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Verfahren zur Veredelung von Kupfer-Zink-Legierungen. Den Gegenstand
der Erfindung bildet ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Kupfer-Zink-Legierungen,
welche imfolge der Art oder des Mengenverhältnisses .ihrenMetallbestandteile zu
spröde und brüchig sind.
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Die Gründe für diese Sprödigkeit können entweder in einem zu geringen
Kupfergehalt bzw. zu hohen Mangan- und Eisengehalt oder aber darin liegen, daß die
Legierungen infolge der Schmelzung ajus Abfällen zu stark verunreinigt sind, insbesondere
beispielsweise zuviel Lötzinn enthalten..
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile durch Schmelzen mit Natrium
vermieden, wodurch sich Legierungen von sehr hoher Festigkeit, Dehnbarkeit und Bearbeitungsfähigkeit
ergeben.
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Der Zusatz von Natrium zu Metallschmelzen, insbesondere auch zu Kupfer-Zink-Legiierungen
ist an sich bekannt. Hierbei handelte es sich aber stets nur darum, Legierungen
von an sich brauchbarer Zusammensetzung zu desöxydieren oder mit Hilfe :der @durcll
die Natriumdämpfe bewirkten Wallung oder Wirbelung irgendwelche Zusätze, insbesondere
aber Schwermetalle im Bade zu verteilen, oder endlich Metalloxyde zu reduzieren.
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Zunächst sei hier die Veredelung von kupferarmen, dafür aber an Mangan
und Eiseil reichen Legierungen besprochen.
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Kupfer-Zinlc-Legierungen, deren Kupfergehalt unter 55 Prozent Kupfer
herunterging, galten bisher für spröde und unbrauchbar. Ihre Festigkeitseigenschaften
wurden für äußerst gering gehalten; sie ließen sich schlecht gießen und stellten
demnach einen *in jeder Beziehung unbrauchbaren Baustoff dar.
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Nur .aus diesen Gründen ist es zu erklären, daß man bisher in der
Praxis die Grenze von 55 Prozent Kupfer nicht unterschritt.
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Wissenschaftlich wurde @dliese' Tatsache dadurch erklärt, daß sich
bei 537, Prozent Kupfer und 462/3 Prozent Zink idie sogenannten ß-Kristalle bilden,
welche zwar in der Glühhitze bildsam, bei gewöhnlicher Temperatur jedoch hart und
spröde sind (vgl. die Untersuchung W. von Möl.lendorffs in der Zeitschrift des Vereins
deutscher Inäenieure Bd. 55, Nr. r).
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Für solche Zwecke, bei denen es wie bei den Außenschichten ' von Propellern
auf große Widerstandsfähigkeit gegen die anfressende Wirkung der Flächenreibung
des Wassers, d. h. auf eine gewisse Sprödigkeit ankam., hat man mit Absicht ß-Struktur,
also Kupfer-Zink-Legierungen .mit weniger als 55 Prozent Kupfer vorgeschlagen. Bei
diesen spielte zwar auch ein größerer Manganzusatz zusammen mit anderen Bestandteilen
eine Rolle, jedoch kam es in erster Linie darauf an, zwecks Gewährleistung der erwähnten
Eigenschaft Legierungen mit der harten ß-Struktur zu erhalten. Diese Legierungen
konnten infolgedessen nur zu Propellern gegossen, jedoch nicht durch Walzen, Ziehen
usw. verarbeitet werden. Es' hat sich nun das überraschende Ergebnis gezeigt, daß
man im Gegensatz zu der bisherigen Erfahrung sehr dehnbare und bearbeitungsfähige
Legierungen
von Zink mit weniger als 55 Prozent Kupfer und mit
3 bis io Prozent Mangan erhält, wenn man mit Natrium schmilzt, fremde Bestandteile
ausschließt und durch die Art des Schmelzens für eine innige homogene Legierung
sorgt.
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Zweckmäßig ist es, darauf zu achten, daß insbesondere Zinn, Blei und
Silizium fehlen, so daß man also von Elektrolytkupfer und Feinzink ausgehen wird.
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- Ferner ergab sich in ebenfalls völlig unerwarteter Weise, daß man
unbeschadet der letztbesprochenen guten Festigkeitseigenschaften der Legierung mehr
als 2,5 Prozent Eisen zusetzen könne, so zwar, daß der Gesamtgehalt der Legierung
an Mangan und Eisen bis ztt 15 Prozent beträgt, das sind aber Mengen, die nach bisherigem
Wissen das ;Maß des Zulässigen bei weitem überschreiten. Denn es war bisher ein
feststehender Grundsatz, daß sich Eisen oberhalb gewisser Grenzen weder in Kupfer
noch in Zink überhaupt löse.
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.So gibt W. B o r c h e r s in seinem Buch »Metallhüttenbetrieb« Bd.
i »Kupfer« (erschienen 1915 bei W i 1 h e 1 in Knapp, ,Halle) auf Seite 441 an,
daß sich die Löslichkeit des Eisens in Kupfer nicht über 2,5 Prozent Eisen erstrecke;
als feststehend galt auch bisher, daß Eisen sowohl mit Kupfer als auch mit Zink
überaus harte und spröde Legierungen bilde.
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Es muß demnach um so mehr überraschen, daß ein so hoher Prozentsatz
von Eisen die I,',upfer-Zink-Legierung nicht spröde macht. Es hat sich sogar gezeigt,
daß bei der neuen Legierung das Eisen- die Dehnbarkeit und Bearbeitungsfähigkeit
noch erhöht, wenigstens haben sich selbst solche Legierungen, die aus nicht völlig
reinen Grundmetallen erschmolzen waren, bei dem obigen starken Eisengehalt als recht
brauchbar gezeigt.
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Von großem Wert hat sich bei der Herstellung der Eisen-Kupfer-Zink-Mangan-Legierung
:außer der Verwendung reinster Materialien eine sachgemäße wiederholte Schmelzung
erwiesen.
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Unter Umständen würde es sich; empfehlen, sowohl das Eisen .als auch,das
Mangan *in fein verteiltem Zustande etwa in Form von Pulvern, welche zusammengepreßt
sind, in das Legierungsbad zu geben; aber, auch Schmelzen im Vakuum hat sich als
vorteilhaft erwiesen; dieses selbstverständlich, bevor,das Zink zugesetzt wurde.
Man kann auch :derart verfahren, daß man einen leicht siedenden Stoff, wie die Chloride
oder Fluoride ides Zinks oder ,dies Zers in düs Bad taucht. Auch hat sich die Erschmelzung
von Vorlegierungen oder wiederholtes Umschmelzen als recht günstig gezeigt. Von
gutem Einfluß auf .die Löslichkeit der einzelnen Komponenten .und die Struktur des
Materials haben sich auch geringe Zusätze der Metalle ider Chromgruppe bewährt.
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Auf diese Weise ist es in der Tat gelungen, Kupfer-Zink-Legierungen
herzustellen, welche nur bis zu etwa 45 Prozent Kupfer enthalten, bis zu 15 Prozent
Mangan bzw. Eisen in die Legierung hineinzubringen und trotzdem einen Baustoff zu
erhalten, welcher nicht bloß recht annehmbare Zähigkeit aufweist, sich schmiedien,
walzen, pressen, kalt und warm verarbeiten läßt, sondern auch von ganz hervorragender
Festigkeit ist. Es sind Resultate von 6o kg Festigkeit pro Quadratmillimeter und
2o bis 30 Prozent Dehnung nach der Verarbeitung erzielt worden.
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Ein besonderer Vorteil dieser Legierungen liegt darin, daß sie .unter
d'em Ei.nfluß eines Verdichtungsprozesses weitere ganz hervorragende Festigkeitseigenschaften
annimmt. So kann beispielsweise die: Festigkeit bis zu 8o kg pro Quadratmil'lilneter
bei. io Prozent Dehnung steigen und somit Werte aufweisen, welche selbst mit ganz
besonders großen Prozentsätzen, von Kupfer, welche bis zu 8o Prozent !betragen,
nicht annähernd! zu erreichen sind'.
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Von .ganz besonderem Vorteil hat sich die Verwendung -des Natriums
auch beim, Einschmelzen,der Abfälle von Kupfer-Znk-Legierungen gezeigt. Solche Abfälle
ergeben bekanntlich, insbesondere wenn sie mit viel Lötzinn verunreinigt sind, ein
,durchaus unbraltchbares, wenig zähes Material. Nach der Erfindung aber lassen sich
beispielsweise sogar Späne vom Messing mit Hilfe vom Natrium zu einem Baustoff verarbeiten,
welcher sich pressen und ziehen läßt, als ob er aus Neumetall legiert wäre. Dasselbe
wird möglich bei Abfällen, an denen viel Lötmaterial hängt. Hier kommt :!die Eigenschaft
des Natriums ganz besonders zur Erscheinung, in ,der Weise zu wirken, @daß es Metalle
bindet, welche als Verunreinigung vorhanden sind und auf die Werteigenschaften :der
Legierung von Nachteil sind. Insbesondere bindet es Zinn, Antimon und Wismut. Diese
führt es in die Schlacke über und reichert ,dieselbe an diesen Stoffen an, so &ß,
sie -daraus gewonnen und gegebenenfalls verarbeitet wenden könnten. Selbstverständlich
kann man den Spänen, Abfällen usw. zweckmäßig einer. Zusatz von Ferromangan, Aluminium
.usw. zusetzen. Es ist nun prinzipiell gleichgültig, wie das Natrium in das Metallbad!
gelangt. Man kann in der Weise verfahren, :daß man es in ein Metall, etwa .in Form
eines geschlossenen Rohres, einkapselt, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als
die zu reinigende Metallschmelze besitzt, sobald letzterer höher ist
als
.der Verdampfungspunkt des Natriums oder In der Nähe desselben liegt. Man muß also
zweckmäßig vermeiden, es so @einzuschließen, -daß es verdampft wird und idann das
.umgebende Gefäß sprengt; dadurch wür--d'en explosionsartige Erschütterungen der
Schmelze erfolgen, dieses ist jedoch nicht der Fall, wenn man es wie bei Kupfer-Zink-Legierung
beispielsweise in ein Zinkröhrchen einschließt, dasselbe allseitig schließt und
einige mit Paraffin usw. verschlossene Löcher anbringt.
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Es hat sich gezeigt, daß für die Erzielung der erwähnten Vorteile
in allen Fällen der Natriumzusatz wesentlich ist. Hierbei kann die Desoxyd'ationswirkung
des Natriums keine Rolle spielen, weil ja das in den Legierungen enthaltene Zink
bekanntlich selbst eines der besten Reduktionsmittel der Legierungstechnik darstellt.
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Statt Natrium könnten auch die verwandten Metalle wie Kalzium Verwendung
finden.