DE3016716C2

DE3016716C2 - Verfahren zum Herstellen einer zinnreichen Blei-Bronze

Info

Publication number: DE3016716C2
Application number: DE3016716A
Authority: DE
Inventors: Tadao Tokio/Tokyo Kimura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-05-29
Filing date: 1980-04-30
Publication date: 1987-02-05
Also published as: JPS5641687B2; GB2050422B; US4336082A; DE3016716A1; JPS55158245A; GB2050422A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer zinnreichen Blei-Bronze mit gleichmäßig feindispergierter Blei-Phase.
Aus der DE-AS 10 20 460 ist eine Blei-Bronze mit 5 bis 30% Blei, 2 bis 12% Zinn, bis zu 2,5% Zink, Rest Kupfer, wobei anstelle des Zinks bis zu 1% Nickel treten kann, als Werkstoff für die Schleiffläche von scheibenförmigen Schleifwerkzeugen für das Feinschleifen von gewalztem Flachglas bekannt. Angaben über das Gefüge und/ oder den Herstellungsweg dieser bekannten Blei-Bronze sind der DE-AS 10 20 460 jedoch nicht zu entnehmen. In der Praxis liegt der Bleigehalt dieser bekannten Blei- Bronze zwischen 10 und 30%.
Auf herkömmliche Weise hergestellte zinnreiche Blei- Bronze werden den an einen verhältnismäßig weichen Lagerwerkstoff gestellten Ansprüche insofern nicht gerechnet, als sie beim Vergießen und/oder beim Verarbeiten dazu neigen, daß sich die Bleiphase entmischt. Ferner sind diese bekannten Blei-Bronzen nicht hinreichend plastisch und nicht hinreichend druckbeständig. Werden die herkömmlich hergestellten Blei-Bronzen durch Schmieden oder Walzen verarbeitet, so führt diese Verformung zu der nachteiligen Entmischung der Bleiphase, weshalb Blei-Bronzen herkömmlicher Herstellungsart nicht durch Walzen oder Schmieden verarbeitet werden können.
Mithin besteht in der Fachwelt ein Bedürfnis an einem bleihaltigen Werkstoff auf Kupferbasis, insbesondere einer zinnreichen Blei-Bronze, welche eine gute Eigenschaft als Lagerwerkstoff hat und dennoch in gewalztem oder geschmiedetem Zustand ohne Entmischungserscheinungen vorliegt.
Die Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren aufzufinden, welches das Herstellen von geschmiedetem und gewalztem Material mit gleichmäßig feindispergierter Pb-Phase aus einer Blei-Bronze gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß feinverteiltes Blei in einer Menge von 2 bis 8%, bezogen auf die Blei-Bronze, geschmolzen und in eine Schmelze der α-Phase einer ternären Legierung mit 78 bis 88% Kupfer, 9 bis 12% Zinn und 1 bis 2% Nickel dispergiert wird, die geschmolzene Legierung unter nicht oxidierenden Bedingungen stranggegossen, wiederholt kaltgeschmiedet und wärmebehandelt wird zur Entwicklung einer stabilen Schmiedetextur mit an den Korngrenzen der α-Phase ausgeschiedenen gleichmäßig verteilten feinen Blei-Teilchen.
Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich insbesondere daraus, daß, wie durch die beigefügten mikroskopischen Schliffaufnahmen belegt, zinnreiche Blei-Bronzen hergestellt werden, die sich durch die angestrebte gleichmäßig verteilte feine Blei- Phase auszeichnen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
In dieser zeigt
Fig. 1 ein Gleichgewichtsdiagramm des ternären Systems Cu-Sn-Ni,
Fig. 2 eine fotographische Schliffaufnahme bei 150 facher Vergrößerung eines durch Stranggießen erhaltenen Rohr-Gußstücks,
Fig. 3 eine fotographische Aufnahme bei 150facher Vergrößerung nach wiederholtem Kaltschmieden und Wärmebehandlen und
Fig. 4 eine fotographische Aufnahme bei 150facher Vergrößerung eines verarbeiteten Legierungsmaterials, nachdem das in Fig. 3 dargestellte Material einer 40%igen Kaltverformung unterzogen worden ist.
Die herzustellende Legierung enthält 88 bis 78%, bevorzugt 84,5%, Cu, 9 bis 12%, bevorzugt 10%, Sn, 1 bis 2%, bevorzugt 1,5%, Ni und 2 bis 8%, bevorzugt 4%, Pb, und die Textur dieser Legierung besitzt ein Gefüge, in der sich Pb in Form von feinen Teilchen in der α-Phase in dem ternären System Cu-Sn-Ni gemäß Fig. 1 abscheidet und diese Teilchen im allgemeinen einheitlich dispergiert sind. Diese Legierung zeigt, wenn sie 9 bis 12% Zinn enthält, eine wesentliche verbesserte Plastizität. Die 1 bis 2% Nickel bewirken eine feinere Verteilung und eine Kugelgestalt, ( spheroidization) der Kristallteilchen. Durch Zugabe von 2 bis 8% Blei werden die Plastizität wie auch die Abnutzungs- und Verschleißbeständigkeit verbessert. Bedingt durch die Anwesenheit dieser Menge an Zinn, ist das Pb in dem hoch plastischen Grundmaterial stabil dispergiert und die Legierungstextur wird nicht zerstört, nicht nur beim Anfangsgießen, sondern ebenfalls bei wiederholtem Schmieden und Walzen, und man erhält somit ein Schmiedegefüge, welches durch das Schmieden besser gewachsen und fixiert ist.
Zur Herstellung von Gußstücken und geschmiedeten und gewalzten Materialien mit stabilem Gefüge aus der Legierung ist es wesentlich, daß das Blei im allgemeinen einheitlich in Form feinverteilter Teilchen in dem geschmolzenen Metall, das die a-Phase des Cu-Sn-Ni-Systems bildet, dispergiert ist und daß keine Entmischung des Bleis stattfindet. Es ist weiterhin erforderlich, die Plastizität des Legierungsgrundmaterials zu aktivieren bzw. zu verbessern und insbesondere die Phosphorverbindungen zu entfernen. Das Erschmelzen, das Gießen, das Schmieden und das Walzen müssen zusammen so durchgeführt werden, daß sie harmonisch und systematisch zusammenpassen und daß eine Entmischung von Blei und die Bildung von Dendrit in der Legierungsphase vermieden werden. Ein ausreichendes Wachstum und ein Fixieren der geschmiedeten Textur in der Schmiedestufe sind ebenfalls wesentlich.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung des Materials werden 2 bis 8% feinverteiltes Blei geschmolzen und in eine Schmelze der α-Phase einer ternären 88-78% Cu- 9- 12% Sn- 1-2% Ni-Legierung dispergiert und sodann unter nicht oxidierenden Bedingungen stranggegossen und dann wiederholt kaltgeschmiedet und wärmebehandelt, wobei die Schmiedetextur wächst und stabilisiert fixiert wird. Abschließend kann eine Walzbehandlung erfolgen, um die stabilisierte Schmiedtextur gegenüber Versagen beständig zu machen.
Unter Verwendung des so erhaltenen Materials kann man gezogene Rohrrohlinge mit einem minimalen Außendurchmesser von 2,5 mm und einem minimalen Innendurchmesser von 2,0 mm wie auch hyperdünne, gewalzte Plattenrohlinge mit einer minimalen Dicke von 0,02 mm herstellen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert.
Zuerst wird durch Stranggießen ein Rohrrohling hergestellt. Zu diesem Zweck werden Cu (84,5%), Ni (1,5%), Sn (10%) und Pb (4%) in der angegebenen Reihenfolge bei 1250° geschmolzen und unter Entsäuern des Gemisches während dieses Schmelzvorgangs (Zugabe von 0,02% Li als Entsäuerungsmittel) wird das Gemisch zur Bildung eines Rohrrohlings unter nichtoxidierenden Bedingungen straggegossen. Während diese Gießvorgangs erfolgt eine Zugabe von Li und Ca zwecks Entfernung von Verunreinigungen an den Korngrenzen und Verstärkung der intergranularen Festigkeit.
Dieser Rohrrohling wird dann einem Kaltschmieden unterworfen, um die geschmiedete Textur wachsen zu lassen und zu fixieren. Bei der Endbearbeitung eines gegossenen Rohrmaterials geeigneter Länge (1) mit z. B. einem Außendurchmesser von 50 mm, einem Innendurchmesser von 38 mm, und einer Dicke von 6 mm zu einem Produkt mit einem Außendurchmesser von 40 mm, einem Innendurchmesser von 36 mm, einer Dicke von 2 mm und einer geeigneten Länge (1) wird das Werkstück wenigstens fünfmal abwechselnd kaltgeschmiedet (Schmiededruck von 981 bis 2 452 KN/cm²) und bei Temperaturen von 600 bis 900°C wärmebehandelt. Die Gesamtverformung beträgt mehr als 60%.
Dieser Schmiedevorgang und die Wärmebehandlung werden alternativ wiederholt, um das Wachstum der Textur zu begünstigen und die stabilisierte Schmiedetextur zu fixieren. Dieser geschmiedete Rohrkörper wird dann dem Ziehen unterworfen, wobei er zu einem Produkt mit den gewünschten Dimensionen verarbeitet wird. Es ist möglich, das erfindungsgemäß hergestellte Halbzeug zu Rohren im Bereich mit maximalen Dimensionen von 40 mm Außendurchmesser, 36 mm Innendurchmesser und 2 mm Dicke bis zu minimalen Dimensionen von 2,5 mm Außendurchmesser, 2 mm Innendurchmesser und 0,5 mm Dicke zu verarbeiten.
Der um 50% verformte Werkstoff des so gebildeten Rohrrohlings besitzt die folgenden Standarteigenschaften:

spezifisches Gewicht 8,7
Zugfestigkeit 981 N/mm²
Dehnung 20%
Vickerhärte (HV) 250
Elastizitätsmodul 10 780 × 10⁴ N/mm²
elektrische Leitfähigkeit 19 Ω/cm

Es ist erkennbar, daß das Halbzeug eine hohe Zugfestigkeit und Dehnung aufweist und zäh ist.
Die Mikrophotographien der Texturen der erfindungsgemäß hergestellten Legierungen sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt. Aus diesen Photographien folgt, daß die Textur des Cu-Sn-Ni-Grundlegierung dicht und kompakt ist und daß Pb gleichmäßig verteilt ist und daß eine Entmischung weder beim Vergießen noch beim Schmieden und Ziehen auftritt.
Die erfindunggemäß hergestellten Legierungen besitzen ein dichtes und stabiles Grundgefüge (Cu-Sn-Ni) und eine hohe Plastizität, bedingt durch die Anwesenheit von Sn. Da Pb gleichmäßig feinverteilt ist und keine Entmischung stattfindet, sind geschmiedete Werkstücke aus erfindungsgemäß hergestellten Legierungen zäh und gegenüber Rißbildung resistent und sie besitzen weiterhin eine mäßige Weichheit und strukturelle Anpassung, so daß sie für Wellen und Lager bestens geeignet sind.
Erfindungsgemäß ist Sn in hohem Anteil in der ternären Cu-Sn-Ni-Legierung enthalten. Pb ist stabil in diesem Grundmaterial verteilt, und es findet keine Entmischung von Pb statt. Die erfindungsgemäß hergestellten Legierungen besitzen somit die folgenden Vorteile:

(1) Sie weisen eine hohe Härte und Zugfestigkeit auf;
(2) ihre Kristalltextur ist dicht und ihr Zustand ist gut;
(3) im allgemeinen beobachtet man eine gleichmäßige Verteilung von feinen Blei-Teilchen und verbesserte Lagereigenschaften; und
(4) der Reibungskoeffizient ist gering und somit finden sie die beste Verwendung als Wellen- und Lagerwerkstoffe.

Die erfindungsgemäß hergestellte Legierung kann als Werkstoff für Wellen und Lager bei Hochgeschwindigkeits-, Hochtemperatur- und Hochdruck-Bedingungen verwendet werden. Sie kann auch in Vorrichtungen, wie in Miniaturmotoren, Zeitmeßgeräten, elektronischen Computern usw., verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer zinnreichen Blei-Bronze mit gleichmäßig feindispergierter Blei-Phase, dadurch gekennzeichnet, daß feinverteiltes Blei in einer Menge von 2 bis 8%, bzogen auf die Blei-Bronze, geschmolzen und in einer Schmelze der α-Phase einer ternären Legierung mit 78 bis 88% Kupfer, 9 bis 12% Zinn und 1 bis 2% Nickel dispergiert wird, die geschmolzene Legierung unter nicht oxidierenden Bedingungen stranggegossen wiederholt kaltgeschmiedet und wäremebehandelt wird zur Entwicklung einer stabilen Schmiedetextur mit an den Kerngrenzen der α-Phase ausgeschiedenen gleichmäßig verteilten feinen Blei-Teilchen.