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Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsfestigkeit von Kupferlegierungen
Zusatz zum Patent 825599 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung
einer chromhaltigen Altiniinium-Messing-Legierung und betrifft insbesondere eine
weitere Ausbildung des Verfahrens nach Patent 825 599.
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:Fach dein im Patent 825 599 beschriebenen Verfahren zur Verbesserung
der Korrosionsbeständigkeit von Kupferlegierungen wird eine Aluminiumbronze, die
1 bis 12°/o Aluminium und 0,o5 bis t o/o Chrom enthält, eine Wärmebehandlung durch
Erhitzen der Legierung auf Temperaturen zwischen 7000 und dem Schmelzpunkt
der besagten Legierung unterworfen, wodurch das gesamte oder wenigstens ein wesentlicher
Teil des Chroms in den Zustand der festen Lösung übergeführt wird. Ansc'hlieBend
wird die Legierung rasch abgekühlt, um das Chrom im Zustand der festen Lösung zu
belassen, unter Vermeidung späteren Erhitzens, wodurch eine Ausscheidungs- oder
Alterungshärtung der Lösung hervorgerufen würde. Die erwähnte Erfindung
ist
nicht nur auf bloß chromhaltige Aluminiumbronzen anwendbar, sondern auch auf solche
chromhaltigen Aluminiumbronzen, die eines oder mehrere der Metalle Mangan, Zink
und Eisen in Mengen bis zu je 50/0 enthalten können.
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Es wurde nun gefunden, daß das besagte Verfahren auch zur Herstellung
korrosionsbeständiger a-Aluminium-Messing-Legierungen verwendet werden kann, wodurch
Legierungen erhalten werden, die bedingt durch den Zinkgehalt wirtschaftlicher hergestellt
werden können als die erwähnten Aluminiumbronzen, ohne daß die Korrosionsbeständigkeit
darunter leidet.
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Es wurde früher bereits vorgeschlagen, zur Herstellung von Kondensatorteilen
Messinglegierungen herzustellen, indem zuerst 700/0 oder mehr Kupfer, i 0/0 oder
mehr Aluminium und eine gewisse Menge Zink vermischt und hierauf o,2 bis 2% Chrom
in kleinen Portionen zugesetzt wurden. Ebenso wurde zur Verwendung in Kondensatorteilen
u. dgl. vorgeschlagen, eine Legierung aus 76% Kupfer, 22% Zink, 2% Aluminium und
nicht mehr als 0,5% Chrom zu verwenden.
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In allen diesen Fällen wurde jedoch nie die Anregung zur Anwendung
von bestimmten Wärmebehandlungen gemacht. Auch wurde nicht auf die Wichtigkeit der
Vermeidung der sog. Ausscheidungshärtung der Legierung aufmerksam gemacht, welche
zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit notwendig ist.
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Die erfindungsgemäße Legierung wird dadurch erhalten, daß ein einen
Mindestanteil an a-Phase von 95% aufweisendes Aluminiummessing, welches aus i bis
8% Aluminium, 5 bis 30% Zink, 0,o5 bis i 0,/o Chrom, Rest Kupfer, besteht, einer
Lösungsglühung bei einer zwischen 700° und dem Schmelzpunkt der Legierung liegenden
Temperatur unterworfen und hierauf derart rasch abgekühlt wird, daß das Chrom in
fester Lösung bleibt, und daß jedwelche spätere, eine Ausscheidungshärtung hervorzurufen
vermögende Wärmebehandlung vermieden wird.
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Der bevorzugte Anteil Chrom liegt bei 0,2 bis o,50/0. Die Lösungsglühung
wird bevorzugterweise bei Temperaturen von 80o bis 90o° Anschließend wird die Legierung
vorzugsweise in Wasser eingetaucht. Die niedrigeren Wärmebehandlungstemperaturen
im angegebenen Bereich werden für Legierungen mit höherem Zinkgehalt vorgezogen.
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Geringe Mengen von Verunreinigungen, welche die Legierung nicht wesentlich
verändern, können ebenfalls vorhanden sein. Auch können geringe Mengen anderer Elemente
in Übereinstimmung mit der üblichen Praxis zur Erreichung bestimmter Eigenschaften
zugegeben werden. Zum Beispiel können zur Vermeidung oder zur Verminderung der Neigung
zur Entzinkung bis zu 0,05% Arsen oder Phosphor zugesetzt werden. Die Legierungen
können auch bis zu 5% Mangan enthalten und gewünschtenfalls kann auch bis zu io%
Nickel, zweckmäßig jedoch 3 bis 5% Nickel zur Erhöhung der Härte und der Festigkeit
zugegeben werden.
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Es ist bekannt, daß die N-likrostruktuz von a-ß-Messing je nach der
Wärmebehandlung, der es unterworfen wurde, variiert. Mit verschiedenen dieser Legierungen
und bei bestimmten bekannten Wärmebehandlungen können homogene feste Lösungen erhalten
werden, während bei anderen Wärmebehandlungen Mischungen von Phasen, z. B. a und
ß, entstehen können. Auch tst es bekannt, daß Messinglegierungen im allgemeinen
unter Einschluß von Messinglegierungen, die ein drittes Element enthalten, wie z.
B. Aluminium-Messing-Legierungen, der vorliegenden Erfindung am korrosionsbeständigsten
sind, wenn sie beinahe ausschließlich in der a-Form vorliegen, und (1a1.1 ü1 Anwesenheit
von namhaften :Mengen der ß-Forin die Korrosionsbeständigkeit der Legierung bedeutend
vermindert ist. Geringe :Mengen bis zu .511/o der ß-Form können jedoch ohne Verminderung
der Korrosionsbeständigkeit der Legierung vorhanden sein. Entsprechend ist auch
die Ausdrucksweise beinahe ausschließlich in der a-Form, wie sie oben verwendet
wurde, auf die :@iiw"esenheit solch geringer Mengen von ß-Forin in den Legierungen
zti beziehen. Demzufolge inuß in den Legierungen der vorliegenden Erfindung (las
\'ci-li;iltiiis von Zink und .=\luininium so bemessen sein, (laß die l.er;ieruiigen
mindestens zu o50!0 ill ilcr x-I#@@rin zu bleiben vermögen.
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Das Diagramm zeigt dic l'hasenstrnktur eines großen Bereiches vi>ii
.\ltlinininm-\lessing-Legierungen. wenn (liest I_egiertwgen gemäß der vorliegenden
Erfindung wärmebehandelt werden. Die Kurve X-Y zeigt die Grenzwerte der festen Löslichkeit
der a-I-#orni. Aus dein Diagramm ist ersichtlich, daß für eine a-Legierting, die
beispIelsw#eise io% Zink enthält, der höchstzul'issige Gehalt an Aluminium 6% beträgt,
und daß sich im allgemeinen die Höchstgehalte an Zink und Aluminitini umgekehrt
zueinander verhalten.
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Die Legierungen können vor der Lösungsglühung warm und/oder kalt verarbeitet
werden. Gewünschtenfalls können die Legierungen auch nach der Lösungsglühung noch
weiter kalt bearbeitet werden. Die üblichen Ausgliiboperationen, die dem Kaltverarbeiten
folgen, sollen nach Möglichkeit vor der Lösungsglühung durchgeführt werden. Ist
aber nach der Lösungsglühung noch eine weitere Wärmebehandlung erforderlich, z.
B. um die durch die Bearbeitung verursachten Spannungen zu beseitigen, so muß dafür
Sorge getragen werden, daß die nachträgliche Wärmebehandlung bei einer solchen Temperatur
vorgenommen wird, bei der das Chrom weitgehend in fester Lösung verbleibt und keine
Ausscheidungshärtung stattfindet. Diese Temperaturen überschreiten 42o° nicht und
liegen meistens wesentlich tiefer. Die Anwesenheit von Chrom hat keinen oder nur
einen unwesentlichen Einfluß auf die Begrenzung der festen Löslichkeit der 7.-Form
der Legierung und hat außerdem eine Verkleinerung des Kornwachstums zur Folge, was
eine ilotw-endige Maßnahme
ist bei der Wärmebehandlung bei Temperaturen
zwischen 700- und dem Schmelzpunkt der Legierungen.
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Bei der Herstellung der Legierung wird (las Chrom vorztigsw-eise in
Form einer Kupfer-Chrom-V(>-legiertitig in (las geschmolzene Kupfer eiligebracht.
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Die Vorlegierung kann entweder eine binäre Legierung aus Kupfer und
Chrom sein, die heisl)ielsw-eise io bis i50/0 Chrom enthält und im wesentlichen
frei ist von anderen Zusätzen oder Verunreinigungen. Sie kann aber auch in Form
einer ternären 1_egierung vorliegen die io bis 15 0/0 Chrom und eine
ähnliche Menge Aluminium enthält. Flat sich die Vorlegierung in (per Schmelze gel<ist,
so wird (las gesamte oller das noch verbliebeile :\Itiniiiiiuni und anschließend
noch (las Zink zugegeben. Zur 1?rreichung von Sauerstoffausschluß in der Schmelze
werden zum geschmolzenen Metall genügende Mengen eines Desoxydierungsmittels zugegel)en,
zusammen mit Mitteln zur Hemmung oller zur Verhinderung der Entzinkung, falls <lies
nötig ist. Holzkohle oller Flußmittel, wie I;orax, Glas ti. dgl., können zum Abdecken
der Schmelze während (pes Schmelz- oder Gußprozesses verwendet werden.
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In einem erfindungsgemäßen Beispiel zur Herstellung von 1_egierungen
zur Fertigung voti Kondensatorröhren wird eine aus 88,i0/0 Kupfer, (1,5% .-\luininitini,
5% Zink und o,40io Chrom bestehende Legierung verwendet. Diese Legierung wird in
(per vorher 1)eschriebenen Weise geschmolzen und gegossen. Die Gußbarren werden
zur Herstellung dickwandiger Röhren warm stranggepreßt ()der durchbohrt. Diese Röhren
werden anschließend in einer Reihe von Ziehoperationen unter Zwischenschaltung (per
nötigen Ausglühungen kaltgezogen. Die 1#.ndglühung besteht im Erhitzen des Ziehgutes
auf eine "Temperatur von ungefähr 85o-' während einer Stunde, worauf in \\'asser
abgeschreckt wird. Die Möhren werden daraufhin allschließend In Tabelle i ist eine
Anzahl erfindungsgemäß hergestellter Legierungen angeführt, zusammen mit den Werten
der Korrosionsbeständigkeit und vergleichenden Werten für einige der Legierungen,
die nach einem bekannten Zweistufenwärmebehandlungsverfahren durch Altern gehärtet
wurden. Die Korrosionsversuche wurden unter gleichen Bedingungen und während derselben
Zeitdauer durchgeführt (50o Stunden), wie die im Hauptpatent im Zusammenhang mit
den dort erwähnten Legierungen beschriebenen Versuche, und bestehen aus beschleunigten
Korrosionsversuchen, nach welchen genau gewogene Probestücke in Meerwasser eingetaucht
wurden, welches im geschlossenen System während 50o Stunden mit Luft in Zirkulation
gehalten wurde. \nschließend wurden die Proben herausgenommen. getrocknet und wiederum
gewogen. Der Gewichtsverlust, bezogen auf die Oberfläche jeder Probe, gibt (teil
Anhaltspunkt zum Vergleich (per Korrosionsbeständigkeit.
| Gewichtsverlust bei |
| dem Korrosions- |
| widerstandsversuch |
| in mg;'dm2 |
| Legie- Alu- Nach der 1 Nach |
| rung Kupfer minium Zink Chrom erfn_ Lösungs- |
| Nr. dungsge- wärmehe- |
| mäßen handlung |
| undAltern |
| Lösungs_ bei Sgo |
| wärmebe-@ während |
| % handlung 2 Stunden |
| 1 70,2 2,0 27,6 o,2 50 -. |
| 2 74,8 2,2 22,4 o,6 16o 250 |
| 3 75.4 1,8 22,5 0,3 zoo - |
| 4 75,6 2,1 22,1 0,2 IOo |
| 5 77,2 2,1 20,2 0,5 150 |
| 6 87,7 6,2 5,9 0,2 70 |
| 7 88,1 6,5 5,0 0,4 70 |
| 8 74,7 3,3 21,6 0,4 9o 140 |
| 9 78,4 4,9 16,2 0,5 6o 290 |
| 10 82,0 5,6 12,0 0,4 75 290 |
| 11 84,4 7,0 8,2 0,4 85 154 |
Aus diesen Werten ist ersichtlich, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
behandelten Legierungen erhöhte Korrosionsbeständigkeit aufweisen und sich günstig
auch mit den Legierungen nach dem Hauptpatent vergleichen lassen.
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Außer (per erhöhten Korrosionsbeständigkeit besitzen die nach (lern
erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Legierungen gute Festigkeits- und Härtewerte
und können leicht weiterverarbeitet werden. Sie sind daher sehr geeignet zur Herstellung
von Kondensatorröhren, -klammern und anderen gekneteten Schiffsbestandteilen, Teilen
von chemischen Fabrikationsanlagen und anderen Gegenständen, die hohe Korrosionsbeständigkeit,
Festigkeit und Härte besitzen sollen.