DE102023116139A1

DE102023116139A1 - lead-free brass alloy

Info

Publication number: DE102023116139A1
Application number: DE102023116139.3A
Authority: DE
Inventors: Kathrin Lefor; Andreas Heide
Original assignee: Sundwiger Messingwerk GmbH
Current assignee: Sundwiger Messingwerk GmbH
Priority date: 2023-06-20
Filing date: 2023-06-20
Publication date: 2024-12-24
Also published as: EP4481077A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine bleifreie Messinglegierung zur Verwendung für die Herstellung von Komponenten für den Einsatz in der Schloss- und Schlüsselindustrie sowie im Sanitärbereich, aufweisend 1 - 45 % Zink, 0,01 - 1 % Schwefel, 0,05 - 2 % Mangan, optional zu insgesamt 0,001 - 5 % ein oder mehrere weitere Elemente sowie als restlichen zu einer Summe von 100 % fehlenden Teil Kupfer.

The invention relates to a lead-free brass alloy for use in the manufacture of components for use in the lock and key industry and in the sanitary sector, comprising 1 - 45% zinc, 0.01 - 1% sulphur, 0.05 - 2% manganese, optionally a total of 0.001 - 5% one or more other elements and copper as the remaining part to make up 100%.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine bleifreie Messinglegierung zur Verwendung für die Herstellung von Komponenten für den Einsatz in der Schloss- und Schlüsselindustrie sowie im Sanitärbereich, eine Komponente aus einer derartigen bleifreien Messinglegierung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer bleifreien Messinglegierung.The present invention relates to a lead-free brass alloy for use in the production of components for use in the lock and key industry and in the sanitary sector, a component made of such a lead-free brass alloy and a process for producing a lead-free brass alloy.

Messinglegierungen auf Basis einer Kombination der Elemente Cu und Zn werden aufgrund ihrer hervorragenden Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, guter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit, Gießbarkeit, Umformbarkeit sowie Beschichtbarkeit in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt. Insbesondere die hohe Zähigkeit derartiger Kupferlegierungen ist für die Halbzeugfertigung von Stangen, Drähten und Bändern von Vorteil.Brass alloys based on a combination of the elements Cu and Zn are used in a wide range of industries due to their excellent combination of corrosion resistance, good thermal and electrical conductivity, castability, formability and coatability. The high toughness of such copper alloys is particularly advantageous for the semi-finished production of rods, wires and strips.

Nachteiliger Weise haben sich Messinglegierungen jedoch für die spangebende Fertigung, insbesondere für Prozesse mit kontinuierlichem Schnitt, aufgrund des späten Spanbruchs als weniger geeignet herausgestellt. Die Zerspanbarkeit eines Materials kann insbesondere im Hinblick auf die Kriterien der Zerspankraft, der Spanform, der Bauteilqualität sowie des Werkzeugverschleißes bewertet werden. Im Hinblick auf Kupferlegierungen ist hierbei gemäß dem DKl ( Deutsches Kupferinstitut: „Recommended machining parameters for copper and copper alloys“, DKI Monograph i.18, 2010 .) die Bewertung einer Zerspanbarkeit gemäß einem Zerspanungsindex bekannt. In Europa wird für Referenzzwecke die Kupferlegierung CuZn39Pb3 verwendet, die als optimal zerspanbar gilt und daher einen definierten Zerspanbarkeitsindex von 100 aufweist. Eine abnehmende Zerspanbarkeit wird in der Regel dargestellt durch eine Verringerung des Zerspanbarkeitsindex in 10er-Schritten. Unfortunately, brass alloys have proven to be less suitable for machining, especially for processes with continuous cutting, due to late chip breakage. The machinability of a material can be assessed in particular with regard to the criteria of cutting force, chip shape, component quality and tool wear. With regard to copper alloys, the DKl ( German Copper Institute: “Recommended machining parameters for copper and copper alloys”, DKI Monograph i.18, 2010 .) the evaluation of machinability according to a machinability index is known. In Europe, the copper alloy CuZn39Pb3 is used for reference purposes, which is considered to be optimally machinable and therefore has a defined machinability index of 100. Decreasing machinability is usually represented by a reduction in the machinability index in steps of 10.

Reinkupfer weist mit einem Zerspanbarkeitsindex von 20 den geringsten gelisteten Index auf, die bleifreie Messinglegierung CuZn37 erreicht einen mittleren Zerspanbarkeitsindex von 40, das zweiphasige Messing CuZn42 einen mittleren Zerspanbarkeitsindex von 55. Im Rahmen dieser Anmeldung genannte absolute Werte bzgl. eines Zerspanungsindex bzw. eines Zerspanbarkeitsindex beziehen sich hierbei vorzugsweise auf eine Messdurchführung gemäß oder in Anlehnung an den Schlussbericht des vom WZL durchgeführten Forschungsprojektes mit genauer Erläuterung der Messung des Zerspanbarkeitsindexes: „Entwicklung einer Hochleistungszerspanung für schwerzerspanbare bleifreie Kupferknet- und -gusslegierungen: Schlussbericht der Forschungsstelle(n) Nr. 1, Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen zu dem über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages geförderten Vorhaben IGF16867 N ; (Bewilligungszeitraum: 01.01.2011) - RWTH Publications (rwth-aachen.de)“Pure copper has the lowest listed index with a machinability index of 20, the lead-free brass alloy CuZn37 achieves an average machinability index of 40, and the two-phase brass CuZn42 an average machinability index of 55. Absolute values for a machinability index or a machinability index mentioned in this application preferably refer to a measurement carried out in accordance with or based on the final report of the research project carried out by the WZL with a precise explanation of the measurement of the machinability index: “Development of a high-performance machining process for difficult-to-machine lead-free copper wrought and cast alloys: Final report of the Research Centre(s) No. 1, Machine Tools Laboratory (WZL) at RWTH Aachen University on the project IGF16867 N funded by the Federal Ministry of Economics and Technology via the AiF as part of the program to promote joint industrial research and development (IGF) based on a resolution of the German Bundestag; (Grant period: 01.01.2011) - RWTH Publications (rwth-aachen.de)"

Zur Verbesserung der Spanbarkeit ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Legierungen geringe Mengen (bspw.1 - 3 %) an Blei zuzusetzen. Blei ist in kupferhaltigen Legierungen unlösbar und bildet eine zweite Phase, welche den Spanbruch verursacht und damit die Spanbarkeit verbessert. Blei wird zudem eine schmierende Wirkung zugeschrieben, wodurch die Zerspankräfte sowie die Werkzeugtemperaturen und gleichermaßen die Werkzeugstandzeiten positiv beeinflusst werden.In order to improve machinability, it is known from the state of the art to add small amounts (e.g. 1 - 3%) of lead to alloys. Lead is insoluble in copper-containing alloys and forms a second phase which causes chip breakage and thus improves machinability. Lead is also said to have a lubricating effect, which has a positive effect on the cutting forces and tool temperatures, as well as on tool service life.

Nachteiliger Weise ist das Element Blei jedoch aufgrund seiner Toxizität durch kontinuierlich fortschreitende gesetzliche Einschränkungen betroffen. So wurde Blei als besorgniserregender Stoff (SVHC) eingestuft, sobald ein Erzeugnis mehr als 0,1 % Blei enthält. Für Schmuckwaren oder bei Erzeugnissen für die breite Öffentlichkeit, insbesondere wenn das bleihaltige Metall von Kindern in den Mund genommen werden kann und die erlaubte Freisetzungsrate von 0,05 µg cm² überschritten wird, dürfen Blei oder seine Verbindungen nicht verwendet oder in den Verkehr gebracht werden, sobald das Erzeugnis mehr als 0,05 % Blei enthält.Unfortunately, the element lead is subject to continuously increasing legal restrictions due to its toxicity. For example, lead has been classified as a substance of very high concern (SVHC) as soon as an article contains more than 0.1% lead. For jewellery or articles intended for the general public, especially if the lead-containing metal can be put in the mouth by children and the permitted release rate of 0.05 µg cm ² is exceeded, lead or its compounds may not be used or placed on the market as soon as the article contains more than 0.05% lead.

Eine weitere Verordnung, die insbesondere den Bleigehalt der im Sanitärbereich eingesetzten Cu-Zn-Werkstoffe begrenzt, ist die EU Trinkwasserverordnung (EU-Trinkwasserrichtlinie 2020/2184 ), welche den Grenzwert für Blei im Trinkwasser von 10 µg/l (0,01 mg/l) auf 5 µg/l (0,005 mg/l) absenkt.Another regulation that limits the lead content of Cu-Zn materials used in sanitary facilities is the EU Drinking Water Regulation (EU Drinking Water Directive 2020/2184 ), which lowers the limit for lead in drinking water from 10 µg/l (0.01 mg/l) to 5 µg/l (0.005 mg/l).

Zwar sind im Bereich der Cu-Zn-Legierungen auch bleifreie spanbare Alternativen bekannt, jedoch weisen diese Alternativen andere Nachteile auf. So ist es bspw. bekannt, Blei durch Silizium oder Bismuth zu ersetzen (siehe bspw. DE 889 984 C , GB 2 211 206 A ). Eine Zulegierung von Bismuth wirkt jedoch bereits bei geringen Zusätzen versprödend, wodurch die Kaltumformbarkeit der Cu-Zn-Legierungen leidet. Eine Zulegierung von Silicium führt zur Ausbildung harter Phasen, was insbesondere problematisch für Werkzeugstandzeiten bzw. einen Werkzeugverschleiß und eine Fertigung über Stranggussverfahren ist.Although lead-free machinable alternatives are known in the area of Cu-Zn alloys, these alternatives have other disadvantages. For example, it is known to replace lead with silicon or bismuth (see e.g. DE 889 984 C , GB 2 211 206 A ). However, an alloying of bismuth has an embrittling effect even at small additions, which impairs the cold formability of the Cu-Zn alloys. An alloying The addition of silicon leads to the formation of hard phases, which is particularly problematic for tool life or tool wear and for production via continuous casting processes.

Aus dem Bereich der zink- und nickelfreien Kupferlegierungen, ist bspw. aus der EP 2 625 300 B1 zudem eine bleifreie Legierung bekannt, die als Spanbrecher eine Zugabe von 0,1 - 0,8 % Schwefel und 0,1 - 0,2 % Mangan enthält. Allerdings hat sich das vorgeschlagene Verhältnis zwischen Mangan und Schwefel als nachteilig herausgestellt, insbesondere ist erkannt worden, dass das vorgeschlagene Verhältnis zwischen Mangan und Schwefel zu einer nachteiligen Kaltumformbarkeit führt. Ferner würde das vorgeschlagene Verhältnis zwischen Mangan und Schwefel bei der Verwendung von Zink zu einer Ausbildung von eutektischen Zinksulfiden führen, was sich zusätzlich zu einer nachteiligen Kaltumformbarkeit, negativ auf die Schlag- und Stoßfestigkeit des Materials auswirken würde.From the field of zinc and nickel-free copper alloys, for example, EP 2 625 300 B1 A lead-free alloy is also known which contains an addition of 0.1 - 0.8% sulphur and 0.1 - 0.2% manganese as a chip breaker. However, the proposed ratio between manganese and sulphur has proven to be disadvantageous, in particular it has been recognized that the proposed ratio between manganese and sulphur leads to disadvantageous cold formability. Furthermore, the proposed ratio between manganese and sulphur would lead to the formation of eutectic zinc sulphides when zinc is used, which would have a negative effect on the impact and shock resistance of the material in addition to disadvantageous cold formability.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend genannten Nachteile bekannter Messinglegierungssysteme zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, ein gesundheitlich unbedenkliches Legierungssystem zur Verfügung zu stellen, dass eine hervorragende Verarbeitbarkeit, insbesondere eine verbesserte Spanbarkeit bei gegebener Kaltumformbarkeit aufweist.It is therefore the object of the present invention to at least partially eliminate the above-mentioned disadvantages of known brass alloy systems. In particular, the object of the invention is to provide an alloy system that is harmless to health and has excellent processability, in particular improved machinability with a given cold formability.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine bleifreie Messinglegierung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs sowie einen Vorrichtungsanspruch mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Legierungssystem erwähnt werden, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Komponente sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The above object is achieved by a lead-free brass alloy with the features of independent claim 1, a method with the features of the independent method claim and a device claim with the features of claim 14. Further features and details of the invention emerge from the respective subclaims, the description and the drawings. Features and details that are mentioned in connection with the alloy system according to the invention naturally also apply in connection with the component according to the invention and the method according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.

Erfindungsgemäß ist eine bleifreie Messinglegierung zur Verwendung für die Herstellung von Komponenten für den Einsatz in der Schloss- und Schlüsselindustrie sowie im Sanitärbereich vorgesehen. Hierbei weist die erfindungsgemäße bleifreie Messinglegierung 1 - 45 % Zink, 0,01 -1 % Schwefel, 0,05 - 5 % Mangan, optional zu insgesamt 0,001 - 5 % ein oder mehrerer weitere Elemente sowie als restlichen zu einer Summe von 100 % fehlenden Teil Kupfer auf.According to the invention, a lead-free brass alloy is intended for use in the manufacture of components for use in the lock and key industry and in the sanitary sector. The lead-free brass alloy according to the invention contains 1 - 45% zinc, 0.01 - 1% sulphur, 0.05 - 5% manganese, optionally a total of 0.001 - 5% of one or more other elements and copper as the remaining part to make up 100%.

Unter einer bleifreien Messinglegierung kann im Rahmen der Erfindung vorzugsweise eine Legierung verstanden werden, die die Elemente Kupfer und Zink als Hauptbestandteile aufweist und bis auf Spuren unvermeidlicher Verunreinigungen bleifrei (< 0,1 % Pb) ist. Von den Hauptbestandteilen kann vorzugsweise Kupfer die mengenmäßig größte Komponente darstellen. Es versteht sich gegenständlich, dass neben den genannten Komponenten bzw. Elementen sowie Schwefel, Mangan und einigen optionalen Komponenten auch Spuren unvermeidlicher Verunreinigungen in der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung enthalten sein können, die vorzugsweise zu einem Anteil von < 0,5 % (in Summe) und zu < 0,2 % (für ein Element), insbesondere zu einem Anteil von < 0,2 % (in Summe) und zu < 0,1 % (für ein Element) in der Legierung enthalten sein können. Unter einer Komponente für den Einsatz in der Schloss- und Schlüsselindustrie können vorteilhafterweise Komponenten wie Schließzylinder, Schlüssel, Schließbeschläge, Schlösser oder Verschlüsse verstanden werden. Unter einer Komponente für den Einsatz im Sanitärbereich können vorzugsweise Rohre, Rohrverbindungen oder Armaturen oder dergleichen verstanden werden. Die angegebenen prozentualen Anteile können zudem vorteilhafterweise als Massenanteile verstanden werden.In the context of the invention, a lead-free brass alloy can preferably be understood as an alloy which has the elements copper and zinc as main components and is lead-free (< 0.1% Pb) except for traces of unavoidable impurities. Of the main components, copper can preferably be the largest component in terms of quantity. It is understood that in addition to the components or elements mentioned, as well as sulfur, manganese and some optional components, traces of unavoidable impurities can also be contained in the lead-free brass alloy according to the invention, which can preferably be contained in the alloy in a proportion of < 0.5% (in total) and < 0.2% (for one element), in particular in a proportion of < 0.2% (in total) and < 0.1% (for one element). A component for use in the lock and key industry can advantageously be understood to mean components such as locking cylinders, keys, locking fittings, locks or closures. A component for use in the sanitary sector can preferably be understood to mean pipes, pipe connections or fittings or the like. The percentages given can also advantageously be understood as mass fractions.

Den nachfolgenden Ausführungen sei an dieser Stelle bereits vorangestellt, dass die Angabe der Anteile der jeweiligen Komponenten der gegenständlichen Legierung sich auf die Gesamtmenge von 100 % bezieht bzw. sich entsprechend auf 100 % summiert. Die Anteile entsprechen hierbei Gew.-%.Before making the following statements, it should be noted that the percentages of the respective components of the alloy in question refer to the total amount of 100% or add up to 100%. The percentages correspond to weight percent.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, dass durch die Zugabe von Schwefel und Mangan in erfindungsgemäß gezielt ausgewählten Anteilen ein Bleianteil kompensiert bzw. substituiert werden kann und ein gesundheitlich unbedenkliches Legierungssystem zur Verfügung gestellt werden kann, das eine hervorragende Verarbeitbarkeit, insbesondere eine verbesserte Spanbarkeit unter Beibehaltung der Kaltumformbarkeit aufweist.Within the scope of the present invention, it has been recognized that by adding sulfur and manganese in proportions specifically selected according to the invention, a lead content can be compensated or substituted and an alloy system that is harmless to health can be provided which has excellent processability, in particular improved machinability while maintaining cold formability.

Im Hinblick auf eine Erhöhung der Härte und Festigkeit der bleifreien Messinglegierung kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass Kupfer die Hauptlegierungskomponente darstellt, wobei Kupfer vorzugsweise zu einem Anteil von > 55 %, insbesondere zu einem Anteil zwischen 63 und 80 % in der bleifreien Messinglegierung vorliegt.With a view to increasing the hardness and strength of the lead-free brass alloy, it can advantageously be provided according to the invention that copper is the main alloy component, wherein copper is preferably present in a proportion of > 55%, in particular in a proportion between 63 and 80% in the lead-free brass alloy.

Im Rahmen einer einfachen und vielseitigen Bearbeitbarkeit kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die bleifreie Messinglegierung in einem Stranggussverfahren bearbeitbar und herstellbar ist sowie kaltverformbar ist. Hierbei kann unter einer Kaltverformbarkeit vorzugsweise ein Verformen eines Formkörpers bei Raumtemperatur bis zu einem Umformgrad von > 40% verstanden werden, ohne dass das Material reißt oder anderweitig beschädigt wird. Neben einer Kaltverformbarkeit kann die erfindungsgemäße Legierung insbesondere dazu geeignet sein, über andere Herstellungsrouten bearbeitbar zu sein, wie einen direkten Teileguss oder eine Halbzeugfertigung über Halbzeugformen, wie Stangen, Rohre oder Drähte.In the context of simple and versatile machinability, it can advantageously be provided according to the invention that the lead-free brass alloy can be processed and produced in a continuous casting process and can be cold-formed. In this case, cold-formability can preferably be understood as deforming a shaped body at room temperature up to a degree of deformation of > 40% without the material cracking or being damaged in any other way. In addition to cold-formability, the alloy according to the invention can be particularly suitable for being machinable via other production routes, such as direct part casting or semi-finished product production using semi-finished product forms such as rods, tubes or wires.

Im Hinblick auf eine gesundheitlich unbedenkliche Verwendung und eine robuste und stabile Ausführung einer bleifreien Messinglegierung mit vielseitiger Bearbeitbarkeit, kann es gegenständlich zudem von Vorteil sein, wenn die Legierung zusätzlich siliciumfrei und/oder bismutfrei und/oder nickelfrei ist. Eine Vermeidung von Silicium und Bismut dient zudem der Verhinderung einer Materialversprödung und einer Vermeidung der Bildung von Hartphasen, was sich negativ auf die Kaltumformbarkeit von Materialien bzw. einen Werkzeugverschleiß auswirkt. Siliziumhaltige Messinglegierungen sind zudem schwieriger durch einen kontinuierlichen Strangguss herstellbar. Durch eine Vermeidung von Nickel kann vorzugsweise die Verarbeitbarkeit, insbesondere die Verformbarkeit der erfindungsgemäßen Legierung verbessert werden.With regard to a use that is harmless to health and a robust and stable design of a lead-free brass alloy with versatile workability, it can also be advantageous if the alloy is also silicon-free and/or bismuth-free and/or nickel-free. Avoiding silicon and bismuth also serves to prevent material embrittlement and the formation of hard phases, which has a negative effect on the cold formability of materials and tool wear. Brass alloys containing silicon are also more difficult to produce by continuous casting. Avoiding nickel can preferably improve the processability, in particular the formability, of the alloy according to the invention.

Im Hinblick auf eine möglichst gezielte Anpassbarkeit weiterer Materialeigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung kann gegenständlich vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die optional zu insgesamt 0,001 - 5 % in der bleifreien Messinglegierung enthaltenden ein oder mehreren weiteren Elemente aus der Gruppe Aluminium, Chrom, Phosphor, Tellur, Wolfram, Magnesium, Calcium, Eisen und Cer ausgewählt sind.With a view to the most targeted possible adaptability of further material properties of the alloy according to the invention, it can advantageously be provided that the one or more further elements optionally contained in the lead-free brass alloy in a total of 0.001 - 5% are selected from the group consisting of aluminium, chromium, phosphorus, tellurium, tungsten, magnesium, calcium, iron and cerium.

Im Hinblick auf eine einfache, schnelle und unaufwändige Bearbeitbarkeit ist es vorteilhafterweise ferner denkbar, dass die bleifreie Messinglegierung einen Zerspanbarkeitsindex von > 50 zumindest in Bezug auf eines der Kriterien Prozesskraft, Spanbildung, Bauteilqualität oder Werkzeugverschleiß, auf Basis der eingangs erwähnten Messdurchführung gemäß dem Schlussbericht des vom WZL durchgeführten Forschungsprojektes, aufweist.With regard to simple, fast and inexpensive machinability, it is also advantageously conceivable that the lead-free brass alloy has a machinability index of > 50 at least with regard to one of the criteria process force, chip formation, component quality or tool wear, based on the measurement procedure mentioned at the beginning according to the final report of the research project carried out by the WZL.

Im Rahmen einer verbesserten, vorzugsweise einer vereinfachten Bearbeitbarkeit, insbesondere über ein Strangpressverfahren oder ein Kaltumformverfahren kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise ferner vorgesehen sein, dass die Legierung einen Anteil einer M₂S-Phase (wobei M = Cu und/oder Zn) von < 10 % des Volumens der sich bildenden Sulfide, vorzugsweise von < 1 % des Volumens der sich bildenden Sulfide aufweist.In the context of improved, preferably simplified workability, in particular via an extrusion process or a cold forming process, it can advantageously be further provided according to the invention that the alloy has a proportion of an M ₂ S phase (where M = Cu and/or Zn) of < 10% of the volume of the sulfides formed, preferably of < 1% of the volume of the sulfides formed.

Im Rahmen einer verbesserten, vorzugsweise einer vereinfachten Bearbeitbarkeit über ein Strangpressverfahren oder ein Kaltumformverfahren ist es dabei insbesondere von Vorteil, dass die Legierung Monosulfide aufweist, wobei die Monosulfide vorzugsweise zum Großteil in Form von Mangansulfid ausgebildet sind, insbesondere zu mehr als 80 % in Form von Mangansulfid ausgebildet sind. Die erfindungsgemäße Zugabe von Schwefel in Kombination mit dem definierten Gehalt an Mangan führt zu der Unterdrückung der nachteiligen zinkbasierten oder kupferbasierten Sulfide des Typs M₂N und bedingt die Ausbildung kugeliger Mangansulfide, welche die Spanbarkeit verbessern und gleichermaßen die Kaltumformbarkeit des Materials nicht behindern.In the context of improved, preferably simplified machinability via an extrusion process or a cold forming process, it is particularly advantageous that the alloy has monosulfides, the monosulfides preferably being largely in the form of manganese sulfide, in particular more than 80% in the form of manganese sulfide. The addition of sulfur according to the invention in combination with the defined manganese content leads to the suppression of the disadvantageous zinc-based or copper-based sulfides of the type M ₂ N and causes the formation of spherical manganese sulfides, which improve the machinability and at the same time do not hinder the cold formability of the material.

Entsprechend kann im Rahmen der Erfindung vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Monosulfide eine kugelartige Morphologie aufweisen. So kann vorteilhafterweise eine Ausbildung eutektischer Zn-Mn-Sulfide reduziert werden, welche versprödend wirken und einer Kaltumformbarkeit entgegenwirken.Accordingly, within the scope of the invention, it can advantageously be provided that the monosulfides have a spherical morphology. This can advantageously reduce the formation of eutectic Zn-Mn sulfides, which have an embrittling effect and counteract cold formability.

Im Hinblick auf ein vorteilhaftes Verhältnis zwischen Schwefel und Mangan zur Verbesserung der Kaltumformbarkeit und Spanbarkeit kann hierbei vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Mangangehalt in der Legierung mehr als das Dreifache des Schwefelgehalts beträgt, vorzugsweise mehr als das Vierfache.With a view to achieving an advantageous ratio between sulphur and manganese to improve cold formability and machinability, it can preferably be provided that the manganese content in the alloy is more than three times the sulphur content, preferably more than four times.

Darüber hinaus kann zur Erhöhung der Härte und Festigkeit der bleifreien Messinglegierung vorgesehen sein, dass der Zinkgehalt 5 bis 38 % und/oder der Kupfergehalt 63 bis 95 % beträgt.In addition, to increase the hardness and strength of the lead-free brass alloy, the zinc content may be 5 to 38% and/or the copper content 63 to 95%.

Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Messinglegierung eine - im Vergleich zu einer einphasigen Messinglegierung - verbesserte Spanbarkeit (zumindest im Hinblick auf das Kriterium der Prozesskraft, d.h. eine geringere anzuwendende Prozesskraft) aufweisen.Advantageously, the brass alloy according to the invention can have an improved machinability (at least with regard to the criterion of the process force, ie a lower process force to be applied) compared to a single-phase brass alloy.

Im Hinblick auf eine signifikante Verbesserung der Zerspanbarkeit der gegenständlichen bleifreien Messinglegierung kann vorteilhafterweise ferner vorgesehen sein, dass Schwefel zu 0,05 bis 0,5 % in der bleifreien Messinglegierung enthalten ist.With a view to significantly improving the machinability of the lead-free brass alloy in question, it can advantageously also be provided that sulfur is contained in the lead-free brass alloy at a level of 0.05 to 0.5%.

Mangan kann ferner vorteilhafterweise zu einem Anteil von 0,2 bis 2 % in der erfindungsgemäßen Neusilberlegierung enthalten sein.Manganese can also advantageously be contained in the nickel silver alloy according to the invention in a proportion of 0.2 to 2%.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Komponente aus einer voranstehend beschriebenen bleifreien Messinglegierung für den Einsatz in der Schloss- und Schlüsselindustrie oder im Sanitärbereich. Damit bringt die erfindungsgemäße Komponente die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf die erfindungsgemäße bleifreie Messinglegierung beschrieben worden sind.The invention also relates to a component made of a lead-free brass alloy as described above for use in the lock and key industry or in the sanitary sector. The component according to the invention thus offers the same advantages as have already been described in detail with regard to the lead-free brass alloy according to the invention.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer bleifreien Messinglegierung, vorzugsweise einer voranstehend beschriebenen bleifreien Messinglegierung. Hierbei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines Vermischens der nachfolgenden Legierungskomponenten gemäß den angegebenen Anteilen zur Herstellung eines Komponentengemisches: 1 - 45 % Zink, 0,01 -1 % Schwefel, 0,05 - 5 % Mangan, optional zu insgesamt 0,001 - 5 % ein oder mehrere weitere Elemente sowie als restlichen zu einer Summe von 100 % fehlenden Teil Kupfer, eines Erhitzens des Komponentengemisches zum Verschmelzen der Komponenten sowie eines Abkühlens der verschmolzenen bleifreien Messinglegierung. Damit bringt das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf die erfindungsgemäße bleifreie Messinglegierung bzw. die voranstehend beschriebene Komponente beschrieben worden sind. Es versteht sich vorliegend, dass einzelne, mehrere oder alle obligatorischen und/oder optionalen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in der vorgeschlagenen Reihenfolge, aber auch abweichend von der vorgeschlagenen Reihenfolge ausgeführt werden können. Hierbei können einzelne, mehrere oder alle obligatorischen und/oder optionalen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere wiederholt, bspw. zyklisch wiederholt ausgeführt werden. Es versteht sich ferner, dass einzelne, mehrere oder alle der obligatorischen und optionalen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenständlich auch zumindest teilweise automatisch bzw. automatisiert und/oder selbstlernend ausgeführt werden können, insbesondere durch einen Computer implementiert werden können.The invention also relates to a method for producing a lead-free brass alloy, preferably a lead-free brass alloy as described above. The method according to the invention comprises the steps of mixing the following alloy components in accordance with the specified proportions to produce a component mixture: 1 - 45% zinc, 0.01 - 1% sulfur, 0.05 - 5% manganese, optionally a total of 0.001 - 5% one or more other elements and copper as the remaining part missing to a total of 100%, heating the component mixture to melt the components and cooling the melted lead-free brass alloy. The method according to the invention thus brings with it the same advantages as have already been described in detail with regard to the lead-free brass alloy according to the invention or the component described above. It is understood that individual, several or all of the obligatory and/or optional steps of the method according to the invention can be carried out in the suggested order, but also deviating from the suggested order. In this case, individual, several or all of the obligatory and/or optional steps of the method according to the invention can be carried out repeatedly, for example cyclically. It is also understood that individual, several or all of the obligatory and optional steps of the method according to the invention can also be carried out at least partially automatically or in an automated and/or self-learning manner, in particular by being implemented by a computer.

Im Hinblick auf ein effektives Erhitzen der vermischten Legierungskomponenten zum Verschmelzen der Komponenten kann gegenständlich ferner vorgesehen sein, dass die Legierung über ein Schmelzflussverfahren oder ein Sinterverfahren hergestellt wird.With a view to effectively heating the mixed alloy components to fuse the components, it can further be provided that the alloy is produced by a melt flow process or a sintering process.

Im Rahmen einer geeigneten Weiterverarbeitung bzw. Bearbeitung von der gegenständlichen bleifreien Messinglegierung zur Herstellung von Komponenten für den Einsatz in der Schloss- und Schlüsselindustrie sowie im Sanitärbereich kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise ferner vorgesehen sein, dass die Legierung nach einer Herstellung mittels eines Strangpressverfahrens und/oder mittels eines Kaltumformverfahrens weiterverarbeitet wird.Within the scope of a suitable further processing or machining of the lead-free brass alloy in question for the production of components for use in the lock and key industry as well as in the sanitary sector, it can advantageously be provided according to the invention that the alloy is further processed after production by means of an extrusion process and/or by means of a cold forming process.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter teilweise erfolgender Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Hierbei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which embodiments of the invention are described in detail, with partial reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination.

Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung.

It shows:

1 a schematic representation of the individual steps of a process according to the invention for producing a lead-free brass alloy according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer bleifreien Messinglegierung. 1 shows a schematic representation of the individual steps of a method according to the invention for producing a lead-free brass alloy.

Wie gemäß 1 zu erkennen ist, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines Vermischens 100 der nachfolgenden Legierungskomponenten gemäß den angegebenen Anteilen zur Herstellung eines Komponentengemisches: 1 - 45 % Zink, 0,01 -1 % Schwefel, 0,05 - 5 % Mangan, optional zu insgesamt 0,001 - 5 % ein oder mehrere weitere Elemente sowie als restlichen zu einer Summe von 100 % fehlenden Teil Kupfer, eines Erhitzens 200 des Komponentengemisches zum Verschmelzen der Komponenten sowie eines Abkühlens 300 der verschmolzenen bleifreien Messinglegierung.As per 1 As can be seen, the method according to the invention comprises the steps of mixing 100 of the following alloy components in accordance with the stated proportions to produce a component mixture: 1 - 45% zinc, 0.01 -1% sulphur, 0.05 - 5% manganese, optionally a total of 0.001 - 5% one or more other elements and as the remainder to a total of 100% missing part of copper, heating 200 of the component mixture to fuse the components and cooling 300 of the fused lead-free brass alloy.

Die Legierung kann hierbei bspw. über einen Schmelzflussverfahren oder ein Sinterverfahren hergestellt werden.The alloy can be produced, for example, using a melt flow process or a sintering process.

Darüber hinaus kann die Legierung nach einer Herstellung mittels eines Strangpressverfahrens und/oder mittels eines Kaltumformverfahrens weiterverarbeitet werden.In addition, the alloy can be further processed after production by means of an extrusion process and/or by means of a cold forming process.

Ausführungsbeispiele:Examples of implementation:

Im Folgenden sind in der Tabelle 1 abschließend einige beispielhafte Zusammensetzungen für eine erfindungsgemäße bleifreie Messinglegierung aufgeführt. Die angegebenen Verhältnisse sind hierbei als Gewichtsanteile zu verstehen. Das „R“ in der Spalte für Kupfer steht für Rest bzw. den restlichen Anteil. Tabelle 1 Nr. Zn S Mn Al Cr P Te W Mg Ca Cu 1 5 0,05 0,25 0,003 - 0,003 - 0,002 0,02 R 2 28 0,2 1 - 0,5 - 0,02 0,002 - 0,002 R 3 25 0,5 2,5 - - - - - 0,5 R 4 10 0,15 0,8 0,01 - 0,005 - 0,5 0,5 R 5 32 0,9 4,5 0,002 - - 0,5 0,001 R 6 36 1 5 0,5 0,01 0,001 0,001 - - R 7 42 0,3 1,5 0,001 - 0,002 - - - 0,01 R Finally, Table 1 below lists some exemplary compositions for a lead-free brass alloy according to the invention. The ratios given are to be understood as parts by weight. The "R" in the column for copper stands for the remainder or the remaining proportion. Table 1 No. Zn S Mn Al Cr P Te W Mg Ca Cu 1 5 0.05 0.25 0.003 - 0.003 - 0.002 0.02 R 2 28 0.2 1 - 0.5 - 0.02 0.002 - 0.002 R 3 25 0.5 2.5 - - - - - 0.5 R 4 10 0.15 0.8 0.01 - 0.005 - 0.5 0.5 R 5 32 0.9 4.5 0.002 - - 0.5 0.001 R 6 36 1 5 0.5 0.01 0.001 0.001 - - R 7 42 0.3 1.5 0.001 - 0.002 - - - 0.01 R

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments can be freely combined with one another, provided they are technically expedient, without departing from the scope of the present invention.

Mittels der voranstehend aufgeführten bleifreien Messinglegierung ist es insbesondere möglich, ein gesundheitlich unbedenkliches Material zur Herstellung von Komponenten für den Einsatz in der Schloss- und Schlüsselindustrie sowie im Sanitärbereich zur Verfügung zu stellen, das eine einfache Verarbeitbarkeit aufweist, insbesondere eine hervorragende Kaltumformbarkeit und Spanbarkeit aufweist.By means of the lead-free brass alloy listed above, it is possible in particular to provide a material that is harmless to health for the production of components for use in the lock and key industry as well as in the sanitary sector, which is easy to process and in particular has excellent cold formability and machinability.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

100100: Vermischen der Legierungskomponenten zur Herstellung eines KomponentengemischesMixing the alloy components to produce a component mixture
200200: Erhitzen des Komponentengemisches zum Verschmelzen der KomponentenHeating the component mixture to melt the components
300300: Abkühlen der verschmolzenen bleifreien MessinglegierungCooling of the molten lead-free brass alloy

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2020/2184 [0007]
DE 889 984 C [0008]
GB 2 211 206 A [0008]
EP 2 625 300 B1 [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

German Copper Institute: “Recommended machining parameters for copper and copper alloys”, DKI Monograph i.18, 2010 [0003]

Claims

Lead-free brass alloy for use in the manufacture of components for use in the lock and key industry and in the sanitary sector, containing: - 1-45% zinc, - 0.01 -1% sulphur, - 0.05 - 5% manganese, - optionally one or more other elements totalling 0.001 - 5%, - and copper as the remaining part to make up 100%.

Lead-free brass alloy according to claim 1 , characterized in that copper is the main alloy component, with copper preferably being present in a proportion of > 55%, in particular in a proportion of > 63% in the lead-free brass alloy.

Lead-free brass alloy according to claim 1 or 2 , characterized in that the lead-free brass alloy can be produced and/or processed in a continuous casting process and is cold-formable.

Lead-free brass alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the alloy is silicon-free and/or bismuth-free and/or nickel-free.

Lead-free brass alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the one or more further elements optionally contained in a total of 0.001 - 5% in the lead-free brass alloy are selected from the group aluminum, chromium, iron, calcium, cerium, phosphorus, tellurium, tungsten, magnesium.

Lead-free brass alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the lead-free brass alloy has a machinability index of > 50.

Lead-free brass alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the alloy has a proportion of an M ₂ S phase, where M = Cu and/or Zn, of < 10% of the volume of the sulfides formed, preferably of < 1% of the volume of the sulfides formed.

Lead-free brass alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the alloy comprises monosulfides, wherein the monosulfides are preferably formed for the most part in the form of manganese sulfide, in particular more than 80% in the form of manganese sulfide.

Lead-free brass alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the monosulfides have a spherical morphology.

Lead-free brass alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the manganese content in the alloy is more than three times the sulfur content, preferably more than four times.

Lead-free brass alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the zinc content is 5 to 38% and/or the copper content is 63 to 95%.

Lead-free brass alloy according to one of the preceding claims, characterized in that sulfur is contained in the lead-free brass alloy at > 0.05%, preferably at 0.06 to 0.5%.

Component made of a lead-free brass alloy according to one of the preceding claims for use in the lock and key industry or in the sanitary sector.

Method for producing a lead-free brass alloy, preferably a lead-free brass alloy according to one of the preceding claims, comprising the steps: - mixing (100) the following alloy components according to the specified proportions to produce a component mixture: 1 - 45% zinc, 0.01 -1% sulphur, 0.05 - 5% manganese, optionally a total of 0.001 - 5% one or more further elements and as the remaining part missing to a total of 100% copper, - Heating (200) the component mixture to melt the components, - Cooling (300) the melted lead-free brass alloy.

procedure according to claim 14 , characterized in that the alloy is produced by a melt flow process or a sintering process.

procedure according to claim 14 or 15 , characterized in that the alloy is further processed after production by means of an extrusion process and/or by means of a cold forming process.