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E-Book

Guss aus Kupferlegierungen

Casting Copper-Base Alloys

AutorErnst Brunhuber
VerlagFachverlag Schiele & Schön
Erscheinungsjahr2019
Seitenanzahl586 Seiten
ISBN9783794908790
FormatePUB
KopierschutzWasserzeichen
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis49,99 EUR
Die vorliegende Ausgabe bemüht sich, die wichtigsten Grundlagen und Verfahrensweisen für das Gießen von Kupferlegierungen darzustellen. Umfassende Schrifttumshinweise zur Vervollständigung des Informationsangebotes sind in allen Abschnitten des Buches aufgeführt. Mehr als zwanzig Jahre Forschung des Erstarrungsverhaltens von Legierungen und der innerbetrieblichen Prüfung der Schmelzequalität wurden in der überarbeiteten und erweiterten Neuauflage zusammen mit Darlegungen über die Sandprüfung und über chemische Bindersysteme berücksichtigt. Das Buch "Guss aus Kupferlegierungen" bietet sowohl dem erfahrenen Schwermetallgießer wie auch den in diesem Industriezweig neu sich Betätigenden wichtige und nützliche Informationen. Mervin T. Rowley, Coordinating Editor (1984)

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Leseprobe

1 Standardbezeichnungen für Kupfer und Kupferlegierungen


Einleitung


Bisher wurden Kupferlegierungen nach verschiedenen Systemen klassifiziert, darunter mit Buchstaben-Ziffern-Kurzzeichen nach ASTM auf der Basis der Nominalzusammensetzung; außerdem waren Handelsnamen und beschreibende Begriffe wie „Ounce Metal“ (Unzenmetall, Rotguss), „Navy M“ usw. gebräuchlich. Mit der fortschreitenden technologischen Entwicklung wurden auch neue Legierungen in die Produktion aufgenommen und bestehende Legierungen geändert, so dass die alten Bezeichnungssysteme nicht mehr passten oder missverständlich wurden. Man entwickelte deshalb ein neues System auf der Grundlage einer genauen Angabe der Zusammensetzungsbereiche für jede einzelne Legierung, das heute als das in Nordamerika angewandte Legierungsbezeichnungssystem für Gusserzeugnisse aus Kupfer und Kupferlegierungen eingeführt ist. Anfänglich als dreizifferiges System von der Kupfer- und Messingindustrie konzipiert, wurde es auf ein fünfstelliges Ziffernsystem mit dem Buchstabenvorsatz „C“ erweitert, und damit wurde es Bestandteil des genormten Nummernsystems für Metalle und Legierungen. Dieses Nummernsystem wird gemeinsam von der American Society for Testing and Materials (ASTM) und der Society of Automotive Engineers (SAE) geleitet. Die amerikanischen UNS-Normbezeichnungen sind erweiterte Versionen der früheren Legierungsnummern; so wurde z. B. aus der Kupferlegierung Nr. 836 im ursprünglich dreistelligen System jetzt der Werkstoff C 83600 im UNS-System. Da die ehemaligen Bezeichnungen in das UNS-System eingebaut wurden, dürfte es wohl kaum Anlass zu Verwechslungen oder Unsicherheit geben. Das System wird darüber hinaus auch in Australien und Brasilien angewandt.

Das Bezeichnungssystem wird von der Copper Development Association, Inc., verwaltet. Neue Bezeichnungen können aufgenommen werden, wenn neue Kupferwerkstoffe und Kupferlegierungen gebrauchsüblich werden, und umgekehrt werden die Bezeichnungen wieder gestrichen, falls die betreffenden Legierungen an Bedeutung verloren haben sollten. Jedermann kann Änderungen in der Werkstoffliste beantragen; neue Bezeichnungen werden ausgegeben, wenn ein Kupferwerkstoff oder eine Kupferlegierung folgende drei Kriterien erfüllt:

  1. Die vollständige chemische Zusammensetzung muss angegeben sein.
  2. Der Kupferwerkstoff bzw. die Kupferlegierung muss in der Praxis verwendet werden oder ihre Verwendung muss vorgesehen sein.
  3. Die Zusammensetzung darf nicht in die Toleranzbereiche eines schon nummerierten Werkstoffes fallen (Ausnahmen sind möglich bei Standardlegierungen für Länder außerhalb Nordamerikas).

In diesem Bezeichnungssystem sind die gegossenen Kupferwerkstoffe und -legierungen von C 80000 bis C 99999 nummeriert, und die Zusammensetzungen sind in folgende Hauptgruppen eingeteilt:

Kupfergusswerkstoffe: Kupfer mit mindestens 99,3 % Cu.

Hochkupferhaltige Gusslegierungen: Kupferlegierungen mit mehr als 94 % Cu, die für besondere Zwecke auch mit Silber legiert sein können.

Kupfer-Zink-Gusslegierungen: Diese Werkstoffe enthalten Zink als Hauptlegierungselement, allein oder mit anderen in der Liste ausgewiesenen Legierungselementen wie Eisen, Aluminium, Nickel und Silicium. Die Gusswerkstoffe gliedern sich in vier Untergruppen: Kupfer-Zinn-Zink-Legierungen, Manganbronzen (nach amerikanischer Bezeichnung, d. s. hochfeste Kupfer-Zink-Gusslegierungen mit Zusätzen wie Fe, Al und Mn), bleihaltige Manganbronzen (nach amerikanischer Bezeichnung, also hochfeste Kupfer-Zink-Gusslegierungen mit Bleigehalten und Zusätzen) sowie Kupfer-Zink-Silicium-Gusslegierungen Wie erwähnt, beziehen sich die Nummernbezeichnungen auf genaue Angaben der Zusammensetzung und der Beimengungstoleranzen; die Analyse des Blockmetalls darf jedoch von der in der Nummernliste genannten Zusammensetzung etwas abweichen, denn dies ist durchaus zulässig wegen der durch Oxidation und Verdampfung bedingten Metallverluste oder wegen der möglichen Aufnahme von Verunreinigungen beim Erschmelzen der Blöcke für die Gussfertigung.

Bronzen: Allgemein gesehen sind Bronzen Kupferlegierungen, in denen das Hauptlegierungselement weder Zink noch Nickel ist. Ursprünglich verstand man unter Bronzen solche Kupferwerkstoffe, die Zinn als einziges oder als Hauptlegierungselement enthielten. Heute ist der Begriff Bronze nicht mehr für sich allein gebräuchlich, sondern nur gemeinsam mit einem erklärenden Definitionshinweis. Die gegossenen Bronzen sind in vier Untergruppen gegliedert: Kupfer-Zinn-Gusslegierungen, Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen, Kupfer-Zinn-Nickel-Gusslegierungen und Kupfer-Aluminium-Gusslegierungen. Die im amerikanischen Sprachgebrauch als Manganbronze bezeichnete Werkstoffgruppe enthält Zink als Hauptlegierungselement und gehört daher zu der vorgenannten Gruppe der Kupfer-Zink-Gusslegierungen.

Kupfer-Nickel-Gusslegierungen: Dies sind Kupferwerkstoffe mit Nickel als Hauptlegierungselement, das allein oder zusammen mit anderen Elementen zugesetzt wird.

Kupfer-Nickel-Zink-Gusslegierungen: Diese Werkstoffe sind als „Neusilber“ bekannt, d. s. Legierungen, die Zink an erster Stelle und Nickel an zweiter Stelle allein oder gemeinsam mit anderen näher zu bezeichnenden Elementen enthalten.

Kupfer-Blei-Gusslegierungen: Hier handelt es sich um gegossene Legierungen aus Kupfer und ? 20 % Pb, normalerweise mit leinen Gehalten an Silber, aber ohne Zinn oder Zink.

Kupfer-Sondergusslegierungen: Diese Legierungen haben eine chemische Zusammensetzung, die nicht in eine der vorgenannten Kategorien fällt; sie werden als Sonder- oder Speziallegierungen bezeichnet.

Der Gebrauch dieser Standardbezeichnungen ist unverbindlich und freigestellt. Die Bezeichnungen schließen nicht die Herstellung oder Lieferung von Erzeugnissen aus, die ihnen nicht entsprechen.

Die angegebenen Toleranzbereiche bedeuten nicht, dass auch andere hier nicht berücksichtigte Elemente anwesend sein können. Zwischen Hersteller und Abnehmer ist es möglich, Analysen zu vereinbaren und Toleranzgrenzen für nicht aufgeführte Elemente festzulegen. Jene Gehalte von Elementen, die als „Rest“ in den Standardbezeichnungslisten ausgewiesen sind, werden normalerweise als Differenz berechnet.

Mechanische Eigenschaften


Unberücksichtigt sind die mechanischen Eigenschaften dieser ausschließlich auf der chemischen Zusammensetzung aufgebauten Standardwerkstoffe. Die mechanischen Eigenschaften hängen nicht nur von der Zusammensetzung, sondern auch vom Gießverfahren ab, wie aus Tafel 1-1 hervorgeht [Anmerkung des Übersetzers: Schleuderguss in unbeschichteten Eisen- oder Stahlkokillen erreicht in der Regel höhere Festigkeitswerte als Sandguss (vgl. a. die Normblätter DIN 1705, DIN 1709, DIN 1714 und DIN 1716)]. Die hierin dargestellten Beispiele lassen erkennen, dass das System der Standardbezeichnungen keine Vorschrift ist, nach der die Gussstücke herzustellen sind. Man muss daher vor Aufnahme einer Fertigung die diesbezüglichen und derzeit gültigen Werkstoffnormblätter zu Rate ziehen.

Tafel 1-1. Einfluss des Gießverfahrens auf das Festigkeitsverhalten einiger Kupfer-Gusslegierungen

Bezeichnungsnummer und chemische Zusammensetzung


In den Tafeln 1–2 bis 1–14 sind die Standardbezeichnungsnummern der Kupfer-Gusswerkstoffe und Kupfer-Gusslegierungen aufgeführt. Mit Ausnahme der Nummernfolge C 81000 und C 94000 gibt es einige Überschneidungen, doch hat jede Legierungsgruppe ihre eigene Nummernreihe. So sind z. B. die Kupfer-Zink-Gusslegierungen in der C 85000er Reihe zusammengefasst, jene mit höheren Aluminiumgehalten in der C 86000er Reihe oder solche mit Nickelzusätzen in der C 97000er Reihe usw.

Bezüglich weiterer Hinweise zum Standardbezeichnungssystem, zur Werkstoffzusammensetzung und zu den mechanischen und physikalischen Eigenschaften etc. sei auf den Abschnitt 16 verwiesen sowie ferner auf das Standards Handbook, Cast and Copper Alloy Products, Teil 7, herausgegeben von Copper Development Association, Inc.; 405 Lexington Avenue, New York, NY, USA.

Tafel 1-2. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der Kupfergusswerkstoffe

Tafel 1-3. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der hochkupferhaltigen Gusslegierungen

Tafel 1-4. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der Kupfer-Zinn-Zink-(Blei)-Gusslegierungen

Tafel 1-5. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der Kupfer-Zink-Gusslegierungen

Tafel 1-6. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der Kupfer-Silicium-(Zink)-Gusslegierungen

Tafel 1-7. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der Kupfer-Zinn-Gusslegierungen

Tafel 1-8. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen

Tafel 1-9. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der Kupfer-Zinn-Nickel-Gusslegierungen

Tafel 1-10. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der Kupfer-Aluminium-Gusslegierungen

Tafel 1-11. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der Kupfer-Nickel-Gusslegierungen

Tafel 1-12. Standardbezeichnungsnummern und Zusammensetzung der Kupfer-Nickel-Zink-Gusslegierungen

Tafel 1-13....

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