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Verfahren zum Behandeln von Schmelzen aus hochkupferhaltigen Legierungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, gemäß dem hochkupferhaltige Metallschmelzen
so behandelt werden, daß sie einen besseren Guß liefern. Das Verfahren besteht in
einer Desoxydation. Dabei handelt es sich nicht um die Anwendung der bekannten Maßnahmen
zum direkten Entzug des Sauerstoffes aus der Kupferschmelze, sondern um eine Reinigung
von geschmolzenen Kupferlegierungen, die leicht oxydierbare Elemente, wie Silicium
oder Chrom, oder auch diese beiden Stoffe gleichzeitig aufweisen.
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Um hochkupferhaltigen Legierungen eine möglichst hohe Festigkeit und
Streckgrenze zu verleihen, werden dem geschmolzenen Kupfer bekanntlich Nickel in
Mengen von ungefähr 0,5 bis 2,1 % und Silicium in Beträgen von 0,15 bis 0,7% einlegiert.
Es können gegebenenfalls auch noch andere Metalle als Legierungsbestandteile vorhanden
sein. In der Schmelze gehen die vorerwähnten Zusätze in Lösung. Nach der sparlosen
Verarbeitung des Gußblockes durch Verpressen oder Ziehen und anschließendem Anlassen
scheiden sich Nickel und Silicium an den Korngrenzen aus und erhöhen dadurch die
vorgenannten Eigenschaften. Vielfach ist es aber auch noch erwünscht, den Legierungen
ein hohes Verformungsvermögen sowohl bei tiefen als auch bei höheren Temperaturen
zu verleihen. Insbesondere liegt für eine Anzahl Verwendungszwecke der Kupferlegierungen
die Einschnürung, entsprechend der hohen Festigkeit, zu niedrig. Für den Fall, daß
weiterhin sich eine schlagartige Beanspruchung zu den bereits erwähnten hinzugesellt,
ist die Kerbschlagzähigkeit bei Raumtemperatur nicht ausreichend. Außerdem zeigt
der Werkstoff bei Schlagbeanspruchung ein sprödes Verhalten. -.
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Um die vorgenannten Mängel zu beheben und damit auch die Dehnung des
Werkstoffes heraufzusetzen, ist bereits vorgeschlagen worden, Chrom in Mengen von
etwa 0,1 bis 111/o einzulegieren. Derartige Kupferlegierungen oder auch solche;
die nur Silicium und Chrom aufweisen, öder binäre Legierungen mit Chrom in den vorerwähnten
Mengen zeigen nun aber im Gußstück, insbesondere am äußeren Rand desselben oder
des Gußblockes, also da, wo die Erstarrung zuerst beginnt und schnell abläuft, häufig
Ungänzen. Diese Fehlstellen rühren von Einschlüssen her, die beispielsweise aus
den Oxyden der Legierungselemente Silicium und Chrom -.gebildet sein können. Sie
entstehen beim Schmelzen und Vergießen des Metalls und gelangen in das Gußstück,
wo. sie sich zum Teil im erstarrenden Metall; vornehmlich in den Randschichten des
Gußstückes ausscheiden. Die Erstarrung läuft dabei insbesondere an den Korngrenzen
sehr schnell ab. Die Oxyde führen daselbst zur Trennung im Gefüge und mindern die
Wertigkeit des Gußstückes -oder machen den Guß sogar unbrauchbar. Das Ausscheiden
derartiger oxydischer Chromverbindungen an den Korngrenzen läßt sich beispielsweise
an Scheiben aus Rundbarren erkennen, die nach vollständigem Durchbrechen eine an
den Korngrenzen interlerriatallin entlang verlaufende Bruchfläche von holzfaserartig
aussehendem Bruchgefüge zeigen.
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Bei den siliciumhaltigen Legierungen wirkt dieser Legierungsbestandteil
bekanntlich als Desoxydationsmittel. Um den Sauerstoff der hochkupferhaltigen Schmelzen,
die Chrom als Komponente aufweisen; zu reduzieren, werden bekanntlich Phosphor,
Lithium, Bor und andere derartig wirksame Stoffe einlegiert. Sie bilden Oxyde, mit
dem Sauerstoff der Schmelze und schwimmen, gemischt mit der Metallschmelze, auf
denn flüssigen ,Metallspiegel, als geschlossene, pelzige Oxydschicht, die sich nach
ihrem Entfernen neu bildet und daher ein stetiges Nachgießen erschwert, wodurch
die Lunkerbildung in den Gußstücken begünstigt wird. ,.
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Die Ausbildung derartiger störender Oxydeinschlüsse im Guß von Schmelzen
aus hochkupferhaltigen Legierungen, die nach der Desoxydation mit den üblichen Mitteln,
wie Phosphor, Silicium, Mangan, Aluminium, Magnesium, Bor oder Lithium, und nach
dem Zulegieren der Elemente Silicium und/oder Chrom gegebenenfalls auch noch andere
Legierungselemente aufweisen, wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß unmittelbar
vor dem Vergießen der Schmelze Aluminium oder Magnesium in Mengen von etwa 0,01
bis 0,05% zugesetzt wird. Dies reicht aus, um den Gießstrahl, insbesondere das in
ihm enthaltene Chrom, weitgehend vor Oxydation
zu schützen und sich
bildende Chromoxyde zu reduzieren (aluminothermische Reaktion bei Zusatz von Aluminium).
Durch die Vermeidung der Bildung von Chromoxyden finden auch keine Ausscheidungen
an den Korngrenzen statt. Der Bruch des Gußstückes ist daher zäh, er erfolgt nicht
entlang der Korngrenzen, und es kann kein Holzfaserbruch auftreten. Der Bruch erfolgt
vielmehr transkristallin durch die Gefügekörner.
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Ohne die erfindungsgemäße Behandlung mit Aluminium oder Magnesium
erweist sich das Gußstück als sehr kurzbrüchig und holzfaserig. Die Zähigkeit der
hochkupferhaltigen Gußstücke ist wesentlich geringer als nach einer Desoxydation
mit diesen Metallen. Bei der erfindungsgemäßen Desoxydation des Gießstrahles können
durchaus die gleichen Elemente in den gleichen Mengen Verwendung finden, wie sie
bereits zur Desoxydation der Schmelze eingesetzt worden sind, sofern es sich bei
den Desoxydationsmitteln um Aluminium und Magnesium handelt. Für den erfindungsgemäßen
Zweck kommt jedenfalls nur Aluminium oder Magnesium in Frage, das im Rahmen des
erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar vor dem Vergießen der Schmelze zugesetzt
werden muß. Dies ist eine wesentliche Vorschrift. Würden die Mittel zur Desoxydation
des Gießstrahles schon früher in die Schmelze eingebracht, so bestände die Gefahr,
daß sie während der Behandlung der Schmelze verbraucht würden. Das gesamte Verfahren
würde hierdurch unkontrollierbar, was auch der Fall ist, wenn beispielsweise schon
während der Schmelzbehandlung größere Mengen an Desoxydationsmitteln für den Gießstrahl
beigegeben würden. Die Vordesoxydation ist eine gute Unterstützung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Die Mittel zur Vordesoxydation, wie Silicium; Phosphor, Bor; Lithium
und andere derartig wirksame Stoffe, werden in die Schmelze eingerührt oder in anderer
4n sich bekannter Weise eingebracht.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Siliciumanteil
in der hochkupferhaltigen Schmelze so hoch bemessen sein, daß er die Vordesoxydation
mitübernimmt.