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Kupferlegierung zur Herstellung von Behältern für verflüssigte Gase
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Kupferlegierungen für Behälter
für verflüssigte Gase mit tiefliegendem Siedepunkt, beispielsweise flüssige Luft
oder Sauerstoff.
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Die zur Verwendung gelangenden Legierungen zeichnen sich dadurch aus,
daß sie große Festigkeit und Dehnbarkeit besitzen, und bei Tieftemperaturen von
- i 5o° C keine Kerbbrüchigkeit und innere Spannungen auftreten.
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Bisher sind im allgemeinen zwei Arten von Stoffen verwendet worden,
nämlich Stahl und Kupfer. Der Nachteil in der Verwendung des Stahls besteht darin,
daß derselbe, wenn er längere Zeit Tieftemperaturen von weniger als - 5o° ausgesetzt
ist, außerordentlich spröde wird. Wenn in den Gegenständen infolge der Herstellungsverhältnisse
Spannungen entstanden sind, können infolge der Abkühlung des Gegenstandes durch
die Temperatur des flüssigen Sauerstoffes weitere Spannungen auftreten, die genügen,
um ein Versagen des spröde gemachten Stahls zu verursachen. Aus diesem Grunde sind
die Apparate bei ihrer Herstellung in der sorgfältigsten Weise vergütet worden,
aber selbst wenn derartige Vergütungen geschehen und alle aufgespeicherten Spannungen
entfernt sind, wird der Stahl infolge seiner außerordentlich großen Sprödigkeit
gegen bei Tieftemperaturen erfolgende Schläge und Erschütterungen sehr empfindlich
sein. . Kupfer hat den Vorteil, daß es bei den in der Handhabung von verflüssigten
Gasen der angedeuteten Art auftretenden Tieftemperaturen dehnbar bleibt. Kupfer
hat jedoch insofern ernste Nachteile, als es, sofern es frei von Spannungen ist,
praktisch keine plastisch freie Elastizität besitzt und nach verschiedenen Beanspruchungen
nicht vollkommen die frühere Gestalt wieder annimmt. Es dehnt sich allmählich, begleitet
von einer entsprechenden Querschnittsverminderung: Wo somit ein Kupferbehälter oder
anderer Gegenstand derartigerZusammensetzung deformiert wird, kann ein Versagen
desselben eintreten, wenn er wieder unter Druck gesetzt wird, den er im Zustand
der Neuheit mit Sicherheit hätte aushalten können.
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Zwecks Vermeidung der vorgenannten, bei Kupfer auftretenden Mängel
werden gemäß der Erfindung Kupferlegierungen verwendet, die aus i bis Aa Silicium,
0,3 bis A, Mangan, Rest Kupfer bestehen.
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Gemäß der Erfindung erhält man eine Legierung bei der die Widerstandsfähigkeit
vergrößert wird, und zwar insbesondere mit Bezug auf Dehnbarkeit und Ausschaltung
der thermischen Spannungen, wenn die Legierung auf die Temperatur des flüssigen
Sauerstoffs abgekühlt worden ist.
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Der gemäß .der vorliegenden Erfindung verwendete Hauptbestandteil
,der Legierung besteht aus Kupfer, das durch die ganze Reihe der Betriebstemperaturen
hindurch, beispielsweise
von ioo° C abwärts bis und einschließlich
der Temperatur der verflüssigten Gase mit tiefliegendem Siedepunkt die große Dehnbarkeit
beibehält.
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Als zweiter Bestandteil wird ein metallisches Element verwandt, das
mit dem erstgenannten eine feste Lösung bildet. Ein geeigneter Bestandteil dieser
Art ist Silicium, das dazu neigt, Verbindungen mit einem im nachfolgenden beschriebenen
dritten Metallanteil zu bilden, wenn es in verhältnismäßig kleinen Mengen verwendet
wird. -Der dritte Bestandteil für eine Metallverbindung gemäß-der vorliegenden Erfindung
ist von der Art, daß er durch die metallische Masse hindurch verteilt bleibt. Als
geeigneter Bestandteil hierfür hat sich das Mangan, in verhältnismäßig kleinen Mengen
von etwa o,3 bis 30/0 Gewichtsmenge der. Gesamtmasse genommen, erwiesen.
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Besonders bewährt hat sich eine Legierung, die aus
| Kupfer .......... 960/0, |
| Silicium ......... 3010, |
| Mangan ......... 10/0 |
besteht.
Versuche, die mit einer Legierung von der Zusammensetzung nach obigem Beispiel nach
der Schlagprobe angestellt worden sind, zeigen Werte bei Raumtemperatur von 8,o2
bis 8,85 m/kg, während bei Tieftemperatur von - i83° Werte von 9,68 bis 1o;78 In/kg
erzielt werden. .Ähnliche, mit Stahl von der vorgenannten Zusammensetzung vorgenommene
Versuche zeigen Schlagprobewerte von 4,84bis 5,33 m/kg bei Raumtemperatur, während
bei --18-3° der Stahl o-Werte ergab und leicht zerbrach.
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Neben hohen Schlagprobeversuchswerten besitzt eine Legierung nach
obigem Beispiel außerdem die gewünschten Eigenschaften von großer Dehnbarkeit und
Verarbeitungsfähigkeit und Zähigkeit der Schweißnaht und im Vergleich zu Kupfer
mit verhältnismäßig geringer Wärmeleitfähigkeit.
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Aus .dem Vorstehenden geht hervor; daß den Maßstab zur Beurteilung
der Widerstandsfähigkeit die Zerreißversuche liefern,
als auch bei den Temperaturen ermittelt wird, denen sie im Gebrauch ausgesetzt werden.
Die Stelle, bei der die Probe nachgibt, wird in ähnlicher Weise zusammen mit der
Ausdehnung und der Ouerschnittsverminderung festgestellt.
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Wenn die normale Probe einer Legierung von der im Beispiel genannten
Zusammensetzung mit Stahl verglichen wird, der die Zusammensetzunz hat:
| Kohlenstoff ..... 0,4o0/0, |
| Mangan . . . . . . . . o,680)0, |
| Kieselsäure ..... o,281/" |
| Phosphor ...... o,oi 0/0, |
| Schwefel ....... 0,30'/", |
Rest Eisen, so erhält man typische Werte dieser Versuche, die vergleichsweise in
der nachfolgenden Tabelle enthalten sind: und daß die Dehnbarkeit, die ein Beweis
für die Abwesenheit innerer Spannungen bei Tieftemperaturen ist, den bei solchen
Temperaturen erzielten Schlagprobewert darstellt. 1o° Somit ergibt sich aus dem
Vorhergehenden, daß die hier vorgeschlagene Legierung zur Herstellung von Apparaten,
.die Beanspruchungen und sehr tiefen Temperaturen, wie denjenigen verflüssigter
Luft oder Sauerstoff 1o5 ausgesetzt werden, geeignet ist und frei von inneren Spannungen
bleibt.