DE755881C

DE755881C - Copper alloy for fire boxes

Info

Publication number: DE755881C
Application number: DEV35839D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr-Ing Philippi
Original assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1939-04-15
Filing date: 1939-04-15
Publication date: 1953-10-12

Description

Kupferlegierung für Feuerbuchsen Während man ursprünglich von dem Baustoff, aus dem Feuerbuchsen oder Teile davon hergestellt wurden, in erster Linie eine gute Wärmeleitfähigkeit und hohe Geschmeidigkeit verlangte, ist in den letzten Jahren erkannt worden, daß die wichtigste Eigenschaft, die ein solcher Baustoff haben muß, die Warmstandfestigkeit, ist. Man erreichte mit der Verwendung solcher Baustoffe eine Verhinderung der bleibenden Verformung zwischen Stehbolzen und Wandgewinde und verminderte dadurch die Stehbolzenundichtigkeiten, insbesondere in der Feuerzone. Dies gestattete eine Erhöhung der Lebensdauer kupferner Lalcamotivfeuerbuchsen. Der Baustoff, der hierbei sich besonders bewährte, war eine Kupferlegierung mit geringen Silicium-und Nickelgehalten. Der Siliciumgehalt lag dabei bei etwa 0,3 bis 5%, der Nickelgehalt bei etwa o,8 bis i 0/0. Das Verhältnis von Nickel zu Silicium war etwa z : i, was für die Erzielung hoher Warmstandfestigkeiten nach der Wärmebehandlung für besonders günstig gehalten wurde. Die Vorteile, die die Auswertung dieser Erkenntnisse in der Technik brachte, waren zum Teil außerordentlich günstig, so daß insbesondere die in der Feu erzone liegenden Teile der Feuerbuchse in Form sogenannter Vorschuhe aus derartigen Legierungen hergestellt wurden. Es ergab sich jedoch im Betrieb, daß gelegentlich in den aus solchen Baustoffen erstellten Wandteilen Risse und örtliche Abziehrungen auftraten. So selten diese Erscheinungen auch im Verhältnis zu den sonst günstigen Erfahrungen auftraten, waren sie doch angesichts der ungewöhnlich hohen Anforderungen auf Sicherheit, die im Lokornotivbetrieb gestellt werden, unangenehm, und es wurde seit Jahren nach den Ursachen dieser Erscheinungen geforscht und erhebliche Bemühungen aufgewendet, diese noch auftretenden Nachteile zu beseitigen. Die Vorschläge gingen dabei teils auf Schaffung andersartig zusammengesetzter Kupferlegierungen, teils in Richtung größerer Sorgfalt bei der Herstellung, weil man glaubte, daß Ungleichmäßigkeit der Zusammensetzung oder andere Ungenauigkeiten der Herstellung verantwortlich seien.Copper Alloy for Fire Bushes While originally from the Primarily building material from which fire-boxes or parts thereof are made Good thermal conductivity and high suppleness are required in the last Years have been recognized as the most important property that such a building material must have, the heat resistance, is. One achieved with the use of such Building materials prevent permanent deformation between the stud bolt and the wall thread and thereby reduced stud leaks, especially in the fire zone. This made it possible to increase the service life of copper Lalcamotiv fire bushes. The building material that particularly proved itself here was a copper alloy with low silicon and nickel content. The silicon content was about 0.3 up to 5%, the nickel content around 0.8 to i 0/0. The ratio of nickel to silicon was about z: i, which means that high heat resistance is achieved after the heat treatment was thought to be particularly favorable. The benefits of evaluating these findings brought in technology were in some cases extremely cheap, so that in particular the parts of the fire box lying in the fire zone in the form of so-called foreshoes made of such alloys. However, it turned out in operation, that occasionally cracks and local in the wall parts created from such building materials Peelings occurred. So seldom these appearances also in relation to the otherwise favorable experiences occurred because they were unusual in view of the high demands on safety, which are made in Lokornotiv operation, unpleasant, and the causes of these phenomena have been investigated and considerable research has been carried out for years Efforts are made to eliminate these disadvantages that have yet to arise. The suggestions partly went to the creation of differently composed copper alloys, partly in the direction of greater care in manufacture, because it was believed that unevenness the composition or other inaccuracies in production are responsible.

' Es wurde nun gefunden, daß die Mängel behoben «-erden können, wenn die der Steigerung der Warmfestigkeit dienenden Legierungszusätze Nickel und Silicium so weit herabgesetzt werden, da,ß neben Erhaltung einer Warmstandfestigkeit bzw. Wärmhärte, die gegenüb--r der des üblichen Feuerbuchskupfers mit geringen Arsengehalten etwa doppelt so hoch ist, eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit erzielt wird, die der Wärmeleitfähigkeit des genannten üblichen Feuerbuchskupfers etwa gleichkommt.It has now been found that the deficiencies can be remedied, if the alloy additives nickel and silicon, which serve to increase the high-temperature strength be reduced to such an extent that ß in addition to maintaining heat resistance or Thermal hardness compared to that of the usual fire-book copper with low arsenic content is about twice as high, an improvement in thermal conductivity is achieved, which is roughly equivalent to the thermal conductivity of the usual fire-book copper mentioned.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine vergütbare Kupferlegierung für Feuerbuchsen, bei der der Siliciumgehalt o,i bis 0,2% und der Nickelgehalt etwa das Vierfache des jeweiligen Silicumgehaltes beträgt. Außerdem sind in der Legierung in der Regel geringe Phosphorgehalte, die im wesentlichen zu Desoxydationszwecken beigefügt sind, enthalten.The invention therefore relates to a heat treatable copper alloy for fire boxes, in which the silicon content 0.1 to 0.2% and the nickel content about is four times the respective silicon content. Also are in the alloy usually low phosphorus contents, which are mainly used for deoxidation purposes are included.

Die neuartige Erkenntnis liegt hierbei in der Tatsache, daß es möglich ist, durch die besondere Auswahl der Legierungszusammensetzung bei einer bestimmten Abhängigkeit zwischen den Legierungsbestandteilen eine Legierung zu schaffen, die die anzustrebenden Eigenschaften, Warmstandfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit, aufweist. Diese Eigenschaften sind wohl an sich als wichtig für die Baustoffwahl einer Feuerbuchse bekannt. Es ist jedoch angesichts der vielen Bemühungen auf diesem Gebiet überraschend, daß die gemäß der Erfindung gekennzeichnete Abstimmung der Gütewerte mit Hilfe der vorgeschlagenen Abstimmung der Legierungsbestandteile möglich war und daß dieser Vorschlag zur Überwindung der noch bestehenden Schwierigkeiten geführt hat.The novel finding here lies in the fact that it is possible is due to the special selection of the alloy composition for a certain Dependence between the alloy components to create an alloy that has the desired properties, heat resistance and thermal conductivity. These properties are in themselves considered to be important for the choice of building material for a fire box known. However, given the many efforts in this area, it is surprising that according to the invention characterized coordination of the quality values with the help of proposed coordination of the alloy components was possible and that this Proposal has led to overcoming the remaining difficulties.

Als übliches Feuerbuchskupfer wird hier ein Baustoff verstanden, der neben Kupfer lediglich geringe Zusätze von Arsen und Nickel oder Nickel allein enthält. Seine Brinellhärte beträgt etwa So bis 55, seine Warmstandfestigkeit etwa 4,8 kg/mm° bei 300' und etwa 3,5 kg/mm2 bei 35o°. Seine Wärmeleitziffer liegt bei o,.Io bis 0,5o Kal./Sel:./cm3. Eine Kupferlegierung, die aus o,iz% Silicium, rund o,5 % Nickel, etwa 0,o5 % Phosphor, Rest Kupfer besteht und in der üblichen Weise durch Wärmebehandlung vergütet ist, zeigt demgegenüber eine Härte von 8o BE bei gewöhnlicher Temperatur, die auch nach Erwärmurig auf die üblichen Feuerbuchstemperaturen von 3o-) bis 350F, ja sogar bei kurzzeitiger Erwärmung bis .Ioo°, wie sie ausnahmsweise auftreten kann, erhalten bleibt. Die Warmstandfestigkeit dieser Legierung im ausgehärteten Zustand beträgt etwa io bis 12,5 kg/mm= bei 300°. Die Wärmeleitfähigkeit dieser Legierung liegt bei o,578 Kal./Sek./cm3.Common fire-box copper is understood here to be a building material which, in addition to copper, only contains small additions of arsenic and nickel or nickel alone. Its Brinell hardness is around 50 to 55, its heat resistance around 4.8 kg / mm ° at 300 ° and around 3.5 kg / mm2 at 35 °. Its coefficient of thermal conductivity is o, .Io to 0.5o Kal./Sel :./cm3. A copper alloy, which consists of 0.5% silicon, approximately 0.5% nickel, approximately 0.05% phosphorus, the remainder copper and is tempered in the usual way by heat treatment, shows a hardness of 8o BE at normal temperature, the is retained even after heating to the usual fire book temperatures of 3o) to 350F, even with brief heating up to .Ioo °, as can occur in exceptional cases. The heat resistance of this alloy in the hardened state is approximately 10 to 12.5 kg / mm = at 300 °. The thermal conductivity of this alloy is 0.578 cal / sec / cm3.

Als Beispiel dafür, daß gerade die Abstimmung der genannten Eigenschaften in dieser Form bei den bisher verwendeten Feuerbuchsbaustoffen nicht vorhanden war, seien zwei Legierungen angeführt. Die bisher verwendeten Legierungen, die etwa o,50/0 Silicium und o,80 /o Nickel, Rest Kupfer enthalten, haben zwar eine hohe, die vorstehend genannte noch übertreffende Warmstandfestigkeit, sie zeigen jedoch nur eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,31I Kal./Sek./cm3. Ähnliches gilt für anderweitig vorgeschlagene Kupferlegierungen mit Zusätzen von 0,5% Mangan, 0,5% Eisen, 0,,^% Silicium.As an example of the fact that just the coordination of the properties mentioned was not available in this form with the previously used fire box building materials, two alloys are listed. The alloys used so far, which are about 0.50 / 0 Silicon and o.80 / o nickel, the remainder copper, have a high level, the above called still superior heat resistance, but they only show a thermal conductivity of about 0.31I cal./sec./cm3. The same applies to otherwise proposed copper alloys with additions of 0.5% manganese, 0.5% iron, 0.1% silicon.

Angesichts der Grenzen der gemäß der Erfindung verwendeten Legierungsl}estandteile sei erwähnt, daß diese verhältnismäßig streng eingehalten werden müssen. Insbesondere gilt dies für das Silicium, dessen Anteil bei o,i bis o. 2 % liegen soll. Der Nickelgehalt ist am günstigsten, wenn er jeweils dem Vierfachen dieses Siliciumgehalts entspricht, doch können im Rahmen von Nickelgehalten, die zwischen o,.1 und 0,8% liegen, mit gewissem Erfolg alle Legierungen benutzt werden. Derartig zusammengesetzte Legierungen lassen sich durch die übliche Wärmebehändlung vergüten, indem man wesentlich verlängerte Glühzeiten anwendet.In view of the limits of the alloy components used in accordance with the invention it should be mentioned that these must be adhered to relatively strictly. In particular this applies to silicon, the proportion of which should be between 0.1 and 2%. The nickel content is best when it corresponds to four times this silicon content, but can in the context of nickel contents, which are between 0.1 and 0.8%, with with some success all alloys can be used. Such composite alloys can be remunerated by the usual heat treatment by significantly lengthening them Apply glow times.

Es sei noch erwähnt, daß sich unter früher veröffentlichten Vorschlägen auch -solche befinden, nach denen die Legierungsbestandteile an Silicium und Nickel in Feuerbuchskupfer so weit herabgesetzt werden sollen, daß die Erhöhung von Härte und Festigkeit, welche durch Kaltbearbeitung erzielt wird, auch bei Betriebstemperatur erhalten bleibt. Hierbei waren für die \ ickelgehalte solche unter i %, für die Siliciumgelialte solche unter o,5 % genannt. Diese Vorschläge konnten jedoch die vorstehend beschriebene Erfindung nicht nahelegen, weil Feuerbuchskupfer in der Regel, insbesondere aber dann, wenn es verformt werden muß, ausgeglüht wird und «eil weiterhin ein kalt bearbeiteter Baustoff bei der Herstellung des Umbugs nicht in Betracht kommt. Darüber hinaus .erithalteii diese Vorschläge nichts über die besondere Rolle, die die Auswahl der Gehaltsgrenzen für die Vereinigung bestimmter Warmfestigkeiten mit bestimmtcn Leitfähigkeitswerten hat. Die Beispiele lassen vielmehr .erkennen, daß damals noch an eine Abstimmung der Gehalte zueinander im Verhältnis von Nickel zu Silicium wi-e 2 : 1 bei über o,2 % liegenden Siliciumgelialt--n gedacht war, wodurch die jetzt erzielten Verbesserungen noch nicht ermöglicht werden konnten.It should also be mentioned that among earlier published proposals also -some, according to which the alloy constituents of silicon and nickel in fire-box copper should be reduced so far that the increase in hardness and strength, which is achieved by cold working, even at operating temperature preserved. For the nickel contents, those were below i%, for the Silicon gels called those under 0.5%. These suggestions could, however, the Invention described above do not suggest because fire box copper in the Usually, but especially when it has to be deformed, annealed and «We still do not use a cold-worked building material in the production of the edge folding comes into consideration. In addition .erithalteii these suggestions nothing on the particular role that the selection of salary limits for the association has certain heat strengths with certain conductivity values. The examples rather, let us recognize that at that time the contents were still coordinated with one another in the ratio of nickel to silicon wi-e 2: 1 with silicon gelialt above 0.2% - n was intended, which means that the improvements that have now been made are not yet made possible could.

Claims

PATENT CLAIM: Precipitation hardenable copper alloy for fire boxes, characterized by a silicon content of o, i to o, 2o / o as well as a nickel content that corresponds approximately to four times the respective silicon content. To differentiate the subject matter of the invention from the state of the art, the granting procedure the following references have been considered: British Patent No. 414 498; Material handbook for non-ferrous metals, published by the German society for Metallkunde in the Association of German Engineers, 1923, sheet D 12/13, p. 4, para. 3.