Prakt. Met. Sonderband 41 (2009) 211
Die Delta-Phase in den Gefügen von Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-
Zink-Legierungen
G. Benkißer, Rostock, M. Pohl, Ruhr-Universität, Bochum, L. Tikana, Deutsches Kupferinstitut, Düsseldorf
1 Einleitung
Die betrachteten Kupferlegierungen wendet man zur Herstellung von solchen Bauteilen im
Maschinen- und Anlagenbau an, die im praktischen Betrieb neben mechanischen Belastungen auch
erhöhten Grenzflächenbeanspruchungen durch Korrosion und Verschleiß unterworfen sind [1,2].
Der vorliegende Bericht befasst sich mit:
Der Darstellung der Effekte der chemischen Zusammensetzung und der technologischen
Herstellung/Behandlung auf die Gefüge dieser Werkstoffe unter besonderer
Berücksichtigung der S-Phase.
Der Darstellung der Effekte der ö-Phase auf ausgewählte Eigenschaften dieser Werkstoffe.
2 Gefüge von Kupfer-Zinn-Legierungen
Im Bild 1 ist das Zustandsschaubild Kupfer-Zinn gezeigt. Entsprechend diesem Phasendiagramm
sollten sich die Gefüge der praktisch genutzten Kupfer-Zinn-Legierungen (Sn < 20%) nach
langsamer Abkühlung auf 20°C aus den Phasen o und & aufbauen. Die a-Phase ist der kubisch-
flächenzentrierte Mischkristall des Kupfers mit Zinn. Die e-Phase ist eine hexagonal
kristallisierende, intermetallische Verbindung, die sich erst unterhalb von 350°C bildet. Wegen der
bei diesen niedrigen Temperaturen erheblich eingeschränkten Diffusion der Atome findet die
Bildung der ¢-Phase unter praktisch üblichen Abkühlbedingungen nicht statt. Wie man aus den
realen Umwandlungsdiagrammen (Bild 2) entnimmt, bestehen die Gefüge der Kupfer-Zinn-
Legierungen bei 20°C entweder nur aus a-Mischkristallen oder aus a-Mischkristallen und 8-Phase.
Die 8-Phase, die eine komplizierte kubische Kristallstruktur hat, entsteht im Ergebnis der
eutektoiden Umwandlung der Hochtemperaturphase y bei 520°C: Yy— a+.
Zahlreiche Kupfer-Zinn-Legierungen enthalten Blei. Dieses Legierungselement ist in Bild 1 und in
Bild 2 nicht berücksichtigt, weil es praktisch unlöslich ist. Das Blei liegt in den Gefügen in Form
von Bleiteilchen vor.
Wie aus Bild 2 hervorgeht, ist die Lage der Phasengrenzlinie zwischen dem homogenen a-Bereich
und dem (a + 8)-Bereich von der Herstellung/Behandlung der Legierungen abhängig. Beim
Kokillenguss erfolgt eine relativ schnelle Abkühlung der Legierung und der homogene a-Bereich
wird eingeengt (Sn < 5%). Beim Sandguss geschieht die Abkühlung der Legierung langsamer und
der Existenzbereich der o-Phase erweitert sich etwas (Sn < 7%). Die Wirmebehandlungen
gegossener Legierungen (Bild 2, Diagramme Geglitht und Langzeitgegliiht) bewirken eine
