Verfahren zur Beseitigung der Xikrolunker in aus Kupferlegierungen bestehenden Formgussstüeken. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung der Mikrolunker in aus Kupfer legierungen bestehenden Formgussstücken, insbesondere solchen, die als druckdichte Ma schinenteile Verwendung finden.
Die Mikroporosität von metallischen Gussstücken ist eine bekannte Erscheinung. Sie beruht im wesentlichen darauf, dass die im Gerüst der Primärkristalle auftretende Rest schmelze bei ihrer Erstarrung Hohlräume hinterlässt, deren Zahl und Grösse von der Schrumpfung und der Viskosität der Rest schmelze abhängen. Gegossene Maschinen teile, die druckdicht sein sollen, sind natür lich unbrauchbar, wenn Zahn und Grösse der Mikrolunker ein bestimmtes Mass überschrei ten. Diese Tatsache is6 bekannt.
Man ver sucht, durch erhöhten Giessdruck und durch Zusätze, die die Viskosität,der Restschmelze herabsetzen, die Bildung von Mikrolunkern zu vermeiden. Trotzdem müssen die Metall giessereien bei der Herstellung derartiger ge- gossener, druckdichter Maschinenteile immer mit einem erheblichen, Ausschuss rechnen;.
Die Erfindung ist bestrebt, diese Nach teile zu beseitigen, und geht hierbei von einer allgemeinen metallkundlichen Erkennt nis aus: Besteht in einem Zwei- oder Mehr stoffsystem einer Legierung im festen, Zu stande gänzliche oder teilweise Löslichkeit der beteiligten Komponenten, so können der artige feste Lösungen oder Mischkristalle auch auf dem Wege der Diffusion der festen Metalle oder eines festen mit einem flüssigen Metall, von der Berührungsstelle der beiden Metalle ausgehend, erhalten werden. Über zieht man z.
B. auf galvanischem Wege Kupfer mit Zink und glüht eine Stunde lang zum Beispiel bei 800 C, so diffundiert das flüssig gewordene Zink in den Kupferkörper unter gleichzeitiger Bildung von Alpha- mischkristallen. Es entsteht also eine Rand schicht aus Messing. Die Tiefe dieser Schicht hängt allgemein von der Art "des Über- zugsmetalles, von dessen Menge, von der Diffusionszeit und der Diffusionstempera tur ab.
Die Erfindung beruht auf der Nutzan wendung der Erkenntnis, dass ein derartiger Diffusionsvorgang mit einer Volumenauf- weitung der Diffusionsschicht des behandel ten Werkstückes verbunden ist. Diese Auf weitung des Volumens ist annähernd propor tional dem Volumen des diffundierten Über zugsmetalles. Abweichungen von dieser Pro portionalität sind dann zu erwarten, wenn das spezifische Volumen der gebildeten Mischkristalle von der Mischungsregel ab weicht.
Die Volumenaufweitung der Diffusions schicht, die von beliebiger Tiefe erzeugt wer den kann, beseitigt, wie zahlreiche Ergeb nisse zeigen, die Mikrolunken. Das erfin dungsgemässe Verfahren, ist dadurch gekenn zeichnet, dass, das Gussstück mit einem Über zug aus einem Metall, z. B. aus Kupfer, Zink, Zinn oder Aluminium, das mit dem Metall des Gussstückes Mischkristalle zu bil den vermag, versehen und dann einer Dif- fusionsglühung unterworfen wird.
Das Verfahren kann mit einiger Erfah rung so durchgeführt -"verden, dass die Volu- menaufweitung gerade dem Porenvolumen entspricht, das heisst dass das Werkstück innerhalb praktischer Toleranzen - selbst massbeständig bleibt.
Mikroporöse Armaturen aus Messing Ms 60 wurden mit Überzügen aus Zinn, Kupfer, Zink .oder Aluminium versehen und bei Temperaturen zwischen 750 und 800 C je nach Wandstärke und Menge des Über zugmetalles etwa 1 bis 3 Stunden lang ge glüht. Innerhalb dieser Zeit war die Diffu sion beendet und die Armaturenteile waren dicht. Die Ergebnisse waren unabhängig von der Art der Auftragung des rberzug- metalles. So ergab zum Beispiel galvanisch, feuerflüssig oder in Pulverform aufgetrage nes Zink in allen Fällen nach der Diffusion die beabsichtigte Volumenaufweitung und damit Beseitigung der Poren.
Dieselben Ergebnisse wurden mit Zinn bronzen und Rotgusslegierungen erzielt. Be kanntlich neigen diese Legierungen stark zur sogenannten umgekehrten, Blockseigerung, das heisst zu einer Anreicherung zinnreicher Restschmelze in den Aussenzonen des Werk stückes.
Diese Anreicherung zinnreicher Restschmelze im Gereist der Primärkristalle hat, aber infolge der Erstarrungsschrump- fung der Restschmelze eine besondere starke Bildung von Mikroporen zur Folge. Über zieht man nun das Werkstück zum Beispiel auf galvanischem Wege mit Kupfer, und glüht bei 700 C je nach Wandstärke und Menge des Überzugmetalles etwa l bis 4 Stunden,
so diffundiert das Kupfer in die Oberfläche und bildet mit den zinnreichen Kristallen neue Alphamischkristalle. Durch die Diffusion des Kupfers wird also gerade an den zinnreichen und stark mikroporösen Stellen unter Volumenaufweitung ein neuer Alphamischkristall gebildet, was zur voll kommenen Schliessung der Poren führt. Zink überzüge ergeben eine dem Volumen des dif fundierten Zinks entsprechende Volumenauf- @veit.ung, wobei die Diffusionszeit wesentlich kürzer ist, da bei derselben Diffusionstempe ratur von 700 C das Zink in flüssigem Zu stand eine wesentlich höhere Diffusions geschwindigkeit besitzt als der feste Kupfer überzug.
Es ist zweckmässig, die Diffusions- glühung unter Ausschluss oxydierender Ein flüsse vorzunehmen. Es empfiehlt sich nicht, ein reduzierendes Schutzgas, z. B. Wasser stoff anzuwenden, weil sich dieses bei hohen Temperaturen bekanntlich in Metallene stark löst. Bei Verwendung inerter Gase ist die Glühbehandlung unwirtschaftlich. Bewährt haben sich Salzbäder, z. B. aus Kalium- und Natriumchlorid, einerseits wegen ihrer Billigkeit und leichten Handhabung, ander seits aber auch wegen ihres besonderen Verhaltens.
Es konnte nämlich beobachtet werden, dass die in einem Salzbad unter Flüssigkeitsdruck vorgenommene Diffusion schneller vonstatten geht als bei andern Glühverfahren.
Process for eliminating the xikrolunker in castings made of copper alloys. The invention relates to a method for eliminating the micro-cavities in castings made of copper alloys, in particular those that are used as pressure-tight machine parts.
The microporosity of metallic castings is a well-known phenomenon. It is essentially based on the fact that the residual melt occurring in the framework of the primary crystals leaves cavities as they solidify, the number and size of which depend on the shrinkage and viscosity of the residual melt. Cast machine parts that are supposed to be pressure-tight are of course useless if the tooth and size of the micro-cavities exceed a certain level. This fact is well known.
The attempt is made to avoid the formation of micro-cavities by increasing the casting pressure and adding additives that reduce the viscosity of the residual melt. Nevertheless, the metal foundries must always reckon with considerable rejects in the production of such cast, pressure-tight machine parts.
The invention seeks to eliminate these disadvantages, and is based on a general metallurgical knowledge: If an alloy is solid in a two- or multi-material system, the components involved can be completely or partially soluble in such a way Solutions or mixed crystals can also be obtained by diffusion of the solid metals or of a solid with a liquid metal, starting from the point of contact of the two metals. About one pulls z.
If, for example, copper with zinc is galvanized and glows for one hour, for example at 800 C, the liquefied zinc diffuses into the copper body with the simultaneous formation of alpha solid crystals. So there is an edge layer made of brass. The depth of this layer generally depends on the type of coating metal, its amount, the diffusion time and the diffusion temperature.
The invention is based on the use of the knowledge that such a diffusion process is associated with an expansion in volume of the diffusion layer of the workpiece being treated. This expansion of the volume is approximately proportional to the volume of the diffused Überzugsmetalles. Deviations from this proportionality are to be expected if the specific volume of the mixed crystals formed deviates from the mixing rule.
The expansion of the volume of the diffusion layer, which can be created from any depth, eliminates the micro-pits, as numerous results show. The method according to the invention is characterized in that the casting with an over train made of a metal, for. B. made of copper, zinc, tin or aluminum, which is able to form mixed crystals with the metal of the casting, and is then subjected to diffusion annealing.
With some experience, the process can be carried out in such a way that the expansion in volume corresponds precisely to the pore volume, which means that the workpiece itself remains dimensionally stable within practical tolerances.
Microporous fittings made of brass Ms 60 were provided with coatings of tin, copper, zinc or aluminum and annealed for about 1 to 3 hours at temperatures between 750 and 800 C, depending on the wall thickness and the amount of the coating metal. Within this time the diffusion was over and the fittings were tight. The results were independent of the type of application of the coating metal. For example, zinc applied galvanically, in hot liquid form or in powder form resulted in the intended volume expansion and thus removal of the pores in all cases after diffusion.
The same results were obtained with tin bronzes and gunmetal alloys. It is well known that these alloys have a strong tendency to reverse block segregation, that is to say to an accumulation of tin-rich residual melt in the outer zones of the workpiece.
This accumulation of tin-rich residual melt in the primary crystals' ice, however, as a result of the solidification shrinkage of the residual melt, results in a particularly strong formation of micropores. The workpiece is now coated with copper, for example by electroplating, and annealed at 700 C for about 1 to 4 hours, depending on the wall thickness and the amount of coating metal
the copper diffuses into the surface and forms new alpha solid solution with the tin-rich crystals. As a result of the diffusion of the copper, a new alpha mixed crystal is formed precisely at the tin-rich and strongly microporous areas with an expansion in volume, which leads to the complete closure of the pores. Zinc coatings result in an increase in volume corresponding to the volume of the diffused zinc, the diffusion time being considerably shorter, since at the same diffusion temperature of 700 C the zinc in the liquid state has a significantly higher diffusion speed than the solid copper coating .
It is advisable to carry out diffusion annealing with the exclusion of oxidizing influences. It is not advisable to use a reducing protective gas, e.g. B. to use hydrogen because it is known to dissolve strongly in metals at high temperatures. When using inert gases, the annealing treatment is uneconomical. Salt baths such. B. from potassium and sodium chloride, on the one hand because of their cheapness and easy handling, on the other hand because of their special behavior.
It could be observed that the diffusion carried out in a salt bath under liquid pressure takes place faster than with other annealing processes.