铜锌合金，带状材料、滑动元件和生产方法技术

本发明专利技术涉及铜锌合金，其包含以重量百分比计：67.0％到69.0％的Cu，0.4％到0.6％的Si，1.2％到1.6％的Mn，0.03％到0.06％的P，任选地最多0.5％的Al，任选地最多0.15％的Ni，任选地最多0.1％的Fe，任选地最多0.1％的Pb，任选地最多0.08％的Sn，任选地最多0.1％的S，余量为Zn和无法避免的杂质。根据本发明专利技术，所述的合金具有α相基质所组成的微观结构，在所述的α相基质中存在以体积计至少2％，并且以体积计不多于5％的具有球状形状的硅化锰内含物。本发明专利技术还涉及用于生产由该铜锌合金所组成的半成品部件的方法，以及还涉及滑动元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铜锌合金，由铜锌合金组成的带状材料，用于生产半成品部件和滑动元件的方法。
技术介绍
将包含含锰硅化物的低铅铜锌合金用作滑动元件的用途是已知的。作为铜锌合金的硬质相，硅化物为磨损提供了高的抵抗力。除此之外，由于硅化物经历焊接的低倾向性，硅化物对粘结磨损提供了更好的抵抗力。所述的合金通常还含有相当大的量的其他合金成分，例如Al、Ni和Fe。该合金的微观结构由α和β相的组合所组成，或者主要地由β相所组成。通常地通过包括至少一个热成型步骤的方法来生产该合金所组成的半成品部件。含有硅化锰的铜锌合金见于第JP 09316570 A号日本专利。在这些合金中，β相的比例高达30％。该合金不包含任何的磷。该合金铸造成直径为120mm的圆柱形块体。随后分别地在700℃和700℃-750℃下实施两个热成型步骤。除此之外，由低铅铜锌合金所组成的同步器锁止环见于第DE 10 2005 059 391 A1号德国专利，是已知的。该合金包含以重量计比例为0.5％到5％的锰、以重量计比例为0.3％到2％的硅、以重量计比例为0.5％到2.5％的铝、以重量计比例为0.3％到1％的铁和以重量计比例为0.5％到5％的镍。磷含量以重量计低于0.02％。该合金中存在由锰、铁和硅所组成的金属间相。铜含量以重量计在55％到75％的范围变化，因此可以认为各个材料的相组成具有次要的重要性。该同步器锁止环是通过切削加工来生产的。本文件未就此处所使用的原材料的生产给出信息。除此之外，第DE 10 2007 029 991 B4号德国专利中公开了冷成型性的方面改进的铜锌合金，并且还公开了用于生产该合金所组成的管和棒的方法。在该铜锌合金中，硅、锰、铁和镍的比例设置为使得该材料的微观结构中存在茎状形状的含有铁-镍-锰的混合硅化物以及球状形状的富含铁和镍的混合硅化物两者。除了硅化物之外，该材料的微观结构由α-基质组成，所述的α-基质中嵌入以体积计至少5％，最高50％的β相。认为球状的硅化物是β相的稳定化的发生原因。由α-和β相以及非
常高含量的硬质相所组成的多相基质结构确保了由这些合金所组成的组件具有想要的复合耐磨性，所述的硬质相尤其地为含有铁-镍-锰的混合硅化物。该合金的加工包括在600到800℃的温度范围下挤出。在铸态下，以体积计具有最高50％的β相的微观结构促进了此热成型。由这些合金组成的管达到了最高约13％的断裂延伸率数值。因此，现有技术没有公开任何这样的含有硅化锰的铜锌合金，所述的铜锌合金可以通过仅包含冷成型步骤作为成型步骤的方法来生产具有用作滑动元件的优秀特性的材料。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供改进的合金，可以从该合金经铸造和成型的方法来生产具有优秀摩擦学特性的材料，所述的方法仅包括冷成型步骤作为成型步骤。除此之外，本专利技术的专利技术目的在于提供用于生产由该合金所组成的半成品部件，以及由该合金所组成的滑动元件的方法。本专利技术通过权利要求1的特征定义了合金，通过权利要求6的特征定义了带状材料，通过权利要求7的特征定义了方法，以及通过权利要求10的特征定义了滑动元件。此外的从属权利要求涉及有利的实施方案以及本专利技术的进一步发展。本专利技术包含铜锌合金，其具有下列组分(以重量百分比计)：67.0％到69.0％的Cu，0.4％到0.6％的Si，1.2％到1.6％的Mn，0.03％到0.06％的P，任选地最多0.5％的Al，任选地最多0.15％的Ni，任选地最多0.1％的Fe，任选地最多0.1％的Pb，任选地最多0.08％的Sn，任选地最多0.1％的S，余量为Zn和无法避免的杂质。根据本专利技术，所述的合金具有α相基质所组成的微观结构，在所述的α相基质中具有球状形状的硅化锰内含物以体积计至少2％
的比例，并且以体积计不多于5％比例。本专利技术是从以下的想法引出的：含有硅化锰的铜锌合金的组分需要按照合适的方式选择，从而能够通过冶金方法从该合金生产具有优秀的滑动特性的材料，所述的冶金方法仅包括冷成型步骤来作为成型步骤。因此，所述的材料应该是可以通过不包括任何热成型步骤的成型方法来生产的，该热成型步骤例如是热轧或热压。出人意料的是，具有由纯的α相基质所组成的微观结构，且所述的α相基质中内含球状形状的硅化锰的材料可以从具有前文所限定的合金组分的铸件通过一系列的冷成型步骤和热处理来生产。这些球状硅化锰的比例为按体积计至少2％，以及按体积及不超过5％。进行合金元素的定量选择，尤其地元素Cu、Zn、Fe、Ni和Al的定量选择使得该材料的基质仅包含α相而不包含β相。这赋予了该材料优秀的冷成型性。该基质具有面心立方的晶格。因此，该材料与传统的黄铜材料在滑动应用上有区别。根据经验，具有面心立方的晶体结构的黄铜材料有粘附的倾向，因此有磨损的倾向。与该经验相反的是，由根据本专利技术的合金所组成的材料显示出优秀的摩擦学特性，尤其地是用作滑动元件。其原因在于根据本专利技术选择了Mn和Si元素相对于基质的组分的比例。硅化锰的量、尺寸、形状和分布影响材料的特性，尤其地影响在室温下和升高的温度下的脆性。然而，所述的硅化物还影响材料的成型性能。在根据本专利技术合金的组分的情况下，主要地形成具有球状形状的硅化锰。这些硅化锰的比例是以在材料中的体积计至少2％，以及以体积计不多于5％。与用于滑动应用且包含硅化锰的传统黄铜材料相比，本专利技术的合金中硅化锰以体积计的比例低。以体积计高于5％的硅化物比例对材料的铸造性能和冷成型性有不利的影响。优选地，硅化物的比例以体积计不多于4％，由于该材料的铸造性能和冷成型性在此范围内是尤其有利的。硅化物的比例以体积计低于2％时，该材料的强度特性和摩擦学特性，尤其地耐磨性将是令人不满的。因此，硅化物的比例需要设定在狭窄的窗口范围内，从而使得能够允许：首先使用无热成型的生产方法，其次确保该材料要求的力学和摩擦学特性。尤其地，有利的特性是当Mn含量以重量计为至少1.3％，以及以重量计不多于1.45％的情况下得到的。磷含量以重量计为至少0.03％，以及以重量计不多于0.06％。磷起到了还原的目的。游离的磷通过降低熔体的粘度来提高合金的铸造性能。除此之外，磷提高了本专利技术的合金在高温和压力下的特性。在其他的方面，磷可以与其他的合金成分形
成脆的磷化物。因此，必须精确地控制磷的比例：在以重量计少于0.03％时，铸造性能和热强度的提升是令人不满的。当磷含量以重量计多于0.06％时，形成磷化物的风险过大。优选地，磷含量以重量计不多于0.05％，尤其地优选为以重量计至少为0.035％以及以重量计不多于0.045％。在该狭窄的范围内，合金在加工性能和耐磨性的方面显示出优秀的特性。所述的合金任选地还包含以重量计最多0.50％的铝。在这些量下，铝完全地溶解在合金中。然而，更大量地加入铝会促进β相的形成。在这一方面，优选地将Al的最大含量降低到以重量计0.45％，更有利地降低到以重量计0.40％。除此之外，铝起到腐蚀保护的作用。已经发现在铸造后使用水来对合金淬火时，铝是有利的。在这种情况下产生相对洁净的表面。因此优选地铝的比例为以重量计至少为0.2％。Ni和Fe的比例分别地限制到以重量计0.15％和以重量计0.1％。当铸造与锰结合的该合金时，铁和镍引起了含有铁和锰的混合硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
铜锌合金，其包含以重量百分比计：67.0％到69.0％的Cu，0.4％到0.6％的Si，1.2％到1.6％的Mn，0.03％到0.06％的P，任选地最多0.5％的Al，任选地最多0.15％的Ni，任选地最多0.1％的Fe，任选地最多0.1％的Pb，任选地最多0.08％的Sn，任选地最多0.1％的S，余量为Zn和无法避免的杂质，其特征在于，所述的合金具有α相基质所组成的微观结构，在所述的α相基质中存在以体积计至少2％比例，并且以体积计不多于5％比例的具有球状形状的硅化锰(2)内含物。

【技术特征摘要】
2015.03.31 DE 102015004221.11.铜锌合金，其包含以重量百分比计：67.0％到69.0％的Cu，0.4％到0.6％的Si，1.2％到1.6％的Mn，0.03％到0.06％的P，任选地最多0.5％的Al，任选地最多0.15％的Ni，任选地最多0.1％的Fe，任选地最多0.1％的Pb，任选地最多0.08％的Sn，任选地最多0.1％的S，余量为Zn和无法避免的杂质，其特征在于，所述的合金具有α相基质所组成的微观结构，在所述的α相基质中存在以体积计至少2％比例，并且以体积计不多于5％比例的具有球状形状的硅化锰(2)内含物。2.根据权利要求1所述的铜锌合金，其特征在于，所述合金的Cu含量与所述合金的Zn当量的比值为至少2.1，并且不高于2.4，其中所述合金的Zn当量是由各个合金元素的以重量百分比计比例如下地计算的：Zn当量＝Zn的比例+0.9×Fe的比例-1.3×Ni的比例+6×Al的比例+2×Sn的比例。3.根据权利要求1或2所述的铜锌合金，其特征在于，铁含量和镍含量的总和以重量计不多于0.22％。4.根据权利要求1到3中任一项所述的铜锌合金，其特征在于，具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯阿希姆·库恩，格哈德·图姆，马厄·阿巴汉，沃克·维格斯，杰里米·贝尔，
申请(专利权)人：威兰德沃克公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE