CH160822A - Verfahren zur Erhöhung der Zugfestigkeit von Stoffen, die mindestens 40% an sich spröder Verbindungen enthalten. - Google Patents

Description

      Verfahren        zur        Erhöhung        der        Zugfestigkeit        von        Stoen,        die        mindestens        40        %        an        sieh     spröder     Verbindungen    enthalten.

      Es ist bekannt, dass die Verbindungen     zwi-          "chen    einem Metall und einem Nichtmetall,  das sind zum Beispiel die     Phosphide,        Silizide,          Karbide,        Arsenide    oder     Antimonide,    in ge  gossenem Zustande eine ausserordentlich hohe  Sprödigkeit besitzen. Diese Sprödigkeit ist  oft so stark, dass das Material nicht einmal  geritzt werden kann, ohne zu splittern. Diese  Sprödigkeit bleibt in weitem U     mfange    be  stehen, wenn derartige Verbindungen zu  einem erheblichen Prozentsatz in den Legie  rungen der Metalle enthalten sind.

   Wenn  zum Beispiel ein Phosphorkupfer mit einem  hohen Prozentsatz an     Phosphid    vorliegt, ist  dieses Material so spröde, dass es durch kleine  Schläge zertrümmert werden kann. Auf der  andern     Seite    zeichnen sich     Metallide        bezw.          Legierungen,    in denen sie zu erheblichen  Prozentsätzen enthalten sind, durch eine  Reihe sehr wertvoller Eigenschaften, wie  hohe Härte, Korrosionsbeständigkeit usw.    aus.

   Die Ausnutzung dieser guten Eigen  schaften war bisher jedoch stark behindert,  weil eine Verarbeitung derartiger Werk  stoffe, insbesondere solcher, die mindestens  40 % an sich spröder Verbindungen zwischen  einem Metall und einem     Nichtmetall    ent  halten als ausgeschlossen galt.  



  Gemäss der Erfindung wird die Zugfestig  keit von Stoffen. die mindestens 40 % an  sich spröder Verbindungen zwischen     einem     Metall und einem Nichtmetall, wie zum Bei  spiel     Phosphide.        Silizide,        Karbide,        Arsenide     oder     Antimonide,    enthalten, dadurch erhöht,  dass man die spröden vergossenen Stoffe dicht       unter    der     Temperatur    beginnender Schmel  zung einer mechanischen     Durchknetung    un  terwirft, wobei in den meisten Fällen gleich  zeitig auch die Dehnbarkeit erhöht wird.

    Hierdurch werden sie in gewissem Umfang  zur     Herstellung    von Geräten und Werk  zeugen brauchbar gemacht. Unter dem Aus-      druck     "Durchknetung"    ist jede Behandlungs  weise zu verstehen, beider die Lage der vor  handenen Kristalle oder     Kristallite    gegen  einander oder zu der sie umgebenden Masse  verändert wird, also zum Beispiel auch bei  Verformung durch Pressen,     Austretenlassen     aus Öffnungen usw. Durch eine derartige  Behandlung     wird    insbesondere die Zugfestig  keit dieser Verbindungen ausserordentlich ge  steigert.

   Darüber hinaus kann man durch     ein-          oder    mehrmaliges Durchkneten bei erhöhter  Temperatur eine Art     Duktilisierung        errei-          ehen,    so dass es dann möglich wird,     diese     Stoffe anschliessend auch bei niedrigen Tem  peraturen     weiter    zu verformen. Es sind  bereits Verfahren bekannt, gewisse reine Me  talle, die im     Gusszustand    spröde sind, wie  zum Beispiel Wolfram oder Chrom, durch       Hämmerung    zäh zu machen.

   Es war jedoch  bisher nicht bekannt, dass durch einfache  mechanische     Durchknetung,    wie zum Beispiel  Verformung durch Pressen bei erhöhter Tem  peratur auch Verbindungen der Metalle mit  Nichtmetallen in ihrer Zähigkeit zu verbes  sern waren. Wenn dabei von einer gewissen       Duktilisierung    gesprochen wird, so geschieht  es deshalb, weil durch Steigerung der Tem  peratur bis über einen kritischen Punkt  hinaus die Plastizität des Werkstoffes so ge  steigert werden kann,

   dass eine     Verformung     bei hohen Temperaturen möglich wird und  darüber hinaus durch eine einmalige     Dureh-          knetung    bei einer dicht unter dem Schmelz  punkt liegenden Temperatur das Material  sogar dauernd in seiner Plastizität so weit  verbessert werden kann, dass eine weitere       spanlose    Verformung dann auch bei niedri  geren     Temperaturen        bezw.    sogar auf kaltem  Wege möglich wird.  



  Es ist auch schon vorgeschlagen worden,  Kupfer mit     Siliziumgehalten    bis 6 % bei  höherer Temperatur mechanisch zu verfor  men. Aus dem Diagramm der     Kupfer-Sili-          zium-Legierungen    ergibt sich jedoch, dass  hier eine Verbindung von Kupfer und Sili  zium, das heisst ein     Kupfersilizid,    nur bei  gewöhnlichen Temperaturen vorhanden ist.  Bei den vorgesehenen     Arbeitstemperaturen       ist jedoch diese     Verbindung    bereits nicht  mehr beständig,     vielmehr    liegt lediglich eine  Lösung des Siliziums in Kupfer vor.

   Das  Verfahren zur Behandlung der     Kipfer-Sili-          zium-Legierungen    beruht also nicht auf einer  Verformung der Verbindungen als solcher,  sondern auf einer Behandlung derartiger Le  gierungen bei Temperaturen, bei denen die  Verbindung nicht mehr vorhanden ist. Eine  Behandlung von     .Silizium-Kupfer    mit höheren  Gehalten an     lZ-'upfersiliziden    war dagegen  nicht bekannt.

   Wendet man nun das Ver  fahren gemäss Erfindung auf     Kupfer-Sili-          zium-Legierungen    mit einem erheblichen Ge  halt an     Kupfersilizid    an, so ergibt sich über  raschenderweise, dass selbst     Legierungen    mit  1055 Silizium bei Temperaturen von<B>730'</B>  von 15 mm auf 2 mm     heruntergepresst    wer  den können. Ein derartig hoher     Siliziuir-          gehalt    bewirkt aber, dass lediglich Verbin  dungen von     Cu,Si        bezw.        Cu3Si    vorliegen.

    Die mechanische     Durchknetung        bewirkt    da  bei eine Verbesserung der Festigkeit und er  möglicht die Verwendung der     Verbindungen     zu den     verschiedenartigsten    Zwecken.  



  Auch Phosphorkupfer galt bisher bei       Gehalten    über etwa 6 % Phosphor weder in  kaltem noch in warmem Zustande für     walz-          bar.     



  Es wurde nun gefunden, dass auch Phos  phorkupfer mit mehr als 6 %     Cu    bei einer  dicht unter dem Schmelzpunkt liegenden  Temperatur mechanisch     verarbeitbar    wird.  Der     ,Schmelzpunkt    des     Eutektikums    liegt bei  etwa 707   C. Durchknetet man das Phos  phorkupfer mit Phosphorgehalten über 6  bei Temperaturen     etwa    zwischen 650 und  700  , so wird das     Mateiial    plastisch.  



  Besonders überraschend ist aber, dass man  es anschliessend innerhalb eines ziemlich     weiten          Temperaturintervalles,    zum Beispiel 400 bis  600  , auf jede beliebige Dicke auswalzen  kann, das heisst, dass die Plastizität dann er  halten bleibt. Bei höherprozentigen Phos  phorgehalten, zum Beispiel 10 % Phosphor,  ist es zweckmässig, die mechanische     Durch-          knetung    dicht unter der Temperatur begin-           nender    Schmelzung, intensiver zu     tiestalten.     Auf diese Weise kann man selbst     Phosphide     bis<B>13%</B> Phosphorgehalt zu dünnen Blechen  auswalzen.  



  Was im vorstehenden bezüglich     Phos-          phide    gesagt wurde, gilt, wie festgestellt  wurde, auch für     Silizide,        Karbide,        Arsenide     und     Antimonide.     



  Während bisher zum Beispiel     Kupf    er  legierungen mit höherem Gehalt an Arsen  für nicht verformbar gehalten wurden, er  gibt die Erfindung die Möglichkeit, auch  derartige     Legierungen    mechanisch zu ver  formen. Auch hier kann die     Durchknetung     zunächst dadurch erfolgen,     dass    man die Le  gierungen bei Temperaturen, die etwa 30 bis  <B>100'</B> unter dem     Soliduspunkt    (Temperatur       beginnender    Schmelzung) liegen,     vorpresst,     worauf man sie in beliebiger Weise mecha  nisch weiter verformen kann.

   Selbstver  ständlich kann die weitere Verformung auch  unterbleiben, wenn man bereits durch Pres  sen die endgültige Form der Werkstücke her  zustellen imstande ist.  



  Ganz besonders     vorteilhaft    ist die Anwen  dung des erfindungsgemässen Verfahrens für       Legierungen    des Kupfers mit Arsengehalten       über    7,5 %. Es ist bekannt, dass gerade das  Arsen eine hohe Sprödigkeit des Kupfers ver  ursacht, wenn es in so hohen Gehalten bei  legiert.ist. Auf Grund neuerer Untersuchun  gen ist dabei     festgestellt,    dass bis zu dem  Gehalt von etwa     7,5510'        Mischkristallbildung     vorliegt, so dass bis zu diesem Prozentsatz  eine gewisse     Duktilität    der hergestellten Le  gierungen erwartet werden kann.

   Geht man  aber im Arsengehalt über diese kritische  Grenze von 7,5 % hinaus, so steigt die Sprö  digkeit der Legierung sehr schnell an, so  dass eine mechanische Verformung nicht mehr  in dem praktisch erforderlichen Mass durch  geführt werden kann, ohne dass eine Schädi  gung der Werkstücke erfolgt. Presst man  aber     Gussmaterial,    das aus Kupfer mit  Arsengehalten über 7,5 % besteht, bei Tem  peraturen von etwa<B>600</B> bis<B>650</B>  , so erhält  man ein Material, das bereits in sich bedeu  tend verfestigt ist und dabei auch eine er-         liebliche    Zunahme seiner elastischen Eigen  schaften erfahren hat.

   Ein derart     vorge-          presstes    Material kann man zum Beispiel  dann anschliessend auch bei niedrigeren Tem  peraturen ohne Schwierigkeit weiter walzen,  schmieden oder hämmern.  



  Nach diesem Verfahren     können    nicht nur  Kupferlegierungen mit Gehalten, die wenig  über 7,5 % Arsen liegen, verarbeitet werden.  Versuche haben vielmehr gezeigt, dass sogar  noch Arsengehalte von 15<B>%.,</B> ja herauf bis  35 % in gleicher Weise zu     Fertigfabrikaten     verformt werden können. Naturgemäss er  höht sich mit steigendem Arsengehalt die  Härte und Sprödigkeit dieser Legierungen,  doch ist es stets möglich geblieben, dieselben  mindestens einem     Pressvorgang    zu unter  werfen.  



  Als Beispiel sei die     Behandlung    einer  20%igen     Kupferarsenlegierung    angeführt.  Hierbei     wurde    zunächst Kupfer geschmol  zen und das Arsen in metallischem Zustande  einlegiert. Nach einem guten Durchrühren  der Schmelze wurde diese zu     Pressknüppeln     von 70 mm Durchmesser vergossen.

   Diese  Knüppel     wurden    in einem     Glühofen    gewöhn  licher Konstruktion auf eine Temperatur von  620   erhitzt und in einer     Strangpresse    auf  Stangen von 12 mm Durchmesser     verpresst.     Diese Stangen zeigten eine Festigkeit von  zirka 45 kg/mm'     Festigkeit,    während das  selbe Material im     Gusszustand    eine Festig  keit von nur 13     kg/mm2        aufwies.     



       Abgesehen    von den reinen Kupferarsen  legierungen kann das Verfahren gemäss Er  findung naturgemäss auch auf alle sonstigen  arsenhaltigen Kupferlegierungen mit Arsen  gehalten von mehr als 7,5 % ausgedehnt wer  den. .So hat sich zum Beispiel ergeben, dass  die sonst vielfach zur Herstellung von Kup  ferlegierungen üblichen Zusatzelemente, wie  Zink, Nickel, Zinn, Blei, Chrom, Silizium,  keine grundsätzliche Änderung des Erfin  dungsgedankens zur Folge haben.  



  Die Anwendung der nach diesem Verfah  ren behandelten hocharsenhaltigen     Legieruu-          gen,    und zwar insbesondere der hocharsen  haltigen Kupferlegierungen ist besonders vor-           teilhaft    für die Herstellung von Apparaturen,  die Korrosionsfestigkeit erfordern. In vie  len Zweigen der chemischen Industrie wird  das Bedürfnis nach zum Beispiel     phosphor-          säure-        bezw.    salzsäurebeständigeren Appa  raturen immer stärker.

   Es hat sich nun er  geben, dass ein     derart    hoher Arsengehalt, wie  er nunmehr nach dem Verfahren gemäss Er  findung möglich geworden ist, derartige An  forderungen in besserem Masse als die bis  herigen Legierungen befriedigen kann.  



  Was im vorstehenden für die     Kupfer-          Arsen-Legierungen    gesagt ist, gilt gleicher  weise auch für die Legierungen des Kupfers       mit    mehr als 7,5 % Antimon, da auch deren       Verformbarkeit    bisher für unmöglich gehal  ten     wurde.     



  Die Erfindung eröffnet also die Möglich  keit, schwierig verformbare und bisher un  benutzt gelassene Werkstoffe zu einer gan  zen Reihe technischer Anwendungszwecke zu  verwenden.     Insbesondere    kommt zum Bei  spiel in Frage, Kupfer mit     etwa    8% Phos  phor zum Schweissen zu verwenden, da der  artiges Phosphorkupfer jetzt in einfacher  Weise in Drähte oder Stangen ausgepresst  werden kann, so dass seine Verwendbarkeit in  der Praxis erleichtert ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Erhöhung der Zugfestig keit von Stoffen, die mindestens 40 % an sich spröder Verbindungen zwischen einem Me tall und einem Nichtmetall enthalten, da durch gekennzeichnet, dass die spröden ver gossenen Stoffe dicht unter der Temperatur beginnender Schmelzung mechanisch durch geknetet werden. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Stoffe behandelt werden, in denen mindestens 40 % Sili- zi,de enthalten sind. 2.

   Verfahren nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass Stoffe behan delt werden, in denen mindestens 40 Kupfersilizid enthalten ist. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch , o ,;ekennzeichnet, dass Stoffe behandelt werden, in denen mindestens 40% Phos- phide enthalten sind. 4.

   Verfahren nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass Stoffe behan delt werden, in denen mindestens 40 Kupferphosphid enthalten ist. 5. Verfahren nach Unteri)nspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass Legierungen des Kupfers mit Phosphorgehalten über 6 % bei Temperaturen zwischen 650 und 700 mechanisch durchgeknetet werden. 6. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Stoffe behandelt werden, die mindestens 40% Arsenide enthalten. 7. Verfahren nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass Stoffe behan delt werden, die mindestens 40 % Kupfer- arsenid enthalten.

   B. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Stoffe behandelt werden, die mindestens 40% Antimonide enthalten. 9. Verfahren nach Unteranspruch 8, da durch gekennzeichnet, dass Stoffe behan delt werden, die mindestens 40% Kup- ferantimonid enthalten. 10. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Stoffe behandelt werden, die mindestens 40 % Karbide ent halten. <B>11.</B> Verfahren nanh Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die durchkneteten Legierungen anschliessend bei niedrigen Temperaturen mechanisch weiter ver formt werden.