DE1533246B1 - Hochkriechfeste bleilegierungen - Google Patents

Hochkriechfeste bleilegierungen

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DE1533246B1
DE1533246B1 DE19661533246 DE1533246A DE1533246B1 DE 1533246 B1 DE1533246 B1 DE 1533246B1 DE 19661533246 DE19661533246 DE 19661533246 DE 1533246 A DE1533246 A DE 1533246A DE 1533246 B1 DE1533246 B1 DE 1533246B1
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    • C22C11/00Alloys based on lead
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Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Blei und Bleilegierungen mit einem Lithiumgehalt von 0,02 bis 0,7, vorzugsweise 0,02 bis 0,04 Gewichtsprozent, g e k e n n z e i ch n e t d u r c h einen zusätzlichen Wasserstoffgehalt von 0,001 bis 10 em,3/100 g Legierung, welcher chemisch, z. B. als Lithiumhydrid an das Lithium gebunden ist.
  2. 2. Verwendung einer L egierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung im Gußzustand oder im gekneteten Zustand als Werkstoff für die Herstellung von Bauteilen mit hoher Dauerstandfestigkeit bedarfsweise bis mindestens 80 bis 100' C, wie Gitterplatten für Bleisammler, Rohrleitungen, Strahlenschutzbauteile, Kabelmäntel, Gleitlager und Drucktypen und als Lot zum Löten solcher Bauteile. 3. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Blei oder der Bleilegierung zunächst der Lithiumanteil einlegiert und anschließend der Wasserstoffanteil in diese Schmelze eingebracht wird, und zwar (a) durch Einleiten oder Darüberleiten über die Badoberfläche von reinem Wasserstoff, wasserstoffhaltigem Gas oder Gasen, welche durch Zersetzung Wasserstoff abgeben, oder (b) durch Berührung der Schmelze mit festen oder flüssigen Stoffen und Erzeugen von Wasserstoff im Bereich des Schmelzbades aus diesen Stoffen auf mechanischem, physikalischem, chemischem und/oder elektrolytischem Wege. 4. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Blei oder der Bleilegierung der Lithium- und Wasserstoffanteil gemeinsam in Form einer Verbindung oder über eine gemäß Anspruch 3 hergestellte Vorlegierung zugesetzt werden. Blei und Bleilegierungen schmelzen bei niedrigen Temperaturen, und sie zeigen bei Raumtemperatur im allgemeinen eine geringe Kriechfestigkeit. Diese verschlechtert sich schon bei geringer Erhöhung der Belastungstemperatur, so daß dem technischen Einsatz von Blei und zahlreichen Bleilegierungen Grenzen gesetzt sind. Als zum Blei zulegierte Legierungselemente zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften beschreibt die deutsche Patentschrift 476 259 für Traggerüste in elektrischen Sammlern die günstige Wirkung eines Lithiumgehaltes von 2%. Eine Zugabe von Kalium, Natrium und Rubidium bis zu 1 1/o ergibt danach eine weitere Erhöhung der Härte und Festigkeit von solchen Traggerüsten, und die Zugabe von Calcium, Barium, Strontium sowie Magnesium bis zu 1 1/o soll sich günstig auf die Erhöhung der Zähigkeit auswirken. Wasserstoff als Legierungselement wird in der deutschen Patentschrift 476 259 nicht erwähnt. In der deutschen Patentschrift 630 666 wird das Legierungselement Lithium bis 0,1 1/o als in Blei günstig für Kabelmäntel beschrieben sowie weitere zusätzlich zum Lithium mögliche Legierungsgehalte bis 0, 18 % Kadmium und/oder bis 0,5 Antimon. Mit oder ohne Kadmium und/oder Antimon soll auch Glühen, Abschrecken und künstliches Altern im gepreßten Zustand der Legierung für Kabelmäntel Anwendung finden. In der deutschen Patentschrift 630 666 wird in der Beschreibung auf das ungewöhnlich feine Korn lithiumhaltiger Legierungen hingewiesen, das Schwingungsbeanspruchungen gegenüber sich besser als bis zu diesem Zeitpunkt bekannte Bleilegierungen verhält. Auf die Dauerstandfestigkeit wird nicht hingewiesen, und es wird auch darin nicht von einer günstigen Auswirkung des Wasserstoffes als Legierungselement neben Lithium in Blei berichtet, und es beziehen sich die Patentansprüche auf die Verwendung für Kabelmäntel. Für Bleilagermetall wird in der deutschen Patentschrift 887416 ebenfalls das Lithium mit 0,015% als Legierungselement zu Blei angegeben, hier neben anderen Erdalkalimetallen in Mengen von vorzugsweise 1 bis 1,5 % Gesamterdalkalimetalle und ge- gebenenfalls ein oder mehrere Alkalimetalle wie Natrium, Kalium, wobei Calcium und Barium gesondert beansprucht werden, sowie gegebenenfalls zusätzlich Aluminium. In der deutschen Patentschrift 887 416 wird der Wasserstoff als Legierungselement nicht erwähnt. Lithium wird als die Korrosionsfestigkeit verbessernder teilweiser Ersatz darin für das die Korrosion fördernde Barium angegeben. Für bariumfreie Legierungen wird in der österreichischen Patentschrift 106 208 neben Calcium und Natrium auch das Lithium angegeben, und zwar je nach dem Calcium- sowie Natriumgehalt, 0,0417o Lithium oder 0,05 1/o, Lithium. Im Vordergrund der deutschen Patentschrift 887 416 stehen die Sicherung genügender Korrosionsbeständigkeit sowie der Warmhärte und die Sicherun- aenüaender Gußhärte, auch nach mehrmaligem Umschmelzen. Weder in der deutschen Patentschrift 476 259 noch in der deutschen Patentschrift 630 666 und auch nicht in der deutschen Patentschrift 887 416 wird der Wasserstoff als Legierungselement in Verbindung mit Lithium beansprucht, er wird auch nicht in den Beschreibungen erwähnt, und es finden sich auch keine mittelbar dem Wasserstoff gewidmeten Angaben über dessen durch bewußte Zugabe mögliche Legierungseffekte, wie er als nützliches und notwendiges Legierungselement in Verbindung mit Lithium in Blei in den anschließenden Patentansprüchen auftritt. Auch im Buch »Metallauß«, Herausgeber A. H. F. Go ederitz und J. Müller, VEB Wilhelm Knapp Verlag, Halle (Saale). 1955, 11. Teil, S. 656 bis 658, wird das Lithium in der dortigen zusammeiifassenden Darstellung in Kapitel »Alkali - Erdalkali -Bleilagermetalle« an zwei Stellen erwähnt. Das Lithium soll Blei schon bei Gehalten von 0,03 % Lithium in Blei erheblich härter machen (S. 656, 7. Abschn.), außerdem sollen Natrium und Lithiumzusätze die durch Calciumzusätze verstärkte Verkrätzung wieder verringern (S. 658, 4. Abschn.). Auch hier findet man keinen Hinweis auf den Wasserstoff als Legierungselement in Blei oder in Bleilegierungen. Dies ist auch nicht befremdend, da Wasserstoff sich in Blei sowohl im flüssigen wie im festen Zustand nicht löst. Dieses Verhalten wird gemeinhin noch heute auf die Legierungen des Bleis übertragen, von denen man annimmt, sie könnten keinen Wasserstoff enthalten. Gemäß der Erfindung wird durch die Zugabe von Lithium die Kriechfestigkeit von Blei etwas verbessert, jedoch noch mehr durch zusätzliche Zugabe von Wasserstoff als Legierungselement im flüssigen Zustand der PbLi-Legierun-. Der Wasserstoff wirkt sich durch Bindunc, von Wasserstoff an Lithium aus, welche in der Legierungsschmelze erfolgt, und er wirkt sich nach der anschließenden Erstarrung günstig aus auf die Dauerstandfestigkeit, die Kornverkleineruna und die Erhöhung der Warmhärte im Guß- sowie im Knetzustand. Der hierzu geeignete Li-Gehalt liegt bei 0,02 bis 0,04 Gewichtsprozent Li in dieser Bleilegierung und die in diesen Legierungen vorhandene Wasserstoffmenge beträgt etwa 1 cm3/100 g Pb-Legierung. Diese Legierungen zeichnen sich dadurch aus, daß wesentliche Mengen an Wasserstoff erst nach dem Wiedererwärmen und Schmelzen bei Temperaturen von 50 bis 1000 C »über« dem Schmelzpunkt der Legierung abgegeben im C werden. Mittels Massenspektrograph ist belegt, daß zwei Bindunasforrnen von Wasserstoff an Lithium C bestehen, wovon eine oberhalb des Schmelzpunktes, wie angegeben, zerfällt und wobei große Mengen an "7 Wasserstoff frei werden. Der Temperaturbereich, in dem der Wasserstoff entweicht, liegt somit genügend oberhalb des Schmelzpunktes von durch PbUH-Vorlegierung veredelbaren Bleilegierungen, z. B. PbSn-Lotlealerunaen. Die aünstiae Wirkuna einer zusätzlichen Wasserstoffbehandlung auf das Kriechverhalten läßt sich sowohl bei Raumtemperatur feststellen als auch bei erhöhten Temperaturen von 80 bis 100' C, was Bild 1 für 80' C-Kriechtemperatur zeigt. In Bild 1 bedeuten - in ['/o] die Kriechdehnung im Dauerstandversuch und t in [h] die Belastungsdauer. Ebenso wie für Raumtemperatur verbessert Lithium den Kriechwiderstand auch bei 802 C. Dieser wird aber extrem aut, wenn Wasserstoff zuaeue-M C C ben wird. Auch nach 1000 Stunden Belastung bleibt die Kriechdehnun- bei 801 C für PbLiH-Leolieruno, c e C fast aleich der Verlängerung nach erfolgter Be-C C C lastuno, .e. Erfindungsgemäß wird die hohe Kriechfestigkeit C für Bleile ierungen dadurch gelöst, daß dem Blei 9 C oder den Blei-Zinn-, z. B. -Lotlegierungen, das Lithium entweder als Reinmetall, als Vorlegierung oder als chemische Verbindung zugesetzt wird. Dieser Blei-Lithium-Legierung wird nun im fiüssigen Zustand Wasserstoff angeboten. Die günstigste Zugabetemperatur liegt bei 400 bis 700' C. Die Zugabe von Wasserstoff kann erfolgen a) durch Durchleiten von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Gas durch die Schmelze aus lithiumhaltigem Blei oder Blei-Legierung, b) durch überleiten von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Gas oder einem Gas, welches durch Zersetzung Wasserstoff abgibt, über die Schmelzenoberfläche oder c) durch Zugabe einer chemischen Verbindung (z. B. TiH, oder andere wasserstoffhaltige Verbindungen oder solche enthaltende Legierung a n ce ), welche in der Lage ist, Wasserstoff abzu-C, Oleben, zur Schmelze oder d) durch Zugabe von Wasserstoff, der mechanisch, chemisch oder elektrolytisch über Transportvoraänge in und aus Körpern, welche mit der Schmelze in Berührung stehen, in die Schmelze übertritt und mit dieser rea-iert. Die Herstellung anmeldungsgemäßer dauerstandfester Legierun-en kann auch durch die nachfolgende Zugabe einer Blei-Li-Vorle-ierung, welche vorher durch eine der obengenannten Verfahren mit Wasserstoff in Kontakt aekommen sind, zu Blei oder zu oder zu bekannten Bleilegierungen erfolgen. Die Verwendung solcher Legierungen kann erfolaen als Werkstoff für die Herstelluno, von Gittern für Bleisammler (Akkumulatoren), Rohrleitungen (z. B. Kühl- und Heizschlangen), Strahlenschutzbauteile, Kabelmäntel (frei tragend oder fest verleolt), C Gleitlager, Drucktypen und als Lot zum Löten solcher Bauteile. Der besondere Vorteil für die Verwendung dieser Legierungen besteht darin, daß die gute Dauerstandfestigkeit bis mindestens 80 bis 1001 C erhalten bleibt.
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