished products / intermediate products made from the copper alloy can be subjected to hot forming very well. Despite the frequently occurring degradation of work hardening during hot forming (typically at temperatures of around 600 to 950 ° C), the alloy according to the invention enables the production of molded parts (which may then be further processed, for example by machining), which are still have excellent mechanical properties and show no reduction in corrosion resistance.

Weiterhin hat sich gezeigt, dass die so erhaltenen Formteile (also nach Warmumformung) auch in wirtschaftlicher Art weiterbearbeitet werden können, da insbesondere die unerwünschte Langspanbildung unterbleibt. Es zeigt sich also, dass trotz der bei einer Warmumformung ablaufenden Prozesse in der Gefügestruktur der Legierung immer noch spanbrechende Komponenten vorliegen, obwohl die erfindungsgemäße Legierung auf typische spanbrechende Komponenten, wie Pb oder Si verzichtet. Also stellt die vorliegende Erfindung eine Kupferlegierung zur Verfügung, die eine ausgezeichnete Balance an gewünschten Eigenschaften aufweist. Es können also aus dieser Legierung Formteile hergestellt werden, insbesondere durch Warmumformung, ggf. verbunden mit weiteren Bearbeitungsschritten wie hier beschrieben, ohne dass Abstriche an die weiteren, erwünschten Eigenschaften der Kupferlegierung und deren Eignung zum Einsatz in der Warmumformung zu befürchten sind.Furthermore, it has been shown that the molded parts obtained in this way (ie after hot forming) can also be processed in an economical manner, since in particular the undesired long chip formation is avoided. It can thus be seen that, despite the processes taking place during hot forming in the structural structure of the alloy, there are still chip-breaking components, although the alloy according to the invention dispenses with typical chip-breaking components such as Pb or Si. Thus, the present invention provides a copper alloy that has an excellent balance of desired properties. Shaped parts can thus be produced from this alloy, in particular by hot forming, possibly combined with further processing steps as described here, without compromising the further, desired properties of the copper alloy and its suitability for use in hot forming.

Die erfindungsgemäße Legierung kann also vorteilhaft zur Herstellung von Formteilen eingesetzt werden, wobei diese Herstellungsverfahren eine Warmumformung umfassen, ggf. kombiniert mit weiteren Bearbeitungsverfahren, beispielsweise eine anschließende spanabhebende Bearbeitung.The alloy according to the invention can therefore advantageously be used for the production of molded parts, these production methods comprising hot forming, possibly combined with further processing methods, for example subsequent machining.

Im Hinblick auf den Erhalt der erwünschten Eigenschaften der hier beschriebenen Kupferlegierung ermöglichen die einzelnen Legierungsbestandteile jeweils allein, aber auch in ihrem Zusammenwirken, eine gute und reproduzierbare Steuerung der Legierungseigenschaften.With regard to the preservation of the desired properties of the copper alloy described here, the individual alloy components each alone, but also in their interaction, enable good and reproducible control of the alloy properties.

Zinn wirkt in der Legierung als Mischkristallverfestiger und erhöht damit die Zugfestigkeit, Dehngrenze und Härte, vermindert aber die Bruchdehnung. Des Weiteren erhöht Zinn die Korrosionsbeständigkeit, wobei die Korrosionsbeständigkeit mit steigenden Zinngehalten zunimmt. Bei der Herstellung der Rohlinge zur Warmumformung konnte erkannt werden, dass durch Zinn im Gefüge starke Segregierungen auftreten, die bei der Erstarrung zur Bildung von Zonenkristallen führen. Am Anfang der Erstarrung werden zinnärmere Kupferkristalle ausgeschieden und die Restschmelze reichert sich mit einem Zinngehalt an, der über den Durchschnittsgehalt der Legierung liegt. Abweichend vom stabilen Zustandsdiagramm Kupfer-Zinn kann bei Gehalten von über 7 Gew.-% Zinn im Gefüge bei Raumtemperatur ein (α + δ) - Eutektoid vorliegen, das unter Gleichgewichtsbedingungen erst bei max. 15,8 Gew.-% Zinn entsteht. Die mögliche δ Phase kristallisiert im kfz Gitter und müsste somit an sich gut verformbar sein, die Phase besitzt aufgrund ihrer voluminösen Elementarzelle von 416 Atomen aber ein sprödes Verhalten. Dies erschwert den späteren Warmumformprozess. Durch eine Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen mit ausreichender Zeit lässt sich das (α + δ) - Eutektoid zwar beseitigen, eine Wärmebehandlung ist aber mit hohem Energieaufwand verbunden.Tin acts as a solid solution in the alloy and thus increases the tensile strength, yield strength and hardness, but reduces the elongation at break. Tin also increases corrosion resistance, with corrosion resistance increasing as the tin content increases. During the production of the blanks for hot forming, it was recognized that tin in the structure caused strong segregations, which lead to the formation of zone crystals during solidification. At the beginning of solidification, copper crystals with less tin are separated out and the residual melt is enriched with a tin content which is above the average content of the alloy. Deviating from the stable state diagram of copper-tin, at levels of more than 7% by weight tin in the structure at room temperature, an (α + δ) eutectoid can be present, which under equilibrium conditions can only be reached at max. 15.8% by weight of tin is formed. The possible δ phase crystallizes in the motor vehicle lattice and should therefore be easily deformable due to its voluminous unit cell of 416 atoms, the phase has a brittle behavior. This complicates the later hot forming process. The (α + δ) eutectoid can be eliminated by heat treatment at high temperatures with sufficient time, but heat treatment is associated with high energy expenditure.

Des Weiteren besteht die Gefahr einer Kornvergrößerung des Gefüges während der Behandlung. Dies würde zu einer Reduzierung der Dehnung führen womit der spätere Warmumformprozess erschwert wird. Mit einem Gehalt von 2 bis 6 Gew.-% Zinn, besonders bevorzugt 2 - 4 Gew.-% Zinn wird eine hohe mechanische Festigkeit mit hoher Dehnung gewährleistet und eine Ausbildung des (α + δ) - Eutektoids im Gusszustand vermieden.There is also a risk of the grain enlarging during the treatment. This would lead to a reduction in the elongation, making the subsequent hot forming process more difficult. With a content of 2 to 6% by weight of tin, particularly preferably 2 to 4% by weight of tin, high mechanical strength with high elongation is ensured and the formation of the (α + δ) eutectoid in the cast state is avoided.

Schwefel ist nahezu unlöslich im festen Kupfer und die ursprünglichen Eigenschaften des Werkstoffs, wie etwa die Korrosionsbeständigkeit, werden durch die Zugabe von Schwefel nicht beeinflusst. Durch die Unlöslichkeit im festen Kupfer führt Schwefel zu einem Konstitionsverhalten, dass den Erstarrungsverlauf von Kupfer-Zinn Legierung ähnlich wie Blei beeinflusst. Anders als Blei liegt Schwefel am Ende der Erstarrung aber nicht elementar im Gefüge vor, sondern in Form einer intermetallischen Metall-Schwefel Verbindung die gleichmäßig im Gefüge verteilt ist. Es konnte erkannt werden, dass diese Phase inkohärent und spröde im Gefüge vorliegt und somit einen spanbrechenden Mechanismus erzeugt.Sulfur is almost insoluble in solid copper and the original properties of the material, such as corrosion resistance, are not affected by the addition of sulfur. Due to the insolubility in solid copper, sulfur leads to a constitutional behavior that influences the solidification process of copper-tin alloy in a similar way to lead. Unlike lead, sulfur does not exist in the structure at the end of solidification, but in the form of an intermetallic metal-sulfur compound that is evenly distributed in the structure. It could be seen that this phase is incoherent and brittle in the structure and thus creates a chip-breaking mechanism.

Die Eigenschaften der Sulfide beeinflussen das mechanische, plastische Verhalten des Rotguss-Werkstoffs. Der Einfluss wird über die Mengenanteile der Sulfidphasen im Werkstoff bestimmt. Ab Schwefelgehalten von über 0,6 Gew-.% wird die spannungsübertragende α-Cu Matrix durch die Sulfide so stark beeinträchtigt, dass ein Warmpressvorgang stark erschwert ist. Der Schwefelgehalt von 0,05 Gew.-% bis 0,6 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 0,45 Gew.-%, stellt sicher, dass ausreichend Sulfideinschlüssen im Gefüge vorhanden sind um einen spanbrechenden Mechanismus zu erzeugen und ein Warmumformungsvorgang zu gewährleisten.The properties of the sulfides influence the mechanical, plastic behavior of the gunmetal material. The influence is determined via the proportions of the sulfide phases in the material. From a sulfur content of more than 0.6% by weight, the stress-transferring α-Cu matrix is so badly affected by the sulfides that a hot pressing process is very difficult. The sulfur content of 0.05% by weight to 0.6% by weight, particularly preferably 0.1% by weight to 0.45% by weight, ensures that sufficient sulfide inclusions are present in the structure to make a chip-breaking one Generate mechanism and ensure a hot forming process.

Zink wird der Legierung als wirtschaftliches Substitionsmittel gegenüber Kupfer hinzugefügt. Es wurde erkannt, dass zwischen dem Zinkgehalt und dem Schwefelgehalt ein enger Zusammenhang über den Zeitpunkt und über die Art der Verteilung der Sulfidausbildung besteht. Je höher der Zinkgehalt vorliegt, umso früher bilden sich die Sulfideeinschlüsse während der Gussteilerstarrung im Gefüge aus. Liegt der Zinkgehalt über 5 Gew.-%, wird die Sulfidausbildung zu Temperaturen im Bereich der Erstarrungstemperatur der Rotgusslegierung verschoben. In diesem Temperaturbereich liegen noch hohe schmelzflüssige Anteile im Gussgefüge vor, die stellenweise miteinander verbunden sind.Zinc is added to the alloy as an economical substitute for copper. It was recognized that there is a close relationship between the zinc content and the sulfur content via the point in time and the type of distribution of the sulfide formation. The higher the zinc content, the sooner the sulfide inclusions form in the structure during casting solidification. If the zinc content is above 5% by weight, the sulfide formation is shifted to temperatures in the range of the solidification temperature of the gunmetal alloy. In this temperature range, there are still high molten parts in the cast structure, which are connected to one another in places.

Durch einen hohen Zinkgehalt kommt es dann zu einer frühzeitigen Ausbildung der Sulfide. Diese Sulfide liegen inhomogen und stellenweise konzentriert im Gefüge vor und erschweren somit den Warmpressvorgang durch eine lokale Schwächung der α-MK Matrix. Ist der Zinkgehalt niedrig, wird die Ausbildung zu niedrigeren Temperaturen verschoben und die Sulfide liegen in ehemaligen Restschmelzebereichen getrennt voneinander und homogen verteilt vor. Der Zinkgehalt von 0 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0 bis 3 Gew.-% Zink, sichert, dass eine Sulfidausbildung bei höheren Temperaturen vermieden wird.Due to the high zinc content, the sulfides form early. These sulfides are inhomogeneous and concentrated in places in the structure and thus complicate the hot pressing process by locally weakening the α-MK matrix. If the zinc content is low, the formation is shifted to lower temperatures and the sulfides are present in former melt areas separately and homogeneously distributed. The zinc content of 0 to 5% by weight, particularly preferably 0 to 3% by weight of zinc, ensures that sulfide formation at higher temperatures is avoided.

Untersuchungen haben gezeigt, dass die erfindungsgemäße Kupferlegierung durch die spezifische Zusammensetzung eine besondere Eignung zum Einsatz in einem Herstellungsverfahren für Formteile aufweist, wobei dieses Verfahren mindestens eine Warmumformung umfasst. Durch die besondere Zusammensetzung der Legierung können nach der Warmumformung auch problemlos weitere Bearbeitungsschritte erfolgen, beispielsweise eine anschließende spanabhebende Bearbeitung.Investigations have shown that the copper alloy according to the invention, due to the specific composition, is particularly suitable for use in a production process for molded parts, this process comprising at least one hot forming. Due to the special composition of the alloy, further processing steps can also be carried out without problems after hot forming, for example subsequent machining.

Eine erfindungsgemäße Warmumformung kann beispielsweise ein Warmpressvorgang sein. Erfindungsgemäß sind aber auch andere Warmumformungen möglich, die dem Fachmann bekannt sind. Vor einer Warmumformung, beispielsweise einem Warmpressvorgang wird der Rohling auf 600 °C bis 950 °C erhitzt. Ab 600 °C ist die Dehngrenze ausreichend tief um den Rotgusswerkstoff über einen Warmumformungsvorgang plastisch zu verformen. Erfindungsgemäß kann eine Warmumformung bei irgend einer geeigneten Temperatur in dem vorstehend genannten Temperaturfenster durchgeführt werden, beispielsweise bei 700 bis 900°C. Die jeweilige Temperatur wird in Abhängigkeit von der Art des Formteils, der gewünschten Schnelligkeit der Umformung etc. vom Fachmann ausgewählt.Hot forming according to the invention can be a hot pressing process, for example. According to the invention, however, other hot forging operations are also possible which are known to the person skilled in the art. Before hot forming, for example a hot pressing process, the blank is heated to 600 ° C to 950 ° C. From 600 ° C the yield strength is sufficiently deep to plastically deform the red bronze material using a hot forming process. According to the invention, hot forming can be carried out at any suitable temperature in the above-mentioned temperature window, for example at 700 to 900 ° C. The respective temperature is selected by the person skilled in the art depending on the type of molded part, the desired speed of the forming, etc.

Es wurde erkannt, dass in dem angegebenen Temperaturbereich auch die Atombindungen der Sulfide schwächer werden, so dass Versetzungsbewegungen in diesen Überstrukturen erleichtert werden. Die Phasen verlieren in diesem Temperaturbereich ihre Sprödigkeit und werden verformbar und hemmen somit den Warmumformungsprozess nicht. Unmittelbar nach der Umformung findet dann eine dynamische Rekristallisation der α-MK Matrix statt, die den vorher im Gusszustand bestehenden Zonenmischkristall mit unterschiedlicher Zinnkonzentration beseitigt und über den Querschnitt eine homogene Konzentration und damit gleichbleibender mechanische Kennwerte und Korrosionseigenschaften gewährleistet.It was recognized that the atomic bonds of the sulfides also become weaker in the specified temperature range, so that dislocation movements in these superstructures are facilitated. The phases lose their brittleness in this temperature range and become deformable and therefore do not inhibit the hot forming process. Immediately after the forming, the α-MK matrix is then dynamically recrystallized, which eliminates the zone mixed crystal with different tin concentrations that previously existed in the as-cast state and ensures a homogeneous concentration over the cross-section and thus constant mechanical characteristics and corrosion properties.

Die Sulfide liegen aber nach dem Verformungsprozess bei Raumtemperatur im Gefüge wieder verteilt und spröde vor, womit sie als Spanbrecher fungieren. Es konnte ermittelt werden, dass auch bei warmverformten Formteilen mit niedrigen Schwefelgehalten ab 0,05 Gew.-% es zu einem Ruckgleiten des Werkzeugs bei der mechanischen Bearbeitung durch zeitlich veränderte Reibungsverhältnisse zwischen Span und Werkzeug kommt. Diese veränderten Reibungsverhältnisse sind auf den inhomogenen Gefügeaufbau zurückzuführen, der nach dem Warmpressvorgang aus einer kupferhaltigen α-MK Matrix mit darin eingebetteten Sulfiden besteht. Durch das Ruckgleiten entstehen Scherbänder im Span die zu Lamellenspänen und Scherspänen führen und im weiteren Verlauf der Bearbeitung bei Abführung über eine Spanleitstufe im Werkzeug brechen. Dadurch werden lange Späne verhindert und eine wirtschaftliche spanabhebende Bearbeitung ermöglicht.After the deformation process, however, the sulfides are redistributed and brittle in the structure at room temperature, with which they act as chip breakers. It was found that even with thermoformed molded parts with low sulfur contents from 0.05% by weight, the tool slips back during mechanical processing due to the frictional relationships between the chip and the tool that change over time. These changes in friction are due to the inhomogeneous structure that follows the hot pressing process consists of a copper-containing α-MK matrix with sulfides embedded in it. Due to the slip sliding, shear bands are created in the chip, which lead to lamellar chips and shear chips and break in the further course of the machining process when removed via a chip breaker in the tool. This prevents long chips and enables economical machining.

Um den erfindungsgemäß vorgesehenen Warmpressvorgang zu ermöglichen, sollte die im Gusszustand vorliegende mittlere Korngröße nicht mehr als 2 mm betragen. Die notwendigen Maßnahmen zur Sicherstellung einer derartigen mittleren Korngröße sind dem Fachmann bekannt. Eine Kornfeinung ist beispielsweise möglich über den Einsatz chemische Zusätze wie Zirkon und Bor bis zu Gehalten von 0,005 bis 0,03 Gew.-% oder andere alternative Verfahren zur Kornfeinung wie elektromagnetisches Rühren, Ultraschallanregung, Vibration, Einblasen von Gas oder mittels einer starken Unterkühlung der Schmelze während des Gießens.In order to enable the hot pressing process provided according to the invention, the mean grain size in the cast state should not be more than 2 mm. The person skilled in the art is familiar with the measures required to ensure such an average grain size. Grain refinement is possible, for example, through the use of chemical additives such as zirconium and boron up to a content of 0.005 to 0.03% by weight or other alternative methods for grain refinement such as electromagnetic stirring, ultrasound excitation, vibration, gas injection or by means of strong supercooling Melt during casting.

Die vorstehend beschriebene Kupferlegierung eignet sich insbesondere zur Verwendung zur Herstellung von Formteilen, wobei die Herstellung mindestens eine Warmumformung umfasst. Möglich ist auch die Verwendung zur Herstellung von Formteilen, bei der nach der mindestens einen Warmumformung weitere Bearbeitungsschritte erfolgen, beispielsweise eine anschließende spanabhebende Bearbeitung. Das damit korrespondierende Herstellungsverfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Bauteilen, beispielsweise Medien-, z.B. Gas oder Wasser führenden Leitungen und damit zu verbindenden Bauteilen, wie Fittings etc. Besonders im Fokus stehende Formteile sind Bestandteile von Hausinstallationsrohrsystemen, einschließlich Rohre, Fittings, Endkappen und Verbindungsstücke. Die prinzipiellen Verfahrensschritte zur Herstellung derartiger Formteile sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht detailliert beschreiben.The copper alloy described above is particularly suitable for use in the production of molded parts, the production comprising at least one hot forging. It is also possible to use it for the production of molded parts, in which further processing steps take place after the at least one hot forming, for example a subsequent machining operation. The corresponding manufacturing process is particularly suitable for the production of components, for example media, e.g. Gas or water-carrying lines and components to be connected, such as fittings, etc. In particular, molded parts are components of house installation pipe systems, including pipes, fittings, end caps and connecting pieces. The basic process steps for the production of such molded parts are known to the person skilled in the art and are therefore not described in detail here.

Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass durch die vorstehend beschriebene spezifische Zusammensetzung der einzusetzenden Kupferlegierung ein Abfall mechanischer Kennwerte und der Korrosionsbeständigkeit auch nach einer Warmumformung ausbleibt. Zusätzlich hat sich gezeigt, dass sowohl vor als auch nach einer Warmumformung die erhaltenen Formteile ohne Probleme anderen Bearbeitungen unterworfen werden können. Insbesondere ist eine spanabhebende Bearbeitung möglich, da die problematische und unerwünschte Langspanbildung unterbleibt. So kann ein Formteil in einer wirtschaftlichen Weise hergestellt werden (da insbesondere die anderen, wünschenswerten Eigenschaften der Kupferlegierung, wie gute Warmumformbarkeit, Inertheit gegenüber den mit den Werkstücken in Kontakt kommenden Stoffen, insbesondere Trinkwasser, und Korrosionsbeständigkeit, nicht beeinträchtigt werden). Besonders hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang, dass die hier beschriebenen Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht werden, obwohl auf den Einsatz der ansonsten im Stand der Technik vielfach als notwendig erachteten Komponenten Pb, Si etc. verzichtet wird.In this context, it is essential to the invention that, due to the specific composition of the copper alloy to be used, the mechanical properties and the corrosion resistance do not drop even after hot forming. In addition, it has been shown that the molded parts obtained can be subjected to other processing operations without problems both before and after hot forming. In particular, machining is possible because the problematic and undesirable long chip formation is avoided. In this way, a molded part can be produced in an economical manner (since, in particular, the other, desirable properties of the copper alloy, such as good hot formability, inertness towards the materials coming into contact with the workpieces, in particular drinking water, and corrosion resistance are not impaired). In this context, it should be particularly emphasized that the advantages of the present invention described here are achieved, although on use the components Pb, Si etc., which are otherwise often considered necessary in the prior art, are dispensed with.

Dieser unerwartete Vorteil der hier beschriebenen Kupferlegierung ermöglicht deren wirtschaftliche Verwendung zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Formteile.This unexpected advantage of the copper alloy described here enables it to be used economically for the production of the moldings described above.

Beispielexample

Aus einem bleifreien Rotguss wurde im korngefeinten Zustand mittels einer Warmumformung mit anschließender spanabhebender Bearbeitung ein Formteil für die Trinkwasserinstallation hergestellt. Dabei zeigte sich, dass nach dem Warmpressvorgang Spanbrecher im Gefüge der Legierung vorlagen, so dass eine wirtschaftliche vollautomatisierte mechanische Bearbeitung möglich wurde.A molded part for the drinking water installation was produced from a lead-free gunmetal in the grain-refined state by means of hot forming with subsequent machining. It was shown that chip breakers were present in the structure of the alloy after the hot pressing process, so that economical, fully automated mechanical processing was possible.

Claims (10)

Kupferlegierung, geeignet zur Herstellung von Formteilen durch ein Verfahren mit mindestens einem Warmumformungsvorgang, wobei die Legierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweist: Sn: 2 bis 6 % Zn: 0 bis 5 % S: 0,05 bis 0,6 % Pb: weniger als 0,25 % Ni: weniger als 0,6 % Sb: weniger als 0,2 %
und optional Phosphor bis maximal 0,06 Gew.-%, B bis maximal 0,03 Gew.-%, Zr bis maximal 0,03 Gew.-%, sowie unvermeidbaren Verunreinigungen, und wobei der Rest Cu ist.Copper alloy, suitable for the production of molded parts by a process with at least one hot forming process, the alloy having the following composition in% by weight: Sn: 2 to 6% Zn: 0 to 5% S: 0.05 to 0.6% Pb: less than 0.25% Ni: less than 0.6% sb: less than 0.2%
and optionally phosphorus up to a maximum of 0.06% by weight, B up to a maximum of 0.03% by weight, Zr up to a maximum of 0.03% by weight, and unavoidable impurities, and the rest being Cu. Verwendung einer Kupferlegierung zur Herstellung von Formteilen durch ein Verfahren mit mindestens einem Warmumformungsvorgang, wobei die Legierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweist: Sn: 2 bis 6 % Zn: 0 bis 5 % S: 0,05 bis 0,6 % Pb: weniger als 0,25 % Ni: weniger als 0,6 % Sb: weniger als 0,2 %
und optional Phosphor bis maximal 0,06 Gew.-%, B bis maximal 0,03 Gew.-%, Zr bis maximal 0,03 Gew.-%, sowie unvermeidbaren Verunreinigungen, und wobei der Rest Cu ist.Use of a copper alloy for the production of molded parts by a method with at least one hot forming process, the alloy having the following composition in% by weight: Sn: 2 to 6% Zn: 0 to 5% S: 0.05 to 0.6% Pb: less than 0.25% Ni: less than 0.6% sb: less than 0.2%
and optionally phosphorus up to a maximum of 0.06% by weight, B up to a maximum of 0.03% by weight, Zr up to a maximum of 0.03% by weight, and unavoidable impurities, and the rest being Cu. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einer Kupferlegierung, wobei die Legierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweist: Sn: 2 bis 6 % Zn: 0 bis 5 % S: 0,05 bis 0,6 % Pb: weniger als 0,25 % Ni: weniger als 0,6 % Sb: weniger als 0,2 %
und optional Phosphor bis maximal 0,06 Gew.-%, B bis maximal 0,03 Gew.-%, Zr bis maximal 0,03 Gew.-%, sowie unvermeidbaren Verunreinigungen, und wobei der Rest Cu ist; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
mindestens einen Warmumformungsvorgang der Kupferlegierung zur Herstellung eines FormteilsProcess for producing molded parts from a copper alloy, the alloy having the following composition in% by weight: Sn: 2 to 6% Zn: 0 to 5% S: 0.05 to 0.6% Pb: less than 0.25% Ni: less than 0.6% sb: less than 0.2%
and optionally phosphorus up to a maximum of 0.06% by weight, B up to a maximum of 0.03% by weight, Zr up to a maximum of 0.03% by weight, and inevitable impurities, and the rest being Cu; the method comprising the following steps:
at least one hot forming process of the copper alloy for the production of a molded part Kupferlegierung nach Anspruch 1, Verwendung nach Anspruch 2 oder Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Summe der Verunreinigen 0,25 Gew.-% nicht überschreitet.Copper alloy according to claim 1, use according to claim 2 or method according to claim 3, wherein the sum of the contaminants does not exceed 0.25% by weight. Kupferlegierung, Verwendung oder Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinngehalt 2 bis 4 Gew.-% beträgt.Copper alloy, use or method according to any one of the preceding claims, characterized in that the tin content is 2 to 4 wt .-%. Kupferlegierung, Verwendung oder Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinkgehalt 0 bis 3 Gew.-% beträgt.Copper alloy, use or method according to one of the preceding claims, characterized in that the zinc content is 0 to 3% by weight. Kupferlegierung, Verwendung oder Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefelgehalt 0,1 bis 0,45 Gew.-% beträgt.Copper alloy, use or method according to one of the preceding claims, characterized in that the sulfur content is 0.1 to 0.45% by weight. Kupferlegierung, Verwendung oder Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Legierung keine Elemente der Gruppe Al, Si, Sb, Te, Se, C und Bi enthält und /oder wobei die Legierung kein Pb enthält.Copper alloy, use or method according to one of the preceding claims, wherein the alloy contains no elements from the group Al, Si, Sb, Te, Se, C and Bi and / or wherein the alloy contains no Pb. Kupferlegierung, Verwendung oder Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kupferlegierung geeignet ist zur Herstellung von Formteilen durch ein Verfahren weiter umfassend eine spanabhebende Bearbeitung nach der mindestens einen Warmumformung, wobei das Verfahren den weiteren Schritt einen spanabhebenden Bearbeitung nach der mindestens einen Warmumformung umfasst; bzw. wobei die Verwendung eine auf die Warmumformung folgende spanabhebende Bearbeitung umfasst.Copper alloy, use or method according to any one of the preceding claims, wherein the copper alloy is suitable for the production of molded parts by a method further comprising machining after the at least one hot forming, the method comprising the further step of machining after the at least one hot forming; or where the use includes machining following hot forming. Formteil, hergestellt aus der Kupferlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 9, erhalten gemäß der Verwendung nach einem der Ansprüche 2 sowie 4 bis 9 oder erhalten nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9.Shaped part produced from the copper alloy according to one of Claims 1 or 4 to 9, obtained according to the use according to one of Claims 2 and 4 to 9 or obtained according to the method according to one of Claims 3 to 9.
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