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Weißmetallegierung aus Blei und Erdalkalimetallen. Eine Legierung
aus Blei mit etwa 3 Prozent Kalzium und etwa i bis 3 Prozent Kadmium und Wismut
oder einem der beiden letzteren Metalle ist durch Patent 2972io bekanntgeworden.
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Die metallographische Untersuchung dieser Legierung zeigt, daß in
einer gleichmäßigen Grundmasse, regelmäßig verteilt, wesentlich härtere Kristalle
eingebettet liegen. Durch nähere Untersuchung des Gefüges läßt sich leicht feststellen,
daß diese härteren Kristalle aus einer Bleikalziumlegierung bestehen, deren Zusammensetzung
nach dem Zustandsdiagramm Bleikalzium als der Formel Pb,Ca entsprechend anzusehen
ist. Diese Bleikalziumverbindung ist in geschmolzenem Blei löslich und kristallisiert
während des Erstarrungsvorganges der Bleigrundmasse aus dieser aus, so daß durch
diesen Vorgang eine gleichmäßige Verteilung des Kalziumbleies in der ganzen übrigen
Legierungsmasse bewirkt wird.
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Bei der vorerwähnten Legierung nach dem Patent 2972io dient der Zusatz
der Metalle Kadmium und Wismut dazu, die Bleigrund.-masse der Legierung in einem
gewissen Maße zu härten und überdies die Schmelztemperatur etwas herabzusetzen,
da durch die Hinzufügung auch nur weniger Prozente von Kalzium zu Blei dessen Schmelztemperatur
wesentlich erhöht wird.
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Ein Metall der vorgeschilderten Zusammensetzung eignet sich erfahrungsgemäß
ganz hervorragend zur Verwendung als Ausgußlagermetall von der Art, wie lange Jahre
hindurch in der Industrie ausschließlich die sogenannten Zinnweißmetalle gebraucht
worden sind. Wie die metallographische Untersuchung lehrt, bestehen auch bei guten
Zinnweißmetallen durchaus ähnliche Strukturverhältnisse; nur sind hier die gleichmäßig
in der weicheren Grundmasse verteilten härteren Kristalle aus einer Kupferzinnlegierung
gebildet. . -In beiden Fällen bilden die in die weichere Grundmasse eingebetteten
härteren Kristalle bei der Verwendung der Metalle als Lagermetalle diejenigenBestandteile
derLegierung, aus denen, nachdem ein gewisses Einlaufen der Welle stattgefunden
hat, die eigentliche Lauffläche des Lagers gebildet wird.
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Eingehende Versuche haben nun gelehrt, daß die Möglichkeit besteht,
auch ohne Verwendung der Metalle Kadmium und Wismut, lediglich aus Blei unter Hinzufügung
von Kalzium, Strontium und Barium Legierungen zu erhalten, die sich in hervorragendem
Maße zur Verwendung als Lagermetalle eignen.
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Die Metalle Strontium und Barium, bilden ganz ähnlich wie Kalzium
mit Blei wohl definierte chemische Verbindungen. Von diesen erscheint bei der metallographischen
Untersuchung des Gefüges einer solchen Legierung im Schliffbilde das Strontiumblei
in einer peritektischen Struktur ganz ähnlich wie Kalziumblei, während die Bariumbleiverbindung
mit dem überschüssigen Blei gleichzeitig in einem Eutektikum erstarrt.
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Die Verbindung Blei-Barium bewirkt deshalb in der Legierung hauptsächlich
eine Härtung der Grundmasse, während das Strontiumblei überwiegend wie Kalziumblei
die Ausbildung härterer Kristalle fördert.
Die Untersuchung der
Schmelz- bzw. Erweichungstemperaturen solcher Legierungen zeigt nun aber ferner,
daß die Auskristallisation der drei Verbindungen aus der.Legierung beim Erstarren
derselben nicht vollständig erfolgt, sondern daß noch gewisse Reste derselben im
Zustande der festen Lösung in der Legierung zurückbleiben, denn es findet eine wesentliche
Erniedrigung der Schmelz- bzw. Erweichungstemperatur statt, wenn außer dem am leichtesten
in großer Menge zu beschaffenden Kalzium noch gewisse Mengen von Strontium und Barium
der Legierung hinzugefügt werden.
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Während nämlich die einzelnen Legierungskomponenten die Schmelztemperatur
der Gesamtlegierung erhöhen, bewirkt die Hinzufügung aller drei Komponenten eine
Erniedrigung der Schmelztemperatur und eine in mäßigen Grenzen auftretende Erhöhung
der Dünnflüssigkeit der Legierung.
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Auf diesen Beobachtungen beruht nun die Herstellung der neuen Lagermetallegierung
nach der Erfindung aus Blei mit etwa 3 Prozent Kalzium und etwa je i Prozent Strontium
und Barium.
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Es gelingt, in dieser Zusammensetzung eine Legierung herzustellen
mit einer Härtezahl von 35 bis 40 Einheiten nach Brinell, die gleichzeitig eine
Schmelztemperatur von q.5o bis 500° besitzt und deshalb sich als vorzüglich geeignet
erweist, für Lagerzwecke Verwendung zu finden. Das metallographische Bild zeigt,
daß bei einer derartigen Legierung eine außerordentlich gleichmäßige Verteilung
der härteren Kristalle vorliegt, wie sie in dieser Gleichmäßigkeit bisher nur bei
den besten Zinnweißmetallen festzustellen war. An sich ist der Vorschlag, dem Blei
Erdalkalimetalle zuzusetzen, nicht neu. Nur hat man dem Blei meist nur zwei Erdalkalimetalle
wahllos zugesetzt oder, falls man alle drei Erdalkalimetalle als Zusatz benutzte,
hat man es für nötig gehalten, noch weitere Metalle zur Beeinflussung der physikalischen
Eigenschaften der Legierung zuzusetzen. Es war nirgends die Erkenntnis ausgesprochen,
daß man durch Zusatz von Kalzium zum Blei die Bildung der harten Bleikalziumkristalle
und durch den Zusatz von Barium und Strontium eine Härtung der Grundmasse und gleichzeitig
eine Herabsetzung des durch den Zusatz des Kalziums nicht unerheblich erhöhten Schmelzpunktes
erreichen kann. Diese technischen Effekte, die, wie gesagt, im metallographischen
Bild ihre Wiedergabe finden, lassen sich aber auch nur erreichen, wenn die angegebenen
Zahlen für den Zusatz der drei Erdalkalimetalle, nämlich etwa 3 Prozent Kalzium
und etwa je i Prozent Strontium und Barium eingehalten werden. Der Erfinder hat
festgestellt, daß nur bei diesen Legierungsverhältnissen die genügende Härte der
Grundmasse mit der gleichmäßigen Verteilung der Kristalle und einer genügenden Dünnflüssigkeit
vereint sind.