DE4318377C2 - Messinglegierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Messinglegierung, also eine geknetete oder gegos­ sene Kupfer-Zinklegierung. Derartige Legierungen finden beispielsweise An­ wendung in der optischen Industrie, der Schmuckindustrie, bei der Pumpen­ herstellung und bei der Herstellung von Bauteilen für Trinkwasser- oder Sani­ tärinstallationen. Durch Zusatz bestimmter Legierungsbestandteile können Messingsorten mit bestimmten Eigenschaften erhalten werden. Beispielsweise ist es gebräuchlich, dem Messing Blei beizumengen, um die spangebende Be­ arbeitbarkeit zu verbessern. Derartige Messingsorten werden auch als "Automatenmessing" bezeichnet.

Zur Herstellung von Bauteilen für die Sanitärinstallation, insbesondere von Wasserarmaturen, werden bleihaltige Messingsorten, beispielsweise Gk Ms 60 Fk (59,0 bis 61,0% Kupfer, 1,0 bis 1,5% Blei, 0,7 bis 0,8% Aluminium, max. 0,2% Zinn, max. 0,2% Eisen, max. 0,2% Nickel, max. 0,005 % Phosphor, max. 0,05% Mangan, max. 0,05% Silizium, Kornfeinung mit Bor), verwendet.

Derartige Messinglegierungen haben den Nachteil, daß sie nicht ent­ zinkungsbeständig sind. Unter korrodierenden Einflüssen löst sich das Zink insbesondere aus den Korngrenzbereichen zunächst der oberflächennahen Schichten heraus. Mit in die Tiefe des Werkstoffes fortschreitender Entzinkung wird die Gefügestruktur des Werkstücks zusehends verändert, was die allgemein bekannten Folgen nach sich zieht. Bei Wasserarmaturen, die mit relativ ag­ gressivem Wasser in Berührung kommen, kann dies zu Undichtigkeiten in der Armatur führen und letztlich deren Austausch erforderlich machen.

Davon ausgehend ist die Aufgabe der Erfindung, eine Messinglegierung be­ reitzustellen, bei der dieser Nachteil nicht auftritt. Diese Aufgabe wird durch eine Messinglegierung mit der in Anspruch 1 genannten Zusammensetzung gelöst.

Die erfindungsgemäße Legierung ist entzinkungsbeständig und weist darüber hinaus mechanische Eigenschaften auf, die sie für die Herstellung insbeson­ dere von Bauteilen für die Wasserinstallation, also etwa Ventile und Armaturen, geeignet machen.

Um ausgehend von herkömmlichen Messinglegierungen wie Ms 60 Fk zu ent­ zinkungsbeständigen Messinglegierungen zu gelangen, ist es notwendig den Cu-Gehalt zu erhöhen, beispielsweise auf 64%. Derartige Legierungen sind jedoch für viele Anwendungen, insbesondere für die Herstellung von Armaturen für den Sanitärbereich nicht geeignet, da sie ein zu grobes Gefüge aufweisen, was die bekannten negativen Begleiterscheinungen wie verstärkte Lunkerbil­ dung nach sich zieht. Versuche, bei Messinglegierungen mit einem erhöhten Cu-Gehalt eine Kornfeinung mit dem üblicherweise dafür verwendeten Bor durchzuführen, mißlangen bisher. Deshalb wurden für den angesprochenen Verwendungszweck praktisch nur die bekannten, nicht entzinkungsbeständigen Legierungen verwendet.

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß trotz eines gegenüber den bekannten Legierungen erhöhten Cu-Gehaltes eine Kornfeinung mit Bor mög­ lich ist, wenn die Elemente Mn, Si und Sb in erfindungsgemäßen Mengen zule­ giert werden und gleichzeitig der Fe-Gehalt auf maximal 0,25 Gew.% begrenzt wird. Es stellte sich weiterhin überraschenderweise heraus, daß die Legierung eine verbesserte Warmbrüchigkeit aufweist, wenn der Gehalt an Sn möglichst gering ist, zumindest aber 0,25 Gew. % nicht überschreitet. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Auftreten von Harteinschlüssen stark zurück­ gedrängt ist. Harteinschlüsse, die vor allem bei der Oberflächenbearbeitung störend sind, treten bei herkömmlichen Messinglegierungen vor allem dann verstärkt auf, wenn sie mit Bor gefeint sind.

Die mechanischen Kenndaten der erfindungsgemäßen Legierung sind durch­ wegs mit den bisher für den genannten Zweck verwendeten Messinglegierun­ gen vergleichbar. Das Gefüge der erfindungsgemäßen Legierung weist im we­ sentlichen globulitische Körner mit einer maximalen Größe von etwa 100 µm auf. Ein feinkörniges Gefüge ist die Voraussetzung dafür, daß eine Schmelze lunkerfrei, d. h. also ohne Ausbildung von Hohlräumen oder porösen, schwammartigen Bereichen erstarrt. Die genannten Gefügefehler sind bei­ spielsweise verantwortlich für Oberflächenfehler und Undichtigkeiten bei Ar­ maturen.

In den Unteransprüchen 2 bis 4 sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele der er­ findungsgemäßen Legierung angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert:

Es wurden Versuche mit einer Messinglegierung durchgeführt, die (in Gew.%) 63,20% Cu, 1,38% Pb, 0,39% Mn, 0,55 Si, 0,55 Al, 0,09% Sb, 0,0009% B, 0,23 % Fe, 0,19% Ni, 0,21% Sn und als Rest Zn enthält. Die weiter unten erwähn­ ten Proben P5-P10 wurden aus dieser Legierung gegossen.

Die erfindungsgemäße Legierung wurde einer Entzinkungsbeständigkeitsprü­ fung nach ISO 6509 (Corrosion of metals and alloys/Determination of dezinci­ fication resistance of brass, Ausgabe 1981) unterzogen. Die Entzinkungstiefen wurden im polierten Schliff gemessen. Das Ergebnis der Entzinkungsbe­ ständigkeitsprüfung geht aus der folgenden Tabelle hervor:

Tabelle 1

Die Proben P1-P4 betreffen ein herkömmliches Messing mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.%): 60,06% Cu, 1 ,65% Pb, <0,010% Mn, <0,010 % Si, 0,65% Al, 0,020% Sb, 0,0008% B, 0,080% Fe, 0,030% Ni, 0,10% Sn und als Rest Zn. Die Werte für die Proben P1-P4 wurden in einer Zeile zu­ sammengefaßt und der Durchschnittswert der Entzinkungstiefe angegeben; der maximale Wert lag bei 600 µm, der minimale bei 200 µm.

Aus der Tabelle 1 geht deutlich hervor, daß die aus der erfindungsgemäßen Legierung bestehenden Proben P5 und P6 wesentlich geringere Entzinkungs­ tiefen aufweisen als die Vergleichsproben P1-P4. Entsprechend der Normen BS 2872, BS 2874 (BS= Britischer Standard) und SS 11710 (SS= schwedischer Standard (bzw. der schwedischen Baunorm R8 ist die erfindungsgemäße Le­ gierung daher als entzinkungsbeständig einzustufen. Die zulässige Entzin­ kungstiefe gemäß der BS-Norm für Gußstücke beträgt 100 µm.

In weiteren Versuchen wurden übliche mechanische Kennwerte ermittelt. Das Ergebnis dieser Versuche ist in der Tabelle 2 dargestellt. Die Zusammen­ setzung der Proben P7 bis P10 entspricht jener der Proben P5 und P6. Die Proben P11 bis P14 sind Vergleichsproben, die aus einer herkömmlichen Messinglegierung mit einer den Proben P1 bis P4 entsprechenden Zusam­ mensetzung gegossen wurden.

Tabelle 2

Wie die Tabelle 2 zeigt, sind die mechanischen Kenndaten der erfindungsge­ mäßen Legierung mit jenen der herkömmlichen Legierungen vergleichbar. Die Zugfestigkeit ist im Durchschnitt sogar etwas höher als bei den Vergleichspro­ ben aus der bekannten Legierung.

Mit der erfindungsgemäßen Legierung wurden Wasserarmaturen gegossen und mit üblichen Fertigungsmethoden bearbeitet. Dabei zeigte sich, daß die Ober­ fläche der Gußteile eine mindestens ebenso gute Polierfähigkeit aufweist, als jene von aus herkömmlichen Messinglegierungen gegossenen Armaturen. Es wurden auch keine signifikanten Unterschiede bei der Bearbeitung der Gußteile an automatischen Fertigungsmaschinen beobachtet. Es konnten im wesentli­ chen bisher übliche Bearbeitungs- und Einstell-Parameter beibehalten werden.

Mit Hilfe von zahlreichen, aus einer Legierung gemäß Anspruch 3 gegossenen Bruchproben wurde festgestellt, daß das Gefüge der erfindungsgemäßen Le­ gierung praktisch keine Lunker- oder schwammartigen Bereiche aufweist. Bei letzteren handelt es sich um ein aufgelockertes, nach Art eines Schwammes Hohlräume enthaltendes Gefüge. Sowohl Lunker als auch "Schwammbereiche" können, wenn sie in Trennwänden zwischen unterschied­ lichen Druckbereichen oder in Dichtungsflächen auftreten, zu Undichtigkeiten führen. Bei einer Versuchsreihe wurde der in

FFig. 1 dargestellte Gußkörper verwendet. Der Bruch wurde entlang der Linie II-II ausgeführt. Die Bruchlinie wurde so gewählt, daß sie durch einen gießtechnisch kritischen Bereich ver­ läuft, in dem erfahrungsgemäß sehr häufig Gefügefehler auftreten.

Fig. 2 zeigt in 10facher Vergrößerung die Aufnahme der Bruchstelle eines Probenkörpers aus herkömmlicher Messinglegierung. Es ist deutlich ein mit L gekennzeichne­ ter schwammig aufgelockerter Bereich zu erkennen, der sich nahezu über die gesamte Dicke D der Gußteilwand erstreckt. Derartige Bereiche können später zu Undichtigkeiten führen. Sofern sich die Bereiche über die gesamte Dicke einer Trennwand erstrecken, ist im Falle einer Wasserarmatur von Anfang an eine Undichtigkeit vorhanden.

Fig. 3 zeigt die Bruchstelle eines mit der erfin­ dungsgemäßen Legierung gegossenen Probekörpers. Es ist deutlich zu sehen, daß hier ein durchgehend feinkörniges und dichtes Gefüge vorhanden ist. Es wurden insgesamt jeweils zehn Proben untersucht. Schwammartige Bereiche wie in Fig. 2 dargestellt traten bei 5 der Vergleichsproben auf. Die Proben aus der erfindungsgemäßen Legierung waren stets frei von den genannten Gefü­ gefehlern.

Es wurden auch Schliffe angefertigt und mit üblichen metallographischen Me­ thoden die Gefügestruktur sichtbar gemacht. Es zeigte sich, daß das Gefüge der erfindungsgemäßen Legierung etwa globulitische Körner mit einer maxi­ malen Größe von 100 µm aufweist.

Ein indirekter Rückschluß auf das Fehlen von Schwammbereichen konnte durch eine Druckdichtigkeitsuntersuchung von Wasserarmaturen erhalten werden. Es wurden 110 Armaturen mit 6 Bar Luft unter Wasser beaufschlagt. Bei keiner der Armaturen konnte eine Undichtigkeit beobachtet werden.

Claims (5)

1. Messinglegierung, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (Gew.-%):
62,5 bis 64% Kupfer
0,5 bis 1,5% Blei
0,3 bis 0,4% Mangan
0,5 bis 0,7% Silizium
0,3 bis 0,7% Aluminium
0,05 bis 0,15% Antimon
0,0005 bis 0,0020% Bor
0 bis 0,25% Eisen
0 bis 0,5% Nickel
0 bis 0,25% Zinn
Zink als Rest.

2. Messinglegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
62,5 bis 64% Kupfer
1,0 bis 1,5% Blei
0,3 bis 0,4% Mangan
0,5 bis 0,7% Silizium
0,3 bis 0,7% Aluminium
0,05 bis 0,1% Antimon
0,0005 bis 0,0015% Bor
0 bis 0,20% Eisen
0 bis 0,5% Nickel
0 bis 0,25% Zinn
Zink als Rest.

3. Messinglegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
63,20% Kupfer
1,38% Blei
0,39% Mangan
0,55% Silizium
0,55% Aluminium
0,09% Antimon
0,0009% Bor
0,23% Eisen
0,19% Nickel
0,21% Zinn
Zink als Rest.

4. Messinglegierung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
63,58% Kupfer
1,20% Blei
0,37% Mangan
0,55% Silizium
0,54% Aluminium
0,09% Antimon
0,0011% Bor
0,15% Eisen
0,16% Nickel
0,15% Zinn
Zink als Rest.

5. Verwendung einer Legierung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 zur Herstellung von Bauteilen für Trinkwasserinstallationen.