DE1937313A1 - Durable lead alloys - Google Patents
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Description
Patentanwalt Dipl.-Ing. A. Spalthoff Essen, Pelmanstr.31Patent attorney Dipl.-Ing. A. Spalthoff Essen, Pelmanstrasse 31
Telefon 772008Telephone 772008
REDEMAT S.A., 3-5, Place Winston Churchill, Luxemburg, Grossherzogtum LuxemburgREDEMAT S.A., 3-5, Place Winston Churchill, Luxembourg, Grand Duchy of Luxembourg
Dauerstandfeste BleilegierungenDurable lead alloys
Die vo rliegende Erfindung betrifft Bleilegierungen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, insbesondere Bleilegierungen mit erhöhter Dauerstandfestigkeit.The present invention relates to lead alloys with improved mechanical properties, especially lead alloys with increased Fatigue strength.
Bleilegierungen mit geringer Dauerstandfestigkeit weisen schwerwiegende ■Nachteile in verschiedenen Anwendungsgebieten auf oder beschränken ihre Verwendung. . -,-"'■Lead alloys with low creep strength have serious ■ Disadvantages in various areas of application to or limit theirs Use. . -, - "'■
So ist z.B. die geringe Dauerstandfestigkeit von Lotlegieruttgen oft ein schwerwiegender Nachteil, da normale Lotlegierungen z.B. noch nicht einmal die Spannungen übertragen, die durch die Wärmeausdehnung mehrerer Meter langer aneinandergelöteter Zinkdachrinnen entstehen. Weiterhin sind Lötverbindungen in der Elektrotechnik und in der Emballageindustrie in ihrer Anwendung begrenzt, wenn sie eine einsinnige Dauerlast ertragen müssen, z.B. auch bei erhöhten Temperaturen. For example, the low fatigue strength of solder alloy racks is often a problem Serious disadvantage, as normal solder alloys, for example, do not even transfer the stresses caused by the thermal expansion of several Meter-long zinc gutters that are soldered together are created. Farther are soldered connections in electrical engineering and in the packaging industry limited in their application if they have to endure a monotonous continuous load, e.g. even at elevated temperatures.
Bei Bleilegierungen als Halbzeug, wie z.B. Bänder, Bleche,vRohre, Drähte ist die fehlende Kriechfestigkeit ein besonders stark hervortretender Nachteil. ; For lead alloys as a semifinished product, such as strips, sheets, v tubes, wires, the lack of creep resistance is an especially strong protuberant disadvantage. ;
Bei der Verwendung von Bleilegierungen in Akkumulatoren stehen die Probleme der Zeitstandfestigkeit nicht so sehr im Vordergrund wie die elektrochemischen Probleme. Die Standardlegierung für Stärterbatterien ist die PbSb 6 Legierung. Die zulässige Belastung dieser Legierung liegtWhen using lead alloys in accumulators, the Problems of creep rupture strength are not as much in the foreground as that electrochemical problems. The standard alloy for stronger batteries is the PbSb 6 alloy. The permissible load on this alloy is
00 98 8 5/127800 98 8 5/1278
ORPfNAtORPfNAt
bei einer Begrenzung der Kriechfestigkeit auf 1 % pro Jahr zwischen 3o und 70 kp/cm bei Raumtemperatur (Hofmann, Blei und Bleilegierungen, Springer-Verlag, 2. Auflage, S. 227). Die Tendenz zur Verminderung des Sb-Gehaltes (wegen der Sb-Wanderung und der daraus resultierenden "Vergiftung" der Zelle) besteht weiterhin. Insofern ist auch für die Akkumulatorenindustrie eine Bleilegierung von Vorteil, die grosse Dauerstand- und Dauerschwingfestigkeiten aufweist. Durch Verminderung des Giessquerschnittes lässt sieht Gewicht einsparen. ~ ' ■with a limitation of the creep resistance to 1 % per year between 3o and 70 kp / cm at room temperature (Hofmann, lead and lead alloys, Springer-Verlag, 2nd edition, p. 227). The tendency to reduce the Sb content (because of the Sb migration and the resulting "poisoning" of the cell) continues. In this respect, a lead alloy that has high fatigue strength and fatigue strength is also advantageous for the accumulator industry. By reducing the casting cross-section, we can save weight. ~ '■
Strahlenschutz und Schallschutz sind moderne Anwendungsgebiete des Bleis oder Bleilegierungen für die eine verbesserte Zeitstandfestigkeit ebenfalls von Bedeutung ist. Radiation protection and noise protection are modern areas of application for Lead or lead alloys for which an improved creep rupture strength is also important.
Angaben über die Dauerstandfestigkert von Blei-Zinn-Legierungen in Ab- fInformation on the long-term strength of lead-tin alloys in Ab- f
hängxgkeit von Zinngehalt sind im Schrifttum kaum vorhanden. Es sind Werte der Zeitstandfestigkeit für Blei-Zinn-Legierungen vorhanden.There is hardly any dependence on the tin content in the literature. There are Creep rupture strength values for lead-tin alloys are available.
Hofmann (Blei und Bleilegierungen, 2. Auflage, S. 451) gibt" als Zeit- ■ Standfestigkeit für. Io Tage Lebensdauer für Sn-Gehalte zwischen 32 und loo % eine .Zugspannung von 7o kp/cm an. Aus eigenen Versuchen konnte für PbSn 4o und PbSn 2o für 1 % Dehnung pro Jahr bei Raumtemperatur eine Dauerstandfestigkeit von etwa Io kp/cm respektiv 12 kp/cm ermitteltHofmann (lead and lead alloys, 2nd edition, p. 451) specifies a tensile stress of 7o kp / cm as the long-term ■ stability for. 10 days service life for Sn contents between 32 and 100% PbSn 4o and PbSn 2o for 1% elongation per year at room temperature a fatigue strength of about Io kp / cm and 12 kp / cm, respectively
werden. . ■ ■ -1 ~ will. . ■ ■ - 1 ~
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bleilegierungen mit erhöhter Dauerstandfestigkeit anzugeben, durch welche die obengenannten Nachteile beseitigt werden und durch welche neue Verwendungsgebiete erschlossen werden. IThe invention is based on the object of providing lead alloys with increased Indicate the creep strength, through which the above-mentioned disadvantages are eliminated and through which new areas of application are opened up will. I.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Legierung o,ool-l,ο Gew.% Barium und wenigstens ein Element der Gruppe bestehend aus Silber, Aluminium, Bor, Wismut, Kadmium, Wasserstoff, Magnesium, Sauerstoff, Schwefel, Antimon, Selen, Silizium, Zinn, Tellur und Zink enthält und dass das Barium mit dem Element als Verbindung vorliegt, welche im flüssigen oder auch im festen Zustand der Legierung zustande gekommen ist und welche dispersionsverstärkend wirkt und/oder zu Ordnungszuständen und/oder zu ordnungsähnlichen Zuständen (Clusterbildung) im Gitter führt, die verfestigend wirken.The object is achieved according to the invention in that the alloy o, ool-l, o wt.% Barium and at least one element of the group consisting made of silver, aluminum, boron, bismuth, cadmium, hydrogen, magnesium, oxygen, sulfur, antimony, selenium, silicon, tin, tellurium and zinc contains and that the barium is present with the element as a compound, which comes about in the liquid or also in the solid state of the alloy has come and which has a dispersion-enhancing effect and / or states of order and / or to order-like states (cluster formation) leads in the grid, which have a solidifying effect.
0098 85/127 80098 85/127 8
Vorzugsweise können die Elemente in folgenden Gewichtsprozenten in der Legierung, vorliegen: 'The elements can preferably be in the following percentages by weight of the alloy, are present: '
Silber ο,οοΐ - Io % Silver ο, οοΐ - Io %
Aluminium o,oöl - 2 % Aluminum o, ooil - 2%
Bor ο,οοΐ - 1 % Boron ο, οοΐ - 1 %
Wismut ο,οοΐ - 6 % Bismuth ο, οοΐ - 6 %
Kadmium ο,οοΐ - Io % Cadmium ο, οοΐ - Io %
Magnesium ο,οοΐ - 6 % Magnesium ο, οοΐ - 6 %
•Sauerstoff ο,οοΐ - ο,2% -• Oxygen ο, οοΐ - ο, 2% -
Wasserstoff ο,οοΐ - ο,2% Hydrogen ο, οοΐ - ο, 2%
Schwefel . ο,οοΐ - 2 %Sulfur. ο, οοΐ - 2%
. Antimon ο,οοΐ - 2 % . Antimony ο, οοΐ - 2 %
' , Selen ο,οοΐ - 1 % ' , Selenium ο, οοΐ - 1 %
.'-■■ Silizium ο,οοΐ - 2 %.'- ■■ silicon ο, οοΐ - 2%
Zinn ο,οοΐ - 9ο % ' ■Tin ο, οοΐ - 9ο % '■
Zink ' ο,οοΐ - 1 % Zinc 'ο, οοΐ - 1 %
Tellur -ο,οοΓ - 1% ;Tellurium -ο, οοΓ - 1% ;
Bevorzugte dauerstandfeste Bleilegierungen sind Legierungen, welche aus o,öl - l,o Gew.% Barium und einem Element in den angegebenen Gewichtsprozenten der obengenannten Gruppe, Rest Blei oder Blei-Zinn, bestehen. Preferred long-term stable lead alloys are alloys which are made of o, oil - l, o% by weight of barium and an element in the specified percent by weight of the above group, the remainder being lead or lead-tin.
Eine erfindungsgemässe Bleilegierung Pb-Ba-O, beispielweise o,o7 Gew.% Bari^um und o,oo6 Gew.% Sauerstoff enthaltend, wurde auf Dauers'tandfestigkeit untersucht. Aus den ermittelten Kriechku'rven (lo.ooo Stunden) HessA lead alloy Pb-Ba-O according to the invention, for example 0.07% by weight Containing barium and 0.06 wt.% Oxygen, was tested for long-term stability examined. From the determined crawl cu'rven (lo, ooo hours) Hess
- 2- 2
sich bei einer Belastung von 112 kp/cm ein Wert kleiner als die zulässige Dehnung von 1 % pro Jahr bei Raumtemperatur ermitteln. Daraus ergab sich, dass die Dauerstandfestigkeit grosser als 112 kp/cm^ war.With a load of 112 kp / cm, a value smaller than the permissible elongation of 1 % per year at room temperature can be determined. This showed that the creep strength was greater than 112 kp / cm ^.
Zur Prüfung der Verwendbarkeit der erfindungsgemässen Legierungen wurden Walzver^suche unternommen. Die Legierung Pb-Ba-O liess sich kalt ohne jede Schwierigkeit von 5 mm Gussdicke auf 1 mm abwälzen, was einem KaIt^- verformungsgrad von 8p %- entspricht.Rolling tests were undertaken to test the usability of the alloys according to the invention. The alloy Pb-Ba-O could be rolled cold without any difficulty from a casting thickness of 5 mm to 1 mm, which corresponds to a degree of deformation of 8 % .
Die Härte der Legierung Pb-Ba-O betrug in HV (kp/mm ) im Vergleich zu Feinblei:The hardness of the alloy Pb-Ba-O was in HV (kp / mm) compared to Fine lead:
vor dem Walzen 4,15 7»91before rolling 4.15 7 »91
nach dem Walzen 3,18 lo,9o.after rolling 3.18 lo, 9o.
009885/1278009885/1278
Da ein grosser Teil des Bleihalbzeuges in der Schwefelsäureindustrie verbraucht wird, müssen die erfindungsgemässen Legierungen gegen verdünnte Schwefelsäure korrosionsbeständig sein. Diese Korrosionsversuche liessen ein schlechteres Korrosionsverhalten der erfindungsgemässen Legierungen gegenüber Feinblei nicht erkennen. .Because a large part of the lead semi-finished product is consumed in the sulfuric acid industry the alloys according to the invention must be corrosion-resistant to dilute sulfuric acid. These corrosion attempts left a poorer corrosion behavior of the alloys according to the invention not recognize against fine lead. .
Versuche an erfindungsgemässen Blei-Zinn-Basis Legierungen haben ähnliche Ergebnisse erzielt. Auf Grund der Kriechkurven ist ermittelt worden, dass die erfindungsgemässen Blei-Zinn-Basis Legierungen gegenüber Blei-Zinn-Legierungen trotz höherer Last eine geringere Dehnung haben* Die Belastbarkeit der erfindungsgemässen Pb-Sn-Basis Legierungen bei höheren Lasten ist mindestens doppelt so gross und bei niedrigen Lasten tritt ein Still- ™ stand des Kriechens auf.Tests on lead-tin-based alloys according to the invention have similar results Results achieved. On the basis of the creep curves it has been determined that the lead-tin-based alloys according to the invention versus lead-tin alloys have a lower elongation despite a higher load * The load capacity of the Pb-Sn-based alloys according to the invention at higher loads is at least twice as large and at low loads there is a stagnation ™ got up from crawling.
Lötversuche mit diesen Legierungen haben gezeigt, dass die Benetzung des Lotes an Messing und Zink mindestens so gut ist wie im Fall herkömmlicher PbSn-Lotlegierungen.Soldering tests with these alloys have shown that the wetting of the Solders of brass and zinc are at least as good as in the case of conventional ones PbSn solder alloys.
009885/1278 owswal )NSPECTEQ 009885/1278 owswal ) NSPECTEQ
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