DE678582C - Feuerbuechsen und Stehbolzen aus verguetbaren Kupferlegierungen - Google Patents

Description

• Feuerbüchsen und Stehbolzen aus vergütbaren Kupferlegierungen Die immer höheren Leistungen der Lokomotiven lassen auch die Ansprüche an die für die Herstellung kupferner Feuerbüchsen und Stehbolzen gebrauchten Werkstoffe steigen. Insbesondere .hat sich gezeigt, daß die Dichtung zwischen Stehbolzen und Feu.erbüchsseitenwand einerseits, andererseits auch die Dichtung zwischen Rauchrohren und Rohrfeld bei den im Betrieb auftretenden Temperaturen herabgesetzt wird. Diese Temperaturen betragen im al.l:gemeinen 3oo bis 35o°, können jedoch auch in ,Ausnahmefällen wenigstens kurzfristig bis auf 4o63 steigen.
• Zur Verbesserung der bisherigen Werkstoffe ist bereits vorgeschlagen worden, härtende Elemente dem Kupfer zuzusetzen, um einer plastischen Verformung infolge der Beapspruchung in der Wärme entgegenzuarbeiten. Man hat mit diesen Zusätzen auch erreicht, daß früher vorhandene Undichtigkeiten, insbesondere zwischen Stehbolzen und Seitenwand, verschwanden. Man hat jedoch andererseits dabei die Beobachtung gemacht, daß die -durch den Zusatz der Legierungselemente gleichzeitig gesteigerte Härte wächst, so daß gelergentlich der Widerstand gegen Dauerbeanspruchung nicht mehr ausreichte. Insbesondere zeigten sich z. B. bei Verwendung so :gehärteter Baustoffe im Rohrfeld Risse in den Verbindungsstegen zwischen den Rohren. Dies gilt z. B., wenn man die als vergütbar bekannten Kupferlegierungen mit Nickel- und Sildciumgehalten verwendet. Hier setzt eine erhebliche Vergütbarkeit Bekannterweise bei Gehalten von mehr als 1,25 % N ickelsilicid ein, doch hat diese eine recht erhebliche Steigerung der Härte zur Folge, und der Versuch, diese Legierung z. B in den Rohrfeldern zu verwenden, hat sich praktisch nicht bewährt. Bei anderen Legierungen mußte man die Beobachtung machen, .daß die .durch Kaltrekkung z. B. beim Einwalzen der Rauchrohre erhöhte Härte bei den im Betrieb "herrschenden Temperaturen so schnell wieder zurückging, daß praktischl@ein nennenswerter Vorteil blieb. Dies gilt z. B. für die in der »Metallwirt- Schaft« 1931, S. 659, bzw. in der »Zeitschrift für Metallkunde« 1931, S. 5, für Feuerbüchsen vorgeschlagenen Werkstoffe.
• Gegenstand ,der Erfindung ist nun ein Feuerbüchswerkstoff, mit dem sich einige der gelegentlich beobachteten Undichti.gkeiten. bzw. Risse vermeiden lassen. Der Erfindungsgedanke liegt,dabei darin, für die Feuerbüchsen eine Kupferlegierung zu verwenden, der zwar vergütende Bestandteile zugesetzt sind, bei der jedoch die Menge dieser vergütenden Bestandteile außerordentlich gering gehalten wird, und zwar so gering, daß eine Vergütbarke:it im weichen, d. i. geglühten oder abgeschreckten Zustand bei den obenerwähnten, in der Feuerbüchse vorkommenden Betriebstemperaturen nicht oder fast nicht eintritt. Andererseits wird aber -durch den Zusatz dieser Komponenten bewirkt und ihr,. Bemessung so gewählt, daß im kalt gereckten, d. h. gewalzten oder aufge@dornten Zustand die Erweichungste.mperatur so weit heraufgesetzt ist bzw. durch Vergütbarkeit so weit überlagert wird, daß die Härte beiden genannten Betriebstemperaturen im wesentlichen erhalten bleibt, während Dehnung und Kontraktion die bei Verwendung von Kupfer für Feuerbüchsen vorgeschriebenen Zahlen möglichst nicht unterschreiten.
• Man erreicht hierdurch als Vorteil, daß der verwendete Werkstoff im allgemeinen keine allzu hohe Härte erhält, dagegen aber in den Gewindeflanken der Stehbolzengewinde oder in den Lochwandungen der Rauchrohre die Härte besitzt, die eine erhöhte Dichtigkeit erlaubt.
• Es ,ist an sich bekannt, daß Vergütungen, bei .denen- eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch Glühen, Abschrecken und Anlassen erzielt wird, auf Grund einer beschränkten Löslichkeit von Zusatzmetallen im Grundmetall möglich werden. Eines der bekanntesten Zusatzelemente für die Erzielung von solchen Vergütungserscheinungen ist das Silicium, und zwar vorzugsweise in Verbindung mit einem Metall, welches damit eine Verbindung bildet, wie Nickel oder Eisen. Die übliche untere Grenze für den Zusatz von Nickelsilicid war bisher etwa 1,25 o/, Nickelsilicid. Im allgemeinen ging man jedoch auf einen Gehalt an Nickel plus Silicium von etwa 3 0/0, um wirklich merkbare Vergütungserscheinungen zu erzielen.
• Vorliegende Erfindung-beruht nun, wie gesagt, darin, den Zusatz von härtenden Elementen bei der Herstellung von Feuerbüchsen und Stehbolzen in solcher Menge zu geben, daß er unter der üblicherweise als untere Grenze für nennenswerte Vergütungserscheinungen angesehenen liegt. Die hier in Betracht kommenden Legierungen sollen daher vorzugsweise einen Nickelgehalt etwa von unter i °/o und einen Silieiumgehalt etwa von unter o,5 % haben.
• Ein Beispiel soll die Erfindung erläutern. Eine Legierung mit 0,5'/, Nickel und 0,25'/, Silicium hat im weichen Zustand eine Härte v Ort etwa 40. Auch nach einem 67stündigen Tempern auf 400 ° wurde die Härte nicht erhöht. DieLe :ierungenhaben jedochdieE,igenschaft, daß sie durch Kaltverformung, also im gereckten, gewalzten, gestauchten oder gezogenen Zustand, eine Erhöhung der Härte erfahren und bei darauffolgendem Glühen auf 3oo bis 400' die durch die Kaltverformung erhöhte Härte beibehalten. Die Erweichungstemperatur, die bei Kupfer bei etwa 22o° liegt und im allgemeinen nur durch eine größere Menge Legierungsbestandteile heraufgedrückt werden kann, erfährt eine wesentliche Erhrihung durch verhältni.smäßig geringe Zusätze der gekennzeichneten Gruppe von Legierungszusätzen. Die Eigenart, die den Legierungen für vorliegende ?.wecke zukommt, ist also die Härtebeständigkeit in kalt gerecktem Zustand. Die Kaltverformung tritt in den Gewindeköpfen und im Muttergewinde der Feuerbüchse durch das Aufdornen des Stehbolzens ein. Die oben angeführte Legierung von o,5 % Nickel und o,25 °/o Silicium hat im hart gewalzten Zustand folgende Festi,gleitszahlen: Festigkeit 41,6 kg/mm=, Dehnung 6,3 °%, Härte 117. Nach 3stündigem Erhitzen auf -loo° sind die Zahlen wie folgt Festigkeit 41,9 kg/mm=, Dehnung io,oo,o, Härte 118. Bei weiterem 2ostündigen Erhitzen auf die genannte Temperatur hat sich die Härte nur unwesentlich verändert. Dahei werden die übrigen Eigenschaften, -die von einem Stehbolzen- und Feuerbüchswerkstoff verlangt werden, nämlich hohe Dehnung und Kontraktion, .ebenfalls gewährleistet. Die genannte Legierung hat im weichen Zustand folgende Festigkeitszahlen: Festigkeit 25,3 k,-/mm', Dehnung 46,o l/", Kontraktion 83,0 °/o, Härte 40,o. Auch die höhere Legierungsstufe mit 0,71/" Nickel und 0,35'/o Silicium zeigt bemerkenswerte und brauchbare Festigkeitswerte. An Stelle,des Nickels können naturgemäß auch andere Metalle treten, .die mit Silicium die Eigenschaft zeigen, zu härten, wie z. B. Eisen.
• Es ist im vorliegenden Fall unwesentlich, in welchem Verhältnis Nickel zu Silicium steht. Es kann das Silicium in gewissen Fällen den Gehalt an Nickel erreichen und sogar überschreiten-. Zweckmäßig ist es jedoch, mit dem Sillciumgehalt nicht so hoch zu gehen, da ein zu hoher Sdliciumgebalt leicht Bolzenbrüche verursachen kann. In geringen Mengen können zu .den gekennzeichneten Legierungen auch noch andere Legierungsbestandteile, wie sie für Kupfer bekannt sind, hinzutreten, z. B. besonders Mangan. Die Eigenschaften, die den Werkstoffen finit hoher Erweichungstemperatur und geringer Härtbarkeit im weichen Zustand bei Verwendung zu Feuerbüchsen und-Stehbblzen zukommen"sirnd zusammengefaßt folgernde: Ihre Härte .geht bei den im Lokomotivbetrieb vorkommenden Temperaturerhöhungen nicht wie beim Kupfer zurück, sondern bleibt unverändert bestehen. Dies ist außerordentlich wertvoll. Es kann dadurch eine Überbeanspruchung in :den Gewinden und dainit eine bleibende Verformung 2n den Gewindeflanken nicht mehr auftreten.
• Sie weisen eine hohe Dehnung, beispielsweise von 4.o °%, eine gute Kontraktion und große Widerstandsfähigkeit geben Dauerbeanspruchungen auf.
• Die genannten für die Haltbarkeit der Feuerbüchse maßgebenden Eigenschaften werden .auch bei längerer Betriebszeit, also beliebig oft wiederholter Erwärmung und Erkaltung, nicht oder nur in sehr geringem Maße beeinflußt. Die Haltbark°it dieser Werkstoffe ist infolgedessen trotz ihrer größeren Härte eine größere als,die :des besten für diese Zwecke heute verwendeten Kupfers.
• Wichtig ist ferner, daß diese Baustoffe unter der Einwirkung der Feuergase wenig oxydieren und daß sie durch diese weniger angegriffen werden als das seither verwendete Kupfer.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Feuerbüchsen und Stehbolzen aus vergütbaren Kupferlegierungen, .dadurch gekennzeichnet, daß sie ,aus Kupferlegierungen hergestellt sind, bei denen die härtenden Bestandteile derart bemessen sind, daß im weichen, d. i. geglühten oder abgeschreckten Zustand eine Härtezunahme bei Temperaturen bis zu etwa 400' nicht oder fast nicht eintritt und daß nur im kalt gereckten, d. i. gewalzten oder aufgedornten Zustand eine solche Vergütbarkeit vorhanden ist, daß bei Temperaturen bis zu etwa 4oo° C eine Ausscheidungshärtung auftritt, die im wesentlichen erhalten bleibt, wobei Dehnung und Kontraktion die bei Kupfer vorgeschriebenen Zahlen möglichst nicht unterschreiten.
2. 2. Feuerbüchsen und Stehbolzen aus vergütbaren Kupferlegierungen nach Anspruch i,- dadurch gekennzeichnet, :daß das Kupfer einen Gehalt von weniger als i % Nickel und weniger als 0,5 °/o Silicium enthält und bei dein das Nickel ganz oder teilweise z. B. durch Eisen ersetzt ist.
3. 3. Feuerbüchsen und Stehbolzen aus vergütbaren Kupferlegierungen nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen neben den genannten Zusätzen noch als Nebenbestandteile z. B. Mangan aufweisen.