DE2458379A1

DE2458379A1 - Kupferlegierung mit einem gehalt an aluminium, eisen und silizium

Info

Publication number: DE2458379A1
Application number: DE19742458379
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Antlinger; Gilbert Dipl Ing Horvath
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 1974-10-21
Filing date: 1974-12-10
Publication date: 1976-04-22
Also published as: JPS5147519A; PL96169B1; IT1026046B; ATA843574A; AT336902B; CA1033195A; NL7504047A; CS199251B2; FR2288790B3; SE7415172L; HU170877B; FR2288790A1; CH613723A5; BE823442A; DD117483A5; DE2458379C2; RO68041A

Description

K 10

PATENTANWÄLTE DRes. KADOR & KLUNKER

9 München 22 · Knoebelstraße 36

Vereinigte Österreichische Eisen- und Stahlwerke - Alpine Montan Aktiengesellschaft Wien, Österreich

Kupferlegierung mit einem Gehalt an Aluminium/ Eisen und Silizium

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Die Erfindung betrifft eine Kupferlegierung mit einem Gehalt an Aluminium, Eisen und Silizium, die eine hohe Korrosions- und Säurebeständigkeit aufweist.

Es ist bekannt, daß chemischem Angriff ausgesetzte Bauteile, wie z. B. Beizhaken und Beizgehänge, äußerst harten Beanspruchungen unterworfen sind. Eine große Anzahl von Industriegütern wird in Beizanlagen gebeizt. Die Arbeitsweise der Beizanlagen hat einen großen Verschleiß der verwendeten Geräte durch Korrosionsabtrag zur Folge. Es besteht daher ein dringender Bedarf an Werkstoffen für Geräte in Beizanlagen, die einerseits die notwendigen Festigkeitseigenschaften und anderseits eine ausreichende Beständigkeit im Medium besitzen. Es gibt zwar Legierungen, die diesen Ansprüchen genügen, doch handelt es sich dabei um Nickelbasislegierungen, deren Preis sehr hoch ist.

Es sind bereits siliziumhältige Aluminiumbronzen bekannt, die als säurebeständig bezeichnet werden, doch vermindert der Siliziumgehalt den Widerstand gegen die Oxydation, welche eine Eigenschaft der gewöhnlichen Aluminiumbronzen ist. Um diesen Nachteil abzuschwächen, hat man den Legierungen noch zusätzlich Nickel und/oder Chrom zugesetzt, doch war das Ergebnis auch hier nicht befriedigend. Es ist bisher nicht gelungen, den Gehalt an Legierungselementen in den Kupferlegierungen, welche aus Kostengründen anstelle von Nickelbasislegierungen zur Herstellung von Beizge-.raten benützt werden, so abzustimmen, daß sich eine bedeutende Erhöhung der Säurebeständigkeit ergibt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Kupferlegierung mit·verbesserten Eigenschaften zu schaffen, die keine zu hohen Gehalte an teuren Legierungselementen aufweist und in einer den normalen Kupferlegierungen entsprechenden Herstellungsweise gefertigt werden kann; die eine wesentlich erhöhte Korrosionsbeständigkeit gegenüber den bekannten Legierungen besitzt, sowie genügend hohe mechanische Eigenschaften aufweist, um einerseits dem starken Säureangriff, wie er in Beizanlagen auftritt, in ausreichendem Maße zu widerstehen und anderseits die mechanische Belastung, gegebenenfalls auch Dauerschwingbeanspruchung zu ertragen .

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Diese Aufgabe wird durch Kupferlegierungen gelöst, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie 3 bis 12 .Gew.-% Aluminium, 4 bis 7 Gew.-% Nickel, 3 bis 6 Gew.-% Eisen, 0,3 bis 5 Gew.-% Silizium, gegebenenfalls bis zu 1 Gew.-% Mangan, Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen enthalten, wobei die Gehalte an Silizium und Aluminium der Beziehung % Si χ % Al = mindestens 4 und höchstens 15 (Feld A der Fig. 1) und vorzugsweise der Beziehung % Si χ % Al = mindestens 6 und höchstens 12 (Feld B der Fig. 1) entsprechen.

Vorteilhaft beträgt der Eisengehalt der Legierungen 4 bis 6 Gew.-% und der Nickelgehalt 5 bis 7 Gew.-%.

Nach einer bewährten Zusammensetzung kann der Aluminiumgehalt 8 bis 12 Gew.-% betragen.·

Eine weitere Auswahl in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung besteht darin, daß der Siliziumgehalt 0,3 bis 2,5 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 1,5 Gew.-% beträgt.

Legierungen dieser Zusammensetzung, die als. Mehrstoffbronzen bezeichnet werden können, haben gegenüber herkömmlichen Aluminiumbronzen weitaus bessere Korrosionseigenschaften, insbesondere in Beizsäuren und besitzen zudem vorzügliche Festigkeitseigenschaften. Obgleich die erfindungsgemäßen Kupferlegierungen sich für Bauteile, die chemischem Angriff ausgesetzt sind, insbesondere für Beizhaken u.dgl., besonders gut eignen, ist ihre Verwendung nicht auf diese Gebiete beschränkt, sondern sie können auch für Pumpenteile, Armaturen, Schrauben, Beschläge u.dgl. Verwendung finden.

In Fig. 1 der Zeichnung ist die Beziehung des Silizium- und des Aluminiumgehaltes der Legierungen gemäß der Erfindung graphisch erläutert, wobei die angeführten Grenzen für Silizium .. und Aluminium eingetragen sind. Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen Mikrostrukturen solcher Legierungen. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß bei einer Substitution des Aluminiums durch Silizium im Bereich des flachen Kurvenverlaufes relativ viel weniger Silizium zuzusetzen ist, als Aluminium weggelassen wurde,, um den gleichen Effekt der Säurebeständigkeit zu erzielen. Mit sinkendem Aluminiumgehalt muß eine zunehmende Erhöhung des SiIi-

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ziumgehaltes vorgenommen werden. Die Legierungen, die im Feld B der Fig. 1 liegen, weisen in besonderem Maße die vorhin beschriebenen Eigenschaften auf, wobei bei gleichem Al-Gehalt die am höheren Produkt % Si χ % Al liegenden Legierungen die höchste Korrosions- bzw. Säurebeständigkeit aufweisen. Gleichzeitig ist damit auch eine starke Erhöhung der Zugfestigkeit und Streckgrenze verbunden, die für bestimmte Einsatzfälle ein volles Ausschöpfen der erhöhten Korrosions- bzw. Säurebeständigkeit nicht mehr gestattet, da die Duktilität dieser Legierungen bereits zu gering sein kann. Für solche Legierungen muß ein niedrigeres Produkt % Si χ % Al zugrunde gelegt werden. Als bevorzugter Bereich sind die im Feld B liegenden Legierungen zu betrachten, die dem in der Praxis am häufigsten zur Anwendung gelangenden Festigkeitsbereich entsprechen. Neben der Abstufung der Festigkeit, die durch die Beziehung % Si χ % Al bewirkt wird, ist bei den erfindungsgemäßen Legierungen auch der Einfluß des Aluminiumgehaltes in ähnlicher Weise wie bei den herkömmlichen Aluminiumbronzen gegeben. Dies heißt, daß höhere Aluminiumgehalte höheren Festigkeiten und umgekehrt niedrigere Aluminiumgehalte niedrigeren Festigkeitseigenschaften zugeordnet werden können.

Die in den Feldern A und B liegenden Legierungen können je nach erforderlicher Festigkeit und Dehnung mit der dafür erreichbaren höchsten Korrosionsbeständigkeit in ihrer Legierungszusammensetzung ausgewählt werden. Dies sei an zwei Beispielen erläutert:

Beispiel 1; Eine in Feld B liegende Kupferlegierung hat die Zusammensetzung: Al = 10 Gew.-%, Si = 0,7 Gew.-%, Fe = 5 Gew.-%, Ni = 6 Gew.-%, Rest Kupfer mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen. Diese Legierung besitzt mechanische Eigenschaften, die gleich oder besser als jene der bekannten Kupferaluminiumbronzen sind. Die Säurebeständigkeit der erfindungsgemäßen Legierung ist bei weitem höher als jene der herkömmlichen Legierungen. Korrosionsversuche in Beizsäuren, welche mit einer Legierung der oben angeführten Zusammensetzung vorgenommen wurden, zeigten nach mehreren hundert Stunden Einsatz einen bedeutend

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niedrigeren Gewichtsverlust. Die MikroStruktur dieser erfindungsgemäßen Legierung ist in Fig. 2 mit 500-facher Vergrößerung dargestellt. Dieses Bild zeigt - bedingt durch den in der Legierung vorliegenden hohen Äluminiumgehalt und die Anwesenheit von Silizium - in hohem Maße die Ausscheidung von eutektoiden, lamellar ausgebildeten Gefügebestandteilen, sowie einen hohen Anteil an Betaphase. Weiters liegen intermetallische Ausscheidungen im Gefüge vor.

Beispiel 2; Eine andere Kupferlegierung gemäß der Erfindung mit noch besserer Korrosions- und Säurebeständigkeit, deren mechanische Eigenschaften jedoch etwas niedriger liegen als jene der Kupferlegierung nach Beispiel 1, hat folgende Zusammensetzung: Al = 5 Gew.-%, Si = 1,8 Gew.-%, Fe = 4,7 Gew.-%, Ni = 5,6 Gew.-%, Rest Kupfer mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen.

Fig. 3 zeigt bei 500-facher Vergrößerung die MikroStruktur dieser Legierung. Hier liegt eine annähernd homogene Legierung ohne Betaphase und ohne eutektoide Ausscheidungen mit primär und sekundär ausgeschiedenen intermetallischen Verbindungen vor.

Die nachstehende Tabelle gibt einen Überblick über die Ergebnisse von vergleichenden Korrosionsversuchen, welche mit einer Reihe der aus den oben angeführten Zusammensetzungen hergestellten Legierungen in Beizsäure, bestehend aus 18 gew.-%-iger Salzsäure mit 2 g/l Fe-III-Ionen unter zwangsweiser Belüftung bei 35 C durchgeführt wurden:

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Legierungsbestandteile in Gew.-%

Gewichtsverlustfaktor

G-NiAlBz F 60 n.DlN 1714 (10 Al, 5 Ni, 5 Fe)

1,00 (Bezugsfaktor)

Legierung: 10,8 Al; 0,63 Si"

0,67

8,1 Al; 0,50 Si⁺⁾

0,69

M	4,7	Al;	1,51 Si⁺⁾	0,68
Il	9,45	Al;	0,45 Si⁺⁾	0,71
Il	5,3	Al;	2,48 Si⁺)	0,65
Il	3,25	Al;	3,36 Si⁺⁾	0,67
Il	10,3	Al;	1 ,03 Si⁺)	0,62

Die Ni-Gehalte liegen zwischen 3 und 7 Gew.-%, die Fe-Gehalte zwischen 2 und 6 Gew.-%.

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, tritt,bei den erfindungsgemäßen Kupferlegierungen ein wesentlich niedrigerer Gewichtsverlust ein als bei den bekannten Aluminiumbronzen, wie z.B. bei G-NiAlBz F 60 nach DIN 1714.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können die Kupferlegierungen bzw. die daraus hergestellten Geräte einer thermischen Behandlung unterzogen werden, um ein durch rasches Abschrecken beim Guß im Gefüge vorliegendes Ungleichgewicht zu beseitigen und eine Homogenisierung zu erreichen. Diese Wärmebehandlung
bringt insbesondere bei Legierungen bis 2 Gew.-% Silizium eine weitere Erhöhung der Säurebeständxgkeit und eine weitere Ver-

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besserung der Festigkeitseigenschaften. Es wurde gefunden, daß ein Temperaturbereich zwischen 600 bis 800° C vorteilhaft ist, wobei die Dauer der Glühbehandlung bis zu 10 Stunden betragen kann.

Claims

P atentansprüche :

1. Kupferlegierung mit einem Gehalt an Aluminium, Eisen und Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß sie 3 bis 12 Gew.-% Aluminium, 4 bis 7 Gew.-% Nickel, 3 bis 6 Gew.-% Eisen, 0,3 bis 5 Gew.-% Silizium, gegebenenfalls bis zu 1 Gew.-% Mangan, Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen enthält, wobei die Gehalte an Silizium und Aluminium der Beziehung % Si χ % Al mindestens 4 und höchstens 15 (Feld A der Fig. 1) und vorzugsweise der Beziehung % Si χ % Al = mindestens 6 und höchstens 12 (Feld B der Fig. 1) entsprechen.

2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisengehalt 4 bis 6 Gew.-% und der Nickelgehalt 5 bis 7 Gew.-% beträgt.

3. Kupferlegierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt 8 bis 12 Gew.-% beträgt.

4. Kupferlegierung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt 0,3 bis 2,5 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 1,5 Gew.-% -beträgt.

5. Verwendung von Kupferlegierungen nach den Ansprüchen 1 bis 4 für korrosionsbeständige Konstruktionsteile wie Pumpenteile, Armaturen, Schrauben, Beschläge o.dgl.

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6. Verwendung von Kupferlegierungen nach den Ansprüchen 1 bis 4 für säurebeständige, insbesondere gegen Salzsäurebeizen beständige Konstruktionsteile wie Beizgeräte, insbesondere Beizhaken, Beizgehänge o.dgl.

7. Verfahren zur Behandlung von aus Kupferlegierungen nach den Ansprüchen 1 bis 4 bestehenden Konstruktionsteilen oder Geräten, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Temperaturbereich von 600 bis 800° C bis zu 10 Stunden geglüht werden.

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