DE889984C - Verwendung von Kupfer-Zink-Legierungen fuer spanabhebend zu bearbeitende Werkstuecke - Google Patents

Description

• Verwendung von Kupfer-Zink-Legierungen für spanabhebend zu bearbeitende Werkstücke Es ist bekannt, sowohl Bronzen auf Kupfergrundlage als auch Messinglegierungen, insbesondere Sondermessinglegierungen, für spanabhebend zu bearbeitende Werkstücke zu verwenden. Man hat diesen bekannten Werkstoffen schon einen Bleigehalt bis zu io °/o zugegeben, um ihre Zerspanungseigenschaften zu erhöhen, mußte aber hierbei die Erfahrung machen, daß ein über 3 % hinausgehender Gehalt an Blei infolge der bekannten Nesterbildung in der übrigen Grundmasse die spanlose Warmverformung dieser Werkstoffe meistens unmöglich macht, so daß sie zweckmäßig nur als Gußlegierungen angewandt werden können, wobei aber auch hier noch der Nachteil auftritt, daß diese bekannten Werkstoffe infolge der Nesterbildung von bleireichen Verbindungen oder Bleieinlagerungen starke Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften über den Querschnitt aufweisen.
• Die Erfindung betrifft die Verwendung von Kupfer-Zink-Legierungen für spanabhebend zu bearbeitende Werkstücke, wobei die Legierungen im wesentlichen durch folgende Gehalte gekennzeichnet sind: mehr als 5o % und weniger als 78 °/o Kupfer, mehr als o,5 bis zu io °/o Blei.
• Erfindungsgemäß werden nun außer Blei eines oder mehrere Metalle eingebracht, die mit dem Blei eine leichtflüssige Legierung bilden, welche als selbständige Phase mit niedrigem Schmelzpunkt in der übrigen Grundmasse auftritt. Diese niedrigschmelzende Phase kann erfindungsgemäß aus Legierungen des Bleies mit 0,05 bis 504 Wismut oder/und o,or bis 20/0 Thallium bestehen. Ist bei der erfindungsgemäßen Legierung die Verteilung der niedrigschmelzenden Phase in der Grundmasse möglichst fein und gleichmäßig über den Querschnitt in allen Richtungen, dann hat sie optimale Zerspanungseigenschaften. Diese feine und gleichmäßige Dispersion der niedrigschmelzenden Phase in der übrigen Grundmasse, die man- ihrer Art nach auch als eine Emulsion ansprehen kann, läßt sich wirkungsvoll in bekannter Weise durch eine Beschallung, vorzugsweise Ultrabeschallung, der die beschränkt löslichen Zusätze enthaltenden Schmelze herbeiführen.
• Es ist für die erfindungsgemäßen Legierungen wesentlich, daß die emulsionsartige Verteilung der in der Grundmasse nur beschränkt löslichen Legierungen des Bleies mit anderen Metallen nicht nur im flüssigen Zustand vorhanden, sondern auch nach der Erstarrung im wesentlichen erhalten geblieben ist. Dies kann gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung besonders zweckentsprechend dadurch erreicht werden, daß die mit dem Blei legierten Zusatzmetalle in Form einer oder mehrerer Vorlegierungen von vorzugsweise eutektischer Zusammensetzung in die Grundmasse eingebracht werden, wobei die eutektischen Vorlegierungen gegebenenfalls auch noch solche Elemente enthalten können, die sowohl mit Kupfer und/oder Zink als auch mit- dem in Kupfer und/oder Zink im festen Zustand nur begrenzt mischbaren Blei im flüssigen Zustand echte Lösungen bilden und somit in bekannter Weise als Überträgermittel für das Metall Blei oder die mit ihm legierten Metalle fungieren und unter Umständen auch zur Herabsetzung des Schmelzpunktes der eutektischen Legierungen gebraucht werden können. Es wurde nämlich erkannt, daß zwischen dem Schmelzpunkt der aus Blei mit anderen Metallen bestehenden Phase einerseits und den Zerspanungseigenschaften andererseits eine Beziehung in dem Sinne vorhanden sein muß, daß die Berührungsflächen der in der Grundmasse feinst und gleichmäßig verteilten Teilchen der niedrigschmelzenden Bleilegierung bei der spanabhebenden Bearbeitung eine zusätzliche Wirkung an dem Schneidstahl ausüben, was von einer wesentlichen Bedeutung ist. Es konnte festgestellt werden, daß bei einer unzulässig starken Erwärmung des Schneidstahis die niedrigschmelzende Phase fast teigig-flüssig oder gar flüssig wird und in diesem Zustand eine zusätzliche spanbrechende Wirkung auch schon bei verhältnismäßig niedrigen Zerspanungstemperaturen ausübt. Dieses Teigigflüssig- oder gar Flüssigwerden der in der übrigen Grundmasse enthaltenen bleihaltigen und niedrigschmelzenden Phase tritt, wie festgestellt wurde, um so sicherer ein, je kleiner die Teilchengröße und je niedriger deren Schmelzpunkt- ist. Aus dieser Erkenntnis ergibt sich für spanabhebend zu bearbeitende Werkstoffe auf Kupfer-Zink-Grundlage die allgemeine Lehre, die Zerspanungseigenschaften solcher Werkstoffe dadurch zu verbessern, daß man der Grundmasse Bestandteile zusetzt, die von der Grundmasse nicht in feste Lösungen aufgenommen werden, sondern als selbständige und niedrigschmelzende Phase in der übrigen Grundmasse auftreten, und zwar in einer möglichst feinen und gleichmäßigen Verteilung über den Querschnitt in allen Richtungen.
• Es wurde weiter gefunden, daß die Metalle Wismut oder/und Thallium das Blei in den erfindungsgemäßen Werkstoffen ganz oder teilweise ersetzen können, so daß auch die Legierungen dieser Metalle untereinander ohne Blei dieselbe Wirkung hervorrufen können wie eine bleihaltige niedrigschmelzende Phasenlegierung.
• Es ist zwar bekannt, daß Blei allein auch schon die Zerspanbarkeit wesentlich verbessert. Doch sind zur Erreichung dieses Zieles dann auch verhältnismäßig hohe Bleigehalte notwendig. Wird nun bei den erfindungsgemäßen Werkstoffen auch außer Blei noch Wismut oder/und Thaläum zugesetzt, so erreicht man die gleiche gute Zerspanbarkeit dieser Werkstoffe schon mit einer wesentlich niedrigeren Gesamtmenge dieser Zusatzmetalle im Vergleich zu einer Legierung auf gleicher Grundlage, die nur Blei allein enthält. Durch hohe Zusätze von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt verschlechtert sich bekanntlich die Warmverformbarkeit der Messing- und Tombaklegierungen. Bei den erfindungsgemäßen Werkstoffen tritt jedoch keine Verschlechterung der Warmverformbarkeit durch das Vorhandensein einer oder :mehrerer niedrigschmelzender Phasen in der übrigen Grundmasse ein, weil die angestrebte gute Zerspanbarkeit schon mit einer verhältnismäßig kleinen Gesamtmenge der niedrigschmelzenden Phase erzielt wird, was wiederum vorteilhaft ist.
• In der folgenden Tabelle sind an sich bekannte eutektische Legierungen zusammengestellt, die der übrigen Grundmasse zur Herstellung der erfindungsgemäßen Werkstoffe zugesetzt werden können. Wie aus der Tafel ersichtlich, können hierbei auch bleifreie Phasenlegierungen angewandt werden, bei denen entweder das Wismut und/oder das Thallium die Rolle des Bleies ganz oder teilweise übernehmen. Außerdem können die der übrigen Grundmasse zuzusetzenden Legierungen des Bleies, Wismuts oder Thalliums untereinander gegebenenfalls auch noch solche Elemente enthalten, die zwar allein, ohne eines der Metalle Blei, Wismut, Thallium, nicht die gewünschte Verbesserung der Zerspanungseigenschaften bei den erfindungsgemäßen Werkstoffen bringen würden, jedoch in Verbindung mit einem oder mehreren der Metalle Blei, Wismut, Thallium geeignet sind, in vorteilhafter Weise den Schmelzpunkt der die Zerspanungseigenschaften fördernden, niedrigschmelzenden Phase zu senken. Solche Metalle sind beispielsweise Kadmium, Zink, Antimon oder Indium. Es ist aber hierbei zu berücksichtigen, daß bei der Einführung der letzteren Metalle als Bestandteile der Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt als eutektische Legierung sich ein Gleichgewichtszustand einstellen wird, derart, daß ein Teil der insgesamt zugesetzten Menge eines solchen Metalls, z. B. Kadmium, in der niedrigschmelzenden Phase verbleibt, während ein anderer Teil dieses Metalls in der die Grundmasse bildenden Basislegierung aufgenommen wird. So wird beispielsweise bei dem Zusatz einer Legierung, die aus 6o °/o Wismut plus 39,3 °/o Kadmium plus o,7 °/o Zink besteht, der Anteil des Zinks restlos und außerdem ein Teil des Kadmiums von der Grundmasse aufgenommen, während der übrige Teil des Kadmiums in der niedrigschmelzenden Phase verbleibt. Durch einfache Versuche kann ermittelt werden, welche Zusammensetzung die zur Einführung der Metalle Blei, Wismut, Thallium benötigte Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, vor allem in eutektischer Zusammensetzung, aufweisen muß, damit in der fertigen Legierung die niedrigschmelzende Phase der gewünschten Zusammensetzung und mit dem gewünschten Schmelzpunkt verbleibt.

  Schmelz- Blei Wismut Kadmium Sonstiges

  Punkt

  °/o 0/0 11/0 0/0

  915 40,2 51,7 8,1 -

  125 43,5 56,5 - -

  143 - 6o 39,3 0,7 Zink

  144 - 6o 40 -

  188 - 47,5 - 52.5 Thallium

  244 87 - - i2,5 Antimon-f-

  o,5 Zink

  245 81,7 - 17,3 i,o Zink

  245 8o - 16 4 Antimon

  247 87 - - 13 Antimon

  248 82,5 - 17,5 -

  Die Gütewerte der erfindungsgemäßen Werkstoffe können sowohl hinsichtlich der mechanischen Werte als auch der Zerspanungseigenschaften noch weiterhin durch andere Zusätze verbessert werden, sei es daß die Grundmasse durch mischkristallbildende Zusätze härter gemacht werden soll oder daß man zu dem an sich bekannten Hilfsmittel greift, in die Grundmasse harte Kristalle einzulagern. Als mischkristallbildender Zusatz kommt vor allem Nickel oder Mangan in Betracht, wobei ersteres den erfindungsgemäßen Werkstoffen allein bis zu 25 % und letzteres bis zu io % zugesetzt wird. Bei einem Aluminiumzusatz sollte man zweckmäßig über 6 % nicht hinausgehen. Bei anderen Metallen, die in geringer Menge Mischkristalle mit der Grundmasse bilden; bei höheren Zusätzen jedoch Sonderbestandteile in der Grundmasse hervorrufen, wird man vor allem dann Wert darauf legen, die erfindungsgemäßen Werkstoffe nicht zu hart zu machen, wenn nicht nur eine spanlose Verformung in der Wärme, sondern auch in der Kälte stattfinden soll. So wurde gefunden, daß man bei den erfindungsgemäßen Werkstoffen Eisen oder Silicium bis zu io % vorteilhaft anwenden kann, wobei es aber zweckentsprechend ist, bei einem gleichzeitigen Zusatz dieser Metalle den Gesamtgehalt 6 °/o nicht übersteigen zu lassen.
• Bei der erfindungsgemäßen Legierung wirkt sich ein Silberzusatz bis zu 5 °/o auch bei Anwesenheit anderer der vorgenannten Zusatzmetalle günstig aus.
• Die erfindungsgemäßen Werkstofflegierungen sind auch teilweise aushärtbar. Zur Steigerung der Aushärtbarkeit kann man diesen Werkstoffen in bekannter Weise auch noch einen Berylliumzusatz, zweckentsprechend bis zu 2 °/o, geben.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: x. Die Verwendung von Kupfer-Zink-Legierungen mit mehr als 50 °/o und weniger als 78 % Kupfer, mehr als 0,5 bis zu io % Blei, in denen das Blei mit 0,05 bis 5 °/o Wismut und/oder o,oi bis 2 % Thallium legiert und als niedrigschmelzende Phase in der Grundmasse enthalten ist, als Werkstoff für spanabhebend zu bearbeitende Werkstücke.
2. 2. Die Verwendung von Legierungen nach Anspruch i, bei denen das Blei ganz oder teilweise durch Wismut und/oder Thallium ersetzt ist, für den Zweck nach Anspruch i.
3. 3. Die Verwendung von Legierungen nach Anspruch i und 2 mit einem Nickelzusatz bis zu 25 °/o und/oder einem Manganzusatz bis zu io °/o und/oder einem Aluminiumzusatz bis zu 6 % für den Zweck nach Anspruch i.
4. 4. Die Verwendung von Legierungen nach Anspruch i bis 3 mit einem Eisen- oder Siliciumzusatz bis zu io °/o, wobei bei gleichzeitigem Zusatz von Eisen und Silicium der Gesamtzusatz 6 °/o nicht übersteigt, für den Zweck nach Anspruch i.
5. 5. Die Verwendung von Legierungen nach Anspruch i bis 4 mit einem Silberzusatz bis zu 5 °/o für den Zweck nach Anspruch i.
6. 6. Die Verwendung von Legierungen nach Anspruch i bis 5 mit einem Berylliumzusatz bis zu 2 °/a für den Zweck nach Anspruch i.