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Verfahren zur Herstellung von Silizium und Eisen enthaltenden Kupferlegierungen
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Kupferlegierungen. Ihr Zweck ist, Legierungen
von der Art der Bronze oder des Messings herzustellen, die bessere Eigenschaften
als bisher haben, so daß sie auch für solche Zwecke verwendbar sind, für die die
obengenannten Kupferlegierungen bisher in der Regel nicht in Betracht kommen.
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Die Herstellung der Kupferlegierungen gemäß der Erfindung besteht
darin, daß bei der Herstellung der Legierung eine Vorlegierung zugesetzt wird, die
aus Silizium, Gußeisen oder aus einer Mischung von Stahl und Gußeisen und Kupfer
durch Zusammenschmelzen hergestellt ist. Bei der Herstellung dieser Vorlegierung
kann sowohl Phosphor als auch Mangan mit zugesetzt werden. Der Eisenbestandteil
der Vorlegierung soll vorzugsweise perlitische Struktur besitzen; was man durch
vorheriges Zusammenschmelzen von Stahl und Gußeisen erzielen kann, wobei der verwendete
Stahl eines oder mehrere der Metalle Nickel, Chrom, Molybdän, Wolfram oder Vanadin
enthalten kann.
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Es war bekannt, Kupferlegierungen mittels Vorlegierungen herzustellen;
auch war bekannt, Eisen entweder als handelsübliches Ferrosilizium oder mittels
einer Vorlegierung einzuführen, und zwar wurden zu diesem Zweck Ferromangan-Kupfer-Ferrosilizium,
Nickel-Ferrosilizium und Kobalt-Ferrosilizium verwendet. Die Schmelztemperatur muß
dabei aber beträchtlich höher als die von Kupfer gehalten werden, so daß Überhitzungen
der Schmelze schwer zu vermeiden sind, wodurch das Vergießen erschwert wird und
poröse Legierungen mit ungleichmäßigen mechanischen Eigenschaften erhalten werden.
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Durch das Verfahren der Erfindung wird eine solche Überhitzung vermieden,
so daß die Legierungen sicht leicht vergießen lassen und die daraus hergestellten
Erzeugnisse gleichmäßige und gute mechanische Eigenschaften aufweisen.
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Bei Ausführung der Erfindung in ihrer bevorzugten Form wird die Vorlegierung
als besondere Legierung hergestellt, indem zunächst der Eisenbestandteil für die
Vorlegierung durch Zusammenschmelzen von Gußeisen und Stahl, der Nickel, Chrom,
Molybdän, Wolfram oder Vanadin enthalten kann, erzeugt wird. Man kann jedoch auch
von Gußeisen allein ausgehen. Sodann wird das Gußeisen oder die Stahl-Gußeisen-Legierung
geschmolzen und Phosphorkupfer zugesetzt. Zu der Schmelze gibt man dann Silizium
nach und nach in kleinen Mengen zu, bis der gesamte erforderliche Siliziumbetrag
in die Schmelze eingebracht ist, worauf- man dieser Schmelze gegebenenfalls noch
Ferromangan zusetzen kann. Zum Schluß n lischt man die erforderliche Menge Kupfer
zu. Die Schmelze, die alle gewünschten Bestandteile enthält, wird nun genügend hoch
erhitzt, um
sie in entsprechend flüssigen Zustand zu bringen oder,
wenn dies schon der Fall ist, sofort vergossen.
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Die Zusammensetzung dieser Vorlegierung schwankt je nach den besonderen
Eigenschaften, die der kupferhaltigen Endlegierung gegeben werden sollen; im allgemeinen
wird sie jedoch in einem etwa innerhalb der folgenden Grenzen liegenden Verhältnis
hergestellt:
| Gußeisen . . . . . . . . . . . . . . . io bis 30'1o, |
| Silizium ............... 1o - 70'10, |
| Mangan . . . . . . . . . . . . . . . o - 1504, |
| Phosphor .............. |
| Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . . Rest. |
Die beschriebene Vorlegierung kann beispielsweise zur Herstellung einer Kupferlegierung
dienen, die den Anforderungen an Geschützbronze entspricht, aber gleichzeitig bessere
mechanische Eigenschaften besitzt. Bei Verwendung der Vorlegierung zu diesem Zweck
wird der Zinngehalt einer normalen Geschützbronze von der ungefähren Zusammensetzung
65'1o Kupfer, io0jo Zinn und 2'1o Zink durch einen entsprechenden Teil einer in
der oben beschriebenen Weise hergestellten Vorlegierung ersetzt. Für diesen besonderen
Zweck wird eine Vorlegierung hergestellt, die folgende Zusammensetzung hat
| Gußeisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16'10 |
| Silizium .... .. 40°10 |
| Ferromangan (handelsübliche Qua- |
| lität mit etwa 5001o Mangan- |
| gehalt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7011, |
| Kupfer . . . . . . . . . . 31 O10, |
| Phosphorkupfer (Legierung von |
| etwa 85' /o Kupfer und i 5 °lo |
| Phosphor) . . . . . . . . . . . . . 6010. |
Die Endlegierung mit Hilfe der Vorlegierung wird in der gleichen Weise hergestellt,
wie es bei der Herstellung gewöhnlicher Bronze üblich ist, d. h; die Vorlegierung,
die z. B. aus Silizium, Kupfer und Gußeisen erschmolzen worden ist, wird mit Kupfer
oder einer Kupferlegierung zusammenlegiert. Bemerkt wird ausdrücklich, daß nicht
irgendeine prozentuale Zusammensetzung der Endlegierung als neu beansprucht wird,
sondern lediglich das vorbeschriebene Verfahren zur Herstellung.
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Für gewisse Zwecke ist es nicht notwendig, Zink zu verwenden; gegebenenfalls
kann jedoch das Zink oder ein großer Teil davon auch in der Vorlegierung enthalten
sein und weitere Mengen an Zink, die etwa erforderlich sind, um der Endlegierung
genau die gewünschte Zusammensetzung zu geben, können dem geschmolzenen Kupfer zugesetzt
werden. Die Vorlegierung kann dazu dienen, den Zinngehalt ganz oder teilweise zu
ersetzen, je nach den Anforderungen, denen die fertige Legierung entsprechen soll.
Die Vorlegierung kann auch in wechselnden Verhältnissen dazu benutzt werden, ganz
oder teilweise das Zink oder andere Metalle in Messing oder messingähnlichen Sonderlegierungen
zu ersetzen.
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Beispielsweise hat sich gezeigt, daß eine Legierung, die aus 88010
Kupfer, ioljo der erfindungsgemäßen Vorlegierung und 201o Zink hergestellt wurde,
sich ausgezeichnet vergießen ließ und sandgegossene Barren bei der Untersuchung
folgende mechanische Eigenschaften aufwiesen: Streckgrenze: etwa 18,7 kg/mm!,
Zugfestigkeit: etwa 34,0 kg/mm 2, Dehnung: etwa 12'1o, Brinellhärte: etwa
iio (bei Verwendung einer i o mm -kugel und 2000 kg Belastung).
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Die Legierung war außerdem preßbar; eine Probe eines gepreßten Stabes
zeigte folgende Eigenschaften:
| Streckgrenze: etwa 43,5 kg1mm2, |
| Zugfestigkeit: etwa 63,0 kg/mm2, |
| Dehnung: 22 '10. |
Die Legierung kann auch heiß geschmiedet werden, wodurch die mechanischen Eigenschaften
verändert und verbessert werden. Im folgenden werden zwei typische Beispiele für
die Eigenschaften solcher geschmiedeten Legierung gegeben.
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i. Heiß geschmiedet und bei Rotglut fertig geschmiedet
| Streckgrenze: etwa 28,o kgjmm2, |
| Zugfestigkeit: etwa 50,o kg/MM" |
| Dehnung: etwa 52%. |
2. Heiß geschmiedet und- bei ungefähr 400° C fertig geschmiedet:
| Streckgrenze: etwa 57,0 kglmm2, |
| Zugfestigkeit: etwa 65,o kglmm2, |
| Dehnung;: etwa 17'/o. |
| Dichte |
| Gegossen: 8,45, |
| Heiß geschmiedet von 7,5 cm .O' rund auf |
| 2,5 EI: 8,44. |
Es hat sich ferner gezeigt, daß -die Eigenschaften der nach dem Verfahren gemäß
der Erfindung hergestellten Legierungen durch Wärmebehandlung verbessert werden
können, indem man sie auf eine Temperatur zwischen 80o° und der Temperatur des beginnenden
Schmelzens erhitzt und hierauf - beispielsweise durch Eintauchen in Wasser oder
01-abschreckt. Gußblöcke aus der zum Ersatz für Geschützbronze dienenden Legierung
zeigten z. B. nach einstündigem Erhitzen auf goo°
und Abschrecken
in Wasser eine Zugfestigkeit von etwa 39,0 kg/mm2 und eine Dehnung von
2801,
Die Wärmebehandlung kann auch so erfolgen, daß die Legierungen in der
beschriebenen Weise von einer Temperatur zwischen 8oo° und der Schmelztemperatur
abgeschreckt und darauf nochmals auf eine Temperatur von nicht über q.50° erhitzt
werden.
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Für gewöhnlich empfiehlt sich eine Vorlegierung, die aus io bis 30°/o
Gußeisen, io bis 7o1,/0 Silizium und als Rest Kupfer hergestellt ist; empfehlenswert
ist auch eine Vorlegierung, die aus io bis 30°/o Stahl und Gußeisen, io bis 70°,o
Silizium, o bis ioojo Phosphor und als Rest Kupfer zusammengeschmolzen ist.