DE1908590A1 - Zinnbronzen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

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DR. ELISABETH JUNG₁ DR. VOLKER VOSSIUS. DIPL.-j^, rQEJtHAilBfe

PATENTANWÄLTE 8MONCHEN23- S I E G E S ST RASSE 2β - TELEFON 34 5067 . TE LEGRAMM-AD RESSE: I N VENT/M ONCH EN

u.Z.; D 996 (May/Yo/kä) 2 0. FEB. 1969

706 785-B

OLIH MAIHIESOH CHEMICAL CORPORATION
New Haven, Conn_o, V.St.A.

¹¹ Zinnbronsen und Verfahren zu ihrer Herstellung " Priorität: 20_o Februar 1968, VoSt.A., Nr „ 706 785

Die Erfindung betrifft neue Zinnbronzen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung „

Sie Zinnbronzen der Erfindung zeichnen sich durch hohe Zugfestigkeit und Beständigkeit gegen Ermüdung, eine gute allgemeine Korrosionsfestigkeit und besonders grosse Festigkeit gegen Spannungsrisskorrosion aus«, Biese Legierungen können auf den verschiedensten Gebieten, zum Beispiel für elektrische Kontakte, Membrane, Bälge, Federn und Schiffszubehörmetallteile, verwendet v/erden.

Es sind verschiedene zinnhaltige Kupferlegierungen bekannt, beispielsweise die Kupferlegierungen 502, die 1,0 bis 1,5 £ Zinn und als Rest im wesentlichen Kupfer enthält, die Kupferlegierung 510; die 3*5 bis 5,8 $ Zinn und als Rest im wesentlichen Kupfer

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^ und-die Kupferlegierung 521, die 7?O Ms 9?O $ Zinn und als Heat im wesentlichen Kupfer enthalte

Beträchtlich Tiel Eeit und Mühe ist in der Eupferin&ußtrie in die Herstellung von giniibronssen investiert worden*, um die V/arnnrerar·= beitungsfähigkeit dieser lögiierungen zu verbessern., Von Warmver·=^ arbeitung spricht man bei einer ¥erfGrjnung der legierung bei einer iemperatur oberhalb ihrer Eekristallisationstemperatur„ Da di© 2imi"bronsen tjrpischerv/eise zu starker flisslaildung im Fall einer Warmverarbeitung neigen, sind sie "bisher von der Industrie als lüaltirsrarbeitbare oder kaltivalzb&re Legierungen behandelt wordeno Die beim Warmverarbeiten oder Warmwalzen dieser Legierungen auftretende Rissbildung reioM von leieiiter Oberfläehen-= rissigkeit bis sw TÖlligem Brueh der Legierung»

Es gilt allgemein die Auffassung, d&ss die oben erwähnte Rissbildung durofc, die Gegenwart des niedrigschmelzenden Bestandteils Kupferphospliid und einer niedrigselimelaendenj, sinnreieiien_? mit "Delta" bezeichneten Kiase Terursaoht wird» Bei der Isaperatur_? bei der die Legierung beispielsweise gewalzt wird_s sind diese Bestandteile geselisiolsen vorhanden und führen au einer physischen Schwächung des Korngeiüges der legierung, die die ilisabildung bewirkte

Kupferphosphid bildet sich als Eeaultat der gängigen Praxis._s gemäss der Phosphor als Des Oxydationsmittel in der iegiernngs— schmelze verwendet wirdo Die Desoxydation ist deswegen so wichtig, damit die grösstmögliche Dichte des Gußstücks'..mit einer Hestiaenge Phosphor mim Te.rhindern der Oxydation des Zisms erhal-

.Der ' '

ten viirdo ϋ&τοϊι die Heaktion mit Sauerstoff imd anschliessendes

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6Α.-ήΐίnichts 'SlmerßkOT ist in der Legierung sowohl X'ösuüß öX.Q aueli elieniiseii gelnmaen mit Kupfer als nie-

JiIs oben erwähnte siomreielie Belta-PIiase und aas Kupferphosphid bildest eloli ia der üegieruiig während der Verfestigung und er-» •rc!i.@iiier« in föer SuST'ilrfevsi? in denjenigen Bereichen_r die zuletzt

mg dee lapferphosphids und der sinn«=· Hisoe ist die Beap®ratur für die Warmverarbeitung

Ton Z'isinljronaelegienmgeB aiif ©iaen Bereiaii τόπ etwa 53T⁰C Me

62O°Q begrenzt, ficii» da.o Eupfez^bosobid wird bei etvia 620⁰G flüssig mncl '/erursaclii; sin® Semmciaisg ier Legiermigsstruktur und Biss'aildusig^ wenn €ie üegierung bei Temperaturen

über 6gO°ö

Beia Saltbearlieiteii 5.'ii?d die logiesiiiig steif und verhärtet siclio i-iit simeömender ?3S"liärti3Bg muss die Legierung geglüht werden _t damit sine Rekristallisation der bsarbeiteten Struktur eintreten kann,, ähs die ¥er@jcöeitraig fortgesetzt werden kaniio Verschiedene GrllSietufen kilimea sum Beispiel feeim Kaltwalzen des Gussstücks ent eine für die lertigbearbeitimg geeignete Zwischenstufe er·=

seine 3Sm solclies Yerfaferen ist vom Standpunkt des fcsbetriebs jseitraubead wnd raaclit zwischengeschaltete Be-» arbeitungsetufes nötige die_f weiia a?an exe auslassen könnte_f eine Kostsiiersparais bedeuten wurden.

Aufgabe der irfJnetoig ist es daß.er_f eine warmverarbeitbare Zinn

ι^ι« ein Verfahren &m ihrer Herstellung zu schaf

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fen und dabei gleichseitig die v/Uns cixßixswsrten Eigenschaften dieser !.agier-angen feeiKutaelialten* Diese Aufgabe wird duroh die Erfindung gelöste

Gegenstand des· Erfindung ist somit eine warmverarbeitbare Zinnbronze _g die ge&ennseiafanet ist durch einen Gehalt τοπ 2 bis 12 G?ewo-$ Simi und von O_rQO5 bis 0_P40 G-ev* „■=»?£ eines Gemisches ron seltenen Brdmetallen und l>a'«?_e oder Cer_f Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen. '

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der 2innbronze_f da8 dadurch geiceiinaeichnet isty dass man

a) eine KupferlegieriLagssc}uaelze mit einem Gehalt* von 2 bis 12 fi Zinn herstellt,

b) die Sclimelse durch Susats von raindeetens O_?O5 ^³ eines Gemi=» aches von seltenen Erdmetallen und bßw_o oder Cer desoxydiert und

c) die Schnielae vergiesst.

Im allgemeinen v/ird das Desoxydationsmittel in der Verfahrensstufe b) in einer Menge von O„05 bis 0_f50 $ verwendet.

lach dem Giessen sind in der Legierung etwa 0,005 bis 0,40 # des Desoxydationsmittelß enthalten.

Es hat sich gezeigt, dass die nach dem Verfahren der Erfindung erzeugte Legierung entscheidend verbesserte Eigenschaften hinsichtlich ihrer Warrcverarbeitbarkeit aufweist, d.h» die Legierung kann in viel stärkerem Mass als beim herkömmlichen Kaltverarbeiten verarbeitet oder ausgenfalst werden_f was die bisher erforderlichen Glühaviiechenßtufen überflüssig macht ₀ Darüberhinaus kann

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Material in grösssrer Stärke verwendet v/erden als normalerweise beim Saltverarbeiten der Fall ist, wodurch die Produktivität erhöht und die Kosten gesenkt werden.

liatürlich sieht die Erfindung aueh die Verwendung kleiner Mengen v/eiterer legierungszusätse vor_? um erwünschte physikalische Eigenschaften au erzieleno

Phosphor bis zu O_?ü3 i* kann in der Legierungssehmelsse vorhanden sein und stammt entlader aus der Verwendung von Altmaterial als Zugabe zum Schmelzgut oder kann absichtlich hinzugefügt sein.

Selbstverständlich ist bei der Erfindung auch das Vorhandensein der bei Legierungen dieser Art üblichen, bekannten Verunreinigungen berücksichtigt, beispielsweise maximal 0,10 $> Eisen und maximal 0,30 i> Zinke Allerdings ist dabei wichtig, dass solche Beimengungen nicht in grosser Menge zugegen sind, denn eine grosse Menge vrtirde von sich aus schon die Warmverarbeitbarkeit dieser Legierungen nachteilig beeinflussen» Zum Beispiel könnte vermutlich Blei in einer Menge von etwa 0,05 $ Schwierigkeiten bei der Warmverarbeitung verursachen und soll daher auf maximal 0,03 # begrenzt sein₀ Ausserdem soll vorzugsweise die Gesamtmenge an Verunreinigungen nicht über 0,10 # hinausgehen„

Die Art und Weise des Schmelzens und Giessens der Legierung ist nicht von besonders kritischer Bedeutung_o Es können in zweckmässiger Weise bekannte Schmelz- und Giessverfahren angewandt werden, wie sie gebräuchlich sind, wenn die Oxydation von Zinnbronzen auf ein Mindestmass eingeschränkt sein soll, sowie bekannte Verfahren zur Zufuhr des zur Desoxydation verwendeten Mittelsο

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Wts 03i normalen Sixmforossen küss claraiii geaalrüet *.>erden _t dass die iUisseaeiilimgi, cU&_o hohe SJism^onasntratioiien an oder nahe clerr Oberfläche der Lsgisruag naoh dam Siessen iainiraal bleiben= Die sich bildende ?:im.n?siohe Legiex'ungsEChielii' an öder nahe der Ober fläotiö der Iisgieruiig yirä nämlich im iBsspa^atux^bereich der Warm=».. verarlbeiißBg teilweise gssciiBiölssn wild TsrursaeM; die Bildung-. to:i Hissen j, die sieb io allgemeivien dtircli die -legierung hisidurch ersts'8cl£©rio Eine SimiaViSsclisiätiag L:ann s-icli -aueh "bsira. Spritzguss γ ο !Pfeiler an ei^sfelleia, und. es muss deraiif gsaelits-i; werderi_? dass üies© Srecheinv-ng so v/enig v/ie möglich aiiftz-itt_o ttberraeaheiider-· weiss wurde jßaocli festgeatellt, üsiss 3©last Beim möglichen Auf= "treten einer SinnaussGhsiaung die mealiariisclis Auslösung oder die Bildung von Hiasan in der Legierung aiu? die sinnreiche Oberfiä-Gäensoliiclit Oegrenst bleibt und nic-Iii; durcb. die Legierung hin- TGh reicht j was normalerweise eintritt» - ■

Bis Art der Warunrerarbeitung ist ebenfalls nicht kritisch? es kann Jedes beliebige sweelaaäßsige Verfab.s'ea, a_nB_o Waisen^ angewandt werden ο Im allgemeinen wird die legierung auf eine Tempera tur oberhalb des ihr entsprechenden RekristallisatiOHS'feemperaturbereichs erhitzt und deoin verforiüto Die obere Semperaturgren«=' ze liegt "bei etvra ?9O°C_r, der peritelctischea aeaktionstemperatux^ line Bearbeitung bei höheren Temperaturen bewirkt das aechani« sohe Auflösen der Legierung₀ Die WarmYsrarbeitung_? z_oEo das Walzen, erfolgt daher Torzugsweise mit einer Ausgangsteiaperatur dea Materials τοη 79O⁰C* der Höchsttemperatiir_? hei die bestmögliche Leistungsfähigkeit zu erzielen_o Es kann auch von niedrigeren Ausgangs tempera türen ausgegangen werden, obwohl dann de:c l'empe-

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eiGli fax clie wGX^verartKiitimg- entsprechend reduziert ist riid. me'iu? Energie l>öiiUtigt v/ird_r ism einen gegebenen. Grad an Aus-".alsirag au erreichen*

Gegebenenfalls kann die Bearoeitinig oder Stärkenverminderung der Legierung auch noch fortgesetst i-P2rd3n_r wenn die Temperatur der Legierung unterhalb αβε Sekriatallieationstemperaturbereichs abgesunken, ist, oder die Legierung l£an:a ue% Aufnahme des BearbeitUiitieproseseeo sins- l^!e«-peratur zifischen Raumtemperatur und dem oben erwähnten Eekristsllzsatioiistemperaturbereieh haben« Beispielsweise -ifird siiKf-ob-st Tom vforiagevjßlsten Material eine Oberfliicfoeiisclaicät entfernt- raid dann auf über 90 $ kaltgewalzt, ohne Cass eine Glühstufe swifichengesciialtöt v/ircL Das seigtj aaes die 4USg^-IeT-UHg dex· SrflixäKKg, ctwohl sie vorzugsweise warmverarbeitet v.-ird, urn die Leietmigsfähigkeit sm erh<5b.en_P d_eh_o grössere Mate-3. iaXstärken "bei geringerem Sn@rgieaufv;and isusi Auswalzen au verwenden und zwiecheiigejulialtete Slühstufen auszuschalten _t auch 5.m üblichen V/alssv/erlcsbetrieb mit Kaltwalzen und Glühen verv/endet \ erden Icann.

X;ie Trfindung wird durch die Beispiele erläuterte

Mn Spritzgussknüppel mit folgenden Abmessungen wui'de hergestellt: Gewicht 13.3,4 kg_? Querschnitt 76_f2 mni χ 203_?2 mm₀ Er entixielt nominell 5 Gev/„~^ ginn und O_f15 Gev/.-jS Misehmetall_f. d.h. ein Gemiech von tültcnen Erdmetallen und als Rest im wesentlichen Kupferο Zunächst wurde Kathodenkwpfer unter einer Abdeckung aus Torgebrannter Holzkohle durch Induktion-geschmolzenο Dann wurde das Zinn und sciiliesslich das Kiechmstail zugegebene Haoh dem

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Giessen enthält die Legierung e-tea O_PO5 °fc Misohmetallo Dann wurden Abschnitte mit einer Län^e von 152 ₁ 4 mm und einer Breite τοη 101 _t 6 mm auf eine Ausgangstemperatur von 79O°C erhitzt _t zwei Stunden bei dieser Temperatur gehalten und warmgewalzt_f wobei die Dicke von 76 _f 2 mm in 12 Stichen ohne Zwischenerhitzung auf 8_?89 EHß vermindert wurde« Es entstand keine bzw₀ nur geringe Riesbildung _e

Beispiel 2

Sin Spritsgussloiüppal mit folgenden Abmessungen wurde hergestellt: Gewicht 113,. 4 fcg, Querschnitt 76,2 χ 203 ,2 mnu Er enthielt nominell 5 Gew_o-$S Zinn und 0_?30 Ge\^?_o-=^ Mischmetall und als Rest im wesentlichen Kupfer,, Das Scfcmelzgut v/urde gemäss Beispiel 1 behandelte lach dem Giessen enthält die Legierung etwa 0*07 $ Mischmetall ο Dann wurden Abschnitte mit einer Länge von 152 _e 4 ihr und einer Breite τοη 101_F 6 mm auf eine Ausgangs temp era™ tur τοη 79O⁰C erhitzt, zwei Stunden bei dieser Temperatur gehalten und dann warmgewalzt _t wobei die Dicke von 76 _r2 mm in 12 Stichen ohne Zwisehenerhitzung auf 8_$89 mm vermindert wurde,, Es entstand keine bzw₀ nur geringe Rissbildung.

Beispiel 3

Ein Spritzgussknüppel mit folgenden Abmessungen wurde hergestellt: Gewicht 113,4 kg_f Querschnitt 76,2 χ 203,2 mm_o Er enthielt nominell 8 Gew_o~$ Zinn und 0_f15 Gew_o-# Mischmetall und als Rest im wesentlichen Kupfer» Das Schmelzgut wurde gemäss Beispiel 1 behandelte Nach dem Giessen enthält die Legierung etwa 0,03 f> Misehmetallo Dann wurden 152,4 mm lange und 101 _t 6 mm breite Abschnitte auf eine Ausgaiigsteraperatur von 79O⁰C erhitzt, zwei Stunden bei dieser Temperatur gehalten und dann warmgewalzt, wo™

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bei die Dicke von 76 _f 2 mm in 12 Stichen ohne Zwischenerhitzung auf 8₂89 ram vermindert wurde* Es entstand keine bzw„ nur geringe Rissbildungο

Beigpiel 4

Ein Spritsgussknüppel mit folgenden Abmessungen wurde hergestellt: Gewicht 113,4 kg. Querschnitt 76,2 mm χ 203»2 mm₀ Er enthielt nominell 8 Gew_o~$ Zinn und 0,30 Gew_o-$ Mischmetall und als Rest im wesentlichen Kupfer. Das Schmelzgut wurde gemäss Beispiel 1 behandelte lach dem Giessen enthält die Legierung etwa 0,15 $> Mschmetallo Dann wurden Abschnitte mit einer Länge von 152*4 mm und einer Breite von 101„6 mm auf eine Ausgangstemperatur von 7SO⁰C erhitzt, sswei Stunden bei dieser Temperatur gehalten und dann warmgewalzt _t wobei die Dicke von 76_B2 mm in 12 Stichen ohne Zwischenerhitzung auf 8,89 mm vermindert würde. Es entstand keine bzw_o nur geringe Rissbildung«

Beispiel 5

Die oben beschriebenen Beispiele wurden unter Verwendung anderer Abschnitte im wesentlichen wiederholt, allerdings bei einer Ausgangstemperatur von 76O⁰Co Wieder trat nach dem Warmwalzen keine oder nur geringfügige Rissbildung auf₀

Beispiel 6

Ein 4»54 kg schwerer Stab mit den Abmessungen: 50_f8 χ 50,8 χ 254 mm wurde im Durville-Verfahren gegossen» Er enthielt nominell 8,0 Gew_o~j6 Zinn und 0,02 Gew.-?6 Phosphor sowie 0,03 Gew_e-# Cer und als Rest im wesentlichen Kupfer_e Kathodenkupfer wurde unter einer Abdeckung aus vbrgebrannter Holzkohle durch Induktion geschmolzen„ dann wurde das Zinn und schliesslich die

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r-'G-rw.r^ülsgier-'iiSg und Ger swgogebeiie Der Stau wurde auf ?öü 0 erlittst _E sivei oteKÄea bei dieser Temperatur gehalten und dann ict ^-uiiasieen^ai^iwalsft-eriE^cairch abwechselnde ovale Durchgänge und. Pdiöftbusäurciigssige ausgewalst _f wobei der Querschnitt von 50,8 χ 50y8 um. auf einen ovalen Querschnitt Kit einer Häelie von

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9 s 03 cm voriTiiiiclert vmrds* Eine gans geringe Rissbildung sioli auf der Oberfläche.

Sin 113 ϊ 4 ^s severer Stab" -«urd.e mit folgenden Ateieseungen gsgössen? 76p2 nm χ 203j2 ims Querschnitt,, Er enthielt nominell 5 GeWo-% Sinn und 0_?22 G-31·-*_o-^ Phosphor und als Rest im ■wesentlichen kupfer ο Der Plaospiioxsusats erfolgte in Form einer Kupfer-CTruiacHegisx-ttago Safößäsnfcupfer vmrde ifnter einer AMek= g aus vorgebraiinter Holskohle durcii Iiidukticn gesenaol25en_? denn wurde das Zinn. miü. acfaliesslich. äie" Kupfer-Pfcosphor legierung zugegeben« iVosclmitts mit einer !länge τοη 152 ₇4 einer Breit© von 101;,6 aa wurden atif eine Ausgangstemperatur γοη 760 C erhitstp zv;ei Stunden bei dieser temperatur genalten und dann 'waringewai'lt „ wobei die Dicke von 76₁ 2 ehe ia 12 Sticaen auf 8g89 mm vermindert wurde. Bei den ersten Durchgängen bildeten sich Hisse ρ deren Tiefe ein gutes Stück Ms unter die Ausacheidungsscnicht reichte^ Wenn der Stab auok als ein Stück aus dem Verfahren hervorging, so war er docii so rissig- dass er praktisch unbrauchbar v/ar«, Die Sisse am Rand waren etwa 12_P7 nun tief „

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Claims (1)

1. i Darf. Ic! Λ j»"nd2rt werdsr

   " 190859Ü

   Pr u e at-a κ. sprilche

   -are- ginnbronze _f gekennzeichnet durch einen Gehalt tcii 2 Ms 12 Gevi„-5& Zinn lind von 0,005 bis 0_P40 SeWc-5$ eines Gen-iselies von seltenen Ercteetallen und bzw_o cder C«r_f Esst Kupfer wnd übliche Verunreinigungen.

   nach Anspruch l_t dadurch gekenn eeiehaetj dr.ss sie an Verunreinigungen maximal 0_?03 ? 1)1 ei _E Kasimal 0_Λ50 ^ 2irnk_P maximal O«10 ^ Msen und maximal $ andere Stoffe enthält*

   naeö. jlnspruch Z_T dadurch elcenn™ 2 8 i ο h n. e t_f dass sie einen Zusatz iron maiEiiüal 0_f03 ^ Phosphci? enthalte

   4ο Verfahren sum Herstellen der Zinnbronze nach Anspruch l_r dadurch gekennzeichnet dass man eine Kupferießiermigsschiselze iait ein©Et Zinngehalt "ν-·. *" ils 12 j6 herstellt, die Schaelze durch Zusatz von mindestens 0,05 $ eines Gemisches τοπ seltenen Erdmetallen und bzvfo oder Ger desoxydiert und die Schmelze vergiesst*

   5- Verfahren nach Anspruch 4-_f dadurch gekennzeichnet; dass die Schmelze.an Verunreinigungen maximal 0_:05 i> Blei_f maximal 0_f30 ^ Zink, maximal 0,10 $ Eisen und maximal 0,10 £ andere Stoffe enthalte

   6. Verfahren nach Anspruch β, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze zusätzlich maximal O₁.015 i» Phosphor enthält,.

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