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Bleilagermetall Es ist bekannt, Blei durch Zusätze von Erdalkalien
und Alkalien zu härten und- ihm dadurch Eigenschaften zu verleihen, die es an Stelle
der bekannten Lagermetalle mit teuerem Zinn als Grundmetall zur Verwendung als Lagermetall
geeignet machen. Um eine ausreichende Gußhärte. von 24. bis 40 kg/mm2 zu erhalten,
wurden zuerst Erdalkalizusätze (Calcium, Barium, Strontium) von 2 bis q.0/0 und
Alkalizusätze von über o,2 % zugegeben. Die ungenügende Korrosionsbeständigkeit
dieser Legierungen, die hauptsächlich ihrem hohen Bariumgehalt zugeschrieben wurde,
führte dazu, die Erdalkaligehalte weit unter 20/a herunterzusetzen .und an Stelle
von als besonders korrosionsfördernd angesehenem Barium bis zu oyo5 % stark härtendes
Lithium zuzusetzen. Es wurden lithiumhaltige Legierungen mit je unter
0,5 °/o Erdalkalien und anderen Alkalien (Natrium und Kalium) und in der
österreichischen Patentschrift z,o,6 2o,8 solche mit bis zu z % Natrium und/oder
Kalium und- außerdem Erdalkalien, hauptsächlich Calcium, vorgeschlagen. Der Gehalt
der Alkalien und Erdalkalien wurde bei den zuletzt genannten bariumfreien Legierungen
ungefähr in gleicher Höhe gehalten. Als Beispiel sind genannt o;6% Calcium, o,60/9
Natrium, o,@o4% Lithium und o,q.% Calcium, 0,3 % Natrium, o,oa5 % Lithium.
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Im deutschen Patent 518395 wurde dann als besonders günstige
und optimale Zusammensetzung der Lagerlegierungen dieser Gattung o,65 bis
0,730/0
-Calciwm, 0,58 bis- 0,661/o Natrium und 0,03 bis o,oi51/o Lithium sowie ein
Aluminiumgehalt bis zu 0,21/o vorgeschlagen. Da hohe Bariumgehalte für die Korrosion
verantwortlich gemacht wurden, wurde Barium, trotz der bekannten guten Gleiteigenschaften,
die dieser Bestandteil hervorruft, vermieden.
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Das bariumfreie Lagermetall gemäß dem deutschen Patent 518 395 hat
sich bezüglich Gußhärte nach einer gewissen Zeit, hinsichtlich der Warmhärte, Zerreißfestigkeit,
Dehnung, Stauchbarkeit, Biegefestigkeit und seiner guten Gleiteigenschaften in der
Praxis sehr gut bewährt und wurde schon seit vielen Jähren als Lagermetall verwendet.
Es besitzt jedoch einen Nachteil. Sein hoher Calciumgehalt setzt seinen Schmelzpunkt
so hoch herauf, d@aß es bei 56o bis 58o° C vergossen werden muß. Hierbei brennen
die härtenden Bestandteile, hauptsächlich Natrium und Lithium, wenn nicht besondere
Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, leichtheraus. Es wurden daher der Schutz des
Metalls gegen Luftzutritt und die Vermeidung einer Überhitzung des Bades beimVergießenempfohlen.
DieHärteeinbußen können ein sehr erhebliches Ausmaß annehmen, wenn das Metall auf
unzulässig hohe Temperaturen gebracht und zu lange Zeit auf diesen Bedingungen gehalten
wird. Ferner verliert das Metall bei sehr langer Erwärmung auf 8o bis i io° C, was
im Betrieb durch Reibungswärme erfolgen kann, durch Geifügeänderungen an Härte.
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Es wurde nun gefunden, daß der Härteverlust der Legierung beim Umschmelzen
:und auch die Warmenthärtung überraschenderweise durch den über etwa o,220/0 liegenden
Natriumgehalt und den über etwa o,o21/o liegenden Lithiumgehait bedingt -werden.
Die Aufgabe war daher, die härtende Wirkung -des über o,221/0 liegenden Natriums.
und über o,o21/o liegenden Lithiums durch andere härtende Elemente zu ersetzen,
ohne die übrigen Eigenschaften des Lagermetalls zu schädigen._Eine neue überraschende
Erkenntnis führte dazu, zur Steigerung der Härte das wegen seiner vermeintlich geringen
Korrosionsbeständigkeit im Blei gefürchtete Barium einzuführen. Es wurde erkannt,
daß nicht der hohe -Erdalkali-, insbesondere Bariumgehalt im Blei an sich für die
geiringeKorrosionsbeständigkeit verantwortlich zu machen ist, sondern dessen Kombination
mit den Alkalien, insbesondere Natrium und Lithium, besonders dann, wenn der Alkäligehalt
über dem-der Löslichkeit bei Zimmertemperatur im Blei entsprechenden, d. h. bei
Natrium über 0,22% und bei Lithiumgehalt über o,oi5 bis o,o21/o liegt. Bei der Aufbewahrung
in feuchtigkeitsgesättigter Luft sind nach den der Erfindung zugrunde liegenden
Erkenntnissen die alkalifreien und die weniger als o,22 °/o Natrium und/oder o;o21/o
Lithium enthaltenden Erdalkalilegierungen mit i bis 2°1o, bei Fehlen des Alkalis
auch mehr, Erdalkali beständiger als die 0s5 bis i 11o Erdalkali, aber über 0,22%
Natrium und/oder über 0,021/o Lithium enthaltenden Legierungen.
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Auf.Grund dieser Erkenntnisse wundem nun für Lagermetallzwecke Bleilegierungen-
mit i bis 211a, vorzugsweise i bis 1,51/o, mindestens zweier Erdalkalien, vorzugsweise
Calcium und Barium, bei Fehlen von Alkali auch mehr, bis etwa 41/o Erdalk alimetall,
und zwar vorzugsweise mehr Barium als Calcium, und mit nicht über 0,251/o der bekannten
Alkalimetalle, vorzugsweise innerhalb der Löslichkeitsgrenzen bei Raumtemperatur,
darunter nicht über o,2@2% Natrium und keinem oder nicht über o,oz1/o liegendem
Lithiumgehalt entwickelt. Sie weisen neben genügend hohen Härten keine oder nur
geringe Enthärtung durch längeres Erwärmen auf, sind gut, d. h. mit keinem oder
nur unwesentlichen Härteiverlustenwiederholt umschmelzbar und korrosionsfest. Eine
gemäß dieser Erfindung mit beispielsweise 0,70 0/0 Calcium, o,47 11o Barium,
0,38% Strontium, o,2o1/o Natrium und etwa 0,05 °/o Aluminium hergestellte Legierung
hat nach etwa 3wöchiger Aushärtung durch Lagerung bei Zimmertemperatur etwa 24 BE.
Bei deir iotägigen Erwärmung auf etwa 9o° C erleidet sie im Gegensatz zu einer bekannten
Legierung mit o,710/0 Calcium, 0,611/o Natrium, 0,0381/o Lithium und etwa 0,05 01o
Aluminium und im Gegensatz zu der Legierung, nach dem österreichischen Patent roh
2o8 mit 0,431/o Calcium, o,29 01o Natrium, 0,051/o Lithium und 0,051/o Aluminium
keine durch Zimmertemperaburlagerung irreversible Enthärtung, sondern sogar eine
weitere Härtesteigerung um etwa 3 BE. Die erstgenannte bekannte Legierung nach dem
deutschen Patent 518 395 verliert dagegen durch die Wärmebehandlung etwa io BE und
die zweite, nach dem österreichischen Patent i06 2o8 zusammengesetzte etwa 7 BE.
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Diel erfindungsgemäße Legierung läßt sich zehn-und mehrmal praktisch
ohne Härteverlust umschmelzen. Bei versuchsweiser mehrwöchiger Lagerung in. feuchtigkeitsgesättigter
Luft korrodierte die neue Legierung weniger als diel beiden bekannten Legierungen,
trotzdem sie zwei- bis dreimal soviel Gesamterdalkalien, darunter auch Barium, enthält.
Auf Grund der bisherigen Kenntnis übeir die bariumhaltigen Erdalkalilegierungen
war diese Wirkung nicht vorauszusehen.
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Die Härte- der neuen Legierung kann für Zwecke, die auch ohne Wärmebehandlung
eine höhere Härte -erwünscht erscheinen lassen, durch einen Zusatz von Kadmium,
vorzugsweise in Mengen von 0,5 bis i 1/0, noch erhöht werden. Die so erzielte
höhere Härte ist gegen längeres Erwärmen und auch-gegen öfteres Umschmelzen beständig.
Auch die Korrosionsfestigkeit der Legierung wird durch den Kadmi,umzusatz nicht
ungünstig beeinflußt.
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Der große Fortschritt, der in der Beständigkeit der Eigenschaften
des Lagermetalls durch die neuen Erkenntnisse erzielt worden ist, geht aus dem Kurvenblatt
i a bis i c hervor. Die Kurven der Abb. i c beziehen sich auf eine der neuen Legierungen
mit 0,68% Calcium, 0,50°/o Barium, o,310/0 Strontium, ö,221/0 Natrium, 0,5i 01O
Kadmium und 0,05 01o Aluminium, Rest Blei. Die Kurve I ist die Aushärtungskurve
des frischen Gusses bei Zimmertemperatur, die Kurve II diejenige des i o Tage lang
auf etwa -go° C erwärmten- und dann bei Zimmertemperatur
gelagerten
Gusses, die Kurve III diejenige des -zehnmal umgeschmolzenen, und zwar jedesmal
während io Min. eingeschmolzenen, dann ohne Bewegung der Oberfläche, des Bades 15
Min. auf 56o bis 58o' C gehaltenen und rasch vergossenen und dann bei Zimmertemperatur
gelagerten Metalls und die Kurve IV diejenige des zehnmal in gleicher Weise umgeschmolzenen,
dann io Tage auf go° C erwärmten und bei Zimmertemperatur ausgehärteten neuen Metalls.
Bei den gleichen Behandlungen ergab eine Legierung mit 043 % Calcium, o,29 % Natrium,
0,o5 % Lithium und 0,o5 % Aluminium, Rest Blei eetnäß österreichischem Patent i06
2o8 ,die Kurven I bis III der Abb. i b. Behandelt man unter diesen Bedingungen eine
Legierung mit 0,710/a Calcium, 0,61% Natrium, 0,031/o Lithium, 0,051)/o Aluminium,
Rest Blei entsprechend dem deutschen Patent 518 395, so erhält man die Kurven I
bis III der Abb. i a, wobei die Kurve III die Aushärtungskur ve nach sechsmaligem
Umschmelzen darstellt. Die Abbildungen zeigen, daß gegenüber der Warmenthärtung
und Enthär tung durch wiederholtes Umschmelzen bei den bekannten Legierungen die
Legierungen der Erfindung praktisch beständig sind gegenüber lange dauernder Erwärmung
auf etwa 8o° C bzw. häufiger Umschmelzung.
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Die Lithium enthaltenden Legierungen der neuen Zusammensetzung haben
höhere Gußhärten als die lithiumfreien. Warmenthärtung findet praktisch nicht statt,
wenn der L ithiumgehalt nur bis o,o2% beträgt. Zum Beispiel hatte eine Legierung
der Zusammensetzung 0,79% Calcium, 0,4i % Barium, 0,22"10 Natrium, 0,02 % Lithium
und 0,o5 % Aluminium nach Aushärtung bei Zimmertemperatur 3o,8 BE und nach iotägiger
Erwärmung auf 8o° C und gleich langer Aushärtung durch Zimmertemperaturlagerune
3i,0 BE, d. h. sie erlitt keinerlei Warmenthärtung. Das gleiche wurde an der Legierung
mit etwa 0,7% Calcium, 0,4% Barium, 0,35% Strontium, 0,2% Natrium, o,oi5%Lithium
und 0,o5 % Aluminium beobachtet. Ihre Gußhärte hatte vor der iotägigen Warmbehandlung
28,4 BE und nach der Warmbehandlung 28,o BE, d. h. sie erlitt praktisch keine Warmenthärtung.
Nicht so beständig sind jedoch die o,oi5 bis 0,02% Lithium enthaltenden Legierungen
beim Umschmelzen. So verliert z. B. eine Legierung mit etwa 0,7% Calcium, 0,4% Barium,
0,350/0 Strontium, 0,2,% Natrium, 0,5'1& Kadmium, 0,05% Aluminium und 0,02 %
Lithium von ihrer Gußhärte von etwa 3 I .BE (io Täge bei Zimmertemperatur ausgehärtet)
bei mehrmaligem Umschmelzen bei 56o bis 58o° C bis zu 8 BE. Nach vier- bis fünfmaligem
Umschmelzen besitzt sie noch etwa 24 BE, die sie dann auch bei weiterem, selbst
zehnmaligem Umschmelzen behält. Ihr Lithiumgehalt sinkt dabei durch Ausbrand bis
auf o,oi5%.
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Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Zusammensetzung der
neuen Legierung so zu wählen, daß ihr Bariumgehalt höher ist als der Calciumgehalt.
Calcium erhöht in den fraglichen Mengen den Schmelzpunkt des Bleis, während Barium
ihn herabsetzt. Die bariumreicheren Legierungen sind daher leichter vergießbar.
Der niedrigere Schmelzpunkt der bariumreicheren Legierungen wirkt sich insbesondere
auf die Umschmelzbarkeit der erfindungsgemäß Lithium enthaltenden Legierungen günstig
aus, da die Gefahr des Ausbrennens verringert ist. Eine Legierung der Zusammensetzung
- o,8 0% Barium, o,.52 % -Calcium, 0,2'/o Natrium, o,5 % Kadmium,. 0,o5 0/0a Aluminium
und 0,021/o Lithium, Rest Blei, in der also mehr Barium als Calcium enthalten ist
und in der die etwa 0,7% Cälciüm, 0,4% Barium und 0,35% Strontium durch o,8 % Barium
und 0,52V0 Calc.ium ersetzt sind, besitzt bei sonst gleichen Gußhärten und gleich
guter Beständigkeit bei der Dauererwärmung auf etwa 8o° C (Warinenthärtung) auch
eine bessere Umschmelzbarkeit. Ihre bei ebenfalls etwa 32 BE liegende Härte nach
iotägiger Zimmertemperaturlagerung fällt beim Umschmelzen wesentlich langsamer auf
den konstant bleibenden Wert von etwa 24 BE. Nach viermaligem Umschmelzen hat sie
noch fast 26 BE,, während die calciumreichere, bariumärmere Legierung schon den
Grenzwert von 24 BE erreicht hat. Noch langsamer wird der Härteabfall beim Umschmelzen,
wenn dasselbe bei einer bei der leichter schmelzenden bariumreicheren, calciumärmeren
Legierung wegen des tieferen Schmelzpunktes möglichen Temperatur von 50o bis 52o°
C vorgenommen wird. Nach viermaligem Umschmelzen bei dieser Temperatur besitzt sie
noch etwa 28 BE. Das Kurvenblatt 2 enthält die Härteabfallkurve -der calciumreicheren,
bariumärmeren Legierung in Abhängigkeit von der Zahl des Umschmelzeins bei 56o bis
58o° C '(I) im Vergleich zu denjenigen der calciumärmeren, bariumreicheren
bei 56o bis 58o° C (II) und bei 50o bis 52o'° C (III) umgeschmolzenen Legierung.
Die Kurve der bariumreicheren ist flacher, und zwar bei den niedrigoren Umschmelztemperaturen
noch flacher als bei den höheren Temperaturen. Es ist als vorteilhaft bekannt, der
Erdalkali Alkali-Bleilegierung zwecks Herabsetzung des Ausbrandes der Erdalkalien
und Alkalien bis zu 0,2% Aluminium zuzusetzen. Dieser Zusatz erfolgt zweckmäßieerweise
auch bei den neuen Legierungen.