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Verwendung einer Legierung in Drahtform zur Herstellung von Metalltüchern
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Phosphorbronzelegierungen in Drahtforin
zur Herstellung von Metalltüchern zum Einsatz in der Papier-, Pappe- und Zellstoffherstellung.
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Für das Weben von Metalltüchern zur Verwendung in den Herstellungsmaschinen
von Papier und Pappe wurden üblicherweise Drähte aus einer Bronze benutzt, die im
wesentlichen aus Kupfer besteht, und Zinn, beispielsweise in Mengen von etwa
6 bis 8%, sowie Phosphor in Mengen von beispielsweise etwa 0,1 bis 0,4% enthält.
Bei den üblichen Betriebsbedingungen der Papierherstellung beträgt jedoch die Lebensdauer,
d. h. die Abtriebsfestigkeit, eines solchen Metalltuches nur wenige Tage.
Das Metalltuch muß dann durch ein neues Tuch ersetzt werden, was neben den hohen
Kosten für das Metalltuch einen sehr langen Stillstand der Papierherstellungsmaschine
erforderlich macht.
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Man hat versucht, die Verschleißfestigkeit solcher Metalltücher zu
erhöhen, indem man den Legierungen Mangan in Mengen von 1 bis 51% zusetzte.
Hierfür wurde eine Legierung vorgeschlagen, die aus 6
bis 8% Zinn, 0,2 bis
0,411/o Phosphor und 1 bis 51% Mangan, Rest Kupfer besteht. Solche Legierungen
sind zwar abriebfester als manganfreie Phosphorbronzen, reichen aber noch nicht
aus, um der Papierindustrie ein wirklich geeignetes, restlos befriedigendes Metalltuch
zur Verfügung zu stellen und den Gebrauchswert der Metalltücher tatsächlich in solchem
Maße zu steigern, wie es zu einer einwandfreien Beseitigung der bisherigen Schwierigkeiten
notwendig ist.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung ein. Es wurde gefunden, daß hervorragende
Metalltücher für die Papierindustrie aus einer Legierung hergestellt werden können,
die außer Kupfer, Zinn, Phosphor und Mangan noch Eisen in Mengen von 0,1 bis 1,5%,
enthält. Der Zusatz von Eisen erhöht die Abriebfestigkeit und damit den Gebrauchswert
der Metalltücher ganz erheblich, so daß ihre Lebensdauer wesentlich verlängert wird
- und ein sehr lästiges Problem der Papierherstellung damit seine Lösung
gefunden hat. Gegenüber eisenfreien Legierungen wird die Lebensdauer um etwa 130%
erhöht. Die Korrosionsbeständigkeit der eisenhaltigen Legierungen ist völlig gleichwertig
derjenigen der eisenfreien Phosphorbronzen, teilweise sogar noch besser als diese.
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Als Grundlegierung verwendet man eine Legierung, die aus
8 bis 14% Zinn, 0,1 bis 0,811/o Phosphor und 0,1 bis 3% Mangan, Rest Kupfer
besteht.
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Es sind zwar Legierungen vorgeschlagen worden, die aus 2 bis 20% Zinn,
0,01 bis ll)/o Phosphor, 0,1 bis 5% Mangan, 0,25 bis 5% Eisen, Rest Kupfer bestehen,
aber hierbei erfolgte der Zusatz von Mangan und von Eisen nur zu dem Zweck, die
Warmverformbarkeit zu verbessern.
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Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Legierung, bestehend
aus 8 bis 14% Zinn, 0,1 bis 0,8,% Phosphor, 0,1 bis 3%, Mangan, 0,1 bis 1,5191o
Eisen, Rest Kupfer, in Drahtform zur Herstellung von Metalltüchem zum Einsatz in
der Papier-, Pappe- und Zellstoffherstellung.
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Die ganz erhebliche Steigerung der Verschleißfestigkeit solcher im
übermaß mit Komfeinungsmitteln versetzten Legierungen erklärt sich daraus, daß bei
der durch die erfindungsgemäße Wärinebehandlung - Glühen des Drahtes vor
dem Verweben bei 650 bis 730' C für bestimmte Zeit, besonders
0,5 bis 1 Stunde - bedingten Struktur des Gefüges an der Oberfläche
des Drahtes die angeschnittenen weichen Körner mit den angeschnittenen harten Hüllen
abwechseln, wobei die letzteren einen mittleren Ab-
stand voneinander haben,
der auf die mittlere Partikelgröße der bei der Papier- usw. Herstellung mit dem
Draht in Berührung kommenden abreibenden Massen besonders gut abgestimmt ist, indem
nämlich die Partikeln der fraglichen Größe kein Heraus reiben der weichen Anschnittflächen
der Körner zwischen den harten Hüllen bewirken können. Mit anderen Worten, entscheidend
ist, daß das Schlußgefüge möglichst feinkörnig ist, keine koagulierten Phosphide
aufweist. Die Phosphidgröße soll möglichst klein sein, d. h. der Abstand
der Phosphidpartikeln kleiner oder höchstens gleich sein dem maximalen Komdurchmesser
des Schmirgelmittels. Die Phosphide sollen möglichst fest in der Matrix verankert
sein, am besten dadurch, daß sie als feindisperse Korngrenzenausseheidung sich so
in die Komgrenzfläche anschmiegen, daß sie durch die natürliche Wölbung der Korngrenzen
festgehalten werden.
Beispiel 8,5 0/@ Zinn, 0,3 %
Eisen, 1,5 % Mangan, 0,4 0/e Phosphor, Rest Kupfer werden zu einer
Legierung geschmolzen und als Barren vergossen. Diese Barren werden warm zu Stangen
von etwa 10 bis 13 mm Durchmesser ausgewalzt. Der Guß kann auch direkt
im Stranggußverfahren auf 12 bis 13 mm Durchmesser erfolgen. Aus den
Stangen wird im Ziehverfahren in mehreren Stufen in der üblichen Weise ein Draht
von 0,8 mm Durchmesser hergestellt. Die aus solchem Draht gebildete Bunde
(Drahtringe) werden bei einer Temperatur von 700' C geglüht. Danach werden
die Drähte weiter auf einen Durchmesser von 0,2 bis 0,3 mm heruntergezogen
und anschließend einer letzten Wärmebehandlung bei 7000 C im Durchlaufofen
unterworfen. Auf dem Drahtwebstuhl wird anschließend aus diesen Drähten ein Gewebe,
also z. B. ein Metalltuch zum Entwässern des Papierstoffes in der Naßpartie einer
Papiermaschine, hergestellt.
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Dieses Drahtgewebe hat eine hervorragende Verschleißfestigkeit, die
erheblich über derjenigen der gewöhnlichen Phosphorbronzen, auch der manganhaltigen
Phosphorbronzen, liegt: Es wurden folgende Legierungen geprüft: Legierung
A
8 % Sn,
1,5 % Mn, 0,4 4/o P, Rest Cu. Legierung B
8 % Sn,
1,5 % Mn, 0,4
"/0 P,
0, 1 % Fe, Rest Cu.
| Toleranzen |
| im Zinngehalt ............. ± 0,5 0/0 |
| im Mangangehalt .......... ± 0,3 % |
| im Phosphorgehalt ......... ± 0,1 % |
| im Eisengehalt ............. ± 0,05010 |
Die Herstellung beider Vergleichslegierungen geschah auf dieselbe Weise, um Unterschiede
der Vorgeschichte zu eliminieren. Die Glühungen der Proben bei der Herstellung der
Bleche wurden zusammen vorgenommen, um keine einseitige Bevorzugung zu erhalten.
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Versuchsdurchführung: Bleche von
0,3 mm Dicke,
80 mrn
Länge und
10 mm Breite wurden in einer Suspension von
5 Gramm Elektrokorund
(Handelsbezeichnung BAR
13) in
7 1 Wasser dem Abrieb ausgesetzt, indem
das Blech unter
1,6 kg/MM2 Zug auf einem Rotgußzylinder (Rg
5) mit
einer Härte von etwa
60 kg/mM2 ab- bzw. durchgeschliffen wird. Die Umfangsgeschwindigkeit
der Rotgußtrommel beträgt
300 m/Min. Gemessen wird die Zahl der Umdrehungen
der 100-mm-Durchmesser-Trommel bis zum Bruch bzw. vollständigen Durchscheuern des
Bleches.
| Ergebnis Mittelwert |
| A: 570 000 600000 600000 590000 |
| B: 1470 000 1450 000 1150 000 1360
000 |
Durch den Zusatz von nur 0,1 % Eisen zu den Mangan-Phosphor-Bronzen des Standes
der Technik erhöht sich also die Lebensdauer um mehr als das Doppelte.
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Worauf diese sprunghafte Steigerung der Verschleißfestigkeit und Abriebfestigkeit
durch den Zusatz von Eisen zur-üekzuführen ist, kann nicht mit Sicherheit gesagt
werden. Wahrscheinlich wird durch den Eisenzusatz ein für den vorliegenden Anwendungszweck
besonders geeignetes Gefüge erhalten. Die für den Eisengehalt gewählten Werte stellen
insofern einen Kompromiß dar, als mit steigendem Eisengehalt die Abriebfestigkeit
und damit die Lebensdauer der Drahtgewebe steigt, während umgekehrt die Bruchdehnung,
also die Zähigkeit, mit steigendem Eisengehalt sinkt.
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Die erhebliche Steigerung der Verschleißfestigkeit erklärt sich wohl
daraus, daß bei der erwähnten, durch bestimmte Wärmebehandlung bedingten Struktur
des Gefüges an der Oberfläche des Drahtes die angeschnittenen weichen Körner mit
den angeschnittenen harten Hüllen abwechseln, wobei die letzteren einen mittleren
Abstand voneinander haben, der auf die mittlere Partikelgröße der bei der Siebung
mit dem Draht in Berührung kommenden abreibenden Massen besonders gut abgestimmt
ist, indem nämlich die Partikeln der fraglichen Größe kein Herausreiben der weichen
Anschnittflächen der Körner zwischen den harten Hüllen bewirken können.
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Durch zweckentsprechende Einstellung des Eisengehaltes sowie des Zinngehaltes
kann natürlich die Lebensdauer der Drahtgewebe entsprechend beeinflußt werden.