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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Sie weisen eine hohe Dehnung, beispielsweise von 4.o °%, eine gute
Kontraktion und große Widerstandsfähigkeit geben Dauerbeanspruchungen auf.
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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.
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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.