DE750272C - Die Verwendung von Kupfer-Nickel-Mangan-Legierungen fuer Gegenstaende mit hoher thermischer Bestaendigkeit und geringer elektrischer Leitfaehigkeit - Google Patents

Description

• Die Verwendung von Kupfer-Nickel-Mangan-Legierungen für Gegenstände mit hoher thermischer Beständigkeit und geringer elektrischer Leitfähigkeit Für elektrische Widerstände werden unter anderem auch Kupfer-Mangan-Legierungen mit etwa 2o °/Q Mangan und gegebenenfalls geringen anderen Zusätzen verwendet, wie Nickel und Aluminium. Es werden hierbei Widerstandswerte von o,4 bis i Ohm/mimm2 erzielt. Der maximale Mangangehalt überstieg bisher 2m allgemeinen nicht 25 % mit Rücksicht auf die Walzbarkeit und den Temperaturkoeffizienten des Widerstandes.
• 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.
• Geringe Mengen an fremden Bestandteilen können außerdem in der Legierung vorhanden sein, sei es als Verunreinigungdes Rohmetalls, -wie Silizium, Phosphor, Schwefel, Arsen und Kohlenstoff, oder als absichtliche Zusätze, doch soll der Siliziumgehalt -weniger als o, i 0/0 betragen. Molybdän, Antimon, Aluminium, Beryllium, Titan, Cer, Tantal und Zinn dürfen bis zu 2 % anwesend sein. Sie erfordern zur Stabilisierung einen höheren Nickelaufwand. Chrom, Kobalt, Eisen, Wolfram, Magnesium und Zink dürfen bis etwas über a °/° vorhanden sein. Zur Desoxydatiofi und Entschwefelung kann weiterhin vorteilhaft Calcium zu= legiert werden, das bis zu mehreren Prozenten nicht schädigend einwirkt.
• Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen können wegen ihres verschiedenen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes für verschiedene Zwecke verwendet werden. Die sehr manganreichen Legierungen besitzen einen sehr hohen Temperaturkoeffizienten, beispielsweise einen solchen von 0,003 pro Grad für die 95 °/°ige Mangan-Kupfer-Legierung. Im Gebiete des höchsten Widerstandes ist der Temperaturkoeffizient verhältnismäßig niedrig, nämlich beispielsweise 0,0003 für die 5o°/°ige Mangan-Kupfer-Legierung. Man kann den Temperaturkoeffizienten weiterhin durch die oben erwähnten Legierungszusätze beeinflussen. Für Widerstände großer Konstanz und geringer Temperaturbeeinflussung wählt man solche im hochohmigen Gebiet, beispielsweise zwischen 25 und 55 °/° Kupfer neben Nickelgehalten zwischen 2 und io °/°, wogegen für Sonderzwecke, wo eine scharfe Veränderung des Widerstandes mit der Temperatur erwünscht ist, Legierungen mit 5 °/° Kupfer und etwa 8 °/° Nickel günstig sind.
• Die Wärmeleitfähigkeit der geschilderten Legierungen verhält sich ähnlich wie der elektrische Widerstand. Darum lassen sich dieselben für wärmebeänspruchte Teile, wie Griffe, Armaturen u..dgl., verwenden, besonders :in solchen Fällen, wo ein festes, bildsames, aber wenig wärmeleitendes Metall erwünscht ist.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Die Verwendung von Legierungen mit Kupfergehalten zwischen 5 und 6o °/,), Nickelgehalten von mehr als o,5 und weniger als io °/°, Rest Mangan für Gegenstände, die geringe elektrische Leitfähigkeit bzw. geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen sollen, insbesondere für Widerstände, und deren elektrischer Widerstand bei Zimmertemperatur auch nach Erhitzen der Gegenstände auf höhere Temperatur und wieder Abkühlen vollständig oder nahezu vollständig erhalten bleibt.
2. 2. Die Verwendung von Legierungen mit einem Kupfergehalt zwischen 15 und 55 °/°, einem Nickelgehaltvon mindestens 2, aber unter io°/°, Rest Mangan für Widerstände mit mehr als 44 Ohm/m/mm2.
3. 3. Die Verwendung von Legierungen mit Kupfergehalten von 25 bis 55 °/°, Nickelgehalten von mindestens 2, aber unter io°/°, Rest Mangan für Widerstände mit mehr als 47 Ohm/m/mm2. q.. Die Verwendung von Legierungen mit einem Kupfergehalt zwischen 30 und 5o %, einem Nickelgehalt von mindestens 2, aber unter io °/°, Rest Mangan für Widerstände mit mehr als 1,8 °/° Ohm/ni/mm-. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technnk -sind im- Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: USA.-Patentschrift . . . . . # . Nr. 981 542, Chemiker-Kalender 1935, Bd. III, S. 443 v. Lommel, »Lehrbuch der Experimentalphysik«, Leipzig 192o, S. 39o Abs. 5.