-
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines aus 2,12 bis 3,0 Teilen
Nickel je Teil Mangan, 0,25 bis 1,8% Silicium und 1 bis 201/o Kupfer bestehenden
Lotes für Plattierlötungen zwischen nichtrostendem Stahl, Nickel oder Nickellegierungen
einerseits und Eisen oder nicht rostbeständigem Stahl andererseits, vorzugsweise
unter Anwendung des Vakuumlötverfahrens; sie betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen
eines solchen Lotes.
-
Hoch warmfeste Hartlote auf Nickel-Mangan-Basis, die unter anderem
aus 35 bis 91% Nickel, 0,5 bis 60 % Mangan, 1 bis 8'% Silicium und bis zu 10% Kupfer
bestehen, sind für die Herstellung plattierter Bleche bekannt. Wenn bei einem solchen
Lot das Verhältnis von Nickef zu Mangan niedriger als 2,12 ist und man einen mit
einem solchen Lot aus Schichtplatten hergestellten Gegenstand bei der Benutzung
auf etwa 540 bis 650° C erhitzt, dann bildet sich eine spröde MiiNi-Phase, die zur
Ablösung der einzelnen Schichtplatten voneinander führt, so daß der Gegenstand unbrauchbar
wird. Wenn andererseits im Lot das Verhältnis von Nickel zu Mangan den Wert von
3,0 überschreitet, wird die Schmelzpunkttemperatur des Lotes so hoch, daß das Lot
bei gängigen Lötverfahren nicht mehr brauchbar ist. Kupfer und Silicium, die den
Schmelzpunkt von Nickel-Mangan-Legierungen absenken, können nicht in solchen Mengen
zugesetzt werden, wie sie zur Absenkung des Schmelzpunktes bei einem Verhältnis
von Nickel zu Mangan von mehr als 3,0 erforderlich wären, weil diese Kupfer- und
Siliciumzusätze die übrigen Eigenschaften des Lotes und die Qualität der Lötverbindung
sowie die Schweißbarkeit der Schichtplatte beeinträchtigen.
-
Der Erfindung liegt die neue Erkenntnis zugrunde, daß man mit Loten,
die aus 2,12 bis 3,0 Teilen Nickel je Teil Mangan, 0,25 bis 1,8% Silicium und 1
bis 20% Kupfer bestehen, Plattierlötungen zwischen nichtrostendem Stahl, Nickel
oder Nickelverbindungen einerseits und Eisen oder nicht rostbeständigem Stahl andererseits
herstellen kann, die erhöhten Glühtemperaturen, z. B. 538 und 649°C, langzeitig
ohne Versprödung widerstehen und auch nach wiederholten Temperaturwechselbeanspruchungen
von Raumtemperatur auf 538°C hohe Scherfestigkeit aufweisen.
-
Die Erfindung ist daher auf die Verwendung dieser Lote für solche
vorstehend genannten Plattierlötungen gerichtet.
-
Das im Rahmen der Erfindung bevorzugt angewendete Vakuumlötverfahren
ist bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Lot durch ein Vakuum zwischen die zu
verlötenden Platten gebracht, wobei dieses Vakuum zugleich bewirkt, daß beim Löten
entstehende Gase abgeführt und der Zutritt von schädlichem Sauerstoff zur Lötstelle
verhindert wird. Gleichzeitig werden die Platten während des Lötvorganges durch
das Vakuum fest und gleichmäßig aufeinandergepreßt. Die Erfindung ist jedoch nicht
an das Vakuumlötverfahren gebunden, sondern auch im Rahmen von anderen Lötverfahren
verwendbar.
-
Als Beispiele für aus rostbeständigem Stahl bestehende Plattierungsplatten,
die mittels der erfindungsgemäß zu verwendenden Lote auf Grundplatten plattiert
werden können, seien solche aus den korrosionsbeständigen Stählen der Typen 304,
316. 405, 410 und 430 genannt, und als Beispiele für die aus Nickellegierungen bestehenden
Plattierungsplatten seien solche genannt, die etwa 26 bis 30% Molybdän, etwa 7%
Eisen, höchstens 0,12% Kohlenstoff enthalten, wobei der Rest aus Nickel besteht,
ferner solche, die etwa 13 bis 16% Chrom, 15 bis 19% Molybdän, 3,5 bis 5,5% Wolfram,
4 bis 7% Eisen, 52 bis 54% Nickel und höchstens 0,15% Kohlenstoff enthalten, ferner
Plattierungsplatten, die aus Legierungen hergestellt sind, die die in den beiden
folgenden Tabellen A und B genannte Zusammensetzung haben, ferner andere Arten von
Eisen- und Stahlplatten, wie solche aus Chromstählen und Chrom Nickelstählen.
| A. 63 bis 70 % Ni B. 72,0 % Ni min |
| 2,50 % Fe max 14 bis 17 0/0 Cr |
| 2,00 % Mn max 6 bis 10 % Fe |
| 0,30 % C max 0,5 % Cu max |
| 0,50 % Si max 1,0 % Mn max |
| 0,024% S max 0,5% Si max |
| Rest Cu 0,15 % C max |
| 0,015% S max |
Die in der Tabelle A genannte Legierung ist auch unter dem Namen Monel-Metall bekannt.
-
Ein Siliciumgehalt von mehr als 1,8% im Lot ist nicht wünschenswert,
da mit solchen Loten gelötete Verbindungen wesentlich weniger biegsam sind. Im allgemeinen
sind 0,25 bis 1,5 % Silicium am geeignetsten.
-
Der Kupfergehalt liegt im allgemeinen zwischen 1 und 150/a des Lotes,
wobei 5 bis 15% bei einem Siliciumgehalt von 0,5 bis 1,5% im allgemeinen am annehmbarsten
sind. Das Kupfer erniedrigt den Schmelzpunkt des Lotes, erhöht die Fließbarkeit
und macht das Lot wegen der erhöhten Verformbarkeit auch geeigneter zum Auswalzen
zu einer Folie.
-
Abgesehen davon, daß sich ein solches Lot in eine Folie auswalzen
läßt, führt sie auch zu einem plattierten Produkt, das zur Herstellung von beispielsweise
Gefäßen sehr brauchbar ist, da es sich noch auf bekannte Weise schweißen läßt. Mit
einer kupferhaltigen Legierung verbundene Plattierungsprodukte können auch während
längerer Zeiträume bei hohen Temperaturen einer Glühung unterworfen werden oder
können ohne nachteilige Wirkungen von Raumtemperatur auf hohe Temperaturen und wieder
auf Raumtemperatur gebracht werden.
-
Das erfindungsgemäß zu verwendende Lot kann beispielsweise folgende
Zusammensetzungen haben:
| Prozentgehalte |
| Ni I Mn I Ca I Si |
| 1. 63,75 27,5 7,5 1,25 |
| 2. 65,5 28,0 5,0 1,5 |
| 3. 65,0 28,7 5,0 1,3 |
| 4. 61,7 25,1 11,95 1,25 |
| 5. 60,0 24,4 14,55 1,05 |
| 6. 54,8 23,8 20,54 0,87 |
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Lote können durch gemeinsames Einschmelzen aller
Bestandteile hergestellt werden. Die Schmelze kann zu Blöcken geeigneter Größe vergossen
werden, die sich für eine spätere Verarbeitung in zum Löten brauchbare Formen, wie
Draht, Gewebe und Folien, verwenden lassen.
Es wurde ferner gefunden,
daß es äußerst vorteilhaft ist, die Legierungsblöcke, die mindestens 1,3 und bis
1,8% Silicium enthalten, zu homogenisieren, bevor sie durch Warm- oder Kaltverarbeitung
in für das Löten geeignete Formen übergeführt werden. Wenn der Siliciumgehalt niedriger
als 1,3% ist, ist eine Homogenisierung möglich, aber nicht nötig, da sich kein erkennbarer
Vorteil ergibt. Unter Homogenisieren wird eine Wärmebehandlung bei verhältnismäßig
hohen Temperaturen verstanden, wonach eine chemische Entmischung durch Diffusion
ausgeschaltet oder gemindert ist. Eine Homogenisierung der Blöcke beseitigt harte
Phasen, die sonst manchmal in einem Block vorliegen können, und führt zu einem einheitlicheren
Gefüge. Homogenisierte Blöcke können leicht zu Draht ausgezogen und warm oder kalt
zu Folien ausgewalzt werden. Ohne vorherige Homogenisierung müssen die Blöcke bei
der Verarbeitung zu Folien im allgemeinen warm gewalzt werden.
-
Die Homogenisierung der Blöcke muß bei einer erhöhten, unterhalb des
Schmelzpunktes der Legierung liegenden Temperatur durchgeführt werden; wünschenswert
ist ein Bereich von 871 bis 982° C. Die für die Homogenisierung bei solchen Temperaturen
aufzuwendenden Zeiträume hängen von der angewendeten Temperatur ab. Niedrige Temperaturen
erfordern längere Erwärmungszeiten als höhere Temperaturen.
-
Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen veranschaulicht. Beispiel
1 Es wurde nach dem in der USA.-Patentschrift 2713196 beschriebenen Hartlöt-Vakuumverfahren
ein aus rostfreiem Stahl bestehendes Blech (Typ 304) mit einer Dicke von 2,7 mm
mit einer Platte aus unlegiertem Stahl mit einer Dicke von 12,7 mm unter Anwendung
eines Lotes aus 65% Nickel, 28,50/0 Mangan, 5% Kupfer und 1,5% Silicium zu einem
Verbundwerkstoff verbunden. Der Schmelzpunkt des angewendeten Lotes war etwa 1127°
C. Die Abmessungen des zu lötenden Materials waren 43,18 . 43,18 cm. Es wurde in
einer Form zum Pressen von Verbundmaterial unter Vakuum bei einer Temperatur von
1163° C gelötet. Das zu lötende Material wurde bei Löttemperatur 20 Minuten geglüht.
Dann wurde es auf 927° C gebracht, mit Luft gekühlt und dann wieder auf 927° C zum
Spannungsfreiglühen gebracht. Während des Erhitzens und Verlötens sowie während
des Spannungsfreiglühens wurde ein Vakuum von etwa 73,7 cm Quecksilbersäule zwischen
dem zu lötenden Material aufrechterhalten.
-
Ein Glühen während 3 Monaten bei 538 und 649° C hatte keine nachteilige
Wirkung auf die Scherfestigkeit der Lötverbindung. Das plattierte Verbundprodukt
wurde ohne Schwierigkeiten verschweißt.
-
Die Scherfestigkeitsmessungen des Verbundproduktes, die regelmäßig
während periodisch sich ändernden Temperaturen durchgeführt werden, ergaben, daß
die Scherfestigkeit niemals unter 21,1 kp/mm2 herunterging.
-
Beispiel 2 Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, jedoch
hatte das Lot die folgende Zusammensetzung: 65 % Nickel, 29 % Mangan, 5 % Kupfer
und 10/0 Silicium.
-
Das erhaltene plattierte Verbundprodukt hatte eine durchschnittliche
Scherfestigkeit von 22,3 kp/mm2. Beispiel 3 Es wurde das Vakuumlötverfahren der
USA.-Patentschrift 2713196, und zwar die Doppelverbundbauweise angewendet,
um rostfreie Stahlplatten (Typ 304) mit einer Dicke von 3,4 mm mit Platten aus unlegiertem
Stahl mit einer Dicke von 12,7 mm zu verbinden, wozu zwei verschiedene Lotfolien
von 0,1 mm Dicke eingesetzt wurden, die aus a) 63,850/0 Nickel, 27,69°/o, Mangan,
7,10% Kupfer und 1,360/0 Silicium bzw. b) 66,3311/o Nickel, 27,541/o Mangan, 4,461/o
Kupfer und 1,67% Silicium bestanden. Die Abmessungen des zu verlötenden Materials
beliefen sich auf 42.67 cm. Es wurde im Vakuum und bei einer Temperatur von 1163°
C gelötet und das Material bei Löttemperatur 35 Minuten geglüht. Der Verbundwerkstoff
wurde auf 927° C gebracht, mit Luft gekühlt und dann wieder zum Ausglühen auf
913' C erhitzt. Während des Erhitzens und Verlötens und während des Ausglühens
wurde in dem Verbundwerkstoff ein Vakuum von etwa 73,7 cm Quecksilbersäule aufrechterhalten.
-
Das plattierte Material wurde einen Monat bei 316, 427, 538 und 649°
C geglüht. Die während dieser Glühversuche regelmäßig durchgeführten Messungen ergaben
stets Scherfestigkeiten von 21,1 kp/mm= und mehr.
-
Die plattierten Verbundprodukte konnten ohne Schwierigkeiten auf übliche
Weise verschweißt werden.
-
Beispiel 4 Das Verfahren des Beispiels 3 wurde wiederholt, indem an
Stelle des rostfreien Stahles 304 rostfreier Stahl 405 mit einer Dicke von 2,8 mm
verwendet wurde.
-
Es wurden mit dem erhaltenen Verbundwerkstoff die im Beispiel 3 angegebenen
Versuche durchgeführt und praktisch die gleichen Ergebnisse erzielt.
-
Beispiel 5 Aus 64% Nickel, 27,5 0/ö Mangan, 7.511/o Kupfer und 1,0%
Silicium wurde eine Legierung erschmolzen und vergossen. Aus diesem Guß wurden folgende
zwei Stücke entnommen:
| a) 8,0 - 15,2 - 31,8 mm, |
| b) 14,7 - 25,4 - 25,4 mm. |
Das Stück a) wurde nicht homogenisiert. Bei dem Versuch, dieses 8,0 mm dicke Stück
zu einem Blech von 6,9 mm kaltzuwalzen, barst es.
-
Das Stück b) wurde 12 Stunden bei 871° C homogenisiert. Es wurde ohne
Schaden kalt von 14,7 mm zu einer Folie von 0,28 mm Dicke gewalzt.
-
Beispiel 6 Es wurden folgende Lote hergestellt:
| Prozentgehalte |
| Ni I Mn I Cu I Si |
| 61,7 25,1 11,95 1,25 |
| 60,0 24,4 14,55 1,05 |
| 54,8 23,8 20,54 0,87 |
Die Legierungen wurden in einem kleinen Lindberg-Ofen erschmolzen
und nach dem Vergießen zu Folien von 0,20 bis 0,28 mm Dicke ausgewalzt.
-
Jedes der erfindungsgemäß zu verwendenden Lote in Folienform diente
dazu, ein 3,2 mm dickes rostfreies Stahlblech (Typ 304 L) mit einer 12,7 mm dicken
unlegierten Stahlplatte (Typ A 2B5 C) nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Vakuumplattierungsverfahren
zu verbinden. Die erhaltenen Plattierungsprodukte hatten Scherfestigkeiten zwischen
26,7 und 31,6 kp/mm2 und widerstanden Biegeproben ohne jeden Fehler. Die plattierten
Platten konnten auf bekannte Weise mit Leichtigkeit verschweißt werden.