Die Erfindung betrifft eine bleifreie Messinglegierung.

In der Vergangenheit wurde zur Verbesserung der Zerspanung von Messinglegierungen Pb in einem Umfang von bis zu 4 Gew-% zugesetzt. Der Zusatz von Pb wird wegen absehbarer gesetzlicher Vorgaben zukünftig jedoch stark eingeschränkt werden.

Es besteht daher Bedarf an einer bleifreien Messinglegierung. Derartige Legierungen sind an sich bekannt, es wird beispielsweise auf die folgenden Druckschriften verwiesen: EP 2 009 122 A1, EP 3272 888 A1, WO 2016/045770 A1 und

EP 3269 835 A1. Das Fehlen von Blei beeinträchtigt allerdings die Zerspanbarkeit derartiger Messinglegierungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine bleifreie Messinglegierung anzugeben, die gut zerspanbar ist und einen guten Reibverschleißwiderstand besitzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine bleifreie Messinglegierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Messinglegierung enthält: 59 bis 62 Gew-% Cu, 2,0 bis 2,5 Gew-% Mn, 0,5 bis 1,5 Gew-% Si, weniger als 0,1 Gew-% Pb, Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

Die erfindungsgemäße Messinglegierung besitzt weniger als 0,1 Gew-% Pb und gilt daher als bleifrei. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Messinglegierung trotz des geringen Bleigehalts von weniger als 0,1 Gew-% eine zufriedenstellende Zerspanbarkeit zeigt. Insbesondere bilden sich beim Zerspanen keine unerwünschten langen Spiralspäne. Darüber hinaus sind die Reibeigenschaften der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung mit denjenigen einer bleihaltigen Messinglegierung vergleichbar. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verhältnis der Gewichtsprozente von Mn zu Si der Ungleichung 2,2 < Mn/Si < 3,2 entspricht. Es hat sich herausgestellt, dass dieses Verhältnis zwischen Mangan und Silizium zu einer optimalen chemischen Zusammensetzung und zur Ausbildung von Mangan-Siliziden führt.

Bei der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung wird es besonders bevorzugt, dass Mangan-Silizide auf einer Funktionsfläche parallel angeordnet sind. Dadurch ist der Anteil der Mangan-Silizide an der Funktionsfläche vergrößert und die Reibeigenschaften sind verbessert. Die parallele Anordnung der Mangan-Silizide wird durch einen Herstellungsprozess erzielt, bei dem eine Warmumformung stattfindet.

Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung weniger als 0,1 Gew-% Fe, vorzugsweise 0,07 Gew-% Fe, enthalten.

Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung weniger als 0,5 Gew-% Sn, vorzugsweise 0,07 Gew-% Sn, enthalten.

Die folgende Zusammensetzung der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung ist besonders bevorzugt: 61,2 Gew-% Cu, 2,3 Gew-% Mn, 0,8 Gew-% Si, 0,07 Gew-% Fe, 0,07 Gew-% Sn, weniger als 0,1 Gew-% Pb, Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung weniger als 0,2 Gew-% Ni, bevorzugt 0,02 Gew-% bis weniger als 0,2 Gew-% Ni, enthalten.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die bleifreie Messinglegierung weniger als 0,1 Gew-% AI, bevorzugt 0,01 Gew-% bis weniger als 0,1 Gew-% AI enthält.

Bei der bleifreien Messinglegierung kann es auch vorgesehen sein, dass weniger als 0,25 Gew-% Cr und/oder weniger als 0,25 Gew-% Ti und/oder weniger als 0,25 Gew-% Co enthalten ist.

Daneben betrifft die Erfindung ein Lagerelement oder eine Buchse, das bzw. die aus der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung hergestellt ist. Aufgrund ihrer guten Reibeigenschaften ist die bleifreie Messinglegierung optimal für die Herstellung von Lagerelementen und Buchsen geeignet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

Fig. 1 eine Funktionsfläche einer erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung;

Fig. 2 ein durch Zerspanen einer Referenzlegierung erzeugtes Spanbild; und

Fig. 3 ein durch Zerspanen einer erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung erzeugtes Spanbild.

Ein Ausführungsbeispiel der bleifreien Messinglegierung hat die folgende Zusammensetzung: 61,2 Gew-% Cu, 2,3 Gew-% Mn, 0,8 Gew-% Si, 0,07 Gew-% Fe, 0,07 Gew-% Sn, weniger als 0,1 Gew-% Pb, Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

Die bleifreie Messinglegierung kann zu Halbzeugen wie Platten, Rohren oder Stangen verarbeitet werden, aus denen dann Bauteile wie Lagerelemente, Buchsen oder dergleichen hergestellt werden können. Fig. 1 zeigt eine Funktionsfläche eines Halbzeugs, das aus der bleifreien Messinglegierung hergestellt worden ist. Man erkennt, dass sich auf der Funktionsfläche parallel angeordnete Mangan-Silizide befinden. Der vergleichsweise hohe Flächenanteil der Mangan-Silizide auf der Funktionsfläche verbessert deren Reibeigenschaften.

Die Zerspanbarkeit der bleifreien Messinglegierung wird mit einer Referenzlegierung verglichen. In der nachfolgenden Tabelle sind die Zusammensetzungen der bleifreien Messinglegierung und der Referenzlegierung dargestellt:

Bei dem Zerspanungsversuch wurde eine Wendeschneidplatte vom Typ CNMG120404FP HC5010 benutzt, die Drehzahl betrug 3.000 U/rnin, der Vorschub pro Umdrehung betrug 0,25 mm, die Schnitttiefe betrug 1 ,25 mm. Fig. 2 zeigt das Spanbild der bleifreien Messinglegierung, Fig. 3 zeigt im Vergleich dazu das Spanbild der bleihaltigen Referenzlegierung. Man erkennt, dass beide Legierungen in etwa gleich große und gleichartige Späne erzeugen. Die Spanqualität der bleifreien Messinglegierung ist daher in Ordnung. Für beide Legierungen wurden die Oberflächenrauigkeiten gemessen. Diese betrugen bei der bleifreien Messinglegierung Ra = 5,32 pm und bei der Referenzlegierung Ra = 5,61 pm. Die bleifreie Messinglegierung weist somit eine vergleichbare Oberflächenrauigkeit wie die bleihaltige Referenzlegierung auf.

Für beide Legierungen wurde der Reibkoeffizient in identischen Versuchen ermittelt. Es wurde herausgefunden, dass sowohl die bleifreie Messinglegierung als auch die bleihaltige Referenzlegierung nahezu identische Reibkoeffizienten besitzen. Der Reibkoeffizient beträgt etwa 0,012.

Diese Versuche haben ergeben, dass die bleifreie Messinglegierung ohne Einschränkungen als Ersatz für die bleihaltige Referenzlegierung verwendet werden kann.

Die bleifreie Messinglegierung kann zum Beispiel für die Herstellung von Lagerelementen, Buchsen oder anderen Komponenten verwendet werden, bei denen eine Relativbewegung zwischen zwei Komponenten auftritt.