Aluminiumbronzelegierung, Herstellungsverfahren und Produkt aus Aluminiumbronze

Abstract

 Aluminiumbronzelegierung
mit 7,0 - 10,0 Gew.-% Al;
3,0 - 6,0 Gew.-% Fe;
3,0 - 5,0 Gew.-% Zn;
3,0 - 5,0 Gew.-% Ni;
0,5 - 1,5 Gew.-% Sn;
≤ 0,2 Gew.-% Si;
≤ 0,1 Gew.-% Pb;
und Rest Cu nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.
Beschrieben ist des Weiteren ein Aluminiumbronzeprodukt mit einer solchen Legierungszusammensetzung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Produktes aus einer Aluminiumbronzelegierung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Aluminiumbronzelegierung sowie ein Herstellungsverfahren für eine Aluminiumbronzelegierung. Ferner behandelt die Erfindung ein Produkt aus einer solchen Aluminiumbronze.

[0002] Die Anforderungen an Legierungen für Reibanwendungen, wie sie beispielsweise für Kolbenbuchsen oder Axiallager eines Turboladers vorliegen, sind vielfältig. Eine geeignete Legierung muss einen niedrigen Reibwert aufweisen, um die durch die Reibung bedingte Verlustleistung zu minimieren und die Wärmeentwicklung im Bereich des Reibkontakts zu verringern. Ferner ist zu berücksichtigen, dass sich für typische Anwendungen die Reibpartner in einer Schmiermittelumgebung befinden, wobei grundsätzlich ein gutes Haftungsvermögen des Schmiermittels auf der Legierung gefordert wird. Zusätzlich soll sich beim Kontakt mit dem Schmiermittel unter Reibbelastung eine stabile tribologische Schicht ausbilden, die ebenso wie die unterlagerte Grundmatrix der Legierung eine hohe thermische Stabilität und gute Temperaturleitfähigkeit aufweisen muss. Zusätzlich wird eine breitbandige Ölverträglichkeit verlangt, sodass eine weitgehende Unempfindlichkeit der Legierung und der tribologischen Schichten gegenüber Veränderungen des Schmiermittels resultiert.

[0003] Des Weiteren besteht die Zielsetzung, eine mechanisch hoch belastbare Legierung anzugeben, die eine hinreichend hohe 0,2 %-Dehngrenze aufweist, um plastische Verformungen unter Last gering zu halten. Des Weiteren muss eine hohe Zugfestigkeit und Härte vorliegen, sodass die Legierung abrasiven und adhäsiven Belastungen standhält. Auch die dynamische Belastbarkeit sollte so hoch sein, dass eine gute Zähigkeit gegen stoßende Beanspruchungen gegeben ist. Zusätzlich verlangsamt eine möglichst hohe Bruchzähigkeit die Risswachstumsgeschwindigkeit ausgehend von Mikrodefekten, wobei im Hinblick auf ein Defektwachstum eine Legierung gefordert wird, die möglichst frei von Eigenspannungen ist.

[0004] Geeignete Legierungen für reibbeanspruchte Bauteile sind vielfach Sondermessinge, die neben Kupfer und Zink als Hauptbestandteile eine Zulegierung wenigstens eines der Elemente Nickel, Eisen, Mangan, Aluminium, Silizium, Titan oder Chrom aufweisen. Dabei erfüllen insbesondere Siliziummessinge die voranstehend genannten Anforderungen, wobei CuZn31Si1 eine Standardlegierung für Reibanwendungen, etwa für Kolbenbuchsen, darstellt.

[0005] Ferner ist bekannt, Zinnbronzen, die neben Zinn und Kupfer zusätzlich Nickel, Zink, Eisen und Mangan aufweisen, für Reibanwendung oder auch für Bergbauanwendungen einzusetzen. Eine weitere, für reibbelastete Bauteile interessante Legierungsklasse, bilden Aluminiumbronzen, die neben Kupfer und Aluminium Legierungszusätze aufweisen können, die aus der Gruppe Nickel, Eisen, Mangan, Aluminium, Silizium, Zinn und Zink gewählt sind. Dabei ergibt sich für schneller bewegte reibbelastete Komponenten bei der Verwendung von Aluminiumbronzen der zusätzliche Vorteil einer Gewichtsreduktion aufgrund des leichten Elements Aluminium. In Bezug auf Bauteile als reibbelastete Komponenten aus Messing oder Rotguß sind die aus den vorbekannten Aluminiumbronzen hergestellten Bauteile nur für relativ langsam bewegte Reibkomponenten geeignet.

[0006] Eine Verwendung einer Kupfer-Aluminiumlegierung mit einer Deckschicht aus Aluminiumoxid für die Anwendung als Lagerwerkstoff zur Herstellung eines Gleitlagers ist aus der DE 101 59 949 C1 bekannt. Offenbart wird ein Aluminiumanteil von 0,01 bis 20 % sowie die Verwendung weiterer Wahlelemente aus der Gruppe Eisen, Kobalt, Mangan, Nickel, Silizium, Zinn bis insgesamt maximal 20 % und zusätzlich wahlweise bis 45 % Zink. Weitere breitbandige Legierungszusammensetzungen für Siliziumbronze werden durch US 6,699,337 B2, JP 04221033 A und DE 22 39 467 A sowie JP 10298678 A beschrieben.

[0007] Der Erfindung liegt, ausgehend von dem vorstehend umrissenen Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumbronzelegierung und ein Produkt aus einer Aluminiumbronzelegierung vorzuschlagen, die sich durch verbesserte mechanische Eigenschaften und insbesondere durch eine gute Einstellbarkeit der Materialparameter auf die vorliegende statische und dynamische Belastung auszeichnen. Zusätzlich sollen eine hohe Korrosionsbeständigkeit, eine gute Ölverträglichkeit und eine hohe thermische Stabilität sowie eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht gegeben sein. Des Weiteren sind ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumbronzelegierung und eines Produkts aus einer Aluminiumbronzelegierung anzugeben.

[0008] Die vorstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Aluminiumbronzelegierung mit

7,0 - 10,0 Gew.-% Al;

3,0 - 6,0 Gew.-% Fe;

3,0 - 5,0 Gew.-% Zn;

3,0 - 5,0 Gew.-% Ni;

0,5 - 1,5 Gew.-% Sn;

≤ 0,2 Gew.-% Si;

≤ 0,1 Gew.-% Pb;

und Rest Cu.

[0009] Eine Verbesserung der gewünschten Eigenschaften lässt sich nochmals erreichen, wenn die Aluminiumbronzelegierung folgende Zusammensetzung aufweist:

7,0 - 9,0 Gew.-% , insbesondere 7,0 - 7,8 Gew.-% Al,

4,0 - 5,0 Gew.-% Fe;

3,8 - 4,8 Gew.-% Zn;

3,8 - 4,1 Gew.-% Ni;

0,8 - 1,3 Gew.-% Sn;

≤ 0,2 Gew.-% Si;

≤ 0,1 Gew.-% Pb;

und Rest Cu.

[0010] Bei allen Legierungszusammensetzungen, die im Rahmen dieser Ausführungen beschrieben sind, können unvermeidbare Verunreinigungen je Element von 0,05 Gew.-% enthalten sein, wobei die Gesamtmenge an Verunreinigungen 1,5 Gew.-% nicht überschreiten sollte. Es ist jedoch bevorzugt, die Verunreinigungen möglichst gering zu halten und einen Anteil von 0,02 Gew.-% je Element eine Gesamtmenge von 0,8 Gew.-% nicht zu überschreiten.

[0011] Für eine besonders vorteilhafte Ausführung ist das Verhältnis zwischen Aluminium und Zink bezogen auf die Gewichtsanteile in der Aluminiumbronzelegierung in einem Bereich von 1,4 - 3,0 und besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 2,0 eingestellt.

[0012] Der Bleigehalt der Legierung beträgt vorzugsweise weniger als 0,05 Gew.-%. Die Legierung ist somit bis auf unvermeidbare Verunreinigungen bleifrei.

[0013] Die Legierung ist ebenfalls bis auf unvermeidbare Verunreinigungen manganfrei. Dass diese Legierung die besonderen, nachstehend beschriebenen Eigenschaften aufweist, war auch vor dem Hintergrund überraschend, dass vorbekannte niedrig-zinklegierte Kupferlegierungen regelmäßig Mangan als obligatorisches Legierungselement enthalten, um die gewünschten Festigkeitseigenschaften zu erzielen.

[0014] Wesentlich bei der beanspruchten Legierung ist die Kombination der Legierungselemente Aluminium, Nickel, Zinn und Zink in den beschriebenen Anteilen. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Summe dieser Elemente nicht kleiner als 15 Gew.-% und nicht größer als 17,5 Gew.-% ist.

[0015] Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Aluminiumbronzelegierung führt bei einer an die Legierungsschmelze anschließenden Warmumformung und einem nachfolgenden Abkühlen unter 750°C zu einer Legierungsmatrix mit einer dominanten α-Phase. Im Folgenden wird dieser Zustand als Strangpresszustand bezeichnet. Dabei wird bevorzugt die chemische Zusammensetzung der Aluminiumbronzelegierung so eingestellt, dass im Strangpresszustand der Anteil der β-Phase unter 1 Vol.-% der Legierungsmatrix liegt. Diese Legierung erstarrt aus der Schmelze quasi direkt im α-β-Zweiphasenraum. Dieses führt bei der Warmumformung , bevorzugt ein indirektes Strangpressen, für die α-Phase zu einer dynamischen Rekristallisation gefolgt von einer statischen Rekristallisation, die ein feines Legierungsgefüge entstehen lässt. Für den β-Phasenanteil verläuft der Rekristallisationsvorgang bei der Warmumformung über eine dynamische Erholung gefolgt von einer statischen Rekristallisation. Zusätzlich treten κ_II und/oder κ_IV-Phasen mit Eisen- und/oder Nickelaluminiden auf.

[0016] Dabei wird das im Strangpresszustand vorliegende Gefüge nicht nur durch die Wahl des Aluminiumgehalts geprägt, sondern auch durch die weiteren zulegierten Elemente bestimmt. Für Eisen ist eine kornverfeinernde Wirkung anzunehmen. Zinn wirkt stabilisierend für die β-Phase, bevor der Strangpresszustand mit dem im Wesentlichen durch die α-Phase bestimmten Gefüge nahe dem Grenzbereich zur α-β-Mischphase erreicht wird. Dabei hat sich für den Strangpresszustand und die daraus resultierende Einstellbarkeit der mechanischen Eigenschaften durch nachfolgende Kaltumformungs- und Wärmebehandlungsschritte das gewählte Verhältnis von Aluminium zu Zink als relevant erwiesen.

[0017] Gegenüber einer herkömmlichen, für reibbelastete Bauteile eingesetzte Legierung des Typs CuAl10Ni5Fe4 erweist sich als Vorteil bei der beanspruchten Legierung, dass bei gleicher Temperaturführung einer wärmebeinhaltenen Behandlung oberhalb der Rekristallisationsschwelle nach der Abkühlung diese deutlich geringere β-Phasenanteile aufweist. Daher ist ein aus einer solchen Legierung hergestelltes Produkt deutlich korrosionbeständiger als ein solches aus der vorgenannten vorbekannten Legierung hergestelltes Produkt. Gerade für solche Anwendungen macht sich zudem der relativ hohe Zinkgehalt positiv bemerkbar, da dieses höhere Gleitgeschwindigkeiten erlaubt.

[0018] Untersuchungen haben gezeigt, dass die besonderen Eigenschaften der beanspruchten Aluminiumbronzelegierung nicht mehr gegeben sind, wenn die eng beanspruchten Bereiche in einem oder in mehreren der obligatorischen Elemente unterschritten oder auch überschritten werden. Diesen Untersuchungen zur Folge stellt sich überraschend nur in dem beanspruchten Bereich die vorgeschriebene besondere Legierungsmatrix mit der sehr dominanten α-Phase und einer volumenmäßig nur untergeordnet vorhandenen β-Phase, wenn vorhanden, ein.

[0019] Ferner hat sich gezeigt, dass ausgehend vom Strangpresszustand eine hohe Kaltverfestigung für ein Produkt aus der erfindungsgemäßen Aluminiumbronzelegierung möglich ist, die zu einem wesentlichen Anstieg der 0,2 %-Dehngrenze R_P0,2 und der Zugfestigkeit R_m führt. Durch diese weitgehende Verfestigung bei der Kaltumformung wird die Reserve der Legierung für plastische Verformungen reduziert. Die damit einhergehende Verringerung der Bruchdehnung kann für die erfindungsgemäße Legierung durch ein Endglühen in einem Temperaturbereich von 300 bis etwa 500° C mit einer Temperatureinstellung unterhalb der Lösungsglühtemperatur angehoben werden. Dabei tritt beim Endglühen keine Reduzierung der 0,2 %-Dehngrenze und der Zugfestigkeit ein, stattdessen erfolgt - wider Erwarten - eine weitere Festigkeitssteigerung.

[0020] Für Wärmebehandlungsschritte, die nach dem Erreichen des Strangpresszustands so ausgeführt werden, dass die verwendeten Temperaturen unterhalb der Rekristallisationsschwelle und innerhalb des Löslichkeitsbereichs der α-Phase liegen, folgt keine Veränderung der Phasenzusammensetzung der Matrix des Strangpresszustands. Dennoch besteht für eine Wärmebehandlung in diesem Temperaturbereich eine überraschend breitbandige Einstellbarkeit der mechanischen Parameter, sodass ein hoch belastbares und anpassbares Produkt der erfindungsgemäßen Aluminiumbronzelegierung mit einer 0,2-Dehngrenze R_P0,2 im Bereich von 650 - 1000 MPa, einer Zugfestigkeit R_m im Bereich von 850 - 1050 MPa und einer Bruchdehnung A₅ im Bereich von 2 - 8 % und bevorzugt im Bereich von 4 - 7 % entsteht. Bevorzugt resultiert nach der Warm- und Kaltumformung und dem abschließenden Glühen ein Legierungsendzustand, der zusätzlich ein Streckgrenzverhältnis SV im Bereich von 85 - 95 % und eine Brinellhärte von 250 - 300 HB 2,5/62,5 aufweist.

[0021] Das erfindungsgemäße Produkt der Aluminiumbronzelegierung bildet im Kontakt mit einer großen Bandbreite von Schmierstoffen unter Reibbelastung stabile tribologische Schichten, in die neben Aluminiumoxid Zink in Verbindung mit Schmiermittelkomponenten eingebaut ist und in die eine hinreichende Notlauffähigkeit sicherstellendes Zinn eindiffundiert. Zusätzlich liegen Hartphasenausscheidungen in Form von intermetallischen κ_II und/oder κ_IV-Phasen mit Eisen- und/oder Nickelaluminiden vor, die hoch belastbare Auflagepunkte der Reibschicht in einer duktileren Grundmatrix darstellen.

[0022] Die Aluminide bilden sich bevorzugt an den Korngrenzen der α-Matrix der Legierung, wobei im Legierungsendzustand die mittlere Korngröße der α-Matrix ≤ 50 µm ist. Die intermetallischen κ_II und/oder κ_IV-Phasen nehmen aufgrund der Legierungsumformung eine längliche Gestalt mit einer mittleren Länge von ≤10 µm und einem mittleren Volumen von ≤1,5 µm² an, wobei bei einer Warmumformung durch indirektes Strangpressen eine Ausrichtung in Streckrichtung erfolgt, die durch die nachfolgende Kaltumformung kaum beeinflusst wird. Ferner wird eine zusätzliche Aluminidausscheidung beobachtet, die zu intermetallischen Phasen mit einer rundlichen Form und einer geringen mittleren Größe von ≤ 0,2 µm im Legierungsendzustand nach dem abschließenden Glühen führen.

[0023] Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der voranstehend genannten erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzung aus und verwendet ein Warmumformverfahren, bevorzugt ein indirektes Strangpressen, nach dem Aufschmelzen der Legierungsbestandteile. Die nachfolgende Kaltumformung wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung als Kaltziehen mit einem Umformungsgrad im Bereich von 5 - 30 % ausgeführt.

[0024] Besonders bevorzugt wird eine Legierungszusammensetzung, die zu einem Strangpresszustandführt, der nach einer Abkühlung eine direkte Kaltumformung ohne eine weitere Wärmebehandlung ermöglicht. Damit weist der Legierungsendzustand eines Produkts der Aluminiumbronzelegierung und besonders bevorzugt bereits der Strangpresszustand eine α-Matrix mit einem maximalen β-Phasenanteil von 1 Vol.% auf. Liegt der β-Phasenanteil im Strangpresszustand höher, kann alternativ ein Weichglühen in einem Temperaturbereich von 450 - 550° C zwischen dem Warmumformen und dem Kaltumformen erfolgen.

[0025] Das abschließende Glühen nach dem Kaltumformungsschritt wird bezüglich der Temperatur so gewählt, dass die Legierung unter der Lösungsglühtemperatur in einem Bereich von 300 - etwa 500° C temperiert wird. Bevorzugt wird jedoch eine Ausgestaltung, bei dem dieser Warmbehandlungsschritt nur bis zu einer Temperatur von maximal 400° C durchgeführt wird. Als Folge wird eine 0,2 %-Dehngrenze im Bereich von 650 - 1000 MPa, eine Zugfestigkeit R_m im Bereich von 850 - 1050 MPa und eine Bruchdehnung A₅ im Bereich von 2 - 8 % und bevorzugt im Bereich von 4 - 7 % eingestellt, ohne ein temperaturgeführtes Abkühlen zu verwenden. Dabei beeinflusst das abschließende Glühen vor allem die Bruchdehnung A₅, sodass diese selektiv und breitbandig einstellbar ist. Die 0,2 %-Dehngrenze und die Zugfestigkeit R_m werden ausgehend von einem definierten Strangpresszustand insbesondere durch die Wahl des Umformgrades beim Kaltziehen gewählt.

[0026] Die erfindungsgemäße Legierung eignet sich für zeitlich konstante Reibbelastungen ebenso wie aufgrund seiner besonderen Eigenschaften vor allem auch zur Herstellung eines Bauteils, auf das eine zeitlich variable Reibbelastung wirkt, wie beispielsweise eine Lagerbuchse für ein Lager einer Kolbenwelle, ein Gleitschuh oder ein hoch reibbelastetes Schneckenrad. Eine weitere mögliche Verwendung eines aus der Legierung hergestellten Bauteils stellt ein Axiallager für einen Turbolader dar. Eine zeitlich variable Reibbelastung kann auch zu einer Mangelschmierung führen, wobei der in der Legierung enthaltene Zinn-Gehalt Sorge dafür trägt, dass das einer derartigen Belastung ausgesetzte Bauteil auch den diesbezüglichen Anforderungen genügt.

[0027] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig.1:

eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der erfindungsgemäßen Aluminiumbronzelegierung mit 3000-facher Vergrößerung,

Fig. 2:

eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der erfindungsgemäßen Aluminiumbronzelegierung mit 6000-facher Vergrößerung,

Fig. 3:

eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der erfindungsgemäßen Aluminiumbronzelegierung mit 9000-facher Vergrößerung.

[0028] Für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde die Legierungszusammensetzung erschmolzen und mittels eines vertikalen Stranggießens bei einer Gießtemperatur von 1170°C und einer Gießgeschwindigkeit von 60 mm/min bei einer Presstemperatur von 900°C warmumgeformt.

[0029] Die diesbezügliche Legierung hat folgende Zusammensetzung:

Cu	Zn	Pb	Sn	Fe	Mn	Ni	Al
Rest	4,64	0,01	1,01	4,08	0,03	3,90	7,30

[0030] Die nach dem Abkühlen im Strangpresszustand vorliegende Versuchslegierung wurde mittels rasterelektronenmikroskopischer Aufnahmen und energiedispersen Analysen (EDX) charakterisiert, wobei nach dem Abkühlen der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Werkstoffzustand vorlag. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Aufnahmen mit Sekundärelektronenkontrast bei den Vergrößerungen 3000x und 6000x zeigen eine α-Phase, die die Legierungsmatrix bildet, und Hartphasenausscheidungen in Form von κ_II- und κ_IV-Phasen, die aus Eisen- und Nickelaluminiden bestehen und die sich vor allem an den Korngrenzen ablagern. Des Weiteren dokumentiert die in Figur 3 gezeigte Aufnahme mit einer 9000-fachen Vergrößerung, dass zusätzlich Hartphasenausscheidungen mit einer mittleren Größe von ≤ 0,2 µm vorliegen.

[0031] Für die α-Phase ergaben EDX-Messungen im Mittel eine chemische Zusammensetzung mit 84,2 Gew.-% Cu, 5,0 Gew.-%. Zn, 4,4 Gew.-%. Fe, 3,4 Gew.-%. Ni, 2,8 Gew.-%. Al und 0,1 Gew.-%. Si. Für die untersuchten κ_II-Phasen wurde im Strangpresszustand die mittlere Zusammensetzung 15,2 Gew.-% Cu, 2,4 Gew.-%. Zn, 67,6 Gew.-%. Fe, 9,4 Gew.-%. Ni, 4,7 Gew.-%. Al und 0,7 Gew.-%. Si gefunden. Ferner wurde der Anteil der intermetallischen Phasen mit 7 Vol.-% bestimmt während der β-Phasenanteil im Strangpresszustand unter 1 Vol.-% lag. Messungen der sich nach den nachfolgend dargestellten Kaltumformungs- und Wärmebehandlungsschritten ergebenden Werkstoffzustände ergaben keine Veränderung der Phasenzusammensetzung.

[0032] Zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften, ausgehend von dem im Wesentlichen durch die chemische Zusammensetzung der Aluminiumbronzelegierung bestimmten Strangpresszustand, wurde ein Weichglühen bei 550°C und anschließend eine Kaltumformung in Form eines Streckziehens ausgeführt. Dabei wurden die weichgeglühten Zwischenprodukte in einem Seifenbad mit 50°C für das Kaltziehen vorbereitet. Als Prozessparameter wurden unterschiedliche Querschnittsminderungen (QM) von 8 - 25 % für das Streckziehen gewählt. In einem abschließenden Behandlungsschritt erfolgte ein Endglühen der umgeformten Aluminiumbronzeprodukte bei 380°C für 5 Stunden, wobei sich im Mittel die in Tabelle 1 zusammengefassten mechanischen Eigenschaften für die 0,2 %-Dehngrenze R_P0,2, die Zugfestigkeit R_m, die Bruchdehnung A₅, die Brinell-Härte HB und das Streckgrenzverhältnis ergaben:

Zustand	RP0,2 [MPa]	Rm [MPa]	A5 [%]	HB 2,5/62,5	SV [%]
Strangpresszustand	360	690	26	176	48,8
Kaltumformung 8% QM	700	810	9,6	211	85,7
Kaltumformung 15% QM	840	840	6,1	225	86,9
Kaltumformung 20% QM	850	930	5,5	233	91,2
Kaltumformung 25% QM	830	950	3,9	242	87,0
Endglühen 380°C/5h (nach 8% QM)	830	870	5,9	250	95,1
Endglühen 380°C/5h (nach 15% QM)	810	900	6,5	260	90,3
Endglühen 380°C/5h (nach 20% QM)	850	930	5,5	275	91,2
Endglühen 380°C/5h (nach 25% QM)	940	1000	2,5	291	94,1

[0033] Das Endglühen zur Einstellung des Endlegierungszustands der Aluminiumbronzeprodukte wurde für weitere Messreihen unterhalb der Weich- oder Lösungsglühtemperatur ausgeführt. Für die Versuche wurden bevorzugt Endglühtemperaturen im Bereich von 300 - 400°C gewählt, wobei in Kombination mit einer Variation der Abziehgrade der vorgeschalteten Kaltumformung eine große Bandbreite für die mechanischen Eigenschaften des Endlegierungszustands einstellbar ist, ohne aufwendige Maßnahmen zur temperaturgeführten Abkühlung anzuwenden.

[0034] Die Beschreibung der Erfindung, auch anhand des konkreten Ausführungsbeispiels macht deutlich, dass die besonderen, positiven Eigenschaften der beanspruchten Erfindung vor dem Hintergrund der Offenbarungen im Stand der Technik in dem engen beanspruchten Bereich der an der Legierung beteiligten Elemente nicht zu erwarten war. Es war daher überraschend für den Erfinder festzustellen, dass durch Einstellen der Legierungsparameter in dem beanspruchten Intervall gegenüber den aus vorbekannten Legierungen bekannten Daten derart verbessert sind. Dieses gilt auch im Hinblick auf die überraschend robuste Verarbeitbarkeit dieser Legierung zum Einstellen der gewünschten Festigkeitseigenschaften.

Ansprüche

1. Aluminiumbronzelegierung mit

7,0 - 10,0 Gew.-% Al;

3,0 - 6,0 Gew.-% Fe;

3,0 - 5,0 Gew.-% Zn;

3,0 - 5,0 Gew.-% Ni;

0,5 - 1,5 Gew.-% Sn;

≤ 0,2 Gew.-% Si;

≤ 0,1 Gew.-% Pb;

und Rest Cu nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.

2. Aluminiumbronzelegierung nach Anspruch 1 mit 7,0 - 7,8 Gew.-% Al;

4,0 - 5,0 Gew.-% Fe;

3,8 - 4,8 Gew.-% Zn;

3,8 - 4,1 Gew.-% Ni;

0,8 - 1,3 Gew.-% Sn;

≤ 0,2 Gew.-% Si;

≤ 0,1 Gew.-% Pb;

und Rest Cu nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.

3. Aluminiumbronzelegierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen Aluminium und Zink bezogen auf die Gewichtsanteile in der Aluminiumbronzelegierung in einem Bereich von 1,4 - 3,0 und besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 2,0 liegt.

4. Aluminiumbronzeprodukt mit einer Legierungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Produkt durch ein einer Kaltumformung nachfolgendem zu einem Legierungsendzustand führenden Endglühen unterhalb der Lösungsglühtemperatur in einem Temperaturbereich von 300-500°C derart eingestellt wird, dass die 0,2 %-Dehngrenze R_P0,2 im Bereich von 650 - 1000 MPa, die Zugfestigkeit R_m im Bereich von 850 - 1050 MPa und die Bruchdehnung A₅ im Bereich von 2 - 8 % und bevorzugt im Bereich von 4 - 7 % liegen.

5. Aluminiumbronzeprodukt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Legierungsendzustand das Streckgrenzverhältnis SV im Bereich von 85 - 97% liegt.

6. Aluminiumbronzeprodukt nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Legierungsendzustand die Härte im Bereich von 250 - 300 HB 2,5/62,5 liegt.

7. Aluminiumbronzeprodukt nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Legierungsendzustand eine α-Matrix mit einem maximalen β-Phasenanteil von 1 Vol.-% vorliegt.

8. Aluminiumbronzeprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Legierungsendzustand die mittlere Korngröße der α-Matrix ≤ 50 µm ist.

9. Aluminiumbronzeprodukt nach einem der Ansprüche 4 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Legierungsendzustand intermetallische κ_II und/oder κ_IV-Phasen mit Eisen- und/oder Nickelaluminiden vorliegen.

10. Aluminiumbronzeprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Legierungsendzustand die intermetallischen κ_II und/oder κ_IV-Phasen eine längliche Form mit einer mittleren Länge von ≤10 µm und einem mittleren Volumen von ≤ 1,5 µm² aufweisen.

11. Aluminiumbronzeprodukt nach einem der Ansprüche 4 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Legierungsendzustand eine zusätzliche Aluminidausscheidung mit einer rundlichen Form und mit einer mittleren Größe von ≤ 0,2 µm vorliegt.

12. Aluminiumbronzeprodukt nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt ein auf eine zeitlich variable Reibbelastung ausgelegtes Bauteil ist, insbesondere eine Lagerbuchse, ein Gleitschuh, ein Schneckenrad oder ein Axiallager für einen Turbolader.

13. Verfahren zum Herstellen eines Produktes aus einer Aluminiumbronze mit den Verfahrensschritten:

- Herstellen eines Gussrohlings aus einer Schmelze mit den Legierungsbestandteilen
7,0 - 10,0 Gew.-% Al;
3,0 - 6,0 Gew.-% Fe;
3,0 - 5,0 Gew.-% Zn;
3,0 - 5,0 Gew.-% Ni;
≤ 0,2 % Gew.-% Si;
≤ 0,1 % Gew.-% Pb;
und Rest Cu nebst unvermeidbaren Verunreinigungen;

- Warmumformen des Gussrohlings zu einem Zwischenprodukt; Kaltumformen des Zwischenprodukts und

- Endglühen des Produktes unterhalb der Lösungsglühtemperatur in einem Temperaturbereich von 300 - 500°C, wobei nach dem abschließenden Glühen die 0,2 %-Dehngrenze R_P0,2 im Bereich von 650 - 1000 MPa, die Zugfestigkeit R_m im Bereich von 850-1050 MPa und die Bruchdehnung A₅ im Bereich von 2 - 8 % und bevorzugt im Bereich von 4 - 7% liegen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze zur Herstellung des Gussrohlings folgende Zusammensetzung aufweist:

7,0 - 7,8 Gew.-% Al;

4,0 - 5,0 Gew.-% Fe;

3,8 - 4,8 Gew.-% Zn;

3,8 - 4,1 Gew.-% Ni;

0,8 - 1,3 Gew.-% Sn;

≤ 0,2 % Gew.-% Si;

≤ 0,1 % Gew.-% Pb;

und Rest Cu nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmumformen als indirektes Strangpressen ausgeführt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltumformen als Kaltziehen mit einem Umformgrad von 5 - 30% ausgeführt wird.

Zeichnung