DE2016836A1

DE2016836A1 - Copper nickel zinc alloys with improved hot workability

Info

Publication number: DE2016836A1
Application number: DE19702016836
Authority: DE
Inventors: Brian John Birmingham; Ward David Marshall Harmsworth Wood ; Birmingham; Helliwell (Großbritannien). M
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1970-04-09
Filing date: 1970-04-09
Publication date: 1971-11-04

Abstract

The alloys are particularly useful for spectacle frame hinges and contain 8 to 18% pref. 13 to 15% Ni, 0.5-2.5% Pb, 3 to 10% pref. 4-9% Mn and Zn in an amount such that Zn + Mn (1.35-0.07 Mn)-0.3 Ni is from 38.6 to 40.6, balance Cu. A typical alloy has a composition of 14% Ni, 1.5% Pb, 4% Mn, 40% Zn and balance Cu.

Description

t'Zink-Nickel-Kupfer-Legierung" Es ist bekannt, daß ein Nickelzusatz zu Messing, dehx zu Kupfer-Zink-Legierungen, eine weißliche Farbe und größere Härte sowie bessere Korrosionsbeständigkeit ergibt. Solche Legierungen sind als Nickelsilber bekannt. Andererseits ergeben sich wegen des Schrumpfens und der Aufnahme von Gasen Schwierigkeiten beim Gießen. Es ist auch bekannt, dem Nickel-Silber Blei zuzulegieren, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern, wie beispielsweise im Falle einer bekannten Legierung für Scharniere von Brillengestellen mit 15% Nickel, 21,5% Zink und 1,5% Blei, Rest Kupfer. t'Zink-Nickel-Copper Alloy "It is known that a nickel additive to brass, dehx to copper-zinc alloys, a whitish color and greater hardness as well as better corrosion resistance. Such alloys are called nickel silver known. On the other hand, it arises because of the shrinkage and the absorption of gases Difficulty pouring. It is also known to add lead to nickel-silver, to improve workability, such as in the case of a known one Alloy for hinges of glasses frames with 15% nickel, 21.5% zinc and 1.5% Lead, the rest copper.

Bei dieser Legierung handelt es sich um ein Alpha-Nickel-Silber, das bei gutem Aussehen und guter Kaltverformbarkeit nur schwer warmverformt werden kann. Demzufolge findet die Formgebung im kalten Zustand statt und ist von zahlreichen Glühungen begleitet, die zu Brandrissen führen können und Schwierigkeiten beim Herstellen kleiner Teile aus dieser Legierung ergeben.This alloy is an alpha nickel silver that with good appearance and good cold formability can only be thermoformed with difficulty. Accordingly, the shaping takes place in the cold state and there are many Accompanied annealing, which can lead to fire cracks and difficulties in manufacturing small parts result from this alloy.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, die Warmverformbarkeit der Nickel-Silber-Legierungen mit etwa 40% Zink zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Zulegieren von Mangan gelöst.The object underlying the invention is now that To improve the hot formability of nickel-silver alloys with about 40% zinc. According to the invention, this object is achieved by adding manganese to the alloy.

Im einzelnen besteht die Erfindung in einer Legierung aus 3 bis 10% Mangan, 8 bis 18%, vorzugsweise 13 bis 15% Nickel, 0,5 bis 2,5 Blei und Zink, wobei der ZMN-Wert t(%Zn)+(%Mn)(1.35 - 0.07(min)) - 0.3(%Ni) 7 = 38.6 bis 40.6 beträgt und der Legierungsrest aus Kupfer einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen besteht, Bei Raumtemperatur besteht das Gefüge der erfindungsgemäßen Legierung im wesentlichen aus 25 bis 75% der Beta-Phase, Rest Alpha-Phase.In particular, the invention consists of an alloy 3 up to 10% manganese, 8 to 18%, preferably 13 to 15% nickel, 0.5 to 2.5% lead and Zinc, where the ZMN value t (% Zn) + (% Mn) (1.35 - 0.07 (min)) - 0.3 (% Ni) 7 = 38.6 to 40.6 and the remaining alloy of copper including melting-related Contaminants, the structure of the invention exists at room temperature Alloy consisting essentially of 25 to 75% of the beta phase, the remainder being alpha phase.

Die erfindungsgemäße Legierung eignet sich insbesondere als Werkstoff für Gelenke bzw. Scharniere von Brillengestellen, die bislang aus einer Legierung mit wesentlich geringem Zinkgehalt hergestellt wurden. Zwar ist es bekannt, daß sich mit steigendem Zinkgehalt auch der Anteil an Beta-Phase im Gefüge erhöht und damit die Warmverformbarkeit verbessert wird. Die damit aber verbundene Verschlechterung der Kaltverformbarkeit wird durch den Zusatz von Mangan aufgefangen, das bei gegebenem Anteil der Beta-Phase zu einer Verbesserung der Kaltverformbarkeit führt. The alloy according to the invention is particularly suitable as a material for joints or hinges of spectacle frames that were previously made of an alloy with a significantly low zinc content. It is known that the proportion of beta phase in the structure increases with increasing zinc content and so that the hot deformability is improved. The associated deterioration the cold deformability is compensated by the addition of manganese, which is given Proportion of the beta phase leads to an improvement in the cold deformability.

Das Blei wirkt in der erfindungsgemäßen Legierung in bekannter Weise in Richtung auf eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit. The lead acts in the alloy according to the invention in a known manner towards improving the machinability.

Der Mangangehalt beträgt vorzugsweise 4 bis 9% und der Bleigehalt 1 bis 2%. Besonders geeignet ist eine Legierung mit 40% Zink, 4% Mangan, 14% Nickel und 1,5% Blei, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Kupfer. Da die Kosten einer Legierung häufig eine wichtige Rolle spielen, besteht häufig der Wunsch nach einer Legierung mit geringerem Nickelgehalt, weswegen die erfindungsgemäße Legierung auch aus 8% Mangan, 10% Nickel, 1,5% Blei und 36,5 Zink, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Kupfer bestehen kann. The manganese content is preferably 4 to 9% and the lead content 1 to 2%. An alloy with 40% zinc, 4% manganese, 14% nickel is particularly suitable and 1.5% lead, the remainder including smelting-related impurities copper. Since the cost of an alloy often plays an important role, there is often the desire for an alloy with a lower nickel content, which is why the invention Alloy also made of 8% manganese, 10% nickel, 1.5% lead and 36.5% zinc, the rest inclusive Impurities caused by the melting process can consist of copper.

Die Verformbarkeit läßt sich qualitativ durch Warmstrangpressen von Legierungen unter gleichbleibenden Bedingungen und Begutachtung des Preßlings beurteilen. Die Warmverformbarkeit kann darüber hinaus durch Verdrehen einer Probe bis zum Bruch in einem Plastometer bei 750 0C numerisch bestimmt werden, wobei die Anzahl der Drehungen bis zum Bruch gezählt wird. Die Kaltverformbärkeit kann schließlich durch den Prozentsatz der möglichen Flächenreduktion beim Kaltwalzen bis zum merklichen Auftreten von Kantenrissen und durch Begutachten des Aussehens des Walzproduktes bestimmt werden. Die bei solchen Versuchen an vier erfindungsgemäßen Legierungen 1 bis 4 und fünf herkömmlichen Vergleichslegierungen A bis E ermittelten Daten sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt. In einigen Fällen wurden die Eigenschaften nicht näher bestimmt. Tabelle: Warmeverformbarkeit Kaltverformbarkeit Legie- Zn Mn Ni Pb Cu ZMN- Aussehen Drehun- Querschnitts- Aussehen rung (%) (%) (%) (%) (%) Wert gen abnahme (%) 1 40.3 4.1 14.0 1.53 Rest 40.5 - 25 27 - 2 40.4 3.8 14.2 1.45 Rest 40.2 ausgezeichnet - - ausgezeichnet 3 38.6 4.0 14.0 1.60 Rest 38.7 - 8.5 45 - 4 37.1 5.4 10.8 1.8 Rest 39.1 ausgezeichnet 15 64 ausgezeichnet A 43.4 3.0 13.7 1.47 Rest 42.7 - 24 5 - B 36.3 7.2 14.1 1.53 Rest 38.2 - 5 55 - C 42.9 <0.1 13.3 1.44 Rest 38.9 - 6 30 - D 36.2 7.1 14.3 1.9 Rest 38.0 schlecht - - E 36.2 5.4 10.8 1.55 Rest 38.2 schlecht 6 74 ausgezeichnet Aus den vorstehenden Daten ergibt sich, daß die Legierungen 1 und 2 mit bevorzugter Zusammensetzung eine ausgezeichnete Kombination von Warm- und Kaltverformbarkeit besitzen. Bei der Legierung 3 erreichte der ZMN-Wert die untere Grenze, weswegen die Warmverformbarkeit nicht so gut war, Ein Vergleich dieser Legierung mit der Legierung C, die einen ähnlichen ZMN-Wert besitzt, jedoch kein Mangan enthielt, zeigt die verbessernde Wirkung des Mangans auf die Kaltverformbarkeit.The deformability can be assessed qualitatively by hot extrusion of alloys under constant conditions and by examining the compact. The hot deformability can also be determined numerically by twisting a sample until it breaks in a plastometer at 750 ° C., the number of rotations until break being counted. The cold deformability can finally be determined by the percentage of the possible area reduction during cold rolling up to the noticeable occurrence of edge cracks and by examining the appearance of the rolled product. The data determined in such tests on four inventive alloys 1 to 4 and five conventional comparison alloys A to E are compiled in the table below. In some cases the properties have not been specified. Tabel: Hot formability Cold formability Alloy Zn Mn Ni Pb Cu ZMN- appearance twist- cross-sectional appearance tion (%) (%) (%) (%) (%) Value decrease (%) 1 40.3 4.1 14.0 1.53 remainder 40.5 - 25 27 - 2 40.4 3.8 14.2 1.45 Remaining 40.2 excellent - - excellent 3 38.6 4.0 14.0 1.60 remainder 38.7 - 8.5 45 - 4 37.1 5.4 10.8 1.8 Remaining 39.1 excellent 15 64 excellent A 43.4 3.0 13.7 1.47 remainder 42.7 - 24 5 - B 36.3 7.2 14.1 1.53 remainder 38.2 - 5 55 - C 42.9 <0.1 13.3 1.44 remainder 38.9 - 6 30 - D 36.2 7.1 14.3 1.9 rest 38.0 bad - - E 36.2 5.4 10.8 1.55 remainder 38.2 poor 6 74 excellent From the above data it can be seen that alloys 1 and 2 with preferred composition have an excellent combination of hot and cold formability. In alloy 3, the ZMN value reached the lower limit, which is why the hot workability was not so good. A comparison of this alloy with alloy C, which has a similar ZMN value but did not contain manganese, shows the improving effect of manganese the cold deformability.

Die Bedeutung des ZMN-Wertes zeigt sich bei einem Vergleich der Legierungen 4 und E, von denen die erstere mit einem ZMN-Wert von 39,1 eine weitaus verbesserte Warmverformbarkeit besaß als die letztere mit einem ZMN-Wert von 3822.The importance of the ZMN value can be seen in a comparison of the alloys 4 and E, of which the former is a much improved one with a ZMN value of 39.1 Possessed hot formability than the latter with a ZMN of 3822.

Die Begutachtung des Aussehens veranschaulicht ein Versuch, bei dem eine andere Legierung der bevorzugten Zusammensetzung mit 40,4% Zink, 3,8% Mangan, 14,2% Nickel und 1,4596 Blei, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Kupfer und einem ZMN-Wert von 40,2 zu einem 4,5 kg-Block vergossen wurde. Der Block wurde spanabhebend auf eine Länge von 102 mm und einen Durchmesser von 8s2 mm gebracht und alsdann bei einem Strangpreßverhältnis von 128 : 1 und einer Temperatur von 7700C bis auf einen Durchmesser von 4,8 mm ausgepreßt. An diesem Preßversuch erwies sich die ausgezeichnete Warmverformbarkeit der erfindungsgemäßen Legierung. Der Strangpreßling konnte nach einem Glühen mit 55%iger Querschnittsreduktion zu Draht gezogen werden, woran sich die ausgezeichnete Kaltverformbarkeit der erfindungsgemäßen Legierung zeigt.The appraisal of the appearance illustrates an attempt in which another alloy of the preferred composition with 40.4% zinc, 3.8% manganese, 14.2% nickel and 1.4596 lead, the remainder including impurities from the smelting process Copper and a ZMN value of 40.2 was cast into a 4.5 kg block. The block was cut to a length of 102 mm and a diameter of 8s2 mm and then at an extrusion ratio of 128: 1 and a temperature of 7700C pressed to a diameter of 4.8 mm. Proved on this pressing test the excellent hot formability of the alloy according to the invention. Of the After annealing, the extrusion could be made into wire with a 55% reduction in cross-section drawn, what the excellent cold formability of the invention Alloy shows.

Zu Vergleichszwecken wurde eine Legierung mit 36,2% Zink, 7,1% Mengen, 14,3% Nickel und 1,9% Blei» Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Kupfer unter denselben Bedingungen zu einem Block vergossen und anschließend spanabhebend bearbeitee sowie.--hließlich bei 7700C und einem Strangpreßverhältnis von nur 72 : 1 bis auf einen Durchmesser von 6,4 mm stranggepreßt. Trotz des geringeren Strangpreßverhältnisses war der Strangpreßling mit einem ZMN-Wert von nur 38,0 schadhaft.For comparison purposes, an alloy with 36.2% zinc, 7.1% amounts, 14.3% nickel and 1.9% lead »remainder including impurities from the smelting process Copper cast into a block under the same conditions and then machined editee as well as - finally at 7700C and an extrusion ratio from only 72: 1 extruded to a diameter of 6.4 mm. Despite the lesser According to the extrusion ratio, the extrusion was defective with a ZMN value of only 38.0.

Claims

Patent claims:

1. Zinc-nickel-copper alloy consisting of 3 to 10% manganese, 8 up to 18% nickel, 0.5 to 2.5% lead and zinc, where t (% Zn) + (% Mn) (1.35 - 0.07 (% Mn)) - 0.3 (% ni)] = 38.6 to 4006, the remainder including melting-related Impurities copper.

2. Alloy according to claim 1, the nickel content of which, however, is 13 to 15% amounts to.

3. Alloy according to claim 1 or 2, but whose manganese content is 4 to 9% and their lead content is 1 to 2%.

4. Alloy according to claim 3, consisting of 4% manganese, 14% nickel, 1.5% lead and 40% zinc, the remainder including impurities caused by the melting process Copper.

5. Alloy according to claim 1, but consisting of 8% manganese, 10% nickel, 1.5% lead and 36.5% zinc, the remainder including impurities caused by the smelting Copper is made.

6. Use of an alloy according to claims 1 to 5 as a material for objects that are tight, such as hinges from Brill, a good warm and Must have cold formability.