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Bleilagermetall Zusatz zum Patent 441071
In dem Patent 441 071
ist eine Legierung unter Schutz gestellt von der nachstehenden Zusammensetzung
0,5 °(o Calcium, o,5 °%o Natrium, o, i °/o Barium, o,i °/a Magnesium,
0,04"/" Aluminium, Rest Blei.
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Diese Legierung, in der im übrigen das Barium auch ohne Beeinträchtigung
der Härteeigenschaften durch Natrium ersetzt werden kann, enthält neben Magnesium
auch Aluminium. Weitere fabrikatorische Arbeiten zeigten nun, daß die Eigenschaften
derartiger Legierungen sowohl in bezug auf die Verwendung in kaltem Zustande wie
auch in bezug auf das Verhalten beim Vergießen sehr wesentlich beeinflußt werden
durch das Verhältnis zwischen Calcium, Aluminium und Magnesium. Es wurde gefunden,
daß, um zu einem günstigsten Ergebnis zu gelangen, der Magnesiumgehalt ungefähr
1/4 bis 1/" des Calciumgehaltes und der Aluminiumgehalt die Hälfte des Magnesiumgehaltes
betragen soll.
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Bei der Verwendung von Legierungen, die nach dieser Regel hergestellt
sind, ist die sehr wichtige Beobachtung gemacht worden, daß ein möglichst nicht
unter die Grenze von o,o5 °/o herabgehender Aluminiumgehalt eine auffallende Schutzwirkung
gegen die Oxydation der Legierungen bei hohen Temperaturen ausübt. Es ist praktisch
erprobt, daß eine den obigen Regeln entsprechende zusammengesetzte Legierung mit
dem Gehalt von 0,05 % Aluminium etwa 15 Minuten lang bei einer Temperatur
von 8oo° flüssig gehalten werden kann, ohne daß ein praktisch in Betracht kommender
Abbrand der härtend wirkenden Legierungsbestandteile erfolgt.
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Das Verhalten der Legierung unter diesen scharfen Versuchsbedingungen
ergibt das Bild, daß sich auf der Oberfläche des flüssigen Metalls eine dünne, in
sich geschlossene (gesinterte) Schlackenhaut bildet, die den weiteren Zutritt der
oxydierenden Luft ausschließt. Erst wenn durch längere Einwirkung der Luft in hoher
Temperatur der Abbrand von Aluminium so weit gesteigert ist, daß der Aluminiumgehalt
unter die Grenze von 0,035 °/o gesunken ist, ergibt sich eine relativ rasch
fortschreitende Oxydation, bei welcher dann mehr oder minder alle härtend wirkenden
Legierungsbestandteile aus dem Metall herausbrennen.
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Je höher der Aluminiumgehalt in praktisch erreichbaren Grenzen gewählt
wird; um so günstiger gestaltet sich die vorerwähnte Schutzwirkung des Aluminiumgehaltes,
so daß es beispielsweise möglich ist, eine Legierung mit etwa o, i °/o Aluminium
eine Stunde lang von ungeschützter Oberfläche der oxydierenden Einwirkung der Luft
bei ßoo° auszusetzen, ohne daß eine Verminderung der
Kugeldruckhärte der gegossenen Legierung eintritt.
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Die weiter oben angeführten Regeln über die einzuhaltenden Verhältniszahlen
zwischen den Legierungsbestandteilen Aluminium-Magnesium und Magnesium-Calcium haben
sich aus der Beobachtung ergeben, daß Blei-Magnesium-Legierungen mit höherem Gehalte
an Magnesium zwar kurze Zeit nach dem Erschmelzen und Gießen hohe Härtezahlen zeigen,
daß aber die Legierungen infolge von Umkristallisationserscheinungen zum Zerfallen
neigen, und deshalb auch bei solchen Gehalten an Magnesium, bei denen ein wirklicher
Zerfall der Legierung nicht. eintritt, eine Verminderung der Kugeldruckhärte im
Laufe der Zeit zu beobachten ist. Bei Einhaltung der oben angegebenen Verhältniszahlen
zwischen den drei Legierungsbestandteilen Aluminium, Magnesium und Calcium konnte
dagegen eine Verminderung der Kugeldruckhärte auch während längerer Lagerzeit nicht
festgestellt werden.
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Dieses Ergebnis kann vielleicht dadurch erklärt werden, daß beim Hinzufügen
von Aluminium zu einer Mägnesium-Blei-L e-gierung infolge der geringeren Affinität
des Aluminiums zum Blei auch bei relativ geringerem Gehalte an Aluminium und Magnesium
sich eine dem Typus Mg2 A13 entsprechende Verbindung aus Mg und A1 ergibt, die ihrerseits
im überschüssigen Blei löslich ist und auf dieses härtend einwirkt. Im gleichen
Sinne kann bei gleichzeitiger Anwesenheit von Magnesium und Calcium eine ternäre
Verbindung zwischen Magnesium-Calcium-Blei gebildet werden, die ebenfalls im überschüssigen
Blei löslich ist und härtend . wirkt und die bekannten Zerfallserscheinungen, die
durch einen Magnesiumgehalt allein hervorgerufen werden, nicht zeigt.
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Aus allen diesen Feststellungen und der daraus abgeleiteten Regel
ergibt sich, daß der Aluminiumgehalt einer solchen Legierung zweckmäßig nicht unter
o, r °/p gewählt wird, und dementsprechend wäre dann der Magnesiumgehalt auf o,a
°%o nicht zu überschreiten. Der entsprechende Mindestgehalt an Calcium beträgt dann
o,7 bis ö,$ °/a. Aber die fabrikatorische Herstellung einer Legierung mit o,r
% Aluminium bereitet bereits erhebliche Schwierigkeiten.
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Es ist schon lange bekannt, daß Blei mit einem erheblichen überschuß
von A1 zusammengeschmolzen und kräftig durcbgerübrt imstande ist. 0,07 °/ä Al zu
lösen. Ein solcher Gehalt von Al kann indessen nur erreicht werden, wenn unwirtschaftlich
große Überschußmengen von Al mit dem Blei verschmolzen werden. Bei wirtschaftlicher
Legierungstechnik müß es aber erstrebt werden, relativ hohe AI-Gehalte in der Legierung
zu erreichen, ohne Verwendung von überschüssigem Al. Bei derartiger Ausführung der
Legierungsarbeit kommt man im großen nicht wesentlich über den Gehalt von 0,04 °/o
Al hinaus.
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Es ist möglich, durch längeres Schmelzen bei hoher Temperatur diesen
Legierungsgehalt weiter auf die Grenze von etwa o,o8 %
zu steigern, wenn das
A1 in Form einer Vorlegierung von Al-Mg oder Al-Ca zugesetzt wird. Aber auch diese
Ausführung der Legierungsarbeit liefert noch nicht ein Wirtschaftlich günstiges
Ergebnis. Wenn dagegen bei der Ausführung der Legierungsarbeit, d. h. beim Untertauchen
von Al in ein größeres Bleibad, gleichzeitig möglichst innerhalb desselben Apparates
mit dem zu legierenden Al metallisches Mg oder metallisches Ca in das Blei eingeführt
wird, so ergibt sich eine überraschend günstig verlaufende Aufnahmefähigkeit des
Bleis für Al. Es gelingt auf diesem Wege leicht, innerhalb weniger Minuten bei Anwendung
mäßiger Legierungstemperaturen, beispielsweise 5oo°, zu Al-Gehalten von 0,2 °)n
und mehr zu kommen. Die physikalisch-chemische Erklärung für diese auffallende überraschende
Erscheinung kann darin erblickt werden, daß durch die im Augenblick des gleichzeitigen
Untertauchens eintretende Erwärmung dieser Metalle eine stark exotherm verlaufende
chemische Verbindung Al-Mg oder Al-Ca vor sich geht, durch deren Wirkung die Temperatur
der Bleilegierung örtlich so stark erhöht wird, daß hierdurch eine rasche und leichte
Aufnahme des Al durch das Bleibad erreicht wird.
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Es ergibt sich aus dem Vorhergesagten nunmehr eine Abänderung der
Legierungsgehalte des Patents 441 071 in folgendem Sinne, daß anzuwenden
sind: etwa o,6ö bis o,65 °1o Na, 0,75 bis i'/,Ca, o,2o bis o,25 °/o Mg, o,
i o °/o Al.
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Eine derartige Legierung hat die vorerwähnten hervorragenden Eigenschaften
hinsichtlich Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation und Festigkeit.
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Infolgedessen ist es bei der Herstellung und dem Vergießen dieser
Legierungen weder nötig, bestimmte Temperaturen genau einzuhalten, noch braucht
man Schutzdecken aus Holzkohle o. dgl. anzuwenden: Die Legierungen können längere
Zeit bei Gießtemperatur an der Luft stehengelassen werden, ohne daß eine Oxydation
eintritt. Sie lassen .sich beliebig oft ohne Änderung ihrer Eigenschaften umschmelzen
und sind selbst gegen Überhitzung unempfindlich.
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Auch können bei der Gießarbeit und bei den Werkstättenarbeiten entstehende
Abfälle gegebenenfalls nach Wiederherstellung der
richtigen Zusammensetzung
wieder eingeschmolzen werden.
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Zur Beeinflussung der Dünnflüssigkeit der Schmelze können geringe
Zusätze von Wismut oder Kupfer oder Zinn, etwa in der Größenordnung von o, i °i,
zugesetzt werden. Es sind an sich, ebenso wie im Hauptpatente, zahlreiche Calcium-Blei-Legierungen
vorgeschlagen worden, die Magnesium und Aluminium enthalten. Unter diesen ist auch
gelegentlich eine Legierung veröffentlicht oder bekannt geworden, deren Zusammensetzung
sich etwa im Rahmen der vorliegenden, unter Schutz gestellten Regel bewegt. Es ist
aber nirgends offenbart, daß die Enthaltung des Verhältnisses zwischen Calcium,
Aluminium, Magnesium nach einer bestimmten technischen Flegel zu einem für die Eigenschaften
der Legierung und ihr Verhalten, insbesondere auch in der Hitze entscheidend wichtigen
Resultat führt.