潤滑劑相容的銅合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及潤滑劑相容的銅合金，所述銅合金包括以重量百分數(shù)計的：54?65％的銅、2.5?5.0％的鋁、1.0?3.0％的硅、2.0?4.0％的鎳、0.1?1?5％的鐵、≤1.5％的錳、≤1.5％的錫、≤1.5％的鉻、和≤0.8％的鉛，剩余物為鋅及伴隨不可避免的其它雜質(zhì)，游離硅以至少0.4％的量存在于合金基體或包含硅的非硅化物相中。用于制備這樣的銅合金的方法包括熱處理步驟，其如此進行，使得游離硅在基體或在包含硅的非硅化物相中的含量對應(yīng)于至少0.4％。本發(fā)明還涉及包括至少一個由這樣的銅合金制造的齒輪組件的齒輪。
【專利說明】潤滑劑相容的銅合金
[0001] 本發(fā)明涉及潤滑劑相容的銅合金，所述銅合金特別合適用于制備與潤滑劑接觸的 負載(承受)摩擦(reibbelasteten)的齒輪組件例如同步環(huán)，以及用于制造這樣的齒輪組件 的方法和具有這樣的齒輪組件的齒輪。
[0002] 為了開發(fā)用于制造處于油中的承受摩擦的具有改善的耐腐蝕性工件或組件例如 同步環(huán)的銅合金，必須考慮整個摩擦體系。除了靠近表面的合金的層之外，這涉及潤滑劑的 組成，特別是其中所包含的添加劑，以及相對摩擦面的材料。此外，在摩擦負荷 (Reibbelastung)下產(chǎn)生的局部溫度分布和潤滑劑的老化行為會影響腐蝕磨損。
[0003] 在銅合金的工件上，主要由潤滑劑添加劑組成的吸附層在摩擦載荷下經(jīng)過與潤滑 劑的短暫接觸后就會形成。在熱機械載荷的情況下，在吸附層下方形成由吸附層和靠近表 面的合金成分的相互反應(yīng)的組分構(gòu)成的反應(yīng)層。在該過程中，所述吸附層和反應(yīng)層在銅合 金工作件上形成外邊界層，在所述外邊界層下方存在數(shù)微米厚的內(nèi)邊界層。由于臨近外邊 界層，該層受到作用于表面的機械載荷以及受到在反應(yīng)層中進行的化學轉(zhuǎn)化過程的影響。 基底合金的氧化過程和擴散過程可在內(nèi)邊界層的區(qū)域中影響反應(yīng)層的形成。
[0004] 許多潤滑劑包含添加劑例如含硫和磷的添加劑，其可在相應(yīng)的熱機械載荷下通過 摩擦接觸而具有腐蝕性，其繼而造成工件壽命的不可小視的減少。已為減少潤滑劑中硫成 分的腐蝕作用而提出銅合金。由JP S 60162742 A已知用于渦輪增壓機的軸承的銅合金，其 由以重量計的57-61 %的Cu、2.5-3.5 %的Pb組成，其中Fe和Zn可作為雜質(zhì)存在。穩(wěn)定的CuS 層據(jù)說在摩擦表面形成。
[0005] EP 0 872 565 A1描述了，當除Cu和Zn之外將10-70重量％的鎳成分以及可氧化的 合金成分(Zn、Mn、A1和Si)引入合金時，可減少銅合金的硫腐蝕。通過氧化層將抑制硫化銅 層的形成。由EP 1 281 838 A2已知，由于潤滑油中的硫含量而產(chǎn)生的腐蝕可通過選定的 Cu/Zn比率抵消。此外，添加 Mn、Al、Si來改善合金的硬度，其中主要形成結(jié)晶的錳硅化物硬 質(zhì)相。因此，優(yōu)選的是，在該先前已知的合金中使用最高達7 %的高Μη合金含量。JP S 61117240 Α提出具有如下重量含量的銅合金:54-64%的Cu、0.5-3%的Si、0.5-2%的Α1、3-7%的1]1和剩余物211，其中硬質(zhì)相沉積物(他1^口1^86仙118 8(3116丨(1111^)以猛娃化物的形式存 在。合金減少了硫化銅層的形成，使得這些作為用于渦輪增壓機的軸承材料在高的排氣溫 度下顯示出較低的腐蝕傾向。
[0006] 此外，由DE 41 01 620 C2已知了相對于含硫的潤滑油具有降低的腐蝕傾向的銅 合金。合金組合物由11.5-25重量％的211、5-18重量％的？13、1-3.5重量％的]\111、0.3-1.5重 量％的31組成。在由純α相構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中，鉛含量均勻分布。此外，如此添加硅和錳合金成 分，使得它們按化學計量比存在以形成錳硅化物，從而防止游離硅結(jié)晶出來并造成脆化。
[0007] 對于承受摩擦的工件例如同步環(huán)，硬質(zhì)相沉積物增強了表面硬度并由此減小了磨 損率。在使用潤滑劑的摩擦體系中，顯示對磨損過程和平滑處理具有最大耐性(抗性）的硬 質(zhì)相沉積物在表面附近的區(qū)域中形成具有高機械應(yīng)力的在其中可出現(xiàn)局部高溫的空間受 限的區(qū)域。反應(yīng)層的形成和分解過程在工件的這些特別是機械負載和熱負載的區(qū)域中被加 速，使得硬質(zhì)相沉積物從腐蝕的立場看不是沒有問題的。這里應(yīng)該指出的是，對于粗粒度的 硬質(zhì)相沉積物，在機械載荷下內(nèi)和外邊界層的大部分會被破壞，這繼而增加了腐蝕點 (korrosiven LochfraP)。
[0008] 為了抵消這樣的過程，US6，793，468B2提出包括如下的銅合金:54-64重量％的〇1、 0.2-3重量％的Si、0.2-7重量％的此、0.5-3.5重量％的六1和剩余物Zn，其中結(jié)晶的錳硅化 物作為銅合金基體中的伸長的取向結(jié)構(gòu)存在。為了實現(xiàn)所提及的目的，硬質(zhì)相的取向必須 設(shè)置在相對于待支撐的旋轉(zhuǎn)軸和/或相對主體(Gegenk6rper)的軸向上。對于該構(gòu)思的進 一步發(fā)展，DE 10 2011 004 856 A1提出加速可負載的硫化物膜的形成，所述膜防止了在與 熱的潤滑油接觸時的滑動的（abg 1 e i t enden)相對面的卡住。用于該目的的銅合金包含2 5-45重量％的211、0.3-2重量％的31、1.5-6重量％的此和剩余物銅，其中存在定向排列的結(jié)晶 的錳硅化物化合物。這些沉積物的密度在此這樣選擇，以便于產(chǎn)生5-30μπι的平均粒間距，其 在與熱的潤滑油接觸時導(dǎo)致結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力，從而加速期望的硫化物膜在組件表面上的形成。
[0009] 關(guān)于經(jīng)受摩擦的組件的改善的耐腐蝕性，基底的各個合金成分對與反應(yīng)層相鄰的 內(nèi)邊界層的組成和宏觀結(jié)構(gòu)的影響是相關(guān)的。在這點上，ΕΡ 0 709 476 Β1提出燒結(jié)的銅合 金作為在含磷和硫組分的潤滑劑環(huán)境中的摩擦材料，為此形成選自FeM〇、FeCr、F eTi、FeW、 FeB和Al2〇3的金屬間硬質(zhì)相。此外，存在具有至少30μπι的平均孔徑的多孔結(jié)構(gòu)，其以至少20 體積％的量存在。所述合金由如下組成：5-40重量％的2]1、5-40重量％的附、1-5重量％的 Si、0.1-5重量％的六1、0.5-3重量％的?13和優(yōu)選地3-20重量％的量的Sn以及剩余物為銅。硫 化銅的形成被大量的鋅和鎳抑制。此外，還形成改善摩擦系數(shù)的鎳娃化物。
[0010] 另外的銅鋅合金由DE 10 2005 059 391 A1、DE 42 40 157A1 或CH 223 580而已 知。這些合金也用于制備在油環(huán)境中使用的黃銅組件例如同步環(huán)。配制這些合金，使得其中 所含的硅充分(完全)進入硫化物的形成中。因為錳是形成硅化物的優(yōu)選物質(zhì)，因而示例性 合金中所提及的的猛的量相應(yīng)地高并且一般顯著超過2重量％。使娃含量適合于娃化物形 成物的部分并且其中涉及在以上參考的文獻中給定的具有最大1重量％的示例性合金。
[0011] 在許多情況下，伴隨著減少對摩擦表面的腐蝕并減輕磨損的目的將添加劑添加至 潤滑劑。這樣的腐蝕抑制劑(抗磨活性成分）的實例是例如二烷基二硫代磷酸鋅。在反應(yīng)層 中，由該添加劑形成保護表面的磷酸鹽玻璃。為此，理想地進行合金元素與添加劑的配體的 交換以及基底陽離子的引入，從而形成可負載的反應(yīng)層。然而，保護表面的反應(yīng)過程取決于 基底材料的內(nèi)邊界層的組成。此外，另外的添加劑對所述過程具有影響，因為它們在粘附層 中于某些情況下充當相對于粘附競爭性地保護表面的（bezUglich der Anhaftung konkurrierend zu den Obei'fllclienschiitzenden)添加劑。此外，合金結(jié)構(gòu)和反應(yīng)層中的 在散熱和局部溫度峰方面的熱過程對于層建立和分解過程也是重要的。因此，取決于各個 現(xiàn)有的摩擦體系，腐蝕抑制劑的參與可甚至在某些情況下導(dǎo)致不需要的摩擦層的化學分解 過程。因此目前已知的耐腐蝕的銅合金在各自的情況下適應(yīng)于非常特定的潤滑劑體系。
[0012] 如果改變潤滑劑中的添加劑組合物，則整個摩擦體系都會被影響，其中相互作用 的化學反應(yīng)在摩擦配對的金屬表面處被改變。因此，反應(yīng)層的形成也受到這樣的添加劑的 影響，其不以摩擦面的表面改性(改變)為目的，而是主要出于保護或改善基礎(chǔ)油的目的而 被添加進潤滑劑。此外，存在影響潤滑劑老化過程的可能性。在此，氧化過程起作用或產(chǎn)生 添加劑的分解產(chǎn)物，其除了，除了吸收磨損顆粒之外還影響與摩擦面上的吸附層的交換。
[0013] 除了添加劑組合物的改變之外，替換潤滑劑的基礎(chǔ)油也導(dǎo)致摩擦體系中的根本改 變。目前，通常將礦物油、加氫裂化油或合成油例如聚α烯烴或酯形式的基礎(chǔ)油用于被改性 用作齒輪油的潤滑劑。為了滿足生物相容性潤滑劑的要求，用植物油或動物脂肪替代基礎(chǔ) 油可導(dǎo)致粘附性能方面的根本改變，因為植物油典型地具有高的極性并且因此促進對金屬 表面的親和性。由潤滑劑特別是其基礎(chǔ)油的交換造成的摩擦體系的改變，至今主要導(dǎo)致對 于摩擦配對的合金組合物進行調(diào)整以維持防止腐蝕效果的必要性。
[0014] 因此，本發(fā)明的目的在于提供對范圍廣泛的不同潤滑劑、特別地不同基礎(chǔ)油和各 種潤滑劑添加劑具有高的耐腐蝕性的銅合金。對不同摩擦體系的低的腐蝕傾向的性質(zhì)應(yīng)與 良好的機械性質(zhì)相結(jié)合。在此，合金必須特別地具有高的強度。此外，其應(yīng)具有低的磨損并 且特別地對在與鋼的摩擦配對中用作同步環(huán)的應(yīng)用具有高的、盡可能可調(diào)節(jié)的 (anpassbar)摩擦系數(shù)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過如下銅合金來實現(xiàn)的，其包括以重量計的：
[0017] 其中游離硅以至少0.4 %、優(yōu)選地至少0.5 %且特別優(yōu)選地至少0.6 %的量存在于 合金基體或含硅的非硅化物相中。
[0018] 當在本發(fā)明的說明書的上下文中提到不可避免的雜質(zhì)時，在此應(yīng)該指出的是，這 些是通過使用回收的材料而引入熔體中的元素，其中每種被當做雜質(zhì)的含量元素最多不超 過0.5重量％的量的最大值并且雜質(zhì)總計必須不超過1.5重量％。優(yōu)選地嘗試最小化基于元 素的和總計的雜質(zhì)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的合金(特殊黃銅合金)和/或由其制造的工件即例如同步環(huán)的特征在 于對范圍廣泛的潤滑劑體系的高的油相容性。在此已認識到，根據(jù)本發(fā)明的合金在摩擦和 熱應(yīng)力下于不同的摩擦體系中形成特別穩(wěn)定的反應(yīng)層，其中內(nèi)邊界層的磨平(Einebnung) 和磨損過程均顯著放緩。邊界層的穩(wěn)定性由所選擇的合金組分Si、Cu和Zn之間的比率得出。 游離硅的含量相比合金組分銅和鋅之和的比率是特別重要的。鋅組分的作用被認為，通過 為快速地形成層和恢復(fù)提供足夠的反應(yīng)性來穩(wěn)定反應(yīng)層。由于硅組分造成部分的不利影 響。在這里重要的是，游離的、未結(jié)合進硅化物的硅以至少0.4 %的重量含量以溶解的形式 存在于基體或含硅的非硅化物相中。當游離硅的含量在為〇. 15重量％的各雜質(zhì)的閾值之上 時，則已產(chǎn)生有利的效果。0.4%的最小重量含量導(dǎo)致反應(yīng)層的顯著的穩(wěn)定化。甚至更高的 游離硅的含量，優(yōu)選地至少0.5%和特別優(yōu)選地至少0.6%增強了對反應(yīng)層的形成所希望的 效果，其中上限由對合金的可加工性的要求給出。應(yīng)避免產(chǎn)生在機械方面導(dǎo)致不利的合金 性能的富硅的γ相。因此，優(yōu)選地將游離硅的重量含量限定至最高達2%且特別優(yōu)選地限定 至最高1.5%。在所選擇的上限的情況下，對于絕對硅含量，可導(dǎo)致開裂的應(yīng)力在合金鑄造 時被抑制，并且維持了有利的合金斷裂硬度(合金斷裂強度)(Legiemngsbmchhjirte)。此 外優(yōu)選的是，將合金組分鋅和絕對硅含量間的重量比選擇在10-40的范圍且優(yōu)選在20-35的 范圍內(nèi)。如果考慮合金基體中的鋅含量相對于游離硅的含量，則商在15-75之間和優(yōu)選地在 20-55之間。調(diào)節(jié)下文中提到的提高反應(yīng)性的組分鋅和影響反應(yīng)速率的游離硅的含量間之 間平衡，使得能夠有選擇性地進行與涉及的潤滑劑添加劑有關(guān)的反應(yīng)層的形成。游離形式 的硅充當?shù)挚蛊渌辖鸾M分的氧化的抑制劑，特別地減少鋅的氧化傾向，使得僅在很小的 程度上形成氧化鋅層并替代元素形式的鋅摻入反應(yīng)層。另外，據(jù)認為，特殊黃銅中的游離硅 降低了第三元素的擴散速率并且同時減少了合金內(nèi)的熱轉(zhuǎn)移。這如下地影響了反應(yīng)層形成 的動力學，即合成過程被減緩然并且同時更有選擇性地進行。代替具有高的氧化鋅含量的 氧化層的形成，形成了緩慢生長并且穩(wěn)定的反應(yīng)層，其中作為反應(yīng)物得到的元素鋅選擇性 地與各潤滑油的添加劑反應(yīng)，而大多數(shù)目前已知的油添加劑僅在較小的程度上被納入到反 應(yīng)層中。因此，反應(yīng)層的形成沒有被完全抑制，而是由于通過溶解在基體或含硅相中的游離 硅的抑制劑作用和鋅的含量提高的反應(yīng)性而發(fā)生選擇的層生長。這種相互作用導(dǎo)致了，只 有特定的具有表面改性作用(OberMchen ver&Kiemderwirkung)的潤滑劑添加劑才會 影響反應(yīng)層的建立。這解釋了由根據(jù)本發(fā)明的合金制備的工件例如由其制造的同步環(huán)的耐 腐蝕性的寬帶性質(zhì)（寬泛性質(zhì)，Breitbandigkeit)，因為大多數(shù)油添加劑可以對層形成過程 無不利影響的方式被使用和替代。從這個意義上說，用于由根據(jù)本發(fā)明的合金制成的工件 例如同步環(huán)的摩擦體系相對于用于各種潤滑劑變型的反應(yīng)層保持不變或幾乎不變。對于在 不同的潤滑劑環(huán)境中的使用，僅需確保不使用對摩擦體系會產(chǎn)生不利影響的特定的添加劑 或添加劑組合物。在過去已知的合金的工件中總是只能使用非常特定的潤滑劑，而對于由 根據(jù)權(quán)利要求的合金制成的工件，僅有個別的潤滑劑和/或潤滑劑組合物無法實現(xiàn)預(yù)期的 結(jié)果。因此，由根據(jù)權(quán)利要求的合金制備的工件具有寬帶的（寬泛的，breitbandig)與油的 相容性。對于由根據(jù)權(quán)利要求的合金制成的工件，為形成反應(yīng)層而接受經(jīng)受機械應(yīng)力的最 外層上的磨損，從而形成穩(wěn)定的反應(yīng)層。這與避免磨損、甚至初始磨損的常規(guī)流程相反。在 已導(dǎo)致要求保護的發(fā)明的調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)，為了獲得穩(wěn)定的反應(yīng)層，不僅需要控制層生長，還 包括控制層厚度和層組合物。從組件反應(yīng)層的穩(wěn)定形成的角度而言與反應(yīng)層相鄰的內(nèi)邊界 層的穩(wěn)定也是重要的。通過添加硅，觀察到界面層改善的機械穩(wěn)定性，其特別地提高了耐點 蝕磨損性(Widerstand gegen fressenden VerschleiP)。該作用通過金屬間硬質(zhì)相的沉積 被額外地增強，其中對于根據(jù)本發(fā)明的合金可存在包括硅化物和鋁化物的混合物，其中除 娃或錯之外還包括合金組分猛、鐵和鎳以及任選的元素絡(luò)。在此，所選擇的合金中的錯含量 導(dǎo)致原錯金屬間相（pHmiir Aluminium intermetallische Phasen)的形成，并因此捕獲了 形成硅化物同樣所需的元素。結(jié)果是，硅含量保持過量并且可作為溶解在合金基體中的游 離硅而存在。由此，對于本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，調(diào)節(jié)合金成分的重量比，使得鋁含量超過 鐵、錳、鎳和鉻的含量之和的化學計量比。對于本發(fā)明的多組分體系，不僅僅由高得足以使 鋁化物在與硅化物的競爭中形成的鋁含量得到0.4%、優(yōu)選地至少0.5%和特別優(yōu)選地至少 0.6%的游離硅的所需的最低含量。另外的對硅的溶解度的影響因素還導(dǎo)致合金結(jié)構(gòu)的調(diào) 節(jié)，其可通過絕對鋅含量來控制。如果僅存在或主要存在β-黃銅，那么在合金基體中產(chǎn)生對 硅的良好地溶解度。在給定的合金限度內(nèi)，組合的含量是可能的，其中α相在600°C以下是熱 力學穩(wěn)定的，游離硅溶解在該α相中，但程度比在β相中溶解的程度低。同樣，0.4%、優(yōu)選地 至少0.5 %和特別地優(yōu)選地至少0.6%的游離硅的所需的最低含量通過如下調(diào)整:在合金熔 化和可能地其它加熱成型和退火步驟之后通過所選擇的冷卻條件將β相成分凍結(jié)。其它控 制硅在合金基體中的溶解度的可能性還在結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)的情況下獲得，對于該結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)產(chǎn)生 Cu-Zn-Al -Si混合晶體形式的κ相，其以精細的相沉積的形式存在。通過這種措施，硅可從(α +β)混合晶體捕獲。為了影響κ相的形成，可進行伴有受控冷卻的再退火(Nachgliihen)。此 外，任選的元素鉻也影響相平衡，從而對于合金的優(yōu)選的實施方案，鉻僅作為不可避免的雜 質(zhì)存在。
[0020]鈷可以最多1.5重量％的量存在于合金中。然而，其中鈷含量<0.7重量％或不含 或幾乎不含鈷的合金的實施方案是優(yōu)選的。
[0021 ]最多0.8重量％的鉛含量基本上被當做雜質(zhì)。令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，即使不含Pb，也能 實現(xiàn)所述的合金的特殊的油相容性。這對于【背景技術(shù)】而言是令人吃驚的，因為現(xiàn)有技術(shù)的 合金為實現(xiàn)油相容性而不能沒有一定量的Pb。在這些實施方案的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明，不含 Pb的合金被認為是Pb含量〈0.1重量％的合金。
[0022] 令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，盡管與所討論的類型的先前已知的合金相比，在用本發(fā)明的合 金制備的組件中錳含量低，但仍形成了足夠量的硅化物，以將所需的耐磨性賦予該組件。這 個發(fā)現(xiàn)是令人吃驚的，因為錳是優(yōu)選的形成硅化物的元素，并且對應(yīng)的主流觀點是:為獲得 所需的硅化物含量，錳含量因其對硅化物形成的親和性而必須相應(yīng)地高。使用根據(jù)本發(fā)明 的合金已成功地將其它元素例如鎳和/或鐵引入硅化物的形成中，盡管它們相比于錳具有 顯著更低的對硅化物形成的親和性。在該背景下，根據(jù)權(quán)利要求的合金還包括鋁作為合金 成分，可形成包括元素鐵和/或鎳的鋁化物，但是其中對硅化物形成的親和性是主要的。
[0023] 在這方面，令人吃驚地，使用這種合金實現(xiàn)了，元素對硅的不同的親和性的巧妙利 用不僅確保了在制得的組件中包含足夠的硅化物，還確保在其中包含所需的游離硅。
[0024] 由根據(jù)本發(fā)明的合金組合物制備的工件在與潤滑劑的相互作用中確保了內(nèi)邊界 層的建立，除高的熱和機械穩(wěn)定性之外的反應(yīng)層的良好粘附。據(jù)認為，該出乎意料的性質(zhì)是 適合的擴散能力的結(jié)果，其一方面影響了反應(yīng)層的層生長以及另一方面開放了使用自潤滑 組分作為額外的防腐蝕保護的可能性。將錫添加至根據(jù)本發(fā)明的合金組合物的目的在于， 其通過擴散到達摩擦表面并在那里起到自潤滑的作用。
[0025] 為了制備根據(jù)本發(fā)明的合金，優(yōu)選地在結(jié)合合金組分之后進行成型和熱處理，使 得能夠形成具有至少70%且優(yōu)選地超過80%的基體含量的β相。除了硅在合金基體中的溶 解度改善之外，還導(dǎo)致高的工件硬度和高的耐磨損性，從而沒有必要對許多應(yīng)用進行最終 的沉積硬化(AusscheidungsMirtung)。在該情況下，可減少任選成分鈷在合金中的量。優(yōu) 選的是，可完全省去鈷直至不可避免的雜質(zhì)。在這方面，令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，對于低于0.7%的 鈷的重量含量，所需的合金組合物的寬泛的油相容性被進一步改善。因此可推測，在本發(fā)明 的多組分體系中，在鈷成分和鐵成分之間以及還與絡(luò)存在相互作用，其對游離娃的含量產(chǎn) 生間接影響。使用優(yōu)選的具有以下重量含量的銅合金可實現(xiàn)上述合金的正面性質(zhì)的提高：
[0027] 其中游離硅以至少0.4 %、優(yōu)選地至少0.5 %且特別優(yōu)選地至少0.6 %的量存在于 合金基體或含硅的非硅化物相中。
[0028] 使用優(yōu)選的具有以下重量含量的銅合金可實現(xiàn)上述合金的正面性質(zhì)的進一步改 善：
[0031 ] 其中游離硅以至少0.4 %、優(yōu)選地至少0.5 %且特別優(yōu)選地至少0.6 %的量存在于 合金基體或含硅的非硅化物相中。
[0032]在以上所述的根據(jù)本發(fā)明的銅合金和/或由其制備的工作件的優(yōu)點的背景下，可 以看出，該合金特別適用于制備在油環(huán)境中使用的組件，如例如同步環(huán)、軸承件等。這意味 著，不僅在產(chǎn)品為摩擦對的摩擦配對例如同步環(huán)的情況下，而且在組合例如配對中提供的 其它組件如例如軸承的那些(軸向軸承或徑向軸承）的情況下，可實現(xiàn)由該合金制備的產(chǎn)品 的正面性質(zhì)。這些另外的應(yīng)用還包括用作軸承件的軸套。在此，應(yīng)理解，，特別地在將它們暴 露于至少暫時缺乏潤滑的油環(huán)境的情況下實現(xiàn)由這樣合金制備的工件的特殊性質(zhì)。即使以 上所述的正面性質(zhì)在整個根據(jù)權(quán)利要求的帶寬上建立，由下列組成構(gòu)成的合金由于強度標 準而優(yōu)選地用于軸承件，特別地在由其制成的組件暴露于較高的機械負荷的情況下（給出 的量以重量％計）：
[0034] 其中游離硅以至少0.4 %、優(yōu)選地至少0.5 %且特別優(yōu)選地至少0.6 %的量存在于 合金基體或含硅的非硅化物相中。
[0035] 以下呈現(xiàn)的實驗是用半成品進行的，所述半成品具有下列合金組分（給出的量以 重量％計）：
[0038]所調(diào)查的具有以上合金組成的經(jīng)擠出的半成品具有高的韌性、高的斷裂伸長率和 足夠的強度。在此，可獲得硬度HB2.5/62.5在250-270的范圍內(nèi)的工件和/或半成品。因為該 強度水平對許多應(yīng)用是足夠的，所以由該合金制備的工件不需要任何隨后的硬化。在由先 前已知的合金制成的工件的情況下，這樣的硬度只能通過另外的硬化步驟實現(xiàn)。拉伸測試 在650-750MPa的范圍內(nèi)顯示出0.2%的伸長極限。此外，根據(jù)本發(fā)明的合金具有多0.1的滑 動摩擦值(G1 ei treibungswert)。根據(jù)圖1可見，A實驗以潤滑劑鈦EG 52512進行，B實驗以潤 滑劑BOT 350M3進行以及C測量以Β0Τ 402作為潤滑劑進行。在由根據(jù)本發(fā)明的合金制備的 半成品上通過掃描電子顯微鏡(REM)測定游離的、不以硅化物的形式結(jié)合的硅的量。圖2示 出了具有用于借助于X射線光電子光譜(EDX)的分析的經(jīng)標記的測量點的顯微照片。下表給 出了這種情況下測定的對于所選擇的測量點/測量面的游離硅的含量，所述測量點/測量面 可布置合金基體并因此位于金屬間硬質(zhì)相的外側(cè)：
[0040] 此外，具體地進行了在此未呈現(xiàn)的掃描電子顯微研究，其根據(jù)REM-EDX測量在選擇 的合金組成的整個范圍確認了游離硅的存在。在此，測量到至少0.6重量％的游離硅含量。 圖3示出了使用試驗合金在以上提到的具有寬泛的油相容性的潤滑劑A (鈦E G 5 2 512 )、B (BOT 350M3)和C(B0T 402)中進行的磨損實驗的結(jié)果。在所有的潤滑劑體系中，檢測到穩(wěn)定 的反應(yīng)層的建立，其中所述實驗在80 °C的油溫度、50MPa的表面壓力和lm/s的滑動速度下進 行。在經(jīng)過100km的摩擦距離后，耐磨性(.Versch lei Bwiderstji.nde)在140-170km/g的相對窄 的范圍內(nèi)。令人驚奇的是，在上述的磨損實驗中，樣品件不僅顯示出特別寬泛的油相容性， 而且在各自情況下地耐磨性也是高的，并且盡管使用了不同種類的油，所測定的耐磨性的 帶寬仍是相對窄的。
[0041] 具有可比性的結(jié)果也可以不含Pb的變型獲得。不含Pb的合金的變型最終適用于制 備使用目的與例如由以上所述的包含Pb的合金變型制備的半成品或組件相同的半成品或 組件，，但是它們具有如下優(yōu)勢，即它們是不含Pb的。有時，這主要出于環(huán)境方面的原因而被 要求。具有如下以重量％計的元素的合金組合物適用于該目的：
[0043] 其中游離硅以至少0.4 %、優(yōu)選地至少0.5 %且特別優(yōu)選地至少0.6 %的量存在于 合金基體或含硅的非硅化物相中。
[0044] 依據(jù)兩種不同的合金類型，由該合金組進行油相容性測試，所述不同的合金類型 在其鎳和鋁的含量上彼此不同。有趣的是，使用這些合金實現(xiàn)的油相容性測試顯示，盡管不 存在鉛作為合金成分，但是油相容性對應(yīng)于（等同于）如上述包含Pb的合金所呈現(xiàn)的那些。 在此，涉及下列合金類型（給出的量以重量％計），其中在各自情況下游離硅以至少0.4%、 優(yōu)選地至少0.5 %和特別地優(yōu)選地至少0.6 %的量存在于合金基體或含硅的非硅化物相中： [0045] 合金類型1
[0050]具體的合金類型1的樣品在其油相容性方面被測試，其具有下列組成(給出的量以 重量％計）：
[0052]合金類型2的測試樣品的組合物具有如下組成(給出的量以重量％計）：
[0055] 可用已知的加工步驟由這樣的合金制備作為軸承件的襯套。這包括下列步驟：
[0056] -擠壓管狀原材料(Rohrvormaterial)
[0057] -軟性退火擠壓的管狀原材料
[0058]-最多將軟性退火的管狀原材料冷拉伸(Kaltziehen)5%、優(yōu)選地2-3%
[0059]-熱消除經(jīng)冷拉伸的半成品的應(yīng)力
【主權(quán)項】
1. 潤滑劑相容的銅合金，其包括W重量％計的： 54-65% 銅 2.5-5.0% 鉛 1.0- 3.0% 鍵 2.0- 4.0% 鑲 0.1-1.5% 鐵 鑲 《1.5% 錫 《1.5% 絡(luò) 《0.8% 搪 剩余物 辭和其它不可避免的雜質(zhì)， 其中游離娃W至少0.4%的量存在于合金基體或含娃的非娃化物相中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的銅合金，其包括W重量％計的： 54-65% 銅 10-5.0% 鉛 1.0- 3.0% 磕 2.0- 4.0% 鑲 0.5-1.5% 缺 《1.5〇/〇 猛 <.7% 錫 < .5% 嫁 《0.8% 鉛 剩余物 辭和其它不可避免的雜質(zhì)， 其中游離娃W至少0.4%的量存在于合金基體或含娃的非娃化物相中。3. 根據(jù)權(quán)利要求2的銅合金，其特征在于，所述銅合金具有W重量％計的下列成分： 56-60% 銅 3.0-4.0% 鉛 1.3-2.5% 鍵 3.0-4.0% 魏 0.5-1.5% 鐵 0.1-1.5% 纔 0.3-0.7% 攝 《1.5% 裕 《0,8% 鉛 剩余物 舞和不可避免的雜質(zhì)， 其中游離娃W至少0.4%的量存在于合金基體或含娃的非娃化物相中。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的銅合金，其特征在于，所述銅合金具有W重量％計的下列成分： 59-62% 銅 3.5- 4.5% 鉛 1.2-1.8% 磕 2.5- 3.9% 穗 0.7-1.1 % 鐵 0.7-1.0% 搔 0.05-0.5%> 韋易 裕 《1.0% 鉛 剩余物 舞和不可避免的雜質(zhì)， 其中游離娃W至少0.4%的量存在于合金基體或含娃的非娃化物相中。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的銅合金，其特征在于，游離娃的含量為至少0.65重量％。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的銅合金，其特征在于，鋒和游離娃之間的重量比在15至75的 范圍和優(yōu)選地20至55的范圍內(nèi)選擇。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的銅合金，其特征在于，侶含量超過鐵、儘、儀和銘的含量之 和的化學計量比。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的銅合金，其特征在于，元素 Ni+Fe+Mn之和與Si的比率為《 3.45、優(yōu)選地《3.25。9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的銅合金，其特征在于，合金基體中的β相含量大于80 %。10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的銅合金，其特征在于，鉛作為雜質(zhì)W最多0.8重量％的量 參與合金的形成。11. 由根據(jù)前述權(quán)利要求之一的銅合金制備工件的方法，其特征于，執(zhí)行至少一個熱處 理步驟和隨后的冷卻，使得游離娃在基體或在含娃的非娃化物相中的含量對應(yīng)于至少 0.4%。12. 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，熱處理步驟的過程控制和隨后的受控冷卻產(chǎn) 生具有至少80 %的相含量的β相。13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其特征在于，由所述合金制備用于齒輪的同步環(huán)。14. 具有至少一個承受摩擦的銅合金組件例如同步環(huán)的齒輪，所述銅合金組件由根據(jù) 權(quán)利要求1-10之一的銅合金制成，所述齒輪包括齒輪箱，其中將由銅合金制成的齒輪組件 布置在齒輪油環(huán)境中，所述齒輪組件具有在其承受摩擦的表面上的反應(yīng)層，其包括齒輪油 中所含的添加劑和游離的存在于基體或含娃的非娃化物相中作為反應(yīng)元素的娃或其反應(yīng) 產(chǎn)物和/或分解產(chǎn)物。
【文檔編號】F16D23/02GK105980586SQ201580007081
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年2月4日
【發(fā)明人】H.格默特, B.雷茨, T.普勒特
【申請人】奧托?？怂箖珊瞎?br>