專利名稱：：銅鋅合金以及由其制成的同步環(huán)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種基本上無鉛的銅鋅合金。本發(fā)明還涉及這樣的銅鋅合金制作同步環(huán)的用途，以及涉及同步環(huán)。
背景技術：
：如同用于電子工業(yè)一樣，銅鋅合金或黃銅還應用于衛(wèi)生工業(yè)。在汽車工業(yè)中，具有高耐磨性和高摩擦系數(shù)的黃銅環(huán)被用于同步環(huán)，該同步環(huán)用于機械變速箱用.以使齒輪同步。為使銅鋅合金容易加工，特別是通過機械加工，必須使材料獲得一定脆性，以盡量避免在加工過程中產生長切屑，該長切屑難以從工作場所和加工工具移去。已知，通過加入一定比例的鉛可獲得黃銅的機械加工所期望的這種脆性。然而，相應劑量的鉛不利地對人體健康具有危害。因此，期望提供含鉛量盡可能低或甚至不含鉛的可機械加工的銅鋅合金。盡管多種歐盟準則仍然允許在黃銅合金中使用鉛，但仍期望將應用于機動車的黃銅所容許的高達4%的含鉛量調低。從EP1045041B1知曉了一種在衛(wèi)生工業(yè)中應用的無鉛銅鋅合金。公開的合金包含69到79重量％的銅，2到4重量％的硅，0.1到1.5重量％的鋁和0.02到0.25重量％的磷。硅、鋁和磷組分的相互作用旨在產生合金的Y相，該相在不使用鉛的情況下確保良好的可機械加工性能。從DE2919478C2、DE3735783C1、EP0657555B1知曉了用于同步環(huán)的具有高耐磨強度的低鉛含量銅鋅合金。DE2919478C2公開了具有如下成分的銅鋅合金70到73重量％的銅、6到8重量％的錳、4到6重量％的鋁、1到4重量％的硅、l到3重量％的鐵、0.5到1.5重量％的鉛、0到0.2重量％的鎳、0到0.2重量％的錫和作為余量的鋅。為獲得高耐磨強度，該合金包含60到85%的a混合晶優(yōu)勢地精細分布于p相中的晶格。鉛以相對小的重量比例與其合金化。DE3735783C1提出了特別用于同步環(huán)的銅鋅合金，該合金的組成為50到65重量％的銅、1到6重量％的鋁、0.5到5重量％的硅、5到8重量％的鎳、以及可選的0到1重量％的鐵、0到2重量％的鉛和作為余量的鋅。低于2重量％的鉛比例是可選的。實現(xiàn)高耐磨性的原因在于鎳主要以硅和鋁的金屬間化合物存在。還從EP0657555B1知曉了一種具有高耐磨性的銅鋅合金，該合金包含40到65重量o/。的銅、8到25重量％的鎳、2.5到5重量％的硅、0到3重量％的鋁、0到3重量％的鐵、0到2重量％的錳、0到2重量％的鉛、余量的鋅以及不可避免的雜質。通過極高的鎳和硅含量實現(xiàn)了高耐磨性，該鎳和硅含量的效果在于基體含有高體積含量的鎳硅化物。晶格不含有y相，主要由P相組成。少量的鉛被認為是有用的以便實現(xiàn)良好的可加工性能。以外，DE2830459C3涉及一種具有高耐磨性的銅鎳合金，該合金的組成如下45到75重量％的銅、2到7重量％的鋁、0.1到2重量%的鐵、1到5重量％的鎳，0.5到2重量％的硅、0.1到2重量％的鈷和余量的鋅。為了高耐磨性，該合金還包含鎳-硅型金屬間化合物，鋁和鈷也被限制在其中。該合金不含鉛。最后，DE3809994C3中，由以下組分形成了一種用于同步環(huán)的銅鋅合金20到40重量％的鋅、2到8重量％的鋁、至少兩種形成金屬間化合物的其它組分、至少一種為鈦的組分、余量為銅或隨機雜質。通過所述金屬間化合物實現(xiàn)高耐磨性。鉛是非必要的。具有高耐磨強度的低鉛和無鉛的銅鋅合金共有的特征是它們具有高含量的金屬間相。這些金屬間相導致合金的一定脆性，使得其更容易機械加工。切屑易于斷裂并被移去。因此，可降低鉛的比例或省略鉛。如果不需要高耐磨性，如EP1045041B1，則可通過硅、鋁和磷的相互作用在合金中穩(wěn)定Y相，來降低鉛的含量。該合金含有磷，以保證該合金在衛(wèi)生工業(yè)中的期望應用中的脫鋅阻力。
發(fā)明內容本發(fā)明的一個目的是提供具有最高耐磨性的銅鋅合金，該合金尤其適用于同步環(huán)，且基本上不含鉛。依據(jù)本發(fā)明，通過一種銅鋅合金實現(xiàn)了該目的，該合金包含55到75重量％的銅、0.1到8重量％的鋁、0.3到3.5重量％的纟失、0.5到8重量％的錳、0到低于5重量％的鎳、0到低于0.1重量％的鉛、0到3重量°/。的錫、0.3到5重量％的硅、0到低于0.1重量％的鈷、0到低于0.05重量％的鈦、0到低于0.02重量％的磷、不可避免的雜質和余量的鋅。本發(fā)明基于的思想是有意將鉛含量降低至低于0.1重量％,而不借助金屬間相或Y相的穩(wěn)定作用提供關于所需機械加工性的補償。通過必要的合金組分鋁、錳、鐵和硅來保證足夠的耐磨性。規(guī)定量范圍內的錳、鐵和硅可在銅鋅合金中產生足夠的基本比例的金屬間相。特別地，鋁使混合晶體硬化。錳對于耐磨性具有積極作用。借助任選的所述另外的合金組分鎳和錫可實現(xiàn)改良。其還可含有鈷和鈦，它們的含量可低于規(guī)定的極限。然而，使其與超過該極限的所述組分合金化，對于期望的可機械加工性能和獲得期望的耐磨性是不必要的。磷作為一種合金組分，對于改善脫鋅阻力是不必要的。與本
技術領域：
的先前觀點不同，將鉛的含量降低至低于0.1重量%而不增加金屬間相的比例意外地成為可能，因為在廣泛研究之后發(fā)現(xiàn)機加工所要求的銅鋅合金是可能的，尤其是用于制作同步環(huán)，甚至無需加入鉛。當銅鋅合金有利地包含如下成分時該銅鋅合金的耐磨性能和磨耗強度可以得到改善鋁的比例為0.5到2.5重量％、鐵的比例為0.3到1重量％、錳的比例為0.5到5重量％、鎳的比例為O.5到低于5重量％、錫的比例為0到1.5重量％和硅的比例為0.3到2重量％。在本發(fā)明的替代性的有利實施方案中，銅鋅合金包含較高比例的鋁，并且該合金的顯著特征在于其包含比例為3到8重量％的鋁、比例為1到3重量％的鐵、比例為5到8重量％的錳、比例為0到低于O.5重量％的鎳、比例為0到低于0.5重量％的錫、和比例為l到4重量％的硅。這樣的材料具有同步環(huán)需要的機械性能。該銅鋅合金適用于制作同步環(huán)，尤其是通過機械加工制作。將借助附圖和下面的實施例更詳細地解釋本發(fā)明的典型實施方案。圖1以透視圖示出了一個同步環(huán)。具體實施方式圖1顯示了一個典型的同步環(huán)1，該同步環(huán)可以從銅鋅合金制得，特別是通過機械加工制得。同步環(huán)1具有內表面3，該內表面用于同錐形摩擦配對物形成摩擦配合。與配套的帶槽套筒上的對應的槽咬合的齒2排列在同步環(huán)1的外圓周。為了改善油的流動，內表面3具有位于軸向的油道4，該油道可在摩擦配合的情況下將存在的油快速移去。實施例總共研究了4種合金，每對合金只在其鉛含量上有所區(qū)別。合金1A包含57.9重量％的銅、1.65重量％的鋁、0.4重量％的鐵、1.95重量％的錳、0.55重量％的鉛、0.6重量％的硅和余量鋅。合金1B與合金1A的區(qū)別在于不含鉛，即，鉛的含量僅在不可避免雜質的水平—0.02重量b/。。合金2A包含69.7重量％的銅、5.2重量％的鋁、1.1重量％的鐵、7.8重量％的錳、0.8重量％的鉛、1.8重量％的硅和佘量鉛，以及不可避免的雜質。合金2B與合金2A的區(qū)別在于，其鉛含量僅在不可避免的水平一0.05。合金A是包含鉛的對比合金，其在耐磨性和可加工性能方面適合于同步環(huán)。合金B(yǎng)是本發(fā)明的實施方案。實施例1:對于所述的合金，在Reichert摩擦和磨損平衡中測定耐磨強度(km/g)和耐磨系數(shù)，在全部移動距離2500m上的滑移速度為1.65m/sec且載荷為52N/mm2。為此目的，將由各個測試合金制成的直徑2.7mm的黃銅釘以特定的載荷壓到旋轉的鋼環(huán)上。耐磨強度和摩擦系數(shù)由特定運轉距離后黃銅釘?shù)闹亓繐p失來確定。結果總結在下面的表格中合金，編號耐磨強度，km/g摩擦系數(shù)1A2010.121B2350.122A12150.112B14580.11可以看出，無鉛合金B(yǎng)的耐磨強度和摩擦系數(shù)與含鉛合金A相比并不遜色，相反得到提高。實施例2:對所述的合金進行了切割測試。為此目的，在根據(jù)圖l的同步環(huán)中切割螺紋深度為0.37mm、螺距為0.65mm和螺腹角為60。的螺紋，所述同步環(huán)由測試的合金制成。螺紋槽總共被劃刻5次；即，存在5個螺紋板牙。使用根據(jù)DIN4990的質量K20的硬金屬材料作為螺紋切割材料。在采用切割工具切出規(guī)定數(shù)目的螺紋槽之后，對工具的磨損進行測量。為此目的，測定了螺距的橫截面面積在測試前后的差別。獲得如下結果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>對合金1A進行螺紋開槽6846次之后停止測試，因為已經發(fā)生顯著的工具磨損?？梢源_定，使用無鉛合金B(yǎng)的工具磨損小于使用含鉛金屬A的工具磨損。實施例3:觀察在根據(jù)實施例2進行切割測試中除去的切屑?？梢源_定，盡管無鉛合金B(yǎng)的切屑與含鉛合金A的切屑相比更長，但并未相互連接和交纏在一起。與預期的相反，該切屑可在機械加工期間被順利地移去。該無鉛合金尤其適用于制作同步環(huán)。因此避免了加入鉛來改善可機械加工性能。附圖標記列表1同步環(huán)2齒3內表面4油道權利要求1.銅鋅合金，包含55到75重量％的銅、0.1到8重量％的鋁、0.3到3.5重量％的鐵、0.5到8重量％的錳、0到低于5重量％的鎳、0到低于0.1重量％的鉛、0到3重量％的錫、0.3到5重量％的硅、0到低于0.1重量％的鈷、0到低于0.05重量％的鈦、0到低于0.02重量％的磷、不可避免的雜質和余量的鋅。2.根據(jù)權利要求1的銅鋅合金，其特征在于，包含比例為O.5到2.5重量％的鋁、比例為0.3到1重量°/。的鐵、比例為O.5到5重量％的錳、比例為0.5到低于5重量％的鎳、比例為0到1.5重量％的錫和比例為0.3到2重量％的硅。3.根據(jù)權利要求1的銅鋅合金，其特征在于，包含比例為3到8重量％的鋁、比例為1到3重量％的鐵、比例為5到8重量％的錳、比例為0到低于0.5重量％的鎳、比例為0到低于0.5重量％的錫和比例為1到4重量％的硅。4.根據(jù)權利要求1到3中一項的銅鋅合金在制作同步環(huán)(1)中的用途。5.根據(jù)權利要求4的用途，其特征在于，所述同步環(huán)(l)由銅鋅合金通過機械加工制得。6.同步環(huán)(1),其是根據(jù)權利要求1到3中一項的銅鋅合金制得。全文摘要銅鋅合金，包含55到75重量％的銅、0.1到8重量％的鋁、0.3到3.5％重量的鐵、0.5-8重量％的錳、0到低于5重量％的鎳、0到低于0.1重量％的鉛、0-3重量％的錫、0.3到5重量％的硅、0到低于0.1重量％的鈷、0到低于0.05重量％的鈦、0到低于0.02重量％的磷、不可避免的雜質及作為余量的鋅。文檔編號C22C9/02GK101331241SQ200680047050公開日2008年12月24日申請日期2006年12月5日優(yōu)先權日2005年12月13日發(fā)明者F·格布哈特,M·霍爾德里德,N·加格申請人:迪爾金屬合作兩合公司