DE2241243C2 - Verfahren zur Erhöhung der Beständigkeit von Messing gegen Entzinken - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Beständigkeit von Messing gegen Entzinken, wobei das Messing aus 61 bis 66% Kupfer, mindestens 0,02% Arsen, Antimon oder Phosphor, bis zu 4% Blei sowie bei Kokillen- und Druckgußmessing zusätzlich 0,05 bis 03% Aluminium und Zink als Rest mit üblichen Verunreinigungen aus den verwendeten kohmaterialien wie beispielsweise Metallabfall besteh, und einen Gehalt an zusammenhängender 0-KristalIphase aufweist

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink. Mit einem Zinkgehalt bis zu 37% sind die Legierungen sogenannte «-Legierungen, die aus einem homogenen Mischkristall mit flächenzentriertem Gitter bestehen. Solches «-Messing weist gute Kaitverformungseigenschaften auf, es kann in kaltem Zustand gewalzt, formgepreßt und gestaucht werden, wohingegen es schwieriger ist, es warm zu verformen, insbesondere dann, wenn e» Blei enthält, was oftmals zugesetzt wird. um die Möglichkeiten einer spanabhebenden Bearbeitung zu verbessern.

Einer der Gründe für die umfangreiche Verwendung von Messing ist die gute Widerstandsfähigkeit dieses Legierungstyps gegen Korrosion in Luft und Wasse^r, wobei Messing jedoch unter gewissen Umständen, insbesondere dann, wenn es einer Einwirkung durch weiches, chloridhaltiges Wasser und insbesondere Heizwasser ausgesetzt wird, auf eine ganz besondere Weise, die als Entzinken bezeichnet wird, korrodiert, waa 3n.ii uäfifi aiiuiu, uäy OZT ZiiingChäit «üfgCiCSt Ά"Γ£, während das aufgelöste Kupfer in Gestalt einer schwammigen, porösen Masse, die keine Festigkeit aufweist und zum Entstehen durchgehender Perforierungen neigt, wieder ausgefällt wird, so daß z. B. Messingteile für Wassefarrriäturen bei auftretender Entzinkungskorrosion druckundicht und dadurch ungeeignet für eine Weiterverwendurig werden können.
■ Es ist bekannt, das Entzinken von «-Messing dadurch zu verhindern, daß der Legierung kleine Mengen von Arsen, Antimon oder Phosphor in einer Größenordnung von 0,01% oder mehr zugesetzt werden. Aufgrund der großen Geschmeidigkeit von «-Messingen in kaltem Zustand werden diese Zusätze insbesondere bei der Herstellung von Blechen, Bändern, Rohren sowie Draht für Kaltstauchzwecke, z. B. zur Herstellung von Nägeln, Schrauben und ähnlichen Teilen verwendet.

Bei größerem Zinkgehalt, z. B. ab ca. 37%. entsteht eine neue Kristallart, der sogenannte /J-Kristall, welcher •ein kubisches raumzentriertes Kristallgitter aufweist Dieser ^-Kristall zeichnet sich durch eine wesentlich bessere Duktilität in warmem Zustand als in kaltem Zustand aus, und ^-Kristalle enthaltende Legierungen eignen sich deshalb insbesondere zur Herstellung von Gegenständen auf dem Wege des Warmschmieden und des Warmstrangpressens von Profilen und Stangen, ebenso wie sie besser als «-Messing für Prozesse des Druckgießens, Kokillengießens und Sandformgießens verwendbar sind. Dieser Legierungstyp kann, ohne daß es zu Schwierigkeiten bei der Warmverformung kommt, etliche Prozent Blei zur Verbesserung spanabhebender Bearbeitung enthalten.

Legierungen dieser Art enthalten üblicherweise von 63 bis 56% Kupfer, während der Rest Zink und Blei ist. Korrosionsmäßig sind diese Legierungen auch widerstandsfähig gegenüber Einflüssen durch Luft und Wasser, wohingegen es nicht möglich ist, entgegen dem Einfluß entzinkungsfördernder Medien ein Entzinken durch einen Zusatz geringer Mengen von Antimon, Phosphor oder Arsen zu verhindern, und zwar weil der ß-Kristallgehalt bei .bnehmendem Kupfergehalt ansteigt Für eine Messinglegierung mit beispielsweise 58% Kupfer beträgt die 0-Menge ca. 30%, und selbst wenn einem Messing mit diesem Gehalt die genannten entzinkungshemmenden Stoffe zugesetzt werden, wird es beim Vorliegen entzinkungsfördernder Verhältnisse kräftig korrodieren, weil die 30% /?-Phase eine zusammenhängende Phase im Gefüge bildet und nicht gegen Entzinken geschützt werden kann. Selbst bei geringen ^-Phase-Mengen liegt diese Phase in einer netzartigen Verbindung durch das gesamte Gefüge hindurch vor, so daß Legierungen mit geringen jJ-Mengen nicht durch die genannten '.egierungszusätze gegen Entzinken geschützt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Messing anzugeben, wobei das Messing sowohl für Kaltverformung durch Walzen, Kaltstauchen, Ziehen o. 2. als auch für Warmverformung wie Strangpressen. Warmschmieden o. a. und ebenfalls für Druckgießen und Kokillengießen sowie Sandformgießen geeignet ist und gleichzeitig widerstandsfähig gegenüber Entzinkungskorrosion ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Messing nach dem Kokillen-, Druck- oder Sandformgießen, nach dem Strangpressen oder gegebenenfalls nach dem Warmpressen von aus stranggepreßten Stangen ausgeschnittenen Teilen auf einen Temperaturbereich von 400 bis 700⁰C erwärmt wird und die

mensetzung und des Gefüges des Messings so gewählt werden, daß sich die ß- Kristalle voneinander trennen und die zusammenhängende Verbindung zwischen ihnen beseitigt wird.

Arsen wirkt als entzinkungshemmender Zusatz, weil dieser Zusatz keine unerwünschten Nebenwirkungen mit sich bringt

Gemäß DE-OS 20 55 276 wird von Messinglegierungen ausgegangen, die aus alpha-beta-Messing mit wenigstens 39% Zink oder 60 Cu/40 Zn bestehen. Über einen Gehalt an Antimon, Phosphor und/oder Aluminium wird keine Aussage gemacht. Die Wärmebehand

lung der bekannten Legierungen soll durch Erhitzen auf Temperaturen zwischen 450⁰C und 850⁰C erfolgen, und zwar in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre (gekracktes Ammonium, Wasserstoff, Stickstoff oder gegebenenfalls Vakuum), bis sich eine a-Phasenschicht mit einer Dicke von wenigstens 0,025 mm auf der Oberfläche der Legierung bildet Demzufolge ist das Ergebnis der Wärmebehandlung nach der Druckschrift ein alpha-beta-Messing, das eine Oberfläche besitzt, die aus α-Phase (wenigstens 0,025 mm) besteht, während ·ο das unter der Oberfläche liegende Gefüge noch aus alpha-beta-Phase besteht Die Wärmebehandlung gemäß Erfindung hingegen sieht ein Erhitz·.¹, auf einen Temperaturbereich von 400 bis 700⁰C vor wobei Temperaturund Verweilzeit unter Berücksichtig -^ 1er Zusammensetzung und des Gefüges des M es. ^s so gewählt werden, daß die ^-Kristalle in cm; ·*■ olchen Grad aufgeteilt werden, daß eine zusa?-.«.~>ihangende Verbindung zwischen ihnen aufhört - nindungsgemäß ist von einem Erhitzen ir einer inerten oder 2G reduzierenden Atmosphäre nicht ti.. Rede: es wird auch nicht bezweckt Das Ergebnis der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung ist eir alpha-beta-Messing, das in bezug auf das Gefüge so beschaffen ist daß die /J-Kristalle in einem solchen Grad aufgeteilt sind, daß ihr gegenseitiger Zusammenhang unterbrochen ist Insofern geht das bekannte Verfahren von einem Messing einer anderen Zusammensetzung aus und unterwirft die Legierung einer Wärmebehandlung unter anderen Bedingungen. Folglich wird auch ein anderes Ergebnis erzielt

Betrachtet man den relevanten Teil eines Kupfer-Zink-Diagramms für einen Kupfergehalt von beispielsweise 70 bis 55%, wird klar, daß bei höheren Temperaturen von beispielsweise 700 bis 850⁰C die /J-Phase selbst bei einem Kupfergelialt bis zu 66% vorhanden sein wird, während die Temperaturen von ca. 450° C maximal die «-Phase bei einem Kupfergehalt bis hinunter zu ca. 61 % vorhanden ist, und bei niedrigeren Temperaturen ailein eine maximale Menge «-Phase bis zu einem Kupfergehali von ca. 63%.

Dies bedeutet daß man bei einem Kupfergehalt von mindestens 61% in warmem Zustand bei Temperaturen über 650 bis 700⁰C sowie 0-Phase in der Legierung haben kann, daß anzunehn._~ ist, daß sie in warmem Zustand ausreichend verformbar ist. um stranggepreßt und warmgeschmiedet werden zu können, was sich auch als zutreffend erwiesen hat. Eine hinreichend langsame Abkühlung oder eine hinreichend lange Wärmebehandlung kann weiterhin zu einer vollständigen Umwandlung der ^-Kristalle in Übereinstimmung mit dem Diagramm führen, sofern die Legierung genügend lange auf einer Temperatur von beispielsweise 450° C bei einem Kupfergehalt von 61%. uno eventuell höheren Temperaturen bei höherem Kupfergehalt gehalten wird. Sofern einer solcher Legierung kleine Mengen von Antimon. Phosphor oder Arsen in Übereinstimmung mit der obengenannten Grenze zugesetzt werden, ist zu vermuten, daß sie vollkommen entzinkungsbeständig sein wird, was sich auch als zutreffend erwiesen hat.

Indessen sind sehr lange GJühzeiten erforderlich, um dem Gleichgewichtsdiagramm entsprechende Zustände zu erreichen. Sowohl beim Strangpressen als beim Warmschmieden wie auch beim Druckgießen, Kokillengießen und Sandformgießen von Legierungen mit einem Kupfergehalt in einer Größenordnung von 61 bis 65% wird die gebildete /5-Kristallmenge infolge der verhältnismäßig schnellen Abkühlung von der Verarbeitungsoder Gießtemperatur nicht umgebildet, sondern das Gefüge weist eine mehr oder weniger zusammenhängende Menge von ß-Kristallen, die 20 bis 5°/o der Fläche ausmachen, auf. Im Querschnitt durch einen stranggepreEien Körper haben diese Kristalle nur einen unwesentlichen Kontakt miteinander, wohingegen sie in der Längsstruktur als lange, nadeiförmige Einlagerungen mit sporadischem gegenseitigen Kontakt durch das Gefüge auftreten. Entsprechende Verhältnisse finden sich in gegossenen Teilen, unabhängig davon, ob die Verarbeitung durch Druckgießen, Kokillengießen oder Sandformgießen erfolgte. Wenn sie abhängig von der Zusammensetzung und vom Gefüge eine passende Zeit auf Temperaturen zwischen 400 und 700⁰C erwärmt werden, dann lösen sich die zusammenhängenden ^-Kristalle in Einzelpartikel auf, so daß das durchgehende Netzwerk von ^-Kristallen in Einzelbereiche ohne direkte gegenseitige Verbindung aufgebrochen wird. Dieser Effekt ist bisher nicht beachtet worden; er hat indessen die Wirkung, daß ein Entzinkungsangriff nur geringfügig in die Oberfläche eindringt und dann zum Stillstand kommt weil keine Verbir.d-.>->g von den ^-Kristallen der Oberfläche zu dem darunterliegenden Anteil nicht umgewandelter, sondern von einander unabhängiger, länglicher jS-Kristallpartikel besteht

Die Zeichnung zeigt ein gewöhnliches Kupfer-Zink-Diagramm für Legierungen mit 70 bis 55% Kupfer.

Eine Messinglegierung mit den gewünschten Eigenschaften !äßl sich mit einem Kupfergehalt von 61 bis 66% erreichen. Als typische, für ein Strangpressen geeignete Legierung sei ein Messing mit 62,5% Kupfer, bis zu 4% Blei und mindestens 0,02% Arsen genannt während der Rest Zink und die gewöhnlichen Verunreinigungen von den verwendeten Rohmaterialien — hierunter eventuell Metallabfall — ist. Nach dem Strangpressen und eventuell nach dem Warmpressen von aus stranggepreßten Stangen abgeschnittenen Teilen führt eine während einer passenden Zeit vorgenommene Erwärmung auf einen Temperaturbereich von 400 bis 700⁰C zu einer Aufteilung des Zusammenhanges zwischen den ß-Kristallen, so daß die durcl· gehende Verbindung aufhört.

Auf entsprechende Weise verhalten sich Messinglegierungen für Kokillen- und Druckguß. Diese Legierungen enthalten normalerweise von 0,05 bt5 0,8% Aluminium, und ais eine typische Legieiung sei eine Druckgußlegierung mit beispielsweise 633% Kupfer, 0,2% Aluminium, maximal 4% Blei und mindestens 0,02% Arsen genannt, während der Rest Zink und normale Verunreinigungen von den verwendeten Rohstoffen — hierunter eventuell Metallabfall — ist. Nach der genannten Wärmebehandlung erhält eine Legierung dieser Art ein Gefüge mit voneinander getrennten kleinen /J-Kristaiien.

Bei Ent7inkungsversuchen, die nach der schwedischer. VA-Baunorm durchgeführt wurden, wobei cie Proben einer Losung von iög Kupferchlorid in 'GOG m« destilliertem Wasser während 150 Stunden bei /0 bis 8O⁰C ausgesetzt wurden, erhielten die behandelten Legierungen nicht a..ein die vorgeschriebene graugrüne Farbe ohne kupferfarbige Ausfällungen, sondern gemäß metallografischer Untersuchungen auch Entzinkungstiefen von maximal 10 bis 100 μπι, wohingegen nicht wärmebehandelte Legierungen gleicher Zusammensetzung Entzinkungstiefen von über einem Millimeter aufwiesen, wenn sie diesem Versuch unterworfen wurden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 22 412<

   Patentanspruch:

   Verfahren zur Erhöhung der Beständigkeit von Messing gegen Entzinken, v/obei das Messing aus 61 bis 66% Kupfer, mindestens 0,02% Arsen, Antimon oder Phosphor, bis zu 4% Blei sowie bei Kokillen- und Druckgußmessing zusätzlich 0,05 bis 0,8% Aluminium und Zink als Rest mit üblichen Verunreinigungen aus den verwendeten Rohmaterialien wie beispielsweise Metallabfall besteht und einen Gehalt an zusammenhängender /J-Kristallphase aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Messing nach dem Kokillen-, Druck- oder Sandformgießen, nach dem Strangpressen oder gegebenenfalls nach dem Warmpressen von aus stranggepreßten Stangen ausgeschnittenen Teilen auf einen Temperaturbereich von 400 bis 700⁰C erwärmt wird und die Glühtemperatur und Glühdauer unter Berücksichtigung der Zusammensetzung und des Gefüges des Messings so gewählt werden, daß sich die β Kristalle voneinander trennen und die zusammenhängende Verbindung zwischen ihnen beseitigt wird.