DE1458386A1

DE1458386A1 - Brass alloy

Info

Publication number: DE1458386A1
Application number: DE19611458386
Authority: DE
Inventors: Barth Dipl-Ing Heinz Alfred
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1961-03-09
Filing date: 1961-03-09
Publication date: 1968-11-07

Description

Messinglegierung Die Erfindung betrifft ei-,je MIessinglegieramit 56 bis 60 Kupfer, 0 bis 5 % Nickel und Zusätzen von Eisen wand man, wobei Zulässige Bei me"mgen von Alumini t, Blei, Antimon und Wismut nach oben. begrenzt sind und Zink den Rest der Legierung ausmacht. Es sind Miessi nglegiergen bekannt, die sowohl für verschiedene Zwecke bei Normaltemperatur verrentet werden als auch auf Grund ihrer besonderen Festigkeitseigenschaften Eingang i. die Tieftemperaturtechnik gefunden haben. und die beispiels- weise 38,85 % Zink, 1,4_3 % Via., 1,25 % Blei, 0, 92 % Zinn, 1,08 % Eise:. dde- als Rotmessing 40 % Zink oder 40 % Zink und 1,32 % Blei enthalten.'Die Festigkeitswerte dieser*bekannten Legierungen bewegen sich zwischen Raumtemperatur und - 180 °C etwa innerhalb folgender Grenzen: Streckgrenze 14 bis 20 kg/mm2, Zugfestigkeit 37 bis 66 kg/mm 2 und Kerbschlagzähigkeit 2,8 bis 8,6 kgm/cm2. Brass alloy The invention relates to one, each brass alloy with 56 to 60 Copper, 0 to 5% nickel and additions of iron were used, where permissible amounts of aluminum, lead, antimony and Bismuth to the top. are limited and zinc the remainder of the alloy matters. There are brass alloys known that are used both for various purposes at normal temperature are retired as also input due to their special strength properties i. have found the cryogenic technology. and the example wise 38.85 % zinc, 1.4_3% via., 1.25 % lead, 0.92% tin, 1.08 % ice :. dde- as red brass 40% zinc or 40% zinc and 1.32% lead. The strength values of these * known alloys range between room temperature and - 180 ° C approximately within the following limits: yield point 14 to 20 kg / mm2, tensile strength 37 to 66 kg / mm 2 and notched impact strength 2.8 to 8.6 kgm / cm2.

Diese bekannten Messinglegierungen vermögen jedoch höchsten Festigkeitsanforderungen nicht gerecht zu werden. So weist z.B. keine der bekannten Messinglegierungen, deren Kupfergehalt zwischen 56 und 60 % liegt, eine Streckgrenze von mehr als 30 kg/mm 2 und gleichzeitig eine Kerbschlagzähigkeit ,.von mehr als 7,5 kgm/cm2 auf. Sie sind also schon bei Normaltemperaturen nicht für spezielle Zwecke geeignet, für die solche Forderungen erhoben werden müssen. Erst recht treten diese Nachteile bei tiefen Temperaturen in Erscheinung, wo Festigkeitsanforderungen an den verwendeten Werkstoff eine noch viel grössere Rolle spielen.However, these known brass alloys are able to meet the highest strength requirements not meet. For example, none of the known brass alloys whose Copper content is between 56 and 60%, a yield strength of more than 30 kg / mm 2 and at the same time a notched impact strength of more than 7.5 kgm / cm2. she are therefore not suitable for special purposes, even at normal temperatures which such demands must be made. These disadvantages are a fortiori at low temperatures, where strength requirements are placed on the used Material play an even greater role.

Es ist bekannt, daß bei tiefen Temperaturen die meisten Stoffe mehr oder weniger anomale Eigenschaften annehmen. Viele Werkstoffe verlieren unter 0 o C, insbesondere unter - 50°C" weitgehend .ihre sonst sie als Bauwerkstoffe auszeichnenden Eigenschaften. Man verwendet daher in der Kältetechnik zum Bau von Einrichtungen, insbesondere von Tanks, Gas- und Luftzerlegungsapparaten und dergleichen, welche vorzugsweise bei Temperaturen von unter - 300 °C, z.B. bei Temperaturen der flüssigen Luft oder des flüssigen Wasserstoffs, betrieben werden, als Werkstoff Kupfer oder V2A-Stahl, sowie für bestimmte Bauteile einige der bereits genannten. Messinglegierungen. V2A-Stahl ist teuer und schwer zu bearbeiten und Kupfer hat nur geringere Festigkeitswerte und muß deshalb in verhältnismäßig großen Wandstärken verarbeitet und benutzt werden. Das gleiche gilt auch für die bisher bekannten Messinglegierungen.It is known that at low temperatures most substances do more or assume less abnormal properties. Many materials lose below 0 o C, especially below - 50 ° C "largely. Their otherwise distinguishing them as building materials Properties. It is therefore used in refrigeration technology for the construction of facilities, in particular of tanks, gas and air separation apparatus and the like, which preferably at temperatures below - 300 ° C, e.g. at temperatures of the liquid Air or liquid hydrogen as the material copper or V2A steel, as well as some of the already mentioned for certain components. Brass alloys. V2A steel is expensive and difficult to process and copper has only lower strength values and must therefore be processed and used in relatively large wall thicknesses. The same also applies to the previously known brass alloys.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, der Technik Werkstoffe zu erschließen, die in ihrer Zusammensetzung nur wenig von vergleichbaren bekannten Werkstoffen abweichen, dem Kupfer und bekannten Messinglegierungen an Festigkeit überlegen sind, sich jedoch besser und leichter bearbeiten lassen als V2A-Stahl und die sich insbesondere als Baumaterialien für die Kältetechnik eignen.The object on which the invention is based is the technology To develop materials that are little different in their composition known materials, the copper and known brass alloys Are superior to strength, but are better and easier to machine than V2A steel and which are particularly suitable as building materials for refrigeration technology.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen der für die Kältetechnik wesentlichen Werkstoffeigenschaft(,n an den verschiedensten für Normaltemperaturen bereits verwendeten Legierungen und Metallen haben überraschenderweise ergeben, daß sich Messing 58 (etwa 58 ,/0, Kupfer enthaltende Legierung aus Kupfer und Zink) dann auch zur Verwendung als Werkstoff für tiefe Temperaturen, in@@besondere unter - 50 0C, besonders bei Temperaturen der flüssigen Luft und des flüssigen Wasserstoffs, gegebenenfalls bis herunter zur Tempera- , tur des flüssigen Heliums, eignet und zwar insbesondere als Walz- und Pressmessing, wenn die metallischen Zusätze zu einer solchen Legierung anderen Toleranzbedingungen unterworfen werden als es sonst üblicherweise bei Messing 58 der Fall ist und wenn der so gewonnene Werkstoff bezüglich Feinheit und Gleich-Mäßigkeit des Kornes besonders ausgewählt ist.The investigations on which the invention is based for refrigeration technology essential material property (, n at the most varied for normal temperatures Alloys and metals already used have surprisingly shown that brass 58 (about 58, / 0, copper-containing alloy of copper and zinc) then also for use as a material for low temperatures, in @@ special under - 50 0C, especially at temperatures of liquid air and liquid hydrogen, optionally down to the temperature of the liquid helium, suitable and especially as rolled and pressed brass, if the metallic additives to a such alloy are subjected to other tolerance conditions as it is usually the case with brass 58 and if the material obtained in this way is particularly selected with regard to fineness and uniformity of the grain.

Die erfindungsgemäßen Legierungen sind dabei durch folgende Toleranzbedingungen charakterisiert: 1. Fe 0,8 bis 2 Mn o,8 bis ?_ Al bis 0,2 ,°d Pb bis 0,2 Sb bis 0,0084 Bi bis o,0084 2. Fe 1 bis 1,2 Mn 1 bis 1,2 Al bis 0,02 Pb bis 0,02 Sb bis o,oo84 % Bi bis. o, 0084 %. Bei Einhaltung dieser Bedingungen. ist es möglich, dem Messing 58 definierte Festigkeitsziffern, vor allem auch für die Streckgrenze,zu geben. Neuartig ist dabei die Forderung, eine Mindest-Kerbschlagzähigkeit bei Messing 58 zu erreichen und gleichmässig sicherzustellen., um kerbempfindlichere Bauteile auch in einem Messing 58 bei tiefen Temperaturen ausführen zu können.. Dies durfte jedoch nicht auf Kosten des elastischen Verhaltens bei tiefen Temperaturen gehen. Ausserdem soll ein Optimum an Spannungs-Korrosions-Unempfindlichkeit bei ungezogenem bzw. gepresstem Halbzeug aus Messing 58 erreicht werden.The alloys according to the invention are characterized by the following tolerance conditions: 1. Fe 0.8 to 2 Mn o.8 to? _ Al up to 0.2 ° d Pb to 0.2 Sb to 0.0084 Bi to o, 0084 2. Fe 1 to 1.2 Mn 1 to 1.2 Al to 0.02 Pb to 0.02 Sb to o, oo84% Bi up. 0.0084%. If these conditions are observed. it is possible to give the brass 58 defined strength figures, especially for the yield point. What is new here is the requirement to achieve a minimum notched impact strength with brass 58 and to ensure it evenly. In order to be able to execute notch-sensitive components also in brass 58 at low temperatures. However, this should not be at the expense of the elastic behavior at low temperatures. In addition, an optimum of insensitivity to stress and corrosion is to be achieved in the case of undrawn or pressed semi-finished products made of brass 58.

Das Form- und Gestaltänderungsvermögen des verwendeten Werkstoffes bei tiefen Temperaturen entscheidet in erheblichem Maße über die Bewährung eines ganzen Bauteiles. Es ist deshalb nicht zweckmäßig, das Eignungsurteil nur von einer einzagen Werkstoffkennziffer, z.B. der Dehnung oder der Kerbschlagzähigkeit, allein abhängig zu machen. Vielmehr ist es eine ganze Reihe von Festigkeitseigenschaften, die betrachtet werden müssen, um über die Eignung eines Werkstoffes für einen Zweck, der höchste Festigkeitsanforderungen verlangt, entscheiden zu können. Dazu gehören vor allem aussenden bereits genannten Eigenschaften die Streckgrenze und die Zugfestigkeit. Eine Gesamtbetrachtung dieser Werkstoffkennziffern läßt sofort erkennen, daß die erfindungsgemäßen Messinglegierungen allen bekannten vergleichbaren Messinglegierungen sowohl. bei Raumtemperatur als auch bei beispielsweise - 180 G überlegen sind.The ability of the material to change shape and shape at low temperatures is decisive for the performance of an entire component to a considerable extent. It is therefore not advisable to make the suitability assessment solely dependent on a single material index, e.g. elongation or notched impact strength. Rather, it is a whole series of strength properties that have to be considered in order to be able to decide on the suitability of a material for a purpose that demands the highest strength requirements. These include, above all, the properties already mentioned, the yield point and the tensile strength. An overall consideration of these material parameters shows immediately that the brass alloys according to the invention are used in all known, comparable brass alloys. at room temperature as well as for example - 1 80 G are superior.

So weist z.B. eine bekannte Messinglegierung bei Raumtemperatur bzw. - 180 00 eine Streckgrenze von 16,9 bzw. 20,2 kg/mm 2, eine Zugfestigkeit von. 50,8 bzw. 66s6 kg/mm 2 und eine Kerbsehlagzähigkeit von 2,8 bzw. 2,8 kgm/cm auf, wogegen die entsprechenden Werte bei der erfindungsgemäßen Legierung für die Streckgrenze 35 bzw. 43 kg/mm 2, fUr die Zugfestigkeit 57 bzw. 72 kg/ mm2 und für die Kerbschlagzähigkeit 8 bzw. 7,5 kgm/em2 betragen. Aber auch eine andere bekannte Messinglegierung, die speziell auf hohe Kerbschlagzähigkeit gezüchtet ist und bei Raumtemperatur bzw. - 180 °C Kerbschlagzähigkeitswerte aufweist, die etwas über denen der erfindungsgemäßen Legierung liegen, vermag den Anforderungen an die übrigen Werkstoffkennziffern nicht zu genügen, da ihre Streckgrenze zwischen Raumtemperatur und - 180 °C nur von 14 auf 19,7 kg/mm 2 und ihre Zugfestigkeit im gleichen Temperaturintervall nur von 40,6 auf 53,5 kg/MM 2 ansteigt. Hinsichtlich der Höhe der Streckgrenze, insbesondere bei tiefen Temperaturen, liegen diese bekannten Messinglegierungen weit unter den von der erfindungsgemäßen Legierung erreichten Werten von 35 kg/mm2 und sind aus diesem Grunde konstruktiv nicht verwendbar; muß man nämlich beispielsweise eine bestimmte Schraube wegen zu kleiner Streckgrenze mit doppelt so großem Durchmesser herstellen" so muß auch ein zugehöriger Rohrflansch doppelte Breite besitzen. Infolgedessen steigt die Wärmekapazität in unerwünschter Weise und nicht zuletzt auch die Materialkosten. Trotz des hohen Anfangswertes der Streckgrenze beiz Anmeldungsgegenstand bleibt im gesamten Temperaturbereich das Verhältnis von Zugfestigkeit zu Streckgrenze praktisch konstant (0,61 ... 0,60), was als äußerst vorteilhaft anzusehen ist.For example, a known brass alloy at room temperature and - 180 00 a yield strength of 16.9 and 20.2 kg / mm 2, a tensile strength of about. 50.8 or 66.6 kg / mm 2 and a notch impact strength of 2.8 and 2.8 kgm / cm, whereas the corresponding values for the alloy according to the invention for the yield point 35 and 43 kg / mm 2 for the tensile strength 57 or 72 kg / mm2 and for the notched impact strength 8 or 7.5 kgm / em2. But also another known brass alloy, which is specially bred for high notch impact strength and has notched impact strength values at room temperature or - 180 ° C that are slightly higher than those of the alloy according to the invention, cannot meet the requirements for the other material parameters, since its yield point is between Room temperature and - 180 ° C only increases from 14 to 19.7 kg / mm 2 and its tensile strength in the same temperature interval only increases from 40.6 to 53.5 kg / mm 2. With regard to the level of the yield point, especially at low temperatures, these known brass alloys are far below the values of 35 kg / mm 2 achieved by the alloy according to the invention and, for this reason, cannot be used constructively; For example, if a certain screw has to be manufactured with twice as large a diameter because the yield point is too small, an associated pipe flange must also have twice the width. As a result, the heat capacity increases in an undesirable manner and, last but not least, the material costs The ratio of tensile strength to yield point remains practically constant (0.61 ... 0.60) over the entire temperature range, which is to be regarded as extremely advantageous.

In Figur 1 sind die Kennlinien eines derartigen Messing 58 nach der Erfindung wiedergegeben, welches höchste Zähigkeitsanforderungen bei tiefsten Temperaturen erfüllt. Aus fertigungstechnischen oder wirtschaftlichen Gründen wird vielfach den billigeren Herstellungsverfahren für Halbzeuge der Vorzug gegeben. Zur Beurteilung der Frage, wie weit das Messing 58 nach der Erfindung gepreßt oder geschmiedet verwendet werden kann, sind in Figur 2 einige Untersuchungsergebnisse zu dieser Frage in Gegenüberstellung von Werten der Rand- und Kernzonen hei gepreßtem und geschmiedetem Messing 58 gleicher Legierungstypen nach der Erfindung aufgetragen worden.In Figure 1, the characteristics of such a brass 58 are after Invention reproduced, which has the highest toughness requirements at the lowest temperatures Fulfills. For manufacturing or economic reasons the cheaper manufacturing processes for semi-finished products are often given preference. To assess the question of how far the brass 58 pressed or according to the invention can be used forged, in Figure 2 are some test results on this question by comparing the values of the edge and core zones and forged brass 58 of the same alloy types applied according to the invention been.

Claims

Claims 1. Brass alloy with 56 to 60% copper, 0 to 5% nickel and additions of iron and manganese, with the maximum permissible additions of aluminum, lead, antimony and bismuth being limited and zinc making up the remainder of the alloy by the following To7_ex> conditions for the additions Fe 0.8 to 2 yb Mn 0.8 to -2 Al up to 0.2% Pb up to 0.2% Sb up to 0.0084% Bi to 0.0084

2. Brass alloy according to claim 1, characterized by the following tolerance conditions: Fe 1 to 1.2% Mn 1 to 1.2% Al up to 0.02% Pb up to 0.02% Sb up to 0.0084% Bi up to 0.0084%

Use of an alloy according to one of Claims 1 or 2 as a material at temperatures below Q ° C. l !. Use of an alloy according to one of Claims 1 to 3 in connection with pure copper. Use of an alloy according to one of Claims 1 to 3 in connection with copper alloys. G. Use of an alloy according to one of Claims 1 to 1 in conjunction with other metal alloys used in temperature technology.