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Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer für den Dauerformguß
geeigneten Messing-Legierung. Solche Legierungen, die entweder für Druck- oder Kokillenguß
geeignet sein sollen, müssen dem jeweiligen Gießverfahren hinsichtlich ihrer Viskosität,
Vergießbarkeit und Schwindung angepaßt sein. Die Legierung soll zudem gute mechanische
Eigenschaften, beispielsweise eine gute Verformbarkeit und hohe Festigkeit aufweisen
und eine Erstarrungstemperatur bzw. ein Erstarrungsintervall (Bereich zwischen Liquidus-
und Solidustemperatur) besitzen, das auf das betreffende Gießverfahren abgestimmt
ist.
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So treten beim Herstellen von Gußstücken aus Messing im Druckgußverfahren
bei den für diesen Zweck gebräuchlichen Messinglegierungen insofern Schwierigkeiten
auf, als hier hohe Gießtemperaturen erforderlich sind. Sie .liegen im allgemeinen
bei etwa 925°C und darüber. Naturgemäß ist der schädliche Einfluß der schmelzflüssigen
Legierung auf die Lebensdauer der Gießformen um so größer, je höher die Gießtemperatur
ist. Versuche, die mit derartig hohen Gießtemperaturen verbundenen Schwierigkeiten
durch Zulegieren von die Liquidustemperatur herabsetzenden Elementen zu beheben,
haben bislang zu keinem Erfolg geführt, weil dabei stets andere wesentliche Materialeigenschaften,
wie beispielsweise die Verformbarkeit der Legierung, nachteilig beeinflußt werden.
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Nach der USA: Patentschrift 1736 654 sind zwar zum Löten von Gußeisen
und -stahl, Eisen u. dgl. geeignete Messinglote aus 42 bis 600/0 Kupfer, 1 bis 10
0/0 Nickel und bis zu 3 0/0 Silizium, Rest Zink bekannt.
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Des weiteren ist, .in der deutschen Patentschrift 836 567 eine Glockengüßlegierung
mit 0,1 bis 8 0/0 Silizium, mehr als 20 bis 45 0/0 Zink, gegebenenfalls 0,1 bis
5010 Nickel und/oder 0,1 bis 501, Kobalt, Rest Kupfer beschrieben.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1120151 ist ferner eine feste, gut
gießbare Neusilber-Legierung mit 0,01 bis 5 0/0 Silizium, über 10 bis 30 0/0 Nickel,
45 bis 70 0/0 Kupfer, 0,3 bis 5 0/0 Mangan oder 0,1 bis 50/0 Aluminium sowie gegebenenfalls
0,5 bis 501, Blei, Zinn oder Kadmium, Rest mindestens 100/0 Zink bekannt, deren
Nickelgehalt teilweise durch 0,1 bis 5010 Kobalt ersetzt werden kann und
die ::bei hoher Häti@und Festigkeit in besonderem Maße zum Herstellen von Bestecken
und Gebrauchsgegenständen geeignet ist.
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Schließlich ist f -es .nach .der USA: Patentschrift 1907 219 bekannt,
Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen mit 49,5 bis 55,5°°/0 Kupfer, 1,0 bis 6,00/0 Nickel,
0,01 bis 10/0 Aluminium, 0,5 bis 2,50/0 Blei, 0,01 bis 1;5-0/ö Silizium, 0,01--bis
2,50/0 Mangan, Rest etwa 470/0 Zink, als Werkstoff für nach dem Dauerformgußverfahren
heriuAcllende Gegenstände zu verwenden. Diese bekannten Legierungen besitzen jedoch
eine im Hinblick auf die Haltbarkeit der Dauerformen unerwünscht hohe Schmelztemperatur
von 927 bis 982°C sowie eine ebenso ungünstige Schmiedetemperatur von 704 bis 816°C.
Unterhalb der Schmelztemperatur von 927 bis 982°C, d. h. in dem für die Haltbarkeit
der Dauerformen günstigen Temperaturbereich um 850°C, befinden sich die bekannten
Legierungen jedoch in einem für das Gießen, insbesondere für das Druckgießen völlig
ungeeigneten teigigen Zustand.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ausgehend
von den vorgenannten bekannten Legierungen, eine für den Dauerformguß geeignete
Messinglegierung mit im Vergleich zu den bekannten Legierungen niedrigem Schmelzpunkt
zu ermitteln. Erfindungsgemäß wird hierfür eine Messing-Legierung vorgeschlagen,
bestehend aus 2 bis 3,750/, Silizium, 4 bis 110/0 Nickel und/oder Kobalt, wobei
der Gehalt an Nickel und/oder Kobalt das 1,75- bis 3,5fache des Siliziumgehaltes
beträgt, 32 bis 45 0/0 Zink, Rest, von Verunreinigungen abgesehen, mindestens 45
0/0 Kupfer, wobei die Gehalte an Zink, Silizium und Nickel entsprechend der Bedingung
(0/0 Zn) + 10 (0/0 Si) - 1,5 (0/0 Ni) = 51 bis 66 eingestellt sind. Die erfindungsgemäß
zu verwendenden Legierungen haben im allgemeinen Liquidustemperaturen unter 875°C,
beispielsweise 870°C oder weniger, und weisen eine gute Verformbarkeit und hohe
Festigkeit auf.
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Obwohl die Legierungen Kobalt oder ein Gemisch von Kobalt und Nickel
enthalten können, sind jedoch Legierungen zu bevorzugen, die nur Nickel enthalten,
da Kobalt, obwohl es sich ähnlich wie Nickel verhält, die Legierung nicht so verformbar
macht, wie Nickel das tut. Die nickelhaltigen erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen
weisen im allgemeinen ein feines Hartgußgefüge auf, das durch eine zusammenhängende,
aus einer ß-Messingphase bestehenden Grundmasse sowie durch eine Nickel und Silizium
enthaltende, intermetallische Ausscheidungsphase kugelförmiger Gestalt gekennzeichnet
ist. Wenn jedoch der Nickelgehalt der Legierung außerhalb der geforderten Gehaltsgrenzen
liegt und die vorstehend genannten Beziehungen zwischen den Legierungsgehalten nicht
eingehalten sind, dann zeigen die Legierungen ein Hartgußgefüge mit einer Versprödungsphase,
die der spröden y-Messingphase ähnlich ist. Deshalb hat Nickel in den genannten
Bereichen einen vorteilhaften Einfluß auf die Verformbarkeit der Legierungen.
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Silizium setzt den Schmelzpunkt der Messing-Legierungen herab, verhindert
im wesentlichen die Verdampfung des Zinks und wirkt als Desoxydationsmittel. Wenn
jedoch zu viel Silizium verwendet wird, dann nimmt die Verformbarkeit der Legierungen
ab. Die Nickel- und Siliziumgehalte sind in der beschriebenen Weise aufeinander
abzustimmen, weil jedes dieser Elemente den nachteiligen Einfluß des anderen aufhebt.
So setzt Silizium den Schmelzpunkt der Legierung herab, der mit der Erhöhung des
Nickelgehaltes ansteigt. Andererseits kompensiert Nickel die versprödende Wirkung
von Silizium. Vorzugsweise liegt bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen
der Nickelgehalt zwischen 5 und 9 0/0 und der Siliziumgehalt zwischen 2 und 3,5
0/0. Derartige Legierungen vereinigen besonders gute Eigenschaften hinsichtlich
ihrer Liquidustemperatur und Verformbarkeit.
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Auch das Zink beeinflußt die Verformbarkeit und die Liquidustemperatur
der Legierungen. Zu hohe Zinkanteile verschlechtern die Verformbarkeit, während
zu geringe Anteile an Zink zu einem übermäßigen Anstieg der Liquidustemperatur führen.
Zweckmäßig bewegt sich deshalb der Zinkgehalt der Legierung im Bereich von 35 bis
43 0/0.
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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen sind im allgemeinen
gut flüssig, selbst wenn sie im Dauerformguß bei Temperaturen von 843°C oder
weniger
vergossen werden. Sie äußern keine Anzeichen von Warmbrüchigkeit, auch wenn sie
in der Kokille stauen. Die Legierungen sind ferner gegen Spannungsrißkorrosion beständig.
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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen können als Begleiter
auch noch Blei, Titan, Zirkonium, Aluminium und Eisen enthalten, diese Elemente
einzeln oder zu mehreren bis 0,50/0 und ferner bis etwa 10/0 Zinn. Der Gesamtgehalt
an diesen Begleitern soll jedoch unter 1,5°/0 liegen, so daß sie in der Legierung
ihre Löslichkeitsgrenze im allgemeinen nicht erreichen. Wegen ihrer Eigenschaft,
während des Vergießens zum Verschlacken zu neigen, soll insbesondere der Anteil
an den leicht oxydierenden Elementen wie Titan und Aluminium jeweils unter
0,501, gehalten werden. Der Gehalt der Legierung an Zinn soll weniger als
10/0 betragen, weil Zinn dazu neigt, die Legierung in der Kokille warmrißanfällig
zu machen. Andererseits stellt der Umstand, daß in den erfindungsgemäß zu verwendenden
Legierungen bis zu 0,5 0/0 Blei zugelassen werden können, einen sehr bedeutsamen
Vorteil für die betriebliche Praxis dar, weil er es ermöglicht, beim Erschmelzen
der Legierungen Schrott zu verwenden. Um die besten Eigenschaften der Legierungen
zu erreichen, sollte der Anteil an jedem der vorstehend angeführten Begleitelemente
zweckmäßig unter 0,251)/, gehalten werden. In der ZahlentafelI sind zur Erläuterung
einige erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen zusammen.gestellt:
| Zahlentafel I |
| Bedingungen gemäß Anspruch 1 |
| Legierung °/° Kupfer °/° Zink °/° Nickel ° /° Silizium _Ni |
| Si Gleichung* |
| A Rest 35 4,5 2,47 1,82 52,95 |
| B Rest 42 5 2,6 1,92 I 60,5 |
| C Rest 38 7,53 3,74 2,01 64,1 |
| D Rest 37 11 3,46 3,18 55,1 |
| E Rest 43 8,4 2,80 3,00 58,4 |
| F Rest 37 8,18 3,33 2,46 58,03 |
| G Rest 39 5,56 2,09 2,66 51,56 |
| * (°/° Zn) -E- 10 (°/° Si) -1,5 (°/° Ni) = 51 bis 66. |
Die Eigenschaften dieser Legierungen ergeben sich aus der Zahlentafel II.
| Zahlentafel II |
| Legierung 0,2-Dehngrenze Zugfestigkeit Bruchdehnung* Brucheinschnürung
Liquidustemperatur |
| (kg/mm2) |
| (kg/mm2) |
| (°/°) |
| (°/°) |
| (° C) |
| A 50,1 68,0 2,5 4 850 |
| B 50,4 59,7 1,5 2 829 |
| C 57,4 65,4 1 2,5 847 |
| D 44,0 54,0 1 2,5 848 |
| E 34,1 68,5 6,5 10 871 |
| F 46,0 64,9 3,5 4 842 |
| G 47,1 69,0 8 12 860 |
| * Bezogen auf eine Meßlänge von 25,4 mm. |
Man sieht, daß jede der in Zahlentafel 1 genannten Legierungen eine Zugfestigkeit
von mindestens 54,0 kg/mm2 und eine Bruchdehnung von mindestens 10/0 sowie eine
Brucheinschnürung von mindestens 20/0 aufweist. Die Liquidustemperaturen der Legierungen
betragen
871'C oder weniger. Das Erstarrungsintervall (liquidus-solidus)
der Legierung G (860 bis
851'C) ist für Messing-Legierungen ungewöhnlich
klein.
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Zum Vergleich wurden noch einige nicht zum Gegenstand der Erfindung
zählende Legierungen hergestellt, die zeigen, wie wichtig das Einhalten sämtlicher
der vorstehend erörterten Bedingungen ist. Der Aufbau der Vergleichslegierungen
ist aus der Zahlentafel III zu erkennen:
| Zahlentafel III |
| Bedingungen gemäß Anspruch 1 |
| Legierung °/° Kupfer °/° Zink °/° Nickel °/° Silizium Ni |
| Si Gleichung* |
| Z Rest 40,9 0 3,03 0 71,2 |
| Y Rest 45 4,58 0,3 15,3 41,13 |
| X Rest 36 4,12 3,32 1,24 63,02 |
| W Rest 47 6,51 2,74 2,38 64,63 |
| T Rest 40 4,71 4,10 1,15 73,93 |
| S Rest 40 8,35 4,11 2,03 68,57 |
| R Rest 33 8,18 2,43 3,37 45,03 |
| * (°/° Zn) + 10 (°/° Si) -1,5 (°/° Ni) = 51 bis 66. |
Jede der Vergleichslegierungen ist in mindestens einer Hinsicht
nachteilig. Die Legierung Z war derart spröde, daß sie nach dem Erstarren in der
Kokille zersprang. Die Legierung Y wies eine bei etwa 904°C liegende Liquidustemperatur
auf, die für einen wirtschaftlichen Druckguß viel zu hoch ist. Die Legierung X hatte
eine Bruchdehnung von nur 0,4°/o, so daß sie von ungenügender Verformbarkeit war.
Die Legierungen T, S und W waren derart spröde, daß die aus ihnen hergestellten
Gußstücke beim Fallenlassen zersprangen. Die Legierung R besaß eine unerwünschte
hohe Liquidustemperatur von 914° C.
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Im Gegensatz zu den Vergleichsliegierungen sind die erfindungsgemäß
zu verwendenden Legierungen im Druckguß bei Temperaturen, die 14°C oder weniger
über der jeweiligen Liquidustemperatur liegen, leicht zu vergießen. So können die
Legierungen beim Druckguß mit Temperaturen von 889°C oder weniger in die Dauerform
eingespritzt werden. Bei der LegierungB kann das sogar schon bei 843'C geschehen.