DE450278C

DE450278C - Copper-silicon-manganese alloy

Info

Publication number: DE450278C
Application number: DEP48942D
Authority: DE
Original assignee: American Brass Co
Current assignee: American Brass Co
Priority date: 1924-10-11
Filing date: 1924-10-11
Publication date: 1927-10-06

Description

Kupfer-Silicium-1Vlangan-Legierung. Die Erfindung betrifft eine Legierung, die im wesentlichen aus Kupfer besteht und außerdem noch Silicium und Mangan enthält, um die Legierung maschinell und von Hand besser bearbeitbar und gleichzeitig säurebeständig zu machen.Copper-silicon-1Vlangan alloy. The invention relates to an alloy which consists essentially of copper and also contains silicon and manganese, to make the alloy more machinable by machine and hand and at the same time acid-resistant close.

Silicium-Mangan-Kupfer-Legierungen wurden bisher im allgemeinen nur in Verbindung mit Eisen angewendet, um homogene Eisen-Mangan-Kupfer-Legierungen herzustellen. Hingegen waren bisher keine Silicium-Mangan-Kupfer-Legierungen bekannt, die beständig gegen die Einwirkung starker Mineralsäuren waren.Up to now, silicon-manganese-copper alloys have only been used in general Applied in conjunction with iron to make homogeneous iron-manganese-copper alloys to manufacture. On the other hand, no silicon-manganese-copper alloys were known to date, which were resistant to the action of strong mineral acids.

Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, eine Legierung herzustellen, die ganz besonders widerstandsfähig gegen die chemische Einwirkung von mineralischen und organischen Säuren sowie anderen ätzenden Flüssigkeiten ist und die gleichzeitig solche physikalischen Eigenschaften, wie hohe Zerreißfestigkeit und Dehnbarkeit, aufweist, welche seine technische Verwendung zur Herstellung von Reaktionsgefäßen und anderen chemischen Apparaten oder Teilen von solchen ermöglichen, die der Einwirkung zerstörender chemischer Agenzien ausgesetzt sind.The invention consists essentially in producing an alloy which are particularly resistant to the chemical action of mineral and organic acids and other corrosive liquids and at the same time such physical properties as high tensile strength and ductility, has, which its technical use for the production of reaction vessels and other chemical apparatus or parts of such that allow the action exposed to damaging chemical agents.

Gemäß der Erfindung wird Kupfer mit so viel Silicium legiert, daß eine Legierung entsteht, die gegen Säuren widerstandsfähiger ist als reines Kupfer und außerdem noch eine genügende Menge Mangan zugegeben, um die Legierung maschinell oder von Hand bearbeitbar zu machen. Die Mengenverhältnisse von Kupfer, Mangan und Silicium können hierbei in gewissen Grenzen schwanken, doch wurde gefunden, daß eine aus 3 bis 6,5 Prozent Silicium, 0,5 bis o,7 Prozent Mangan und dem Rest aus Kupfer bestehende Legierung ausgezeichnete physikalische Eigenschaften besitzt. Kupferlegierungen mit einem Gehalt von 7 bis 15 Prozent Silicium und o,8 bis 3 Prozent Mangan sind härter als die vorgenannten, dafür aber weniger dehnbar.According to the invention, copper is alloyed with so much silicon that an alloy is formed which is more resistant to acids than pure copper and, in addition, a sufficient amount of manganese is added to make the alloy machinable or hand-machinable. The proportions of copper, manganese and silicon can vary within certain limits, but it has been found that an alloy consisting of 3 to 6.5 percent silicon, 0.5 to 0.7 percent manganese and the remainder of copper has excellent physical properties . Copper alloys with a content of 7 to 15 percent silicon and 0.8 to 3 percent manganese are harder than the aforementioned, but less ductile.

Die Legierungen gemäß der Erfindung bestehen hiernach aus Kupfer mit geeigneten Zusätzen von Mangan und Silicium, wobei der Zusatz an Silicium den des Mangans überwiegt. Im übrigen enthält die Legierung kein weiteres Element, abgesehen von zufälligen Verunreinigungen, insbesondere von Eisen, welches im Mangan oder im Silicium enthalten war. Verwendet man technisch reines Mangan und Silicium, wie solche jetzt im Handel erhältlich sind, so wird der höchste Eisengehalt der Legierung weniger als o,2 Prozent betragen. Unter den neuen Legierungen wiesen diejenigen mit einem Gehalt von 3 bis 6,5 Prozent Silicium und einem solchen von 0,5 bis o,7 Prozent Mangan, wobei der Rest, abgesehen von den zufälligen Verunreinigungen, wie z. B. den Spuren von Eisen im Silicium und Mangan, aus Kupfer besteht, die physikalischen Eigenschaften erstklassiger Bronzen auf und zeigten in gut gegossenen Stücken eine Zerreißfestigkeit von 2391 bis 2953 kg/qcm bei einer Streckung von io bis 37 Prozent und einer Grundflächenverkleinerung von 18 bis .45 Prozent je nach Art des Gießens und in gewissem Ausmaß auch je nach dem Verhältnis von Silicium und Mangan in der Legierung. Legierungen dieser Zusammensetzung sind genügend dehnbar, um in üblicher Weise zu Blechen, Drähten und Röhren verarbeitet zu werden, auch können sie in Sand- oder festen Formen gegossen werden Legierungen mit 7 bis 15 Prozent Silicium und o,8 bis 3 Prozent Mangan sind physikalisch durch größere Härte und eine Zerreißfestigkeit von mehr als 3375 bis 3516 kg/qcm bei einer Streckung von 7 bis 12 Prozent und einer Grundflächenverkleinerung von 6 bis i2 Prozent ausgezeichnet, besitzen jedoch kaum die erforderliche Dehnbarkeit, um gut auf dünne Bleche oder Drähte verarbeitet werden zu können. Indessen wäre es nicht richtig, zu behaupten, daß Legierungen dieser Zusammensetzung mit dem höheren Siliciumgehalt nicht ebensogut wie die mit niederem verarbeitet werden könnten.The alloys according to the invention consist of copper with suitable additions of manganese and silicon, the addition of silicon outweighing that of manganese. In addition, the alloy contains no other element, apart from incidental impurities, in particular iron, which was contained in manganese or silicon. If one uses technically pure manganese and silicon, as are now commercially available, the highest iron content of the alloy will be less than 0.2 percent. Among the new alloys, those with a content of 3 to 6.5 percent silicon and that of 0.5 to 0.7 percent manganese, with the remainder apart from the incidental impurities such as e.g. B. the traces of iron in silicon and manganese, made of copper, the physical properties of first-class bronzes and showed in well-cast pieces a tensile strength of 2391 to 2953 kg / sqcm with an elongation of 10 to 37 percent and a base area reduction of 18 to .45 percent depending on the type of casting and to some extent depending on the ratio of silicon and manganese in the alloy. Alloys of this composition are sufficiently ductile to be processed into sheets, wires and tubes in the usual way, they can also be cast in sand or solid forms. Alloys with 7 to 15 percent silicon and 0.8 to 3 percent manganese are physically through greater hardness and a tensile strength of more than 3375 to 3516 kg / sqcm with an elongation of 7 to 12 percent and a base area reduction of 6 to 12 percent are excellent, but they hardly have the required elasticity to be processed well on thin sheets or wires . However, it would not be correct to say that alloys of this composition with the higher silicon content cannot be processed as well as those with the lower.

Diese Legierungen können hergestellt werden, indem man eine bestimmte Gewichtsmenge Kupfer schmilzt und reines Mangan söwie reines raffiniertes Silicium in den gewünschten Mengen und Verhältnissen hinzusetzt. Wie beim Schmelzen aller Bronzen und ähnlicher Kupferlegierungen empfiehlt es sich auch hierbei, zuerst das Kupfer in Graphittiegeln unter Holzkohle zu schmelzen, um es gegen Oxydation und Verunreinigung durch Ofengase zu schützen. Die beste Gießtemperatur zur Erzielung fehlerfreier Gußstücke liegt etwa zwischen 1037 und 1093 ° C.These alloys can be made by melting a certain amount by weight of copper and adding pure manganese and pure refined silicon in the desired amounts and proportions. As with all bronzes and similar copper alloys, it is advisable to first melt the copper in graphite crucibles under charcoal to protect it against oxidation and contamination by furnace gases. The best casting temperature for achieving flawless castings is between 1037 and 1093 ° C.

Die beste Arbeitsweise, die auch durchweg die besten Resultate liefert, besteht darin, zuerst im elektrischen oder anderen Ofen eine Legierung von Mangan und Silicium herzustellen, die beispielsweise 15 bis 2o Prozent Mangan und 8o bis 85 Prozent Silicium mit Spuren von Eisen und Kohlenstoff enthält, anderseits Kupfer in gewöhnlicher Weise zur Schmelze zu bringen und dann in diese Schmelze die erforderliche Menge Mangan-Silicium-Legierung einzuführen. In Fällen, wo das Verhältnis von Mangan und Silicium in der oben angegebenen Legierung keine Legierung der in einem besonderen Falle gewünschten Zusammensetzung ergibt, kann das richtige Verhältnis dann noch nachträglich durch einen Zusatz von reinem Silicium oder reinem Mangan, je nachdem solches in dem betreffenden Falle erforderlich ist, erreicht werden. Auf diese Weise erzielt man eine homogenere Legierung in kürzerer Zeit als durch einzelnes Zusetzen der verschiedenen Metalle.The best way of working that always delivers the best results, consists in first placing an alloy of manganese in an electric or other furnace and to produce silicon, for example 15 to 2o percent manganese and 8o to Contains 85 percent silicon with traces of iron and carbon, on the other hand copper to bring to the melt in the usual way and then in this melt the required Amount of manganese-silicon alloy to introduce. In cases where the ratio of manganese and silicon in the above alloy is not an alloy in any particular If the desired composition results, the correct ratio can then still be used subsequently by adding pure silicon or pure manganese, depending on the case such is necessary in the case in question, can be achieved. In this way a more homogeneous alloy can be achieved in less time than by adding them individually of different metals.

Die vorbeschriebene Kupfer-Silicium-Mangan-Legierung kann als eine Art Bronze angesehen und als Siliciummanganbronze bezeichnet werden, und die besten Resultate werden in der Regel erhalten, indem man das Schmelzen und Gießen so ausführt, wie dies mit gewöhnlicher Bronze von etwa 9o bis 95 Prozent Kupfer und 5 bis io Prozent Zinn geschieht. Man kann hierbei mit demselben guten Erfolg bezüglich der physikalischen Eigenschaften dieselben reduzierenden Stoffe, wie Phosphorkupfer, Borkupfer oder irgendwelche anderen bekannten und beim Schmelzen und Gießen in Bronzen gebräuchlichen Reduktionsmittel in Mengen von 0,5 bis 2 Prozent zur Anwendung bringen, ohne daß die kleinen Zusätze eine schädliche Wirkung auf die Säurefestigkeit der neuen Legierung ausüben.The copper-silicon-manganese alloy described above can be regarded as a type of bronze and referred to as silicon-manganese bronze, and the best results are usually obtained by performing the melting and casting as is done with ordinary bronze from about 9o to 95 Percent copper and 5 to 10 percent tin happens. You can use the same reducing agents, such as phosphor copper, boron copper or any other known reducing agent used for melting and casting in bronzes in amounts of 0.5 to 2 percent with the same good success with regard to physical properties, without the small additives have a deleterious effect on the acid strength of the new alloy.

Die neuen Legierungen sind chemisch gekennzeichnet durch ihre besondere Widerstandsfähigkeit gegen zahlreiche Mineral- und organische Säuren sowie gegen andere zerstörende Flüssigkeiten. Die Widerstandsfähigkeit von Legierungen der oben angegebenen Zusammensetzung gegen zerstörende Einflüsse wird an folgenden Versuchsbeispielen veranschaulicht Bei einer in konzentrierter Salzsäure von 35 bis 36 Prozent HCl-Gehalt eingetauchten Legierung beträgt die Tiefenwirkung im Monat zwischen 0,03 und 0,o6 mm, wobei letztere Zahl erreicht wird, wenn man die Lösung mit Zoo Umdrehungen in der Minute rührt. In 3- bis 25prozentiger Schwefelsäure beträgt die Atzung von praktisch o bis 0,0015 mm im Monat, wobei letztere Zahl erreicht wird, wenn man die Lösung mit Zoo Umdrehungen in der Minute rührt. Die Legierungen sind außerordentlich widerstandsfähig gegen verdünnte Salzsäure bei Gegenwart von Oxydationsmitteln, wie z. B. von 2- bis 3prozentiger Salzsäure bei Gegenwart von Nätriumchlorat, und zeigen praktisch weder eine Ab- noch eine Zunahme an Gewicht, nachdem sie 16 Tage solchen Lösungen bei einer Temperatur von 9o ° C und unter Rühren derselben ausgesetzt wurden.The new alloys are chemically characterized by their particular resistance to numerous mineral and organic acids as well as to other damaging liquids. The resistance of alloys of the above composition to destructive influences is illustrated by the following test examples.In an alloy immersed in concentrated hydrochloric acid with 35 to 36 percent HCl content, the depth effect per month is between 0.03 and 0.06 mm, the latter reaching a figure if the solution is stirred at zoo revolutions per minute. In 3 to 25 percent sulfuric acid, the etching is practically 0 to 0.0015 mm per month, the latter figure being reached if the solution is stirred at zoo revolutions per minute. The alloys are extremely resistant to dilute hydrochloric acid in the presence of oxidizing agents, such as. B. from 2 to 3 percent hydrochloric acid in the presence of sodium chlorate, and show practically no decrease or increase in weight after they have been exposed to such solutions at a temperature of 90 ° C and with stirring for 16 days.

Nur eine ganz geringe oder gar keine Einwirkung zeigt sich bei Gegenwart von Ammoniumchlorid, Zinkchlorid, freien Ammoniak-und Salzsäuredämpfen bei Temperaturen bis zu 230 ° C, wie sich aus einem Gewichtsverlust von nur 0,03 Prozent ergibt, wenn die Legierung einer die genannten Stoffe enthaltenden Lösung während 6o Stunden ausgesetzt wurde. Stahl und Gußeisen erlitten unter den gleichen Bedingungen Gewichtsverluste von 7o bzw. 22 Prozent in der gleichen Zeit.The presence of ammonium chloride, zinc chloride, free ammonia and hydrochloric acid vapors at temperatures of up to 230 ° C shows only very little or no action at all, as results from a weight loss of only 0.03 percent if the alloy contains one of the substances mentioned containing solution was exposed for 60 hours. Steel and cast iron suffered weight losses of 70 and 22 percent in the same time under the same conditions.

In Alaunlösungen von bis zu 30' B6 in der Siedehitze, wobei durch Hydrolyse freie Schwefelsäure gebildet wird, betrug die Atzung in Millimeter Tiefenwirkung im Monat ausgedrückt bis zu 0,015 mm. Bei höheren Konzentrationen der siedenden Alaunlösung, wie z. B. einer solchen von 50 ° B6, wurden die Legierungen nicht angeriffen, und es trat kein Gewichtsverlust oder -zunahme ein.In alum solutions of up to 30 ' B6 at the boiling point, with free sulfuric acid being formed by hydrolysis, the etching in millimeter depth per month was up to 0.015 mm. At higher concentrations of the boiling alum solution, such as. B. one of 50 ° B6, the alloys were not attacked and there was no weight loss or gain.

In Milchsäure usw. sowohl der dunklen als auch der für Nahrungszwecke bestimmten von 22 Prozent Stärke war in siedender Lösung keine Einwirkung auf die Legierungen festzustellen.In lactic acid, etc., both dark and nutritional certain of 22 percent strength was in boiling solution no effect on the Determine alloys.

Wenn auch in vorstehendem Legierungen mit einem Gehalt von 3 bis 15 Prozent Silicium und von o,5 bis 3 Prozent Mangan beschrieben werden, so soll die Erfindung doch nicht auf Legierungen beschränkt sein, bei denen die Bestandteile in diese Grenzen fallen. Die Legierung soll jedoch eine genügende Menge von Silicium enthalten, um dieselbe widerstandsfähiger gegen Säuren und andere angreifenden Stoffe zu machen, als dies bei Kupfer, Messing und gewöhnlichen Bronzen der Fall ist, und anderseits genügend Mangan, um die Legierung bearbeitbar zu machen. Die neuen Legierungen können auch als Kupfer-Silicium-Mangan-Legierungen bezeichnet werden, in denen der Gehalt an Silicium ein Mehrfaches des Mangangehaltes beträgt.Albeit in the above alloys with a content of 3 to 15 Percent silicon and 0.5 to 3 percent manganese should be described Invention should not be limited to alloys in which the constituents fall within these limits. However, the alloy should contain a sufficient amount of silicon included to make it more resistant to acids and other corrosive substances than is the case with copper, brass and common bronzes, and on the other hand, enough manganese to make the alloy workable. The new alloys can also be referred to as copper-silicon-manganese alloys in which the The silicon content is a multiple of the manganese content.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Copper-silicon-manganese alloy with predominant Copper content, characterized in that it is essentially free of iron and their silicon content is greater than that of manganese, and that they are both of these Contains metals in such amounts that the alloy is resistant to acids.

2. Alloy according to claim z, characterized in that its silicon content is considerably larger than that of manganese to make them workable by hand and by machine close.

3. Alloy according to claim z or 2, characterized in that it contains 3 to 15 percent silicon and 0.5 to 3 percent manganese. q .. Alloy according to claims z to 3, characterized in that it contains 92.3 to 96.5 percent copper, 3 to 6.5 percent silicon and 0.5 to 1.2 percent manganese.