[发明专利]无铅的高强度黄铜合金以及高强度黄铜合金产品

说明书

本发明涉及一种无铅的高强度黄铜合金，其具有：0‑65重量％Cu；0.4‑3重量％Mn；0.55‑3重量％Sn；最多1重量％Fe；最多1重量％Ni；最多1重量％Al；最多1.5重量％Si；余量的Zn和不可避免的杂质，并且元素Mn和Sn的总和为至少1.3重量％且最多6.0重量％。

本发明涉及一种无铅的高强度黄铜合金(或称为特种黄铜合金或高抗拉黄铜合金)和由高强度黄铜合金制成的产品，该产品经受摩擦负荷。

对于在润滑剂环境中典型的摩擦应用，通常需要所使用的合金的摩擦系数低，其中另外，所述摩擦系数应在预定界限内能够匹配于具体应用，特别地摩擦配对体、使用的润滑剂和摩擦条件(例如接触压力和相对速度)。这适用于其上作用有高的静态和动态负荷的活塞套筒以及同步器环。另外，摩擦配对体的相对速度高的应用，例如对于涡轮增压器的轴向轴承所存在的那些，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散热。

由于摩擦功和油接触，在轴承表面上形成了具有沉积(或称为积聚)的润滑剂成分的摩擦层。在此，需要润滑剂成分和它们的分解产物具有均匀的且同时高的沉积速率，以在滑动层上获得足够稳定的吸附层。

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)适合的材料还以宽范围的油相容性为特征，使得摩擦层的结构在很大程度上对于某些油添加剂的选择不敏感。此外，由这样的合金制成的组件应具有良好的紧急运行性能，使得甚至在干摩擦条件下也可确保足够的使用寿命。

对于受摩擦负荷的组件，另外也重要的是，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保持尽可能得小，应存在高的0.2％屈服强度。无论如何，这样的组件直至失效都应具有一定程度的高于屈服强度的塑性变形。

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应力和粘附应力的抵抗性(或称为耐受性)。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(或称为固有应力)的合金。

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，其除了作为主要成分的铜和锌之外还与元素镍、铁、锰、铝、硅、钛或铬的至少一种元素合金化。在此，硅黄铜尤其满足上述要求，其中CuZn31Si1代表用于摩擦应用例如活塞套筒的一种标准合金。此外已知，对于摩擦应用以及对于采矿，使用除锡和铜之外还具有镍、锌、铁和锰的锡青铜。

在涡轮增压器轴承应用中使用的黄铜合金由WO 2014/152619 A1已知。该黄铜合金具有1.5-3.0重量％的非常大量的锰，却仅具有低的Sn含量，具体地小于0.4重量％的Sn含量。这种先前已知的黄铜合金容许最多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)作为合金成分引入黄铜合金中是有利的，因为这促进成屑断裂(Spanbruch)并因此改善机械加工。另外，典型地将铅作为腐蚀抑制剂引入高强度黄铜合金中，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中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副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覆盖层。该覆盖层与钝化层类似地起作用并因此充当腐蚀抑制物。