CS199251B2 - Alloy based on copper containing aluminium,iron and silicon - Google Patents

Description

Vynález se týká slitiny mědi s obsahem hliníku, železa a křemíku s vysokou odolností proti korozi a působení kyselin.

Velké množství průmyslových výrobků je při své výrobě zpracováváno mořením. Přitom různé pomůcky, používané při moření, jako různé háky a závěsy, podléhají při moření značnému opotřebení. Je proto velmi naléhavým úkolem, vyvinout materiály, jež by při dostatečné pevnosti měly i potřebnou odolnost proti působení mořící lázně. Jsou sice známy materiály, jež těmto nárokům vyhovují, jež jsou však slitinami niklu a jejichž cena je tudíž velmi vysoká.

Jsou známy hliníkové bronzy s obsahem křemíku, částečně odolné proti kyselinám, přičemž obsah křemíku snižuje jeho odolnost proti kyselinám ve srovnání s odolností obvyklých hliníkových bronzů. Pro zvýšení této odolnosti se ještě přidává nikl a/nebo chrom, avšak bez uspokojivých výsledků. Pro úsporu nákladů se pro výrobu mořicího nářadí používá slitin mědi místo slitin niklu, avšak odolnost těchto slitin mědi proti vlivu mořicích kyselin není dostatečná.

Úkolem vynálezu je vytvořit slitinu mědi s nevelkým obsahem drahých legujících prvků, vyrobitelnou technologií, obvyklou při výrobě měděných slitin, se zvýšenou odolností proti kyselinám při dostatečně vyso2 kých mechanických vlastnostech, aby mohla vzdorovat chemické korozi v mořírnách a odolávat i mechanickému zatížení, i střídavému.

Úloha je řešena slitinou mědi s obsahem hliníku, železa a křemíku podle vynálezu, jehož podstata je v tom, že obsahuje podle hmotnosti 3 % až 12 % hliníku, 4 % až 7 % niklu, 3 % až 6 % železa, 0,3 až 5 % křemíku, zbytek měď a nečistoíty.

Pro zajištění odkysličení mědi může slitina podle vynálezu obsahovat 0,1 % až 1 % manganu podle hmotnosti.

Vzhledem ke vzájemné zastupitelnosti křemíku a hliníku činí podle vynálezu součin procentního obsahu křemíku a hliníku podle hmotnosti nejméně 4 a nejvýše 15·

Výhoda slitiny mědi s obsahem hliníku, železa a křemíku podle vynálezu je v tom, že jde o několikasložkový bronz, přičemž několikasložkové bronzy mají lepší antikorozní vlastnosti, než obvyklé bronzy hliníkové а к tomu mají ještě výborné pevnostní vlastnosti.

Příklady slitin mědi s obsahem hliníku železa a křemíku podle vynálezu jsou uvedeny na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je graficky znázorněn vztah obsahu hliníku a křemíku ve slitině, na obr. 2 mikrostruktura slitiny podle prvního příkladu, na obr. 3 mikrostruktura slitiny podle druhého příkladu, na obr. 4 mikrostruktura podle třetího příkladu a na obr. 5 mikrostruktura podle čtvrtého příkladu.

V grafu, znázorněném na obr. 1 je na vodorovné ose vynesen obsah hliníku, vyjádřený v % podle hmotnosti a na svislé ose obsah křemíku rovněž v °/o podle hmotnosti. Mezi křivkami Si X AI = 4, Si X AI = 15 se rozprostírá svisle šrafované pole A, znázorňující všechny podle vynálezu použitelné kombinace přísad hliníku a křemíku. Cím vyšší je hodnota součinu Si X AI, tím vyšší je odolnost slitiny proti korozi a kyselinám. Z plochého průběhu křivek Si X AI vyplývá, že pro zachování stejné odolnosti slitiny proti korozi a kyselinám je možno značné snížení obsahu hliníku vyrovnat nevelkým přidáním křemíku, aby hodnota součinu Si X AI zůstala zachována. Při konstantním obsahu hliníku a vzrůstajícím obsahu křemíku, tedy vzrůstající hodnotě součinu Si X AI, vzrůstá nejen odolnost proti kyselinám a korozi, ale pevnost v tahu a mez průtažnosti, avšak při poklesu tažností. Zvýšený obsah hliníku rovněž způsobuje vzrůst pevnosti. Z uvedených skutečností vyplývá, že podle vynálezu je možno vytvářet slitiny o různé kombinaci odolnosti proti korozi a jejich pevnosti.

Praxe ukazuje, že vysokých antikorozních vlastností slitin o vysoké hodnotě součinu Si X AI, jakož i jejich vysoké pevnosti není možno v některých případech využít pro jejich poměrně nízkou tažnost· Proto- se nejčastěji využívá slitin, jež jsou umístěny mezi křivkami Si X AI = 6 a Si X AI = 12, v tak zvaném poli B, znázorněném na obr. 1 šikmým šrafováním, překrývajícím příslušnou část svisle šrafovaného pole A.

V praxi se dává přednost těmto zúženým rozsahům legujících prvků, vyjádřeno podle hmotnosti: 4 % až 6 % železa, 5 % až 7 % niklu, 8 % áž 12 % hliníku, 0,3 % až 1,5 % křemíku.

Dále jsou uvedeny čtyři konkrétní příklady složení slitiny mědi s obsahem hliníku, železa a křemíku podle vynálezu, s popisem jejich vlastností a mlkrostruktury.

Příklad 1

Slitina mědi, patřící do pole B, má toto složení podle hmotnosti: 10 % hliníku, 0,7 procenta křemíku, 5 % železa, 6 % niklu, zbytek měď a obvyklé nečistoty podmiňované výrobou. Mechanické vlastnosti této slitiny jsou stejné nebo i lepší než u známých hliníkových bronzů. Odolnost slitiny proti korozi a kyselinám je podstatně vyšší, než u známých slitin. Korozní zkoušky v mořicích kyselinách, prováděné po dobu několika set hodin prokázaly, že úbytek na váze, způsobený korozí, je značně menší. Mikrostruktura této slitiny, znázorněná na obr. 2 v pětisetnásobném zvětšení, ukazuje vysoký stupeň vyloučení eutektoidních složek lamelární struktury a vysoký podíl betafází. To je způsobeno vysokým obsahem hliníku a přítomností křemíku ve slitině. Dále se ve struktuře vyskytují intermetalické vyloučeniny.

Příklad 2

Slitina s ještě větší odolností proti korozi, avšak s poněkud nižšími mechanickými vlastnostmi je podle hmotnosti složena takto: 5 % hliníku, 1,8 % křemíku, 4,7 % železa, 5,6 % niklu, zbytek měď a obvyklé nečistoty, podmíněné výrobou. Pětisetnásobné zvětšení mikrostruktury této slitiny, znázorněné na obr. 2, ukazuje, že slitina je přibližně homogenní bez betafáze a eutektoidních vyloučenin s primárně i sekundárně vyloučenými intermetalickými vazbami.

Příklad 3

Slitina s obsahem 7,9 % hliníku a 0,53 % křemíku podle hmotnosti má mikrostrukturu, jak je vidět z pětisetnásobného zvětšení na obr. 4, bez betafáze s podílem lamelární eutektoidní struktury. V mikrostruktuře jsou též obsažena malá množství primárních a sekundárních intermetalických vazeb.

Příklad 4

Na obr. 5 je v pětisetnásobném zvětšení znázorněna mikrostruktura slitiny s 7,1 °/o hliníku a 2,05 % křemíku podle hmotnosti, tedy slitina při samém horním okrájí pole A. Mikrostruktura této ‘ slitiny obsahuje vysoký podíl křemíkové betafáze, a to vlivem vysokého podílu hliníku, vyvolávajícího tvorbu betafáze. Okolo betafáze jsou uspořádány eutektoidní vyloučeniny ve tvaru krátkých lamel.

Vysoká odolnost slitiny mědi s obsahem hliníku, železa a křemíku podle vynálezu byla prokázána řadou zkoušek, při nichž jednotlivé vzorky slitiny byly* podrobeny působení mořící kyseliny, obsahující 18 °/o kyseliny solné podle hmotnosti s 2 g/1 železitých iontů, a to při teplotě 35 °C za nuceného odvzdušňování.

Jako známá referenční slitina byla zvolena slitina s obsahem podle hmotnosti-10 % hliníku, 5 °/o niklu, 5 % železa, odpovídající ustanovením německé normy DIN 1714, v níž je označena normovanou značkou G-NiAlBz F 60:. Její úbytek na hmotnosti při zkouškách mořením je referenční a je· označen jako faktor úbytku.

Úbytek na hmotnosti ostatních slitin je vyjádřen poměrem к referenčnímu úbytku referenční slitiny a je označován jako relativní faktor úbytku. Výsledek zkoušek je přehledně uveden na této tabulce:

Relativní Složení slitiny faktor úbytku

10,8 % hliníku, 0,63 % křemíku0,67

8,1 % hlídku, 0,50' % křemíku0,69

4,7 % hlirnku, 1,51 % křemíku0,68

9,45 % hliníku, 0,45 % křemíku0,71

5,3 % hliníku, 2,48 % křemíku '0,65

3,25 % liinířu, 3,36 °/o ^íí^0,67

10,3 °/o lUm^řu, 1,03 % řřeíířu0,62

Veškeré údaje o siožení siitiny jsou udávány v % podie líotnosti, přičemž v tabuice uvedenýd vzorcícl siitiny se obsal niřiu poúybovai íezi 4 až 7 % a obsal žeieza íezi 3 až 6 ·%.

Z uvedenýcl zřoušeř je zceia zřejíé, že siitiny íědi s obsaleí bii-mřu, žeieza a křemíku podie vynáiezu jsou mnohem oodoinější proti účinřu řyseiin, než znáíá siitina referenční, což se projevuje tíí, že reiativní fařtor úbytřu je podstatně íenší, než jedna, a to· většinou o více než 30 %. Přitom se uřazuje, že siitiny o vysořé lodnotě součinu ' SiXAi jsou proti řorozi odoinější, to je mají nižší reiativní fařtor úbytřu, než siitiny, u niclž je tento· součinitei nízřý·

Vlastnosti siitin, uvedených v přířiadech 1 až 4 jsou uvedeny v této tabuice:

Siožení podie přířiadu

Si X AI	Relativní fařtor	Pevnost v talu
	úbytřu	MPa

1	7	0,69	703
2	9	0,67	535
3	4,1	0,78	566
4	14,5	0,63	628

I z této tabuiřy zceia jasně vypiývá, ' že reiativní fařtor · úbytřu řiesá v závisiosti na stoupající lodnotě součinu SiXAi.

Vlastnosti mořícího nářadí, zlotovenélo ze siitiny íědi s obsaleí liinířu, žeieza a řřemířu podie vynáiezu ize dáie ziepšit jejicl tepeinýí zpracovánírn, aby se odstraniia nerovnovála ve struřtuře viiveí prudkého· ocHazení siitiny při iití a struřtura se homogenizovaia. To je důiežité zejíéna u siitin s obsaleí íéně jař 2 % řřernířu podie líotnosti. V těcúto· případecl se žíláníí nejen dáie zvýší odoinost siitiny proti účinřům řyseiin, aie zároveň se dosálne i ziepšení jejicl íeclanicřýcl viastností. Žílání je výlodné provádět při tepiotě od 600· °C do 800°C po dobu až 10 lodin.

Slitina íědi s obsaleí liinířu, žeieza a ^eí^u podie vynáiezu je zejíéna vlodná pro součásti podiélající opařovaně působení řyseiýcl rnořícícl iázní, jařo závěsné lářy a podobně. Dáie je tato siitina vlodná pro součásti cleíicřýcl zařízení, pracující s řyseiinaíi, jařo jsou součásti čerpadei, aríatury, šrouby,' řování a podobně.

Claims (3)

1. Siitina íědi s obsaleí liinířu, žeieza a řřeíířu, vyznačující se tíí, že obsaluje podie líotnosti 3 °/o až 12 % liinířu, 4 % až 7 % niřiu, 3 % až 6 % žeieza a 0,3 % až 5 procent řřeíířu, zbyteř měď a výrobní nečistoty.

2. Slitina íědi podie bodu 1, vyznačující vynalezu se tíí, že přídavně obsaluje 0,1 % až 1 % íanganu podie líotnosti.

3. Slitina íědi podie bodů 1 a 2, vyznačující se tíí, že součin procentuáině vyjádřenýcl obsalů řřeíířu a liinířu SiXAi činí nejíéně 4, nejvýše všař 15.