Daneben sind aber auch Legierungen bekanntgeworden, die mindesibens
io °/o Nickel, mindestens io% Kupfer, Rest Mangan enthalten. Von diesen Legierungen
ist bekannt, ciaß sie einen hohen spezifischen Widerstand besitzen.und .daß sie
für rostbeständige und dauerhafte Widerstände verwendet werden können. Es wurde
gefunden, daß man für Gegenstände, die hohe thermische Beständigkeit sowie geringe
elektrische und geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen sollen, noch vorteilhafter Legierungen
verwendet, die 5 bis 6o °/o Kupfer, zwischen
0,5 und io °/a Nickel, Rest
Mangan enthalten. Zusammensetzungen zwischen 95 und 4o °/o Mangan liefern die höchsten
Widerstandswerte. Hochprozefitige Mangan-Kupfer-Legierungen, sofern- sie frei sind
von gewissen Schädlingen, vor allem Silizium, lassen sich gut walzen. Sie besitzen
bei 35 bis 40
kg/mm' Festigkeit 2o bis 30 % Dehnung neben einer Brinellhärte
von i2o bis -15o. Unter hoher thermischer Beständigkeit ist dabei, wie nachstehend
an Hand von Bei,sp!i@es,en .im einzelnen erläutert ist, verstanden, daß der elektischeWiderstand,
den eine erfindungsgemäß zu verwendende Legierung bei Zimmertemperatur aufweist,
auch nach Erhitzen auf höhere Temperatur und wieder Abkühlen auf Zimmertemperatur
erhalten bleibt oder sich nur wenig ändert.
Das reine Mangan tritt
bekanntlich in mehreren allotropen Modifikationen auf, von. denen nur die eine,
das Gamma-Mangan, walzbar sein soll. Dieses hat ausgesprochene metallische Eigenschaften,
eine ziemlich gute Wärme- und Stromleitfähigkeit. Die für die elektrische Leitfähigkeit
gefundenen Werte der drei Manganformen sind folgende:
Alpha-Mangan: 0,14 X 104 Ohm -1 cm -1 |
Beta-Mangan: 1,l X 104 - - |
Gamma-Mangan: 4,4 X 104 - - |
bei einer Temperatur von o° C. |
Da das Gamma-Mangan nur bei hohen Temperaturen beständig ist, müssen die Legierungen
aus diesem Bereich abgeschreckt -werden, um den allerdings dann labilen Gamma-Zustand
bei Zimmertemperatur beizubehalten. Die Abschrecktemperatur richtet sich nach dem
Kupfergehalt: bei 5 % Kupfer kann von i ooo° abgeschreckt werden, während bei 50
0% Kupfer 8oo° zweckmäßig sind. Dies folgt aus der Lage der Solidus-Liquidus-Linien.
Erhitzt man solche abgeschreckten Legierungen wiederum auf niedrige Temperaturen,
etwa zwischen Zoo und 65o°, je nach der Zusammensetzung, so zerfällt das Gamma-Mangan
in die spröden Alpha-B-eta-Farme@n und fällt aus der festen Lösung mit Kupfer aus.
Es handelt sich um einen ähnlichen Vorgang -wie derjenige, .der unter Alterung oder
Ausscheidungshärtung vielfach beschrieben wird. Durch die Bildung von Alpha-Beta-Mangan
versprödet die Legierung außerordentlich, Härte und Festigkeit steigen bei fallender
Dehnung, und der elektrische Widerstand nimmt erheblich ab. Beispielsweise besitzt
eine Legierung mit 30 % Kupfer, Rest Mangan, nach dem Abschrecken von 8oo° einen
elektrischen Widerstand von 1,8 Ohm/ m/mm'. Nach 2stündigem Erhitzen bei 500° fällt
dieser Widerstand auf 1,2 Ohm/mimm'. Eine 50%ige Mangan-Kupfer-Legierung zerfällt
bereits bei 2oo°, wogegen die 50%ige bei 6oo° altert, wobei der Widerstand von
1,850 Ohm/m/mm' auf 1,4 Ohm/m/mm' fällt. Zwischen 15 und 55 % Kupfer steigt
der Widerstand der binären Mangan-Kupferen nach. dem Abschreckenaus einem Legierung
höheren Temperaturgebiet auf mehr als 1,4 0hm/m/mm'. Die höchsten Widerstandswerte
sind bei ähnlich behandelten Legierungen zwischen
30 und 5o 0% Kupfer zu
erreichen, nämlich mehr als 1,8 Ohm/m/mm' mit einer Spitze von etwa 2 Ohm lm/mm'
bei rund 40 0% Kupfer. Bisher waren Legierungen von so hohem spezifischem Widerstand
bei ausgezeichneter Warm- und Kaltverformbarkeit und hervorragenden mechanischen
Eigenschaften nicht bekannt. Die Verwendung der erwähnten Mangan-Legierungen wäre
jedoch durch den geschilderten thermischen Zerfall der dieselben versprödet und
die Leitfähig feit erhöht, auf nicht wärmebeansprucht( Widerstände begrenzt. Es
wurde gefunden daß man den Zerfall der binären Mangan-Kupfer-Legierungen mit 5 bis
6o'/, Kupfer durch Zusatz von Nickel in :Mengen zwischen o,5 und io°!o verhindern
kann und daß dadurch der hohe elektrische Widerstand beibehalten werden kann. Bei
einem derartiger Nickelzusatz werden die Legierungen alterungsfrei, und sie sind
auch nach Beanspruchung bis nahe an den Schmelzpunkt ohne wesentliche Veränderung
des Widerstandes wieder bei Zimmertemperatur verwendbar. Der Nickelzusatz ist in
gewissem Umfange vom Kupfergehalt in der Weise abhängig, daß in der Regel kupferarme
Legierungen etwas höhere Nickelgehalte aufweisen sollen. Eine Legierung mit 5 0/"
Kupfer und 8 % Nickel, die einen Widerstand nach dem Abschrecken von 85o in Wasser
von 1,35 Ohm/m/mm' besitzt, ist in allen Temperaturgebieten beständig. Mit nur 2
0% Nickel jedoch wird sie langsam thermisch zersetzt. -Mit 15 % Kupfer und 2 0/0
Nickel hält die Legierung bei 400° gut stand, zerfällt aber bei 5oo° innerhalb 2
Stunden. Mit 6% Nickel hingegen ist sie auch bei dieser Temperatur beliebig lange
beständig. Eine Legierung mit 37 % Kupfer und 8 0/0 Nickel ist vollkommen temperaturbeständig,
wogegen sie mit 4 0/0 Nickel bei 5oo° bei langer Erhitzungszeit zerfällt. Es richtet
sich nach der Art des verlangten Widerstandes, ob man eine Legierung verwendet,
die durch Nickelzusatz ganz oder nur teilweise stabilisiert ist. Widerstände, die
bei ihrer Benutzung nie über ioo° beansprucht -werden, können mit weniger Nickel
teilweise, aber hinreichend stabilisiert werden, wogegen höher wärtnebeanspruchteWiderstände
aus einerLegierung hergestelltwerden sollen, die mehr Nickel enthält. Im Bereich
der höchsten Widerstände, d. h. zwischen 30 und 55% Kupfer, wo Ohm werte von 44
Ohm/ m/mm' und mehr erreicht werden, genügt ein Zusatz von 6 bis 8 % Nickel, um
die Legierung vollständig zu stabilisieren. Das Nickel wirkt nur -wenig auf die
Widerstandswerte ein, die hauptsächlich durch die feste Lösung des Mangans im Kupfer
bedingt sind.