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Herstellung von Gegenständen aus vergütbaren eisenhaltigen Kupferlegierungen
Es ist bekannt, daß sich Legierungen von Kupfer mit gewissen Mengen Eisen durch
Abschrecken und Anlassen vergüten lassen, so daß beträchtliche Steigerungen der
Härte und Festigkeit erzielt werden können.
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Bei Wiederholung dieser Versuche hat sich gezeigt, daß die Vergütungswirkung
nicht mit Sicherheit in allen Fällen erreichbar ist und manchmal sogar ganz ausbleibt.
Besonders bei größeren Gußeinheiten, um die es sich in der Praxis stets handeln
wird> schwanken die Ergebnisse sehr stark, so daß die praktische Anwendung dieses
bekannten Verfahrens in Frage gestellt ist.
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Die Erfindung gibt nun ein einfach anwendbares Mittel, um die Sicherheit
zu gewährleisten, die bei der technischen Benutzung des Vergütungsverfahrens erforderlich
ist. Dieses Mittel besteht darin, daß Eisen-Kupfer-Legierungen verwendet werden,
denen eine solche Menge Phosphor zugesetzt ist, daß der Gehalt an Phosphor höher
ist als der zur Bildung von Eisenphosphid (Fese) erforderliche.
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Die Erfindung beruht auf der neuen Feststellung, daß ein solcher-
Phosphorzusatz nicht nur die bekannte desoxydierende Wirkung hat, sondern auch die
Vergütbarkeit des Produktes in wesentlicher Weise beeinflußt.. Die dem jeweiligen
Eisengehalt entsprechende Vergütbarkeit wird stets mit -vollkommener Sicherheit
erzielt, so daß die Verbesserung des Ausgangsmaterials jederzeit wiederholbar ist.
Die Einführung des Phosphors kann -in beliebiger geeigneter Weise geschehen, zweckmäßig-
erfolgt sie derart, daß vor Zusatz des Eisens oder einer Eisen-Kupfer-Legierung
zu dem geschmolzenen Kupfer eine geeignete Menge Phosphorkupfer zugesetzt wird,
so daß der obigen Vorschrift entsprochen wird. Die Menge des Zusatzes muß so gewählt
werden, daß etwas mehr Phosphor eingeführt wird, als zur Erreichung des gewünschten
Phosphorgehaltes des. Produkts erforderlich ist, da ein Teil des Phosphors als Desoxydationsmittel
verbraucht wird. Die Menge des im Endprodukt enthaltenen Eisens und daher auch des
Phosphors braucht an sich nur gering zu sein; die Phosphormenge kann beispielsweise
bis zu etwa 10/, betragen. Das erhaltene Produkt läßt sich in der Weise vergüten,
daß die Legierungen bei Temperaturen
von etwa goo° C geglüht, dann
abgeschreckt und -' darauf-bei Temperaturen zwischen 5oo und 6oo° C angelassen werden.
Die Zeitdauer des Anlasseis wechselt etwas nach der Größe der Arbeitsstücke, sie
beträgt in der Regel etwa eine Stunde.
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Abgesehen von der Sicherung des Vergütungserfolges und der bekannten
Verbesserung der Gießbarkeit des Kupfers durch Anwesenheit von Phosphor hat der
Phosphorzusatz in dem angegebenen Verhältnis zu Eisen noch weitere erhebliche Vorteile.
Während für die erwähnte bekannte Arbeitsweise, die überhaupt keinen Phosphorzusatz
vorsieht, zur Erreichung möglichst hoher Vergütungswirkungen ein Zusatz von etwa
1,7 010 Eisen erforderlich ist, kann bei gleichzeitiger Anwesenheit von Phosphor
in dem angegebenen Mengenverhältnis zu Eisen der Eisengehalt erheblich herabgedrückt
werden. Es hat sich beispielsweise eine Verminderung des Eisengehalts bis auf etwa
o,5 % Eisen als möglich erwiesen, wenn gleichzeitig o,25 0% Phosphor in der
Legierung vorhanden sind. Auch durch diese Verminderung des Eisengehalts wird das
Vergießen der Legierung erheblich erleichtert.
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Ferner hat die bekannte Arbeitsweise ohne Phosphorzusatz den Nachteil,
daß man zur Erreichung der höchsten Vergütungswirkung Abschrecktemperaturen von
iooo° C anwenden muß. Eine solche Temperatur ist für Kupferlegierungen sehr schlecht
anwendbar, da Kupfer selbst schon bei 1o83° C schmilzt und der Schmelzpunkt von
Legierungen der hier vorliegenden Art noch etwas niedriger ist. Bei der Verwendung
eisenhaltiger Legierungen mit einem Phosphorgehalt gemäß der Erfindung genügen,
wie erwähnt, schon Temperaturen von goo° C als günstigste Abschrecktemperatur.
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Der Phosphor hat außerdem eine kornverfeinernde Wirkung, so daß bei
gleicher Abschrecktemperatur die phosphorhältige Legierung feinkörniger ist als
die phosphorfreie. Diese Wirkung wird durch die Möglichkeit der Herabsetzung der
Abschreektemperatur noch gefördert, da eine 'Steigerung der Temperatur die Gefahr
des Entstehens einer groben Körnung steigert.
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Endlich besteht ein wesentlicher Vorteil der Verwendung phosphorhaltiger
Kupfer-Eisen-Legierungen gegenüber der Verwendung phosphorfreier darin, daß der
bei den hohen Abschrecktemperaturen in erheblichem Maße gebildete Zunder beim Abschrecken
der phosphärhaltigen Legierung vollkommen abspringt, während er bei den phosphorfreien
Legierungen auch beim Abschrecken sehr fest an der Legierung haften bleibt.
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Gegebenenfalls können gemäß der Erfindung auch solche Legierungen
verwendet werden, die noch andere übliche Zusätze, wie Nickel, Mangan u. dgl., enthalten.
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Bei bekannten Versuchen, eisenhaltiges Kupfer durch anwesende Metall-Metalloid-Verbindungen
für eine thermische Vergütung geeignet zu machen, hatte man auch in Betracht gezogen,
Phosphor in solcher Menge zu verwenden, wie sie zur Bindung des Eisens als Eisenphosphid
(Fes P) erforderlich ist. Man stellte dabei fest, daß der geringe Unterschied, um
den die Verwandtschaft des Phosphors zu anderen Metallen größer als zu Kupfer ist,
nicht genügt, um den angestrebten Zweck in nennenswertem Maße zu erreichen.
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Jene Untersuchung läßt also in keiner Weise erkennen, daß Phosphor
ein geeigneter Zusatz ist, um ein eisenhaltiges Kupfer vergütbar zu machen, sondern
der Sachverständige muß im Gegenteil daraus schließen, daß der Phosphor zu diesem
Zweck ungeeignet ist.
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Nun erfordert die Bildung von Eisenphosphid Fese rund ein Verhältnis
von 31 Teilen Phosphor auf 168 Teile Eisen. Daraus ergibt sich P : Fe - i : 5,q..
Wählt man den Gehalt in dieser Höhe, so ergibt sich, daß tatsächlich keine nennenswerte
Wirkung hinsichtlich der Vergütbarkait der Legierung erzielt wird; denn wenn man
das Verhältnis von Eisen und Phosphor so bemißt, daß es in der erhaltenen Legierung
der Formel Fes P entspricht, so ist nach der thermischen Behandlung eine Steigerung
der Festigkeit nicht wahrzunehmen. Die Festigkeit bleibt bei etwa 21 kgfqmm, erhebt
sich also nicht über die Festigkeit normalen weichgeglühten Kup-. fers. Bei der
Härte ist eine geringe Steigerung festzustellen. Die Brinellhärte beträgt nach der
thermischen Behandlung etwa 54 bis 55, während sie bei normalem weichgeglühtem Kupfer
etwa 5o ist. Verändert man das Verhältnis Eisen : Phosphor derart, daß die Phosphormenge
langsam gesteigert wird, so erhält man nach der thermischen Behandlung Erhöhungen
sowohl in der Festigkeit als auch in der Brinellhärte. Steigert man das Verhältnis
Phosphor : Eisen so weit, bis es in der erhaltenen Legierung den oben angegebenen
Verhältniswert P : Fe := i : 2 erreicht, so tritt eine Festigkeitssteigerung um
etwa 35 % ein, d. h. die Festigkeit geht beim Vergüten auf 28 kg/qmm herauf. Man
erhält ferner nach dem Vergüten eine Härte, die mit etwa 72 um etwa 40 °/o höher
liegt als die von normalem Kupfer. Diese unter Innehaltung des ungefähren Verhältnisses
P : Fe i : 2 erhaltenen Werte ergaben-sich sogar schon bei einem niedrigeren" Prozentgehalt
von Phosphor und Eisen, als er oben als hauptsächliches Beispiel angegeben ist.