DE2432947A1

DE2432947A1 - Aluminiumbronze mit einem hohen mangangehalt

Info

Publication number: DE2432947A1
Application number: DE2432947A
Authority: DE
Inventors: Wataru Ishizu; Ichiji Nakano
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1973-07-09
Filing date: 1974-07-09
Publication date: 1975-02-06
Also published as: JPS5622938B2; SE407237B; JPS5029416A; GB1462389A; NL7409236A; SE7408963L; NO742490L

Description

Die Erfindung betrifft ein© neue Aluminiumbronze mit einem hohen Mangangehalt, die eine verbesserte Kavitations-Erosions-Korrosions-Beständigkeit aufweist und zum Gießen oder Schweißen, insbesondere als Material für große gegossene Schiffsechrauben verwendet werden kann.

Schiffsschrauben mußten bisher aus gegen Kavitations-Erosion-Korrosion beständigen Legierungen auf Kupferbasis hergestellt werden. Es ist allgemein bekannt, daß solche Schrauben in den meisten Fällen unter Verwendung von Materialien, wie Aluminiumbronze, Aluminiumbronze mit einem hohen Mangangehalt und Hanganbronze hergestellt werden. Mit zunehmender Belastung, die eine Folge des heutigen Trends zur Herstellung von größeren und schnelleren Schiffen ist, sind jedoch die Spitzen der Schraube wachsenden Beschädigungen durch Kavitationserosion ausgesetzt, wofür dringend Verbesserungen sowohl hinsichtlich des Aufbaus als auch hinsichtlich des Materials erforderlich sind. Zu

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den bisher verwendeten konventionellen Legierungen auf Kupferbasis gehört eine Kupferlegierung, die aus 7 bis 10 % (ausschließlich 10 %) Mangan, 7 bis 9 % Aluminium, 2 bis 4 % Eisen, 1 bis 3 % Nickel und zum Rest aus Kupfer besteht, sowie eine Manganaluminiumbronzelegierung zum Gießen, die 7 l>is 10 % (ausschließlich 10 %) Mangan, 6 bis 8,5 % Aluminium, 2 bis 4 % Eisen, 1 bis 5 % Nickel, 1-bis 10 % χ-Zink und als Rest Kupfer enthält. Solche Legierungen sind in der japanischen Patentschrift 648 515 (Japanische Patentanmeldung Nr. 43-38211) beschrieben. Es ist allgemein bekannt, daß diese beiden Legierungen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und eine gute Kavitations-Erosions-Korrosions-Beständigkeit in Meerwasser aufweisen.

Durch die vorliegende Erfindung wird die Kavitations-Erosions-Korrosions-Beständigkeit dieser Legierungen auf Kupferbasis beträchtlich verbessert, ohne daß die ausgezeichneten Eigenschaften, die sie haben, verloren-gehen, und außerdem werden durch die vorliegende Erfindung Legierungen mit einer extrem guten Kavitations-Erosions-Korrosions-Beständigkeit geschaffen, wenn sie zur Verbesserung konventioneller Legierungen auf Kupferbasis angewendet wird, die durch Gießen oder Schweißen verformt worden sind.

Gegenstand der Erfindung ist eine neue Legierung der folgeden Zusammensetzung:

(1) Mangen 7 - 10 % Aluminium 7,5 - 9,5 96 Eisen ■ 1 - 4 % Nickel 1 - 5 % Kobalt 0,5 - 2 %

(2) Mangan 7 - 10 % Aluminium 7,5 - 9 % Eisen 1 - 4 % Nickel 1 - 5 % Zink 409886/0933 1-10 % Kobalt 0,5 - 2,0 %

der Rest besteht aus Kupfer und üblichen Verunreinigungen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt die Brinell-Härte der erfindungsgemäßen Legierung und die Abnahmemenge^T dnxh Kavitations-Erosion-KorrosiotL in Abhängigkeit von der Menge des zugesetzten Kobalts· Die Fig. 2 zeigt einen Vergleich zwischen der erfindungsgemäßen Legierung und konventionellen Legierungen auf Kupferbasis im Hinblick auf die Abnahme· menge durch Kavitations-Erosion-Korrosion.

Nachfolgend werden die technischen Gründe angegeben, aus denen eine solche Zusammensetzung bisher verwendet worden ist: wenn eine konventionelle Aluminiumbronze mit einem hohen Mangangehalt als Gußteil verwendet wird, hängt seine Beständigkeit gegen Kavitations-Erosion-Korrosion hauptsächlich von seiner Härte ab, die mit seiner Metallstruktur in Zusammenhang steht. Die Härte ändert sich nämlich (je nach dem Verhältnis der Ausscheidung (Präzipitation) einer weichen α-Phase und einer harten ß-Phase. Wenn der Gehalt an Aluminium oder Zink erhöht wird, um die α-Phase zu vermindern und die ß-Phase zu vermehren, steigt die Härte an unter Verbesserung der Kavitations-Erosions-Korrosions-Beständigkeit, wenn jedoch die ß-Phase zu stark vermehrt wird, geht die Zähigkeit verloren, wodurch die Legierung für das praktische Gießen nicht mehr geeignet ist. Aus dem oben angegebenen Grund ist daher ein Wert von 190 (HB) der Grenzwert für die Härte. Einer solchen Legierung wird nun erfindungsgemäß Kobalt zugesetzt. Die erfindungsgemäße Legierung, in der die d-Phase sehr fein und fest gemacht worden ist, weist auch dann eine verbesserte Härte auf, wenn das Ausscheidungeverhältnis zwischen der α-Phase und der ß-Phase das gleiche ist, so daß die Kavitations-

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Erosions-Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu einer Aluminiumbronze mit einem hohen Mangangehalt, die in der Regel kein Kobalt enthält, verbessert wird, ohne daß ein Verlust an Zähigkeit auftritt. Wenn diese Legierung durch Schweißen verformt wird, kühlt sich das Auftragsmetall (Schweißgut) schneller ab als dies bei Gießlingen der Fall ist, wodurch die Metallstruktur noch stärker verfeinert wird, wodurch die Härte beträchtlich verbessert wird und die Beständigkeit gegen Kavitations-Erosion-Korrosion stark zunimmt·

Es wurde festgestellt, daß die geeignete Menge an Kobalt, das zur Verbesserung der Kavitations-Erosions-Korrosionsbestandigkeit der Aluminiumbronze mit hohem Mangangehalt erfindungsgemäß zugesetzt wird, 0,5 bis 2,0 %, wie oben erwähnt, beträgt, da die Härte abnimmt und die Kavitations-Erosions-Korrosions-Beständigkeit verringert wird, wenn die zugegebene Menge 2,0 % überschreitet, wie die Fig. 1 zeigt.

Nachfolgend werden die Ergebnisse der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften und der Kavitations-Erosion-Korrosion und dgl. der erfindungsgemäßen Legierung im Hinblick auf ihre Verwendung in Form von Gießlingen und in Form von Schweißstäben näher erläutert. Die folgende Tabelle II gibt

bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Legierung es

an, wobei/sich bei den Beispielen 1 und 2 um die erfindungsgemäße Legierung ohne Zink und bei Beispiel 3 um eine solche mit einem Zinkgehalt von 3,78 % handelt. Aus dieser Tabelle II geht eindeutig hervor, daß die Kavitations-Erosions-Korrosions-Beständigkeit der erfindungsgemäßen Legierung fast doppelt so hoch ist wie diejenige von Gießlingen aus einer konventionellen Aluminiumbronze mit hohem Mangangehalt und daß sie fast sechsmal so hoch ist wie diejenige eines konventionellen Auftragsmetalls (Schweißgutes), das durch Schweißen hergestellt worden ist und mit Ausnahme dee Kobalts die gleiche Zusammensetzung aufweist.

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Im Vergleich zu den konventionellen Legierungen im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften weist die erfindungsgemäße Legierung eine bessere Zugfestigkeit bei einer fast unveränderten Dehnung auf; wenn sie in Form eines Schweißstabes verwendet wird, weist die erfindungsgemäße Legierung eine starke Zunahme der Zugfestigkeit, jedoch nur eine geringe Abnahme der Dehnung auf«. Darüber hinaua.^ ^ führt die Zugabe von Kobalt nur zu einer geringeren Anderung der erforderlichen Qualität eines Gießlihgs, wobei dessen gute Eigenschaften beibehalten werden. Wenn eine konventionelle Aluminiumbronze mit hohem Mangangehalt, die kein Kobalt enthält, als Schweißstab verwendet wird, kann ihr Aluminiumgehalt erhöht werden, um die Härte des Auftragsmetalls zu erhöhen und die Beständigkeit gegen Kavitation&Erosion-Korrosion zu verbessern, dies führt jedoch dazu, daß die Zähigkeit verloren-geht und daß die Gefahr zunimmt, daß die Verschweißungsstelle bricht, wodurch ein solches Verfahren unpraktikabel wird.

Die Testbedingungen der verringerten Kavitations-Erosion-Korrosion sind in der folgenden Tabelle I angegeben (vgl. in diesem Zusammenhang auch die Tabelle II).

Tabelle I

Teetverfahren magnetischer Spannungsvibrations-Kavitations-

Eroaions-Test -

Energieabgabe	500 w
Frequenz	CL. C U* U am Ό 4 ^ ** Π cf
Amplitude	90p
Testflüssigkeit	Leitungswasser
Temp, der Testflüssigkeit	25 + 1°0
Testdauer	120 Hinuten

Die folgende Tabelle II zeigt die Eigenschaften des Auftragsmetalls, das beim Schweißen unter Anwendung des TIG-Schweiß-

verfahrens verwendet worden ist.

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CU Ca»

	CU	Zugfestigkeit kg/mm	Tabelle II	erfindungs-,	erfindungs-	erfindungs
	Al	Dehnung %	bekannte	gemäße Le	gemäße Le	gemäße Le
	Un	Härte H B _u	Legierung	gierung	gierung	gierung
	Ni	durch Abnahmenenge/Kavitations-Erosion-	Aluminiumbronze	bevorzugte	bevorzugte	bevorzugte
	Fe	Korrosion (Gewichtsverlust) in	mit hohem Man	Ausführungs	Ausführungs	Ausführungs
	Zn	me/2 H	gangehalt	form gemäß	form gemäß	form gemäß
	Co	Zugfestigkeit kg/mm		Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3
	Dehnung %		76,77	76,41	72,42
	Härte H \|_urch	78,52	8,85	9,23	8,15 .
	Abnahmenenge /Eavitations-Erosion-	8,58	8,82	8,69	9,03
I^	Zorrosion (Gewichtsverlust) in	8,32	1,98	1,91	2,21
Φ°Ι ro ·	mg/2 H	1,93	2,51	2,51	3,09 1
S S= Φ Φ	2,54	-	-	3,78 ^φ
	-	1,10 *	.1,00	1,32 '
Zusi I i	—	73,5	74,8	75,2
	68,4	30,4	29,6	27,0
el	32,6	210	225	228
φ m	170 .		.'
ISO.'
CD Φ		3,2	2,7	2,6
	5.8	88,9	91,2	90,4
	79,2	17,0	16,0	15,0
■Ρ	19,0	258	• 267	260
S	210		>
S			0,5
ο CQ		1,2		0,7
S) ■»ir .	2,9

Die Fig. 1 zeigt die Brinell-Härte und die Ahnahmemenge durch Kavitations-Erosion-Korrosion hei Veiwendung eines* Schweißmaterials, das durch Änderungen des Kobaltgehaltes der erfindungsgemäßen Legierung · erhalten wird. .Die Bedingungen des obigen Tests sind in der Tabelle I angegeben. Die verwendete Zusammensetzung war eine solche aus 9»0 % Mangan, 8,5 % Aluminium, 2,5 % Eisen, 2 % Nickel,^ Rest Kupfer mit einem Kobaltgehalt, der von 0 bis 2,9 % . ^<v· variierte. Die Fig. 2 gibt einen Vergleich zwischen konventionellen Kupferlegierungen und der erfindungsgemäßen Legierung im Hinblick auf die Abnahme der Kavitations-Erosion-Korrosion bei Anwendung als Gießling bzw. als Verschweißung an, die beide unter den gleichen Bedingungen wie in der Tabelle I angegeben getestet wurden.

Wie daraus hervorgeht, behält die erfindungsgemäße Legierung ihre hohe Härte und ausreichende Zähigkeit bei, was ein sehr großer praktischer Vorteil ist,' Darüber hinaus hat ein erzwungender Lehigh-Rißbildungstest gezeigt, daß die erfindungsgemäße Legierung eine gute Beständigkeit gegen Verschweißungsrißbildung aufweist.

Die erfindungsgemäße Legierung, welche die vorgenannten ausgezeichneten Eigenschaften aufweist, kann in wirksamer Weise als Legierung zum Gießen von großen Schiffsschrauben verwendet werden, die eine gute Kavitations-Erosions-Beständigkeit aufweisen müssen.· Wenn sie durch Schweißen, insbesondere durch Auftragsschweißen auf die hintere Oberfläche der Schraube als Auftragsmetall (Schweißgut) verwendet wird zur Herstellung einer Schiffsschraube mit einer ausgezeichneten Kavitalionserosionsbeständigkeit, weist die erfindungsgemäße Legierung besonders große praktische Vorteile auf. Diesbezüglich werden heutzutage Cu-Al-Be-Schweißmaterialien, wie Schweißfitäbe, verwendet. Diese Materialien mit einem Berylliumgehalt von etwa 1 %, sind jedoch wegen des Beryl Hubs toxisch und müssen mit einer speziellen Vorrichtung zur Ver-

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hinderung dieses toxischen Effektes verwendet werden. Im Gegensatz dazu enthält die erfindungsgemäße Legierung kein solches Metall mit einer starken Toxizität, sie hat eine 'bessere Eavitationserosionsbeständigkeit als Cu-Al-Be-Legierungen und ist billig, da sie nicht das sehr teure Beryllium enthält· Außerdem hat die erfindungsgemäße Legierung das gleiche elektrische Korrosionspotential wie_dasu Grundmetall, so daß überhaupt keine Gefahr besteht, daß sich eine elektrische Korrosion in dem Teil entwickelt, der mit einem Schweißbelag versehen wird. Die erfindungsgemäße Legierung kann daher bei der Herstellung einer Schiffsschraube mit einer ausgezeichneten Kavitationserosionsbeständigkeit mit großem Vorteil und mit großem Nutzen in bezug auf die Gebrauchsdauer der Schrauben und die Kosten und dgl. anstelle einer konventionellen Cu-Al-Be-Legierung verwendet werden, so daß die erfindungsgemäße Legierung eine neue, epochemachende Kupferlegierung darstellt·

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Aluminiumbronze mit hohem Mangan-Gehalt, gekennzeichnet durch die folgende Gewichtszusammensetzung: 7 bis 10 # Mangan, 7,5 bis 9,5 % Aluminium, 1 bis 4 96 Eisen, 1 bis 5 % Nickel, 0,5 bis 2 % Kobalt und Rest Kupfer.

2· Aluminiumbronze mit hohem Mahgan-Gehalt, gekennzeichnet durch die folgende Gewichtszusammensetzung: 7 bis.10 % Mangan, 8,0 bis 9,5 % Aluminium, 1 bis 4- % Eisen, 1 bis 5 % Nickel, 0,5 bis 2 % Kobalt und Best Kupfer.

3· Aluminiumbronze mit hohem Mangan-Gehalt, gekennzeichnet durch die folgende Gewichtszusammensetzung: 7 his 10 % Mangan, 7,5 Ms 9 % Aluminium, 1 bis 4 % Eisen, 1 bis 5 % Nickel, 1 bis 10 % Zink, 0,5 bis 2 % Kobalt und Eest Kupfer.

4, Aluminiumbronze mit hohem Mangan-Gehalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _$ daß sie durch Vergießen verformt worden ist.

5«, Aluminiumbronze mit hohem Mangan-Gehalt nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet ₉ daß sie durch Schweißen verformt worden ist.

6. Aluminiumbronze mit hohem Mangan-Gehalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet₉ daß sie zu einer Schiffsschraube verformt worden ist.

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