Verfahren zur Herstellung von eisen- und siliziamhaltigen Itupferlegierungen vermittelst einer Härtelegierung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von eisen- und siliziumhaltigen Kupferlegierungen ver mittelst einer Härtelegierung, wobei die Härtelegierung, welche .zu Kupfer oder zu einer Kupferlegierung zugesetzt wird, 5 bis <B>70%</B> Eisen, 20 bis,<B>85%</B> Kupfer und 10 bis<B>65%</B> Silizium enthält.
Im folgenden soll das Verfahren und das erhaltene Endprodukt anhand von Beispielen näher erläutert werden.
Man stellt zunächst eine Härtelegierung dar, die je nach den gewünschten Eigenschaf ten, die der End-Kupferlegierung gegeben werden sollen, verschieden sein kann, deren Eisen-, Kupfer- und Siliziumgehalte jedoch innerhalb der angegebenen Grenzen liegen. Die Härtelegierung kann ausserdem 0,1 bis 10% Phosphor enthalten, und zum Beispiel aus je vier Teilen Kupfer und Silizium, zwei Teilen Eisen und ungefähr 1 % Phosphor zu sammengesetzt sein. Das Eisen oder die Eisenlegierung, die bei der Herstellung des Härtemittels Ver wendung findet, kann ohne Schaden für die Endlegierung Bestandteile besitzen, die als Verunreinigungen im handelsüblichen Eisen oder in den Eisenlegierungen vorkommen. Es kann auch Gusseisen verwendet werden.
Das Kupfer kann solche Bestandteile enthal ten, wie sie für gewöhnlich den handels üblichen Kupferlegierungen beigesellt sind.
Die Verwendung des Härtemittels zur Herstellung von .gebräuchlichen Kupferlegie rungen, wie zum Beispiel Bronzen und der gleichen, kann auf bekannte Weise erfol gen. Die Härtelegierung kann beispielsweise mit Kupfer oder einer Kupferlegierung zu sammen verschmolzen werden, oder sie wird erst zugegeben; wenn das Kupfer oder die Kupferlegierung geschmolzen ist.
Die oben beschriebene Härtelegierung kann bei der Herstellung von Kupferlegierun gen in verschiedenen Prozentsätzen zugesetzt werden. Zum Beispiel kann bei einer Aus führungsform des Verfahrens der Zinngehalt in sogenannter Admiralitäts-Bronze von der ungefähren Zusammensetzung<B>88%</B> Kupfer, 10% Zinn und 2/'0 Zink ersetzt werden durch eine Härtelegierung mit der oben be schriebenen Zusammensetzung.
Beispielsweise kann das Zinn in der oben erwähnten Bronze ersetzt werden, durch eine gleiche Menge einer Härtelegierung von fol gender Zusammensetzung
EMI0002.0005
Eisen <SEP> 19
<tb> Silizium <SEP> 41%
<tb> Kupfer <SEP> 39
<tb> Phosphor <SEP> 1 Diese Härtelegierung hat mit dem Kupfer ungefähr gleichen Schmelzpunkt. Die Le gierung vollzieht sich darum leicht und es kann jegliches Überhitzen von Kupfer ver mieden werden.. Die Kupferlegierung, wie auch die Härtelegierung und die Endlegie- rung können in ,jedem metallurgischen Tie gel oder Ofen, welche man für Kupfer- oder Kupferschmelzen verwendet, erschmolzen werden.
Eine Endkupferlegierung, die aus dieser Härtelegierung mit Handelskupfer in einem Verhältnis von 10 % der Härtelegierung zu 88% bis 90% Kupfer legiert wurde, ergab folgende Eigenschaften:
EMI0002.0009
Gewalztes <SEP> Gepresst
<tb> Gegossen <SEP> Geschmiedet <SEP> 32 <SEP> mm
<tb> Blech <SEP> Bar
<tb> Streckgrenze <SEP> kg/mm= <SEP> 15.7/20.5 <SEP> 28.9/56.7 <SEP> 41.7 <SEP> 47.7
<tb> Zugfestigkeit <SEP> 28.3/40.9 <SEP> 50.4/66.1 <SEP> 72.4 <SEP> 64.0
<tb> Dehnung <SEP> 9-18o/0 <SEP> 17-52% <SEP> <B>26-/o</B> <SEP> 220/"
<tb> Brinellhärte <SEP> 107-121 <SEP> 143-149 <SEP> 200 <SEP> 150
<tb> Dichte <SEP> 8.45 <SEP> 8.44 <SEP> 8.46 <SEP> 8.46 Es liegt auf der Hand, dass die Eigen schaften der Endlegierung auch verändert werden könne, durch Änderung der Zusatz menge der Härtelegierung.
Zum Beispiel gibt die folgende Tabelle die Versuchsresultate, für die Anwendung der oben beschriebenen Härtelegierung in Mengen von 6 % bis 16 zu Kupfer.
EMI0002.0010
Menge <SEP> der <SEP> zugesetzten <SEP> Härtelegierung <SEP> 6 <SEP> % <SEP> 8% <SEP> 10% <SEP> 12% <SEP> 14% <SEP> 16 <SEP> %
<tb> Streckgrenze <SEP> kg/mm' <SEP> 15.1 <SEP> 15.7 <SEP> 18.9 <SEP> 23.9 <SEP> 25.2 <SEP> 33.3
<tb> Zugfestigkeit <SEP> 33.9 <SEP> 35.2 <SEP> 34.6 <SEP> 38.2 <SEP> 40.2 <SEP> 33.3
<tb> Dehnung <SEP> 410% <SEP> 27% <SEP> 15% <SEP> 11% <SEP> 6% <SEP> - Ausserdem kann es empfehlenswert sein, die Zusammensetzung der Härtelegierung gemäss den gewünschten Eigenschaften der Endlegierupg zu ändern.
Wenn es erwünscht ist, diese Härtelegie- rung zur Herstellung einer Kupferlegierung zu gebrauchen, die als Zusatz noch andere Elemente, als die in der oben beschriebenen Härtelegierung vorhadenen, enthält, so kön nen diese Zusatzelemente entweder für sieh in die Endlegierung eingebracht werden, oder sie können auch der Härtelegierung einver leibt werden. Zum Beispiel bei der Ersatz legierung für Admiralitäts-Bronze, wie sie oben beschrieben ist, kann das Zink oder ein Teil des Zinkes der Härtelegierung einver leibt werden.
Ferner ist es zum Beispiel möglich, Le gierungen herzustellen, welche vorwiegend aus Kupfer bestehen, und die Zusätze Eisen und Silizium in stark verschiedenen Mengen entsprechend der Menge und der Zusammen setzung der verwandten Härtelegierungen, enthalten. Eine solche Kupferlegierung, die Silizium bis zu 5 % und Eisen bis zu 12 enthält, besitzt wertvolle Eigenschaften, ähn lich denen der Bronze oder anderer hoch wertigen Kupferlegierungen.
Beispiele von solchen nach dem Verfahren hergestellten Endlegierungen sind durch die beigehefteten Schaubilder erläutert.
Fig. 1 zeigt die vorteilhafte Zusammen setzung der Endlegierungen; Fig. 2, 3 und 4 sind Diagramme, -welche die Dehnungen und Zugfestigkeit von Legie rungen zeigen.
In Fig. 1 sind die Siliziumgehalte als Ordinate und die Eisengehalte als; Abzissen eingetragen. .Jeder Punkt des Schaubildes stellt .eine Legierung mit bestimmtem Sili zium- und Eisengehalt dar, der Rest ist dann Kupfer. Die Legierungen innerhalb des schattierten Bereiches der Umgrenzungslinie <I>A, B, C, D, E, F</I> bilden eins Legierungs- gruppe, deren Eigenschaften bisher noch nicht bestimmt worden sind, und die nun als bemerkenswert gleichmässig ermittelt wurden.
Diese Legierungen haben ;gute giesstechnische Eigenschaften und besitzen im gegossenen Zustand sehr regelmässige und gute mechani sche Eigenschaften mit zum Beispiel folgen.. den Daten:
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Streckgrenze <SEP> 12,8 <SEP> - <SEP> 11,6 <SEP> <B>kg/mm,</B>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> 32 <SEP> - <SEP> 35,2 <SEP> kg/mmz
<tb> Dehnung <SEP> (50 <SEP> mm) <SEP> 40 <SEP> - <SEP> 20 Die Eigenschaften von Kupferlegierungen, welche Eisen und Silizium enthalten, ändern sich stark beim Überschreiten der Umgren- zungslinie <I>A, B, C, D, E, F,</I> in Fig. 1, wie folgende Beispiele zeigen.
1. Wenn die Eisen- und Siliziumgehalte über die Konzentration der C, D, E-Linie erhöht werden, dann fällt die Dehnung auf niedrige Werte, meistens mit' plötzlichem Abfall der Zugfestigkeit. In Fig. 2, 3 und 4 sind die Dehnungen (untere Kurve) und Zugfestigk eiten (obere Kurve) der Legierun- gen mit 2 % Eisen, bezw. 6 % Eisen und <B>3</B>% Silizium wiedergegeben. In jeder Le gierungsreihe sieht man wie die Dehnung bei oder in der Nähe der<I>C, D,</I> E-Linie kleiner wird und die Zugfestigkeit deutlich stark abfällt.
2. Z,#renn der Eisengehalt hoch ist und der Siliziumgehalt tief, wie zum Beispiel bei den: Legierungen ausserhalb des schattiert umrissenen Gebietes in der Nähe des Punk tes E in Schaubild 1, so mischen sich Eisen und Kupfer nicht genügend. Man erhält keine homogene Legierungen und keine zufrieden- stellenden Güsse.
B. Wenn der Eisengehalt hoch und der Siliziumgehalt tief ist, wie bei den Legierun gen unterhalb der Linie E, F, so sind die Giesseigenschaften schlecht. Es ist schwer, gute Güsse zu erhalten. Die Legierungen haben minderwertige Eigenschaften.
4. Wenn der Siliziumgehalt hoch. aber der Eisengehalt tief ist, wie beispielsweise bei Legierungen ausserhalb des schattierten Bereiches zwischen der Linie B C und der Diagrammordinate, dann sind die Giesseigen schaften schlecht und die erhaltenen Legie rungen haben minderwertige mechanische Ei genschaften, 5.
Wenn Eisen und Silizium beide nie drig sind, zum Beispiel bei den Legierungen ausserhalb des schattierten Bereiches zwischen der Linie B, A, F, und der Ordinate, so be- s *tzen die Leuierungen niedrigere Streck- ,1 <B>C</B> grenzen, und Zugfestigkeiten. Sie können je doch noch praktischen Handelswert haben, als Legierungen, welch) geschmiedet, ge walzt, ,gezogen oder sonst-wie verknetet wer den, wie zum Beispiel bei der Fabrikation von Knüppel, Rohren. Drähten, Profilstangen und ähnlichem.
Dass die durch die Linie<I>A. B, C, D,</I> E, F, in Fig. 1 umfassten Legierungen fast. gleichbleibende mechanische Eigenschaften haben, konnte auf Grund der bekannten Eigenschaften, sowohl der Kupfer-Silizium, wie auch der Kupfer-Eisenlegierungen, noch aus den Eigenschaften irgendwelcher vorher bekannter Kupferlegierunen mit Ei n sen und Kupfer vorausgesehen werden. Diese Legierungen sind leichter zu giessen als Kup- fer-Silizium oder Kupfer-Eisenlegierungen.
Infolge ihrer guten Gusseigenschaften und mechanischen Eigenschaften können sie vor= teilhaft für die verschiedensten Zwecke ver wendet werden für die früher andere Kup ferlegierungen wie Messing und Bronze be nutzt wurden. Die Legierungen können .ebenfalls normal verarbeitet werden.
Für gewisse Zwecke empfiehlt sich ein kleiner Zusatz von Phosphor, jedoch nicht über 1%, hierdurch verbessern sich die Giess eigenschaften etwas. So empfiehlt sich ein Phosphorzusatz von ungefähr 0,1 % für Guss- legierungen, welche für Ventile, Pumpen usw. verwendet werden. Die mechanischen Eigenschaften werden hierdurch etwas ver bessert, grössere Mengen können bei Lager güssen zugesetzt werden; hierdurch werden Härte und Festigkeit erhöht.
Eine vorzügliche Legierung wird erhal ten durch Verschmelzen von 90 Teilen Kup fer mit -10 Teilen Härtelegierung, bestehend aus 19 % Eisen,- 41 % Silizium, 39 % Kupfer und 1 % Phosphor.
Die so hergestellte Endlegierung hat aus gezeichnete Giesseigenschaften und kann zur Herstellung von hochwertigem Kupferguss dienen, zum Beispiel von Güssen, welche hohem Flüssigkeitsdruck wiederstehen müs sen, wie Pumpen, Ventile und dergleichen, oder für Kokillenguss und für hochbean spruchte Lager.
Die Legierung ist sehr beständig. Sie oxydiert nicht leicht bei hohen Temperatu ren, bei Überhitzung und dergleichen; sie ist widerstandsfähig gegen Korrosion und Säureangriff und eignet sich besonders, für Schiffahrtszwecke. Sie kann fernem leicht geschmiedet, gewalzt, gepresst, gezogen, ge stanzt oder sonstwie verarbeitet werden. Hierbei tritt eine Verbesserung der Eigen schaften, ein. Sie kann verschiedenartigst verwendet werden, wie zum Beispiel für starke Kupferstäbe, Schrauben und Muttern, Profile, Rohre.
Bleche, Schmiedstücke, Stanz- stücke, Turbinenschaufeln und ähnlichem.
Diese Legierungen lassen sich in jeder Weise leicht schweissen, sowohl elektrisch wie mit Azetylenschweissung.