Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kupfer-Zinn-Stranggusslegierung, die bleifrei ausgebildet ist und die sich gut und auf wirtschaftliche Weise hersteilen und vergießen lässt und nach dem Guss gut spanbar ist und gute mechanische Festigkeits- und Belastungseigenschaften aufweist, die sie insbesondere für die Herstellung von Maschinenteilen oder Getriebeteilen, wie Zahnrädern, Schneckenrädern, Laufbuchsen oder Linearführungselementen, oder für die Herstellung von Armaturenteilen für die Leitung von Fluiden geeignet erscheinen lässt.

Mit der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass sich ein dendritisches Gefüge bildet, welches sich im Gießvorgang schwer speisen lässt aufgrund des großen Temperaturintervalls zwischen Solidus- und Liquidus-Kurve des Systems. Im Ergebnis bilden sich zwischen den dendritisch aufwachsenden Primärkörnern Hohlräume, nämlich sogenannte Mikrolunker, welche eine Undichtigkeit des Gussstücks und hieraus hergestellter Produkte nach sich ziehen können. Eine Verwendung der Stranggusslegierung zur Herstellung von Armaturenteilen wäre dann nicht möglich.

Die Weglassung von Blei führt außerdem dazu, dass die Spanbarkeit der Legierung nicht den Anforderungen gerecht wird.

EP 3736 350 Al betrifft und offenbart ein Mehrschichtgleitlagerelement aus einem Verbundwerkstoff umfassend eine Stützmetallschicht und eine weitere Schicht, insbesondere eine Gleitschicht, sowie gegebenenfalls eine Zwischenschicht zwischen der Stützmetallschicht und der weiteren Schicht. Die weitere Schicht ist aus einer Gusslegierung, und zwar aus einer bleifreien Kupferbasislegierung gebildet, in der sulfidische Ausscheidungen enthalten sind. Beansprucht ist eine Zusammensetzung für die bleifreie Kupferbasislegierung mit: Schwefel zwischen 0,1 Gew.-% und 3 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,3 Gew.-% und 0,8 Gew.-%,

Eisen zwischen 0,01 Gew.-% und 4 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,2 Gew.% und 2 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,3 Gew.-% und 1,5 Gew.—%,

Phosphor zwischen 0 Gew.-% und 2 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,001 Gew.-% und 2 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 Gew.-% und 0,5 Gew.-%, zumindest ein Element aus einer ersten Gruppe bestehend aus Zink, Zinn, Aluminium, Mangan, Nickel, Silizium, Chrom, Indium von in Summe zwischen 0,1 Gew.-% und 49 Gew.-%, wobei der Anteil an Zink zwischen 0 Gew.-% und 45 Gew.%, insbesondere zwischen 0,01 Gew.-% und 5 Gew.% beträgt, der Anteil an Zinn zwischen 0 Gew.-% und 40 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 Gew.-% und 10 Gew.% beträgt, der Anteil an Aluminium zwischen 0 Gew.% und 15 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 Gew.-% und 7,5 Gew.% beträgt, der Anteil an Mangan zwischen 0 Gew.-% und 10 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 Gew.-% und 5 Gew.% beträgt, der Anteil an Nickel zwischen 0 Gew.-% und 10 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 Gew.-% und 2 Gew.% beträgt, der Anteil an Silizium zwischen 0 Gew.-% und 10 Gew.-%. insbesondere zwischen 0,01 Gew.-% und 3 Gew.

% beträgt, der Anteil an Chrom zwischen 0 Gew.-% und 2 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 Gew.-% und 1 Gew.% beträgt und der Anteil an Indium zwischen 0 Gew.-% und 10 Gew.-% beträgt, und mit zumindest einem Element aus einer zweiten Gruppe bestehend aus Silber, Magnesium, Indium, Kobalt, Titan, Zirkonium, Arsen, Lithium, Yttrium, Calcium, Vanadium, Molybdän, Wolfram, Antimon, Selen, Tellur, Bismut, Niob, Palladium in einem Anteil von jeweils zwischen 0 Gew.-% und 1,5 Gew.-%, wobei der Summenanteil der Elemente der zweiten Gruppe zwischen 0 Gew.-% und 2 Gew.-% beträgt, und mit Rest Kupfer sowie aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen .

Bevorzugt soll Schwefel von 0,2 - 1,5 Gew.-%, insbesondere von 0,3 - 0,8 Gew.-%, vorhanden sein, und bevorzugt soll Eisen von 0,2 - 2 Gew.-%, insbesondere von 0,3 - 1,5 Gew.-% vorhanden sein. Durch intermetallische FeS-Phasen, die neben den Kupfersulfiden entstehen, könne eine Verringerung der Fressneigung erreicht werden. Weiter bevorzugt soll die Kupferbasislegierung entweder Zink oder Zinn enthalten. Durch die Vermeidung der Kombination beider Elemente könne eine deutliche Verbesserung der Gießeigenschaften der Legierung durch die damit erreichbare Verringerung des

Erstarrungsintervalls erreicht werden. Es gibt 183 Beispiel- Zusammensetzungen, von denen 25 kein Indium oder nur 0,01 Gew.-% Indium enthalten. Fast alle übrigen Beispiel- Zusammensetzungen enthalten 3 oder 7 Gew.-% Indium und dabei zusätzlich eher hohe Anteile an Aluminium und Mangan; sie enthalten ferner zumeist entweder 10 Gew.-% Zinn oder 5 Gew.-% Zink.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Aspekten bei einer Kupfer-Zinn- Stranggusslegierung weitgehend gerecht zu werden, ohne dass dem Ausgangsmaterial Blei zugegeben wird.

Diese Aufgabe wird durch eine bleifreie Kupfer-Zinn- Stranggusslegierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Wenn vorliegend von einer bleifreien Legierung die Rede ist, so bedeutet dies, dass Blei nicht aktiv als Legierungselement zugegeben ist und dass ein verunreinigungsbedingter Rest an Blei von höchstens 0,10 Gew.-%, insbesondere von höchstens 0,09 Gew.-%, insbesondere von höchstens 0,08 Gew.-%, insbesondere von höchstens 0,07, insbesondere von höchstens 0,06 und vorzugsweise von höchstens 0,05 Gew.-% vorhanden sein kann. Es wurde nun erfindungsgemäß festgestellt, dass die Zugabe von Indium im beanspruchten Bereich die Vergießbarkeit wesentlich verbessern kann. Es wurde festgestellt, dass Indium mit Zinn bzw. Kupfer eine niedrigschmelzende Phase, ähnlich einer peritektischen Phase, bildet und dass diese niedrigschmelzende Phase sich bevorzugt in den vorgenannten Mikrolunkern ansammelt und diese Hohlräume dadurch dichtend aufzufüllen vermag. Hierdurch kann das Problem eines schlechten Speisungsverhaltens der Kupfer-Zinn Legierung in zufriedenstellenderer Weise gelöst werden. Im Unterschied zum Einsatz von Blei zur Dichtspeisung des Gefüges werden durch die Zugabe von Indium im beanspruchten Umfang die Festigkeitseigenschaften der Kupfer-Zinn-Legierung nicht nachteilig beeinflusst. Die Bruchdehnung und die Zugfestigkeit werden durch Zugabe von Indium im beanspruchten Umfang sogar eher verbessert. Die Dehn- oder Streckgrenze wird nur geringfügig herabgesetzt und liegt bei Indiumgehalten bis zu ca. 1 Gew.-% oberhalb von 130 MPa und bei Indiumgehalten zwischen 1,2 und 2,0 Gew.-% immer noch nahe bei 120 MPa, was sich für die meisten Anwendungen als hinreichend erweist. Insgesamt ergibt sich bei der beanspruchten erfindungsgemäßen Zusammensetzung der Stranggusslegierung eine wirtschaftliche Herstellbarkeit und dennoch eine gute Gießbarkeit. Die Zugabe von Indium bewirkt mit der oder den sich hieraus bildenden quasi-peritektischen Phase(n) nicht nur eine Verbesserung des Speisungsverhaltens und damit der Gießbarkeit, sondern es wird auch die Spanbarkeit des Werkstoffs verbessert, indem sich die Indium aufweisenden Phasen als Spanbrecher während der spanenden Bearbeitung auswirken. Diese Phasen sind nämlich vergleichsweise hart, sie weisen jedoch einen niedrigeren Schmelzpunkt auf als die metallische Grundmatrix der Legierung. Durch die Zugabe von Nickel kann die Korrosionsbeständigkeit der Legierung verbessert werden und der Wandstärkeneinfluss auf die mechanische Festigkeit nimmt ab. Bei Zugabe von Nickel im beanspruchten Umfang kann das entstehende Gitter neben der Mischkristallverfestigung durch Zinn noch weiter verspannt werden. Nickel kann auch mit weiteren Legierungselementen intermetallische Phasen bilden, die als Keime zur Gefügefeinung dienen, beispielsweise Nickel-Eisen-Phasen.

Gießtechnisch erweist es sich weiter als vorteilhaft, wenn die Stranggusslegierung höchstens 0,30 Gew.-%, insbesondere höchstens 0,10 Gew.-%, insbesondere 0,03 - 0,08 Gew.-% Phosphor, höchstens 0,20 Gew.-% Eisen und höchstens 0,30 Gew.- % Antimon umfasst. Phosphor kann sich innerhalb der beanspruchten Stranggusslegierung als vorteilhaft erweisen, weil es eine Desoxidation der Schmelze bewirken kann, während Wasserstoff durch das Zinn wirksam ausgetrieben werden kann. Eisen kann mit Nickel vorteilhafte Phasen ausbilden, wobei es sich aber andererseits bei Mengen oberhalb von 0,2 Gew.-% als gießtechnisch problematisch erweist. Antimon setzt sich an den Korngrenzen ab und versprödet dadurch das Material etwas, was sich im Hinblick auf das Ziel einer guten Spanbarkeit durch brechende Späne durchaus als vorteilhaft erweist.

Mangan kann ebenfalls zur Desoxidation der Schmelze eingesetzt werden. Während der Erstarrung kann Mangan, ähnlich wie Nickel, in das metallische Gitter eingebaut werden. Dabei sinkt jedoch die Löslichkeit für das Element Zinn, und die Erstarrungstemperaturen werden im Allgemeinen erniedrigt. Nachteilig sind die relativ dichten Oxidhäute, die zu unkontrollierten Festigkeitsabfällen führen können. Daher wird der Mangan-Gehalt bis auf 0,5 Gew.-% begrenzt.

In weiterer Ausbildung der vorliegenden Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kupfer-Zinn-Stranggusslegierung wenigstens 0,2 Gew.-%, insbesondere wenigstens 0,3 Gew.-%, insbesondere wenigstens 0,4 Gew.-%, insbesondere wenigstens 0,5 Gew.-%, insbesondere wenigstens 0,7 Gew.-%, insbesondere wenigstens 1,0 Gew.-%, und/oder höchstens 1,8 Gew.-%, insbesondere höchstens 1,7 Gew.-% Indium umfasst.

Weiter erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kupfer-Zinn- Stranggusslegierung wenigstens 9,5, insbesondere wenigstens 10,0 Gew.-%, insbesondere wenigstens 10,5 Gew.-%, und/oder höchstens 14,0 Gew.-%, insbesondere höchstens 13,0 Gew.-%, insbesondere höchstens 12,0 Gew.-%, insbesondere höchstens 11,5 Gew.-%, insbesondere höchstens 11,0 Gew.-% Zinn umfasst.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Stranggusslegierung der beanspruchten Zusammensetzung im erschmolzenen Zustand. Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Stranggusslegierung der beanspruchten Zusammensetzung im vergossenen Zustand.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Strangguss- Rohling oder ein Strangguss-Zwischenprodukt, insbesondere in Strangform oder Rohrform, hergestellt durch Vergießen einer Stranggusslegierung der beanspruchten Art und Zusammensetzung und mit derselben Zusammensetzung wie diese Stranggusslegierung . Ferner sind Gegenstand der Erfindung spanend gefertigte Maschinenteile oder Getriebeteile, insbesondere Zahnräder, Schneckenräder, Laufbuchsen oder Linearführungsteile, oder spanend gefertigte Armaturenteile für die Leitung von Fluiden, hergestellt durch spanende Bearbeitung eines Strangguss- Rohlings oder Strangguss-Zwischenprodukts der hier beanspruchten Art.