RU2712161C1 - Constructive element for heat-conducting gas- or water pipes - Google Patents
Constructive element for heat-conducting gas- or water pipes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712161C1 RU2712161C1 RU2018137812A RU2018137812A RU2712161C1 RU 2712161 C1 RU2712161 C1 RU 2712161C1 RU 2018137812 A RU2018137812 A RU 2018137812A RU 2018137812 A RU2018137812 A RU 2018137812A RU 2712161 C1 RU2712161 C1 RU 2712161C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- weight
- structural element
- alloy
- element according
- lead
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent
-
- 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
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
- E03B7/00—Water main or service pipe systems
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Domestic Plumbing Installations (AREA)
- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
- Contacts (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение касается конструктивного элемента для средопроводящих газо- или водопроводов, в частности фитинга или арматуры для питьевых водопроводов, причем этот конструктивный элемент по меньшей мере частично состоит из медного сплава без содержания свинца.The present invention relates to a structural element for medium gas or water pipes, in particular a fitting or fittings for drinking water pipes, this structural element at least partially consisting of a lead-free copper alloy.
К металлическим материалам для применения в конструктивных элементах для проводящих воду, в частности проводящих питьевую воду изделий, таких как, например, фитинги, арматуры, трубы, обжимные соединители, кровельные или сливные желоба, должны ставиться особые требования. В частности, в случае конструктивных элементов, находящихся в контакте с питьевой водой, при этом надо назвать устойчивость к коррозии. Именно сплавы цветных металлов с большим содержанием меди, такие как бронза, латунь или литейная оловянно-цинковая бронза, содержат также некоторую долю свинца, потому что свинец улучшает обрабатываемость таких сплавов. На практике в таких сплавах имеется также никель для повышения прочности и устойчивости к коррозии этих сплавов. Однако вследствие токсичности этих металлов такие материалы должны иметь низкую склонность ионов металла к миграции в среду, т.е. низкую отдачу ионов компонентов сплава среде. Для этого этими материалами с целью защиты потребителей должны выдерживаться очень узкие пределы, которые регулируется положением о питьевой воде. В этой связи из EP 1 798 298 A1 известен практически не содержащий свинца и не содержащий никеля медный сплав, который, наряду с медью и неизбежными примесями, включает в себя 2 вес. %-4,5 вес. % кремния, 1 вес. %-15 вес. % цинка, 0,05 вес. %-2 вес. % марганца, а также опционально 0,05 вес. %-0,4 вес. % алюминия и 0,05 вес. %-2 вес. % олова. Сплав, описанный в EP 1 798 298 A1, отличается улучшенным по сравнению с традиционной литейной оловянно-цинковой бронзой характером миграции ионов свинца, никеля, меди и цинка. Этот сплав после литья может подвергаться термообработке для достижения высокой доли смешанных α-кристаллов и вместе с тем благоприятного характера миграции сплава.For metallic materials for use in structural elements for water-conducting, in particular water-conducting products, such as, for example, fittings, fittings, pipes, crimp connectors, roofing or drain gutters, special requirements must be placed. In particular, in the case of structural elements in contact with drinking water, corrosion resistance should be mentioned. It is alloys of non-ferrous metals with a high content of copper, such as bronze, brass, or cast tin-zinc bronze, that also contain some lead, because lead improves the machinability of such alloys. In practice, nickel is also present in such alloys to increase the strength and corrosion resistance of these alloys. However, due to the toxicity of these metals, such materials should have a low tendency for metal ions to migrate into the medium, i.e. low ion return of alloy components in the medium. To do this, in order to protect consumers, these materials must be kept within very narrow limits, which are regulated by the provision on drinking water. In this regard, from EP 1 798 298 A1 is known almost lead-free and nickel-free copper alloy, which, along with copper and inevitable impurities, includes 2 weight. % -4.5 weight. % silicon, 1 weight. % -15 weight. % zinc, 0.05 weight. % -2 weight. % manganese, and optionally 0.05 weight. % -0.4 weight. % aluminum and 0.05 weight. % -2 weight. % tin. The alloy described in EP 1 798 298 A1 is characterized by an improved migration pattern of lead, nickel, copper and zinc ions compared to the traditional cast tin-zinc bronze. After casting, this alloy can be subjected to heat treatment to achieve a high proportion of mixed α-crystals and, at the same time, a favorable character of alloy migration.
Для использования в питьевом водопроводе в настоящее время находит широкое применение сплав литейной оловянно-цинковой бронзы CuSn5Zn5Pb2 с содержаниями примерно 5 вес. % олова и примерно 5 вес. % цинка. Этот медный сплав обладает замечательной устойчивостью к коррозии и поэтому может использоваться в питьевом водоснабжении при всех качествах воды. Сплавы этого вида обычно выполнены однофазными по структуре и поэтому обеспечивают высокую пластическую деформируемость. Однако именно эта пластическая деформируемость создает проблемы при механической обработке со снятием стружки. Однофазные медные материалы склонны к образованию длинной стружки. Этот вид стружки затрудняет рабочий процесс при полностью автоматизированном точении, или, соотв., сверлении, и приводит к сильному износу лезвий инструмента. Чтобы, тем не менее, можно было экономично обрабатывать эти продукты, в сплавы в качестве добавки для разрушения стружки добавляется свинец. Свинец обеспечивает возможность экономичной, полностью автоматизированной механической обработки.For use in drinking water supply, an alloy of foundry tin-zinc bronze CuSn5Zn5Pb2 with contents of about 5 weight is currently widely used. % tin and about 5 weight. % zinc. This copper alloy has excellent corrosion resistance and therefore can be used in drinking water supply at all water qualities. Alloys of this type are usually made single-phase in structure and therefore provide high plastic deformability. However, it is this plastic deformability that creates problems during machining with chip removal. Single-phase copper materials tend to form long chips. This type of shavings complicates the working process with fully automated turning, or, respectively, drilling, and leads to severe wear of the tool blades. In order to nevertheless be able to economically process these products, lead is added to the alloys as an additive for chip breaking. Lead provides the opportunity for economical, fully automated machining.
Свинец практически нерастворим в меди и обладает низкой точкой плавления. Вследствие этого он представляет собой в последнюю очередь кристаллизующийся элемент в медно-цинковых сплавах. Этот свойственный характер приводит к тому, что свинец в конце кристаллизации имеется в структуре в виде равномерно распределенных, мелких, каплеобразных частиц между дендритными шипиками. Эти тонкие, каплеобразные частицы действуют как разрушители стружки без влияния на первоначальные свойства материала. Это особенно отчетливо заметно по устойчивости к коррозии, так как частицы свинца имеются в виде некогерентных фаз и поэтому не могут взаимодействовать с окружающей матрицей. Благодаря равномерному распределению мелких, каплеобразных частиц свинца обеспечивается также, что на равномерном поперечном сечении могут ожидаться сплошь аналогичные механические показатели.Lead is practically insoluble in copper and has a low melting point. As a result, it is the last crystallizing element in copper-zinc alloys. This characteristic nature leads to the fact that lead at the end of crystallization is present in the structure in the form of uniformly distributed, small, droplet-like particles between dendritic spines. These thin, droplet-like particles act as chip breakers without affecting the original properties of the material. This is especially pronounced in corrosion resistance, since lead particles are in the form of incoherent phases and therefore cannot interact with the surrounding matrix. Due to the uniform distribution of small, droplet-like particles of lead, it is also ensured that similar mechanical properties can be expected on a uniform cross section.
В описании изобретения к патенту US 8,470,101 B2 описывается сплав без содержания свинца, который, наряду с медью и неизбежными примесями, состоит из 0,1 вес. %-0,7 вес. % серы, до 8 вес. % олова и до 4 вес. % цинка, и в котором задача свинца выполняется фазами серы в виде частиц сульфида. Но в противоположность элементу свинцу, эти сульфиды не обладают свойством неизбежного образования в конце кристаллизации в виде мелких, распределенных фаз. В случае неоптимально выбранного состава сплава, описанного в описании изобретения к патенту US 8,470,101 B2, возможно возникновение неоптимального образования сульфида в структуре. Из-за этого уменьшается прочность и происходит снижение механических показателей. Также описанные в описании изобретения к патенту US 8,470,101 B2 сульфиды не обладают высокой устойчивостью к коррозии. Однако именно для использования такого содержащего серу медного сплава в питьевом водопроводе необходима устойчивая к коррозии матрица, чтобы обеспечивать долговечность конструктивных элементов.US 8,470,101 B2 describes the lead-free alloy, which, along with copper and unavoidable impurities, consists of 0.1 weight. % -0.7 weight. % sulfur, up to 8 weight. % tin and up to 4 weight. % zinc, and in which the lead task is performed by sulfur phases in the form of sulfide particles. But in contrast to the lead element, these sulfides do not possess the property of inevitable formation at the end of crystallization in the form of small, distributed phases. In the case of a suboptimal alloy composition described in the specification of US Pat. No. 8,470,101 B2, non-optimal sulfide formation may occur in the structure. Because of this, strength decreases and mechanical indicators decrease. Also described in the description of the invention to the patent US 8,470,101 B2 sulfides do not have high corrosion resistance. However, it is for the use of such a sulfur-containing copper alloy in a drinking water supply that a corrosion-resistant matrix is needed to ensure the durability of the structural elements.
Никель в медных сплавах способен как повышать устойчивость к коррозии, так и улучшать распределение сульфидных фаз в структуре. Но высокие содержания никеля приводят к высокой отдаче ионов металла в питьевую воду и поэтому классифицированы как гигиенически опасные. Заданная в описании изобретения к патенту US 8,470,101 B2 область образования сплава не может во всем описанном в нем объеме обеспечить наличие достаточно высоких антикоррозионных, прочностных, технологических и гигиенических свойств. Однако особенно эти свойства являются существенными для тонкостенных конструктивных элементов, проводящих питьевую воду.Nickel in copper alloys is capable of both increasing corrosion resistance and improving the distribution of sulfide phases in the structure. But high nickel contents lead to a high release of metal ions in drinking water and are therefore classified as hygienically hazardous. Specified in the description of the invention to US Pat. No. 8,470,101 B2, the alloy formation region cannot, in the entire volume described therein, ensure the availability of sufficiently high anticorrosive, strength, technological and hygienic properties. However, especially these properties are essential for thin-walled structural elements that conduct drinking water.
По этой причине в основе настоящего изобретения лежит задача, предложить медный сплав без содержания свинца для изготовления конструктивных элементов для средопроводящих газо- или водопроводов, который по сравнению с общепринятой литейной оловянно-цинковой бронзой, такой как, напр., CuSn5Zn5Pb2, имеет устойчивую к коррозии матрицу, хорошие прочностные свойства при одновременно хороших технологических свойствах, высокую герметичность под давлением и улучшенный характер миграции. Помимо этого, этот медный сплав без содержания свинца должен обладать хорошим характером литья, напр., при литье в песчаные формы или непрерывном.For this reason, the present invention is based on the task of providing a lead-free copper alloy for the manufacture of structural elements for medium gas or water pipes, which, in comparison with the conventional cast tin-zinc bronze, such as, for example, CuSn5Zn5Pb2, has corrosion resistance matrix, good strength properties with good technological properties at the same time, high tightness under pressure and improved character of migration. In addition, this lead-free copper alloy must have a good casting character, for example, in sand casting or continuous casting.
Эта и другие задачи решаются с помощью конструктивного элемента для средопроводящих газо- или водопроводов, с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления предлагаемого изобретением конструктивного элемента описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.This and other problems are solved using the structural element for medium gas or water pipes, with the features of claim 1 of the claims. Preferred embodiments of the structural element of the invention are described in the dependent claims.
В соответствии с настоящим изобретением неожиданным образом было обнаружено, что медный сплав без содержания свинца, который в качестве компонентов сплава в вес. %, наряду с медью (Cu) и неизбежными примесями, включает в себя еще 3,5 вес. % ≤ олова (Sn) ≤ 4,8 вес. %, 1,5 вес. % ≤ цинка (Zn) ≤ 3,5 вес. %, 0,25 вес. % ≤ серы (S) ≤ 0,65 вес. % и 0,015 вес. % ≤ фосфора (P) ≤ 0,1 вес. %, при контакте с водами различных качеств воды, по сравнению со стандартной латунью (CuZn40Pb2) и устойчивой к обесцинкованию латунью (CuZn36Pb2As), отличается улучшенным образованием покровного слоя, что, в т.ч., было подтверждено надлежащими опытами вылеживания при повышенной температуре. Вследствие этого улучшенного образования покровного слоя медный сплав без содержания свинца не отличается обесцинкованием или подобными селективными коррозионными воздействиями. Поэтому медный сплав без содержания свинца обладает лучшей устойчивостью к коррозии во всех рамках, заданных положением о питьевой воде (называемым ниже «TWVO»). Соответственно этому настоящее изобретение представляет предпочтительно конструктивный элемент для средопроводящих газо- или водопроводов, в частности фитинг или арматуру для питьевых водопроводов, причем этот конструктивный элемент по меньшей мере частично состоит из медного сплава без содержания свинца.In accordance with the present invention, it was unexpectedly discovered that a lead-free copper alloy, which as an alloy component in weight. %, along with copper (Cu) and inevitable impurities, includes another 3.5 weight. % ≤ tin (Sn) ≤ 4.8 weight. %, 1.5 weight. % ≤ zinc (Zn) ≤ 3.5 weight. %, 0.25 weight. % ≤ sulfur (S) ≤ 0.65 weight. % and 0.015 weight. % ≤ phosphorus (P) ≤ 0.1 weight. %, when in contact with water of different qualities of water, compared with standard brass (CuZn40Pb2) and resistant to dezincification brass (CuZn36Pb2As), it is characterized by an improved formation of a coating layer, which, among other things, was confirmed by proper curing experiments at elevated temperatures. Due to this improved formation of the coating layer, the lead-free copper alloy is not distinguished by dezincification or similar selective corrosive effects. Therefore, a lead-free copper alloy has the best corrosion resistance in all respects defined by the drinking water regulations (referred to below as “TWVO”). Accordingly, the present invention preferably provides a structural element for gas-conducting gas or water pipes, in particular a fitting or fittings for drinking water pipes, this structural element at least partially consisting of a lead-free copper alloy.
Было установлено, что в применяемом в соответствии с изобретением сплаве две серосодержащие фазы, сульфид меди и сульфид цинка, образуются в структуре в зависимости от температуры и со сдвигом друг относительно друга. Чтобы с помощью частиц сульфида достигать оптимальных свойств снятия стружки, они должны быть по возможности иметься в круглом, тонко распределенном и мелком виде. Этот характер предпочтительно может наблюдаться при образовании сульфидов меди. Сульфиды цинка, в отличие от этого, склонны к геометрически неоптимальной форме. Было обнаружено, что момент времени образования фаз, вид, количество и распределение серосодержащих частиц являются решающими для возможности снятия стружки и для механических свойств, таких как, например, удлинение, этого конструктивного элемента. Образовавшиеся сульфиды, предпочтительно в виде сульфида меди, подобно частицам свинца, дают преимущество наличия в виде некогерентных фаз.It was found that in the alloy used in accordance with the invention, two sulfur-containing phases, copper sulfide and zinc sulfide, are formed in the structure depending on temperature and with a shift relative to each other. In order to achieve optimum chip removal properties using sulfide particles, they should be available in a round, finely divided and shallow form, if possible. This pattern can preferably be observed in the formation of copper sulfides. Zinc sulfides, in contrast, are prone to a geometrically suboptimal form. It was found that the time of phase formation, the type, quantity and distribution of sulfur-containing particles are crucial for the possibility of chip removal and for mechanical properties, such as, for example, elongation, of this structural element. The sulfides formed, preferably in the form of copper sulfide, like lead particles, give the advantage of being in the form of incoherent phases.
Содержание олова оказывает влияние на прочность, устойчивость к коррозии и на распределение фаз и достигает в заявленных пределах от 3,5 вес. % до≤4,8 вес. % оптимально сбалансированного, экономичного отношения вышеописанных свойств. При содержании олова свыше 4,8 вес. %, хотя и продолжает возрастать прочность и устойчивость к коррозии в матрице, но при обычных условиях охлаждения при литье в песчаные формы распределение сульфидов становится грубее, и размер увеличивается. При содержаниях ниже 35 вес. % олова отсутствует достаточное ингибирование коррозии. Также из-за слабого упрочнения смешанных кристаллов не достигаются необходимые для практики свойства. При содержаниях свыше 4,8 вес. % олова, правда, может достигаться высокая прочность на растяжение, в отличие от чего значения удлинения материала уменьшаются. Содержания намного выше 4,8 вес. % олова приводят к образованию структуры, которая действует на обработку охрупчивающим и неоптимальным образом.The tin content affects the strength, corrosion resistance and phase distribution and reaches within the stated limits of 3.5 weight. % to≤4.8 weight. % optimally balanced, economical ratio of the above properties. When the tin content of more than 4.8 weight. %, although the strength and resistance to corrosion in the matrix continues to increase, but under normal cooling conditions during sand casting, the distribution of sulfides becomes coarser and the size increases. With contents below 35 weight. % tin lacks sufficient corrosion inhibition. Also, due to the weak hardening of mixed crystals, properties necessary for practice are not achieved. With contents over 4.8 weight. % tin, however, high tensile strength can be achieved, in contrast to which the elongation of the material decreases. Content is much higher than 4.8 weight. % tin leads to the formation of a structure that acts on the treatment in an embrittle and non-optimal manner.
Удалось установить, что при неизменных условиях охлаждения при возрастающем содержании цинка доля сульфида меди уменьшается, а доля сульфида цинка возрастает. При содержании цинка от 1,5 вес. % до 3,5 вес. %, особенно предпочтительно при содержании цинка в пределах от 1,8 вес. % до 3,0 вес. %, может гарантироваться, что в стенках до 6 мм создаются благоприятные условия для гомогенного распределения более мелких сульфидов. С этой точки зрения содержание цинка от 2,0 вес. % до 2,8 вес. % является особенно предпочтительным. Содержание макс. 3,5 вес. % цинка дополнительно гарантирует возможность устранения явлений коррозии на отдельных участках и достижения высокой устойчивости к коррозии.It was possible to establish that under constant cooling conditions with increasing zinc content, the proportion of copper sulfide decreases, and the proportion of zinc sulfide increases. When the content of zinc is from 1.5 weight. % to 3.5 weight. %, particularly preferably when the content of zinc in the range from 1.8 weight. % to 3.0 weight. %, it can be guaranteed that in walls up to 6 mm favorable conditions are created for a homogeneous distribution of smaller sulfides. From this point of view, the zinc content of 2.0 weight. % to 2.8 weight. % is especially preferred. Content max. 3.5 weight % zinc additionally guarantees the possibility of eliminating the phenomena of corrosion in individual areas and achieving high resistance to corrosion.
Содержание серы от 0,25 вес. % до 0,65 вес. % одновременно определяет объемную долю сульфидов. Начиная с 0,25 вес. % серы, создается некоторое количество частиц сульфида, которое обеспечивает достаточную возможность снятия стружки сплава. Содержание серы свыше 0,65 вес. % серы может приводить к образованию нежелательных, грубых частиц сульфида. Помимо этого, вследствие высокой доли частиц сульфида передающее нагрузку поперечное сечение, т.е. поперечное сечение конструктивного элемента, которое воспринимает напряжения извне, может уменьшиться так сильно, что произойдет ухудшение механических показателей, таких как, напр., разрывное удлинение и тому подобные. Дополнительно улучшенные свойства достигались сплавом, доля серы которого лежит в пределах от 0,3 вес. % до 0,6 вес. %, в частности в пределах от 0,35 вес. % до 0,55 вес. %. Вследствие состава сплава, применяемого в соответствии с изобретением, сульфиды металлов при таком содержании суры в медном сплаве без содержания свинца находятся в виде некогерентной, тонко распределенной, дисперсной фазы в форме тонко распределенных частиц. Это дает то преимущество, что возможно возникающая коррозия происходит только в небольшом объеме локально у этих частиц, а не вдоль взаимосвязанных, более крупных, отдельных фаз структуры сплава, как это, например, происходит у стандартной латуни. Вследствие небольшого размера частиц не происходит значительного воздействия коррозии.Sulfur content from 0.25 weight. % to 0.65 weight. % simultaneously determines the volume fraction of sulfides. Starting at 0.25 weight. % sulfur, a certain amount of sulfide particles is created, which provides sufficient possibility of removing chips from the alloy. Sulfur content in excess of 0.65 weight. % sulfur can lead to the formation of unwanted, coarse sulfide particles. In addition, due to the high proportion of sulfide particles, the load-transmitting cross section, i.e. the cross-section of a structural element that accepts external stresses can decrease so much that there will be a deterioration in mechanical properties, such as, for example, tensile elongation and the like. Further improved properties were achieved by alloy, the sulfur fraction of which lies in the range from 0.3 weight. % to 0.6 weight. %, in particular in the range from 0.35 weight. % to 0.55 weight. % Due to the composition of the alloy used in accordance with the invention, metal sulfides with this sura content in a lead-free copper alloy are in the form of an incoherent, finely distributed, dispersed phase in the form of finely distributed particles. This gives the advantage that the possible corrosion occurs only in a small volume locally in these particles, and not along the interconnected, larger, separate phases of the alloy structure, as, for example, occurs in standard brass. Due to the small particle size, no significant corrosion effect occurs.
Доля фосфора (P) в медном сплаве без содержания свинца составляет в соответствии с изобретением 0,015 вес. %-0,1 вес. %. Ниже 0,015 вес. % фосфора не происходит достаточная дезоксидация расплава, что отрицательно сказывается на образовании фаз сплава. В отличие от этого, медный сплав без содержания свинца при доле фосфора больше 0,1 вес. % склонен к неоптимальным воздействиям на механические свойства, таким как, например, уменьшенное разрывное удлинение. С этих точек зрения весовая доля фосфора в медном сплаве без содержания свинца лежит предпочтительно в пределах от 0,02 вес. % до 0,08 вес. %, особенно предпочтительно в пределах от 0,04 вес. % до 0,06 вес. %.The proportion of phosphorus (P) in a lead-free copper alloy is 0.015 weight in accordance with the invention. % -0.1 weight. % Below 0.015 weight. % phosphorus does not occur sufficient deoxidation of the melt, which adversely affects the formation of alloy phases. In contrast, a lead-free copper alloy with a phosphorus fraction of more than 0.1 weight. % is prone to non-optimal effects on mechanical properties, such as, for example, reduced tensile elongation. From these points of view, the weight fraction of phosphorus in the lead-free copper alloy is preferably in the range of 0.02 weight. % to 0.08 weight. %, particularly preferably in the range from 0.04 weight. % to 0.06 weight. %
Применяемый здесь термин «медный сплав без содержания свинца» означает медный сплав, который, в частности, включает в себя свинец в качестве неизбежной примеси в количестве не больше 0,25 вес. %, но предпочтительно 0,09 вес. %, особенно предпочтительно не больше 0,05 вес. %. В этом сплаве доля свинца составляет максимум 0,25 вес. %, предпочтительно максимум 0,09 вес. % и особенно предпочтительно максимум меньше или равна 0,05 вес. %. При контроле миграции свинца по норме DIN EN 15664-1 этот сплав не проявляет симптомов повышенной отдачи свинца в течение первых недель. Но вместо этого, начиная с восьмой контрольной недели, достойная упоминания миграция свинца в питьевую воду больше не поддается определению или лежит в пределах точности измерения способа. Низкое содержание свинца в применяемом в соответствии с изобретением сплаве приводит, таким образом, к заметному уменьшению миграции ионов металла в питьевой воде, причем это низкое содержание свинца не имеет отрицательных последствий для разрушения стружки и вместе с тем для возможности снятия стружки применяемого в соответствии с изобретением сплава.As used herein, the term “lead-free copper alloy” means a copper alloy, which, in particular, includes lead as an inevitable impurity in an amount of not more than 0.25 weight. %, but preferably 0.09 weight. %, particularly preferably not more than 0.05 weight. % In this alloy, the proportion of lead is a maximum of 0.25 weight. %, preferably a maximum of 0.09 weight. % and particularly preferably a maximum of less than or equal to 0.05 weight. % When controlling lead migration according to DIN EN 15664-1, this alloy does not show symptoms of increased lead return during the first weeks. But instead, starting from the eighth control week, the noteworthy migration of lead into drinking water can no longer be determined or lies within the accuracy of the measurement method. The low lead content in the alloy used in accordance with the invention thus leads to a noticeable decrease in the migration of metal ions in drinking water, and this low lead content has no negative consequences for the destruction of the chips and at the same time for the possibility of removing chips used in accordance with the invention alloy.
Доля никеля в применяемом в соответствии с изобретением сплаве составляет максимум 0,4 вес. %, предпочтительно доля никеля составляет максимум 0,3 вес. %. Добавка никеля повышает устойчивость сплава к коррозии, не находясь в противоречии с гигиенической безопасностью. Аналогично свинцу, значения миграции никеля при контроле по норме DIN EN 15664-1 находятся намного ниже требуемого законодательством предельного значения.The proportion of nickel in the alloy used in accordance with the invention is a maximum of 0.4 weight. %, preferably the proportion of nickel is a maximum of 0.3 weight. % The addition of nickel increases the corrosion resistance of the alloy, without contradicting hygienic safety. Like lead, the nickel migration values in the control according to DIN EN 15664-1 are much lower than the limit value required by law.
Кроме того, удалось установить, что содержание сурьмы максимум 0,1 вес. % является некритичным в отношении свойств миграции в питьевую воду. Сплав может также иметь содержание железа максимум 0,3 вес. %.In addition, it was possible to establish that the antimony content is a maximum of 0.1 weight. % is non-critical in relation to the properties of migration to drinking water. The alloy may also have an iron content of maximum 0.3 weight. %
В предпочтительных вариантах осуществления медный сплав без содержания свинца может также содержать доли элементов железо (Fe), цирконий (Zr) и/или бор (B), одного или в комбинации по меньшей мере двух названных элементов, в качестве измельчителей зерна. При этом предпочтительно, чтобы в медном сплаве без содержания свинца содержались железо в весовой доле до 0,3 вес. %, цирконий в весовой доле до 0,01 вес. % и/или бор в весовой доле до 0,01 вес. %. Измельчители зерен устраняют трещинообразование при нагревании и положительно влияют на механические свойства, такие как, напр., прочность на растяжение, твердость материала и тому подобные.In preferred embodiments, the lead-free copper alloy may also contain fractions of elements of iron (Fe), zirconium (Zr) and / or boron (B), one or in combination of at least two of these elements, as grain grinders. It is preferable that the lead-free copper alloy contains iron in a weight fraction of up to 0.3 weight. %, zirconium in a weight fraction of up to 0.01 weight. % and / or boron in a weight fraction of up to 0.01 weight. % Grain grinders eliminate cracking during heating and positively affect mechanical properties, such as, for example, tensile strength, material hardness and the like.
Предпочтительно содержание меди медного сплава без содержания свинца составляет по меньшей мере 90 вес. %, предпочтительно больше 91 вес. %.Preferably, the copper content of the lead-free copper alloy is at least 90 weight. %, preferably greater than 91 weight. %
В соответствии с изобретением предпочтительно, если сульфиды медного сплава без содержания свинца имеются, будучи гомогенно распределены в структуре. Количество частиц сульфида должно быть высоким, а их средний размер низким, чтобы обеспечивать по всей структуре равномерные механические показатели, хорошую устойчивость к коррозии, улучшенную возможность снятия стружки и высокую герметичность под давлением. В качестве материала частиц сульфида предпочтителен сульфид меди, так как появление сульфида меди позволяет замещать данный объем свинца заметно более низким содержанием серы.According to the invention, it is preferred if lead-free copper alloy sulfides are present, being homogeneously distributed in the structure. The number of sulfide particles should be high, and their average size low, to ensure uniform mechanical properties throughout the structure, good corrosion resistance, improved chip removal ability and high pressure tightness. Copper sulfide is preferred as the material of the sulfide particles, since the appearance of copper sulfide makes it possible to replace this volume of lead with a significantly lower sulfur content.
Помимо этого, оказалось очень предпочтительным, если предлагаемый изобретением конструктивный элемент по меньшей мере на отдельных участках имеет толщину стенки в пределах от 0,5 мм до 6,0 мм, так как тонкая толщина стенки приводит к подходящим для образования сульфидов меди скоростям охлаждения. Кроме того, предпочтительно, если весь предлагаемый изобретением конструктивный элемент имеет толщину стенки в названных пределах от 0,5 мм до 4,0 мм, так как при толщине стенки в этих пределах происходит особенно повышенное образование желаемых частиц сульфида. Стенка толщиной меньше 0,5 мм из-за небольшого поперечного сечения не могла бы иметь достаточную механическую прочность предлагаемого изобретением конструктивного элемента. С этих точек зрения предпочтительно, чтобы предлагаемый изобретением конструктивный элемент по меньшей мере на отдельных участках имел толщину стенки в пределах от 1,0 мм до 4,0 мм.In addition, it turned out to be very preferable if the structural element proposed by the invention has at least in some areas a wall thickness ranging from 0.5 mm to 6.0 mm, since the thin wall thickness leads to cooling rates suitable for the formation of copper sulfides. In addition, it is preferable if the entire structural element proposed by the invention has a wall thickness in the aforementioned range from 0.5 mm to 4.0 mm, since when the wall thickness is within these limits, a particularly increased formation of the desired sulfide particles occurs. The wall with a thickness of less than 0.5 mm due to the small cross-section could not have sufficient mechanical strength of the structural element proposed by the invention. From these points of view, it is preferable that the structural element proposed by the invention at least in certain areas have a wall thickness in the range from 1.0 mm to 4.0 mm.
Может быть также предпочтительно, если при толщине стенки меньше 6 мм на поперечном шлифе предлагаемого изобретением конструктивного элемента имеется по меньшей мере доля 1,6 процентов площади частиц сульфида и/или коэффициент площади поверхности ASP% меньше 1000. Такие значения приводят к тому, что сульфиды серы находятся в виде некогерентной, тонко распределенной, дисперсной фазы. Благодаря этому устраняются глубокие воздействия в форме желобов и/или отверстий, в частности коррозионные воздействия, на предлагаемые изобретением конструктивные элементы. Применяемый здесь термин «коэффициент площади поверхности ASP%» является математическим описанием размера, формы и положения колоколообразной кривой, которая получается при представлении средних значений классов площади (абсцисс) в комбинации с процентным распределением частиц сульфида в этих классах поверхности (ордината) (сравн. фиг.1). Значение коэффициента площади поверхности ASP% получается путем замера площади соответствующих частиц, например, на увеличенном снимке изображения шлифа, процентного распределения распознаваемых на снимке частиц на классы, перемножения процентных значений распределения со средним значением класса и образования большого среднего значения из получающихся средних значений классов, причем это большое среднее значение принимается за «коэффициент площади поверхности ASP%».It may also be preferable if, at a wall thickness of less than 6 mm, there is at least 1.6 percent of the sulfide particle area and / or ASP% surface area coefficient less than 1000 on the cross-section of the structural element of the invention, These values lead to sulfides sulfur are in the form of an incoherent, finely distributed, dispersed phase. This eliminates the deep impact in the form of gutters and / or holes, in particular the corrosive effects on the structural elements proposed by the invention. The term “ASP% surface area coefficient” as used here is a mathematical description of the size, shape and position of the bell-shaped curve that is obtained by presenting the average values of the area classes (abscissa) in combination with the percentage distribution of sulfide particles in these surface classes (ordinate) (cf. Fig. .1). The value of the surface area coefficient ASP% is obtained by measuring the area of the corresponding particles, for example, in an enlarged image of a thin section image, the percentage distribution of particles recognized in the image into classes, multiplying the percentage distribution values with the average class value and forming a large average value from the resulting average class values, moreover this large average is taken as “ASP% surface area coefficient”.
Применяемый в соответствии с изобретением сплав имеет замечательное свойство очень быстрого образования покровного слоя на внутренней, смачиваемой питьевой водой поверхности. Этот покровный слой имеет толщину предпочтительно по меньшей мере 2 мкм, особенно предпочтительно по меньшей мере 3 мкм. Этот покровный слой повышает устойчивость к коррозии и гарантирует долговечность конструктивных элементов из этого материала, так как предотвращается дальнейшая коррозия. Миграция из материала в питьевую воду может происходить, только когда коррозионные процессы протекают в материале. То есть здесь покровный слой выполняет функцию защитного слоя и ограничивает дальнейшую отдачу металла питьевой воде до минимума. Хотя содержание меди в описанном сплаве выше, чем в общепринятых сплавах литейной оловянно-цинковой бронзы, таких как, напр., CuSn5Zn5Pb2, происходит только уменьшенная отдача медного металла. Хорошие результаты контроля по DIN EN 15664-1 доказывают, что без значительных ограничений в обрабатываемости состав сплава, применяемого в соответствии с изобретением, во всей заявленной области не ухудшает качество питьевой воды. При этом сплав, применяемый в соответствии с изобретением, по сравнению с общепринятыми сплавами литейной оловянно-цинковой бронзы, такими как, напр., CuSn5Zn5Pb2, одновременно имеет улучшенный характер миграции в комбинации с отличной устойчивостью к коррозии.The alloy used in accordance with the invention has the remarkable property of a very rapid formation of a coating layer on an inner surface wetted by drinking water. This coating layer has a thickness of preferably at least 2 μm, particularly preferably at least 3 μm. This coating layer increases corrosion resistance and guarantees the durability of structural elements made of this material, as further corrosion is prevented. Migration from the material to drinking water can occur only when corrosive processes occur in the material. That is, here the cover layer acts as a protective layer and limits the further return of metal to drinking water to a minimum. Although the copper content in the described alloy is higher than in conventional cast tin-zinc bronze alloys, such as, for example, CuSn5Zn5Pb2, only a reduced return of the copper metal occurs. Good control results according to DIN EN 15664-1 prove that without significant restrictions on machinability, the composition of the alloy used in accordance with the invention in the entire claimed area does not impair the quality of drinking water. Moreover, the alloy used in accordance with the invention, in comparison with conventional cast tin-zinc bronze alloys, such as, for example, CuSn5Zn5Pb2, simultaneously has an improved migration pattern in combination with excellent corrosion resistance.
В опытах по литью удалось подтвердить, что предлагаемые изобретением конструктивные элементы для средопроводящих газо- или водопроводов, могут изготавливаться традиционными способами литья, такими как способ литья в песчаные формы, в кокиль или непрерывного. Изготовленная такими способами отливка может хорошо обрабатываться со снятием стружки.In casting experiments, it was possible to confirm that the structural elements proposed by the invention for medium-conducting gas or water pipes can be manufactured by traditional casting methods, such as sand casting, chill casting or continuous casting. A cast made by such methods can be handled well with chip removal.
Под употребляемым здесь термином «конструктивный элемент для средопроводящих газо- или питьевых водопроводов» должны, в частности, пониматься такие конструктивные элементы, которые в системе домового трубопровода вступают в контакт с водой, в частности с питьевой водой, при этом в соответствии с изобретением предпочтительны фитинг и арматуры таких систем домового трубопровода. В качестве примера такого фитинга можно, в частности, назвать соединительный элемент, известный из EP 2 250 421 A1.The term “structural element for medium-sized gas or drinking water pipelines” as used here, in particular, is understood to mean such structural elements that come into contact with water in the house piping system, in particular with drinking water, while a fitting is preferred in accordance with the invention and fittings of such house piping systems. As an example of such a fitting, in particular, a connecting element known from
Ниже настоящее изобретение необходимо пояснить подробнее со ссылкой на примеры осуществления и проведенные с ними испытания, а также прилагаемые чертежи. Разумеется, что эти примеры не должны рассматриваться, как каким-либо образом ограничивающие изобретение. Если не указано иное, в настоящей заявке, включая пункты формулы изобретения, все процентные данные и данные долей относятся к весу.Below the present invention must be explained in more detail with reference to examples of implementation and tests carried out with them, as well as the accompanying drawings. Of course, these examples should not be construed as in any way limiting the invention. Unless otherwise indicated, in this application, including claims, all percentages and fractions refer to weight.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На чертежах показано:The drawings show:
фиг.1: наглядные представления площадей частиц в зависимости от процентного распределения частиц в разных классах размеров, которые служат основанием для определения ASP% (колоколообразная кривая);figure 1: visual representations of the areas of particles depending on the percentage distribution of particles in different size classes, which serve as the basis for determining ASP% (bell-shaped curve);
фиг.2: сводка контрольных вод на графике по Тернеру;figure 2: summary of control water on a graph according to Turner;
фиг.3: график, из которого явствуют глубины воздействия обесцинкования у стандартной латуни при проведенном испытании вылеживанием при повышенной температуре через 5 месяцев продолжительности вылеживания;figure 3: a graph from which the depths of the effects of dezincification in standard brass during the test by aging at elevated temperature after 5 months of aging;
фиг.4: сводный график, который показывает образование покровного слоя у применяемого в соответствии с изобретением медного сплава без содержания свинца при проведенном испытании вылеживанием при повышенной температуре через 5 месяцев продолжительности вылеживания;4: a summary graph that shows the formation of a coating layer for a lead-free copper alloy used in accordance with the invention when tested by aging at an elevated temperature after 5 months of aging;
фиг.5: фотографический снимок, который показывает пример коррозионного воздействия стандартной латуни при испытании вылеживанием при повышенной температуре (по Тернеру, при содержании хлорида 250 мг/л и карбонатной жесткости 5,5°dH);5: a photographic photograph that shows an example of the corrosive effects of standard brass when tested by aging at elevated temperatures (according to Turner, with a chloride content of 250 mg / l and a carbonate hardness of 5.5 ° dH);
фиг.6: фотографический снимок применяемого в соответствии с изобретением сплава 2, который показывает пример сплошного покровного слоя при испытании вылеживанием при повышенной температуре (по Тернеру, при содержании хлорида 250 мг/л и карбонатной жесткости 5,5°dH);6: photographic image of
фиг.7: график термического анализа двух расплавов, имеющих различные содержания цинка, которые разливались в одинаковых условиях;7: a graph of thermal analysis of two melts having different contents of zinc, which were poured in the same conditions;
фиг.8: изображение шлифа структуры конструктивного элемента из расплава, который разливался при содержании цинка прибл. 3,9 вес. %;Fig: image of a thin section of the structure of a structural element from a melt, which was cast at a zinc content of approx. 3.9 weight. %;
фиг.9: изображение шлифа структуры предлагаемого изобретением конструктивного элемента из расплава, который разливался при содержании цинка прибл. 2,4 вес. %;Fig.9: image of a thin section of the structure of the invention of the structural element from the melt, which was cast at a zinc content of approx. 2.4 weight. %;
фиг.10: изображение шлифа структуры предлагаемого изобретением конструктивного элемента из расплава, который охлаждался медленно; иfigure 10: image of a thin section of the structure of the invention of the structural element from the melt, which was cooled slowly; and
фиг.11: изображение шлифа структуры предлагаемого изобретением конструктивного элемента из расплава, который охлаждался быстро.11: image of a thin section of the structure of the invention of the structural element from the melt, which was cooled rapidly.
Испытание вылеживанием при повышенной температуре на устойчивость сплавов к коррозииHigh temperature aging test for corrosion resistance of alloys
Для оценки устойчивости к коррозии медных сплавов было разработано испытание вылеживанием при повышенной температуре, которое имитирует долговременное поведение при коррозии сплавов за пятимесячный опытный период времени. Организация и проведение испытания опираются на учрежденное десятилетия назад испытание на коррозию и основывающийся на нем график Тернера («Воздействие состава воды на обесцинкование двусторонних латунных фитингов»; 1965) и дальнейшие исследования Ладебурга («Исследования явлений обесцинкования на фитингах из медных сплавов»; 1966). В этих исследованиях снимались кривые коррозии при обесцинковании материалов. При этом оценивалась поверхность конструктивных элементов через срок вылеживания один месяц в разных водах, и отсюда делались заключения об устойчивости сплава к обесцинкованию.To assess the corrosion resistance of copper alloys, an aging test was developed at an elevated temperature that simulates the long-term behavior during corrosion of alloys over a five-month test period. The organization and conduct of the test are based on the corrosion test established decades ago and the Turner chart based on it (“The effect of water composition on the dezincification of double-sided brass fittings”; 1965) and further studies by Ladeburg (“Studies of the phenomena of dezincification on copper alloy fittings”; 1966) . In these studies, corrosion curves were recorded during the dezincification of materials. In this case, the surface of the structural elements was evaluated after a maturing period of one month in different waters, and from this the conclusions were drawn about the resistance of the alloy to dezincification.
На фиг.2 показан график Тернера для опытной воды, использовавшейся в испытании вылеживанием при повышенной температуре. На графике нанесена карбонатная жесткость (как мера жесткости воды) в зависимости от содержания ионов хлорида опытной воды. Линия, называемая «классический Тернер», изображает разработанную Тернером коррозионную характеристику при обесцинковании («Воздействие состава воды на обесцинкование двусторонних латунных фитингов»; 1965). В соответствии с распространенной интерпретацией специалистов по коррозии, в области под этой линией обесцинкование не происходит, над этой линией, в отличие от этого, существует очень высокий риск возникновения повреждения упомянутого конструктивного элемента, объясняемого обесцинкованием. Нанесенные на чертеже точки дают представление о различных опытных водах, которые применялись в описанном испытании вылеживанием при повышенной температуре.Figure 2 shows a Turner graph for the test water used in the aging test at elevated temperature. The graph shows carbonate hardness (as a measure of water hardness) depending on the chloride ion content of the test water. The line, called the “Classic Turner”, depicts the Turner corrosion profile during dezincification (“The Effect of Water Composition on the Dezincification of Double-Sided Brass Fittings”; 1965). In accordance with the widespread interpretation of corrosion specialists, no dezincification occurs in the area under this line; in contrast to this line, there is a very high risk of damage to the structural element, explained by dezincification. The dots on the drawing give an idea of the various experimental waters that were used in the described aging test at elevated temperature.
Для проведенных испытаний вылеживанием при повышенной температуре использовались, в том числе, следующие медные сплавы без содержания свинца, при этом доли компонентов указаны в приведенной ниже таблице 1 в вес. %:For the tests carried out by aging at elevated temperature, the following lead-free copper alloys were used, including the proportions of the components shown in Table 1 below in weight. %:
Таблица 1Table 1
Для изготовления контрольных образцов из сплавов 1 и 2 отливались полуцилиндры, имеющие толщину стенки 5 мм. После этого контрольные образцы на наружной стороне посредством токарной обработки обрабатывались до шероховатости Rz макс. 25 мкм, а на внутренней стороне посредством сверлильной обработки снабжались сквозным сверлением шероховатости Rz макс. 40 мкм. Эта специальная обработка поверхности должна обеспечивать возможность сравнимости контрольных образцов с реально изготовленными конструктивными элементами.For the manufacture of control samples from
Поверхность контрольных образцов очищалась ацетоном. Затем контрольные образцы, свободно висящие, вводились в контрольную емкость. Потом контрольные емкости на пять месяцев ставились в тепловой шкаф при 90°C, при этом контрольная среда менялась с интервалами в семь дней.The surface of the control samples was cleaned with acetone. Then control samples, freely hanging, were introduced into the control tank. Then, the control tanks were placed for five months in a heat cabinet at 90 ° C, while the control medium changed at seven-day intervals.
В качестве контрольных сред брались соответственно 21 разная контрольная вода, имеющие различные значения pH и карбонатные жесткости (карбонатная жесткость (КЖ) -это та доля ионов кальции и магния, для которой в единице объема имеется эквивалентная концентрация ионов карбоната водорода), помимо этого, брались разные содержания ионов хлорида и/или ионов сульфата. Эти содержания содержатся в таблице 2:As control media, 21 different control water were taken, respectively, having different pH and carbonate hardnesses (carbonate hardness (QL) is the fraction of calcium and magnesium ions for which there is an equivalent concentration of hydrogen carbonate ions in a unit volume), in addition, different contents of chloride ions and / or sulfate ions. These contents are contained in table 2:
Таблица 2table 2
По окончании пятимесячного периода времени испытаний контрольные емкости извлекались из теплового шкафа, охлаждались до температуры помещения, контрольные образцы извлекались из соответствующих контрольных емкостей, сушились, разрезались, и поверхность среза исследовалась с помощью оптического микроскопа, в каждом случае после соответствующей доработки.At the end of the five-month test period, the control tanks were removed from the heat cabinet, cooled to room temperature, the control samples were removed from the corresponding control tanks, dried, cut, and the cut surface was examined using an optical microscope, in each case, after appropriate refinement.
Сплавы 1 и 2 во всей контролируемой при вылеживании при повышенной температуре области отличались замечательным образованием необходимого для медных сплавов, защищающего, прочно сцепленного закрытого покровного слоя, который при испытании вылеживанием при повышенной температуре имеет толщину по меньшей мере 2 мкм и поэтому представляет собой улучшенный покровный слой по отношению к традиционному, содержащему свинец медному сплаву на основе сплава CuSnZn (напр., CuSn5Zn5Pb). Кроме того, этот слой почти не имеет нарушений или, соответственно, дефектов и при этом проявляет свою полную защиту вследствие устранения углубленных локальных коррозионных воздействий (см. фиг.4 и фиг.6).
На графике в соответствии с фиг.3 изображены глубины воздействия у стандартной латуни (CuZn40Pb2) после пятимесячного испытания вылеживанием при повышенной температуре для каждой контрольной воды. В каждом случае проявляется селективная коррозия в виде обесцинкования, преимущественно пробочного обесцинкования. Отчетливо различимы глубины воздействия, которые иногда доходят прибл. до 750 мкм и таким образом иллюстрируют очень плохую устойчивость к коррозии.The graph in accordance with figure 3 shows the exposure depths for standard brass ( CuZn40Pb2 ) after a five-month aging test at elevated temperature for each control water. In each case, selective corrosion manifests itself in the form of dezincification, mainly cork dezincification. Depths of exposure, which sometimes reach approx. up to 750 microns and thus illustrate very poor corrosion resistance.
На фиг.4 показан, в отличие от этого, характер образования покровного слоя одного из используемых в соответствии с изобретением медных сплавов без содержания свинца (сплав 1 и сплав 2) после пятимесячного испытания вылеживанием при повышенной температуре для каждой контрольной воды. Оказывается, что происходит только образование защищающего покровного слоя. Не видно никакого селективного коррозионного воздействия. Толщина образовавшегося прочно сцепленного защищающего покровного слоя составляет по меньшей мере 4 мкм.Figure 4 shows, in contrast, the nature of the formation of the coating layer of one of the lead-free copper alloys (alloy 1 and alloy 2) used in accordance with the invention after a five-month aging test at elevated temperature for each control water. It turns out that only the formation of a protective coating layer occurs. No selective corrosive effects are visible. The thickness of the formed strongly adhered protective cover layer is at least 4 μm.
На фиг.5 показан фотографический снимок микроструктуры у стандартной латуни (CuZn40Pb2) как результат наглядного коррозионного воздействия после пятимесячного испытания вылеживанием при повышенной температуре по Тернеру, при содержании хлорида 250 мг/л и карбонатной жесткости 5,5°dH. При этом отчетливо различимо неравномерное, частично нарушенное строение покровного слоя и селективное коррозионное воздействие в виде обесцинкования.Figure 5 shows a photograph of the microstructure of standard brass (CuZn40Pb2) as a result of visual corrosion after a five-month aging test at Turner, with a chloride content of 250 mg / L and a carbonate hardness of 5.5 ° dH. In this case, the uneven, partially disturbed structure of the coating layer and the selective corrosion effect in the form of dezincification are clearly distinguishable.
В отличие от этого, на фиг.6 показан фотографический снимок микроструктуры результата пятимесячного испытания вылеживанием при повышенной температуре по Тернеру, при содержании хлорида 250 мг/л и карбонатной жесткости 5,5°dH, которое поводилось на предлагаемом изобретением конструктивном элементе из сплава 2 (сплав 1 отличается аналогичными ему свойствами). В отличие от микроструктуры, изображенной на фиг.4, у предлагаемого изобретением конструктивного элемента после идентичного испытании вылеживанием при повышенной температуре не обнаруживается никакое селективное коррозионное воздействие, а единое, гомогенное строение защищающего, прочно сцепленного покровного слоя, имеющего толщину от 4 мкм до 23 мкм.In contrast, FIG. 6 shows a photograph of the microstructure of the result of a five-month aging test at Turner, at a chloride content of 250 mg / L and a carbonate hardness of 5.5 ° dH, which was carried out on the structural element of
В отличие от стандартной латуни сплав в проведенном здесь испытании вылеживанием при повышенной температуре по Тернеру не обнаруживает селективных коррозионных воздействий (напр., обесцинкования и коррозии трещин, вызванных внутренними напряжениями) и почти всех других коррозионных явлений.Unlike standard brass, the alloy in the curing test performed here at an elevated temperature according to Turner does not exhibit selective corrosion effects (e.g., dezincification and corrosion of cracks caused by internal stresses) and almost all other corrosion phenomena.
Помимо этого, опыты показывают, что сульфиды серы в виде некогерентных, тонко распределенных дисперсных фаз имеют заметное преимущество в отношении коррозии. Это является результатом устранения глубоких воздействий в форме желобов и/или отверстий, которые вследствие возможного снижения значения pH и концентрирования критических ингредиентов среды могли бы приводить к заметно ускоренной коррозии. Помимо этого, не образуются никакие технически неоптимальные в отношении коррозии, неблагородные, очень большие по площади фазы, которые, как уже описано выше, могли бы подвергаться воздействию коррозии и тогда приводить к быстрому выходу из строя конструктивного элемента (сравн. β-фазу в стандартной латуни).In addition, experiments show that sulfur sulfides in the form of incoherent, finely distributed dispersed phases have a significant advantage in terms of corrosion. This is the result of the elimination of deep impacts in the form of gutters and / or holes, which, due to a possible decrease in pH and concentration of critical ingredients of the medium, could lead to markedly accelerated corrosion. In addition, no technically non-optimal corrosion-resistant, base, very large phases are formed that, as already described above, could be subjected to corrosion and then lead to a quick failure of the structural element (compare β-phase in standard brass).
Опыты по литью для определения влияний на образование сульфидаCasting tests to determine the effects on sulfide formation
Из опытов удалось определить, что состав сплава решающим образом одновременно влияет на распределение, форму и момент времени образования фаз, и неоптимальные содержания отрицательно сказываются на образовании фаз и структуры.From the experiments, it was possible to determine that the composition of the alloy simultaneously decisively affects the distribution, shape and time of phase formation, and non-optimal contents adversely affect the formation of phases and structure.
Сначала проводились термические опыты, которые затем верифицировались посредством графического анализа.First, thermal experiments were carried out, which were then verified through graphical analysis.
Фиг.7 изображает термический анализ на графике температура-время, с помощью которого у металлов могут обнаруживаться термические эффекты (например, выделение латентного тепла), которые могут возникать при переходах из твердого в жидкое или при преобразованиях фаз в твердом состоянии. Представлена температура охлаждения сплава и первая производная по времени сигнала измерения в зависимости от времени, которое описано как скорость охлаждения. Изменение пика на кривой скорости охлаждения соответствует термическому эффекту в материале. У применяемого в соответствии с изобретением сплава без содержания свинца следует стремиться к образованию сульфида незадолго перед концом кристаллизации, так как при этом сульфиды, подобно свинцу, более гомогенно распределяются в структуре.7 depicts thermal analysis on a temperature-time graph, with which metals can detect thermal effects (for example, the release of latent heat) that can occur during transitions from solid to liquid or during phase transformations in the solid state. The cooling temperature of the alloy and the first time derivative of the measurement signal as a function of time, which is described as the cooling rate, are presented. A change in the peak in the cooling rate curve corresponds to the thermal effect in the material. In the lead-free alloy used in accordance with the invention, one should strive for the formation of sulfide shortly before the end of crystallization, since sulfides, like lead, are more homogeneous distributed in the structure.
Таблица 3Table 3
Скорость охлаждения на фиг.7 соответствует типичному протеканию кристаллизации медно-оловянного сплава до 5 вес. % олова при литье в песчаные формы. При дальнейшем сравнении двух кривых становится ясно, что в сплаве 3 прибл. при 400 с происходит преждевременный термический эффект во время протекающего процесса кристаллизации, который может объясняться образованием сульфида. У предлагаемого изобретением сплава 4 образование сульфида происходит замедленно незадолго перед концом кристаллизации. То, что обе пробы были охлаждены в идентичных условиях, обосновывает дальнейшее прохождение скорости охлаждения этих проб, которое после образования фаз идентично. Варьирующийся момент времени образования фаз может, таким образом, объясняться различным содержанием цинка в этих сплавах. Преждевременное образование сульфида влияет на форму сульфида и распределение в структуре. При этом преждевременное образование сульфида в сплаве 3 приводит к гетерогенному, распределению фаз участками, которое отрицательно влияет на механические показатели, такие как удлинение.The cooling rate in Fig. 7 corresponds to a typical crystallization flow of a copper-tin alloy up to 5 weight. % tin sand casting. With a further comparison of the two curves, it becomes clear that in alloy 3, approx. at 400 s, a premature thermal effect occurs during the ongoing crystallization process, which may be due to the formation of sulfide. In the inventive alloy 4, the formation of sulfide occurs in a slow manner shortly before the end of crystallization. The fact that both samples were cooled under identical conditions justifies the further passage of the cooling rate of these samples, which is identical after the formation of phases. The varying time point of phase formation can, therefore, be explained by the different contents of zinc in these alloys. Premature sulphide formation affects sulphide form and distribution in the structure. In this case, the premature formation of sulfide in alloy 3 leads to a heterogeneous distribution of phases by sites, which negatively affects mechanical properties, such as elongation.
На фиг.8 (сплав 3) и фиг.9 (применяемый в соответствии с изобретением сплав 4) видны различия в структуре конструктивных элементов, который были изготовлены из расплавов в соответствии со сплавом 3 и 4 с фиг.7, имеющих различные содержания цинка. В соответствии с настоящим изобретением состав материала выбран таким образом, который устраняет преждевременное образование сульфида и способствует гомогенному распределению.Fig. 8 (alloy 3) and Fig. 9 (alloy 4 used in accordance with the invention) show differences in the structure of structural elements that were made of melts in accordance with alloy 3 and 4 of Fig. 7 having different zinc contents. In accordance with the present invention, the composition of the material is selected in a way that eliminates premature sulfide formation and promotes a homogeneous distribution.
Также было обнаружено, что условия охлаждения расплава с получением предлагаемого изобретением конструктивного элемента имеют влияние на образование сульфида. Вследствие высокой скорости охлаждения, которая предпочтительно имеет место при тонкой стенке, возникает мелкоячеистая дендритная сеть, имеющая тонкие области остаточного расплава, из которых поддерживается шаровидное образование сульфидов. Поэтому в соответствии с изобретением является предпочтительным быстрое охлаждение. На фиг.10 и фиг.11 показаны изображения структуры предлагаемых изобретением конструктивных элементов из идентичного расплава, который охлаждался в варьирующихся условиях. При быстром охлаждении изображение структуры на фиг.11 отличается структурой, которая приводит к высоким механическим показателям, таким как, напр., прочность на растяжение, разрывное удлинение и тому подобные.It was also found that the melt cooling conditions to obtain the structural element of the invention have an effect on sulfide formation. Due to the high cooling rate, which preferably occurs with a thin wall, a fine-mesh dendritic network arises having thin regions of residual melt from which spherical formation of sulfides is supported. Therefore, in accordance with the invention, rapid cooling is preferred. Figure 10 and figure 11 shows images of the structure proposed by the invention of structural elements from an identical melt, which was cooled under varying conditions. With rapid cooling, the image of the structure in FIG. 11 is distinguished by a structure that leads to high mechanical properties, such as, for example, tensile strength, tensile elongation and the like.
Для подтверждения этой характеристики частицы исследовались и характеризовались посредством графического анализа на шлифах структуры пробных образцов.To confirm this characteristic, the particles were investigated and characterized by graphical analysis on thin sections of the structure of test samples.
При этом оказалось, что при изготовлении предлагаемых изобретением конструктивных элементов в названных условиях охлаждения расплава сплава, имеющего предлагаемый изобретением состав, может достигаться наличие образования по меньшей мере на отдельных участках на шлифе структуры отливки по меньшей мере 1,8 процентов общей площади в виде частиц сульфида.It turned out that in the manufacture of the structural elements proposed by the invention under the aforementioned conditions for cooling a melt of an alloy having the composition proposed by the invention, the formation of at least 1.8 percent of the total area in the form of sulfide particles can be formed in at least separate sections on the section of the casting structure .
В том числе, посредством этого графического анализа могут определяться объем сульфидов и площади поверхности.Including, by means of this graphical analysis, the volume of sulfides and surface area can be determined.
Для более точного определения частиц сульфида вводятся разные классы размеров (сравн. таблицу 4). Затем частицы замеряются и причисляются к этим классам в процентах. Потом причисленные проценты перемножаются со средним значением класса. Получающиеся средние значения классов объединяются в одно большое среднее значение. Получающееся значение представляет собой коэффициент площади поверхности ASP%.For a more accurate determination of sulfide particles, different size classes are introduced (cf. table 4). Then the particles are measured and assigned to these classes as a percentage. Then the calculated percentages are multiplied with the average value of the class. The resulting class mean values are combined into one large average value. The resulting value is the ASP% surface area coefficient.
Применяемые в соответствии с изобретением сплавы могут характеризоваться коэффициентом площади поверхности ASP% меньше 1000.The alloys used in accordance with the invention may have an ASP% surface area coefficient of less than 1000.
Таблица 4Table 4
Выше настоящее изобретение было описано со ссылкой на примеры и сравнительные примеры. Однако для специалиста является очевидным, что изобретение не ограничено этими примерами, и объем настоящего изобретения получается из прилагаемых пунктов формулы изобретения.Above, the present invention has been described with reference to examples and comparative examples. However, it will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to these examples, and the scope of the present invention is obtained from the appended claims.
Claims (21)
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202016101661.4U DE202016101661U1 (en) | 2016-03-29 | 2016-03-29 | Component for media-carrying gas or water pipes |
| DE202016101661.4 | 2016-03-29 | ||
| EPEP17151949.9 | 2017-01-18 | ||
| EP17151949.9A EP3225707B1 (en) | 2016-03-29 | 2017-01-18 | Component for media-conducting gas or water lines comprising a copper alloy |
| PCT/EP2017/000374 WO2017167441A2 (en) | 2016-03-29 | 2017-03-28 | Component for media-conducting gas or water lines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2712161C1 true RU2712161C1 (en) | 2020-01-24 |
Family
ID=57838272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018137812A RU2712161C1 (en) | 2016-03-29 | 2017-03-28 | Constructive element for heat-conducting gas- or water pipes |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3225707B1 (en) |
| DE (1) | DE202016101661U1 (en) |
| DK (1) | DK3225707T3 (en) |
| PL (1) | PL3225707T3 (en) |
| RU (1) | RU2712161C1 (en) |
| WO (1) | WO2017167441A2 (en) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT520560B1 (en) * | 2018-01-29 | 2019-05-15 | Miba Gleitlager Austria Gmbh | Multilayer plain bearing element |
| DE102018004702A1 (en) * | 2018-06-12 | 2019-12-12 | Gebr. Kemper Gmbh + Co. Kg Metallwerke | Moldings made of a corrosion-resistant and machinable copper alloy |
| DE102019106131A1 (en) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | M.G. Meccanica Srl | Process for the production of components for media-carrying gas or water pipes and the component produced thereby |
| DE102019106136A1 (en) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | M.G. Meccanica Srl | Process for the production of metallic components as well as the metallic component produced thereby |
| AT522440B1 (en) | 2019-05-07 | 2020-11-15 | Miba Gleitlager Austria Gmbh | Multi-layer plain bearing element |
| DE102021106229A1 (en) | 2020-12-17 | 2022-06-23 | REHAU Industries SE & Co. KG | Connecting element system for producing a pipe connection, pipe connection comprising this, and method for producing such a pipe connection |
| DE202020107328U1 (en) | 2020-12-17 | 2022-03-18 | REHAU Industries SE & Co. KG | Pipe connection and connecting element for producing a pipe connection |
| AU2021399776A1 (en) | 2020-12-17 | 2023-07-20 | REHAU Industries SE & Co. KG | Connecting element system for producing a tube connection, tube connection comprising the former, and method for producing a tube connection of this type |
| DE102021110302A1 (en) * | 2021-04-22 | 2022-10-27 | Ks Gleitlager Gmbh | Copper-tin continuously cast alloy |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1694676A1 (en) * | 1989-03-01 | 1991-11-30 | Московский институт стали и сплавов | Copper base alloy |
| RU2132012C1 (en) * | 1994-02-08 | 1999-06-20 | Маско Корпорейшн оф Индиана | Fittings for supply of potable water and method of application of essentially inert coat |
| US20120082588A1 (en) * | 2009-05-26 | 2012-04-05 | Biwalite Co., Ltd. | Lead-free copper alloy for casting with excellent mechanical properties |
| JP2013199699A (en) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Nonlead free-cutting phosphor bronze wrought product, copper alloy part, and method of manufacturing nonlead free-cutting phosphor bronze wrought product |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2297598T5 (en) | 2005-12-14 | 2016-06-03 | Gebr. Kemper Gmbh + Co. Kg Metallwerke | Use of a low migration copper alloy and parts of this alloy |
| DE202008003352U1 (en) | 2008-03-07 | 2009-07-23 | Rehau Ag + Co | Connector for a clamp connector |
-
2016
- 2016-03-29 DE DE202016101661.4U patent/DE202016101661U1/en active Active
-
2017
- 2017-01-18 PL PL17151949T patent/PL3225707T3/en unknown
- 2017-01-18 EP EP17151949.9A patent/EP3225707B1/en active Active
- 2017-01-18 DK DK17151949.9T patent/DK3225707T3/en active
- 2017-03-28 RU RU2018137812A patent/RU2712161C1/en active
- 2017-03-28 WO PCT/EP2017/000374 patent/WO2017167441A2/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1694676A1 (en) * | 1989-03-01 | 1991-11-30 | Московский институт стали и сплавов | Copper base alloy |
| RU2132012C1 (en) * | 1994-02-08 | 1999-06-20 | Маско Корпорейшн оф Индиана | Fittings for supply of potable water and method of application of essentially inert coat |
| US20120082588A1 (en) * | 2009-05-26 | 2012-04-05 | Biwalite Co., Ltd. | Lead-free copper alloy for casting with excellent mechanical properties |
| JP2013199699A (en) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Nonlead free-cutting phosphor bronze wrought product, copper alloy part, and method of manufacturing nonlead free-cutting phosphor bronze wrought product |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL3225707T3 (en) | 2021-07-19 |
| DK3225707T3 (en) | 2021-04-06 |
| EP3225707A1 (en) | 2017-10-04 |
| WO2017167441A2 (en) | 2017-10-05 |
| DE202016101661U1 (en) | 2017-06-30 |
| EP3225707B1 (en) | 2020-12-30 |
| WO2017167441A3 (en) | 2018-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2712161C1 (en) | Constructive element for heat-conducting gas- or water pipes | |
| US20150376736A1 (en) | Copper-zinc alloy for a plumbing fitting and method for the production thereof | |
| US10017841B2 (en) | Copper alloy casting and method of casting the same | |
| US8470101B2 (en) | Lead-free copper alloy for casting with excellent mechanical properties | |
| JP4838859B2 (en) | Low migration copper alloy | |
| KR101781183B1 (en) | Brass alloy and processed part and wetted part | |
| US9982327B2 (en) | Brass alloy for tap water supply member | |
| WO2018034282A1 (en) | Free-cutting copper alloy casting, and method for producing free-cutting copper alloy casting | |
| JP3957308B2 (en) | Lead-free copper alloy for castings with excellent pressure resistance | |
| US20140112821A1 (en) | Lead-free brass alloy for hot working | |
| KR101852053B1 (en) | Copper-based alloy | |
| JP4522736B2 (en) | Copper-base alloy for die casting and ingots and products using this alloy | |
| KR100191702B1 (en) | Brass alloy | |
| JP5566622B2 (en) | Cast alloy and wetted parts using the alloy | |
| CA2680214C (en) | Low lead copper alloy | |
| KR102334814B1 (en) | Lead-free brass alloy for casting that does not contain lead and bismuth, and method for manufacturing the same | |
| JP2008133536A (en) | Steel having excellent corrosion resistance for ship use | |
| US20220016693A1 (en) | Method for producing metal components and metal component produced in this way | |
| RU2809492C2 (en) | Method for manufacturing metal parts, and also metal part manufactured by this method | |
| KR100776809B1 (en) | Copper base alloy, and ingot and member using the alloy contacting with liquid | |
| JP2018172726A (en) | Copper alloy for liquid-contacting member | |
| CA2718613A1 (en) | Dezincification resistant brass alloy | |
| JP4866716B2 (en) | Copper alloy | |
| Goto et al. | Influence of Sn Addition on Castability, Mechanical Properties and Corrosion Resistance of JIS CAC804 Silzin Bronze Castings | |
| TWI485271B (en) | Low shrinkage corrosion resistant brass alloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |