Gegossene Metalle und Legierungen: Grundlagen der metallgießereitechnischen Werkstoffkunde [Reprint 2016 ed.] 9783111507774, 9783111140599

Table of contents :
Vorwort
Inhalts-Verzeichnis
Einleitung
A. Theoretische und angewandte Metallkunde
I. Gase – Metalle – Legierungen
II. Erstarrungsabläufe und Gefügeaufbau
III. Schwindung und Lunkerung – Schwindmaß
B. Technische Metall- und Legierungskunde
A. Schwermetalle und Schwermetall-Legierungen
I. Kupfer und Kupfer-Basis-Legierungen
II. Nickel und Nickel-Legierungen
III. Schneid- und verschleissfeste Legierungen
IV. Legierungsbildende Elemente
V. Edelmetalle und Edelmetall-Legierungen
VI. Zinn und Zinn-Legierungen
VII. Blei und Blei-Legierungen
VIII. Wismut und Wismut-Legierungen
IX. Zink und Zink-Legierungen
B. Leichtmetalle und Leichtmetall-Legierungen
I. Aluminium und Aluminium-Legierungen
II. Magnesium und Magnesium-Legierungen (Elektronmetall)
A. Schwermetalle und Schwermetall- Basis-Legierungen
B. Leichtmetalle und Leichtmetall- Basis-Legierungen
C. Betriebstechnik
I. Schmelzen und Gießen – Sintern
II. Gießereitechnische Temperaturmessung
III. Formen-Baustoffe
Autoren-Verzeichnis
Sach-Verzeichnis

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Gegossene Metalle und Legierungen Grundlagen der metallgießereitechnischen Werkstoffkunde Von

Dr. W i l l i C L A U S und

D r . - I n g . A. H. F. G O E D E R I T Z Berlin Herausgegeben im Auftrage des Vereins Deutscher Gießereifachleute E.V., Berlin

19

M. K R A Y N

TECHNISCHER

3

3

VERLAG

G.M.B.H.

BERLIN

W

Copyright 1932 by M. Krayn Technischer Verlag G. m. b. H. Berlin W 3 5 Alle Rechte, namentlich das der Übersetzung und der Reproduktion des Tafel materials durch Lichtbild-Wiedergabe, vorbehalten.

Druck der Deutschen Verlags-Anstalt in Stuttgart

Vorwort Die „ G i e ß e r e i - F a c h a u s s t e l l u n g , D ü s s e l dorf 1 9 2 9 " , brachte zum ersten Male unter Führung des V e r e i n s D e u t s c h e r G i e ß e r e i F a c h l e u t e , E. V., Berlin, eine systematische Ausstellung des Metallgießereiwesens. Diese Ausstellung zeigte als Hauptgebiet eine Abteilung ,.Metallurgieder Nichteisen-Metalle und -Legierungen" und in ergänzender Ausführung Sondergebiete des Metallgießereiwesens; die Abteilungen ,,Dauerformen", ,,Schrifttum des Metallgießereiwesens1'. - Diein der Ausstellunggezeigte Sondergruppe ., Metalltechnische Röntgenkunde", in der u. a. auch Densogramme der Querschnittsdiaskopie von Zinn-Bronze-Gußstücken erstmalig gezeigt wurden, war gleichfalls auf Anregung des Vereins Deutscher Gießereifachleute, E.V.. Berlin, entstanden. Die in der Abteilung „Metallurgie der Nichteisen-Metalle und -Legierungen" in WandtafelForm dargestellten theoretischen und technischen Grundbegriffe der wissenschaftlichen Metallgießereikunde waren in jahrelanger Vorarbeit geschaffen worden, und es entsprach einem Wunsche vieler Ausstellungsbesucher, das hier gesammelte Material der Allgemeinheit zugänglich zu machen. Aus dieser Anregung entwickelte sich das vorliegende Buch, das in seiner Gesamtgestaltung allerdings gegenüber dem seinerzeit Gezeigten wesentlich erweitert worden ist. Die Verfasser hoffen mit der Veröffentlichung dieses Buches einen Beitrag im Sinne der Ver-

breitung der wissenschaftlichen und technischen Metallgießereikunde geschaffen zu haben, dem insofern eine besondere Bedeutung zukommen dürfte, als ein dem Stande der neuzeitlichen Metallgießereikunde entsprechendes Handbuch des Metallgießereiwesens noch nicht vorhanden ist. Das Zustandekommen des vorliegenden Werkes istzunächst dem außerordentlichen Entgegenkommen des V e r e i n s D e u t s c h e r G i e ß e r e i F a c h l e u t e , E. V., Berlin, zu danken. Ein ganz besonderer Dank gebührt aber allen den Stellen, die bereitwilligst das ihnen eigentümlich gehörende Material zur Verfügung gestellt haben ; hier sind insbesondere zu nennen: D e u t s c h e r N o r m e n a u s s c h u ß , Berlin: D e u t s c h e s Kupfer-Institut, Berlin; N i c k e l - I n f o r m a t i o n s büro, Frankfurt/M.; A l u m i n i u m - B e r a t u n g s s t e l l e , Berlin, und I.G. F a r b e n i n d u s t r i e , Abt. Elektronmetall, Bitterfeld. Sinn und Bedeutung des vorliegenden Werkes sind erfaßt in seinem Titel „ G e g o s s e n e M e t a l l e und L e g i e r u n g e n " , Grundlagen der metallgießereitechnischen Werkstoffkunde. Die Verfasser hoffen mit ihrer Veröffentlichung der Weiterentwicklung ihres Fachgebietes gedient zu haben. Berlin 1933. W. Claus A. H. F. Goederitz.

III

Inhalts-Verzeichnis Seite

Vorwort Inhalts-Verzeichnis

Tafel

III

—

V—XII

—

Einleitung (Allgemeines ; Fachverbände — Beratungsstellen ; Allgemeines Schrifttum)

1—3

A. Theoretische und angewandte Metallkunde I. G a s e — M e t a l l e — L e g i e r u n g e n Löslichkeitsgesetzmäßigkeiten Schrifttum

7—23 7—8 8—10

— --

TAFELN G a s e — M e t a l l e — L e g i e r u n g e n I (Löslichkeitsgesetze) Gase — Metalle — Legierungen II (Abscheidungsvorgänge — Erscheinungsformen) Gase — Metalle — Legierungen III (Behandlungsvorschriften für gashaltige Schmelzen) Wasserstoff—Kupfer Wasserstoff—Nickel Gase—Reinaluminium Gase — Reinaluminium; Gase — Aluminiumlegierungen Schwefeldioxyd Kupfer Kupferoxydul — Kupfer Desoxydationselemente I Desoxydationselemente II Desoxydationselemente III Desoxydationsmittel I Desoxydationsmitteiii Schutzdecken für Schmelzflüsse Nickeloxyd — Nickel; Nickelsulfid — Nickel Trinickelocarbid—Nickel Nickeloxyd — Nickel (Erscheinungsformen) Nickelsulfid — Nickel (Erscheinungsformen — Entschwefelung) II. E r s t a r r u n g s a b l ä u f e u n d G e f ü g e a u f b a u A. M e t a l l e Schmelzpunkt und Erstarrungstemperatur Das Kristallgefüge Die Hohlkapillaren in Gußstücken Die Zwischensubstanz zwischen den Kristalliten Zur Deutung der Aufbautextur von Gußblöcken technischer Metalle B.Legierunge n Allgemeines

11 12 13 14 14 15 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 23

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

24—51

—

24—29

—

24 24—26 26—27 27 27—29

— — — — —

29—31

—

29—30

Legierungen mit theoretisch-homogenem Gefüge — Technisch entmischungsfrei 30 Legierungen mit theoretisch-homogenem Gefüge — Interkristalline Entmischung — Interkristalline Entmischung und Blockseigerung 30—31 Legierungen mit heterogenem Gefüge — Technisch entmischungsfrei 31 Legierungen mit heterogenem Gefüge — Technisch vorwiegend Blockseigerung 31 Schrifttum 31—34

— —

TAFELN Einfluß verschiedener Gießbedingungen auf die Makrostruktur von Elektrolytkupfer—Blockguß I Einfluß verschiedener Gießbedingungen auf die Makrostruktur von Elektrolytkupfer—Blockguß II

35 36

20 21

V

Seite

Rein-Zinn I 37 Rein-Zinn II 38 A. Theoretisch homogenes Gefüge — Technisch entmischungsfrei; a = Messinge 39 B. Theoretisch homogenes G e f ü g e — T e c h n i s c h interkristalline Entmischung; Nickel-KupferLegierungen — Technisch interkristalline Entmischung und umgekehrte Blockseigerung; a = Zinn-Bronzen 40 B. Theoretisch homogenes Gefüge — Technisch interkristalline Entmischung und umgekehrte Blockseigerung; a = Zinn-Brcr.zen 41—44 C. Heterogenes Gefüge — Technisch entmischungsfrei; (a + ß) = Messinge 45 D. Heterogenes Gefüge — Technisch vorwiegend zu umgekehrter Blockseigerung neigend; (o + 5) = Zinn-Bronzen, GBz 20 46 D. Heterogenes Gefüge — Technisch zu umgekehrter Blockseigerung neigend; Technische Messinge 47—48 D. Heterogenes Gefüge — Technisch zu umgekehrter Blockseigerung neigend; KupferSilber-Legierungen 49 D. Heterogenes Gefüge — Technisch zu einfacher Blockseigerung neigend; Blei-Antimon; Blei-Zinn 50 D. Heterogenes Gefüge — Zweiphasenbildung bereits im schmelzflüssigen Z u s t a n d — T e c h nisch zu einfacher Blockseigerung,Zonen- und Schichtenbildung neigend; Blei-Bronzen; Blei-Zinn-Bronzen 51 III. S c h w i n d u n g u n d L u n k e r u n g Theorie der Schwindung Lineare Schwindmaße Schrifttum

Schwindmaß

TAFELN Theorie der Schwindungsvorgänge I (Schwindung und Temperaturgefälle — Lunkerung) Theorie der Schwindungsvorgänge II (Lunkerungserscheinungen I) Theorie der Schwindungsvorgänge III (Lunkerungserscheinungen II) Schwindmaße (linear)

Tafel

22 23 24

25 26—29 30 31 32—33 34 35

36

52—57 52 52—53 53

—

54 55 56 57

37 38 39 40

61—62

—

B. Technische Metall- und Legierungskunde Metalle und Legierungen Einleitung

A. Schwermetalle und Schwermetall-Legierungen I. K u p f e r - u n d K u p f e r - B a s l s - L e g i e r u n g e n a) K u p f e r

63—125

—

63—71

-

Werkstoffe — Eigenschaften—Verwendung

63

—

Gießerei technische Metallkunde

67

—

F r e m d m e t a l l e u n d F r e m d e l e m e n t e in K u p f e r

69

—

71 72—84

— —

72 72

— —

78

—

Schrifttum ß) Z i n n - B r o n z e n ( P h o s p h o r - B r o n z e n ) u n d R o t g u ß - L e g i e r u n g e n 1. Zinn-Bronzen (Phosphor-Bronzen) Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde Z u r F r a g e d e r N o r m u ng Entmischungserscheinungen a) Einfache (echte) Seigerung b) Umgekehrte Blockseigerung 2. Rotguß-Legierungen Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung

VI

es-m

79

—

80 80 80

— — —

81—82

—

81

Gießereitechnische Metallkunde

82

Zu r F r a g e d e r M a t e ri a l - P r ü f un g 1

82

—

Schrifttum

83

—

Seite

y) S o n d e r - B r o n z e n

85—111

Definitionen

85

A.Technisch verwendete Legierungen

86

1/2. Blei-Bronzen, Blei-Zinn-Bronzen 3. Magnesium-Bronzen; Kadmium-Zinn-Magnesium-Bronzen (Leitungs-Bronzen) 4. Kadmium-Bronzen 5. Silizium-Bronzen; Silizium-Kupfer 6. Mangan-Bronzen; Mangan-Kupfer 7. Phosphor-Bronzen; Phosphor-Kupfer 8. Aluminium-Bronzen 9. Nickel-Bronzen 10. Kobalt-Bronzen 11. Wismut-Bronzen 12. Antimon-Bronzen 13. Arsen-Bronzen; Arsen-Kupfer 14. Chrom-Bronzen 15. Titan-Bronzen 16. Wolfram-Bronzen 17. Molybdän-Bronzen 18. Vanadin-Bronzen 19. Eisen-Bronzen 20. Silber-Bronzen 21. Beryllium-Bronzen; Beryllium-Kupfer

86 88 89 90 91 93 95 97 98 98 99 100 100 101 101 101 102 102 102 102

B. Gießereitechnische Metallkunde

107

A u s s c h e i d u n g s h ä r t u n g — A u s h ä r t u n g (Vergütung — Veredelung)

109

Schrifttum

110

(5) M e s s i n g e u n d T o m b a k — S o n d e r m e s s i n g e — S c h l a g l o t e

112—125

Werkstoffe

112

Eigenschaften: A. Messinge und Tombak B. Sonder-Messinge

112 116

C. Schlag-Lote

117

Verwendung

117

Gießereitechnische Metallkunde: Schmelzaggregate und Gußarten Formgebung

117 118

Schmelzprozeß: A. Messinge und Tombak 1.Rohstoffe 2. Schmelzprozeß

118 118 118

B. Sonder-Messinge

118

1. Rohstoffe 2. Schmelzprozeß

118 119

C.Schlag-Lot e

119

1.Rohstoffe 2. Schmelzprozeß e) N e u s i l b e r ( N i c k e l — Z i n k - — K u p f e r - L e g i e r u n g e n )

119 119 120—125

Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung

120

Gießereitechnische Metallkunde

121

Nomenklatur

122

Abfallmetalle — Altmetalle;Abfallegierungen—Altlegierungen

122

Z u r F r a g e d e r M a t e r i a l - P r ü f u n g II Schrifttum (Messinge und Tombak, Sonder-Messinge, Schlag-Lote ; Neusilber; Abfall- und Altmetalle, Abfall- und Altlegierungen)

123 124

VII

II. N i c k e l - u n d N i c k e l - L e g i e r u n g e n a) N i c k e l

Seite

Tafel

126—134

—

126-128

—

Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde

126 127

— .—

Schrifttum

128

—

128—134

—

128 128 129

— — —

Schrifttum

130

—

Z u r F r a g e d e r M a t e r i a l - P r ü f u n g III

130

—

2. Eisen-Nickel-Legierungen Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung

131 131

— —

132

—

ß) N i c k e l - L e g i e r u n g e n 1. Kupfer-Nickel-Legierungen (Monel-Metall) Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde

Gießereitechnische Metallkunde Schrifttum 3. Hochhitzebeständige Legierungen Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde Schrifttum III. S c h n e i d - u n d v e r s c h l e i ß f e s t e L e g i e r u n g e n (Kobalt-Legierungen)

— — — —

134

—

135

—

Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde

135 135

— —

Schrifttum

135

—

136

—

137—143

—

137 137 139

— — —

2. Gold und Gold-Legierungen Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde

140 140 141

— — —

3. Platin-Metalle Werkstoffe — Eigenschaften—Verwendung Gießereitechnische Metallkunde

142 142 142

— —

143

—

144—147

—

144

—

144 145

— —

145

—

Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde

145 147

— —

Schrifttum

147

—

148—152

—

IV. L e g i e r u n g s b l l d e n d e E l e m e n t e (Metalle und Nichtmetalle) V . E d e l m e t a l l e und E d e l m e t a l l - L e g i e r u n g e n 1. Silber und Silber-Legierungen Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde

Schrifttum VI. Z i n n u n d Z i n n - L e g i e r u n g e n a) Z i n n Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde ß) Z i n n - L e g i e r u n g e n

VII. B i e l u n d B l e i - L e g i e r u n g e n a) B I e i Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde /J)Blei-Legieirungen Werkstoffe

VIII

132 132 132 134

.

148 148 148

— —

149

—

149

—

Eigenschaften: 1. Antimon-Blei-Legierungen 2. Kupfer-Antimon-Zinn-Blei-Legierungen (Lager-Weißmetalle) 3. Zinn-Blei-Legierungen (Lötzinn) 4. Arsen-Blei-Legierungen 5. Alkali-und Erdalkali-Bleilegierungen 6. Graphit-Blei-Legierungen Verwendung

Seite

Tafel

149 149 149 149 149 150 150

— — — — — — —

Gießereitechnische Metallkunde

150

—

Z u r F r a g e d e r M a t e r i a l - P r ü f u n g IV

151

—

Schrifttum

152

VIII. W i s m u t u n d W i s m u t - L e g i e r u n g e n

153

-

Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung

153

—

Schrifttum

153

—

IX. Zink und Zink-Legierungen «) Z i n k Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde ß) Z i n k - L e g i e r u n g e n Werkstoffe — Eigenschaften —Verwendung Gießereitechnische Metallkunde

154—164 .... .... .... .... .... ....

154 154 160 161 161 163

Zur Frage der Material-Prüfung V

....

163

Schrifttum

....

163

B. Leichtmetalle und Leichtmetall-Legierungen I. A l u m i n i u m u n d A l u m i n i u m - L e g i e r u n g e n

165—183

a)Rein-Aluminium

—

165

—

Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde

165 169

—

Alu mini um- L e g i e r u n g e n Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung

169 169

—

Gießereitechnische Metallkunde

178

—

Aluminium-Spritzguß

180

—

Spanabhebende Bearbeitung vonAluminiumundAluminium-Legierungen

181

—

Schrifttum

181

II. M a g n e s i u m und M a g n e s i u m - L e g i e r u n g e n a)Rein-Magnesium Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde ß) M a g n e s i u m - L e g i e r u n g e n ( E l e k t r o n m e t a l I)

184—194

—

184 184 184

— —

185

—

Werkstoffe — Eigenschaften — Verwendung Gießereitechnische Metallkunde

185 192

— —

Schrifttum

193

—

196 196 197 198

41 42 43 44

TAFELN:

A. Schwermetalle und Schwermetall-Legierungen Kupferguß Kupfer (Normblatt DIN 1708, Blatt 1) Güte handelsüblicher Neukupfersorten Handelsformen des Kupfers I

IX

X

Seite

Tafel

Handelsformen des Kupfers II Liste handelsüblicher Kupfermarken I Liste handelsüblicher Kupfermarken II Liste handelsüblicher Kupfermarken III Handelsbedingungen für Altkupfer

199 200 200 201 201

46 46 47 48 49

Bronze und RotguB (Normblatt DIN 1705, Blatt 1) Bronze und Rotguß (Normblatt D I N 1705, Blatt 2) Bronze und RotguB (Chemische Eigenschaften) Bronze, Handelssorten Rotguß, Handelssorten Besondere Bedingungen der Deutschen Reichsbahn für die Beschaffenheit von Einheitsrotguß Besondere Bedingungen der Deutschen Reichsbahn für die Beschaffenheit der Rotguß-Legierung Rg 5 Zinn-Kupfer-Zustandsschaubild Zinn-Zink-Kupfer-Zustandsschaubild

202 203 204 205 205 206

50 51 52 53 54 55

206 207 207

56 57 58

Sonderbronzen I (Blei-Bronzen) Sonderbronzen II (Blei-Zinn-Bronzen) Sonderbronzen III (Magnesium-Bronzen; Kadmium-Zinn-Magnesium-Bronzen; Leitungsbronzen — Kadmium-Bronzen) Sonderbronzen IV (Silizium-Bronzen; Silizium-Kupfer) Sonderbronzen V (Mangan-Bronzen ; Mangan-Kupfer) Sonderbronzen VI (Phosphor-Bronzen; Phosphor-Kupfer) Sonderbronzen VII (Aluminium-Bronzen) Sonderbronzen VIII (Nickel-Bronzen) Sonderbronzen IX (Kobalt-Bronzen) Sonderbronzen X (Wismut-Bronzen) Sonderbronzen XI (Antimon-Bronzen) Sonderbronzen XII (Arsen-Bronzen; Arsen-Kupfer; — Chrom-Bronzen; Titan-Bronzen; Wolfram-Bronzen) Sonderbronzen XIII (Molybdän-Bronzen ; Vanadin-Bronzen; Eisen-Bronzen ; Silber-Bronzen)... Sonderbronzen XIV (Beryllium-Bronzen; Beryllium-Kupfer)

208 208

59 60

209 210 211 212 213 214 214 215 215

61 62 63 64 65 66 67 • 68 69

216 216 217

70 71 72

Messing (Normblatt DIN 1709, Blatt 1) Messing (Normblatt DIN 1709, Blatt 2) Messing, Handelssorten K u p f e r — Z i n k — Zustandsschaubild Zink — Blei — Kupfer — Z u s t a n d s s c h a u b i l d Handelsübliche Gußmessinge Sondermessinge I Sondermessinge II Sondermessinge III Sondermessinge IV Sondermessinge V Sondermessinge VI Schlaglote I (Normblatt DIN 1711; „Schlaglot-Hartlot") Schlaglote II (Normblatt DIN 1710; „Silberlot")

218 219 220 221 221 222 223 223 224 224 225 225 226 226

73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

Neusilber (Nickel-Zink-Kupfer-Legierungen)

227

87

Nickel I Nickel II (Normblatt DIN 1701) Handelsbedingungen für nickelhaltige Metallabfälle

228 228 229

88 89 90

Kupfer-Nickel-Legierungen ; Monel-Metall

230

91

Eisen-Nickel-Legierungen

231

92

Hochhitzebeständige Legierungen I Hochhitzebeständige Legierungen II Hochhitzebeständige Legierungen III

232 233 234

93 94 95

Schneid- und verschleißfeste Legierungen I (Kobalt-Basis-Legierungen) Schneid- und verschleißfeste Legierungen II (Kobalt-Basis-Legierungen)

235 236

96 97

Technische Legierungsbildner I Technische Legierungsbildner II

237 238

98 99

Mögliche und im Handel erhältliche Vorlegierungen

239

100

Seite

Tafel

Edelmetalle I (Silber und Silber-Legierungen) Edelmetalle II (Gold und Gold-Legierungen) Edelmetalle III (Platin, Palladium, Iridium, Rhodium, Osmium, Ruthenium und Legierungen)

240 241 242

101 102 103

Zinn 1 Zinn II (Normblatt DIN 1704) Handelsübliche Zinnmarken Handelsübliche Zinnsorten

243 243 244 245

104 105 106 107

Zinn-Legierungen I (Blei-Zinn; Antimon-Zinn) Zinn-Legierungen II (Normblatt DIN 1707 ; „Lötzinn") Zinn-Legierungen III (Britanniametall; Weißmetalle) Zinn-Legierungen IV (Normblatt DIN 1703; „Weißmetall") Weißmetall-Handelssorten

246 247 248 249 250

108 109 110 111 112

Blei Handelsübliche Bleimarken Handelsübliche Bleisorten I Handelsübliche Bleisorten II

251 251 252 252

113 114 115 116

Blei-Legierungen I (Antimon-Blei; Zinn-Blei; Zinn-Antimon-Blei) Blei-Legierungen II (Zinn-Antimon-Blei; Arsen-Blei) Blei-Legierungen III (Alkali-Erdalkalimetall-Blei; Kohlenstoff-Blei) Blei-Legierungen IV (Zustandsschaubild Blei-Antimon) Blei-Legierungen V (Besondere Bedingungen der Deutschen Reichsbahn für die Lieferung von Einheitslagermetall und Liderungsmetall)

253 254 255 256

117 118 119 120

256

121

Wismut-Legierungen

257

122

Zink Handelsübliche Zinkmarken . , Handelsübliche Zinksorten I Handelsübliche Zinksorten II

258 259 260 261

123 124 125 126

Zink-Legierungen I Zink-Legierungen II

262 263

127 128

Relative Verteilung der Metalle in der Erdkruste

266

129

Reinaluminium (Normblatt DIN 1712) Reinaluminium (Phys. und mech. Eigenschaften) Reinaluminium (Festigkeit bei verschiedenen Temperaturen) Erzeugung von Reinaluminium (1913—1928) Verbrauch von Reinaluminium (1913—1928) Formenliste für Aluminium I Formenliste für Aluminium II

267 268 268 269 269 270 270

130 131 132 133 134 135 136

Einfache Einfache Einfache Einfache Einfache Einfache

271 272 273 273 274 275

137 138 139 140 141 142

276 277 277 278

143 144 145 146

Werkzeugformen für die spanabhebende Bearbeitung von Aluminium und Aluminium-Legierungen

279

147

Magnesium

280

148

281 282 283 284

149 150 151 152

B. Leichtmetalle und Leichtmetall-Legierungen

Aluminium-Gußlegierungen Aluminium-Gußlegierungen Aluminium-Gußlegierungen Aluminium-Gußlegierungen Aluminium-Gußlegierungen Aluminium-Gußlegierungen

Aluminiumguß-Sonderlegierungen Aluminiumguß-Sonderlegierungen Aluminiumguß-Sonderlegierungen Aluminiumguß-Sonderlegierungen

Magnesium-Legierungen Magnesium-Legierungen Magnesium-Legierungen Magnesium-Legierungen

I II III IV V VI

I (Kolbenlegierungen) II (Legierung KS-Seewasser) III (Legierung L IV) IV (Alneon und Neonalium)

(Elektronmetall) (Elektronmetall) (Elektronmetall) (Elektronmetall)

I II III IV

XI

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C. Betriebstechnik I. S c h m e l z e n und GieBen — S i n t e r n

Tafel

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Schmelz-und Gießverfahren Schrifttum TAFELN: Schmelzen Schmelzen Schmelzen Schmelzen Schmelzen

und und und und und

Gießen — Sintern Gießen — Sintern GieBen — Sintern Gießen — Sintern GieBen — Sintern

I (Ofenarten) II (Energieerzeugung) III (Feuerfeste Baustoffe) IV (Schmelztiegel) V (Gießarten)

II. GieBereitechnische T e m p e r a t u r m e s s u n g Schmelzfluß-Pyrometer und andere Pyrometer Schrifttum TAFELN: Temperaturmessung Temperaturmessung Temperaturmessung Temperaturmessung Temperaturmessung Temperaturmessung Temperaturmessung

I (Gesamtstrahlungs-Pyrometer) II (Teilstrahlungs-Pyrometer) III (Eintauch-Pyrometer) IV (Anlege-Pyrometer) V (Meßanlage-Schaltbild) VI (Einfacli-Schreiber) VII (Sechsfach-Schreiber)

III. Formen-Baustoffe Technisch angewendete Formen-Baustoffe Schrifttum

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TAFELN: Fornien-Baustoffe I (Thermische Konstanten von Metallen und Legierungen) Formen-Baustoffe II (Thermische Konstanten von Formen-Baustoffen,Kühlungsmitteln und Formflächen-Anstrichgrundmassen I ) . . . Formen-Baustoffe III (Thermische Konstanten von Formen-Baustoffen, Kühlungsmitteln und Formflächen-Anstrichgrundmassen II) Formen-Baustoffe IV (Thermische Konstanten von Formen-Baustoffen, Kühlungsmitteln und Formflächen-Anstrichgrundmassen III) Formen-Baustoffe V (Thermische Konstanten von Formen-Baustoffen, KUhlungsmitteln und Formflächen-Anstrichgrundmassen IV) Formen-Baustoffe VI (Widerstandsfähigkeit von Kokillen-Baustoffen gegen Kupferbasis-Legierungen I) Formen-Baustoffe VII (Widerstandsfähigkeit von Kokillen-Baustoffen gegen Kupferbasis-Legierungen II) Formen-Baustoffe VIII (Klassifizierung von Rohsanden) Formen-Baustoffe IX (Eigenschaftsblatt für Rohsande — Schema) Formen-Baustoffe X (Eigenschaftsblatt für Rohsande — Beispiel) Autoren-Verzeichnis Sach-Verzeichnis

XII

Einleitung Die Gießerei ist eine Hauptproduktionsstätte auf dem W e g e der Verwandlung metallischer Rohstoffe zum Werkstoff und metallischen Werkstück. Ursprünglich schloß sich die Formgebung im flüssigen Zustand unmittelbar dem hüttenmännischen Erzeugungsprozeß, der nicht nur die Verarbeitung von Erzen, sondern auch die Abfall- und Altmetall-Aufarbeitung umfaßt, an, so daß Hüttenwerk und Gießerei eine geschlossene Produktionsstätte waren und von sich aus Werkstoffe und Werkstücke zur Weiterverarbeitung durch spanlose und spanabhebende Verformung lieferten. - Dieser Zustand hat sich vorwiegend mit der Entwicklung derlndustrie im Hinblick auf Produktionssteigerung und Steigerung der Ansprüche an die Erzeugnisse nicht halten können und so haben die ungeheure Entwicklung der wissenschaftlichen Erz |

A l t m e t a l l und Abfälle

Hüttenmännische Verarbeitung

Gießerei I

I

Spanabhebende Beformung

Spanlose Verformung

Y

Y

Y

Fertigguß

W e r k s t ü c k e und W e r k s t o f f e

Werkstoffe

aus

Werkstücke

spanabhebender und spanloser Formgebung

und

Werkstoffe

und der betriebstechnischen Formgebungs- und Legierungskunde einerseits und die außerordentliche Produktionssteigerung andererseits notwendigerweise dazu geführt, daß die Gießerei sich als Claus/Goederitz 1

selbständiger Produktionszweig von dem Hüttenbetrieb loslöste und ein eigener bedeutungsvoller Körper des Gesamt-Produktionsprozesses wurde. — Selbstverständlich bestehen auch heute noch Übergangszustände, so daß es Hüttenwerke gibt, diebeispielsweiseWalzplattenfürdie mechanische Weiterverarbeitung unmittelbar anschließend an Raffinationsprozesse herstellen, wie es weiterhin Gießereien gibt, die ihrerseits unmittelbar die Weiterverarbeitung durch spanlose und spanabhebende Verformung betreiben; es sei hier an die Erzeugung von Schlagloten und gespanten Loten, sowie fernerhin an die Walzerei- und Presserei-Betriebe der Messing-Industrie erinnert. In solchen Betrieben spielt die Verwaltung der Gießerei an sich betriebstechnisch eine meist untergeordnete Rolle, wie j a allgemein bekannt ist. Die wissenschaftliche Metallgießereikunde läßt sich in 3 große Abteilungen unterteilen : Theoretische und angewandte Metallkunde — Technische Metall- und Legierungskunde (Metalle und Legierungen) — Betriebstechnik. Die erstgenannte Disziplin beschäftigt sich mit allen Fragen der theoretischen und angewandten Metallkunde, soweit sie die Metallgießerei als technischen Betrieb bet r e f f e n . — W ä h r e n d zurtheoretischen Metallkunde im wesentlichen alle Fragen der physikalischchemischen Schmelzereikunde, der Erstarrungskunde und der physikalischen Gießereikunde gehören, muß zur Abteilung der technischen Metall- und Legierungskunde neben dem Gebiet betriebstechnischer Metallkunde vorwiegend die Frage des Handels mit technischen Metallen, also das Gebiet der Rohstoffkunde, die Normenkunde, das technische Legierungswesen, das Gesamtgebiet physikalischer, chemischer und technologischer Gebrauchsbeanspruchung der gegossenen metallischen Werkstoffe und anderes mehr gerechnet werden. — Die Betriebstechnik des Metallgießereiwesens erfaßt in bekannter Dreigliederung des metallgießereitechnischen Produktionspro1

zesses alle Fragen der Schmelzerei und Gießerei, der Formgebungskunde und der Putzereikunde, soweit es sich bei letzterer um gießereitechnische bzw. metallkundliche Arbeitsvorgänge handelt. — In Zusammenfassung gehört zur wissenschaftlichen Behandlung der Betriebstechnik der Metallgießerei auch eine Behandlung der Fragen der Betriebswirtschaft und Organisation. Das vorliegende Buch benutzt im wesentlichen die beschriebene Einteilung als Grundlage. Da es sich zur Hauptaufgabe machte, das auf der „Gießerei-Fachausstellung, Düsseldorf 1929", gezeigte Wandtafelmaterial in ergänzter Form auszuwerten, so kann es selbstverständlich kein umfassendes Nachschlagewerk des wissenschaftlichen Metallgießereiwesens überhaupt sein. Es soll vielmehr lediglich einige Grundlagen des wissenschaftlichen Metallgießereiwesens unter V o r a u s s t e l l u n g w e r k s t o f f kundlicher Momente in umfassendem Sinne wiedergeben: Die entscheidenden Fragen auf dem Gebiet der theoretischen und angewandten Metallkunde liegen, betriebstechnisch gesprochen, an zwei Stellen, nämlich im Schmelzprozeß und im Erstarrungsprozeß. Im Schmelzprozeß sind es im besonderen, unter der Voraussetzung, daß die vorhandenen Schmelzaggregate ausreichen, die Schmelzung der Werkstoffe überhaupt zu erreichen, die Beziehungen zwischen Gasen, Metallen und Legierungen, die einer grundlegenden Wertung bedürfen. Im Erstarrungsprozeß sind es die Fragen des Kristallisationsvorganges in seinen grundsätzlichen Gesetzmäßigkeiten und seinen Nebenerscheinungen, und die Fragen der Volumenveränderung, also des Schwindens und Lunkerns, die hauptsächlichstes Interesse verdienen. Diese Hauptmomente sind denn auch in den folgenden Ausführungen betont worden. Die Fragen auf dem Gebiet der technischen Metall-und Legierungskunde sindteilstheoretischer, teils praktischer Natur: Einmal ist es von Interesse, die wichtigsten Metalle und Legierungen, soweit sie heute für die Metallgießerei Interesse besitzen, in ihren Eigenschaften und damit in ihren Verwendungs- und Entwicklungsmöglichkeiten überhaupt zu kennen, und andererseits ist es aus betriebswirtschaftlichen Gründen von allergrößtem Interesse, die Handelsformen dieser Metalle, in jeder Gestalt, auch gekennzeichnet durch ihre Eigenschaften, zu kennen, um größtmögliche Wirtschaftlichkeit bei ihrer Verwendung zu sichern. Die Ausführungen auf diesem 2

Gebiet der vorliegenden Arbeit beschränken sich aber nicht nur auf die besondere Auswertung dieser beiden Punkte, sie erstrecken sich vielmehr auch auf besonders interessante gießereitechnische Fragen und Probleme, die für die einzelnen Metalle und Legierungen von besonderem Wert sind. — Die technische Metall- und Legierungskunde beschäftigt sich mit den wichtigsten technischen Schwer- und Leichtmetallen und deren Legierungen. Die Betriebstechnik der Metallgießerei ist in dem vorliegenden Buch insoweit berücksichtigt, als die grundlegenden betriebstechnischen Fragen des Schmelzens, Gießens — Sinterns, weiterhin Fragen der Formstoffe, deren Prüfungsmethoden u. ä. behandelt werden, soweit dies im Rahmen der „Gießerei-Fachausstellung, Düsseldorf 1929" bereits geschah. - Des weiteren werden aus dem Arbeitsgebiet der Betriebstechnik Schmelzerei- und Gießerei-Fragen unter Berücksichtigung des Gebietes gießereitechnischer Temperaturmessungen behandelt. Tech n isch -wissenschaftl iche Fachorgan isationen und Beratungsstellen: Deutsches Kupfer-Institut E. V., Berlin-Halensee, Kurfürstendamm 160, Nickel-Informationsbüro G . m . b . H . , Frankfurt/Main, Liebigstraße 16, Zinkwalzwerksverband G. m. b. H., Berlin N W 6, Albrechtstraße 11, Aluminium - Beratungsstelle, Berlin W 8, Französische Straße 50, I.G.-FarbenindustrieA.-G., Abt. Elektronmetall, Bitterfeld, Deutsche Gesellschaftfür Metallkunde E.V., Berlin N W 7, Friedrich-Ebert-Straße 27, Verein Deutscher Gießereifachleute, Berlin N W 7, Friedrichstraße 100, Gesamtverband Deutscher Metallgießereien, Hagen i. W., Schurmannstraße 2, Zentralverband der deutschen Metall-, Walzwerk- und Hütten-Industrie E.V., Berlin W 1 0 , Matthäikirchstr. 10.

Allgemeines Schrifttum: A. Zeitschriften Die Gießerei Düsseldorf Zeitschrift für Metallkunde Berlin Metallwirtschaft, Metallwissenschaft, Metalltechnik Berlin Die Metallbörse Berlin Hauszeitschrift der V . A . W , und der Erftwerk A.-G. für Aluminium Berlin Korrosion und Metallschutz Berlin Metall und Erz Halle (Saale) Zeitschrift für Elektrochemie und angewandte physikalische Chemie Berlin Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie Leipzig

Mitteilungen der deutschen Materialprüfungsanstalten Berlin Zeitschrift für die gesamte Gießereipraxis, Das Metall Berlin The Journal of the Institute of Metals London The Metal Industry London Foundry Trade Journal London Révue de Métallurgie Paris Révue de la Fonderie moderne Paris Cuivre et Laiton Paris Comptes rendus Paris Gieterij Den Haag St0beriet Kopenhagen Technical Publications of the American Institute of Mining and Metallurgical Engineers, Class E, Institute of Metals New York Standards and Proceedings of the American Society of Testing Materials New York The Foundry Cleveland (Ohio) The Metal Industry New York American Metal Market, Monthly Review Section New York B. Bücher AW F: „Der Spritzguß und seine Anwendung", Beuth-Verlag G.m.b.H., Berlin 1928. C a m p b e l l , W. : „A List of Alloys", Verlag Am. Soc. f. Test. Mat., Philadelphia, Penna., 1931. C I a u s , W. : „ ü b e r das Schmelzen der wichtigsten technischen Nichteisenmetalle und Nichteisenmetall-Legierungen", Verlag W. Knapp, Halle-Saale 1927. C I a u s , W. : „Das Betriebslaboratorium der Metallgießereien und verwandter B e t r i e b e " , Verlag W. Knapp, Halle-Saale 1929. C l a u s , W. und F i n e k e , H. : „Säurebeständige Bronzen", Kupfer, Zinn-Bronzen, Rotguß und verwandte Legierungen als chemisch beanspruchte Werkstoffe im allgemeinen Maschinen- und Apparatebau, Verlag W. Knapp, Halle-Saale, 1932. C l a u s , W. und L ü d e r , E.: „Löten und Lote", Veröffentlichungen des Ausschusses für wirtschaftliche Fertigung, Beuth-Verlag, Berlin 1927. C z o c h r a l s k i , J.: „Moderne Metallkunde in Theorie und Praxis", Verlag J. Springer, Berlin 1924. C z o c h r a l s k i , J . u n d W e l t e r , G . : „Lagermetalle und ihre • technologische Bewertung", Verlag Julius Springer, Berlin 1924. Deutsche Gesellschaft für Metallkunde: „Werkstoff-Handbuch Nichteisenmetalle", Beuth-Verlag G. m. b. H., Berlin 1927. F r o m m e r , L.: „Der Spritzguß", Jul. Springer, Berlin 1932. G o e r e n s , P. : „Einführung in die Metallographie", Verlag W . Knapp, Halle-Saale, 5. Auflage 1932. G u e r t l e r , W. : „Metallographie, ein ausführliches Lehrund Handbuch der Konstitution und der physikalischen, chemischen und technischen Eigenschaften der Metalle und metallischen Legierungen", Verlag Gebr. Borntraeger, Berlin 1912. G u e r t l e r , W . : „Metalltechnischer Kalender", Verlag Gebr. Borntraeger, Berlin 1932. G u e r t l e r , W . und L e i t g e b e l , W . : , , V o m Erz zum metallischen Werkstoff", Der metallische Werkstoff, Bd. I, Akadem. Verlagsgesellschaft m. b. H., Leipzig 1929. H a n e m a n n , H . und S c h r ä d e r , A. : „Atlas Metallographicus", Verlag Gebr. Borntraeger, Berlin 1929. H o f f m a n n , R. : „Metallstock und Wirtschaftlichkeit", Verlag W . Knapp, Halle (Saale) 1929. H u g h e s , W . E. : „Modernes elektrolytisches überziehen", Der metallische Werkstoff, Bd. III, Akadem. Verlagsgesellschaft m. b. H., Leipzig 1927.

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A. Theoretische und angewandte Metallkunde I. Gase — Metalle — Legierungen II. Erstarrungsabläufe und Gefügeaufbau III. Schwindung und Lunkerung — Schwindmaß

I. Gase — Metalle — Legierungen Die gesetzmäßigen Beziehungen zwischen Gasen und schmelzflüssigen und erstarrenden Metallen und Legierungen sind durch die Lösungsvorgänge der Gase in den Metallen und Legierungen gekennzeichnet: Gaslösungsvorgänge können entweder rückläufig oder nichtrückläufig sein. Man spricht von reversiblen und irreversiblen Lösungsvorgängen (Lösungsgleichgewichten). Die Gaslöslichkeit in r e v e r s i b l e m Lösungsvorgang von Schmelzflüssen aus Metallen und Legierungen ist eine Funktion von Temperatur und Druck und gehorcht in dieser Hinsicht den von A. S i e ve rts aufgestellten Gesetzmäßigkeiten: L= k• T L = k • ]/p. Aussagen über die Löslichkeit bestimmter Gase in bestimmten Metallen und Legierungen bringen die Löslichkeits-Diagramme. Irreversible Gaslöslichkeits-Prozesse führen zu Schlackenbildung, die, sofern nicht ausreichende Löslichkeit der Schmelzen für die gebildete Schlacke besteht, zur Verschlackung der Schmelzflüsse führt. Die A b s c h e i d u n g s v o r g ä n g e für in reversiblem Lösungsvorgang gelöste Gase werden bestimmt durch die Gaslöslichkeitsgesetze. — Die Erscheinungsformen abgeschiedener Gasmengen sind Folgen des jeweiligen Sättigungsgrades der erstarrenden Schmelzen, des Diffussionsvermögens der Gasart durch den während der Erstarrung vorliegenden festen Kristallverband und der physikalischen und kristallographischen Erstarrungsbedingungen als Funktionen, 1. der Gießtemperaturen, 2. der Gießgeschwindigkeiten, 3. der angewendeten Querschnittsverhältnisse, 4. der angewendeten Formen. Die Abscheidungsvorgänge in irreversiblem Lösungsprozeß gelöster Gase sind eine Funktion

des Löslichkeitsvermögens der flüssigen und erstarrenden Schmelzflüsse für die gebildete Schlacke. — In Fällen praktisch vollständiger Unlöslichkeit der Schlacke in der Schmelze findet entweder eine Abscheidungs-Verschlackung statt, oder die gebildete Schlacke bleibt in den Schmelzen aufgeschwemmt enthalten. — In Fällen der Löslichkeit der Schlacke tritt meist Legierungsbildung ein, wie aus dem Beispiel der Löslichkeit des Kupferoxyduls in Kupfer bekannt ist. Porositätsbildung durch Gasabscheidung führt zu Schädigungen der mechanischtechnologischen Eigenschaften der Gußstücke infolge Querschnittsverminderung. — Porositätsbildung durch Schlackenabscheidung schädigt in gleicher Weise. — Im allgemeinen sind die Schädigungen durch ausgeschiedene Gasmengen größer als durch Schlackenbildung, da die Volumina gleicher Mengen Abscheidungsprodukte beträchtliche Verschiedenheiten aufweisen: 1 g SO a ( G a s ) erfüllt bei gewöhnlicher Temperatur und gewöhnlichem Druck 3 2 4 , 7 cm 3 . 1 g C u 2 0 ( S c h l a c k e ) erfüllt bei gewöhnlicher Temperaturund gewöhnlichem DruckO,18cm 3 . Als Kriterien der Schädlichkeit in schmelzflüssigem Zustand löslicher, in festem Zustand unlöslicherSchlacken (z. B.Cu—Cu 2 0; Ni —Ni3S2) gelten die jeweiligen Zustandsschaubilder, die die zwischenkristallin-eingelagerten Schlackensubstanzen mengenverhältnismäßig kennzeichnen. Behandlungsmethoden gashaltiger Schmelzflüsse, deren Gase in einem reversiblen Lösungsprozeß löslich sind, sind meist rein physikalischer Natur. Temperaturerniedrigung, Stehenlassen längere Zeit bei Schmelzpunkttemperatur, totale oder partielle Erstarrung und erneutes Niederschmelzen unter Vorsichtsmaßregeln (Polen und verwandte Arbeitsmaßnahmen) vor dem Ver7

gießen führen im allgemeinen zu einer praktisch vollständigen Entgasung und zu dichtem Guß. — Chemische Methoden sind ebenfalls anwendbar. Zur Entfernung oder zur Umwandlung in weniger schädliche als ursprünglich vorliegende Zustandsformen von in irreversiblem Lösungsprozeß gelösten Gasen dienen chemische Methoden, sofern die gebildeten Schlacken echte Lösungen mit den Metallschmelzen bilden; zur Entfernung fein verteilter Aufschwemmungen (Emulsionen) von Schlacken in Schmelzen, die praktisch keine Löslichkeit für die gebildeten Oxyde besitzen, müssen physikalische Entschlackungsverfahren angewendet werden. — Zu ersterem Falle gehören alle Desoxydations-, Desulfurations- und Dekarbonisations-Arbeiten, wie Desoxydieren von Kupfer-Schmelzen mittels phosphorhaltiger Desoxydationsmittel, Mangan-Kupfer usw., Entschwefeln von Nickelschmelzen mit Magnesium und Frischen von Nickelschmelzen durch Aufblasen von Sauerstoff. Zu Entschlackungs-Arbeiten gehört die Behandlung von Zinnbronzen mit phosphorhaltiger Desoxydationsmittel, also eine legierungstechnische Arbeit, bei der durch Zugabe eines Legierungsbestandteiles die Viskosität des Schmelzflusses erniedrigt und eine Zusammenballung emulgierter Schlackenmengen, die zur Entschlackung führt, erreicht wird.

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durch

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10

S t e r n e r - R a i n e r , R.: „über das Auftreten kleiner M e n g e n von G a s e n und Oxyden im Aluminium und in AI-Legierungen." Ihre Feststellung und Beseitigung. Ztschr. f. Metallkunde 1931 (23), S. 274. S t r a s s e r : „Reinigung von Aluminiumschmelzen erst mit Kaliumphosphat, dann mit einem Erdalkali-Metall", Engl. Patent 141324. S u h r : „De la surchauffe de l'Aluminium", Chim. Ind. 1928, S . 392. T h o m p s o n , F. C.: „Note on Graphite and Oxide Inclusions in Nickel-Silver", Journ. Inst. Met. 1919 (22), No. 202. T u 11 i s , D. R.: „Note on the treatment of Aluminium and Aluminium-Alloys with Chlorine", Journ. Inst. Met. 1928 (40), S . 55. T u 11 i s , D. R.: „Recent developments in the refinement of secondary Aluminium", Metal Ind. (London) 1929 S . 339, 371. V o g e l , R. und P o c h e r , W . : „Uber das System KupferSauerstoff", Ztschr. f. Metallkunde, 1929 (21), S. 333. W a e h I e rt, M.: „Die Kupferraffination",Verlag W.Knapp, Halle (Saale) 1927. W e s t , T.: „The Determination of Oxygen in Copper and B r a s s " , Journ. Inst. Met. 1913 (10, 2), No. 85.

Claus/Goederitz

Gase—Metalle—Legierungen I

Gegossene Metalle und Legierungen

1

Löslichkeitsgesetze Metalle können im festen und schmelzflüssigen Zustande Gase lösen. Die Gaslösungsvorgänge können entweder r e v e r s i b e l o d e r

irreversibel

sein, gemäß folgender Beispiele:

Fall A. R e v e r s i b l e Lösungsvorgänge: Die Löslichkeit der Gase ist in reversiblem Lösungsvorgang eine Funktion von Temperatur und Druck und gehorcht hinsichtlich dieser beiden Faktoren den Gleichungen: L=ki-T

Beispiele:

L=k2-Vp

1. mCu (Schmelze) + nH 2 (Gas)

[mCu + IH2] (Lösung schmelzflüssig)

+ ( n — I ) H 2 (Gas) 2. mCu/AI/Leichtlegierung (Schmelze) + nH 2 ( G a s ) ^ [mCu/AI/Leichtlegierung + IH2] (Lösung schmelzflüssig) + ( n — I ) H 2 (Gas) 3. mCu (Schmelze) + n S 0 2 (Gas) ^ [mCu + I1SO2] (Lösung schmelzflüssig) + ( n — I i ) SO2 (Gas) (I.) [ m C u + Ii SO2] (Lösung schmelzflüssig) + ( n — I i ) S 0 2 (Gas)

[(m—6p)

C u + l 2 S 0 2 + 2 p C u 2 0 + p C u 2 S ] (Lösung schmelzflüssig) + ( n — l 2 — 3 p ) SOa (Gas) (II.) 4. mCu/Ni/Legierung (Schmelze) + nH 2 (Gas)

[mCu/Ni/Legierung + IH 2 ]

(Lösung s c h m e l z f l ü s s i g ) + ( n — I ) H 2 (Gas)

Fall B. I r r e v e r s i b l e Lösungsvorgänge: Beispiele: 1. mCu ( S c h m e l z e ) + n 0 2 ( G a s ) - * - [ ( m — 4 n ) C u + 2 n C u 2 0 ] (Lösung schmelzflüssig) - > Cu-Kristalle + C u / C u 2 Q — E u t e k t i k u m fest 2. oSn/mCu/Legierung (Schmelze) + nÜ2 (Gas)->- { [ ( o — h ) Sn + ( m — 4 I 2 ) C u + 2 l 2 C u 2 0 + 1 3 0 2 ] (Lösung s c h m e l z f l ü s s i g ) + l i S n 0 2 (emulgiertes Oxyd)]} + (n—Ii—1 2 —13) 0 2 (Gas) - > [ ( o — n ) Sn/mCu/Legierung] (Lösung schmelzflüssig) 4- n S n 0 2 (Oxyd emulgiert oder abgeschieden)

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Claus/Goederitz

Gase-Metalle-Legierungen II

Gegossene Metalle und Legierungen

Abscheidungsvorgänge — Erscheinungsformen Fall A. R e v e r s i b l e Lösungsvorgänge. Gasabscheidungsvorgänge. a) Gesättigte Lösungen geben mit beginnender Temperaturerniedrigung entsprechend der Erniedrigung des Löslichkeitswertes L der Gaslösungsgleichung Gas ab bis zur Erreichung des Nullwertes der Löslichkeit. b) Untersättigte Lösungen reichern sich mit sinkender Temperatur zunächst bis zur Sättigung mit Gas an und geben erst dann Gas ab bis zur Erreichung des Nullwertes der Löslichkeit. Zu beachten ist hierbei, daß vor allen Dingen technische Schmelzflüsse so stark untersättigt sein können, daß die Sättigung erst in den letzten Stadien des Kristallisationsablaufes, im Falle Wasserstoff-Kupfer z. B. (Tafel 4—Löslichkeitsschaubild I) sogar erst nach vollständig abgelaufener Kristallisation in den festen Kristallen einzutreten braucht.

Erscheinungsformen von im schmelzflüssigen Zustande gelöst gewesenen Gasen im Guß. Die Erscheinungsformen abgeschiedener Gase, die ein Gußblock aufweisen kann, werden erfahrungsgemäß durch den Sättigungsgrad der Schmelzen, durch das Diffusionsvermögen des Gases im festen Metall, durch die Löslichkeit des Gases im festen Metall und die angewendete AbkUhlungsgeschwindigkeit bestimmt. a) Gesättigte Lösungen sind bei Eintritt der Erstarrung und bis zum totalen Ablauf der Erstarrung mit Gas gesättigt. Bei optimaler Erstarrungsgeschwindigkeit (das ist in allen Fällen „bei genügend langsamer Abkühlung") ist Gasporosität bei gutem Diffusionsvermögen des Gases im festen Metallverband nicht zu erwarten. — Bei großer Erstarrungsgeschwindigkeit ist infolge lokaler Anreicherung ausgeschiedener Gasmengen infolge künstlich gehemmter Diffusion mit Gasporosität zu rechnen. — Gase, die total diffusionsunfähig sind, führen auf alle Fälle zu Gasporosität. b) Untersättigte Lösungen. 1. Schwach untersättigte Lösungen, die sich vor Eintritt der Kristallisation zu gesättigten Lösungen anreichern, verhalten sich in der Erstarrung wie gesättigte Lösungen. 2. Stark untersättigte Lösungen erzeugen bei langsamer Abkühlung und gutem Diffusionsvermögen keine Gasporosität! — Auch bei großen Abkühlungsgeschwindigkeiten ist Gasporosität nicht zu fürchten, wenn die Erstarrung so schnell erfolgt, daß lokale Gasanreicherungen unterbunden, also eine gleichmäßige Verteilung der vorhandenen Gasmenge Uber den Gußkörper gewährleistet ist; für diesen Fall sind meist die Bedingungen der Lösungsgleichung L = k - V p erfüllt. Ist die Untersättigung mit Gas so groß, daß die Erreichung des Sättigungsgrades erst in fester Lösung eintreten kann, und können die Metalle die Gasmengen in festem Zustande gelöst halten, dann kann Gasporosität überhaupt nicht auftreten. Diese theoretischen Gesetzmäßigkeiten erfahren nun allerdings durch die Erstarrungsvorgänge im technischen Betrieb stets insofern Variationen, als einerseits — und dies begünstigt und erleichtert die Erzeugung porenfreien Gusses — fast nur stark untersättigte Gaslösungen auftreten, wie auch wiederum durch die abschreckende Wirkung der Formwände und mangelhafte Wärmekapazität der Formen einseitig gelagerte Kristallisationsabläufe und damit Gasanreicherungen in den restlichen Teilen der Schmelzen unter Bildung schwach untersättigter bzw. gesättigter Gaslösungen unter Erzeugung lokaler Gasporosität, sowie fernerhin infolge Abschreckung Minderung oderVernichtung der Diffundierbarkeit und damit ebenfalls Bildung von Gasporen eintreten kann. — Die Form der auftretenden Gasporosität zeigt beobachtungsgemäß zwei Erscheinungsarten: Reine Metalle und Legierungen, die kein oder kein sehr großes Intervall zwischen Liquidus-und Solidus-Kurve besitzen, weisen meist kugelförmige, in sich abgeschlossene Gasporen, die die allgemeine Dichtigkeit der Gußkörper erfahrungsgemäß weniger beeinflussen, auf, wogegen für alle anderen Fälle korngrenzen-begrenzte Poren oder Netzwerke korngrenzenbegrenzter Porosität zu beobachten sind (Beispiele: Kupfer und Schwefeldioxyd; Gasporosität bei Zinn-Bronzen; Gasporosität in Silumin imVergleich zu Deutscher und Amerikanischer Legierung).

Fall B. I r r e v e r s i b l e Lösungsvorgänge . . . . führen stets entweder schon im schmelzflüssigen oder dann im festen Zustand zu Schlackenabscheidung und damit zu Schlackenporosität. Schlackenporosität ist aus Gründen der Volumengröße im allgemeinen viel weniger schädlich als Gasporosität, wie die folgenden Zahlenwerte zeigen: 1 g S0 2 erfüllt bei gewöhnlicher Temperatur und Druck 324,7 cm 3 1 g Cu 2 0 „ „ „ „ „ „ 0,18 „ Über die spezifische Schädlichkeit möglicher Schlackenporosität unterrichten die betreffenden Zustandsschaubilder.

12

2

Claus/Goederitz

Gase-Metalle-Legierungen III

Gegossene Metalle und Legierungen

3

Behandlungsvorschriften für gashaltige Schmelzen Fall A. R e v e r s i b l e Lösungsvorgänge Fast ausschließlich physikalisch-chemische Behandlungsmethoden

Rückläufigkeitsgestaltung des Lösungsvorganges: Abstehenlassen nahe Schmelzpunkttemperatur (Methode: C l a u s - K a l a e h n e ) Erstarren lassen und Wiederschmelzen (Methoden: A r c h b u t t ; G w y e r ) Behandlung mit indifferenten und chemisch wirksamen Gasen (Methoden: R o s e n h a i n ; A r c h b u t t ; T u l l i s ; R o s e n h a i n , G r o g a n & S c h o f i e l d ; H a n s o n & S l a t e r ; S t e r n e r - R a i n e r ; S c h n a b e l & Hesse; Nielsen;Smithells,Williams&Grimwood) Chemische Behandlungsmethoden, z. B. Im Falle von Wasserstoff-Löslichkeit in Kupfer: Behandlung mit Phosphor (Phosphor-Kupfer,

Phosphor-Preßlinge) oder

Lithium (Lithium-Kupfer) Im Falle 7Cu + S 0 2 = Cu + Cu2S + 2 C u 2 0 : Behandlung mit Desoxydationsmitteln (Phosphor-Kupfer, Phosphor-Preßlinge u.a.) zum Zwecke der Störung der Rückläufigkeit des Lösungsgleichgewichtes

Fall B. I r r e v e r s i b l e Lösungsvorgänge Chemische bzw. physikalische Behandlungsverfahren, z. B. a) Sauerstoff-Entfernung aus Kupfer- und Reinnickelschmelzen mit sauerstoffbindenden Mitteln (Desoxydation) b) Schwefel-Umwandlung in Reinnickelschmelzen mit Entschwefelungsmitteln (Mg und Mn—Desulfuration) c) Kohlenstoff-Entfernung aus Reinnickelschmelzen durch Oxydation (Frischarbeit) d) Schlackenentfernung aus Bronze- und Rotguß-Schmelzen Physikalische Reinigung = Desoxydation und Viskositätserniedrigung

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^lech wabige Struktur (Wabenstruktur). DasHäutchenauseinemharten Walzblech hat die Faserstruktur der Walzstruktur (Fluidalstruktur). Fürdie mechanische Verformung und Wärmebehandlung ist die Zwischensubstanz von Bedeutung.

Zur Deutung der Aufbautextur von Gußblöcken technischer Metalle. Die Aufbautextur von Gußblöcken technischer Metalle ¡steine Funktion der angewendeten Formen (Formen-Baustoffe, Formen-Temperaturen, Formen-Massen) der angewendeten Gießtemperaturen und der Gießgeschwindigkeiten. Weiterhin zeigen sich Abhängigkeiten von der Art der Gieß-

arbeit, wobei hier an die Sonderfälle gedacht ist, daß z. B. wie bei der Herstellung von Kupfer-Walzplatten entweder eine Herstellung durch Gießen in einem Zug, oder aber eine Herstellung durch Gießen mit Schöpflöffel stattfindet; weiterhin z. B. Gießen unter Rütteln der Form u. a.

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