铝青铜合金、制造方法和由铝青铜制成的产品技术

本发明专利技术提供了铝青铜合金，其含有7.0‑10.0重量％Al；3.0‑6.0重量％Fe；3.0‑5.0重量％Zn；3.0‑5.0重量％Ni；0.5‑1.5重量％Sn；≤0.2重量％Si；≤0.1重量％Pb；和剩余部分的Cu加上不可避免的杂质。本发明专利技术还描述了具有此类合金组成的铝青铜产品，以及用于由铝青铜合金制造此类产品的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及铝青铜合金以及用于制造铝青铜合金的方法。本专利技术还涉及由此类铝青铜制成的产品。
技术介绍
众多要求施加于用于摩擦应用的合金，例如用于涡轮增压器的活塞套筒或轴向轴承的那些。合适的合金必须具有低摩擦系数，以便使起因于摩擦的功率损耗降到最低，并且减少摩擦接触区域中的热生成。另外，必须考虑到对于通常应用，摩擦配偶体存在于润滑环境中，其中，原则上需要润滑剂在合金上的良好粘附能力。此外，在摩擦负荷下与润滑剂接触期间，应形成稳定的摩擦层，所述摩擦层正如合金的下层基体那样必须具有高的热稳定性和良好的热传导性。此外，宽范围的油耐受性是必要的，使得合金和摩擦层对润滑剂的变化在很大程度上不敏感。另一个目的是提供高机械负荷能力的合金，该合金具有足够高的0.2％-屈服强度，以便使负荷时的塑性变形保持较低。此外，必须存在高拉伸强度和硬度，以便使合金经得住研磨和粘附负荷。此外，动态负荷能力应足够高，以确保针对撞击应力的韧性。此外，尽可能高的断裂韧性延迟了源自微缺陷的裂纹扩展速率；其中，就缺陷生长而言，需要优选不含固有应力的合金。在许多情况下，适合于在摩擦负荷下的零件的合金是特种黄铜，除作为主要组分的铜和锌之外，所述特种黄铜与元素镍、铁、锰、铝、硅、钛或铬中的至少一种形成合金。在此，硅黄铜特别符合上述要求，其中，CuZn31Si1代表用于摩擦应用例如活塞套筒的标准合金。此外，已知使用锡青铜用于摩擦应用以及采矿应用，所述锡青铜除锡和铜之外还另外含有镍、锌、铁和锰。用于处于摩擦负荷下的零件的另一个感兴趣的合金类别是铝青铜，其除铜和铝之外还可含有选自镍、铁、锰、铝、硅、锡和锌的合金添加剂。对于处于摩擦负荷下的更快速移动的部件，当使用铝青铜时，由于轻量元素铝而实现重量减少的另外优点。就由黄铜或红色黄铜(Rotguss)制成的作为处于摩擦负荷下的部件的零件而言，由先前已知的铝青铜制成的零件仅适合于相对缓慢移动的摩擦部件。具有氧化铝覆盖层的铜-铝合金用作制造滑动轴承的轴承材料的应用由DE 101 59 949 C1已知。所引用的文件公开了0.01至20％的铝份额，以及最高达总共最多20％的来自铁、钴、锰、镍、硅和锡的更多任选元素以及任选最高达45％的锌的使用。用于硅青铜的另外大范围的合金组合物在US 6,699,337 B2、JP 04221033 A、DE 22 39 467 A和JP 10298678 A中描述。
技术实现思路
从上文概述的现有技术出发，本专利技术的目的是提供铝青铜合金和由铝青铜合金制成的产品，它们的特征在于改善的机械特性以及尤其在于能够良好地使材料参数适应存在的静态和动态负荷。进一步目的在于提供高耐蚀性、良好的油耐受性和高热稳定性、以及足够的热传导性和同时低的重量。另外，本专利技术提供了用于制备铝青铜合金的方法和由铝青铜合金制成的产品。上述目的通过一种铝青铜合金来实现，该铝青铜合金含有：7.0-10.0重量％Al；3.0-6.0重量％Fe；3.0-5.0重量％Zn；3.0-5.0重量％Ni；0.5-1.5重量％Sn；≤0.2重量％Si；≤0.1重量％Pb；和剩余部分的Cu。当铝青铜合金具有下述组成时，可实现所需特性中的进一步改善：7.0-9.0重量％，特别是7.0-7.8重量％Al；4.0-5.0重量％Fe；3.8-4.8重量％Zn；3.8-4.1重量％Ni；0.8-1.3重量％Sn；≤0.2重量％Si；≤0.1重量％Pb；和剩余部分的Cu。对于这些实施方式中描述的所有合金组合物，每种元素均可含有0.05重量％的不可避免的杂质；杂质的总量不应超过1.5重量％。然而，杂质优选保持尽可能低，并且对于每种元素不超过0.02重量％的份额，总量不超过0.8重量％。对于特别有利的实施方式，基于铝青铜合金中的重量份额，铝与锌的比例设置在1.4-3.0的范围内，且特别优选在1.5和2.0之间。合金的铅含量优选小于0.05重量％。合金因此不含铅，除不可避免的杂质之外。合金同样不含锰，除不可避免的杂质之外。该合金具有下述特别性能的事实也是令人惊讶的，因为先前已知的用低锌含量形成合金的铜合金一般含有锰作为强制性合金元素，以便实现所需强度特性。以所需份额的合金元素铝、镍、锡和锌的组合对于请求保护的合金是重要的。其中这些元素的总和不小于15重量％且不大于17.5重量％的实施例是特别优选的。在合金熔体经历后续热成形随后在750℃下冷却后，根据本专利技术的铝青铜合金的组合物导致具有显著α相的合金基体。这种状态在下文被称为挤压状态。铝青铜合金的化学组成优选以这样的方式设置，使得在挤压状态中，β相的份额小于1体积％的合金基体。该合金在α-β双相空间中几乎直接地由熔体凝固。在热成形、优选间接挤压期间，这对于α相导致动态再结晶，随后是能够产生精细合金结构的静态再结晶。对于β相部分，在热成形期间再结晶过程经由动态复原进行，随后为静态再结晶。另外，出现含有铝化铁和/或铝化镍的KII和/或KIV相。处于挤压状态中的结构不仅通过铝含量的选择实现，还通过另外的形成合金的元素进行测定。对于铁，假定晶粒细化效应。在达到挤压状态之前，锡对于β相具有稳定效应，所述挤压状态具有基本上由α相决定的结构，接近α-β混合相的边界区。在此，所选择的铝与锌的比例已证明与挤压状态以及通过后续冷成形和热处理步骤所得到的机械特性的可调节性有关。与用于处于摩擦负荷下的零件的类型CuAl10Ni5Fe4常规合金相比较，在请求保护的合金中，已证明有利的是，对于冷却后在再结晶阈值以上的热处理的相同温度控制，该合金具有低得多的β相份额。因此，由此类合金制成的产品比由上文提及的先前已知的合金制成的产品对腐蚀的抵抗力多得多。特别对于这样的应用，相对高的锌含量还具有积极效应，因为这允许更大的滑动速度。测试已显示当一种或多种强制性元素的含量在请求保护的窄范围以下或超出请求保护的窄范围时，请求保护的铝青铜合金不再具有特殊性能。根据这些测试，具有非常显著的α相和从数量上看仅次要存在的β相(如果存在的话)的指定的特殊合金基体，令人惊讶地仅在请求保护的范围内产生。还已显示从挤压状态出发，关于根据本专利技术由铝青铜合金制成的产品的高的冷作硬化是可能的，这导致0.2％屈服强度RP0.2和拉伸强度Rm的显著增加。由于冷成形期间这种广泛凝固，关于塑性变形的合金储备减少。对于根据本专利技术的合金，伴随的断裂伸长率减少可通过在300℃至大约500℃的温度范围内的最终退火而增加，其中温度设置在固熔退火温度以下。在最终退火期间，不发生0.2％屈服强度或拉伸强度的减少，反而，与预期相反，强度进一步增加。对于热处理步骤(在达到挤压状态后，以这样的方式进行所述热处理步骤，使得所使用的温度在再结晶阈值以下且在α相的溶解度范围内)，不存在挤压状态的基体的相组成变化。然而，对于在该温度范围内的热处理，仍存在机械参数的令人惊讶的宽范围可调节性，使得形成根据本专利技术由铝青铜合金制成的高承载且可适应的产品，其具有在650-1000MPa范围内的0.2屈服强度RP0.2、在850-1050MPa范围内的拉伸强度Rm、以及在2-8％范围内且优选在4-7％范围内的断裂伸长率A5。在热成形和冷成形以及后续退火后，优选产生合金最终状态，其另外具有在85-95％范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝青铜合金，其含有7.0‑10.0重量％Al；3.0‑6.0重量％Fe；3.0‑5.0重量％Zn；3.0‑5.0重量％Ni；0.5‑1.5重量％Sn；≤0.2重量％Si；≤0.1重量％Pb；和剩余部分的Cu加上不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.03 EP 14163339.61.一种铝青铜合金，其含有7.0-10.0重量％Al；3.0-6.0重量％Fe；3.0-5.0重量％Zn；3.0-5.0重量％Ni；0.5-1.5重量％Sn；≤0.2重量％Si；≤0.1重量％Pb；和剩余部分的Cu加上不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铝青铜合金，其含有7.0-7.8重量％Al；4.0-5.0重量％Fe；3.8-4.8重量％Zn；3.8-4.1重量％Ni；0.8-1.3重量％Sn；≤0.2重量％Si；≤0.1重量％Pb；和剩余部分的Cu加上不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的铝青铜合金，其特征在于，基于所述铝青铜合金中的重量份额，铝与锌的比例为1.4-3.0，且特别优选为1.5至2.0。4.具有根据权利要求1-3中任一项所述的合金组成的铝青铜产品，其特征在于，通过跟随在冷成形之后导致合金最终状态的在固熔退火温度以下在300-500℃的温度范围的最终退火来调节所述产品，使得0.2％屈服强度RP0.2为650-1000MPa，拉伸强度Rm为850-1050MPa，并且断裂伸长率A5为2-8％且优选为4-7％。5.根据权利要求4所述的铝青铜产品，其特征在于，在所述合金最终状态中，屈服点比SV在85-97％的范围。6.根据权利要求4或5所述的铝青铜产品，其特征在于，在所述合金最终状态中，硬度在250-300HB 2.5/62.5的范围。7.根据权利要求4-6中任一项所述的铝青铜产品，其特征在于，在所述合金最终状态中，存在具有1体积％的最大β相份额的α基体。8.根据权利要求7所述的铝青铜产品，其特征在于，在所述合金最终状态中，所述α基体的平均晶粒大小≤50μm。9.根据权利要求4-8中任一项所述的铝青...

【专利技术属性】
技术研发人员：H格默特，B雷茨，T普勒特，
申请(专利权)人：奥托福克斯两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE