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.
Process for increasing the tensile strength of impacts which contain at least 40% of very brittle compounds.
It is known that the compounds between a metal and a non-metal, for example the phosphides, silicides, carbides, arsenides or antimonides, are extremely brittle when cast. This brittleness is often so strong that the material cannot even be scratched without splintering.This brittleness remains to a large extent when such compounds are contained in the alloys of the metals in a significant percentage.
For example, if there is a phosphorus copper with a high percentage of phosphide, this material is so brittle that it can be shattered by small blows. On the other hand, metallides stand out respectively. Alloys in which they are contained in considerable percentages are characterized by a number of very valuable properties, such as high hardness, corrosion resistance, etc.
The exploitation of these good properties has hitherto been severely hindered because processing of such materials, especially those containing at least 40% inherently brittle compounds between a metal and a non-metal, was considered to be excluded.
According to the invention, the tensile strength of fabrics. the at least 40% brittle compounds between a metal and a non-metal, such as phosphides for example. Silicides, carbides, arsenides or antimonides contain, increased by subjecting the brittle cast substances to mechanical kneading just below the temperature of the beginning melting, in which in most cases the ductility is also increased at the same time.
As a result, they are made useful to a certain extent for the production of devices and work. The expression "kneading" is to be understood as any treatment method in which the position of the existing crystals or crystallites in relation to one another or to the mass surrounding them is changed, for example also in the case of deformation by pressing, allowing them to escape from openings, etc. Such a treatment will in particular increase the tensile strength of these connections extraordinarily.
In addition, a kind of ductility can be achieved by kneading once or several times at an elevated temperature, so that it is then possible to subsequently further deform these materials even at low temperatures. Processes are already known to make certain pure metals that are brittle in the as-cast state, such as tungsten or chrome, tough by hammering.
However, it was not previously known that simple mechanical kneading, such as, for example, deformation by pressing at elevated temperatures, could also improve the toughness of compounds of metals with non-metals. If one speaks of a certain ductilization, it is because by increasing the temperature to above a critical point the plasticity of the material can be increased so that
that deformation is possible at high temperatures and, in addition, through a single thinning at a temperature just below the melting point, the material can even be continuously improved in its plasticity to such an extent that further non-cutting deformation can also take place at lower temperatures respectively becomes possible even by cold means.
It has also been proposed to mechanically deform copper with silicon contents of up to 6% at a higher temperature. The diagram of the copper-silicon alloys shows, however, that a compound of copper and silicon, that is to say a copper silicide, is only present at normal temperatures. At the intended working temperatures, however, this connection is no longer stable; instead, there is only a solution of the silicon in copper.
The method for treating the Kipfer silicon alloys is therefore not based on deformation of the connections as such, but on treatment of such alloys at temperatures at which the connection is no longer present. A treatment of .silicon-copper with higher contents of IZ-copper silicides, however, was not known.
If one now applies the method according to the invention to copper-silicon alloys with a considerable amount of copper silicide, it surprisingly results that even alloys with 1055 silicon at temperatures of 730 'from 15 mm down to 2 mm. Such a high silicon content, however, has the effect that only compounds of Cu, Si, respectively. Cu3Si are present.
The mechanical kneading causes an improvement in strength and it enables the compounds to be used for a wide variety of purposes.
Phosphorus copper, too, was previously not considered to be millable, either in a cold or in a warm state, with a phosphorus content of more than about 6%.
It has now been found that phosphor copper with more than 6% Cu can also be mechanically processed at a temperature just below the melting point. The melting point of the eutectic is about 707 C. If you knead the phosphorus copper with phosphorus contents above 6 at temperatures between 650 and 700, the material becomes plastic.
What is particularly surprising, however, is that it can then be rolled out to any desired thickness within a fairly wide temperature range, for example 400 to 600, which means that the plasticity is then maintained. In the case of higher percentage phosphorus contents, for example 10% phosphorus, it is advisable to carry out the mechanical kneading process more intensively when melting begins just below the temperature. In this way, you can even roll out phosphides up to <B> 13% </B> phosphorus content into thin sheets.
What has been said above with regard to phosphides also applies, as has been stated, to silicides, carbides, arsenides and antimonides.
While so far, for example, copper alloys with a higher content of arsenic were considered non-deformable, the invention gives the possibility of mechanically shaping such alloys. Here, too, kneading can initially be carried out by pre-pressing the alloys at temperatures that are about 30 to 100 'below the solidus point (temperature of beginning melting), whereupon they can be mechanically applied in any desired manner can deform further.
Of course, the further deformation can also be omitted if the final shape of the workpieces is already able to be produced by pressing.
The application of the method according to the invention for alloys of copper with arsenic contents above 7.5% is particularly advantageous. It is well known that arsenic in particular causes high brittleness of copper when it is alloyed in such high levels. On the basis of more recent investigations it has been found that up to a level of about 7.5510 'mixed crystal formation is present, so that up to this percentage a certain ductility of the alloys produced can be expected.
However, if the arsenic content exceeds this critical limit of 7.5%, the brittleness of the alloy increases very quickly, so that mechanical deformation can no longer be carried out to the practically required extent without damaging the Workpieces. However, if you press cast material that consists of copper with an arsenic content of over 7.5% at temperatures of around <B> 600 </B> to <B> 650 </B>, you get a material that is already inherent is significantly consolidated and has also experienced an appreciable increase in its elastic properties.
Such a pre-pressed material can then, for example, then be rolled, forged or hammered further without difficulty even at lower temperatures.
With this method, not only copper alloys with contents slightly above 7.5% arsenic can be processed. On the contrary, tests have shown that even arsenic contents of 15%, yes up to 35% can be shaped into finished products in the same way. Naturally, with increasing arsenic content, the hardness and brittleness of these alloys increases, but it has always remained possible to subject them to at least one pressing process.
The treatment of a 20% copper arsenic alloy is given as an example. Here, copper was first melted and the arsenic was alloyed in a metallic state. After the melt had been stirred thoroughly, it was cast into billets 70 mm in diameter.
These billets were heated to a temperature of 620 in an annealing furnace of the usual construction and pressed into rods with a diameter of 12 mm in an extruder. These rods showed a strength of around 45 kg / mm 2 strength, while the same material in the as-cast state had a strength of only 13 kg / mm 2.
Apart from the pure copper arsenic alloys, the method according to the invention can naturally also be extended to all other arsenic-containing copper alloys with arsenic held by more than 7.5%. For example, it has emerged that the additional elements commonly used in the production of copper alloys, such as zinc, nickel, tin, lead, chromium, silicon, do not result in any fundamental change in the concept of the invention.
The use of the alloys with a high arsenic content treated according to this process, and in particular the high arsenic copper alloys, is particularly advantageous for the production of apparatuses which require corrosion resistance. In many branches of the chemical industry, the need for, for example, phosphoric acid or. more and more hydrochloric acid-resistant appliances.
It has now been shown that such a high arsenic content, as it has now become possible according to the method according to the invention, can satisfy such requirements to a better degree than the previous alloys.
What is said above for the copper-arsenic alloys also applies to the alloys of copper with more than 7.5% antimony, since their deformability was previously thought to be impossible.
The invention thus opens up the possibility of using difficult to deform and previously unused materials for a whole range of technical applications. In particular, it is possible, for example, to use copper with about 8% phosphorus for welding, since this type of phosphorus copper can now be pressed into wires or rods in a simple manner, so that it can be used more easily in practice.