DE1800366B1

DE1800366B1 - Kupfer-Zink-Legierung

Info

Publication number: DE1800366B1
Application number: DE19681800366
Authority: DE
Inventors: Tsunetaro Ohta
Original assignee: Toa Valve Co Ltd
Current assignee: Toa Valve Co Ltd
Priority date: 1967-12-15
Filing date: 1968-10-01
Publication date: 1970-05-21
Also published as: GB1173559A; US3591368A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupfer-Zink-Legierung mit wesentlich verbesserter mechanischer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen im Vergleich zu üblichen Kupferlegierungen. Die Kupferlegierung der Erfindung eignet sich insbesondere für Ventilkörper, die bei hohen Temperaturen und hohen Drücken verwendet werden.

Die neuere Entwicklung geht dahin, daß die Drücke von Flüssigkeiten in Leitungen höher werden und auch die Temperaturen ansteigen. Die unter diesen _ϊ0 Bedingungen verwendeten Ventile müssen daher eine ausgezeichnete Schließfunktion ausüben, und außerdem müssen die Ventilkörper eine wesentliche höhere Festigkeit aufweisen. Herkömmliche Kupferlegierungen, wie Bronze oder Messing, die in weitem Umfange für Ventilkörper verwendet werden, haben jedoch im allgemeinen niedrigere mechanische Festigkeiten als Eisenmetalle, und bei Temperaturen oberhalb 250⁰C würde es als gefährlich angesehen, derartige Legierungen zu verwenden. Weiterhin läßt die Beständigkeit von Kupferlegierungen gegen Säure, die zwar besser ist als die der Eisenmetalle, immer noch zu wünschen übrig.

Aufgabe der Erfindung ist es, Kupferlegierungen mit sehr hoher mechanischer Festigkeit bei Temperaturen im Bereich von 300 bis 400° C und Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säuren und Chemikalien sowie Erosionsbeständigkeit gegenüber Flüssigkeiten bei hohen Temperaturen und hohen Drücken zur Verfügung zu stellen. Diese Legierungen sollen sich außerdem zum Gießen und Schmieden sowie zur spanabhebenden Bearbeitung eignen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist somit eine Kupfer-Zink-Legierung, die aus 38 bis 43% Zink, 5 bis 15% Nickel, 0,1 bis 1,0% Chrom, 0 bis 0,3% Titan, Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen besteht.

Vorzugsweise enthält die Kupferlegierung noch zusätzlich Spuren bis 0,5% Silicium oder Spuren bis 0,5% Silicium und Spuren bis 1,0% Blei.

In der Kupferlegierung der Erfindung mit einem Gehalt von höchstens 0,3% Titan liegen die Kristallteilchen in äußerst feiner Form vor. Dies hat zur Folge, daß die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit wesentlich verbessert ist. Der Nickel- und Chromgehalt in der Kupferlegierung der Erfindung trägt ebenfalls erheblich zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Legierung bei. Außerdem wirkt sich der Gehalt an Silicium günstig auf die Fähigkeit der Legierung aus, ihre mechanische Festigkeit im Temperaturbereich von 350⁰C beizubehalten. Der Zusatz von Blei verbessert die spanabhebende Bearbeitung.

Der bevorzugte Titangehalt in der Legierung liegt bei 0,02 bis 0,2%, der bevorzugte Chromgehalt im Bereich von 0,3 bis 0,7%· Bei Zusatz von Silicium beträgt der bevorzugte Siliciumgehalt 0,05 bis 0,1%.

Selbst bei Zusatz einer äußerst geringen Menge an Titan läßt sich eine erhebliche Verbesserung der Eigenschaften der Kupferlegierung der Erfindung feststellen. Oberhalb 0,3% Titan ist keine weitere Verbesserung der Eigenschaften zu beobachten. Bei einem Chromgehalt oberhalb 1,0% nimmt die Härte der Kupferlegierung zu, was sich auf die spanabhebende Bearbeitung und die Eigenschaften bei hohen Temperaturen ungünstig auswirkt.

Der bevorzugte Nickelgehalt der Kupferlegierung der Erfindung liegt im Bereich von 8 bis 13%· Bei einem Gehalt von weniger als 5% Nickel verschlechtern sich die Festigkeitseigenschaften, insbesondere die Zerreißfestigkeit, erheblich. Bei einem Gehalt oberhalb 15% kann keine wesentliche Verbesserung der Eigenschaften der Kupferlegierung beobachtet werden.

Der Zinkgehalt der Kupferlegierung der Erfindung beträgt vorzugsweise 40 bis 42%· Bei einem Zinkgehalt unter 37% oder bei einer Erhöhung auf 44% oder mehr werden die Eigenschaften der Kupferlegierung ungünstig beeinflußt.

Ein Zusatz von Silicium und Blei in der Kupferlegierung der Erfindung ist nicht unbedingt erforderlich. Der Zusatz einer geringen Menge an Silicium im angegebenen Bereich kann jedoch die Eigenschaften der Kupferlegierung bei hohen Temperaturen stabilisieren. Bei einem Siliciumgehalt von oberhalb 0,5% wird jedoch die mechanische Festigkeit bei Raumtemperatur beeinträchtigt. Durch den Zusatz einer geringen Menge Blei im vorgenannten Bereich wird die spanabhebende Bearbeitung der Legierung wesentlich verbessert.

In Tabelle I ist die Zusammensetzung einiger Legierungen der Erfindung (Nr. 1 bis 3) und einer bekannten Bronze- und Messinglegierung abgegeben.

Tabelle I

	Zn %	Ni ο, /0	Ti °/o	Cr %	Si *⁰Zo*	Pb 0, Ό	Sn %	Cu 0/ '0
Legierung Nr. 1	42,0 42,0 42,0 6,0 30,0	10,0 10,0 10,0	0,2 0,2 0,2	0,2 0,2 0,2	0,2 0,2	0,1 2,0 2,5	6,0 1,5	Rest Rest Rest 86,0 66,0
Nr. 2
Nr. 3
Bronze
Messing

In Tabelle II sind die Eigenschaften der in Tabelle I aufgeführten Legierungen bei verschiedenen Temperaturen zusammengestellt.

Tabelle II

	Raur Vickers- härte	Qtemperatu Zerreiß festigkeit kg/mm²	Deh nung %	235° Zerreiß festigkeit kg/mm²	C Deh nung %	300° ( Zerreiß festigkeit kg/mm²	Deh nung %	350° Zerreiß festigkeit kg/mm²	C Deh nung %	400° Zerreiß festigkeit kg/mm²	C Deh nung %
Legierung Nr. 1	148	59,0	33,4	48,0	24,0	37,6	12,8	33,1	10,0	29,8	8,0
Nr. 2	164	57,7	20,0	52,5	22,2	42,8	17,0	40,9	17,0	35,0	15,8
Nr. 3	146	57,1	23,0					38,9	12,0	35,0	8,0
Bronze	68 62	24,5 22,8	29,8. 37,5	15,5 12,2	11,2 15,0	8,2 7,5	5,5 8,0	6,0 5,2	4,0 5,5	—
Messing

Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß die Legierungen der Erfindung mit geringem Titan- und Chromgehalt wesentlich bessere mechanische Eigenschaften haben als die anderen Legierungen.

In Tabelle III ist die Beständigkeit der Legierung Nr. 1 der Erfindung gegenüber Säure mit anderen Legierungen verglichen.

Tabelle III

Korrosion, Gewichtsverlust, mg/mm²

Legierung

Nr. 1

Bronze-6

Korrosionsbeständiger
Stahl

Gußeisen

(81 bis 87% Cu, 4 bis 6% Sn, 4 bis 7% Zn, 3 bis 6% Pb) (J.I.S. H 5111 — 1966, S. 2, Tabelle 2 — BC-6)

(0,03^oZoC,l^oZ_oSi,2^oZ_oMn,12bisl6^oZoNi,16bisl8^oZ_oCr,

2 bis 3⁰Z₀ Mo, 0,04⁰Z₀ P, 0,03⁰Z₀ S, Rest Fe) (J.I.S. G 4303 — 1964, S. 4, Tabelle 2 — SUS 33 B) (J.I.S. G 5501 — 1956, S. 2, Tabelle l-FC-20) (Zugfestigkeit 17 bis 24 kg/mm², Brinellhärte 217 bis 255)

0,0074
0,0192

0,0260
0,197

(J. I. S. = Japanischer Industrie Standard).

Die Korrosionsbeständigkeit wurde folgendermaßen bestimmt: Die Proben wurden 20 Stunden bei Raumtemperatur in 10°Z_oige Salzsäure getaucht. Danach wurde die Lösung auf 6O⁰C erhitzt, und die Proben wurden in dieser Lösung 1 Stunde belassen. Anschließend wurde der Gewichtsverlust pro Flächeneinheit bestimmt. Aus Tabelle III ist ersichtlich, daß die Legierung Nr. 1 eine wesentlich bessere Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säure besitzt als die anderen Legierungen.

Claims

Patentansprüche:

1. Kupfer-Zink-Legierung, bestehend aus 38 bis 43⁰Z₀ Zink, 5 bis 15⁰Z₀ Nickel, 0,1 bis 1,0⁰Z₀ Chrom, 0 bis 0,3⁰Z₀ Titan, Rest Kupfer, und übliche Verunreinigungen.

2. Kupfer-Zink-Legierung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von Spuren bis 0,5⁰Z₀ Silicium.

3. Kupfer-Zink-Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von Spuren bis 0,5⁰Z₀ Silicium und Spuren bis 1,0⁰Zo Blei.

4. Kupfer-Zink-Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus 42⁰Z₀ Zink, 10⁰Z₀ Nickel, 0,2⁰Z₀ Titan, 0,2⁰Z₀ Chrom, Rest Kupfer, und übliche Verunreinigungen.

5. Kupfer-Zink-Legierung nach Anspruch 2, bestehend aus 42⁰Z₀ Zink, 10⁰Z₀ Nickel, 0,2⁰Z₀ Chrom, 0,2⁰Z₀ Titan, 0,2⁰Z₀ Silicium, Rest Kupfer, und übliche Verunreinigungen.

6. Kupfer-Zink-Legierung nach Anspruch 3, bestehend aus 42⁰Z₀ Zink, 10⁰Z₀ Nickel, 0,2⁰Z₀ Chrom, 0,2⁰Z₀ Titan, 0,2⁰Z₀ Silicium, 0,1⁰Z₀ Blei, Rest Kupfer, und übliche Verunreinigungen.