DE823656C - Nickel-Kupfer-Guss-Legierungen - Google Patents

Nickel-Kupfer-Guss-Legierungen

Info

Publication number
DE823656C
DE823656C DEP50004A DEP0050004A DE823656C DE 823656 C DE823656 C DE 823656C DE P50004 A DEP50004 A DE P50004A DE P0050004 A DEP0050004 A DE P0050004A DE 823656 C DE823656 C DE 823656C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
content
nickel
zirconium
alloys
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DEP50004A
Other languages
English (en)
Inventor
Raymond Herman Schaefer
Edmund Merriman Wise
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mond Nickel Co Ltd
Original Assignee
Mond Nickel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mond Nickel Co Ltd filed Critical Mond Nickel Co Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE823656C publication Critical patent/DE823656C/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/002Alloys based on nickel or cobalt with copper as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Lift Valve (AREA)

Description

  • Nickel-Kupfer-Guß-Legierungen 1)ie Erfindung betrifft Nickel-Kupfer-Guß-Legierungen, die insbesondere für das Gießen von Ventilkörpern anwendbar, hierauf aber nicht beschränkt sind.
  • Einige Arten von Ventilen und auch andere Guß- ! teile haben bei hohen Temperaturen, zum Teil bis zu mehreren hundert Grad, zu arbeiten. In vielen Fällen haben diese Gußteile nicht nur Spannungsbeanspruchungen standzuhalten, sondern müssen auch korrosionsfest sein. Als Beispiel seien Dampfdruckventile für Lokomotiven genannt, die bei Temperaturen von ungefähr 400° C Drücke von 28 kg/cm2 auszuhalten haben.
  • Vorwiegend aus Nickel und Kupfer bestehende Legierungen, die unter dem Namen Monel-Metall bekannt sind, haben ,die zur Herstellung von Ventilen und anderen Gußteilen dieser Art erwünschte Gießfähigkeit und Korrosionsfestigkeit, aber bei ungefähr 43o° C vermindert sich die Festigkeit stark.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Warmfestigkeit von Nickel-Kupfer-Legierungen durch Beifügen kleiner Mengen Zirkon sehr verbessert werden kann. Die Dehnung der zirkonhaltigen Nickel-Kupfer-Legierungen bei hohen Temperaturen zeigt eine bemerkenswerte Steigerung gegenüber zirkonfreien Legierungen gleicher Zusammenisetzung. Dieses ist äußerst wichtig sowohl für Überbeanspruchungen der Festigkeit als auch dafür, daß bei großen Überbelastungen während des Betriebs ein Bruch nicht plötzlich eintritt, sondern eine gewisse Warnung vorangeht.
  • Es wurde ferner gefunden, daß trotz Vorhandensein von Zirkon die Legierungen ausreichend gute Gießeigenschaften haben, um Ventilkörper o. dgl. mittels Gießen herzustellen, vorausgesetzt, daß Silicium, Kohlenstoff und Mangan oder Eisen oder beide in angemessenen Mengen vorkommen.
  • Gemäß vorliegenderErfindung ist 0,02 bis i,o% Zirkon Legierungen zugefügt, die mindestens 50°/0 Nickel sowie Eisen oder Mangan oder beide in einer Gesamtmenge bis zu 5%, Kohlenstoff von 0,04 bis 0,6%, Silicium von 0,5 bis 5%, Rest Kupfer in einer Menge von mindestens io% enthalten. Erfindungsgemäß werden dieseLegierungen für Gußstücke verwendet, die bei Temperaturen von 35o° C und darüber zu arbeiten haben.
  • Der vorzugsweise anzuwendende Zirkongehalt hängt von den Temperaturen ab, für die die Gußstüc'ke bestimmt sind, sowie .von den Zugfestigkeiten, die die Gußteile nach kurzer Erwärmung und nach länger andauernder Erwärmung haben müssen, wobei der letztere Zugfestigkeitswert einen Hinweis für die Dauerstandfestigkeit gibt. Bei Arbeitstemperaturen bis zu 48o° C beträgt der vorzugsweise anzuwendende Zirkongehalt annähernd 0,04 bis o,500/0. Wenn die Arbeitstemperatur 538° C erreicht, kann :der günstigste Zirkongehalt bis zu o,6o% betragen. Versuche, die vor einem bei 427° C erfolgten Bruch angestellt worden waren, zeigten, daß zur Erzielung einer guten Dauerstandfestigkeit ein Zirkongehalt von o,75 % vorteilhaft ist. Bei etwas niedrigeren Temperaturen ergeben Zirkongehalte von 0,03 bis 0,20% eine Anzahl vorteilhafter Eigenschäften. Um eine gute Verbindung von Eigenschaften bei Raumtemperatur und bei hohen Temperaturen, gute Gießbarkeit sowie Wirtschaftlichkeit bei zuverlässiger Herstellung zu erzielen, kann ein Zirkongehalt von 0,05 bis 0,30% vorteilhaft angewandt werden.
  • Das Zirkon kann der geschmolzenen Legierung in irgendeiner geeigneten Form beigegeben werden. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden bei Anwendung der handelsüblichen Silicium-Zirkon-Legierung erzielt, die ungefähr 48% Silicium, 41% Zirkon, Rest Eisen enthält, ebenso mit einer Zirkon-Nickel-Legierung aus 70%Zir'kon und 30% nahezu reinen Nickels. Vor dem Zufügen des Zirkons wird die Schmelze mit einem geeigneten Desoxyditionsmittel, z. B. Silicium, Mangan o. dgl., desoxydiert. Bei der Herstellung von Nickel-Kupfer-Legierungen ist es gewöhnlich erforderlich, ein Element mit hoher Schwefelaffinität, z. B. Magnesium, Calcium u. dgl., als Entschwefelungs- oder schwefelbindendes Mittel beizugeben. Bevorzugt wird Magnesium, das in einer Menge 0.05 bis o,i% der Schmelze in der Gießpfanne kurz vor dem Abgießen beigefügt wird.
  • Der Siliciumgehalt kann von o,5 bis 5% veränderlich sein, wobei die in der Legierung jeweils vorkommende Höchstmenge vom Nickelgehalt und von der gewünschten Härte abhängt. Für allgemeine Verwendungszwecke muß der Siliciumanteil i bis i,5 % betragen. Wenn der Siliciumgehalt in einer Legierung mit 65% Nickel 30/0 übersteigt, zeigt die Legierung eine merkbare Zunahme der Härte und Abnahme der Dehnung, jedoch macht ihre hohe Festigkeit gegenüber Fressen und Erosion durch Dampf sie für gewisse Zwecke, wie Ventilteile o. dgl. Teile, die hohe Gleitdrücke auszuhalten haben, wertvoll. In Legierungen dieser Art übersteigt der Siliciumgehalt die Grenze vollständiger Löslichkeit, so daß noch Silicium in ausgeschiedener Form \-orhanden ist. Die zur Erzeugung gleichwertiger Gefüge benötigte Siliciummenge steigt mit dem \#ickelgehalt. So ergeben z. B. 2,5% Silicium zu 50% Nickel im wesentlichen das gleiche Gefüge wie 4,250/0 Silicium bei 67% Nickel. Eine Legierung, die ungefähr 2,5% Silicium und ungefähr 6507o Nickel enthält, kann angewandt werden, wenn geringere Härte, aber höhere Dehnung als mit 4% Siliciumgehalt erforderlich sind.
  • Das Vorhandensein von Eisen oder Mangan ist zur Erzielung hoher Dünnflüssigkeit und guter Gießbarkeit wichtig, und gewöhnlich sind beide Elemente in kleinen Mengen vorhanden. Bevorzugt wird o,5 bis 1,5% Mangan. Höhere Anteile von 2% oder sogar von 3°/o können zuweilen angewandt werden. Bei einem Mangangehalt von 5% neigen die Legierungen dazu, bei einer Temperatur von ungefähr 53o° C weniger dehnbar zu sein, obgleich hohe Festigkeitswerte bleiben, Gußstücke mit hohem Siliciumgehalt ausgenommen, ist der Eisengehalt so zu halten, daß er bei Schmelztemperatur annähernd innerhalb der Voll-Löslichkeitsgrenze liegt. Die Höchstmenge des in der Legierung lösbaren Eisens steigt mit dem Nickelgehalt. In einer Legierung mit ungefähr 67% Nickel steigern 50/0 Eisen die Zugfestigkeit bei einer Temperatur von 427° C etwas, aber die Dehnung, verglichen mit einer Legierung der gleichen Grundzusammensetzung und einem Eisengehalt von ungefähr i,50/0 sinkt merkbar ab. Eisenfreie Legierungen können hergestellt werden, wenn Mangan in diesen Legierungen vorhanden ist. Bevorzugt wird jedoch ein Eisengehalt von mindestens o,5 %. Bei ungefähr i % Eisen ist der Man@gangehalt weniger wichtig. Im allgemeinen ist der Eisengehalt unter 2,5% in der Regel zwischen 1,5 bis 2,0%.
  • Der Kohlenstoffgehalt wird gewöhnlich unter 0,350/0, vorzugsweise zwischen o,io bis 0,25% gehalten. In einigen Gußteilen kann der Kohlenstoffgehalt bis zu 0,6% betragen. Allgemein gesprochen steigt die Zugfestigkeit mit einem Kohlenstoffgehalt bis zu ungefähr 0,30% bei niedrigen Zir'konanteilen in Legierungen aus ungefähr 69% Nickel, 1,25% Silicium, Rest vorwiegend Kupfer.
  • Als Folge von Graphitbildung bei hohen Kohlenstoffgehalten sinkt die Dehnung etwas. Die Neigung des Kohlenstoffs zu Graphitbildung ist bei-steigendem Siliciumgehalt besonders ausgeprägt und weniger stark, wenn der Kupfergehalt größer wird, das Vorhandensein größerer Mengen Zirkon scheint die Neigung des Kohlenstoffs zu Graphitbildung etwas zu mindern. Der Nickelgehalt wird vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 6o bis 70% gehalten. Nickel enthält gewöhnlich eine kleine Menge Kobalt; nachstehend ist unter der Bezeichnung Nickel die Nickel-Kobaltsumme zu verstehen. Die Höchstmenge an Kobalt, die vorkommen kann, ist annähernd die gleiche wie Eisen. Der Rest der Legierung ist im wesentlichen Kupfer und beträgt vorzugsweise 25 bis 35%. Die anderen Elemente, die normalerweise in gegossenen Nickel-Kupfer-Legierungen für hochhitzefeste Teile vorkommen, können auch in den Gußteilen gemäß dieser Erfindung vorhanden sein, wie z. B. Desoxydationsmittel und Karbidbilder, beispielsweise Titan in kleinen Mengen.
  • Bei kurze Zeit andauernden Zugversuchen, die bei hohen. Temperaturen vorgenommen werden, zeigen zirkonfreie Nickel-Kupfer-Legierungen hohe Festigkeit und Dehnung bei Wärmegraden bis zu 37r° C sowie einen transkristallinischen Bruch.. Bei ungefähr 43o° C wird ein kleiner Teil des Bruchs interkristallinisch oder dendritisch. Über
    Zahlentafel I
    Versuchs- C in o/a Zr in % Zugfestigkeit in kg/cm2 Dehnung in %
    stück Nr.
    427' C ! 482' C I 527° C I 593 . C
    482' C I 527' C
    1 0,17 0 378o 2790 216o 17,5 3,0
    2 0,15 0 346o 2290 24
    3 0,15 0,06 358o 326o 45 40
    4 0,18 o,12 396o 3400 41 30
    5 0.17 0,35 4020 365o 2830 33 30
    6 0,18 0.59 3700 3490 25,5 25
    7 0,11 0,76 2730 3110 1 13 22,5
    Es ist zu ersehen, daß die Zugfestigkeit der Nickel-Kupfer-Legierung bei, 482°C durchZirkonbeigaben in Grenzen von 0,o5 bis o,6o% sehr verbessert ist, wobei die Höchstzugfestigkeit mit einem Zirkongehalt von o,io bis 0,40% erreicht wird. Wenn der Zirkongehalt weiter gesteigert wird, sinkt die Zugfestigkeit bei 482° C, aber sogar bei 0,76% Zirkongehalt ist die Zugfestigkeit noch größer als bei einer vergleichsweisen Legierung ohne Zirkonbeigaben. Bei 527° C liegt die Höchstzugfestigkeit bei Legierungen, die 0,35010 Zirkon enthalten, und selbst bei ungefähr 0,750/0 Zirkongehalt ist die Festigkeit wesentlich größer als bei zirkonfreien Legierungen. Die Dehnung ist über den gesamten Bereich von 0,o5 bis 0,750/0 Zirkon
    Zahlentafel 1I
    Zeit in h bei verschiedenen Beanspruchungen Gesamtzeit
    Versuchs- Zr in % 1 bis zum Bruch Dehnung in
    stück Nr. /° 246o 2815 I 316o 352n beim Bruch
    kg/cm2 in h
    8 0 130 130 8
    9 0,07 165 170 i65 500 29
    10 0,35 16o 170 165 20 515 21
    11 0,59 165 170 165 2 502 18
    12 0,76 165 170 170 1 240 745 22
    43o° C wird der Bruch mehr und mehr und bei ungefähr 48o° C vollständig dendritisch. Dieser Wechsel in der Art des Bruchs wird von einem starken Abfall der Festigkeit und Dehnung begleitet. Das erfindungsgemäße Vorhandensein von Zirkon bewirkt, daß sich die Neigung des Metalls zu interkristallinischem Bruch innerhalb des Temperaturbereichs von ungefähr 43o° bis 54o° C verliert.
  • Das Zirkon hat in den Gußstüdken weiter die günstige Wirkung, Warmrisse zu vermeiden. So ist bei Gußstücken aus hoch siliciumhaltigen Legierungen, die abgeschreckt oder schnell abgekühlt werden müssen, die Neigung zu Rissen infolge der bei dem Abkühlen auftretenden Spannungen weniger groß, wenn Zirkon beigegeben ist.
  • Zur Erläuterung der Vorteile, die durch Anwendung der Erfindung erzielt werden, sei nachstehende Zahlentafel gegeben, die sich auf eine Legierung folgender Grundzusammensetzung bezieht: 28,2% Kupfer, 0,75% Mangan, 1,6% Eisen, 1,3% Silicium, Rest vorwiegend Nickel: bei 527° C um ungefähr 700 bis iooo% größer als bei zirkonfreien Legierungen.
  • Um die Steigerung der Dauerstandfestigkeit zu zeigen, seien folgende Einzelheiten gegeben. Versuchsstücke, die auf 427° C gehalten wurden, wurden zu Beginn des Versuchs mit 246o'kg/cmE belastet und dieser Last so lange ausgesetzt, bis die Stücke gerissen oder annähernd eine Woche vergangen war. Die Versuchsstücke, .die nicht gerissen waren, wurden dann mit einer 35o kg/cmE größeren Last ungefähr eine Woche lang beansprucht, worauf die Beanspruchung um weitere 350 kg/cm2 gesteigert wurde und, so weiter, bis der Versuch durch Zerreißen der Stücke beendet wurde. Die erzielten Ergebnisse waren folgende: Die durch Beigabe von Zirkon zu Nickel-Kupfer-Guß-Legierungen hervorgerufene Steigerung der Zugfestigkeit und Dehnung bei erhöhten Temperaturen ist überrascheM, weil Zugfestigkeit und Dehnung bei Raumtemperatur zunehmend absinken, wenn Zirkon beigegeben wird:, wie aus nachstehender Zahlentafel zu ersehen ist:
    Zahlentafel III
    Versuchs Zirkongehalt Zugfestigkeit Dehnung
    stück Nr. in % in kg/ cm2 in %
    13 0 5770 38
    14 0,12 5400 35
    15 0,22 560o 36
    16 0,59 478o 25
    17 0,76 380o 24
    Einige charakteristischeGußstücke, die während des Gebrauchs erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind und gemäß dieser Erfindung hergestellt werden können, sind Ventilteile einschließlich gegossener Ventilkörper, Ventilsitze, Scheiben, Kolben, Kolbenringe, Ventilstößelführungen, Reaktionsgefäße und Rührer, die bei Temperaturen von 315 bis 595° C, insbesondere von 372 bis 482° C arbeiten und Festigkeit, Rißfreiheit sowie :die Fähigkeit, Spannungen und Stößen zu widerstehen, aufweisen müssen.

Claims (6)

  1. PATEN TANSPBICIIE: i. Gußlegierung, gekennzeichnet durch nachstehende Zusammensetzung: mindestens 50% Nickel, 0,02 bis i,o% Zirkon, bis 5% Eisen und/oder Mangan, 0,o4 bis 0,6% Kohlenstoff. 0,5 bis 5% Silicium, Rest, mindestens jedoch 100/0, Kupfer.
  2. 2. Legierung nach Anspruch i dadurch gekennzeichnet, :daß der Nickelgehalt 6o bis 70% und der Kupfergehalt 35 bis 25% beträgt.
  3. 3. Legierung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, d'aß der Zirkongehalt 0,03 bis 0,75% beträgt.
  4. 4. Legierung nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumgehalt i bis 1,5%, der Kohlenstoffgehalt o,i bis 0,25%, der Mangangehalt o,5 bis 1,5%, der Eisengehalt o,5 bis 2% und der Zirkongehalt 0,o5 bis 0,3% beträgt.
  5. 5. Verwendung von Legierungen der Ansprüche i bis 4 als Werkstoff zur Herstellung von Ventilkörpern.
  6. 6. Die Verwendung von Gußstücken nach den Ansprüchen i bis 5 für Zwecke, bei denen es auf eine Beständigkeit bei Temperaturen über 35o° C ankommt.
DEP50004A 1940-03-29 1949-07-26 Nickel-Kupfer-Guss-Legierungen Expired DE823656C (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA823656X 1940-03-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE823656C true DE823656C (de) 1951-12-06

Family

ID=4172597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEP50004A Expired DE823656C (de) 1940-03-29 1949-07-26 Nickel-Kupfer-Guss-Legierungen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE823656C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1084029B (de) * 1954-10-12 1960-06-23 Mond Nickel Co Ltd Verfahren zur Verbesserung von Nickel-Kupfer-Silizium-Gusslegierungen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1084029B (de) * 1954-10-12 1960-06-23 Mond Nickel Co Ltd Verfahren zur Verbesserung von Nickel-Kupfer-Silizium-Gusslegierungen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2173916A2 (de) Aluminium-gusslegierung und deren verwendung
DE102017114162A1 (de) Hochfeste und hochkriechresistente aluminiumgusslegierungen und hpdc-motorblöcke
DE112018005321T5 (de) Druckguss-aluminiumlegierung und funktionsbauteil unter verwendung dieser
DE69414529T2 (de) Superlegierung auf Fe-Basis
DE3511860C2 (de)
DE60310316T2 (de) Gegen Schwefelsäure und Nassverfahrensphosphorsäure resistente Ni-Cr-Mo-Cu-Legierungen
DE823656C (de) Nickel-Kupfer-Guss-Legierungen
DE19539498B4 (de) Verschleißfester Synchronring aus einer Kupferlegierung
DE1242373B (de) Warm- und dauerstandfeste Nickellegierung
DE757956C (de) Die Verwendung von Kupfer-Aluminium-Legierungen fuer Gegenstaende hoher Warmdauerstandfestigkeit
EP1229141A1 (de) Aluminiumgusslegierung
DE1284632B (de) Verwendung einer Al-Si-Ni-Gusslegierung
DE1911552B2 (de) Verwendung einer gusseisenlegierung als werkstoff fuer zu bearbeitende und hochtemperaturbeanspruchte maschinenteile
DE1240671B (de) Die Verwendung einer Legierung auf Kobaltbasis zur Herstellung von gegen Waermeschock bestaendigen Gegenstaenden
DE1194154B (de) Verwendung einer Nickel-Kupfer-Legierung bei Nassdampfbeanspruchung
EP0042455B1 (de) Al- und Co-haltige Kupferlegierungen hoher Verschleissfestigkeit und Verfahren zu ihrer Herstellung
CH209688A (de) Nickel-Chromlegierung.
DE2517780A1 (de) Vergiessbare austenitische hochtemperaturlegierung
AT201296B (de) Warmfester Nickel-Kobalt-Chrom-Legierung
DE3725950A1 (de) Verwendung einer kupferlegierung als werkstoff fuer stranggiesskokillen
DE2106506C3 (de) Verwendung eines Chrom-Nickel-Stahls zur Herstellung von Bauteilen
DE2320016A1 (de) Chrom-kobalt-legierung
DE392123C (de)
DE1294027B (de) Verwendung einer Messing-Legierung fuer Dauerformguss
DE2047700A1 (de) Hitzebeständige Legierung auf Eisenbasis