EP0642596B1 - Brass alloy - Google Patents
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- EP0642596B1 EP0642596B1 EP93909801A EP93909801A EP0642596B1 EP 0642596 B1 EP0642596 B1 EP 0642596B1 EP 93909801 A EP93909801 A EP 93909801A EP 93909801 A EP93909801 A EP 93909801A EP 0642596 B1 EP0642596 B1 EP 0642596B1
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- alloys
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
Definitions
- the invention relates to a copper-based alloy with zinc as the next most common alloy component.
- Alloys of this type generally referred to as brass, are used for the production of very different technical devices and components.
- different alloying components are added to the brass alloys in order to obtain very specific properties that correspond to the respective intended use.
- the element lead is usually added to them in amounts of approximately 1 to 3% by weight.
- the lead means that the chips produced during machining are short-lived. This property is indispensable especially when machining workpieces on automatic machines.
- these alloys have a comparatively wide solidification range of around 150 ° C. In connection with the relatively high cooling rates during permanent mold casting, this leads to increased hot brittleness of the cast parts. Therefore, the alloys mentioned can practically only be used for sand casting processes.
- Another disadvantage of the known alloy is that a relatively high proportion of bismuth is necessary to enable machining.
- the object of the invention to provide a low-lead or lead-free alloy which is suitable for the production of components for drinking water installations and which does not have the disadvantages mentioned above.
- the alloy should also have the casting and mechanical properties necessary for the intended use.
- Water fittings should, for example, have a polishable surface and sufficient pressure tightness for the pressure ranges prevailing in drinking water supply systems, properties that depend directly on the fine-grained structure of the castings.
- the components produced with the alloy according to the invention can be classified as practically toxicologically safe.
- Bismuth is not known to have a cumulative toxic effect corresponding to lead.
- the toxicity of bismuth to lead is considerably lower, so that at the concentrations that occur when bismuth is transferred into drinking water, a comparatively very low health risk potential is likely to arise.
- bismuth has about 10 times less toxicity on these organisms than lead.
- Another indication of the relative non-toxicity of bismuth can be seen in the fact that bismuth is classified as not harmful to health in the DE Hazardous Substances Ordinance and is also not mentioned in standard regulations such as the TVO, in contrast to lead.
- the alloy according to the invention can depend on the degree of purity of the alloy used Alloy components may lead to minor contamination with lead. However, these usually only reach values of at most about 0.3% by weight and are therefore rather negligible compared to the deliberately added lead additives in brass alloys containing lead.
- compositions of an alloy according to the invention are specified in subclaims 2 and 3. It should be emphasized here in particular that the addition of boron in an amount of 5 to 15 ppm can reduce the average grain size of the structure.
- alloys according to claims 4 and 5 are resistant to dezincification. Due to this property, drinking water fittings manufactured with it can also be used in areas with high water aggressiveness and generally have a longer service life.
- the structure of the specimens examined was essentially globulitic and had an average grain size of approximately 30 ⁇ m.
- the length of the spiral was determined (according to Schneider) at a temperature of 1000 ° C to 1005 ° C. The determined values were between 522 mm and 531 mm and thus in the range of the values known from Gk Ms 60 Fk (500 mm - 600 mm).
- a dezincification sample was produced in accordance with ISO standard 6509-1981 (E).
- the dezincification test itself was carried out according to the Australian standard No. 2345-1980.
- the dezincification depths found were consistently greater than 100 ⁇ m, but were in the ranges known from Gk Ms 60 Fk.
- This exemplary embodiment relates to an alloy with the following composition (% by weight): Cu: 63.00%, Bi: 0.8%, Mn: 0.45%, Si: 0.5%, Al: 0.5%, Sb: 0.1%, B: 10 ppm, Pb: ⁇ 0.10%, Sn: ⁇ 0.10%, Fe: ⁇ 0.10%, Ni: ⁇ 0.10%, Zn: balance
- cross sections were cold-cut out of water fittings manufactured with the alloy according to the invention (sample P III in Table 2) and subjected to a test according to ISO 6509 (Corrosion of metals and alloys / Determination of decincification resistance of brass -, edition 1981). The casting temperature was 1000 ° C.
- sample dezincification depth of 60 ⁇ m was found in sample III, while the samples consisting of conventional Gk Ms 60 Fk had significantly higher dezincification depths.
- sample PIII is dezincification-resistant.
- the permissible depth of dezincification according to BS for castings is 100 ⁇ m, according to the Swedish building standard R 8 200 ⁇ m.
- castings were cast under normal manufacturing conditions. These castings were first subjected to machine cylindrical grinding, finish and fine grinding by hand and finally to a polishing which was carried out both mechanically and by hand.
- the parts were introduced into normal production and weighed raw and after each of the processes mentioned.
- the material removal by machine grinding was significantly less.
- the surface quality of the parts produced with the alloy according to the invention was better than that of conventional castings, which resulted from a lower number of complaints after the first grinding or polishing process.
- the above-mentioned PIV and PV samples were also subjected to fracture tests in order to examine the microstructure for voids and "sponge areas". All samples were free from such structural defects.
- the microstructure of the alloy corresponding to PIV and PV was determined using conventional metallographic methods.
- the structure had an essentially globulitic grain structure with an average grain size of approximately 35 ⁇ m.
- the maximum grain size was below 100 ⁇ m.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Legierung auf Kupferbasis mit Zink als nächsthäufigerem Legierungsbestandteil. Derartige Legierungen, im allgemeinen als Messing bezeichnet, werden für die Herstellung sehr unterschiedlicher technischer Geräte und Bauteile verwendet. Je nach Verwendungszweck werden den Messing-Legierungen unterschiedliche Legierungsbestandteile zugemengt, um ganz bestimmte, dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechende Eigenschaften zu erhalten. Sollen beispielsweise Legierungen bereitgestellt werden, die zur spangebenden Bearbeitung geeignet sind, so wird diesen üblicherweise das Element Blei in Mengen von etwa 1 bis 3 Gew% zugesetzt. Das Blei bewirkt, daß die bei der zerspanenden Bearbeitung entstehenden Späne kurzbrüchig sind. Diese Eigenschaft ist insbesondere bei der Bearbeitung von Werkstücken auf automatischen Maschinen unabdingbar.The invention relates to a copper-based alloy with zinc as the next most common alloy component. Alloys of this type, generally referred to as brass, are used for the production of very different technical devices and components. Depending on the intended use, different alloying components are added to the brass alloys in order to obtain very specific properties that correspond to the respective intended use. If, for example, alloys are to be provided which are suitable for machining, then the element lead is usually added to them in amounts of approximately 1 to 3% by weight. The lead means that the chips produced during machining are short-lived. This property is indispensable especially when machining workpieces on automatic machines.
Bei der Verwendung derartiger, bleihaltiger Legierungen für die Herstellung von Bauteilen für die Trinkwasserversorgung besteht nun die Gefahr, daß der Legierungsbestandteil Blei ins Trinkwasser übertritt. Das Blei gelangt mit dem Trinkwasser über den Magen-Darm-Trakt in den menschlichen Organismus, wird dort v.a. in den Knochen kumuliert und führt zu den bekannten Schädigungen. Eine Gefährdung durch das Blei ist aber auch in Betrieben gegeben, die beihaltiges Messing erschmelzen oder damit hergestellte Produkte weiterverarbeiten. Hier kann das Blei durch Einnahme, Inhalation oder Hautresorption in den Körper gelangen.When such lead-containing alloys are used for the production of components for the drinking water supply, there is now a risk that the alloy component will lead into the drinking water. The lead gets into the human organism with the drinking water via the gastrointestinal tract. accumulates in the bones and leads to the known damage. However, there is also a risk from lead in companies that melt brass or process products made with it. Here the lead can get into the body through ingestion, inhalation or skin absorption.
Aus der DE 38 34 460 C2 ist es bekannt, eine Legierung für die Herstellung von Bauteilen für Wasserversorgungsinstallationen zu verwenden, die 1,5 bis 7 Gew% Wismut, 5 bis 15 Gew% Zink, 1 bis 12 Gew% Zinn und Kupfer als Rest mit zufälligen Verunreinigungen enthält. Es handelt sich hier um eine Rotguß-Legierung, also eine Zinnbronze mit Zink als zusätzlichen Legierungsbestandteil. Derartige Legierungen haben den Nachteil, daß sie aufgrund der Bildung eines Substitutionsmischkristalls zwischen Kupfer und Zinn einen sehr breiten Erstarrungsbereich aufweisen. Dies ist insofern ein großer Nachteil, als diese Legierungen für das Kokillengießverfahren nur wenig geeignet sind. Dies liegt vor allem daran, daß sie eine relativ hohe Schmelztemperatur aufweisen. Die Folge davon ist, daß bereits nach wenigen Gießvorgängen die Kokillenformen aufgrund der starken thermischen Belastung unbrauchbar werden. Außerdem weisen diese Legierungen einen vergleichsweise breiten Erstarrungsbereich von etwa 150° C auf. Dies führt in Verbindung mit den relativ hohen Abkühlgeschwindigkeiten beim Kokillenguß zu einer erhöhten Warmbrüchigkeit der Gußteile. Deshalb können die genannten Legierungen praktisch nur für Sandgußverfahren verwendet werden.From DE 38 34 460 C2 it is known to use an alloy for the production of components for water supply installations which contains 1.5 to 7% by weight bismuth, 5 to 15% by weight zinc, 1 to 12% by weight tin and copper as the rest with random impurities. It deals is a gunmetal alloy, i.e. a tin bronze with zinc as an additional alloy component. Such alloys have the disadvantage that they have a very wide solidification range due to the formation of a substitution mixed crystal between copper and tin. This is a major disadvantage in that these alloys are not very suitable for the mold casting process. This is mainly because they have a relatively high melting temperature. The result of this is that after just a few casting operations, the mold shapes become unusable due to the high thermal load. In addition, these alloys have a comparatively wide solidification range of around 150 ° C. In connection with the relatively high cooling rates during permanent mold casting, this leads to increased hot brittleness of the cast parts. Therefore, the alloys mentioned can practically only be used for sand casting processes.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Legierung besteht darin, daß ein relativ hoher Anteil von Wismut notwendig ist, um eine spanende Bearbeitung zu ermöglichen.Another disadvantage of the known alloy is that a relatively high proportion of bismuth is necessary to enable machining.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine bleiarme bzw. bleifreie, für die Herstellung von Bauteilen für Trinkwasser-Installationen geeignete Legierung bereitzustellen, die die obengenannten Nachteile nicht aufweist. Die Legierung soll weiterhin die für den vorgesehenen Verwendungszweck notwendigen Gieß- und mechanischen Eigenschaften aufweisen. Wasserarmaturen sollen beispielsweise eine polierbare Oberfläche und eine für die in Trinkwasser-Versorgungssystemen vorherrschenden Druckbereiche ausreichende Druckdichtigkeit aufweisen, Eigenschaften, die direkt von der Feinkörnigkeit der Gefügestruktur der Gußteile abhängen.Based on this, it is the object of the invention to provide a low-lead or lead-free alloy which is suitable for the production of components for drinking water installations and which does not have the disadvantages mentioned above. The alloy should also have the casting and mechanical properties necessary for the intended use. Water fittings should, for example, have a polishable surface and sufficient pressure tightness for the pressure ranges prevailing in drinking water supply systems, properties that depend directly on the fine-grained structure of the castings.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß eine Legierung, deren Cu-Gehalt auf 57 - 65 Gew. % eingestellt wird und deren weitere Legierungsbestandteile 3 Gew.% nicht überschreiten, sich problemlos in der Kokille vergießen läßt und darüber hinaus relativ feinkörnig und damit praktisch lunkerfrei aus der Schmelze erstarrt. Letzteres ist vor allem dann von Vorteil, wenn damit Formteile gegossen werden, die eine glatte und polierbare Oberfläche aufweisen sollen, wie dies bei hochwertigen Armaturen für den Küchen- und Sanitärbereich der Fall ist. Die mit der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Armaturen weisen außerdem eine sehr gute Druckdichtigkeit auf, was auf die Abwesenheit von Lunkern bzw. "schwammartigen" Bereichen in unterschiedliche Druckbereiche voneinander trennenden Innenwänden oder Dichtflächen zurückzuführen ist. Unter schwammartigen Bereichen sind dabei Gefügebereiche zu verstehen, die eine aufgelockerte, nach Art eines Schwammes Hohlräume enthaltende Struktur aufweisen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Legierung ist, daß sie gute Fließeigenschaften aufweist, was insbesondere bei der Herstellung von kompliziert aufgebauten Formteilen von Bedeutung ist.This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Surprisingly, it has been found that an alloy whose Cu content is set to 57-65% by weight and whose further alloy components do not exceed 3% by weight can be easily cast in the mold and also solidifies relatively fine-grained and therefore practically free of voids from the melt. The latter is particularly advantageous if it is used to cast molded parts that should have a smooth and polishable surface, as is the case with high-quality fittings for the kitchen and sanitary area. The fittings produced with the alloy according to the invention also have very good pressure tightness, which is due to the absence of cavities or "sponge-like" areas in different pressure areas separating inner walls or sealing surfaces. Sponge-like areas are to be understood to mean structural areas which have a loosened structure which contains cavities in the manner of a sponge. Another advantage of the alloy according to the invention is that it has good flow properties, which is particularly important in the production of complicated structural parts.
Weitere Ausführungsformen der beanspruchten Legierung sind in den Ansprüchen 4, 7 und 8 sowie der abhängigen Ansprüchen gegeben.Further embodiments of the claimed alloy are given in claims 4, 7 and 8 and the dependent claims.
Durch den Ersatz des bisher verwendeten Legierungsbestandteiles Blei durch Wismut können die mit der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Bauteile praktisch als toxikologisch unbedenklich eingestuft werden. Eine dem Blei entsprechende kumulative toxische Wirkung ist von Wismut nicht bekannt. Die Toxizität von Wismut gegenüber Blei ist gemäß DAB wesentlich geringer, so daß bei den durch den Übertritt von Wismut ins Trinkwasser auftretenden Konzentrationen ein vergleichsweise nur sehr geringes gesundheitliches Gefährdungspotential entstehen dürfte. Wie an Mikroorganismen und Kleintieren gezeigt werden konnte, wirkt Wismut auf diese Organismen etwa 10 mal weniger toxisch als Blei. Ein weiteres Indiz für die relative Ungiftigkeit von Wismut ist in der Tatsache zu sehen, daß Wismut in der DE-Gefahrstoffverordnung als nicht gesundheitsschädlich eingestuft und darüber hinaus in Standard-Vorschriften wie der TVO nicht erwähnt ist, im Gegensatz zu Blei.By replacing the alloy component lead used so far with bismuth, the components produced with the alloy according to the invention can be classified as practically toxicologically safe. Bismuth is not known to have a cumulative toxic effect corresponding to lead. According to the DAB, the toxicity of bismuth to lead is considerably lower, so that at the concentrations that occur when bismuth is transferred into drinking water, a comparatively very low health risk potential is likely to arise. As has been shown in microorganisms and small animals, bismuth has about 10 times less toxicity on these organisms than lead. Another indication of the relative non-toxicity of bismuth can be seen in the fact that bismuth is classified as not harmful to health in the DE Hazardous Substances Ordinance and is also not mentioned in standard regulations such as the TVO, in contrast to lead.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Legierung kann es in Abhängigkeit von dem Reinheitsgrad der verwendeten Legierungsbestandteile gegebenenfalls zu geringfügigen Verunreinigungen mit Blei kommen. Diese erreichen jedoch üblicherweise Werte nur von höchstens etwa 0,3 Gew.% und sind daher im Vergleich zu den bewußt beigemengten Bleizusätzen bleihaltiger Messinglegierungen eher vernachlässigbar.In the production of the alloy according to the invention, it can depend on the degree of purity of the alloy used Alloy components may lead to minor contamination with lead. However, these usually only reach values of at most about 0.3% by weight and are therefore rather negligible compared to the deliberately added lead additives in brass alloys containing lead.
In den Unteransprüchen 2 und 3 sind vorteilhafte Zusammensetzungen einer erfindungsgemäßen Legierung angegeben. Hervorzuheben ist hier insbesondere, daß durch eine Zugabe von Bor in einer Menge von 5 bis 15 ppm die mittlere Korngröße des Gefüges verringert werden kann.Advantageous compositions of an alloy according to the invention are specified in subclaims 2 and 3. It should be emphasized here in particular that the addition of boron in an amount of 5 to 15 ppm can reduce the average grain size of the structure.
Der Vorteil der Legierungen gemäß den Ansprüchen 4 und 5 besteht darin, daß sie entzinkungsbeständig sind. Aufgrund dieser Eigenschaft können beispielsweise damit hergestellte Trinkwasser-Armaturen auch in Gebieten mit hoher Wasseraggressivität eingesetzt werden und weisen ganz allgemein eine höhere Lebensdauer auf.The advantage of the alloys according to claims 4 and 5 is that they are resistant to dezincification. Due to this property, drinking water fittings manufactured with it can also be used in areas with high water aggressiveness and generally have a longer service life.
Um ausgehend von herkömmlichen Messinglegierungen wie Ms 60 Fk zu entzinkungsbeständigen Messinglegierungen zu gelangen, ist es notwendig den Cu-Gehalt zu erhöhen, beispielsweise auf 64 %. Derartige Legierungen sind jedoch für viele Anwendungen, insbesondere für die Herstellung von Armaturen für den Sanitärbereich nicht geeignet, da sie ein zu grobes Gefüge aufweisen, was die bekannten negativen Begleiterscheinungen wie verstärkte Lunkerbildung nach sich zieht. Versuche, bei Messinglegierungen mit einem erhöhten Cu-Gehalt eine Kornfeinung mit dem üblicherweise dafür verwendeten Bor durchzuführen mißlangen bisher. Deshalb wurden für den angesprochenen Verwendungszweck praktisch nur die bekannten, nicht entzinkungsbeständigen Legierungen verwendet.In order to arrive at dezincification-resistant brass alloys based on conventional brass alloys such as Ms 60 Fk, it is necessary to increase the Cu content, for example to 64%. However, such alloys are not suitable for many applications, in particular for the manufacture of fittings for the sanitary area, since they have a structure that is too coarse, which leads to the known negative side effects such as increased blowholing. Attempts to carry out grain refinement with the boron usually used for it have so far failed with brass alloys with an increased Cu content. For this reason, practically only the known, non-dezincification-resistant alloys were used for the intended purpose.
Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß trotz eines gegenüber den bekannten Legierungen erhöhten Cu-Gehaltes eine Kornfeinung mit Bor möglich ist, wenn die Elemente Mn, Si und Sb in erfindungsgemäßen Mengen zulegiert werden und gleichzeitig der Fe-Gehalt auf maximal 0,25 Gew.% begrenzt wird. Es stellte sich weiterhin überraschenderweise heraus, daß die Legierung eine verbesserte Warmbrüchigkeit aufweist, wenn der Gehalt an Sn möglichst gering ist, zumindest aber 0,25 Gew. % nicht überschreitet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Auftreten von Harteinschlüssen stark zurückgedrängt ist. Harteinschlüsse, die vor allem bei der Oberfächenbearbeitung störend sind, treten bei herkömmlichen bleihaltigen Messinglegierungen vor allem dann verstärkt auf, wenn sie mit Bor gefeint sind.Surprisingly, it has now been shown that despite an increased Cu content compared to the known alloys, grain refinement with boron is possible if the elements Mn, Si and Sb are added in the amounts according to the invention and at the same time the Fe content is at most 0.25 % Is limited. It was also surprisingly found that the alloy exhibits improved heat brittleness if the Sn content is as low as possible, but at least does not exceed 0.25% by weight. Another advantage is that the occurrence of hard inclusions is strongly suppressed. Hard inclusions, which are particularly troublesome when machining surfaces, are more common in conventional leaded brass alloys when they are refined with boron.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen im folgenden näher erläutert:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments:
Durch Zusammenschmelzen der entsprechenden Legierungsbestandteile wurde eine Schmelze erhalten, die 59,78 Gew% Cu, 0,60 Gew% Al, 1,00 Gew% Bi, 13 ppm B, als erschmelzungsbedingte Verunreinigungen 0,02 Gew% Pb, 0,01 Gew% Sn, 0,02 Gew% Fe, 0,01 Gew% Sb und Zn als Rest enthält. Die Schmelze wurde zu Probeblöcken und fertigen Gußteilen (Armaturen) vergossen. Mit Teilen der Gußblöcke bzw. den Fertigteilen wurden verschiedene Standard-Untersuchungen durchgeführt:
Um die Polierfähigkeit der erfindungsgemäßen Legierung zu überprüfen, wurde eine Reihe von Polierproben durchgeführt. Das Ergebnis dieser Versuchsreihe war, daß die mit der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Formteile die bei Qualitätsarmaturen erforderliche Oberflächenpolierbarkeit aufweisen. Ebenso wurden bei sämtlichen Probestücken Bruchproben durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, daß praktisch keine Fremdeinschlüsse oder "Schwammbereiche" vorhanden waren. Vor allem letztere sind häufig die Ursache von Undichtigkeit, wenn sie sich in Trennwänden zwischen Räumen mit unterschiedlicher Druckbeaufschlagung oder etwa in Dichtungssitzen befinden.By melting the corresponding alloy components together, a melt was obtained which contained 59.78% by weight of Cu, 0.60% by weight of Al, 1.00% by weight of Bi, 13 ppm B as impurities due to melting, 0.02% by weight of Pb, 0.01% by weight % Sn, 0.02% by weight Fe, 0.01% by weight Sb and Zn as the balance. The melt was poured into test blocks and finished castings (fittings). Various standard tests were carried out with parts of the cast blocks or the finished parts:
In order to check the polishability of the alloy according to the invention, a series of polishing samples were carried out. The result of this series of tests was that the molded parts produced with the alloy according to the invention have the surface polishability required for quality fittings. Fracture tests were also carried out on all specimens. It was found that there were practically no foreign inclusions or "sponge areas". The latter in particular are often the cause of leaks if they are located in partitions between rooms with different pressurization or in seal seats, for example.
Das Gefüge der untersuchten Probestücke war durchwegs im wesentlichen globulitisch und wies eine mittlere Korngröße von etwa 30 µm auf. Als Maß für die Fließfähigkeit der Legierung wurde die Gießspirallänge (nach Schneider) bei einer Temperatur von 1000°C bis 1005°C bestimmt. Die ermittelten Werte lagen zwischen 522 mm und 531 mm und somit im Bereich der von Gk Ms 60 Fk bekannten Werte (500 mm - 600 mm).The structure of the specimens examined was essentially globulitic and had an average grain size of approximately 30 μm. As a measure of the flowability of the alloy, the length of the spiral was determined (according to Schneider) at a temperature of 1000 ° C to 1005 ° C. The determined values were between 522 mm and 531 mm and thus in the range of the values known from Gk Ms 60 Fk (500 mm - 600 mm).
Es wurden mehrere Fertigteile einer spangebenden Bearbeitung auf automatischen Maschinen unterzogen, indem wie im normalen Fertigungsprozeß Gewinde und Dichtungsplanflächen hergestellt wurden. Es zeigte sich, daß die mit der erfindungsgemäßen Legierung gegossenen Formteile ebensogut spanend bearbeitet werden konnten, wie solche aus der herkömmlichen Messinglegierung Gk Ms 60 Fk. Die von den Formteilen abgedrehten Späne waren ebenso wie bei den bleihaltigen Messinglegierungen kurzbrüchig.Several finished parts were machined on automatic machines by producing threads and sealing flat surfaces as in the normal manufacturing process. It was found that the molded parts cast with the alloy according to the invention could be machined just as well as those made from the conventional brass alloy Gk Ms 60 Fk. The chips turned off from the molded parts were just as brittle as with the brass alloys containing lead.
Auch bei Schleifversuchen, bei denen der Materialabtrag innerhalb einer vorbestimmten Zeit bestimmt wurde, ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zum herkömmlichen Messing. Ebenso wurden hinsichtlich der Galvanisierbarkeit der aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Gußteile keine Unterschiede zu herkömmlichen Messing-Gußteilen festgestellt.Even in grinding tests in which the material removal was determined within a predetermined time, there were no significant differences from conventional brass. Likewise, no differences to conventional brass castings were found with regard to the galvanizability of the castings produced from the alloy according to the invention.
Die mechanischen Eigenschaften wurden gemäß DIN 1709 Abs. 5 ermittelt. Aus den normgemäß gegossenen Keilproben wurde der unterste Abschnitt für die "Rundprobe" entnommen. Die Rundproben wurden nach DIN 50150 angefertigt und gezogen. Die ermittelten Werte sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben:
Zur Bestimmung der Entzinkungsbeständigkeit wurde eine Entzinkungsprobe nach der ISO-Norm 6509-1981 (E) gefertigt. Der Entzinkungstest selbst wurde nach dem australischen Standard Nr. 2345-1980 durchgeführt. Die festgestellten Entzinkungstiefen waren durchwegs größer als 100 µm, lagen jedoch in den von Gk Ms 60 Fk her bekannten Bereichen.To determine the resistance to dezincification, a dezincification sample was produced in accordance with ISO standard 6509-1981 (E). The dezincification test itself was carried out according to the Australian standard No. 2345-1980. The dezincification depths found were consistently greater than 100 µm, but were in the ranges known from Gk Ms 60 Fk.
Dieses Ausführungsbeispiel betrifft eine Legierung mit folgender Zusammensetzung (Gew. %):
Cu: 63,00 %, Bi: 0,8 %, Mn: 0,45 %, Si: 0,5 %, Al: 0,5 %, Sb: 0,1 %, B: 10 ppm, Pb: < 0,10 %, Sn: < 0,10 %, Fe: < 0,10 %, Ni: < 0,10 %, Zn: Rest
Zur Bestimmung der Entzinkungsbeständigkeit wurden von mit der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Wasserarmaturen (Probe P III in Tabelle 2) Querschliffe kalt herausgetrennt und einer Prüfung nach ISO 6509 (Corrosion of metals and alloys/Determination of dezincification resistance of brass -, Ausgabe 1981) unterzogen. Die Gießtemperatur betrug 1000°C. Zum Vergleich wurden 2 Proben (PI und PII) mit folgender bekannter Zusammensetzung getestet (Angaben in Gew.%):
Cu: 60,06 %, Zn: 37,38 %, Ni: 0,030 %, Al: 0,65 %, Mn: < 0,010 %, Sn: 0,10 %, Sb: 0,020 %, Si: 0,010 %, Fe: 0,080 %, Pb: 1,65 %, B: 0,0008 %.This exemplary embodiment relates to an alloy with the following composition (% by weight):
Cu: 63.00%, Bi: 0.8%, Mn: 0.45%, Si: 0.5%, Al: 0.5%, Sb: 0.1%, B: 10 ppm, Pb: < 0.10%, Sn: <0.10%, Fe: <0.10%, Ni: <0.10%, Zn: balance
To determine the dezincification resistance, cross sections were cold-cut out of water fittings manufactured with the alloy according to the invention (sample P III in Table 2) and subjected to a test according to ISO 6509 (Corrosion of metals and alloys / Determination of decincification resistance of brass -, edition 1981). The casting temperature was 1000 ° C. For comparison, 2 samples (PI and PII) with the following known composition were tested (data in% by weight):
Cu: 60.06%, Zn: 37.38%, Ni: 0.030%, Al: 0.65%, Mn: <0.010%, Sn: 0.10%, Sb: 0.020%, Si: 0.010%, Fe : 0.080%, Pb: 1.65%, B: 0.0008%.
Das Ergebnis der Entzinkungsbeständigkeitsprüfung geht aus der folgenden Tabelle 1 hervor:
Bei der Probe III wurde eine Entzinkungstiefe von 60 µm festgestellt, während die aus herkömmlichem Gk Ms 60 Fk bestehenden Proben wesentlich höhere Entzinkungstiefen aufwiesen. Entsprechend der Normen BS 2872 (BS = Britischer Standard), BS 2974, SS 11710 (SS = Schwedischer Standard) bzw. schwedischer Baunorm R 8 ist die Probe PIII entzinkungsbeständig. Die zulässige Entzinkungstiefe nach BS für Gußstücke beträgt 100 µm, nach der schwedischen Baunorm R 8 200 µm.A sample dezincification depth of 60 µm was found in sample III, while the samples consisting of conventional Gk Ms 60 Fk had significantly higher dezincification depths. In accordance with the standards BS 2872 (BS = British standard), BS 2974, SS 11710 (SS = Swedish standard) and Swedish building standard R 8, sample PIII is dezincification-resistant. The permissible depth of dezincification according to BS for castings is 100 µm, according to the Swedish building standard R 8 200 µm.
Die nun folgenden Versuche wurden mit Proben PIV und PV mit folgenden Zusammensetzungen (Angaben in Gew.%) durchgeführt:
PIV: Cu: 64,81 %, Bi: 0,33 %, Mn: 0,44 %, Fe: 0,039 %, B: 0,0015 %, Ni: < 0,01 %, Si: 0,53 %, Sn: < 0,01 %, Pb: < 0,01 %, Al: 0,53 %, Zn: Rest.
PV: Cu: 64,83 %, Bi: 0,53 %, Fe: 0,049 %, Mn: 0,40 %. Die restlichen Legierungsbestandteile stimmen mit denen von PIV überein.The following tests were carried out with samples PIV and PV with the following compositions (data in% by weight):
PIV: Cu: 64.81%, Bi: 0.33%, Mn: 0.44%, Fe: 0.039%, B: 0.0015%, Ni: <0.01%, Si: 0.53%, Sn: <0.01%, Pb: <0.01%, Al: 0.53%, Zn: rest.
PV: Cu: 64.83%, Bi: 0.53%, Fe: 0.049%, Mn: 0.40%. The remaining alloy components match those of PIV.
Zunächst wurden Gußteile unter üblichen Herstellungsbedingungen gegossen. Diese Gußteile wurden zunächst einem maschinellen Rundschleifen, einem Fertig- und Feinschleifen per Hand und schließlich einer sowohl maschinell als auch von Hand ausgeübten Polierung unterzogen. Die Teile wurden dabei in die normale Fertigung eingeschleust und im Rohzustand und nach jedem der genannten Vorgänge gewogen. Dabei ergab sich, daß im Vergleich zu aus herkömmlichem Messing Gk Ms 60 Fk hergestellten Gußteilen der Materialabtrag durch das maschinelle Schleifen signifikant geringer war. Die Oberflächengüte der mit der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Teile war gegenüber den herkömmlichen Gußteilen besser, was sich aus einer geringeren Beanstandungszahl nach dem ersten Schleif- bzw. Poliervorgang ergab. Die obengenannten Proben PIV und PV wurden auch Bruchproben unterzogen, um die Gefügestruktur auf Lunker und "Schwammbereiche" hin zu untersuchen. Sämtliche Proben waren frei von derartigen Gefügefehlern.First, castings were cast under normal manufacturing conditions. These castings were first subjected to machine cylindrical grinding, finish and fine grinding by hand and finally to a polishing which was carried out both mechanically and by hand. The parts were introduced into normal production and weighed raw and after each of the processes mentioned. Here it was found that, compared to castings made from conventional brass Gk Ms 60 Fk, the material removal by machine grinding was significantly less. The surface quality of the parts produced with the alloy according to the invention was better than that of conventional castings, which resulted from a lower number of complaints after the first grinding or polishing process. The above-mentioned PIV and PV samples were also subjected to fracture tests in order to examine the microstructure for voids and "sponge areas". All samples were free from such structural defects.
Mit übligen metallographischen Methoden wurde die Mikrostruktur der PIV und PV entsprechenden Legierung bestimmt. Das Gefüge wies eine im wesentlichen globulitische Kornstruktur mit einer mittleren Korngröße von etwa 35 µm auf. Die maximale Korngröße lag unterhalb von 100 µm.The microstructure of the alloy corresponding to PIV and PV was determined using conventional metallographic methods. The structure had an essentially globulitic grain structure with an average grain size of approximately 35 μm. The maximum grain size was below 100 µm.
Zur Bestimmung der Maschinierbarkeit wurden 60 Gußkörper (Armaturen) auf automatischen Maschinen bearbeitet. Es wurden beispielsweise Dichtflächen und Gewinde hergestellt. Dabei zeigte sich, daß die Maschinierbarkeit ohne nennenswerte Veränderung der von herkömmlichen Gußteilen gewohnten Bearbeitungsparameter erfolgen kann.To determine machinability, 60 castings (fittings) were processed on automatic machines. For example, sealing surfaces and threads were produced. It was shown that the machinability can be carried out without any significant change in the machining parameters familiar from conventional castings.
Nach den üblichen standardisierten Methoden wurden die mechanischen Parameter Dehngrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brinellhärte bestimmt. Das Ergebnis dieser Versuchsreihen war, daß die genannten mechanischen Werte mit jenen der bekannten Messinglegierung Gk Ms 60 Fk vergleichbar waren.The mechanical parameters proof strength, tensile strength, elongation at break and Brinell hardness were determined according to the usual standardized methods. The result of these test series was that the mechanical values mentioned were comparable to those of the known brass alloy Gk Ms 60 Fk.
Claims (9)
- Alloy with the following composition (weight percent)
Cu: 57 - 65 % Bi: 0,3 - 1,5 Al: 0,4 - 0,8 B: 5 - 15 ppm impurities: 0 - 1 % Zn: as remainder. - Alloy according to claim 1,
characterized in that the composition is as follows (weight percent)Cu: 57 - 62 % Bi: 0,3 - 1,5 % Al: 0,4 - 0,8 % B: 5 - 15 ppm impurities: 0 - 1 % Zn: as remainder. - Alloy according to claim 2,
characterized in that the composition is as follows (weight percent):Cu: 59,78 Al: 0,60 Bi: 1,00 B: 13 ppm Pb: 0,02 Sn: 0,01 Fe: 0,02 Sb: 0,01 Si: 0,01 Zn: as remainder - Alloy with the following composition (weight percent):
Cu: 62 - 65 % Bi: 0,3 - 1,5 % Mn: 0,3 - 0,7 % Si: 0,3 - 0,7 % Al: 0,3 - 0,7 % Sb: 0,05 - 0,15 % B: 5 - 15 ppm miscellaneous: < 1 % Zn: as remainder - Alloy according to claim 4
characterized in that the composition is as follows (weight percent):Cu: 62 - 65 % Bi: 0,5 - 1,5 % Mn: 0,3 - 0,5 % Si: 0,5 - 0,7 % Al: 0,3 - 0,7 % Sb: 0,05 - 0,1 % B: 5 - 15 ppm Pb: 0 - 0,3 % Sn: 0 - 0,25 % Fe: 0 - 0,20 % Ni: 0 - 0,5 % Zn: as remainder - Alloy according to claim 5,
characterized in that the composition is as follows (weight percent):Cu: 63,0 % Bi: 0,8 % Mn: 0,45 % Si: 0,5 % Al: 0,5 % Sb: 0,1 % B: 10 ppm Pb: < 0,1 % Sn: < 0,1 % Fe: < 0,1 % Ni: < 0,1 % Zn: as remainder - Alloy with the following composition (weight percent):
Cu: 64,81 % Bi: 0,33 % Mn: 0,44 % Fe: 0,039 % B: 15 ppm Ni: < 0,01 % Si: 0,53 % Sn: < 0,01 % Pb: < 0,01 % Al: 0,53 % Zn: as remainder - Alloy with the following composition (weight percent):
Cu: 64,83 % Bi: 0,53 % Fe: 0,049 % Mn: 0,40 % B: 15 ppm Ni: < 0,01 % Si: 0,53 % Sn: < 0,01 % Pb: < 0,01 % Al: 0,53 % Zn: as remainder - Use of an alloy according to claims 1-8 for the procuction of components for drinking water installations.
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