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Kupfer-Silicium-Zink-Legierung Kupfer-Silicium-Zink-Legierungen mit
einem Siliciumgehalt bis zu 4,5 % sind schön hergestellt worden, jedoch betrug
bei diesen Legierungen der Kupfergehalt bedeutend weniger als -8o % und lag bei
etwa 6o 0t0. Diese Legierungen sind infolge ihrer Sprödigkeit technisch nicht verwertbar,
da das Silicium in Form eines Sonderbestandteiles auftritt, welches infolge seiner
großen Härte die Legierung unbrauchbar macht.
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Ferner hat man Legierungen gefunden, die bei einem bedeutend höheren
Kupfergehalt von etwa 9o % nur 2 ,11, Silicium enthalten. Diese Legierungen sollen
technisch noch ver-. wertbar sein. Man hat also merkwürdigerweise Kupfer-Zink-Legierungen
mit niedrigem Kupfergehalt mit verhältnismäßig viel Silicium und Kupfer-Zink-Legierungen
mit hohem Kupfergehalt mit verhältnismäßig wenig Silicium legiert. Später ist dann
gefunden worden, daß auch bei hohem Kupfergehalt' ein höherer Siliciumgehalt zulässig
ist, und zwar soll der Siliciumgehalt und der jeweilige Zinkgehalt bei der betreffenden
Legierung in ungefähr gleichen Teilen vorhanden sein. Hierbei ist außer acht gelassen
worden, däß der Siliciumgehalt in einer Kupfer-Zink-Legierung niemals die höchste
Grenze von. 5 bis 6 0% übersteigen kann, wenn _ man nicht zu völlig unbrauchbaren
Legierungen gelangen will. Eine Vorschrift, nach der beispielsweise bei einer Legierung,
welche 83 % Küpfer enthält, der Rest aus 8' % Silicium und 9 0/0 Zink
bestehen soll, führt zu einer Legierung, die technisch überhaupt nicht verwendbar
ist. Kupfer-Silicium-Zink-Legierungen; mit gleichen Silicium- und Zinkgehalten sind
also nur bei einem Kupfergehalt von über 9o % brauchbar.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß gerade Legierungen mit einem Kupfergehalt
von über 8o bis 9o 0/0, bei denen der Zinkgehalt größer ist als der Siliciumgehalt,
welch letzterer über 2 0/0, aber weniger als 5 11, beträgt; besonders wertvolle
Eigenschaften ergeben. Während nämlich eine Kupfer-Silicium-Zink-Legierung mit 9o
% Kupfer, 5 % Silicium und 5 111, Zink nur eine Festigkeit von 28 kg/mm2 und eine
Dehnung von 9o % besitzt, erhält man bei Legierungen, bei denen der Zinkgehalt höher
ist als der Siliciumgehalt, wesentlich bessere Festigkeitswerte. So ergibt eine
Legierung mit etwa 85 °/o Kupfer, 4,5 % Silicium und io 0/0 Zink etwa 45 kg[mm2
bei einer Dehnung von etwa 15 0/0. Die Härte dieser in Sand gegossenen Legierung
betrug etwa 13o nach B r i n e 11. Bei weiterer Steigerung des Zinkgehaltes ergeben
sich Legierungen, die eine noch größere Festigkeit besitzen. Wählt man statt io
0/0 Zink einen Zinkgehalt von 14 0f0, einen Kupfergehalt von 8i-0/, bei einem Siliciumgehalt
von 4,5 0fo, so kommt man bei in Sand gegossenen Zerreißstäben zu einer Brinellhärte
von i 5o bis i 6o bei einer Festigkeit von etwa 5o kg/mm?. Die Dehnung dieser Legierung
ist allerdings zurückgegangen. Sie beträgt noch etwa 7 bis io %. Bei fallendem Siliciumgehalt
werden
größere Dehnungsziffern erzielt. Bei etwa 411, Silicium und 100/, Zink erhält man
eine Dehnung bis zu 30 °/o, welche noch weiter erhöht werden kann, wenn man in der
gleichen Legierung den Siliciumgehalt weiter ermäßigt. Die Festigkeit geht hierdurch
entsprechend zurück.
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Wie aus den vorstehenden Zahlenangaben, die aus einer- Fülle von vorhandenem
Material ausgewählt worden sind, hervorgeht, lassen sich bei geeigneter Kombination
des Silicium- und des Zinkgehaltes Legierungen herstellen, deren Eigenschaften hinsichtlich
Dehnung und Festigkeit in weiten Grenzen variabel sind.
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Durch weitere umfangreiche Untersuchungen ist festgestellt worden,
daß geringe Zusätze anderer Metalle zu dieser Legierung die Eigenschaften teils
günstig, teils ungünstig beeinflussen. Nicht schädlich ist ein Bleizusatz bis zu
i °/o, wie er beispielsweise durch Verwendung von nicht ganz reinem Zink für die
Legierung hineingeraten kann. Dasselbe gilt für das Eisen. Auch ein Eisengehalt
bis zu i °,1o beeinträchtigt die mechanischen Werte der Legierung nicht wesentlich.
Andere Zusätze, wie solche von Aluminium, Mangan, Kobalt, Nickel, Chrom, Zirkon,
Wolfram, Molybdän oder Titan und Zinn, allein oder in geeigneter Kombination, können
bezüglich mechanischer Festigkeit oder hinsichtlich der Verbesserung physikalischer
Werte die Legierung günstig beeinflussen. Besonders ein Gehalt von Zinn wirkt sich
insofern günstig auf die Legierungen aus, als er ihre Verwendbarkeit als Lagermetall
fördert. Durch den Zinnzusatz wird das Gefüge in der Weise verändert, wie man es
bei einem Lagermetall voraussetzt.
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Im Gegensatz zu den bekannten Kupfer-Zinn-Legierungen lassen sich
die Kupfer-Silicium-Zink-Legierungen gemäß der vorher angeführten Zusammensetzung
schmieden, walzen und pressen. Es können daher Schmiedestücke, Bleche, Stangen und
Rohre aus ihnen hergestellt werden. Die Festigkeit von gepreßten Stangen ist natürlich
erheblich größer als diejenige der in Sand gegossenen Legierung. So erhält man bei
einer Legierung mit 85 % Kupfer, 4,5 °f, Silicium und etwa io °/o Zink eine Festigkeit
von etwa 6o bis 65 kg/mm2, eine Dehnung von etwa 30-'/, und eine Härte von etwa
i4o nach Brinell. Durch nachträgliches Ziehen einer derartigen Stange kann man Festigkeiten
erhalten, die etwa 8o kg[mm2 betragen, wobei die Dehnung noch etwa 15 bis 2o111,
ergibt, Zahlen, wie sie bisher bei preßbaren Kupferlegierungen nicht erreicht worden
sind. Die Legierungen lassen sich außerdem gut in Sandformen vergießen und ergeben
ein vollkommen dichtes Gefüge. Diese Beobachtung macht man besonders dann, wenn
der Zinkgehalt in den Grenzen zwischen io und 15 °1p liegt. Bei niedrigem
und höherem Zinkgehalt wird das Gefüge mehr oder weniger porös. Wegen dieser guten
Gießbarkeit und den besonders guten mechanischen Werten, die bei den Legierungen
mit dem angegebenen Mischungsverhältnis beobachtet werden, lassen sie sich zur Herstellung
von Glocken gut verwenden. Der Ton einer solchen aus Kupfer-Silicium-Zink-Legierung
gegossenen Glocke hat die gleiche Höhe wie der einer Bronzeglocke, wobei die Resonanz
noch eine bessere ist.
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Außerdem stellen die Legierungen= ein gutes Material zur Herstellung
-von Kokillengußteilen und Spritzgußteilen dar, weil die Oberfläche derartiger Gußteile
infolge des Siliciumgehaltes besonders glatt wird und weil das Schwindmaß, verglichen
mit anderen hochkupferhaltigen Legierungen, verhältnismäßig gering ist.
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Die Legierungen lassen sich wegen der bekannten desoxydierenden Wirkung
des Siliciums gut schweißen, wobei die bearbeiteten Stellen vollkommen dicht sind.
Auch das Löten der Legierungen bietet im Gegensatz zu anderen Kupferlegierungen,
die Aluminium enthalten, keine Schwierigkeiten.