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Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Kupferlegierungen
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gegenständen aus Legierungen,
welche Kupfer als Hauptkomponente und- Aluminium als Nebenkomponente enthalten.
Derartige Legierungen werden im allgemeinen und so auch in der vorliegenden Beschreibung
als Aluminiumbronzen bezeichnet.
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Durch die vorliegende Erfindung werden Aluminiumbronzelegierungen
geliefert, welche eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und insbesondere eine.
hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Seewasserkorrosion aufweisen, so daß sie besonders
zur Herstellung von Kondensatorrohren, Kondensatorklammern u. dgl. geeignet sind.
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Legierungen auf Kupferbasis haben schon immer eine weitgehende Anwendung
ibei der Her-Stellung von Konderi'sxtorteilen u. dgl. gefunden. Bei einem dieser
Vorschläge wird ein Verfahren zur Herstellung von einer Messinglegierung angegeben,
welche in Form von Kondensatorteilen Verwendung finden kann und die in der Weise
hergestellt wird, daß zunächst Kupfer in einer Menge von 70/0 oder darüber, i %
oder mehr Aluminium, eine gewisse Menge Zink gemischt werden und schließlich o,2
bis 2% Chrom jeweils in kleinen Mengen nach und nach zugegeben werden. Es wurden
verschiedene Vorschläge gemacht, die mechanischere Eigenschaften von Legierungen,
welche Kupfer und Aluminium zusammen mit anderen Elementen, wie Chrom, Silizium,
Nickel oder Kobalt enthalten, dadurch zu verbessern, daß diese Legierungen einer
zweistufigen Wärme-
Behandlung unterworfen werden. Bei einem solchen
. Vorschlag wurden Kupferlegierungen, welche 0,02 bis 3 % Chrom, i bis io % Aluminium
mit oder ohne weitere Metalle wie Nickel, bis zu io% enthalten, einer zweistufigen
Wärmebehandlung unterworfen, die darin besteht, daß die Legierung auf Temperaturen
zwischen 700° und ihrem Schmelzpunkt erwärmt wird und schließlich auf Temperaturen
zwischen 350 und 7oo° angelassen wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr ein Verfahren zur Herstellung
von korrosionsfesten Legierungen auf Kupferbasis vorgeschlagen, die darin besteht,
daß eine Legierung aus i bis 12% Aluminium, o,o5 bis i % Chrom, Rest Kupfer, einer
Wärmebehandlung unterworfen wird, die darin besteht, daß die Legierung auf Temperaturen
zwischen 700° und dem Schmelzpunkt erwärmt wird zu dem Zweck, um die ganze Menge
oder einen wesentlichen Teil des Chromes in feste Lösung zu bringen, worauf dann
rasch abgekühlt wird und hierdurch in der Legierung der Chromgehalt meistenteils
in Form einer festen Lösung zurückgehalten wird, wobei jede weitere Wärmehehandlung
vermieden wird, durch die eine Ausfällung oder Alterungshärtung der Legierung erfolgen
könnte. Die Chrommenge, welche in fester Lösung aufgenommen wird, hängt nicht nur
von dem Gesamtchromgehalt der Legierung ab, sondern auch von ,der Zeitdauer und
Temperatur der Wärmebehandlung, wobei darauf zu achten ist, daß die Zeit vorzugsweise
nicht weniger als 2o Minuten beträgt. Ein bevorzugter Mengenanteil an Chrom liegt
zwischen 0,2 und 0,5 0/0. Vorzugsweise wird die Legierung auf eine Temperatur
zwischen 8oo und goo° ungefähr i. Stunde lang erwärmt. Um sicherzustellen, daß das
Chrom im wesentlichen in fester Lösung zurückgehalten wird, sollte die Abkühlungsgeschwindigkeit
nicht geringer als 25° pro Minute sein, bei höheren oder niedrigeren Temperaturbereichen
!kann die Kühlungsgeschwindigkeit auch etwas geringer sein.
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Wenn Aluminiumbronzen, welche Chrom enthalten, einer Wärmebehandlung
gemäß der Erfindung unterworfen werden, die im folgenden als Lösungsglühung bezeichnet
wird, ist eine sehr bemerkenswerte Verbesserung der Korrosionsfestigkeit festzustellen
im Vergleich nicht nur mit bekannten AluminiumbroAen ohne Chromgehalt, sondern auch
mit Kupferchromlegierungen, welche Aluminium enthalten, die durch Alterung bei 6oo
bis 65o° durch ein zweistufiges Wärmebehandlungsverfahren gehärtet worden sind,
durch das das Chrom durch Ausfällung gleichmäßig in der, ganzen Legierung verteilt
worden ist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf einfache Aluminiumbronze
anwendbar, welche Chrom enthalten, sondern auch auf solche chromhaltigen Aluminiumbronzen,
welche geringe Mengen der Zusatzelemente oder Verunreinigungen, Mangan, Zink und
Eisen enthalten können, und zwar bis zu 5 % von jedem Element. Die verbesserte Korrosionsbeständigkeit,
welche durch die Gegenwart von Chrom in fester Lösung in der Legierung erzielt wird,
erfährt durch derartige geringe Anteile von anderen Bestandteilen keine Einbuße.
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Außer den bemerkenswerten Vorteilen hinsichtlich der Vergrößerung
der Korrosionsfestigkeit besitzen die gemäß der Erfindung hergestellten Legierungen
wertvolle Eigenschaften insofern, als ihre Härte und ihre Zugfestigkeit vergrößert
wird im Vergleich mit einfachen Aluminiumbronzen. Wenn eine weitere Steigerung der
Festigkeit und der Härte erwünscht ist, kann Nickel in Mengen bis zu io %, vorzugsweise
von 3 bis 50/0, zugefügt werden.
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Die gemäß der Erfindung hergestellten Legierungen können vor der Lösungsglühung
einer Warm- oder Kaltbearbeitung unterworfen werden und, falls erwünscht, können
die Legierungen auch der Kaltbearbeitung nach der Lösungsglühung ausgesetzt werden.
Die üblichen Wärmebehandlungen, welche sich an die Kaltbearbeitung anschließen,
können vor der Lösungswärmebehandlung erfolgen, jedoch in dem Fall, wo eine weitere
Wärmebehandlung nach der Lösungsglühung durchgeführt wird, beispielsweise zu dem
Zweck, Spannungen in dem Material auszugleichen, muß darauf geachtet werden, daß
die nachfolgende Wärmebehandlung ;bei einer solchen Temperatur erfolgt, daß das
Chrom im wesentlichen im festen Zustand behalten wird und keine Ausscheidungshärtung
stattfindet. Derartige Temperaturen sollten 42o° nicht überschreiten und für die
meisten Legierungen beträchtlich darunter liegen. Anstatt die Lösungsglühung bei
wärmebehandelten Gegenständen in einem getrennten Arbeitsgang durchzuführen, kann
die Lösungsglühung in einer Erwärmung der Legierung auf eine Temperatur über 7oo°
die erforderliche Zeit lang bestehen, worauf sich unmittelbar die Wärmebearbeitung
der Legierung anschließt und eine rasche Abkühlung der Legierung von einer Temperatur
von oder über 700°. Um die günstigste Wirkung des erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahrens
voll zur Geltung zu bringen, empfiehlt es sich, noch die folgenden Maßnahmen zu
'befolgen: Bei der Herstellung der Legierung wird das Chrom dem geschmolzenen Kupfer
in Form einer Kupfer -Chrom - Vorlegierung einverleibt. Diese Vorlegierung kann
entweder eine einfache Legierung von Kupfer und .Chrom sein, die beispielsweise
io bis 15 % Chrom enthält und die im wesentlichen frei von anderen Zusätzen oder
Verunreinigungen ist, oder sie kann in Form einer ternären Legierung vorliegen,
welche etwa io bis 15 % Chrom und ähnliche Mengen Aluminium enthält. Wenn die Vorlegierung
in der Schmelze aufgelöst ist, wird der Rest oder die ganze Menge des Aluminiums
zugegeben. Desoxydationsmittel werden dem geschmolzenen -Metall in ausreichender
Menge zugesetzt, um die Abwesenheit von Sauerstoff in der Schmelze sicherzustellen.
Ein für diesen Zweck geeignetes Desoxydationsmittel kann beispielsweise aus 0,2%
Aluminium oder o,5 %
Mangan oder 0,3 °/o Zink bestehen. Zum
Abdecken des Metalls während des Schmelzens und Gießens können Holzkohle oder Flußmittel,
wie Borax, Glas u. dgl., verwendet werden.
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Als Beispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Herstellung von
Kondensatorrohren wird eine Legierung aus 92,5% Kupfer, 70/0 Aluminium und o,5 %
Chrom geschmalzen und in der beschriebenen Weise gegossen. Diese Gußstücke werden
heiß ausgepreßt oder heiß gebohrt, um dickwandige Rohrhülsen zu ergeben. Diese Rohrhülsen
werden dann in einer Anzahl von Ziehbehandlungen kaltgezogen unter Zwischenschaltung
der notwendigen Zwischenglühstufen.
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Die letzte Ausglühstufe umfaßt eine Erwärmung des Ziehgutes auf eine
Temperatur von etwa 85o° i Stunde lang, worauf die Werkstücke in Wasser abgeschreckt
werden. Die Rohre werden dann einer endgültigen Kaltziehbehandlung unterworfen.
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In den folgenden Tabellen sind die Zusammensetzungen von einigen typischen
Legierungen gemäß der Erfindung und deren Eigenschaften angegeben. Entsprechende
Legierungen mit oder ohne Chromgehalt werden verschiedenen Wärmebehandlungen unterworfen,
um Vergleichswerte zu erhalten.
Zum Vergleich der Korrosionsbeständigkeit der verschiedenen Legierungen wurden beschleunigte
Korrosionsversuche durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurden abgewogene Probestücke
in Seewasser eingetaucht, welches in einem geschlossenen Kreislauf mit Hilfe von
Luft mehrmals in Umlauf gesetzt worden ist. Von Zeit zu Zeit wurden die Probestücke
aus dem Seewasser entnommen, abgetrocknet, erneut gewogen, und der Gewichtsverlust
pro Flächeneinheit jeder Probe gibt ein Anzeigen für die Korrosionsbeständigkeit.
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In Tabelle 2 wird die Korrosionsbeständigkeit gewisser Legierungen
der Tabelle i im Vergleich gesetzt mit Legierungen gleicher Zusammensetzung, die
auf zwei verschiedene Weisen wärmebehandelt wurden, und auch die entsprechenden
Grundlegierungen ohne Chromgehalt nach einer üblichen Glühbehandlung.
In der folgenden Tabelle sind die verbesserten mechanischen Eigenschaften gewisser
Legierungen der Tabelle i angegeben, wobei vergleichsweise die Eigenschaften der
entsprechenden Grundlegierung ohne Chrom ebenfalls angegeben ist.
| Tabelle 3 |
| Legierung Nr. Zugfestigkeit Diamant- |
| in kg/cm Pyramiden-Härte |
| 4 4567i6 95 |
| 3 5396,1 io9 |
| entsprechende |
| Grundlegierung 4141,93 84 |
Versuche haben gezeigt, daß keine Vorteile erzielt werden, wenn der Chromgehalt
über i o/o gesteigert wird; gewöhnlich liegt die optimale Chrommenge bei 0,2 bis
0,5 %.
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Abgesehen von den erwähnten Eigenschaften der Korrosionsbeständigkeit
und der vergrößerten Festigkeit und Härte lassen sich diese Legierungen leicht bearbeiten,
und sie sind daher außerordentlich geeignet zur Herstellung von Kondensatorrohren,
Kondensatorklammern und anderen gekneteten oder geschmiedeten Schiffsbauteilen,
Teilen von chemischen Anlagen und anderen Gegenständen, die einen hohen Grad an
Korrosionsbeständigkeit,
Festigkeit und Härte erfordern. Für allgemeine
Zwecke kann die in Blech-, Rohr- oder Stangenform vorliegende Legierung 1 bis 5
% Aluminium und o, i bis 0,70/0 Chrom mit oder ohne 2 bis 5()/o Nickel enthalten.
Wenn die Legierung für Kondensatorrohre verwendet wird, enthält sie vorzugsweise
5 bis 8,5% Aluminium und o,i bis 0,7()/o Chrom mit oder ohne 2 bis 4,50/0 Nickel.
Bei Schmiede-, Preß- und Warmstanzteilen und ähnlichen Arbeitsstücken kann ein höherer
Aluminiumgehalt angewandtwerden; für solche Gegenstände können die Legierungen 8,5
bis 12 % Aluminium und 0,2 bis 0,7% Chrom und, falls erwünscht, bis zu 5% Nickel
enthalten.