DE2452742C2

DE2452742C2 - Lead alloy for surface protection

Info

Publication number: DE2452742C2
Application number: DE19742452742
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr. 5074 Odenthal Graefen; Ulrich Dr. 6380 Bad Homburg Heubner; Max 5190 Stolberg Reinert; Armin Dr. 6000 Frankfurt Ueberschaer
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1974-11-07
Filing date: 1974-11-07
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE2452742A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bleilegierung, bestehend aus 0.02 bis 0.15% Kupfer. 0.03 bis 0.15% Zinn. Rest Blei, für den Oberflächenschutz (Homogen- jo verblciung) im chemischen Apparatebau.The invention relates to a lead alloy, consisting of 0.02 to 0.15% copper. 0.03 to 0.15% tin. Remaining lead, for surface protection (homogeneous jo verblciung) in chemical apparatus engineering.

Blei besitzt infolge seiner spezifischen Eigenschaften, wie niedriger Schmelzpunkt, leichte Verformbarkeit. groBe Korrosionsbeständigkeit und hohes spezifisches Gewicht in der Gegenwart innerhalb vieler Bereiche der Technik eine umfassende Bedeutung.Due to its specific properties, lead has like low melting point, easy deformability. Great corrosion resistance and high specificity Weight currently has a broad meaning within many areas of technology.

Insbesondere wird Blei wegen seiner Korrosionsbeständigkeit für verfahrenstechnische Anlagen der chemischen Industrie seit langer Zeit verwendet, denn seine Beständigkeit innerhalb des üblichen Konzentrationsbereichs der Schwefelsäure wird von keinem anderen wirtschaftlich verwendbaren Werkstoff übertroffen.In particular, because of its resistance to corrosion, lead is used in process engineering systems chemical industry has been used for a long time, because its stability within the usual concentration range of sulfuric acid is not matched by any surpassed other economically usable material.

Die hohe Korrosionsbeständigkeit einerseits und die gute Verarbeitbarkeit aufgrund der großen Duktilität des Bleis, verbunden mit einem hohen spezifischen Gewicht, machen Blei /u einem ausgezeichneten und vielzeitig erprobten Werkstoff für das Bauwesen. In der Haustechnik haben sich Druckrohre. Abflußrohre und Abflußbogen aus Blei aufgrund ihrer Haltbarkeit. leichten Installationsmöglichkeit und wegen der Geräuschminderung von strömendem Wasser seit langem bewährt.The high corrosion resistance on the one hand and the good processability due to the great ductility of lead, combined with a high specific weight, make lead / u an excellent and Well-tried material for the building industry. Pressure pipes have proven themselves in building services. Drainpipes and Lead drainage arch for its durability. easy installation option and has been for a long time because of the noise reduction of flowing water proven.

In zahlreichen Bereichen der Technik ist jedoch die Vcwendung von Blei und seinen Legierungen bedingt durch die Abhängigkeit der Zeitstandfestigkeit von der Temperatur begrenzt.In numerous areas of technology, however, the Use of lead and its alloys due to the dependence of the creep rupture strength on the Temperature limited.

Um der mangelnden Zeitstandfestigkeit zu begegnen, ist es bekannt, insbesondere im chemischen Apparatebau. Blei auf Stahl oder auch auf andere hochfeste w> metallische Werkstoffe homogen aufzubringen, um die vorteilhaften Eigenschaften der festen metallischen Werkstoffe mit den vorteilhaften Eigenschaften des Bleis, insbesondere hinsichtlich seiner Korrosionsbeständigkeit, zu kombinieren.To counteract the lack of creep strength, it is known, especially in chemical apparatus engineering. Lead on steel or on other high-strength materials to apply metallic materials homogeneously to the advantageous properties of the solid metallic To combine materials with the advantageous properties of lead, especially with regard to its corrosion resistance.

Die Herstellung der Homogenverbleiung erfolgt z. B. durch Auftragschweißen nach DIN 28 058 oder durch Ausgießen b/w. Umgießen von Werkstücken, wobeiThe production of the homogeneous lead takes place, for. B. by surfacing according to DIN 28 058 or by Pouring b / w. Casting of workpieces, whereby eine metallische Bindung zwischen Blei und Stahl hergestellt wird.a metallic bond between lead and steel will be produced.

Zahlreiche Bleilegierungen mit guter Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit, wie das z. B. bei kupferhaltigen Bleilegierungen mit 0,03 bis 0,15% Kupfer und 0,03 bis 0,15% Zinn sowie bei der in der DE-PS 19 14 210 beschriebenen hochkorrosionsbeständigen Bleilegierung mit 0,05 bis 0,2% Palladium. 0,05 bis 0.15% Kupfer. 0.1 bis 0,15% Zinn, Rest Blei, der Fall ist, neigen nach dem Aufbringen durch Auftragsschweißen aus den hochfesten metallischen Werkstoff während der Erstarrung zur Warmrißbildung. Die auftretenden Risse weisen vielfach eine Länge bis zu 20 mm auf und durchsetzen die Bleischicht bis zur Werkstoffoberfläche, so daß die Qualität der Homogenverbleiung mangelhaft istNumerous lead alloys with good corrosion resistance and wear resistance, such as z. B. at copper-containing lead alloys with 0.03 to 0.15% copper and 0.03 to 0.15% tin as well as in the DE-PS 19 14 210 described highly corrosion-resistant lead alloy with 0.05 to 0.2% palladium. 0.05 to 0.15% copper. 0.1 to 0.15% tin, remainder lead, the case tend after application by build-up welding from the high-strength metallic material during the Solidification to form hot cracks. The cracks that occur often have a length of up to 20 mm and penetrate the lead layer up to the material surface, so that the quality of the homogeneous lead is poor is

Wie Versuche ergeben haben, lassen sich diese Fehler auch durch veränderte Temperaturführung beim Schweißen nicht beseitigen.As tests have shown, these errors can also be caused by changing the temperature control Do not eliminate welding.

Metallographische Untersuchungen solcher mit Fehlern behafteter Bleilegierungen haben gezeigt daß ihr Gefüge meist aus großen Stengelkristallen mit Korngrenzenbrüchen besiehtMetallographic examinations of such defective lead alloys have shown that you The structure mostly consists of large columnar crystals with fractured grain boundaries

Der Bildungsmechainismus der auftretenden Warmrisse kann wie folgt beschrieben werden:The mechanism of formation of the hot cracks that occur can be described as follows:

Treten in einer Metallschicht während sie bei der Abkühlung den breiigen Zustand durchläuft Zugspannungen infolge Schvkindungsbehinderung durch die bereits erfolgte metallische Bindung zwischen den primär ausgeschiedenen Kristalliten und dem Grundwerkstoff auf. so können diese Zugspannungen nicht von der Restschmelze aufgenommen werden.Occur in a metal layer while it passes through the pulpy state during cooling, tensile stresses due to shrinkage There has already been a metallic bond between the primarily precipitated crystallites and the base material. so these tensile stresses cannot be absorbed by the residual melt.

Das Material wird an der Stelle, wo seine Schwindung behindert wird, getrennt. Wird der hierdurch entstandene Hohlraum nicht durch Nachspeisung aufgefüllt, so entsteht ein Riß.The material is separated at the point where its shrinkage is hindered. If the cavity created as a result is not filled up by replenishment, so creates a crack.

Warmrisse entstehen somit bevorzugt in Legierungen, die ein großes Erstarrungsintervall aufweisen, die zur Bildung großer Kristallite neigen und deren Schwingung behindert ist.Hot cracks thus occur preferentially in alloys that have a large solidification interval tend to form large crystallites and their oscillation is hindered.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. die Warmrißbildung dieser auf einen festen metallischen Werkstoff als Oberflächenschutz aufgebrachten korrosionsbeständigen kupferhaltigen Bleilegierungen zu verhindern, ohne dabei gleichzeitig die anderen vorteilhaften Eigenschaften des Bleis zu beeinträchtigen.It is the object of the present invention. the hot cracking of this on a solid metallic Corrosion-resistant copper-containing lead alloys applied to the material as surface protection without compromising the other beneficial properties of lead at the same time.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß den Legierungen 0.005 bis 0,05%. vorzugsweise 0.01 bis 0,025%. Selen zulegiert sind. Überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, daß ein solchr- Selenzusatz die Warmrißneigung von kupferhaltigen Bleilegierungen mit großem Erstarrungsintervall infolge seiner kornfeinenden Wirkung beseitigt.This object is achieved in that the alloys 0.005 to 0.05%. preferably 0.01 to 0.025%. Selenium are added. Surprisingly, it has been shown that such a selenium addition the The tendency to hot cracking of copper-containing lead alloys with a large solidification interval as a result of its grain-refining effect has been eliminated.

In der DE-OS 24 12 321 und in der DE-OS 24 12 320 ist jeweils eine Bleilegierung mit bis zu 4% Antimon, 0 bis 0.5% Arsen. 0 bis 0.1 % Kupfer.0bis 03% Schwefel. 0 bis 0.5% Zinn. 0,001 bis unter 0,005% Selen, wobei Selen durcn bis zu 0.5% Tellur ersetzt sein kann. Rest Blei, für die Verwendung für Akkumulatorengitter beschrieben. Diese Bleilegierungen eignen sich jedoch nicht für den Oberflächenschutz im chemischen Apparatebau, da insbesondere durch den zwingend vorgeschriebenen Antimongehalt und den geringen Selengehalt ihre Verarbeitung mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.In DE-OS 24 12 321 and in DE-OS 24 12 320 is a lead alloy with up to 4% antimony, 0 to 0.5% arsenic. 0 to 0.1% copper. 0 to 03% sulfur. 0 up to 0.5% tin. 0.001 to below 0.005% selenium, with selenium can be replaced by up to 0.5% tellurium. Remainder lead, for the use for accumulator grids is described. However, these lead alloys are not suitable for the Surface protection in chemical apparatus engineering, especially because of the mandatory Antimony content and the low selenium content their processing is associated with considerable difficulties.

Im Rahmen der weiteren Ausgestaltung der Erfinder ist das Selen ganz oder teilweise durch 0,002 bis 0,012%,As part of the further development of the inventor if the selenium is wholly or partially by 0.002 to 0.012%,

vorzugsweise 0,002 bis 0,006% Schwefel ersetzt. Dadurch ergibt sich nicht nur der Vorteil eines geringeren Preises, sondern insbesondere eine geringere Giftigkeit gegenüber Selen, da der MAK-Wert des Selens nur ¹Ao von demjenigen des Schwefels beträgt. Darüber hinaus ist die für die gewünschte Wirkung benötigte Schwefelmenge geringer als die entsprechende Menge an Selen.preferably replaces 0.002 to 0.006% sulfur. This not only has the advantage of a lower price, but in particular a lower toxicity to selenium, since the MAK value of selenium is only ¹ Ao of that of sulfur. In addition, the amount of sulfur required for the desired effect is less than the corresponding amount of selenium.

Gegebenenfalls ist es auch möglich, das Selen ganz oder teilweise durch 0,01 bis 0,15% Tellur zu ersetzen.If necessary, it is also possible to replace all or some of the selenium with 0.01 to 0.15% tellurium.

Die durch Selen, Schwefel und/oder Tellur erzielte Kornfeinung erbringt noch einen weiteren wesentlichen Vorteil. Es ist bekannt, daß die Homogenverbleiung von Apparaten bei zyklischen Temperaturbeanspruchung zu interkristallinen Brüchen neigt. Diese Brüche werden durch die in Homogenverbleiung bei Temperaturbelastung herrschenden Spannungen verursacht und treten um so häufiger auf, je grobkörniger die Bleischicht ist.The grain refinement achieved by selenium, sulfur and / or tellurium also provides a further essential feature Advantage. It is known that the homogeneous leading of apparatus with cyclical temperature stress increases tends to intergranular fractures. These breaks are caused by the homogeneous lead formation when exposed to high temperatures The larger the grain of the lead layer, the more frequently it causes the prevailing tensions and occurs all the more frequently.

So ergaben an homogenverbleiten Stahlplatten durchgeführte Temperaturwechselversuche zwischen 40 und 160" C nach 250 Temperaturzyklen bei Verwendung der vorgenannten Legierungen ohne Selen,Temperature cycle tests carried out on homogeneously leaded steel plates resulted in between 40 and 160 "C after 250 temperature cycles in use the aforementioned alloys without selenium,

'· Schwefel oder Tellur bis zu 5 mm lange interkristalline Risse. Nach Zusatz von Schwefel, Tellur und/oder Selen in der erwähnten Menge wurden nach der Versuchsdurchführung keine Risse mehr beobachtet. '· Sulfur or tellurium up to 5 mm long intergranular Cracks. After the addition of sulfur, tellurium and / or selenium in the amount mentioned, no more cracks were observed after the test had been carried out.

Die erfindungsgemäße Bleilegierungszusammenset-The lead alloy composition according to the invention

"' zung garantiert somit nicht nur eine komplikatiorr, <ose Verarbeitung der Legierung. Durch ihre bessere Zeitstandfestigkeit wird die Lebensdauer der mit diesen Legierungen verbleiten Apparate auch beträchtlich erhöht."'Zung therefore not only guarantees a complication, <ose Processing of the alloy. Due to their better creep strength, the service life of the with these Alloys leaded apparatus also increased considerably.

¹ ' Gegebenenfalls kann die icupferhaltige Bleilegierung noch 0,025 bis 0,1% Silber und/oder 0,05 bis 0,2% Palladium enthalten. ¹ 'can optionally contain from 0.025 to 0.1% of silver and / or 0.05 to 0.2% palladium icupferhaltige the lead alloy.

Claims

Patent claims:

1. Bleilegierung, bestehend aus 0,03 bis 0,15% Kupfer, 0,03 bis 0,15% Zinn, Rest Blei, für den Oberflächenschutz im chemischen Apparatebau, gekennzeichnet durch einen Selengehalt von 0,005 bis 0,05%.1. Lead alloy, consisting of 0.03 to 0.15% Copper, 0.03 to 0.15% tin, the remainder lead, for surface protection in chemical apparatus construction, characterized by a selenium content from 0.005 to 0.05%.

2. Bleilegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Selengehalt 0,01 bis 0,025% beträgt ίο2. Lead alloy according to claim 1, characterized in that the selenium content is 0.01 to 0.025% is ίο

3. Bleilegierung nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Selengehalt ganz oder teilweise durch 0,002 bis 0,012%, vorzugsweise 0,002 bis 0£»6%, Schwefel ersetzt ist3. Lead alloy according to claims I and 2, characterized in that the selenium content is entirely or is partially replaced by 0.002 to 0.012%, preferably 0.002 to 0.6%, sulfur

4. Bleilegierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Selengehalt ganz oder teilweise durch 0,01 bis 0,15% Tellur ersetzt ist4. lead alloy according to claims 1 and 2, characterized in that the selenium content is entirely or partially replaced by 0.01 to 0.15% tellurium

5. Bleilegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Palladiumgehalt von 0,05 bis 02%.5. Lead alloy according to one or more of the Claims 1 to 4, characterized by a palladium content of 0.05 to 02%.

6. Bleilegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Siibergehah von QjQ25 bis 0.!%.6. Lead alloy according to one or more of the Claims 1 to 5, characterized by a crossover ratio of QjQ25 to 0.!%.