(57)【要約】  耐摩耗真鍮合金とこれから製造されるシンクロナイジング・リング（１０）が提供される。真鍮合金は、５５〜６８重量％の銅、０〜６重量％のアルミニウム、２〜１４重量％のマンガン、０．５〜３重量％のリン、０〜１重量％の鉛、不可避的に混入する不純物、及び残部の亜鉛を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
５５〜６８重量％の銅、０〜６重量％のアルミニウム、２〜１４重量％のマンガン、０．５〜３重量％のリン、０〜１重量％の鉛、不可避的に混入する不純物、及び残部の亜鉛を備えた、真鍮合金。
【請求項２】
３〜６重量％のアルミニウム、８〜１４重量％のマンガン、及び１．５〜３重量％のリンを含む、請求項１に記載の真鍮合金。
【請求項３】
５９〜６４重量％の銅、３〜４重量％のアルミニウム、９〜１１重量％のマンガン、及び１．９〜２．５重量％リンを含む、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の真鍮合金。
【請求項４】
組織的構成において、β相の比率は４０〜５０％に達する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真鍮合金。
【請求項５】
断面において、組織的構成の金属間化合物相の面積比率は１１〜１７％に達する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の真鍮合金。
【請求項６】
組織的構成の金属間化合物相は、主に細長く延びた形を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の真鍮合金。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の真鍮合金から成るシンクロナイジング・リング（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗真鍮合金とこれから製造されるシンクロナイジング・リングとに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車工業技術における連結器、ブレーキ又は変速機については、金属摩擦パートナが使用される場合が多い。機械的変速機においては、特に、ギアチェンジの際に、伝動軸と選択された歯車との互いに異なる速度を同期する金属製シンクロナイジング・リングが使用される。特に、高いエンジン出力を有する自動車の変速機においては、シンクロナイジング・リングは、より大きな摩擦荷重のため増大した摩耗を受ける。シンクロナイジング・リングは、高い変速力が用いられる自動車用変速機に適用される。シンクロナイジング・リングは真鍮合金から製造されることが好ましい。
【０００３】
シンクロナイジング・リング用の耐摩耗真鍮合金は、例えば、独国特許第37 35 783C1号明細書から周知である。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、特にシンクロナイジング・リングに適する耐摩耗真鍮合金を提供することを目的とする。本発明はさらに、耐摩耗性シンクロナイジング・リングを提供することを目的とする。
【０００５】
第一に述べた目的は、本発明により、５５〜６８重量％の銅、０〜６重量％のアルミニウム、２〜１４重量％のマンガン、０．５〜３重量％のリン、０〜１重量％の鉛、不可避的に混入する不純物、及び残部の亜鉛を備えた、真鍮合金を用いて達成される。
【０００６】
包括的な研究により、特定されたマンガンとリンの比率を有する真鍮合金は、高い耐摩耗性を有し且つ粘性が鋳造作業に適切であるため、大きな工業的スケールでも製造できるという結果が得られた。特定された成分比率を有する真鍮合金の硬度値は、（独国工業規格          
欧州規格 イソ６５０６により測定された）１６８−２２９ＨＢの範囲内で変化する。
【０００７】
達成される硬度値と耐摩耗性により、本発明による真鍮合金は変速機のシンクロナイジング・リングとしてより高い荷重に耐えるに適している。シンクロナイジング・リングに使用される従来技術による比較可能な真鍮合金は、同様な硬度値と共に４００−６００km/gの耐摩耗性を有する。
【０００８】
さらに、特定された真鍮合金が、変速機内で使用される場合が多い高添加剤含有トランスミッションオイルの中でさえ増大した圧力用の高い耐摩耗性を有することが分ったことは驚くべきことである。正確に言うと、トランスミッションオイルに含有される添加剤は、シンクロナイジング・リングに使用される真鍮合金の耐摩耗性に影響を及ぼす可能性がある。
【０００９】
シンクロナイジング・リングは、特定された真鍮合金から、鋳造、押し出しと鍛造それと妥当な場合、再焼鈍による周知の方法で製造できる。
【００１０】
鉛を１重量％の比率まで悪影響無しに含有又は混合して、切削加工性を改良できる。この点においては、リサイクル品からの真鍮が、真鍮合金を製造するため使用できる。これらは一般に一定比率の鉛を含有する。
【００１１】
粘性の高い融液の発生は、真鍮合金の鋳造を妨害する。スラグ形成の増大も、これがその除去のため高い出費を要するので回避されるべきである。融液の粘性とスラグの形成は、アルミニウムが真鍮合金に加えられる又はアルミニウムが低比率のリンを含有する場合に低減できることが分った。この場合に、より高い比率のリンは、より高い含有量のアルミニウムを用いて補正できる。優れた鋳造性と共に高い耐摩耗性のために、真鍮合金は、３〜６重量％のアルミニウム、８〜１４重量％のマンガン及び１．５〜３重量％のリンを含むことが有利である。
【００１２】
耐摩耗性と大規模生産とに関するさらなる有利な改良では、真鍮合金は、５９〜６４重量％の銅、３〜４重量％のアルミニウム、９〜１１重量％のマンガン、及び１．９〜２．５重量％のリンを含むことが有利である。
【００１３】
さらに、真鍮合金の耐摩耗性と硬度は、銅/亜鉛混合体のβ相の比率が組織的構成において４０〜５０％に達する場合に有利であることが分った。β相では、銅と亜鉛の原子は、体心立方格子の格子位置上でCsCl型構造のように分配される。
【００１４】
さらに、真鍮合金の断面において、金属間化合物相の組織的構成の面積比率が１１〜１７％に達する場合に、所望する特性に関して有利であるということが明らかになった。例えば、リン酸マンガンなど金属間化合物相は、この場合は銅/亜鉛合金の母材に埋め込まれている。
【００１５】
詳細には、真鍮合金は前記組織的構成の金属間化合物相が、主に細長く延びた形を有する場合に有利な耐摩耗性を示す。
【００１６】
シンクロナイジング・リングに関して第二に述べた目的は、本発明によって、５５〜６８重量％の銅、０〜６重量％のアルミニウム、２〜１４重量％のマンガン、０．５〜３重量％のリン、０〜１重量％の鉛、不可避的に混入する不純物、及び残部の亜鉛を備えた、真鍮合金から成るシンクロナイジング・リングによって達成される。前述したように、シンクロナイジング・リングは、真鍮合金から鋳造、押し出し、鍛造及び妥当な場合、再焼鈍により製造される
【００１７】
本発明の代表的な実施形態は、以下の事例と図面とを用いて詳述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
異なる組成から成る全部で４つの試験用合金が、特定された真鍮合金の代表的な実施形態として作製された。
【００１９】
この場合に、実際の測定結果については、シンクロナイジング・リングの製造がシミュレーションされた。従って、最初に、所望する比率を有する組成の個々の合金が溶融され、また得られた溶融金属は、１０２０〜１０６０℃の温度で３５mmの直径を有する砂型に鋳込まれた。鋳物は続いて直径２４mmまで旋盤加工された。さらなる段階では、旋盤加工された鋳物の直径２４mmから直径１２mmまでの７００℃〜７５０℃の温度での熱間成形により押し出しがシミュレーションされた。さらに、前処理された鋳物から作製された高さ２cmのシリンダを高さ１cmまで約７５０℃の温度で据え込むことにより、シンクロナイジング・リングの鍛造がシミュレーションされた。最後に、据え込まれたシリンダは、２７５℃の温度で５時間焼鈍された。
【００２０】
こうして作製された４つの試験用合金の組成は、以下の表１から明らかである。この場合、個々の合金組成の比率は、ケース毎に重量％により示されている。
【表１】
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【００２１】
独国工業規格 欧州規格 イソ６５０６によりケース毎に測定された試験用合金の硬度は、表２から得られる。
【表２】
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【００２２】
特定された真鍮合金が高荷重状態で変速機のシンクロナイジング・リングとしての用途に適することは、測定された硬度値から明らかである。その硬度値は、シンクロナイジング・リングに既に使用された比較可能な真鍮合金の硬度値に相当する。
【００２３】
実施例１：
最初の試験では、試験用合金の耐摩耗性が、同時に使用される二つのトランスミッションオイルを用いて調査された。使用されたトランスミッションオイルは、ＡＰＩ（アメリカ石油協会）分類ＧＬ４（オイル１）の粘性等級ＳＡＥ７５の合成オイルと、ＡＰＩ分類ＧＬ４（オイル２）の粘性等級ＳＡＥ７５Ｗ８５の合成オイルであった。ＡＰＩにより分類されたトランスミッションオイルでは、ＧＬ等級は用途の範囲を示す。等級ＧＬ４とＧＬ５とのトランスミッションオイルは、例えば、自動車用として一般に用いられる。表示ＳＡＥｘｘ−Ｗｙｙは、トランスミッションオイルの粘性等級の特性を表現している。
【００２４】
試験用合金の耐摩耗性は、１．６ｍ/秒の摺動速度と５２N/mm２の荷重とにより合計２５００ｍの距離を摺動した後にReichertウェアバランス内でケース毎にkm/gで測定された。この場合、２．７mmの直径を有する個々の試験用合金から成る真鍮製ピンが、指定された荷重で連続して鋼製リング上に押圧される。各々のトランスミッションオイルが、鋼製リングに塗布された。測定は、９０℃のオイル温度でケース毎に実施された。
【００２５】
使用される比較の合金は、独国特許第37 35 783Ｃ１号明細書から引用できる、５５重量％の銅、６．８重量％のニッケル、３．７重量％のアルミニウム、２．３重量％のシリコン、０．８重量％の鉄、残部の亜鉛とさらに不可避的に混入する不純物の組成から成る周知の耐摩耗真鍮合金である。比較の合金の耐摩耗性は試験用合金の方法と同一の方法で測定された。表３は、個々の試験用合金の測定された耐摩耗性の値を、比較の合金の測定された耐摩耗性の値の百分率として示している。
【表３】
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【００２６】
トランスミッションオイルによる測定において、試験用合金が、周知の耐摩耗性の比較合金と比べて著しく耐摩耗性を増大すると分ったことは驚くべきことである。この有利な特性は、説明された真鍮合金の特定された特徴により確実にされる。
【００２７】
実施例２：
さらなる試験では、実施例１に示したように、さらなるトランスミッションオイルについての試験用合金３の耐摩耗性が調査される。実施例１に述べられた比較の合金の耐摩耗性も、これらのトランスミッションオイルを用いて測定される。
【００２８】
トランスミッションオイルは以下の特性を有する。
オイル３：
ＳＡＥ７５Ｗ−８０、鉱物オイル；ＡＰＩＧＬ４
オイル４：
ＳＡＥ８０Ｗ−９０、鉱物オイル；ＡＰＩＧＬ３
オイル５：
ＳＡＥ７５Ｗ；合成オイル、ＡＰＩＧＬ４
オイル６：
ＳＡＥ７５Ｗ、一部合成オイル、ＡＰＩＧＬ４
オイル７：
オートマチックトランスミッション液又はオートマチックオイル
【００２９】
図１は、様々なオイルを用いるケース毎に、測定された試験用合金３の耐摩耗性を別に測定された比較の合金の耐摩耗性に対して百分率で図示している。この場合、耐摩耗性の百分率は、Ｙ軸に沿ってプロットされている。様々なオイルは、Ｘ軸に沿って分類される。比較の合金の測定された耐摩耗性は、１００％の線により特定される。調査された全てのトランスミッションオイルにおいて、試験用合金３は、比較の合金と比べて著しく増大した耐摩耗性を有することが明白に分る。特定された真鍮合金は従って、現実には上り坂など、特に高荷重が加わる変速機のシンクロナイジング・リング用に使用できる。
【００３０】
図２は、特定された真鍮合金から鍛造により製造されるシンクロナイジング・リング１０を示している。シンクロナイジング・リング１０の外周１１に、選択された歯車と変速機の伝動軸との間の同期作動の際に摺動スリーブに作動的に連結される歯１２が取り付けられている。シンクロナイジング・リング１０の内周１３に、変速操作の際に選択された歯車の円錐形架台面と接触状態になる円錐形摩擦面１４が配置される。摩擦パートナ同士が摩擦すると、その結果としてそれらの互いに対する相対的速度は低減されて、最終的に同期が起きる。同期が起きた後に、摺動スリーブはシンクロナイジング・リング１０の歯１２を通して摺動でき、その結果駆動軸と変速機の出力軸との間は確実に連結される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、様々なトランスミッションオイル中の代表的な真鍮合金の耐摩耗性のグラフを示す図である。
【図２】図２は、変速機用のシンクロナイジング・リングを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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