CS266004B1

CS266004B1 - Copper-based alloy

Info

Publication number: CS266004B1
Application number: CS863717A
Authority: CS
Inventors: Pavel Ing Sefl; Josef Ing Csc Koritta; Eduard Nevecny; Ladislav Ing Stepanek
Original assignee: Sefl Pavel; Koritta Josef; Eduard Nevecny; Ladislav Ing Stepanek
Priority date: 1986-05-21
Filing date: 1986-05-21
Publication date: 1989-11-14
Also published as: CS371786A1

Abstract

Řešení se týká slitiny na bázi mědi s obsahem niklu 6 až 15 % hmot., cínu 2 až 12 % hmot., křemíku 0,3 až 6 % hmot. a železa do 4 % hmot., která je urěená pro přesné odlitky vyráběné metodou vytavitelného modelu do sádrových forem, které jsou odlévány ve vakuu nebo v podtlaku ochranné atmosféry. Slitina je určena především pro drobné odlitky součástí hudebních nástrojů a pro odlitky, kterré ve stavu po odlití a zakalení zachovávají potřebnou vysokou pevnost, tvarovou přesnost a tvrdost, která se při pájení na tvrdo nesnižují, naopak je možno mechanické vlastnosti nízkoteplotním zpracováním zvýšit.The solution concerns a copper-based alloy with a nickel content of 6 to 15 wt. %, tin of 2 to 12 wt. %, silicon of 0.3 to 6 wt. % and iron of up to 4 wt. %, which is intended for precision castings produced by the method of a fused model into plaster molds, which are cast in a vacuum or in a negative pressure protective atmosphere. The alloy is intended primarily for small castings of musical instrument parts and for castings which, after casting and hardening, retain the necessary high strength, shape accuracy and hardness, which are not reduced during brazing; on the contrary, the mechanical properties can be increased by low-temperature processing.

Description

Vynález se týká slitiny na bázi mědi s obsahem niklu, cínu, křemíku a železa, vhodné pro přesné odlitky vyráběné do sádrových forem ve vakuu nebo v podtlaku ochranné atmosféry a to především pro drobné součásti hudebních nástrojů a pro odlitky, které se užívají ve stavu po odlití nebo ve stavu po odlití a tepelném vytvrzení.The invention relates to a copper-based alloy containing nickel, tin, silicon and iron, suitable for precision castings produced in gypsum molds in a vacuum or in a vacuum of a protective atmosphere, in particular for small parts of musical instruments and for castings used in the state after casting or in the state after casting and thermal curing.

Pro přesné odlitky, které jsou vyráběny metodou vytavitelného modelu do sádrových forem, je zásadně možno použít celou řadu slévárenských slitin na bázi mědi, např. bronzy, mosazi a červené kovy. Výběr slitiny pro odlitky dílů hudebních nástrojů je však třeba podřídit zvláštním požadavkům. Materiál odlitku musí mít ve stavu po odlití dostatečnou pevnost a tvrdost. Odlité součásti musí být dostatečně tvarově tuhé a pevné, aby mohly nahradit díly kované, nebo zpevněné tvářením za studená. Slitina ve stavu po odlití nesmí v průběhu pájení na tvrdo ztrácet své mechanické vlastnosti. Technologie odlévání do sádrových forem omezuje výši licí teploty na cca 1 150 °C a dále předpokládá ponořování ještě žhavých forem po odlití do vody. Varem vody a kavitačním působením páry na sádrovou formu dochází k rychlému odplavení sádry z kyvety formy a tím i k uvolnění odlitků, nebo odlitých stromečků. Prudkým zchlazením formy dojde též k zakalení materiálu odlitků a to značí, že v případě měděných slitin získá nejměkčí možný stav. Zvláštní omezení pro výběr slitiny má technologie tavení a odlévání ve vakuu nebo podtlaku, kdy není přípustné použít slitiny obsahující zinek a kadmium. Hudební nástroje mají na výběr slitiny specifické estetické požadavky. Barva slitiny musí splývat se základními mosaznými díly, nebo ladit s barvou dřeva a slitina musí mít i dobré rezonanční vlastnosti, aby nedocházelo k útlumu nebo dokonce k nežádoucímu podbarvování zvuku. Zhodnocením všech uvedených požadavků se výběr slitiny na bázi mědi pro výrobu součástí hudebních nástrojů zužuje. Každý výběr ze známých slitin je nedokonalým kompromisem. Cínové a křemíkové bronzy neposkytují v litém stavu dostatečnou pevnost, nebo žádaný barevný odstín. Mosazi a červené kovy není možné odlévat ve vakuu, nebo za podtlaku, pro vysokou tenzi par zinku. Mědiniklové slitiny a monely nejsou použitelné pro odlévání do sádry pro vysokou licí teplotu a barevně výhodné niklové mosazi nelze použít při odlávání ve vakuu.For precision castings, which are produced by the method of fusible model into gypsum molds, it is possible to use a whole range of copper-based foundry alloys, such as bronzes, brass and red metals. However, the choice of alloy for castings of musical instrument parts must be subject to special requirements. The casting material must have sufficient strength and hardness after casting. Cast parts must be sufficiently rigid and strong in shape to be able to replace forged or cold-formed parts. The cast alloy must not lose its mechanical properties during brazing. The technology of casting into gypsum molds limits the level of casting temperature to approx. 1,150 ° C and also presupposes immersion of still hot molds after casting into water. By boiling water and the cavitating action of steam on the gypsum mold, the gypsum is quickly washed away from the mold cuvette and thus the castings or cast trees are released. The rapid cooling of the mold will also cloud the material of the castings, which means that in the case of copper alloys it acquires the softest possible state. A special limitation for the choice of alloy is the technology of melting and casting in vacuum or vacuum, where it is not permissible to use alloys containing zinc and cadmium. Musical instruments have specific aesthetic requirements to choose from. The color of the alloy must blend in with the basic brass parts or match the color of the wood, and the alloy must also have good resonant properties to prevent attenuation or even undesired discoloration of the sound. By evaluating all the above requirements, the choice of copper-based alloy for the production of musical instrument components narrows. Every choice of known alloys is an imperfect compromise. Tin and silicon bronzes do not provide sufficient strength or the desired color shade in the cast state. Brass and red metals cannot be cast in vacuum or under vacuum due to the high vapor pressure of zinc. Copper-nickel alloys and monels are not suitable for casting in gypsum for high casting temperatures and color-preferred nickel brasses cannot be used for vacuum casting.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje slitina na bázi mědi, s obsahem niklu, cínu, křemíku a železa pro součásti hudebních nástrojů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsah niklu je 6 až 15 % hmot., cínu 2 až 12 % hmot., křemíku 0,3 až 6 % hmot., železa stopy až 4 % hmot, a zbytek tvoří měS, přitom ostatní doprovodné prvky fosfor, síra, olovo, vizmut, antimon, arzen, mangan, bór, hliník, stopy zinku a kadmia jsou přípustné jako nečistoty v celkovém množství do 1 % hmot.The above-mentioned drawbacks are eliminated by a copper-based alloy containing nickel, tin, silicon and iron for the musical instrument components according to the invention, the essence of which is that the nickel content is 6 to 15% by weight, tin 2 to 12% by weight. of silicon 0.3 to 6% by weight, iron traces up to 4% by weight, and the remainder is copper, while the other accompanying elements phosphorus, sulfur, lead, bismuth, antimony, arsenic, manganese, boron, aluminum, traces of zinc and cadmium are permissible as impurities in a total amount of up to 1% by weight.

Výhody uvedené slitiny spočívají v komplexním účinku přísad niklu, cínu, křemíku a železa za snížení licí teploty pod 1 150 °C, přípustné pro lití do sádrové formy ve vakuu, při technologii výroby odlitků. Přísady působí na zpevnění tuhého roztoku, který i po zakalení do vody vykazuje stále vysokou pevnost a tvrdost (min. pevnost R_m = 380 MPa a tvrdost HV = 200), které dávají tenkostěnným odlitkům tvarovou pevnost a rozměrovou stálost a které se ani po pájení na tvrdo nesníží. Je možné další zpevnění odlitků vytvrzovacím žíháním v oblasti podrekrystalizačních teplot, tj. 300 až 450 °C, tzv. spinodálním vytvrzováním. Ovlivňují též odstín slitiny, který splývá s odstínem mosazí a příznivě ovlivňují zvukové rezonanční vlastnosti součástí. Umožňují další povrchové úpravy např. galvanickými povlaky, které jsou snadněji proveditelné, protože slitina neobsahuje ani zinek ani kadmium. Slitinu je možno zpracovávat též na dráty, plechy i pásy klasickou výrobní technologií tvářením za tepla a za studená.The advantages of said alloy lie in the complex effect of the addition of nickel, tin, silicon and iron in reducing the casting temperature below 1,150 ° C, which is permissible for casting in gypsum mold in vacuum, in the technology of casting production. The additives act to strengthen the solid solution, which even after hardening into water still shows high strength and hardness (min. Strength R _m = 380 MPa and hardness HV = 200), which give thin-walled castings shape strength and dimensional stability and which even after soldering does not reduce hard. It is possible to further strengthen the castings by curing annealing in the region of sub-recrystallization temperatures, i.e. 300 to 450 ° C, by so-called spinodal curing. They also affect the shade of the alloy, which coincides with the shade of brass, and favorably affect the sound resonance properties of the components. They enable further surface treatments, eg with galvanic coatings, which are easier to carry out because the alloy contains neither zinc nor cadmium. The alloy can also be processed into wires, sheets and strips using the classic production technology by hot and cold forming.

Příklad 1Example 1

Ze slitiny o složení v % hmotnosti: mě d 83 %, nikl 9 %, cín 6 %, křemík 1 %, železo 0,5 %, doprovodné prvky celkově 0,5 %, byly odlity ve vakuu z teploty 1 140 °C do sádrové formy 450 °C teplé, zhotovené metodou vytavitelného modelu a zachlazené po odlití do vody, přesné odlitky páčkového mechanismu křídlovky, které vykazovaly po odlití pevnost R = 700 MPa a tvrdost HV = 260. mFrom an alloy with a composition in% by weight: copper 83%, nickel 9%, tin 6%, silicon 1%, iron 0.5%, accompanying elements in total 0.5%, were cast under vacuum from a temperature of 1,140 ° C to gypsum molds 450 ° C warm, made by the method of fusible model and cooled after casting into water, precise castings of the lever mechanism of the flute, which after casting had a strength R = 700 MPa and a hardness HV = 260. m

Příklad 2 Ze slitiny o složení v % hmot.: měd 86 %, nikl 9 % cín, 3 %, křemík 1 %, železo 0,5 %, doprovodné prvky celkově 0,5 %, bylo odlito spojovací táhlo saxofonu shodnou technologií jako v 1 příkladu a přitom bylo dosaženo pevnosti = 630 MPa a tažnosti A$ = 2,5 %.Example 2 A alloy with a composition in% by weight: copper 86%, nickel 9% tin, 3%, silicon 1%, iron 0.5%, accompanying elements in total 0.5%, the connecting rod of the saxophone was cast by the same technology as in 1 of the example, while the strength = 630 MPa and the elongation A $ = 2.5% were achieved.

Příklad 3Example 3

Ze slitiny o složení v % hmot.: měd 85 %, nikl 6 %, cín 6 %, křemík 1 %, železo 1,5 %, doprovodné prvky 0,5 %, byl vyroben drát o průměru 3 mm, který byl použit jako polotovar pro výrobu mechanických dílů křídlovky. Bylo dosaženo pevnosti R_m = 820 a tvrdosti HV = 290 a tento prvek měl shodné barevné ladění s ostatními díly, vyrobenými přesným litím.An alloy with a composition in% by weight: copper 85%, nickel 6%, tin 6%, silicon 1%, iron 1.5%, accompanying elements 0.5%, a wire with a diameter of 3 mm was made, which was used as semi-finished product for the production of mechanical parts of the flute. Strength R _m = 820 and hardness HV = 290 were achieved and this element had the same color tuning as other parts made by precision casting.

Claims

Copper-based alloy, containing nickel, tin, silicon and iron, for musical instrument components, characterized in that it contains 6 to 15% by weight of nickel, 2 to 12% by weight of tin, 0.3 to 6% by weight of silicon , traces of up to 4% by weight of iron, while other accompanying elements phosphorus, sulfur, lead, bismuth, antimony, arsenic, manganese, boron, aluminum, magnesium, traces of zinc and cadmium are allowed as impurities in the total amount up to 1% by weight.