DE2458379C2 - Kupferlegierung mit einem Gehalt an Aluminium, Nickel, Eisen und Silizium - Google Patents

Description

Die ErfiftCiing bezieht sich auf die Verwendung einer

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die aus 3 bis 12% Aluminium, 4 bis 7% Nickel, 3 bis 6% Eisen, 03 bis 5% Silizium, gegebenenfalls bis zu 1% Mangan und Kupfer ab Rest mit herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht

Eine derartige Legierung ist aus der US-PS 27 89 900 bekannt. Sie zeichnet sich durch eine hohe Beständigkeit gegenüber der elektrochemisch bedingten Spannungsriß-Korrosion sowie durch eine hohe Zugfestigkeit aus. Auch ist es bekannt, daß die Wärmebehandlung von Aluminiu-^bronzen für die Korrosionsbeständigkeit eine bedeutende Rolle spielt (K. Dies »Kupfer und Kupferlegie-.-ungen«. !«/67. S. 4J6/459).

Es ist bekannt, daß chemischem Angriff ausgesetzte Bauteile, wie z. B. Beizhaken unc Bei/gehänge. 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 Bcizanlagen, die einerseits die notwendigen Festigkeitseigenschaften und andererseits 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 siliziumhaltige Aluminiumbronzen bekannt, die als säurebeständig bezeichnet werden, doch vermindert der Siliziumgehalt den Widerstand gegen die Oxidation, welche eine Eigenschaft der gewöhnlichen Aluininiumbronren 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 Beizgeräten benützt werden, so abzustimmen, daß sich eine bedeutende Erhöhung der Säurebeständigkeit ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff für Beizhaken bereitzustellen, der keine zu hohen Gehalte an teuren Legierungselementen aufweist und in einer bei normalen Kupferlegierungen üblichen Herstellungsweise gefertigt werden kann, der ferner ^ eine wesentlich erhöhte Korrosionsbeständigkeit gegenüber den bekannten Werkstoffen besitzt, sowie eine genügend hohe mechanische Festigkeit aufweist, um einerseits einem starken Säureangriff der Beizanlage und andererseits gleichzeitig einer Dauerschwingbeanspruchung im ausreichendem Maß standhalten zu können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Verwendung gelöst.

in F i g. 1 der Zeichnung ist die Beziehung des Silizium- und des Aluminiumgehaltes de? erfmdungsgemäß zu verwendenden Legierungen grafisea erläutert, wobei die angeführten Grenzen für Silizium und Aluminium eingetragen sind. Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen Mikrostrukturen solcher Legierungen. Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß 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 Siliziumgehaltes vorgenommen werden. Die Legierungen, die im Feld B der F i g. 1 liegen, weisen in besonderem Msße die vorhin beschriebener, Eigenschaften auf, wobei bei gleichem Al-Gehalt die am höheren Produkt % Si ■ % AI 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 erhöhen Korrosions- b?w. Säurebeständigkeit nicht mehr gestattet, da die Duktilität dieser Legierungen bereits zu gering sein kann. Für solche Legierungen muß ein niedrigeres Produkt % Si · % AI zugrunde gelegt werden. Als bevorzugter Bereich sind die im Feld B liegenden Legierungen zu betrachten, die dem in der Praxis am häufisten zur Anwendung gelangenden Festigkeitsbereich entsprechen. Neben der Abstufung der Festigkeit, die durch die Beziehung % Si ■ % AI bewirkt wird, ist bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen auch der Einfluß des Aluminiumgehaltes in ähnlicher Weise wie b i den herkömmlichen Aluminiumbronzen gegeben. Dies heißt, daß höhere Aluminiumgehalte höhere 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%. Si = 0.7%. Fe = 5%. Ni = 6%. Rest Kupfer mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen. Diese Legierung wurde einer achtstündigen Glühbehandlung bei 75O°C unterzogen und besitzt mechanische Eigenschaften, die gleich oder besser als jene der bekannten Kupferaluminiumbronzen sind. Die Säurebeständigkeit der erfindungsge maß verwendeten 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 niedrigeren Gewichtsverlust. Die Mikrostruktur dieser erfindungsgemäßen zu verwendenden Legierung ist in Fig. 2 mit 500facher Vergrößerung dargestellt. Dieses Bild zeigt — bedingt durch den in der Legierung vorliegenden hohen

Aluminiumgehalt 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 erfindungsgemäß zu verwendende Kupferlegierung mit noch besserer Korrosions- und Säurebeständigkeit, deren mechanische Eigenschaften jedoch etwas niedriger liegen als jene der Kupferlegierung nach Beispiel 1, hat folgende Zusammensetzung: Al =A5%. Si = 1,8%, Pe = 4,7%, Ni = 5,6% Rest Kupfer mit den üblichen hersteHungsbedingten Verun- ;s reinigungen; daraus hergestellte Werkstucke wurden 6 Stunden Jang bei 650° C geglüht.

F i g. 3 zeigt bei 500facher Vergrößerung die Mikrostruktur dieser Werkstücke. Hier liegt ein annähernd homogenes Gefüge ohne Betaphase und ohne eutektoide Ausscheidungen mit primär und sekundär ausgeschiedenen intermetallischen Verbindungen vor.

Die nachsiehende Tabelle gibt einen Oberblick über die Ergebnisse von vergleichenden Korrosionsversuchen, welche mit einer Reihe der aus den oben angeführten Zusammensetzungen hergestellten und thermisch behandelten Legierungen in Beizsäure, bestehend aus 18gew.-%iger Salzsäure mit 2 g/l Fe-HI-Ionen unter zwangsweiser Belüftung bei 35⁰C durchgeführt wurden:

Legierungsbestandteile in Gew.-%	Gewichtsverlustfaktor
G-NiAlBz F 60 nach DIN 1714	1,00 (Bezugsfaktor)
(ohne GlühbebandiuDg)
(10 Al, 5 Ni, 5 Fe)
Legierung: 10,8 Al; 0,63 Si*)	0,67
Legierung: 8,1 Al; 0,50 Si*)	0,69
Legierung: 4,7 Al; 1,51 Si*)	0,68
Legierung: 9,45 Al; 0,45 Si*)	0,71
Legierung: 5,3 Al; 2,48 Si*)	0,65
Legierung: 3,25 Al; 3,36 Si*)	0,67
Legierung: 10,3 Al; 1,03 Si*)	0,62

·) Die Ni-Gehalte liegen zwischen 4 und 7%, die Fe-Gehalte zwischen 3 und 6%; die Werkstücke wurden bei Temperaturen zwischen 700 und 800⁰C 7 bis 10 h lang geglüht

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

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Kupferlegierungen bzw. die daraus hergestellten Geräte werden einer thermischen Behandlung unterzogen, um ein durch rasches Abschrecken beim Guß im Gefüge vorliegendes Ungleichgewicht zu beseitigen urd eine Homogenisierung zu erreichen. Diese Wärmebehandlung bringt insbesondere bei Legierungen bis 2 Gew.-% Silicium eine weitere Erhöhung der Säurebeständigkeit und eine weitere Verbesserung der Festigkeitseigenschaften.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verwendung einer Kupfer-Aluminium-Nickel-Eisen-Silizium-Legierung, die aus 3 bis 12% Aluminium, 4 bis 7% Nickel, 3 bis 6% Eisen, 03 bis 5% Silizium, gegebenenfalls bis zu 1% Mangan und Kupfer als Rest mit herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei das Produkt der Prozentgehalte an Silizium und Aluminium mindestens 4 und höchstens 15, vorzugsweise mindestens 6 und ι ο höchstens 12 beträgt, als Werkstoff für Beizhaken, welche nach einer Glühbehandlung in einem Temperaturbereich von 600 bis 800⁰C belüfteten Salzsäurebeizen unter gleichzeitiger Dauerschwingbeanspruchung ausgesetzt sind, u