Die Erfindung betrifft eine bleifreie Messinglegierung.

In der Vergangenheit wurde zur Verbesserung der Zerspanung von Messinglegierungen Pb in einem Umfang von bis zu 4 Gew-% zugesetzt. Der Zusatz von Pb wird wegen absehbarer gesetzlicher Vorgaben zukünftig jedoch stark eingeschränkt werden.

Es besteht daher Bedarf an einer bleifreien Messinglegierung. Derartige Legierungen sind an sich bekannt, es wird beispielsweise auf die folgenden Druckschriften verwiesen: EP 2 009 122 A1, EP 3272 888 A1, WO 2016/045770 A1 und

EP 3269 835 A1. Das Fehlen von Blei beeinträchtigt allerdings die Zerspanbarkeit derartiger Messinglegierungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine bleifreie Messinglegierung anzugeben, die gut zerspanbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine bleifreie Messinglegierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Messinglegierung enthält: 55 bis 59 Gew-% Cu, 2,0 bis 2,5 Gew-% Mn, 0,65 bis 1 ,5 Gew-% Si, weniger als 0,1 Gew-% Pb, Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

Die erfindungsgemäße Messinglegierung besitzt weniger als 0,1 Gew-% Pb und gilt daher als bleifrei. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Messinglegierung trotz des geringen Bleigehalts von weniger als 0,1 Gew-% eine zufriedenstellende Zerspanbarkeit zeigt. Insbesondere bilden sich beim Zerspanen keine unerwünschten langen Spiralspäne. Darüber hinaus sind die Reibeigenschaften der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung mit denjenigen einer bleihaltigen Messinglegierung vergleichbar. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verhältnis der Gewichtsprozente von Mn zu Si der Ungleichung 2,0 < Mn/Si < 2,9 entspricht. Es hat sich herausgestellt, dass dieses Verhältnis zwischen Mangan und Silizium zu einer optimalen chemischen Zusammensetzung und zur Ausbildung von Mangan-Siliziden führt.

Bei der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung beträgt das Kupferäquivalent 53 bis 66 %.

Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung weniger als 0,2 Gew-% Fe enthalten.

Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung weniger als 0,5 Gew-% Sn enthalten.

Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung 1,5 bis 2,6 Gew-% Ni enthalten.

Die folgende Zusammensetzung der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung wird besonders bevorzugt: 57 Gew-% Cu, 2,3 Gew-% Mn, 1 ,0 Gew-% Si, 0,1 Gew-% Fe, 0,1 Gew-% Sn, 2,0 Gew-% Ni, weniger als 0,1 Gew-% Pb, Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die bleifreie Messinglegierung weniger als 0,1 Gew-% AI enthält.

Bei der bleifreien Messinglegierung kann es auch vorgesehen sein, dass weniger als 0,25 Gew-% Cr und/oder weniger als 0,25 Gew-% Ti und/oder weniger als 0,25 Gew-% Co enthalten ist.

Daneben betrifft die Erfindung ein Maschinenelement, das aus der erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung hergestellt ist. Aufgrund ihrer guten Reibeigenschaften ist die bleifreie Messinglegierung optimal für die Herstellung von Maschinenelementen geeignet, die mit einem Schmiermittel verwendet werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

Fig. 1 ein durch Zerspanen einer Referenzlegierung erzeugtes Spanbild; und

Fig. 2 ein durch Zerspanen einer erfindungsgemäßen bleifreien Messinglegierung erzeugtes Spanbild.

Ein Ausführungsbeispiel der bleifreien Messinglegierung hat die folgende Zusammensetzung: 57 Gew-% Cu; 2,3 Gew-% Mn; 1 ,0 Gew-% Si; 0,1 Gew-% Fe; 0,1 Gew-% Sn; 2,0 Gew-% Ni; weniger als 0,1 Gew-% Pb; Rest Zn sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

Das Kupferäquivalent (CuÄq) der bleifreien Messinglegierung beträgt zwischen 53 % und 66 % und kann folgendermaßen anhand der Legierungsbestandteile berechnet werden:

1) Wenn: Sif _r i = Si 3,26 - (Fe+Mn) < 0 und Sif _re i2 = Si 3,26 - (Fe+Mn+Ni) < 0 dann

Cu

CuÄq =

2) Wenn Sifrei = Si 3,26 - (Fe+Mn) > 0 und Sif _re i2 = Si 3,26 - (Fe+Mn+Ni) < 0

Cu _

100 — Fe — Mn — Si — Ni + [|Si - _e i2 | x (-1,9)] 100

3) Wenn Sifrei = Si 3,26 - (Fe+Mn) > 0 und Sif _re i2 = Si 3,26 - (Fe+Mn+Ni) > 0

Cu

^{CuAq =}

Die Abkürzungen bedeuten:

Cu: Gew.-% Kupfer Fe: Gew.-% Eisen

Mn: Gew.-% Mangan

Si: Gew-% Silizium

Ni: Gew-% Nickel

Die bleifreie Messinglegierung kann zu Halbzeugen wie Platten, Rohren oder Stangen verarbeitet werden, aus denen Maschinenelemente hergestellt werden können, die mit einem Schmiermittel verwendet werden. Ein Beispiel dafür sind durch Reibung beaufschlagte Komponenten von Axialkolbenpumpen. Die bleifreie Messinglegierung weist Mangan-Silizide auf, die für die guten Reibeigenschaften verantwortlich sind.

Die Zerspanbarkeit der bleifreien Messinglegierung wird mit einer Referenzlegierung verglichen. In der nachfolgenden Tabelle sind die Zusammensetzungen der bleifreien Messinglegierung und der Referenzlegierung dargestellt:

Bei dem Zerspanungsversuch wurde eine Wendeschneidplatte vom Typ CNMG120404FP HC5010 benutzt, die Drehzahl betrug 3.000 U/rnin, der Vorschub pro Umdrehung betrug 0,25 mm, die Schnitttiefe betrug 1 ,25 mm. Fig. 1 zeigt das Spanbild der bleihaltigen Referenzlegierung, Fig. 2 zeigt im Vergleich dazu das Spanbild der bleifreien Messinglegierung. Man erkennt, dass beide Legierungen in etwa gleich große und gleichartige Späne erzeugen. Die Spanqualität der bleifreien Messinglegierung ist daher in Ordnung.

Für beide Legierungen wurde der Reibkoeffizient in identischen Versuchen ermittelt. Es wurde herausgefunden, dass sowohl die bleifreie Messinglegierung als auch die bleihaltige Referenzlegierung nahezu identische Reibkoeffizienten besitzen. Der Reibkoeffizient beträgt etwa 0,012. Diese Versuche haben ergeben, dass die bleifreie Messinglegierung ohne Einschränkungen als Ersatz für die bleihaltige Referenzlegierung verwendet werden kann.

Die bleifreie Messinglegierung kann für die Herstellung unterschiedlicher Maschinenelemente verwendet werden, insbesondere Maschinenelemente, die mit Reibung beaufschlagt sind und mit einem Schmiermittel verwendet werden. Ein Beispiel dafür sind Komponenten von Axialkolbenpumpen oder Gleitschuhe.