Pierwszenstwo: 28. II. 1966 Niemiecka Republika Demokratyczna Opublikowano: 10. XII. 1968 55877 KI. 40 b, 9/0tt MKP C 22 c 9/&Z UKDl Wspóltwórcy wynalazku: Walter Koch, Helmut Rogoss, Inge Schmidt Wlasciciel patentu: Zentralinstitut fiir Giessereitechnik, Lipsk (Nie¬ miecka Republika Demokratyczna) Odlewniczy stop Cu — Zu — Mu — Al — Ni zwlaszcza do wyrobu czesci narazonych na wysokie naprezenia mechaniczne i na dzialanie czynników chemicznych — Fe, Przedmiotem wynalazku jest odlewniczy stop miedziowy, który dzieki swym wlasciwosciom wy¬ trzymalosciowym oraz wysokiej odpornosci na ko¬ rozje kawitacyjna i korozje w ogóle, a zwlaszcza na korozje powodowana przez wode morska, na¬ daje sie szczególnie do wyrobu na przyklad srub okretowych, elementów konstrukcji statków, cze¬ sci pomp oraz walców kalandrowych.Znane sa odlewnicze stopy miedzi, które oprócz cynku jako glównego skladnika skopowego zawie¬ raja równiez dodatek glinu, zelaza, manganu i ewentualnie niklu i które dzieki swym dobrym wlasciwosciom metalurgicznym i technologicz¬ nym, jak na przyklad niska temperatura stapiania, mala rozpuszczlnosc gazów i zwiazana z nia od¬ pornosc na przenikanie wodoru, latwosc spawania i obróbki, maja jako specjalne gatunki mosiadzu szerokie zastosowanie przy budowie statków. Jed¬ nakze pod wzgledem statycznej i dynamicznej wy¬ trzymalosci oraz odpornosci- na korozje kawita¬ cyjna i inne rodzaje korozji stopy te znacznie ustepuja trudniejszym metalurgicznie do opano¬ wania, znanym brazom, zawierajacym glin i inne skladniki stopowe.W dazeniu do zwiekszenia odpornosci na koro¬ zje specjalnych typów mosiadzu, zawierajacych cynk, glin, mangan i zelazo, do stopów tych do¬ daje sie nikiel. Tak na przyklad do budowy srub okretowych czesto stosuje sie stop, który wagowo oprócz 59,3°/© Cu, 3flVo Zn, 1,3% Fe, 2,6% Mn, 0,92% Al oraz 0,35% Sn zawiera takze 0,5% Ni.Wytrzymalosc tego stopu na rozciaganie wynosi 50,4 kG/mm2, umowna granica plastycznosci wy¬ nosi 26,7 kG/mm2, a wydluzenie wzgledne przy roz- 5 rywaniu wynosi 27,2%. Do tego samego celu sto¬ suje sie tez stop, który wagowo zawiera 56-^58% Cu, 37^11% Zn, 1,1—1,3% Al, 0,9—1,1% Fe, 0,5— 1,0% Mn, 0,5% Sn oraz okolo 1% niklu. W oparciu o ten sklad sporzadza sie stopy do wyrobu ele- 10 mentów armatury narazonych na dzialanie korozji, zawierajace wagowo do 2% niklu, a w przypadku walów turbin nawet do 3% niklu.Odpornosc na korozje stopów zawierajacych ni¬ kiel jest wprawdzie 2,5 raza wyzsza niz w przy- 15 padku stopów bez dodatku niklu ale dodatek niklu nie powoduje istotnego polepszenia wlasciwosci wytrzymalosciowyich tych stopów. Minimalne wy¬ magania pod tyirn wizgiedeim w warunkach wyste¬ pujacych w praktyce wynosza bowiem dla wytrzy- 20 malosci na rozciaganie 60 kG/mm2 przy równo¬ czesnym wydluzeniu wzglednym 20%.Przeprowadzone próby wykazaly, ze przy zmniejszajacej sie zawartosci cynku odpornosc na korozje wzrasta, podczas gdy zwiekszanie zawar- 25 tosci glinu powoduje wprawdzie podwyzszania wytrzymalosci na rozciaganie, ale równoczesnie, wplywa ujemnie na wydluzenie wzgledne. Znany: stop tegoj typu zawiera wagowo 62% Cu, 26% Zn* 5,5% Al, 3,5% Mn oraz 3,0% Fe. Stop ten ma wy- 30 trzymalosc na rozciaganie 81 kG/mm2 i umowna 5587755877 granice plastycznosci 49 kG/mm2, podczas gdy wy¬ dluzenie wzgledne przy rozrywaniu- nie osiaga nawet 15% wymaganego w praktyce. Stop taki, w przeciwienstwie do stopu o lepszych wlasciwos¬ ciach plastycznych, nie nadaje sie do wyrobu cze¬ sci narazonych na obciazenie dynamiczne, jak wa¬ hania i uderzenia.Inny rodzaj odlewniczych stopów miedzi stano¬ wia wieloskladnikowe brazy glinowe zawierajace nikiel. Cechuja je wysokie wlasciwosci wytrzyma¬ losciowe i dobra odpornosc na korozje i kawitacje ale równoczesnie maja one wysoka temperature topnienia, co utrudnia ich obróbke metalurgiczna.Przez wprowadzanie pewnych zmian w skladzie tych brazów, a zwlaszcza przez zwiekszanie za¬ wartosci manganu, usilowano obnizyc ich tempe¬ rature topnienia przy utrzymaniu innych korzyst¬ nych wlasciwosci, z równoczesnym zmniejszeniem znanej zdolnosci tych stopów do wchlaniania ga¬ zów. TaMm stopem jest stop o skladzie wagowym 10—15% Mn, 6,5—9% Al, 2—4% Fe, 1,5—6% Ni oraz co najmniej -70% Cu. Znany jest tez podobny stop o wagowej zawartosci 8—9% Mn, 8,5—9,5% Al oraz male ilosci zelaza i niklu. Dobre wlasciwosci me¬ chaniczne ma tez stop o wagowym skladzie 15— 35% Mn, 3,5—9,5% Al, 2—4% Fe, 0—6% Ni, reszta miedz, o ile uzyje sie mangan o wysokiej czystosci.Zawartosc wegla w tym stopie powinna jednak byc nizsza niz 0,02%, poniewaz przy wiekszej za¬ wartosci tego pierwiastka maleje powaznie ciagli- wosc. Wiadomo zas, ze ten warunek co do zawar¬ tosci wegla jest w praktyce trudny do spelnienia.Przez zmiane skladu wieloskladnikowych bra¬ zów glinowych, poza ograniczeniem sklonnosci do porowatosci gazowej, nie udalo sie osiagnac dos¬ konalych wlasciwosci odlewniczych specjalnych mosiadzów. Poza tym tego typu braz ma dosc du¬ za lub duza przepuszczalnosc, co jest niepozadane dla pewnych celów w budownictwie okretowym.Wynalazek ma na celu usuniecie wad znanych mosiadzów, a zwlaszcza mosiadzów specjalnych oraz wieloskladnikowych brazów glinowych i opra¬ cowanie odlewniczego stopu miedzi do wytwa¬ rzania czesci silnie narazonych na dzialanie czyn¬ ników chemicznych i naprezen mechanicznych, który by mial dobre wlasciwosci wieloskladniko¬ wych brazów glinowych, jak wysoka wytrzyma¬ losc, dobra odpornoscc na korozje i kawitacje, a równoczesnie mial niska temperature topnienia, mala rozpuszczalnosc gazu i zwiazana z tym nie¬ znaczna przepuszczalnosc wodoru wlasciwa dla specjalnych mosiadzów.Wedlug wynalazku izadanie to rozwiazano w ten sposób, ze formuje sie stop o wago¬ wym skladzie 9—18% manganu, 3^12% cynku, 4,5—7,5% glinu, do 4% niklu, 1—3% zelaza oraz co najmniej 65% miedzi, przy czym stosunek za¬ wartosci manganu do cynku wynosi korzystnie 2:1.Okazalo sie, ze stop o skladzie wedlug wynalazku moze zawierac wagowo do okolo 0,06% wegla w postaci domieszki i ta stosunkowo wysoka za¬ wartosc wegla nie wplywa ujemnie na wlasciwosci stopu, jezeli do stopu doda sie wagowo do 0,25%, korzystnie 0,05—0,15% tytanu. Umozliwia to przy nastawianiu niezbednej zawartosci manganu \r ca~ losci lub czesciowo stosowac stosunkowo tanie sto¬ py zelaza. Okazalo *sie, ze normalne ilosci domie¬ szek takich, jak cyna, fosfor, antymon, arsen i olów, 5 wystepujace w takich stopach zelaza, nie dzialaja szkodliwie na wlasciwosci otrzymanego stopu mie¬ dzi.Wskazane jest wystepujaca w stopach miedzi do¬ mieszke krzemu ograniczyc tak dalece, aby wyno- io sila ona wagowo mniej niz 0,2%, poniewaz w prze¬ ciwnym razie oprócz zmniejszenia wydluzenia wzglednego przy rozrywaniu nalezy sie liczyc z ob¬ nizeniem wytrzymalosci na rozciaganie i umownej granicy plastycznosci. Przy zmianach zawartosci 15 poszczególnych skladników stopowych wspólczyn¬ nik wymiany pomiedzy manganem i glinem po¬ winien wynosic okolo 6:1, a pomiedzy cynkiem i glinem okolo 5:1. Oznacza to, ze jezeli szybko analiza stopu o tym skladzie, dokonana w czasie 20 procesu stapiania, wykaze odchylenie stezenia je¬ dnego lub kilku pierwiastków takich jak mangan, glin i cynk, od podanych wyzej wartosci, to je¬ den lub dwa z tych pierwiastków mozna zastapic trzecim, z zachowaniem wymienionych wspólczyn- 25 ników wymiany, o ile zawartosc poszczególnych pierwiastków miesci sie w podanych wyzej dla stopu granicach minimalnych*! maksymalnych.W zaleznosci od skladu stopu wedlug wynalazku uzyskuje sie wytrzymalosc na rozciaganie 80—55 30 kG/mm2, umowna granice plastycznosci 58—25 kG/mmB, wydluzenie wzgledne przy rozrywaniu 10—48% oraz twardosc Brinella 230—120.Próby kawitacji wykazaly, ze stop wedlug wy¬ nalazku znacznie przewyzsza swa odpornoscia znane 35 specjalne mosiadze odlewnicze do wyrobu czesci konstrukcji okretowych. Okazalo sie, ze scieralnosc jednostkowa stopu wedlug wynalazku osiaga war¬ tosc pomiedzy wartosciami wlasciwymi dla bra¬ zów glinowomanganowych i brazów niklowoglino- 40 wych. Oprócz wyjatkowo dobrych wlasciwosci wy¬ trzymalosciowych statycznych i dynamicznych stop wedlug wynalazku wykazuje wlasciwosci odlew¬ nicze bliskie wlasciwosciom specjalnych mosia¬ dzów odlewniczych, a w porównaniu z nimi ma 45 korzystnie nizszy ciezar wlasciwy, a mianowicie okolo 7,6 kg/dm8 wobec 8,6 kg/dm3 w przypadku specjalnych mosiadzów, co umozliwia znaczne osz¬ czednosci materialu.Przepusizczalnosc stopu wedlug wynalaizku jest 50 w przeciwienstwie do przepuszczalnosci brazów gliniowomanganowych tak nieznaczna, ze stop ten mozna uznac prawie za niemagnetyczny.Ponizej podano przyklady skladów stopu wedlug wynalazku nadajace sie zwlaszcza do wyrobu srub 55 okretowych.Przyklad I. Stop o wagowym skladzie: 73,8% miedzi, 10,2% manganu, 6,0% glinu, 7,1% cynku, 2,1% niklu oraz 2,0% zelaza. Wytrzymalosc tego stopu na rozciaganie wynosi 64 kG/mm2, umowna granica plastycznosci 26,5 kG/mm^ wydluzenie wzgledne przy rozrywanu 27,5% i twardosc Bri¬ nella 175.Przyklad II. Stop o wagowym skladzie: 68 : 35 35% miedzi, 163% manganu, 6,0% glinu, 5,0% cynku, 605 55877 6 2,0% niklu 1 2,38% zelaza. Stop ten ma wytrzy¬ malosc na rozciaganie 70 kG/ramE, umowna gra¬ nica plastyoznóscii 42 kG/mim2, wydluzenie wzgle¬ dne ptrzy rozrywaniu 24% i twardosc Brinella 193.Stop ten poddano badaniu na kawitacje przy uzy- PL