[发明专利]铜－锌－铝塑性材料及其应用

说明书

本发明涉及一种铜-锌-铝塑性材料及其在制造轴套，特别是内燃发动机中的连杆和活塞时作为轴承材料的应用。

对于优良的滑动轴承材料来说，当在发动机领域等使用时，除去优良的滑动特性、耐磨性和优良的耐腐蚀性外，还要求高的可负载性、高的动态和静态耐用性和在使用温度范围内的足够的耐热性。

为改进发动机效率而将点火压力提高导致轴套的较高的负载。在约250℃的使用温度范围下，点火压力可达200bar或更高，或轴套的单位面积负载达150MPa。活塞套筒的典型运行温度为180-200℃。

由通常的双金属作的轴套如钢-复合-轴套或Pb-复合-轴套可承受的单位面积负载仅为130MPa。相反，由塑性合金CuZn31Si1(DIN 17.660)和CuA11ONi5Fe4(DIN 17.665)实体轴套能承受更高的压力。塑性合金在用于薄壁轴套时，由于其细粒结构与同样化学组成的浇铸合金相比表现出更高的动态可负载性。

此外，由一种合金制成的轴套在其应用时不可从其支座中脱出，必须具有优良的蠕变特性。因此，实体轴套以余量装配，例如在发动机轴座中的使轴套以压紧就位，以致径过较长时间的温度负载都不会在其支座中松脱，即其余量未失去。该轴套的蠕变特性由于在塑性变形中与温度和时间有关的弹性变形转化而与材料的应力张弛特性相关联。通过松弛有小的应力损耗的材料比由于张弛有较大应力损耗的材料有更好的蠕变特性。(“应力张弛”的概念可参阅DE-OS19600864)。

目前，轴套通常由塑性材料CuAl10Ni5Fe4和CuZn31Si1制造。由CuAl10Ni5Fe4制造的轴套在高的机械强度下有非常好的蠕变特性，因此适于长期的最高负载。其缺点是多元-铝-铜材料在连续的铸锭法中难以浇铸，并且在接着的加工步骤挤压中难以热变形。与由特种黄铜制造轴套的加工相比，上述两点引起高的加工价格。此外，由多元铝铜制成的轴套比由特种黄铜合金制成的轴套有更高的磨擦系数和较差的耐油性，比CuZn31Si1明显地差。

在较低的机械强度的同时，由塑性特种黄铜合金CuZn31Si1制成的轴套由于其比较强的应力张弛倾向，其蠕变较强，所以仅适于较小的发动机负载。

因此，本发明的目的是提供一种铜材料，该材料具有特别适于上述应用目的特性组合，同时兼有至今使用的材料CuAl10Ni5Fe4和CuZn31Si1的优点。这种新的特别适于轴套的材料与CuZn31Si1型的塑性特种黄铜相比应具有较小的应力张弛倾向、较小的蠕变特性和较高的强度，同时与CuAl10Ni5Fe4型的多元铝铜相比应具有较好的可切削加工性以及对半成品加工有较好的可铸性和热加工性。此外，由这类材料制成的轴套比由塑性多元铝铜制成的轴套在加工价格上更合适。

本发明的任务是通过铜-锌-铝-塑性材料解决的，该材料由63.5％-66.5％的铜、2.0-5.4％的铝、4.1-4.9％的锰、2.6-3.4％的铁、1.1-1.9％的镍、其余为锌和通常的杂质所组成(百分数均为重量百分数)。

第一方面的任务，即研制一种与多元铝铜材料相比有更好的可浇铸性及易于热加工和冷加工的轴套材料，该材料有符合任务要求的较好的可切削加工性及耐油腐蚀性，该方面的任务是通过本发明的材料解决的；本发明材料的熔点为960℃，它比多元铝铜材料的熔点低，这样在较低的温度下熔化及接着在较低温度下浇铸就可节省能量。连续铸锭的可控性是由高含量的锌来保证的。本发明材料在可浇铸性方面与通常的易控制的特种黄铜材料相似。

由于本发明材料的较小的耐热性，所以与多相铝铜材料相比在约100-150℃的较低压制温度下可被压塑。因此，可节省热压制前面的铸锭炉的加热能量。

第二方面任务，即研制一种与塑性特种黄铜CuZn31Si1相比有改进的应力张弛性能并由此有较小的蠕变特性的轴套材料，该方面任务同样是以本发明的塑性材料实现的。

尽管已知有类似组成的浇铸合金(CuZn25Al15Mn4Fe3-C/EN1982CuZn25Al5(旧DIN 1709))，但与此相比存在有目的的选择。意外的表明，合适选择用于浇铸材料的组分，可在热态和冷态下进行塑形加工，并可满足对合金材料特别高的要求。此外，本发明的塑性材料与已知的浇铸材料相比，有较好的蠕变特性。

权利要求2-4是本发明铜-塑性材料的优选组成。

基于所描述的优点，优选应用本发明的铜-塑性材料作为制造轴套，特别是内燃发动机中的连杆和活塞的合金材料。

下面以实施例对本发明进行详述：

表1中给出本发明的两种铜-塑性材料(1、2)的组成