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Aluminiumbronzelegierung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumbrollzelegierung, insbesondere im x-Zustand, mit erhöhtem Widerstandsvermögen gegen interkristalline Korrosion bei Beanspruchung durch Dampf oder heisses Wasser.
EMI1.1
Bauteil, der im Gebrauch durch Dampf oder Heisswasser beansprucht wird, weist eine verminderte Tendenz zu interkristalliner Korrosion auf.
Es hat sich gezeigt, dass a-Aluminiumbronzelegierungen, insbesondere solche mit einem Gehalt von 5, 0-8, 0 %-Aluminium unter der Einwirkung von Dampf gewöhnlich Korrosionsbrüche erleiden. Man nimmt an, dass dies davon herrührt, dass die Aluminiumatome grösser sind als die Kupferatome und daher das Aluminium während der Verfestigung der Legierung in die Korngrenzenbereiche gedrängt wird, wodurch diese mit Aluminium angereichert werden. Weil nun das Aluminium unter Dampf- und Spannungsbeanspruchung leichter oxydiert als Kupfer, werden die mit Aluminium angereicherten Korngrenzen oxydiert bzw. korrodiert und diese interkristalline Korrosion führt zu vorzeitigem Unbrauchbarwerden des aus der Legierung hergestellten Gegenstandes.
Die vorliegende Erfindung gründet sich auf die Entdeckung, dass die interkristalline Korrosion von a-Aluminiumbronze unter Dampf-und Spannungsbeanspruchung im wesentlichen verhindert werden kann, wenn der Legierung geringe Mengen von Zinn oder Silber oder einer Kombination dieser beiden Metalle zugesetzt werden.
Gemäss der Erfindung enthält eine aus 5, 0 - 8, 0 % Aluminium, 0, 20 - 4, 00 % Fe und 0, 01 - 5, 00 % Nickel bestehende Aluminiumbronze einen Zusatz von 0, 05 - 1, 0 % Sn oder von 0, 05-0, 50 % Ag oder aber einer Kombination von 0, 05 - 1. 0 % Sn und 0, 05-0, 50 % Ag. Zur Erklärung wird angenommen, dass das Zinn und bzw. oder Silber infolge ihrer grösseren Atomgrösse im Vergleich zu der des Aluminiums während der Erstarrung der Legierung in die Korngrenzen gedrängt werden, wodurch das Aluminium von dort ferngehalten wird.
Da im allgemeinen weder Silber noch Zinn unter Dampf-und Spannungsbean- spruchung oxydieren, werden die Korrosionen der Korngrenzen wirksam verhindert und der aus der Legierung bestehende Bauteil od. dgl. wird nicht vorzeitig zerstört.
Die erfindungsgemässe Legierung eignet sich namentlich für Bauteile, die für die Leitung oder Regelung eines Stromes von Dampf oder Heisswasser bestimmt sind und im Betrieb entweder einer Krafteinwirkung von aussen oder dem Dampfdruck selbst ausgesetzt sind.
Ein Beispiel hiefür ist ein zur Leitung von unter Druck stehendem Dampf oder Heisswasser bestimmtes Kühlrohr, das gegen interkristalline Korrosion in hohem Grade widerstandsfähig sein muss. Dieses Rohr ist beispielsweise aus Aluminiumbronzelegierung hergestellt, die im allgemeinen die folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozenten) hat :
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<tb>
<tb> Al <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP> trio <SEP>
<tb> Fe <SEP> 0, <SEP> 20-4, <SEP> 0% <SEP>
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> - <SEP> 5,0 <SEP> %
<tb> Sn <SEP> 0, <SEP> 05-1, <SEP> 0% <SEP>
<tb> Cu <SEP> Rest
<tb>
EMI2.2
EMI2.3
<tb>
<tb> :Al <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 6,75%
<tb> Fe <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> - <SEP> 2,50 <SEP> %
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> - <SEP> 0,25 <SEP> %
<tb> Sn <SEP> 0, <SEP> 10-0, <SEP> 40% <SEP>
<tb> Cu <SEP> Rest
<tb>
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allgemeinen Bereich fällt, ist folgendes :
EMI2.5
<tb>
<tb> Al <SEP> 6, <SEP> 50 <SEP> %
<tb> Fe <SEP> 2, <SEP> 20% <SEP>
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 01%
<tb> Sn <SEP> 0, <SEP> 40%
<tb> Cu <SEP> 90, <SEP> 1 <SEP> 9 <SEP> %.
<tb>
Bei den oben angeführten Legierungen für das Rohr kann das Zinn auch gemäss dem nachfolgenden allgemeinen Zusammensetzungsbereich (Angaben in Gewichtsprozemen) duch Silber ersetzt werden :
EMI2.6
<tb>
<tb> Al <SEP> 5, <SEP> 00 <SEP> - <SEP> 8,00 <SEP> %
<tb> Fe <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 4,00 <SEP> %
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> - <SEP> 5,00 <SEP> %
<tb> Ag <SEP> 0,05 <SEP> - <SEP> 0,50 <SEP> %
<tb> Cu <SEP> Rest.
<tb>
Ein bevorzugter Bereich für die Zusammensetzung des Rohres ist bei Verendung von Silber der folgende :
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<tb>
<tb> Al <SEP> 6, <SEP> 00 <SEP> - <SEP> 6,75 <SEP> %
<tb> Fe <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> - <SEP> 2,50 <SEP> %
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> - <SEP> 0,25 <SEP> %
<tb> Ag <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> - <SEP> 0,20%
<tb> Cu <SEP> Rest.
<tb>
EMI2.8
EMI2.9
<tb>
<tb> fürAl <SEP> 6, <SEP> 50 <SEP> %
<tb> Fe <SEP> 2, <SEP> 20 <SEP> %
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> %
<tb> Ag <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> %
<tb> Cu <SEP> 91, <SEP> 04%
<tb>
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Die für das Rohr bestimmte Legierung kann auch eine Kombination von Silber und Zinn enthalten, wie die tieferstehende allgemeine Zusammensetzung (ausgedrückt in Gewichtsprozenten) zeigt :
EMI3.1
<tb>
<tb> Al <SEP> 5, <SEP> 00 <SEP> - <SEP> 8, <SEP> 00 <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> Fe <SEP> 0, <SEP> 20-4, <SEP> 00% <SEP>
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 01-5, <SEP> 00% <SEP>
<tb> Sn <SEP> 0, <SEP> 05-1, <SEP> 00% <SEP>
<tb> Ag <SEP> 0, <SEP> 05-0, <SEP> 50% <SEP>
<tb> Cu <SEP> Rest.
<tb>
Als bevorzugter Bereich von Legierungen für das Rohr unter Verwendung der Kombination von Zinn und Silber ist der folgende anzuführen :
EMI3.2
<tb>
<tb> Al <SEP> 6, <SEP> 00 <SEP> - <SEP> 6,75 <SEP> %
<tb> Fe <SEP> 1, <SEP> 75-2, <SEP> 50% <SEP>
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> - <SEP> 0.25 <SEP> %
<tb> Sn <SEP> 0, <SEP> tic-0. <SEP> 40% <SEP>
<tb> Ag <SEP> 0, <SEP> 05.-0, <SEP> 20% <SEP>
<tb> Cu <SEP> Rest.
<tb>
EMI3.3
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<tb>
<tb> :Al <SEP> 6, <SEP> 50% <SEP>
<tb> Fe <SEP> 2, <SEP> 20%
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 05%
<tb> Sn <SEP> 0, <SEP> 20%
<tb> Ag <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> % <SEP>
<tb> Cu <SEP> 90, <SEP> 84%.
<tb>
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kristallinen Korrosion der Legierung zu widerstehen. Es wird angenommen, dass das Zinn bzw. Silber infolge ihres gegenüber den Aluminumatomen grösseren Atomdurchmessers das Aluminium daran hindert, zu den Korngrenzen abzuwandern.
Da Zinn und bzw. oder Silber einer Oxydation weniger ausgesetzt sind als Aluminium, wird die Korrosion an den mit Silber und bzw. oder Zinn angereicherten Korngrenzen wirksam verhindert.
Die vorstehend angegebenen Zusammensetzungen sind natürlich nicht auf Rohre beschränkt, sondern gelten für Legierungen der beanspruchten Art im allgemeinen.
Zweckmässig erfolgt die Herstellung der Legierung, wieder am Beispiel des Rohres gezeigt, in der Weise, dass zunächst eine Vorlegierung aus Kupfer, Aluminium, Eisen und Nickel gebildet wird. Diese Vorlegierung wird sodann zusätzlich mit Kupfer und Zinn und bzw. oder Silber legiert und vergossen.
Vorzugsweise wird Zinn und bzw. oder Silber nicht schon der Vorlegierung zugesetzt, denn im Schmelzprozess würde ein Teil des Zinns und bzw. oder Silbers durch Oxydation verlorengehen und müsste ersetzt werden, um die Mengen dieser Metalle innerhalb der gewünschten Grenzen zu halten.
An Stelle der Zugabe von metallischem Zinn und/oder Silber kann es unter gewissen Bedingungen günstig sein, Salze des Zinns und bzw. oder Silbers, oder aber Flussmittel zuzusetzen, die die reinen Metalle oder die Metallsalze enthalten.
Nach dem Guss wird die das Zinn und bzw. oder Silber in der richtigen Konzentration enthaltende Legierung erhitzt und zu einer Rohhülse in den zur Weiterverarbeitung geeigneten Abmessungen gepresst, z. B. stranggepresst. Nach dem Pressen wird die Rohhülse angespitzt und kalt auf die Endabmessungen gezogen. Das fertige Rohr kann sodann zur Verringerung innerer Spannungen bei einer Temperatur von etwa 315-621 C, vorzugsweise bei etwa 454 C vergütet oder bei etwa 787-8980C, vorzugsweise bei etwa
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843 C ausgeglüht werden, wobei die verwendete Temperatur nach dem spezifischen Verwendungszweck und den gewünschten Eigenschaften des Rohres bestimmt wird.
Die Widerstandsfähigkeit der Legierung gegen Korrosionsangriffe durch Dampf und Spannungsbeanspruchung ist aus den nachfolgenden Versuchsergebnissen ersichtlich, welche bsi der Biegeprobe von Probestücken unter Dampfeinwirkung erhalten wurden.
Abmessungen des Prüflings : 3, 17 x 15,87 x 66,67 mm.
Bigeungsmittel: 1,727-1, 905 mm.
Medium : Gesättigter Wasserdampf von 176 C.
Ergebnisse :
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Nr.: <SEP> Zusammensetzung: <SEP> Prüfdauer: <SEP> Ergebnis:
<tb> 1 <SEP> Cu <SEP> 90, <SEP> 00 <SEP> % <SEP> 157 <SEP> Std. <SEP> Bruch <SEP> des
<tb> Al <SEP> 7,10 <SEP> % <SEP> Prüflings
<tb> Fe <SEP> 2, <SEP> 37 <SEP> % <SEP>
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 11 <SEP> % <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> ?%
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 41% <SEP>
<tb> 2 <SEP> Cu <SEP> 90,52 <SEP> % <SEP> 3000 <SEP> Std. <SEP> Prüfling
<tb> Al <SEP> 6, <SEP> 90% <SEP> unversehrt <SEP>
<tb> Fe <SEP> 2, <SEP> 21 <SEP> % <SEP>
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 11 <SEP> % <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> %
<tb> Ag <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP> % <SEP>
<tb> 3 <SEP> Cu <SEP> 90, <SEP> 22 <SEP> % <SEP> 3000 <SEP> Std.
<SEP> Prüfling
<tb> Al <SEP> 7, <SEP> 10 <SEP> unversehrt
<tb> Fe <SEP> 2,21 <SEP> %
<tb> Ni <SEP> Q, <SEP> 21 <SEP> % <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 02%
<tb> Sn <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP> %
<tb> 4 <SEP> Cu <SEP> 91, <SEP> 13% <SEP> 157Std. <SEP> Bruch <SEP> des <SEP>
<tb> Al <SEP> 6, <SEP> 48% <SEP> prüflinge <SEP>
<tb> Fe <SEP> 2, <SEP> 18 <SEP> %
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 19%
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 0 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> 0/0. <SEP>
<tb>
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einwirkung zu Bruch, während bei den Prüflingen Nr. 2 und 3, welche Silben bzw. Zinn enthielten, die Versuche nach 3000 Stunden Dampfeinwirkung beendet und diese Prüflinge einer Biegeprobe auf 50 Grad unterzogen wurden. Die Prüflinge widerstanden der Biegung und erwiesen sich somit in hinreichend schlüssiger Weise als unempfindlich gegen Korrosionsbruch unter Dampfbeanspruchung.
Als Beispiele von weiteren Anwendungsformen der erfindungsgemässen Legierungen seien genannt eine Schraubenfeder für ein Ventil oder einen ähnlichen Verwendungszweck, eine Glocke für eine Destillierkolonne und ein Ventilschaft, welche Bauteile bei der Führung bzw. Steuerung eines Dampf- oder Heisswasserstromes zur Anwendung gelangen. Aus den beschriebenen Legierungen können z. B. auch Platten hergestellt und durch Schweissung oder auf andere Weise zu einem Dampf- oder Heisswasser aufnehmenden Druckgefäss, zu Stauplatten od. dgl. miteinander verbunden werden.
Dabei ist es zweckmässig, wenn auch das Schweissmaterial eine der Erfindung entsprechende Zusammensetzung auf weist bzw. der zur Erzeugung der Schweissnaht verwendete Schweissstab einen grösseren Aluminiumanteil : ds die Platte enthält, weil beim SchweiRvorgang ein Teil des Aluminiums verlorengeht.
Die Legierungen gemäss der Erfindung eignen sich allgemein für Gegenstände, die bei der Leitung, Verteilung oder Steuerung eines Dampfstromes, eines Stromes von Heisswasser oder anderer Feuchtigkeit enthaltender Medien, aus welchen im Betrieb Dampf entstehen kann, Anwendung finden können. Der Ausdruck "Heisswasser" umfasst auch Lösungen und Suspensionen in heissem Wasser sowie andere heisses Wasser enthaltende Materialien, während der Ausdruck"Dampf"auch gasförmige M cbungen von Wasserdampf und andern Dämpfen betrifft.
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Die erfindungsgemässen Legierungen können Verunreinigungen durch andere Metalle bis zu einer Menge von 1 % enthalten, ohne dadurch das Verhalten oder die Eigenschaften der aus der Legierung angefertigten Gegenstände nachteilig zu verändern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Aluminiumbronzelegierung, insbesondere für Gegenstände, die im normalen Gebrauch der Einwirkung von Dampf oder Heisswasser ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie, in Gewichtsprozenten ausgedrückt, aus 5, 0-8, 0% Aluminium, 0, 20-4, 00 % Eisen, 0, 01 - 5 % Nickel, einem
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Rest aus Kupfer besteht.