<B>Kupferlegierung und Verfahren zu deren Herstellung.</B> Die Erfindung bezieht sich auf eine Nickel und Mangan enthaltende Kupferlegierung und auf ein Verfahren zu deren Herstellung.
Legierungen, welche aus Kupfer, Nickel und einem oder mehreren der Metalle Eisen, Chrom, Molybdän, Kobalt, Mangan, Vana- dium oder Wolfram bestehen, sowie Wärme behandlungsverfahren zur Verbesserung der Eigenschaften dieser Legierungen sind be reits vielfach bekannt geworden.
Gemäss Schweiz. Patent Nr. 262027 werden harte Kupferlegierungen dadurch erhalten, dass man die Kupferlegierungen einer Wärmebehand lung unterwirft, um eine Ausscheidungshär tung zu bewirken, wobei diese Legierungen einen Nickel- und einen Mangangehalt von je 5 bis 30 %, zweckmässig von im wesentlichen gleicher Höhe, aufweisen; diese Legierungen können auch ein oder mehrere Zusatzele mente, wie Aluminium, Magnesium, Phosphor, Chrom, Silber, Silicium, Barium, Calcium, Kadmium oder Zinn, enthalten.
Die Kupferlegierung gemäss vorliegender Erfindung enthält 5 bis 30 % Nickel, 5 bis 30 70 Mangan und 0,05 bis 5 % Eisen. Nickel und Mangan sind vorteilhaft in praktisch gleichen Mengen vorhanden.
Man kann diesen Legierungen in Mengen bis zu 5 % eines der nachfolgenden Elemente, wie z. B. Magnesium, Phosphor, Chrom, Sil ber, Barium, Calcium, Kadmium oder Zinn, zusetzen, obzwar es zweckmässig ist, geringere Mengen dieser Elemente anzuwenden. Die Ge- samtmenge dieser zusätzlichen Elemente wird zweckmässig 10 % nicht übersteigen.
Die erfindungsgemässen Legierungen sind deshalb besonders wertvoll, weil sie sowohl in weichem Zustande, in welchem sie eine her vorragende Widerstandsfähigkeit gegen Kor rosion, insbesondere gegen Korrosion durch Meerwasser, aufweisen, als auch in gehär tetem Zustande, in welchem Falle die Härte grösser ist als dies bisher bei Kupferlegie rungen dieser Art erreicht wurde, erhalten werden können. Der Zustand, in welchem die Legierung erhalten wird, wird durch die Wärmebehandlung, der sie, wie weiter unten beschrieben sein wird, unterworfen wird, be stimmt. Während die weicheren Legierungen ein optimales Widerstandsvermögen gegen Korrosion aufweisen, besitzen die gehärteten Legierungen nichtsdestoweniger ebenfalls eine gute Beständigkeit gegen Korrosion.
Selbst verständlich wird durch geeignete Handha bung der Wärmebehandlung die Möglichkeit geschaffen, Legierungen zu erzeugen, welche Mittelwerte in bezug auf Härte oder Weich heit und Korrosionsbeständigkeit ergeben, so dass demzufolge die Legierungen für unzäh lige Zwecke sich als geeignet erweisen.
Zur Erreichung einer optimalen Wider standsfähigkeit. gegen Korrosion kann man die Legierung einem Lösungsglühen unter ziehen, bei welchem die Legierung auf eine unterhalb ihrem Schmelzpunkt, zweckmässig jedoch nicht unterhalb 7500 C liegende Tem- peratur erhitzt und hierauf abgeschreckt wird, um sie in weichem Zustande zu erhalten. Die Tn;";male Lösungsglühtemperatur nimmt mit zunehmendem Mangan- und Nickelgehalt zu.
Die bevorzugte Lösungsglühtemperatur liegt bei 750 bis 8500 C, doch kann es in manchen Fällen, insbesondere bei Anwesenheit von ge wissen Verunreinigungen in der Legierung erforderlich sein, die Lösungsglühtemperatur auf 850 bis<B>9500</B> C zii erhöhen.
Die Lösungs- glühtemperatur ändert ebenfalls in geringem Masse je nach der in Betracht kommenden Legierung. Obwohl man bei höheren Lösungs- glühtemperaturen die maximale Steigerung in der Härte beim nachträglichen Tempern er reicht, wird dadurch eine Vergrösserung der Korngrösse bewirkt, während anderseits ein weicheres Material erzielt wird, was in vielen Fällen für die Zwischenstufe beim Kaltbear- beiten von Vorteil sein kann.
Es wurde fest gestellt, dass bei der bevorzugten Temperatur die Lösungsbehandlung innerhalb 2 Stunden beendet ist, während bei einer höheren Lö- sumgsglühtemperatur die Behandlungsdauer reduziert werden kann, so dass beispielsweise bei 9000 C eine Zeitdauer von einer Stunde genügt. Anstatt die Legierungen abzuschrek- ken, kann man sie in langsamerem Masse küh len, doch muss die Kühlung dennoch genü gend rasch erfolgen, um eine Übersättigung zu sichern.
So kann man beispielsweise die Le gierungen von der optimalen Lösungsglühtem- peratur auf eine Zwischentemperatur von bei spielsweise 600 bis 7500 C dermassen abküh len, dass die Übersättigung aufrechterhalten bleibt, beispielsweise um je 5 bis 250 C pro Minute, worauf ein rasches Abkühlen auf Zimmertemperatur erfolgen kann.
Wünscht man harte Legierungen zu erhal ten, so kann man die Legierungen nach der Lösungswärmebehandltung und nach dem Ab schrecken einer Ausscheidungshärtung durch Tempern unterwerfen, gemäss welcher die weichen Legierungen auf eine Temperatur von 300 bis 6000 C erhitzt werden; der Härte grad hängt von der Einwirkungsdauer und der Erwärmungstemperatur ab, die ihrerseits von einem optimalen Wert für eine gegebene Legierung abhängt.
Anderseits kann man die Legierungen auch durch eine einmalige Wärmebehandlung härten, indem man die Legierungen auf eine Temperatur zwischen 7500 C und dem Schmelzpunkt der Legierung erhitzt und hierauf dermassen kühlt, beispiels weise um 5 bis 500 C pro Minute, dass ein Erhärten erreicht wird; die Geschwindigkeit der Abkühlung hängt von der Zusammenset zung der Legierung ab, doch kann angegeben werden, dass im allgemeinen die erforderliche Abkühlungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Nickel- und Mangangehalt abnimmt und je nach dem anfänglichen Übersättigungsgrad variieren kann.
Die schliesslich erreichte Härte der Legierungen kann in geeigneter Weise durch Kaltbearbeitung der Legierung in ihrem weichen Zustande vor dem erneuten Erhitzen auf 300 bis 6000 C, je nach Beschaf fenheit der Legierung und je nach der Kalt bearbeitung, der sie unterworfen wird, ver bessert werden.
Bei der Herstellung der Legierungen kann das Mangan entweder in Form von elektro lytisch erhaltenem Mangan oder von hoch gradigem, im Handel käuflichem Cuproman- gan zur Anwendung gelangen. Die Legierun gen können in geeigneter Weise durch Zu sammenschmelzen der Bestandteile unter einer Kohlenschicht und einem geeigneten Flussmittel, z. B. Kryolith, unter nachträgli cher Zugabe einer geeigneten Menge eines Entoxydierungsmittels, wie Magnesium, um Sauerstofffreiheit in der Schmelze zu garan tieren, erhalten werden.
Durch die Gegenwart von Eisen wird ins besondere eine kleinere Korngrösse und ein ge, ringeres Kornwachstum sowie ein verbes sertes Widerstandsvermögen gegen Korrosion durch Meerwasser, verglichen mit entspre chenden, kein Eisen enthaltenden Legierun gen, erreicht. Eine wichtige Auswirkung der Gegenwart von Eisen ist, dass die Korrosions widerstandsfähigkeit von Legierungen im ab geschreckten Zustande beim Härten durch Tempern in starkem Masse beibehalten wird.
So kann man Legierungen im abgeschreckten, eine feste Lösung bildenden Zustande, zur Er- reichung einer maximalen Korrosionswider standsfähigkeit unter normalen Meerwasser- korrosionsbedingungen verwenden, während unter Korrosions-Erosionsbedingungen die Anwendung der Legierungen in durch Tem- pern gehärteten oder teilweise durch Tem- pern gehärteten Zustand zu besten Resul taten führt, vermöge der erhöhten Härte und der gleichzeitig verhältnismässig geringen Einbusse an Korrosionsbeständigkeit.
In bezug auf die Korngrösse ist, die Wirkung der Zu gabe von Eisen in jenen Legierungen, welche 15 % oder weniger Nickel und Mangan ent-
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<I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb> Legierung <SEP> Korngrösse <SEP> mm
<tb> No.
<SEP> <B>.0/0</B> <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Fe
<tb> 1 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 0,08
<tb> 2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 0,1 <SEP> 0,018
<tb> 3 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 0,2 <SEP> 0,014
<tb> 4 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 0,5 <SEP> 0,015
<tb> 5 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 1 <SEP> 0,01
<tb> 6 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 2 <SEP> 0,015
<tb> 7 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 4 <SEP> 0,01
<tb> 8 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 0,05
<tb> 9 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 0,2 <SEP> 0,014
<tb> 10 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 0,5 <SEP> 0,013
<tb> 11 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 1 <SEP> 0,01
<tb> 12 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 2 <SEP> 0,025
<tb> 13 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 4- <SEP> 0,025
<tb> 14 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 0,02
<tb> 15 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 0,5 <SEP> 0,01
<tb> 16 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 1 <SEP> 0,015
<tb> 17 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 2 <SEP> 0,
015
<tb> 18 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 4 <SEP> 0,01 In Tabelle 2 wird das Widerstandsver mögen gegen Korrosion einiger der in Ta belle 1 aufgezählten Legierungen gezeigt. Die Legierungen wurden während 600 Stunden in halten, besonders augenscheinlich, da grössere Mengen dieser Metalle eine verminderte Korn. grösse der Legierung zur Folge haben.
In der Tabelle 1 werden Beispiele von erfindungsgemässen Legierungskompositionen wiedergegeben unter Angabe von Daten be züglich der Korngrösse der Legierungen und entsprechender eisenfreier Legierungen nach einer Lösungsglühung bei 8000C während zwei Stunden. Daraus kann die beachtens werte Wirkung der Anwesenheit von Eisen auf die Korngrösse ersehen werden, und zwar insbesondere im Falle von Legierungen mit niedrigerem Gehalt an Nickel und Mangan.
zirkulierendes Meerwasser eingetaucht und deren Gewichtsverlust. einerseits bei 17egierun- gen,welche einem Lösungsglühen undKaltwal- zen unterworfen wurden, anderseits bei Le- gierungen, welche einem Lösungsglühen, Kalt walzen und Härten durch Tempern unter worfen würden, notiert.
Daraus kann die zu meist vorteilhafte Wirkung durch Zugabe von Eisen sowohl auf die Reduktion der Korro-
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<I>Tabelle <SEP> 2</I>
<tb> Legierung <SEP> Gewichtsverlust <SEP> in <SEP> mg/dmz
<tb> No. <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Mn <SEP> /o <SEP> Fe <SEP> Lösungsgeglüht <SEP> und <SEP> Lösungsgeglüht <SEP> kalt <SEP> gewalzt
<tb> kalt <SEP> gewalzt <SEP> und <SEP> durch <SEP> Tempern <SEP> gehärtet
<tb> 1 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> -.
<SEP> 729 <SEP> 1040
<tb> 3 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 0,2 <SEP> 217 <SEP> 531
<tb> 4 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 0,5 <SEP> 126 <SEP> 279
<tb> 5 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 1 <SEP> 165 <SEP> 179
<tb> 6 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 2 <SEP> 147 <SEP> 169
<tb> 7 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 4 <SEP> 2<B>1</B>8 <SEP> 114
<tb> 8 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 256 <SEP> 704
<tb> 9 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> _ <SEP> 0,2 <SEP> 193 <SEP> 332
<tb> 10 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 0,5 <SEP> 159 <SEP> 233
<tb> 11 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 1 <SEP> 252 <SEP> 227
<tb> 12 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 2 <SEP> I <SEP> 313 <SEP> 338 Ausserdem ist die härtende Wirkung beim Kaltwalzen der Eisen enthaltenden Legierun gen etwas grösser als wenn kein Eisen vor handen ist;
ferner wird ebenfalls eine verbes serte optimale Härte bei der Wärmebehand lung der Legierungen mit oder ohne Kalt walzen bewirkt. Ein weiterer Vorteil der Zu gabe von Eisen besteht darin, dass dadurch die Geschwindigkeit der Härtung durch Tempern im Anfangsstadium der Härte behandlung erhöht wird.
Diese Verbesserungen werden ohne nach teilige Folgen auf die Zugfestigkeit, welche beim Härten der Legierungen durch Tempern entwickelt wird, erreicht.
Eine weitere nützliche Wirkung der An wesenheit von Eisen ist darin zu erblicken, dass dadurch die nachteiligen Wirktalgen des Siliciums, wenn es als Verunreinigung in Mengen von mehr als<B>0,170</B> vorhanden ist, auf die Korrosionsbeständigkeit und Bearbeit- sion der Legierungen als auch auf das Auf rechterhalten der Widerstandsfähigkeit gegen. Korrosion in gehärtetem Zustande ersehen werden. barkeit von Legierungen der hier beschrie benen Kupfer-, Nickel-, Mangan-Klasse ver mieden werden.
Es wurde festgestellt, dass besonders wert volle Eigenschaften erzielt werden mit Legie rungen, welche 7 bis 17 Jo Nickel, 7 bis 17 Mangan und etwa 0,5 Jo Eisen enthalten.
Die Legierungen können in weichem Zu stande leicht verarbeitet werden, z. B. durch Verformung oder maschinelle Bearbeitung, und eignen sich insbesondere zur Anwendung bei mittleren Temperaturen unter korrosiven Bedingungen, so dass sie besonders wertvoll sind für die Herstellung von Kondensatorroh- ren, Laufrädern und ähnlichen Gegenständen, wo derartige Eigenschaften wünschenswert sind.