DE2921145C2 - Blei-Kupfer-Legierung zur Homogenverbleiung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bleilegierung, bestehend aus 0,03 bis 0,15 Proz. Kupfer, Rest Blei, fuer den Oberflaechenschutz im chemischen Apparatebau und verwandten Gebieten. Die Verwendung von Blei und seinen Legierungen ist - bedingt durch die Abhaengigkeit der Zeitstandfestigkeit von der Temperatur - begrenzt. Ferner sind sporadische, vorzeitige Ausfaelle bei thermischer Wechselbeanspruchung bei diesen Legierungen festgestellt worden. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verarbeitbarkeit dieser Legierung zu verbessern sowie die Ausfaelle bei der thermischen Wechselbeanspruchung zu vermeiden. Die Loesung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemaess in einer zinnfreien Blei-Kupfer-Legierung mit 0,03 bis 0,15 Proz. Kupfer und 0,005 bis 0,05 Proz., vorzugsweise 0,01 bis 0,025 Proz., Selen. Durch den Zusatz von Selen wird eine kornfeinende Wirkung erzielt, indem kleinste Bleiselenid-Partikel als Kristallisatoren fuer das Blei wirken. Die Korrosionsbestaendigkeit von diesen Homogenverbleiungen kann bedeutend weiter verbessert werden, wenn die Bleilegierung noch 0,005 bis < 0,05 Proz. Palladium enthaelt. ...U.S.W

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Blei-Kupfer-Legierung zur Homogenverbindung im chemischen Apparatebau und verwandten Gebieten.

Blei besitzt infolge seiner spezifischen Eigenschaften, wie niedriger Schmelzpunkt, leichte Verformbarkeit, große Korrosionsbeständigkeit und hohes spezifisches Gewicht, in der Gegenwart innerhalb vieler Bereiche der Technik eine umfassende Bedeutung.

Insbesondere wird Blei wegen seiner Korrosionsfestigkeit für verfahrenstechnische Anlagen in der chemischen Industrie seit langer Zeit verwendet, denn seine Beständigkeh innerhalb des üfafichen Konzentrationsbereichs der Schwefelsäure wird von keinem anderen wirtschaftlich verwendbaren Wei .-stoff übertroffen.

Die hohe Korrosionsbeständigkeit einerseits und die gute Verarbeitbarkeit aufgrund der großen Duktilität machen Blei zu einem ausgezeichneten und vielseitig erprobten Werkstoff im chemischen Apparatebau und verwandten Gebieten, z. B. in der Galvanotechnik und in der Naßmetallurgie.

Die Verwendung von Blei und seinen Legierungen ist jedoch — bedingt durch die Abhängigkeit der Zeitstandfestigkeit von der Temperatur — begrenzt.

Um der mangelnden Zeitstandfestigkeit zu begegnen, ist es bekannt, insbesondere im chemischen Apparatebau, Blei auf Stahl oder auch auf andere hochfeste metallische Werkstoffe homogen aufzubringen, um die vorteilhaften Eigenschaften der festen metallischen Werkstoffe mit den vorteilhaften Eigenschaften des Bleis, insbesondere hinsichtlich seiner Korrosionsbeständigkeit, zu kombinieren.

Die Herstellung der Homogenverbindung erfolgt z. B. durch Auftragsschweißen nach DlN 28 058 oder durch Ausgießen bzw. Umgießen von Werkstücken, wobei eine metallische Bindung zwischen Blei und Stahl hergestellt wird.

Zahlreiche Bleilegierungen mit guier 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 DE-PS 19 14 210 beschriebenen hochkorrosionsfesten Bleue- eo gierung mit 0,05 bis 02% Palladium, 0,05 bis 0,15% Kupfer, 0,1 bis 0,15% Zinn, Rest Blei, der Fall ist, neigen nach dem Aufbringen durch Auftragsschweißen auf den hochfesten metallischen Werkstoff während der Erstarrung zur Warmrißbildung. Die auftretenden Risse weisen vielfach eine Länge bis zu 20 mm auf und durchsetzen die Blcischicht bis zum Grundwerkstoff, so daß die Qualität der Homogenverbleiung mangelhaft ist.

Wie Versuche ergeben haben, lassen sich diese Fehler auch durch veränderte Temperaturführung beim Schweißen nicht beseitigen.

Metallographische Untersuchungen solcher mit Fehlern behafteter Bleilegierungen haben gezeigt, daß ihr Gefüge meist aus großen Stengelkristallen mit Korngrenzenbrüchen besteht

Der Bildungsmechanismus der auftretenden Warmrisse kann wie folgt beschrieben werden:

Treten in einer Metallschicht während sie bei der Abkühlung den breiigen Zustand durchläuft. Zugspannungen infolge Schwindungsbehinderung 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.

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.

Warmrisse entstehen somit bevorzugt in Legierungen, die ein großes Erstarrungsintervall aufweisen, die zur Bildung großer Kristallite neigen und deren Schwindung behindert ist.

Solche WarmrijTje können zwar durch die aus der DE-OS 24 52 742 bekannte Blei-Kupfer-Legierung mit 0.03 bis 0,15% Kupfer. 0,03 bis 0,15% Zinn, 0,005 bis 0,05% Selen, Rest Blei, vermieden werden. Doch wurde festgestellt, daß sich die Verarbeitbarkeit dieser Legierung beim Homogenverbleien verschlechtert, indem für das Ausheilen der Oberflächenporosität ein erhöhter Aufwand erforderlich ist und vereinzelt schließlich immer noch Rest-Oberflächenporositäi auftritt Auch sporadische vorzeitige Ausfälle bei thermischer Wechselbeanspruchung wurden bei dieser Legierung festgestellt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verarbeitbarkeit dieser Legierung zu verbessern sowie die Ausfälle bei der thermischen Wechselbeanspruchung zu vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäQ in einer Blei-Kupfer-Legierung mit 0,03 bis 0,15% Kupfer, 0,005 bis 0,05%, vorzugsweise 0,01 bis 0,025% Selen, 0,005 bis weniger als 0,05% Palladium und Blei als Rest. Durch den Zusatz von Selen wird eine kornfeinende Wirkung erzielt, indem kleinste Bleiselenid-Partikel als Kristallisatoren für das Blei wirken. Diese scheiden sich bei der Erstarrung primär aus der Schmelze aus. Mit der Selenkornfeinung geht auch eine feinere Kupferverteilung einher. Die Korrosionsbeständigkeit der Homogenverbleiung wird durch das Palladium bedeutend verbessert. Die Blei-Kupfer-Legierung kann als weitere Komponenten noch herstellungsbedingte Verunreinigungen enthalten.

Gegebenenfalls kann der Blei-Kupfer-Legierung noch mehr als 0.001 bis 0,04% Nickel zulegiert sein, wodurch eine Vergleichmäßigung des Korrosionsangriffs im Sinne einer Verminderung oder beschleunigten Passivierung erzielt wird.

Für die vergleichende Prüfung des Verhaltens bei thermischer Wcchsclbeanspruchung wurden mit PbCuO,O42 · Sn0.05SeO,02 und PbCuO.042 ·

PdO,O3SeO,O2 in einer Dicke von 4 bis 5 mm verbleite Stahlbleche paarweise mit der Bleiseite nach oben auf an den Ecken untergelegte Asbcstschieferplatten gesetzt und mit Hilfe von /wei in 200 mm Abstand angeordneten Heizstrahlern mit je 2 kW Leistung von oben in 30 min auf 150^C aufgeheizt. Anschließend wurden

die Platten durch zwei seitlich angeordnete Ventilatoren innerhalb von 30 min wieder auf 25°C abgekühlt Ein Temperatur-Zyklus dauerte auf diese Weise 1 Stunde. Alle 2 Tage wurde eine Penetrationsrißprüfung vorgenommen und die Prüfzeit mit dem ersten hiermit erkennbaren Anriß beendet Die Zeichnung zeigt die Ergebnisse in Fern eines Balken-Diagramms. Man erkennt, daß da·; Ziel, im homogenen Verbund mit Stahl wenigstens 1000 derartige Temperaturzyklen ohne Rißbildung zu ertragen, durch mit Selen korngefeintes zinn- ίο und kupferlegiertes Blei infolge Anwesenheit von Zinn nicht erreicht wird, während durch den Zusatz von 0,03% Palladium anstelle von Zinn offenbar die erforderliche Sicherheit gewährleistet ist

Da auch die erfindungsgemäße zinnfreie Blei-Kupfer-Legierung beim Homogenverbleien etwas Zinn aus der zuvor auf den Stahl aufgebrachten Verzinnungsschicht aufnimmt, sind die verarbeitungstechnischen Vorteile der ziimfreien Blei-Kupfer-Legierungen mit den kor.rosions-chemischen Vorteilen der zinnhaltigen Blei-Kupfer-Legierung kombiniert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Blei-Kupfer-Legierung zur Homogenverbindung im chemischen Apparatebau und verwandten Gebieten, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 0,03 bis 0,15% Kupfer, 0,005 bis 0.05% Selen, 0,005 bis weniger als 0,05% Palladium und Blei als Rest besteht.

Z Blei-Kupfer-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Selengehalt 0,01 bis 0,025% beträgt.

3. Blei-Kupfer-Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Nikkelgehalt von mehr als 0,005 bis 0,04%.