-
Verfahren zum Einbringen von Mangan und Eisen in Kupfer oder Messing
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von hochwertigen Sondermessingen
nach einem neuen Verfahren, welches den Umweg über Vorlegierungen teilweise oder
ganz vermeidet und dabei die Zusatzstoffe in größter Reinheit der Grundlegierung
zuführt.
-
Das Neue besteht darin, daß die Bildungswärme der chemischen Kristalle
A1Cu3, A1Cu und AI., Cu sowie die Reduktionswärme zum Einlegieren der schwer schmelzbaren
Stoffe Fe, Mn usw. ausgenutzt wird, wodurch auf einen Arbeitsgang, höchstens zwei
Arbeitsgänge, eine vollkommen homogene Legierung von höchstem Reinheitsgrad erzielt
wird. Weiter wird durch den hohen Reinheitsgrad der Zusatzstoffe das Material außerordentlich
stark beeinflußt, so daß schon Zusätze von o,o5 bis o,5 0/,genügen, um Festigkeitswerte
zu erreichen, welche Sondermessingen mit Zusätzen bis zu 7,5 °/o unter Verwendung
von aluminothermisch erzeugten Rohstoffen nicht nachstehen.
-
Nach den Autoren Dr. W. Claus in »Die Betriebspraxis der Eisen-, Stahl-
und Metallgießerei« Heft q. und Ernst A. Schott »Die Metallgießerei« ist bekannt,
daß nur diejenigen Sondermessinge (nach Dr. W. Claus, S. 92) hohe Festigkeitswerte
erreichen, welche aus den reinsten Rohstoffen erzeugt werden. Nun haben aber, insbesondere
das kohlefreie Eisen und Mangan, die Eigenschaft, sehr hohe Schmelzpunkte zu besitzen
(Eisen mit 2,5 % C Schmelzpunkt iioo Grad, kohlefreies Eisen Schmelzpunkt 152o Grad).
Dieser Umstand bedingt, da die Kupfer- oder Kupferzinkschmelzen nicht allzusehr
erhitzt werden dürfen, wenn sie nicht durch die Gase Sauerstoff und Schwefeldioxyd
Schaden erleiden sollen, daß eine Reihe von Vorlegierungen erzeugt werden müssen,
-in welchen sich die Stoffe Eisen und Mangan langsam lösen, ohne daß ihr Schmelzpunkt
erreicht wird. Um aber wiederum eine vollständige Lösung zu erreichen, ist ein länger
anhaltendes Erhitzen des Bades nötig, da die Lösung nur langsam vor sich geht. Dieses
Schmelzverfahren verteuert aber nicht unerheblich die Herstellung infolge der Arbeitsgänge
und der aufzubringenden Wärmemengen.
-
Das neue Verfahren arbeitet nun so, daß auf eine normal erhitzte Kupfer-
oder Kupferzinkschmelze, welche mit einer Natriumschlacke (NaOH, NaF, Kryolith usw.)
abgedeckt sein muß, zuerst ein Gemisch MnO., -f- Aluminiumspäne -1- eine geringe
Menge &agnesiumspäne gebracht wird. Durch das Mg wird das Aluminium entzündet
und verbrennt zu A1.,03, wobei das Aluminium dem MnO, den Sauerstoff entzieht,wodurch
wiederum sehr reines Mangan, nur durch Spuren von Aluminium verunreinigt, frei wird
und mit einer Temperatur von etwa 30oo Grad in das darunterliegende Bad in Form
von Kügelchen sinkt. Infolge der hohen Temperatur des Mangans löst sich dasselbe
sofort in der Kupfer- oder Kupferzinkschmelze auf, nachdem die Metallkügelchen vorerst
infolge ihrer Schwere die Natriumschlackendecke durchwandern, wodurch das feine,
die Kügelchen umgebende A1,03 Häutchen, das sonst das Zusammenschmelzen erschweren,
wenn nicht ganz
verhindern würde, gelöst wird. Als nächster Faktor
kommt nun ein Gemisch von FeO oder Fe2O3 usw. + Aluminiumspäne -j- Magnesiumspäne
auf das Bad. Es wiederholt sich nun der Vorgang wie unter MnO" nur daß hier das
Eisen in das Bad hinabsinkt. Da nun das Kupfer spezifisch schwerer ist als das Eisen
oder Mangan, schwimmen evtl. nicht gelöste Kügelchen auf dem Bad bzw. halten sich
im oberen Teil desselben auf. Durch die hohe Temperatur bei der Reduktion wird der
obere Teil des Bades erhitzt, gleichzeitig aber durch die Tonerde und Natriumschlacke
vor Oxydation geschützt, wodurch die verbleibenden Metallteilchen sofort gelöst
werden. Der Zusatz von Aluminium erfolgt nach der Reduktion, denn dadurch entsteht
nochmals Wärme. und wird durch diese eine homogene Legierung gewährleistet. Dieses
Verfahren bietet obendrein noch den Vorteil; daß immer eine gleichmäßig zusammengesetzte
Legierung erzeugt wird, da man die Mangan- und Eisenmengen vorher genau stöchiometrisch
berechnen kann und der Abbrand gleich null wird, da das reduzierte Metall mit der
Luft nicht in Berührung kommt. Durch diese Arbeitsmethode wird an Wärmemengen sehr
gespart, und man kommt bei Schmelzmengen bis zu iooo kg ohne Vorlegierung aus. Bei
großen Mengen wird die auf dem- Bad- -entstehende AI203=Schicht, die ` man bei kleinen
Gefäßen leicht und öfter entfernen kann, evtl. zu stark. Daher empfiehlt sich bei
größeren Mengen der Bequemlichkeit halber die Anwendung einer Vorlegierung oder
besser das gleichzeitige Legieren neben der Hauptschmelze eines Kupferbades öder
Kupferzinkbades mit Mangan, Eisen, Aluminium usw. nach oben beschriebenem Verfahren,
welches dem Hauptbad entweder fest oder flüssig zugefügt wird. Das noch ungebundene
A1,03 wird mit Hilfe von NaOH oder NaF restlos abgebunden und entfernt.
-
An Hand von Untersuchungen konnte festgestellt werden, daß das auf
die oben beschriebene Art und Weise hergestellte Sondermessing bei einer Zusammensetzung
von 59% Cu, 0,1% Al, 0,09°/o Fe; 0,0q.0/, Mn und 4o,770/0 Zn eine Zerreißfestigkeit
von 43 kg/xnm2, q.10/0 Dehnung und 107 kg/mm2 Härte besitzt (Prüfung der
Techn. Hochschule, Charlottenburg). Nach E. A. Schott, S. 204 und 2,05, haben nach
dem bekannten Verfahren hergestellte Sondermessinge mit einer Zusammensetzung von
56445% Cu, 40% Zn, 0,3050% Al, 1,990% Ni und 1,260% Fe 45 kg/mm2 Zerreißfestigkeit
bei 3o0/, Dehnung. Hieraus ergibt sich, daß nach dem neuen Verfahren hergestellte
Legierungen bei nahezu gleicher Festigkeit gegenüber dem bekannten Verfahren bedeutend
geringere Zusätze benötigen.