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Verwendung von Kupferlegierungen für Gegenstände, die Schmelzbädern
ausgesetzt sind Schmelzgefäße, Pyrometer- bzw. Thermometerschutzrohre, Chargierkörbe,
Einsätze, Schmelzdirne und ähnliche Teile, die mit Schmelzbädern, z. B. Salzhärtebädern,
Cyanid- und anderen Zementationsbädern, Glühsalzbädern, Bleibädern usw., in Berührung
kommen, müssen gegen verschiedene Einflüsse beständig sein.
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Die in Frage kommenden Schmelzbäder haben, eine Temperatur zwischen
5oo und rooo° C. Die mit ihnen in Berührung kommenden Teile müssen also hitzebeständig
und außerdem korrosionsbeständig sein, da die Schmelzbäder auch noch einen chemischen
Angriff auf sie ausüben, welcher meist von größerer Bedeutung ist.
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Dazu kommt, daß die Schmelzbäder, und zwar insbesondere die Zementationsbäder,
die Legierung, die mit dem Schmelzbad in Berührung kommt, chemisch beeinflussen,
so z. B. wird durch Cyanidhärtefluß eine Aufkohlung von Eisen und legierten Eisensorten
eintreten.
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Die Wahl des in Frage kommenden Werkstoffes ist also von den verschiedensten
Umständen abhängig. Ein Werkstoff, welcher schon seit Jahren verwandt wird, ist
das Eisen. Da aber Eisen nur bis zu Temperaturen von etwa 5oo° C hitzebeständig
ist, wird also schon die erste Bedingung nicht erfüllt. Bezüglich des chemischen
Angriffes muß man zwischen reduzierender, neutraler und oxydierender Wirkung des
Schmelzflusses unterscheiden. Eisen setzt, um die Oxydbildung zu verhindern, eine
reduzierende oder höchstens eine neutrale Wirkung voraus. Hat man z. B. Cyanidhärteflüsse,
so ist die Wirkung eine reduzierende. - Wie schon angedeutet, findet aber :eine
Aufköhlung des Eisens und damit ebenfalls eine vorzeitige Zerstörung der Gegenstände
statt.
In den letzten Jahren sind hitzebeständige Legierungen meist
auf der Chromnickel- bzw. Chromeisenbasis durchgebildet worden. Auch werden hitzebeständige
Legierungen auf der Eisenbasis mit Aluminium- und Siiiciumzusati-und ähnlichem verwandt.
Bei diesen Lege, sungen ist eine oxydierende Wirkung des Schmelzbades unbedingte
Voraussetzung, da sonst eine Reduzierung der schützenden-Oxydhaut eintritt. Man
kann also für einen Härtefluß mit reduzierender Wirkung die genannten hitzebeständigen
Legieru=ngen nicht verwenden. In manchen Fällen verwendet man als Schmelzfluß ein
Salzgemisch, z. B. Chlarnatrium oder Chlorkalium oder Chlorbarium. Ein solches Gemisch
wird als Glühsalz vertvandt und hat eine leicht entkohlende Wirkung. Um diesem Nachteil
zu begegnen, gibt man meist einem solchen Bad Cyanid zu, wodurch die entkohlende
Wirkung aufgehoben wird. Das verwandte Salzgemisch ist oxydierend und der Cyanidgehalt
ist reduzierend. Daraus ergibt sich, daß sowohl Eisen als auch die bisher verwandten
hitzebeständigen Legierungen zum Anfertigen von Gegenständen, wie solche am Eingang
dieser Beschreibung genannt wurden, nicht verwandt «erden können. Die vorliegende
Erfindung sieht für den genannten Zweck die Verwendung einer Legierung auf der Kupferbasis
vor, und zwar soll dieselbe aus 79 bis 930,Eo Kupfer, 5 bis i 5 o'o Aluminium, z
bis 60`o Eisen bestehen zur Herstellung von Gegenständen, die Schmelzbädern, z.
B. Salzhärtebädern, Cyanid- und anderen Zementationsbädern, Bleibädern u. dgl.,
bis zu iooo° C ausgesetzt werden.
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Es ist bekannt, daß die an sich bekannten Kupfer-Aluminium-Legierungen
gegen Korrosion und Lösungen beständig sind. Man hat auch herausgefunden, daß ein
geringer Eisengehalt die Beständigkeit nicht beeinflußt, aber die physikalischen
Eigenschaften, wie Festigkeit und Dehnung, verbessert. Ferner wurden Legierungen
ähnlicher Zusammensetzung schon als Werkstoff für Arbeitsgeräte zur Verarbeitung
von Glas- oder ähnlichen Schmelzen in flüssigem oder plastischem Zustand vorgeschlagen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, daß Kupfer-Aluminium-Eisen-Legierungen
in den angegebenen Grenzen eine höhe Beständigkeit gegen geschmolzene Salze,
Salzgemische und ähnliche Schmelzflüsse, z. B. Salzhärtebäder, Cyanid- und andere
Zementationsbäder bis zu iooo° C haben. Dies war auf Grund der bisherigen Erfahrungen
nicht zu erwarten, denn reines Kupfer löst sich in geschmolzenem Cyanid und anderen
geschmolzenen Salzen. Auch verlieren die Schmelzbäder durch die gelösten Metallteile
ihre Wirkung für die Wärmebehandlung, wozu sie bestimmt sind.
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Wie schon dargelegt, setzt die Verwendung einer hitzebeständigen Legierung
oxydierende Verhältnisse des Schmelzflusses voraus. Die genannten Kupfer-Aluminium-Eisen-Legierungen
sind hochhitzebeständig. Es war also nicht zu erwarten, daß solche hpchhitzebeständigen
Kupfer-Aluminium-Eisen-Legierungen, deren Hitzebeständigkeit auch auf einer Schutzhautbildung
beruht, gegen Schmelzbäder mit reduzierender Wirkung beständig sind. Eingehende
Versuche erst haben dieses ergeben. So wurden z. B. Teile aus einer Legierung mit
860,`o Kupfer, io% Aluminium, 4.0,ö Eisen in ein Cyanhärteflußschmelzbad von 95o°
C Badtemperatur eingehangen und iooo Stunden darin gelassen. Die Teile waren lediglich
an der Oberfläche schwarz geworden, ohne daß ein meßbarer Verschleiß bzw. Angriff
eingetreten war. Diese Tatsache ist überraschend, denn die Oxydhauttheorie ließ
erwarten, daß die reduzierende Wirkung des Cyanidschmelzflusses auch im vorliegenden
Falle die Zerstörung einleiten würde. Aber auch die neutralen und oxydierenden Schmelzflüsse
haben keinerlei Wirkung. Wenn man weiter bedenkt, daß eine Kohlenstoffaufnahme,
wie sie z. B. beim Eisen in Cyanidbädern eintritt, im vorliegenden Fall nicht in
Frage kommen kann, so ergibt sich, daß auch in dieser Richtung eine Zerstörung nicht
zu befürchten ist. Tatsächlich haben die Probestücke nach i ooo stündigem Gebrauch
ergeben, daß keinerlei Beeinflussung des Gefügebaues eingetreten war. Im Gegenteil,
der Stoff war nach der i ooo stündigen Beanspruchung weicher und hatte eine größere
Dehnung als vorher.
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Der Schmelzpunkt solcher Kupfer-Aluminium-Eisen-Legierungen liegt
bei etwa io5o bis i i oo" C. In solchen Fällen, wo man einen höheren Schmelzpunkt
für erwünscht hält, kann man der Legierung statt des Eisens Nickel zusetzen. Es
hat sich gezeigt, daß die Legierung in ihrer Hitze- bzw. Korrosionsbeständigkeit
hierdurch noch günstig beeinflußt wird. Das Wesentliche ist aber, daß die Warmfestigkeit
hierdurch erhöht wird, was erreicht werden soll.
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Die Warmfestigkeit kann aber auch durch einen Manganzusatz erhöht
werden, wobei unter Umständen der Eisengehalt niedriger gehalten werden kann. Der
Zusatz an Mangan kann bis zu i o % betragen, dabei kann gleichzeitig der Eisengehalt
ganz oder teilweise reduziert werden.
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Es hat sich ferner gezeigt, daß kleinere Mengen verschiedener Metalle
zur allge-
meinen Verbesserung der Eigenschaften zugesetzt
werden
können, und zwar Si, Co, Ti, Mo, W, V, Ta, Cr in Mengen bis 5%, jedoch muß die Legierung
praktisch zinn-, zink-und bleifrei sein.