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Aluminiumbronzelegierung mit verbesserter Beständigkeit gegen Korngrenzenoxydation
Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminiumbronzelegierung mit erhöhter Beständigkeit gegen Korngrenzenoxydation bei Spannungsbeanspruchung in heissem Wasser oder in einer Dampfatmosphäre.
Nach der Erfindung wird eine Aluminiumbronzelegierung geschaffen, die erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenKorngrenzenoxydation unter Spannung in neissem Wasser oder in einer Dampfatmosphäre aufweist und, auf Gewichtsmengen bezogen, aus 5, 0-8, 0 % Aluminium, 1, 6-2, 90 % Eisen, aus Zinn in einem Gewichtsverhältnis von 1 Teil Zinn zu 11-32 Teilen Aluminium, Rest im wesentlichen Kupfer, besteht.
Es ist bekannt, dass fast alle Kupferlegierungen, wenn sie in gewissen korrodierenden Medien Spannungsbeanspruchungen ausgesetzt sind, eine besondere Art von Oxydation erfahren, die vom Fachmann allgemein als Korngrenzenoxydation bezeichnet wird. Dieser Ausdruck bezieht sich auf eine spontane Rissbildung des Metalles, das mit einem korrodierenden Mittel in Berührung gebracht und unter restlicher oder aufgelegter Spannung steht.
Erfindungsgemäss wird eine Verbesserung der Eigenschaften von solchen Aluminiumbronzelegierungen erzielt, bei denen sonst unter Spannungsbeanspruchung in heisswasserhaltigen oder dampfhaitigen Medien Korngrenzenoxydation auftritt-
Es wurde gefunden, dass die Oxydation oder Rissbildung einer Aluminiumbronzelegierung unter der Einwirkung von Spannungen und korrodierendem heissen Wasser oder Wasserdampf im wesentlichen an den Korngrenzen erfolgt. Als Grund für diesen Angriff an den Korngrenzen ist anzunehmen, dass die Aluminiumatome an den Korngrenzen in höherer Konzentration als in den Körnern selbst vorliegen.
Wahrscheinlich zeigen die Aluminiumatome eine negative elastische Energiewechselwirkung mit den erweiterten Korngrenzenbereichen, so dass sich die grösseren Aluminiumatome daher an den Korngrenzen aussondern und dort der Oxydation zugänglich werden.
Das Problem des Korngrenzenangriffs tritt besonders bei a-Phasen-Aluminiumbronzelegierungen auf, die etwa 5 - 8 %Aluminium enthalten. Die et-Phasen-Legierung lässt sich ausserordentlich gut verarbeiten und leicht zu Rohren, Blechen, Platten usw. verformen. In dieser Form wird die Legierung oft Spannungsbeanspruchungen in einer Umgebung von heissem Wasser oder Dampf ausgesetzt.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, dass die Widerstandsfähigkeit einer a-Phasen- Aluminiumbronzelegierung gegen Korngrenzenoxydation in einer Umgebung von Dampf oder heissem Wasser durch Zusatz kleiner Mengen Zinn zu der Legierung erhöht werden kann. Dies gilt besonders dann, wenn die Zinnmenge innerhalb eines bestimmten Verhältnisses zu dem Aluminiumgehalt in der Legierung gehalten wird.
Genauer gesagt, soll der Zinngehalt in der Legierung einem Verhältnis von etwa 1 Gew.-Teil Zinn zu 25 Gew.-Teilen Aluminium entsprechen. Es wurde gefunden, dass eine Aluminiumbronzelegierung, die das angegebene Verhältnis von Aluminium zu Zinn aufweist, im Vergleich zu zinnfreien Legierungen bedeutend beständiger gegen Korngrenzenoxydation unter Spannungsbeanspruchung in heissem Wasser oder Dampf ist, weil die Zinnatome, die grösser als Aluminiumatome sind, eine grössere negative elastische Energiewechselwirkung mit den erweiterten Korngrenzenzonen haben als Aluminiumatome und daher dazu neigen, die Aluminiumatome in diesem Korngrenzgebiet zu ersetzen.
Aluminiumbronzelegierungenmit an denKorngrenzen abgesonderten Zinnatomen zeigen vermutlich deshalb eine erhöhte Beständigkeit gegen eine interkristalline Oxydation, weil die Zinnoxyde niedrige Bildungswärmen haben.
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Es wurde als notwendig festgestellt, die verbesserte Legierung mit einem ganz bestimmten Verhältnis von Zinn- zu Aluminiumgehalt zu erzeugen. Dies ist wahrscheinlich auf den theoretisch zu erwartenden, zusätzlichen Einfluss bei Berücksichtigung der Konfigurationsentropie zurückzuführen, wozu die Aluminium- und Zinnatome beitragen. Das bedeutet, dass es für eine bestimmte gelöste Atomart um so schwieriger wird, sich an einer Korngrenze auszuscheiden, je geringer ihre Konzentration ist. Die Zinnatome konkurrieren mit den Aluminiumatomen um die Korngrenzenbereiche, und die Möglichkeit, oxydationsbeständige Korngrenzen zu schaffen, hängt davon ab, dass das Verhältnis des Aluminium- zum Zinngehalt auf ganz bestimmten kritischen Werten gehalten wird.
In zahlreichen Fällen wurde Zinn in grösseren oder kleineren Mengen zu Kupfer und kupferhaltigen Legierungen zugesetzt. Indessen wurde aber bisher eine Verwendung von Zinn als Legierungsbestandteil für Kupfer in Aluminiumbronzelegierungen in einem ganz bestimmten Verhältnis zum Aluminiumgehalt weder beschrieben noch in Betracht gezogen, um den Angriff an den Korngrenzen unter Spannungsbeanspruchungen in einer Umgebung von heissem Wasser oder Dampf im wesentlichen zu verhindern. So wurde beispielsweise Zinn neben Nickel zu Messing zugesetzt, wobei aber Zinn mit Nickel eine Verbindung bil- det, die bei geeigneter Wärmebehandlung das Messing zu härten vermag.
Demgegenüber bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine oc-Phasen-Aluminiumbronzelegierung, die bei Einhaltung eines bestimmten Verhältnisses von Aluminium zu Zinn eine ausserordentlich verbesserte Beständigkeit gegen Korngrenzenoxydation unter Spannung in heissem Wasser oder Dampf aufweist. Gemäss der Erfindung werden die mechanischen Eigenschaften der a-Phasen-Aluminiumbronzelegierung beibehalten, unter gleichzeitiger Erhöhung der Resistenz der Legierung gegen einen Angriff an den Korngrenzen.
Erfindungsgemäss liegt die auf das Gewicht bezogene Legierungszusammensetzung in folgendem allgemeinen Bereich :
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<tb>
<tb> Aluminium <SEP> 5, <SEP> po
<tb> Eisen <SEP> 1, <SEP> zo
<tb> Zinn <SEP> 1 <SEP> Gew.-Teil <SEP> Zinn <SEP> auf
<tb> 11-32 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Aluminium
<tb> Kupfer <SEP> Rest.
<tb>
Der bevorzugte Zusammensetzungsbereich der Legierung ist folgender :
EMI2.2
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> 6, <SEP> 00-6, <SEP> 75% <SEP>
<tb> Eisen <SEP> 2, <SEP> 00-2, <SEP> 40% <SEP>
<tb> Zinn <SEP> 1 <SEP> Gew.-Teil <SEP> Zinn <SEP> auf
<tb> 24-27 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Aluminium
<tb> Kupfer <SEP> Rest.
<tb>
Ein spezifisches Beispiel einer innerhalb der genannten Bereiche fallenden Legierung ist folgendes :
EMI2.3
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> 6, <SEP> 25%
<tb> Eisen <SEP> 2, <SEP> 080/0
<tb> Zinn <SEP> 0, <SEP> 25%
<tb> Kupfer <SEP> 91, <SEP> 420/0 <SEP>
<tb>
Es wurde gefunden, dass eine Legierung-zusätzlich zu dem Verhältnis von Aluminium zu Zinn- dann die am meisten erwünschten Eigenschaften erreichen lässt, wenn der Gehalt an Eisen zu dem Aluminiumgehalt in einem Verhältnis von 1 : 3 gehalten wird. Das Eisen findet Anwendung als ein Kornstabilisator und bewirkt auch eine Erhöhung der Festigkeit der Legierung, insbesondere bei höheren Temperaturen.
Das Verhältnis von Eisen zu Aluminium von 1 : 3 verleiht der Legierung besonders erwünschte Kornverfeinerungsmerkmale und günstige mechanische Eigenschaften.
Ausserdem können nocti andere Metalle wie Nickel und Mangan in Mengen bis zu 0, 25 % zugesetzt werden, um die mechanischen Eigenschaften der Legierung gewünschtenfalls noch weiter zu steigern.
In der erfindnngsgemässen Legierung soll ein Gehalt an alterungshärtenden Metallen, wie Silizium, Beryllium u. dgl. möglichst vermieden werden. Wird Nickel allein der erfindungsgemässen AluminiumEisen-Kupfer-Legierung zugesetzt, so ruft es keine Alterungshärtung hervor. Wendet man aber eine Kombination von Metallen, wie Silizium und Nickel an, dann hat dies eine Alterungshärtung unter Bildung von Nickelsiliziden zur Folge, wenn die Legierung beim Schweissen, Verformen u. dgl. erhitzt wird. Die licke1silizide sind sehr brüchig und neigen dazu, sich an den Korngrenzen niederzuschlagen und anzusammeln.
Diese Neigung des alterungshärtenden Niederschlages, sich an den Korngrenzen anzusammeln, hindert offenbar das Zinn an einer Anreicherung an den Korngrenzen und vereitelt damit den Zweck des Zinnzusatzes. Die Alterungshärtungsniederschläge kann man durch Lösungsabschrecken von einer Temperatur über 871 C entfernen ; eine derartige Wärmebehandlung ist aber bei einem fertiggestellten
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