[发明专利]特种黄铜合金和特种黄铜合金产品

说明书

本发明涉及特种黄铜合金，其包含55‑65重量％Cu；1‑2.5重量％Mn；0.7‑2重量％Sn；0.2‑1.5重量％Fe；2‑4重量％Ni；2‑5重量％Al；0.2‑2重量％Si；最大2.0重量％Co；和余量的Zn以及不可避免的杂质，其中元素Mn和Sn之和为至少1.7重量％且至多4.5重量％。

本发明涉及特种(高强度、高抗拉)黄铜合金和由特种(高强度、高抗拉)黄铜合金制成的产品，该产品遭受摩擦负荷。

对于在润滑剂环境中典型的摩擦应用，通常需要低的所使用的合金的摩擦系数，其中另外地所述摩擦系数对于具体应用、特别地摩擦配件(partner)、使用的润滑剂和摩擦条件(例如接触压力和相对速度)应能在预定界限内改变(适应)。这对于高的静态和动态负荷作用于其上的活塞套筒以及对于同步器环尤其如此。另外，摩擦配件的速度相对高的应用，例如涡轮增压器的轴向轴承所存在的，需要这样的合金：其除了减少发热之外，还确保良好的从摩擦表面的热耗散(散热)。

由于摩擦功(Reibleistung)和油接触在轴承表面上形成具有累积的润滑剂成分的磨损层。为了在滑动层上获得足够稳定的吸附层，润滑剂组分和它们的分解产物的均匀的且同时高的沉积速率是必须的。

另外，对于在油环境中使用的组件(例如在这样的环境中的同步器环或轴承的轴承部件)适合的材料以宽范围的油容限(油相容性)为特征，使得磨损层的结构对于选择某些油添加剂是极不敏感的。另外，由这样的合金制成的组件应该具有良好的紧急运行性质，使得甚至在干摩擦条件下也可确保足够的使用寿命。

对于在摩擦负荷下的组件，以下也是重要的：所使用的合金具有足够的强度。因此，为了使在负荷下发生的塑性变形最小化，应存在高的0.2％屈服强度。无论如何，这样的组件直至失效均应该具有一定程度的高于屈服强度的特定塑性变形度。

另外，这样的组件必须是特别硬的并且具有高的抗拉强度以提高它们对于磨损和粘附应力的抵抗性(耐受性)。同时，需要足够的韧性来抵御冲击应力。在这方面，必须减少微缺陷的数量和减缓由其发展的缺陷生长。这通伴随如下的要求：提供具有尽可能高的断裂韧性且基本上不含内应力(固有应力)的合金而伴随。

在很多情形中，对于在摩擦负荷下的部件适合的合金为高强度黄铜，其除了作为主要组分的铜和锌之外还与元素镍,铁,锰,铝,硅,钛或铬的至少一种合金化。在此，硅黄铜尤其满足上述要求，其中CuZn31Si1代表摩擦应用例如活塞套筒的一种标准合金。此外，对于摩擦应用或还对于采矿，使用除了锡和铜之外另外包含镍、锌、铁和锰的锡青铜是已知的。

在涡轮增压器轴承应用中使用的黄铜合金从WO 2014/152619 A1获悉。该黄铜合金包含非常大量的锰，1.5-3.0重量％，却具有仅少量的Sn，具体地小于0.4重量％。这种先前已知的黄铜合金容许最大0.1重量％的Pb含量，使得该合金满足对于不含Pb的严格要求。然而，将铅(Pb)作为合金组分掺杂在黄铜合金中是有利的，因为这促进段屑，因此改善机械加工。另外，典型地将铅作为腐蚀抑制剂掺杂在高强度黄铜合金中，其合金产品在油环境中使用。这尤其适用于与生物乙醇接触的油环境。生物乙醇包含在车辆燃料中，并且例如由于活塞环处的泄露或其它类型的夹带而传送到发动机油中。这尤其适用于如下的车辆：其大部分仅用于短途并因此发动机未达到其操作温度。这同样适用于涡轮增压器轴承，该轴承由于包含在废气中的生物乙醇及其废弃产物而暴露于侵蚀性的混合物。结果，酸性环境在所述油中形成。由所述油中包含的硫和合金产品中包含的铅形成硫酸铅表面层(覆盖层)。该表面层充当腐蚀抑制物，其与钝化层类似。