EP4124667B1 - Blei- und antimonfreie messinglegierung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Blei- und Antimonfreie Messinglegierung.
• In der Vergangenheit wurde zur Verbesserung der Zerspanbarkeit von Messinglegierungen Pb in einem Umfang von bis zu 4 Gew.% zugesetzt. Der Zusatz von Pb ist wegen gesetzlicher Vorgaben nicht mehr zulässig.
• Es wurde gefunden, dass die Zugabe von Pb durch eine Zugabe von Bi ersetzt werden kann. Es hat sich allerdings gezeigt, dass ein Zusatz von Bi zu einer Warmversprödung der Messinglegierung führt. Derartige Messinglegierungen lassen sich nur eingeschränkt warm umformen. Infolgedessen werden solche Messinglegierungen für gepresste Formteile nicht verwendet.
• Die CN 101 161 836 A ; die JP H06 179 932 A ; LEE DONG-BOK ET AL: "The effect of small additions of Zr, Cr, Mg, Al, and Si on the oxidation of 6:4 brass", METALS AND MATERIALS INTERNATIONAL, Bd. 8, Nr. 3, 31. Mai 2002 (2002-05-31), Seiten 327-332, XP093005172, Seoul sowie HARUHIKO ATSUMI ET AL: "Fabrication and properties of high-strength extruded brass using elemental mixture of Cu40% Zn alloy powder and Mg particle", MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS, ELSEVIER SA, SWITZERLAND, TAIWAN, REPUBLIC OF CHINA, Bd. 135, Nr. 2, 6. Mai 2012 (2012-05-06), Seiten 554-562, XP028414791 und ADINEH MORTEZA ET AL: "Microstructure, mechanical properties and machinability of Cu-Zn-Mg and Cu-Zn-Sb brass alloys", MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY, Bd. 35, Nr. 12, 19. Juni 2019 (2019-06-19), Seiten 1504-1514, XP093005147 offenbaren jeweils Cu-Zn Legierungen mit einem Gehalt an Cu von 55 bis 66% sowie einem Gehalt an Mg von 0,1 bis 0,5%. Über einen Gehalt an In ist in diesen Dokumenten nichts ausgesagt.
• Die JP H08 176 707 A offenbart eine Cu-Zn Legierung mit einem Gehalt von In unterhalb der Nachweisgrenze. Über einen Gehalt an As, Al sowie Sn ist in diesem Dokument nichts ausgesagt.
• In der WO 2020/261603 A1 ist eine Kupferlegierung beschrieben, die mehr als 61,0 % und weniger als 65,0 % Cu, mehr als 1,0 % und weniger als 1, 5 % Si, 0,003 % bis weniger als 0,20 % Pb und mehr als 0,003 % und weniger als 0,19 % P enthält. Der Rest besteht aus Zn und unvermeidbaren Verunreinigungen. Der Gesamtgehalt an Fe, Mn, Co und Cr beträgt weniger als 0,40 % und der Gesamtgehalt an Sn und Al weniger als 0,40 %.
• Aus der DE 10 2013 107 011 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten eines aus einem Cu-Werkstoff erzeugten Cu-Langprodukts mit einer metallischen Schutzschicht bekannt, wobei der Cu-Werkstoff zahlreiche Elemente enthält.
• Die EP 3 320 122 B1 offenbart eine Messinglegierung, der weder Pb noch Bi zugesetzt ist. Zur Verbesserung der Zerspanbarkeit wird vorgeschlagen, der Messinglegierung 0,005 bis 1,0 Gew.-% In zuzusetzen. Der vorgeschlagene Zusatz an In verbessert zwar die Zerspanbarkeit, allerdings bilden sich beim Zerspanen relativ lange Spiralspäne, welche zu Verstopfungen beim Abtransport und zum Werkzeugbruch führen können.
• Die EP 2 913 415 A1 offenbart eine weitere Blei- und Wismutfreie Messinglegierung, welche überdies kein Si enthält. Die bekannte Legierung enthält 60 bis 65 Gew.-% Cu sowie 0,01 bis 0,15 Gew.-% Sb.
• Der Zusatz von Sb führt zu einer Warmversprödung. Alternativ wird in der
  EP 2 913 415 A1 ein Zusatz von 0,005 bis 0,3 Gew.-% P vorgeschlagen. Der vorgeschlagene Zusatz an P erschwert die Verarbeitung im Stranggießverfahren.
• Die EP 2 467 507 B1 offenbart eine Bleifreie Messinglegierung, welche Fe, Ni sowie Sn enthält.
• Aus der EP 2 133 437 B1 ist eine Bleifreie Automaten-Messinglegierung bekannt, welche 0,6 bis 2,5 Gew.-% Mg sowie 0,15 bis 0,4 Gew.-% P enthält. Der Zusatz von P erschwert die Verarbeitung im Stranggießverfahren.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Blei- und Antimonfreie Messinglegierung mit verbesserter Zerspanbarkeit angegeben werden. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll die Messinglegierung eine geringe Warmversprödung aufweisen, so dass sie mittels Warmumformung verarbeitet werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
• Es wird eine Blei- und Antimonfreie Messinglegierung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
• Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden unter [%] Gewichtsprozent verstanden.
• Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zusatz von 0,1 bis 1,5% Mg der Gehalt an Pb auf weniger als 0,1% eingestellt werden kann, ohne dass sich beim Zerspanen unerwünschterweise lange Spiralspäne bilden. Die vorgeschlagene Messinglegierung zeichnet sich nicht nur durch einen verbesserten Spanbruch, sondern auch durch eine geringe Warmversprödung aus. Sie kann mittels Warmumformung verarbeitet werden.
• Erfindungsgemäß wird unter einer "Blei- und Antimonfreien Messinglegierung" eine Legierung verstanden, welche weniger als 0,1% Pb und weniger als 0,001% Sb enthält.
• Die Legierung enthält weniger als 0,15% As und/oder weniger als 0,15% P und/oder weniger als 0,1% Al und/oder weniger als 0,1% Sn. Sn stabilisiert den β-Mischkristall. As führt zu einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit der Legierung, insbesondere wirkt As einer Entzinkung entgegen. Ein Zusatz von P verbessert die Zerspanbarkeit der Legierung.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind 57 bis weniger als 60%, vorzugsweise 57,5 bis 58,5% Cu, enthalten. Die vorgeschlagene Legierung ist wegen der relativ niedrigeren Gehalte an Cu kostengünstiger.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung sind mehr als 0,5% Mg enthalten. Der vorgeschlagene Gehalt an Mg trägt zu einer verbesserten Zerspanbarkeit bei.
• Der Gehalt an Pb liegt zweckmäßigerweise im Bereich von 0,05 bis 0,09%. Der Gehalt an In beträgt weniger als 0,005%.
• Schließlich wird nach einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgeschlagen, dass der Gehalt an Zn 40 bis 42,5% beträgt. Eine Legierung mit dem vorgeschlagenen Gehalt an Zn zeigt gute Zerspanungseigenschaften.
• Die vorgeschlagene Blei- und Antimonfreie Messinglegierung ermöglicht überdies eine gute Verarbeitbarkeit im Stranggießverfahren.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein Spanbild nach Längsdrehen einer ersten Beispiellegierung,

Fig. 2

ein Spanbild nach Längsdrehen einer zweiten Beispiellegierung,

Fig. 3

ein Spanbild nach Längsdrehen einer dritten Beispiellegierung und

Fig. 4

ein Spanbild nach Längsdrehen einer vierten Beispiellegierung.

• Die Spanbilder gemäß den Fig. 1 bis 4 wurden jeweils durch Längsdrehen von Legierungen bei einer Drehzahl von 850 U/min hergestellt. Es wurde eine Wendeschneidplatte mit der Kennung KNMX160405-R8IC907 verwendet. Der in den Fig. 1 bis 4 eingeblendete Maßstab beträgt jeweils 5 mm.
• Fig. 1 zeigt ein Spanbild nach Längsdrehen einer ersten Beispiellegierung. Bei der ersten Beispiellegierung handelt es sich um eine Referenzlegierung. Die erste Beispiellegierung enthält 58% Cu sowie 42% Zn, d. h. die erste Beispiellegierung enthält keinen Zusatz an Mg.
• Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, bilden sich bei dem Längsdrehen der Beispiellegierung 1 lange Spiralspäne. Solche Spiralspäne sind beim Zerspanen unerwünscht. Sie können zu Verstopfungen beim Abtransport und zum Werkzeugbruch führen.
• Fig. 2 zeigt ein Spanbild nach dem Längsdrehen einer zweiten Beispiellegierung. Die zweite Beispiellegierung enthält 58% Cu, 41,5% Zn sowie 0,5% Mg. Es ist erkennbar, dass die beim Längsdrehen erzeugten Späne kürzer sind als die in Fig. 1 gezeigten Späne.
• Fig. 3 zeigt ein Spanbild nach dem Längsdrehen einer dritten Beispiellegierung. Die dritte Beispiellegierung besteht aus 58% Cu, 41% Zn sowie 1% Mg. Es ist deutlich erkennbar, dass die hergestellten Späne wiederrum kürzer sind als die durch das Längsdrehen der zweiten Beispiellegierung erzeugten Späne.
• Fig. 4 zeigt das Spanbild nach dem Längsdrehen einer vierten Beispiellegierung. Die vierte Beispiellegierung besteht aus 58% Cu, 40,5% Zn sowie 1,5% Mg. Die beim Drehen der vierten Beispiellegierung erzeugten Späne sind nochmals kleiner als die durch das Längsdrehen der dritten Beispiellegierung erzeugten Späne.
• Durch den vorgeschlagenen Zusatz von 0,1 bis 1,5% Mg zu einer Blei- und Antimonfreien Messinglegierung kann also ein erheblich verbesserter Spanbruch erreicht werden. Die vorgeschlagene Messinglegierung zeichnet sich überdies durch eine geringe Warmversprödung aus. Sie kann mittels Warmumformung, insbesondere im Stranggießverfahren verarbeitet werden.

Claims (5)

1. Blei- und Antimonfreie Messinglegierung, enthaltend (in Gew.-%)

   56 bis 66% Cu,

   0,1 bis 1,5% Mg,

   weniger als 0,1% Pb,

   weniger als 0,001% Sb,

   weniger als 0,15% As,

   weniger als 0,15% P,

   weniger als 0,1% Al,

   weniger als 0,1% Sn,

   weniger als 0,005% In,

   Rest Zn sowie

   unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Blei- und Antimonfreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
   wobei 57 bis weniger als 60%, vorzugsweise 57,5 bis 58,5% Cu, enthalten sind.
3. Blei- und Antimonfreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
   wobei mehr als 0,5% Mg enthalten sind.
4. Blei- und Antimonfreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
   wobei 0,05 bis 0,09% Pb enthalten sind.
5. Blei- und Antimonfreie Messinglegierung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
   wobei 40 bis 42,5% Zn enthalten sind.