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Dokumentenidentifikation DE602004001926T2 06.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001489194
Titel Verfahren zur Herstellung Halbzeuge aus CuZnPbSn-Legierungen für Warmumformung
Anmelder Trefimetaux, Courbevoie, FR
Erfinder Borhan Tavakoli, Abbas, 27140 Gisors, FR;
Welter, Jean-Marie, 27140 Gisors, FR
Vertreter Pietrzykowski, A., Rechtsanw., 49074 Osnabrück
DE-Aktenzeichen 602004001926
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 16.06.2004
EP-Aktenzeichen 043560986
EP-Offenlegungsdatum 22.12.2004
EP date of grant 16.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse C22C 9/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse C22F 1/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der warm schmiedbaren Legierungen auf Kupferbasis für die Herstellung von vorwiegend in Trinkwasserversorgungsleitungen zum Einsatz kommenden Teilen (Hähne, Ventile, Fittings).

STAND DER TECHNIK

Die in diesem Bereich derzeit am meisten eingesetzten Legierungen sind nach der europäischen Nomenklatur:

  • a) die herkömmliche Schmiedelegierung CW617N
  • b) die entzinkungsbeständigen Legierungen, von denen die geläufigste arsenhaltiger Messing ist: CW602N
  • c) eine Familie zinnhaltiger Messinglegierungen, die für ihre sehr gute Warmverformbarkeit patentiert wurde (europäisches Patent EP 1 029 935 A1, veröffentlicht am 23.08.2000).

Weiterhin ist bereits bekannt, dass der Zusatz von Zinn zu Messingen deren Korrosionsbeständigkeit verbessern kann – wie in dem Buch Metals Handbook, 9th Ed., Volume 13, Corrosion (1987) erwähnt – und die Bildung der &ggr;-Phase von Zinn in den herkömmlichen &agr;-&bgr;'-Duplexlegierungen fördern kann – wie in dem Buch von H.O. HOFMANN, "Metallurgy of copper", McGraw-Hill Book Company, Inc. (1924) erwähnt.

EP 0947 592 A1 offenbart eine Familie zinkhaltiger Messinglegierungen und ihr Herstellungsverfahren, welches einen Strangpressschritt bei Temperaturen zwischen 480 und 650°C beinhaltet.

PROBLEMSTELLUNG

Von diesen Legierungen weist die herkömmliche Schmiedelegierung CW617N folgende Nachteile auf:

  • a) äußerst geringe Entzinkungsbeständigkeit
  • b) mäßige Bearbeitbarkeit.

Die entzinkungsbeständigen arsenhaltigen Messinglegierungen haben ihrerseits folgende Nachteile:

  • a) schlechte Bearbeitbarkeit (Zerkleinerung der Späne)
  • b) aufwändiges Fertigungsprogamm: erfordert eine Wärmebehandlung vor der Lieferung der Stäbe und eine weitere nach erfolgtem Schmieden (Hähne, Ventile, Fittings)
  • c) hohe Abgabe von Blei an Wasser.

Was schließlich die für ihre sehr gute Warmverformbarkeit patentierten zinnhaltigen Messinglegierungen betrifft, so weisen diese folgende Nachteile auf:

  • a) sehr hohe Fließspannung im empfohlenen Temperaturbereich für Schmiedearbeiten im Vergleich zu CW617N (eine Zehnerpotenz Unterschied)
  • b) sehr hohe Empfindlichkeit gegenüber der Schmiedetemperatur, mit anderen Worten: die Schmiedetemperatur muss zur Gewährleistung der guten Warmverformbarkeit sehr stabil sein (± 20°C), so dass die herkömmlichen Heizmodi durch in den Pressen eingebaute beheizte Gesenke ersetzt werden müssen.

Den vorgenannten Punkten a) und b) zufolge muss für den Einsatz von zinnhaltigen Messinglegierungen, die Gegenstand des o.g. Patents sind, die Struktur der existierenden Gesenkschmiedepressen verändert werden.

GEGENSTAND DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäßen Legierungen sind für die Herstellung von vorwiegend in Trinkwasserversorgungsleitungen zum Einsatz kommenden Teilen bestimmt (Hähne, Ventile, Fittings) und sollen gleichzeitig folgende Bedingungen erfüllen:

  • 1) einfaches und wirtschaftliches Herstellungsverfahren
  • 2) sehr gute Entzinkungsbeständigkeit
  • 3) sehr gute Bearbeitbarkeit (Zerkleinerung der Späne)
  • 4) sehr gute Schmiedbarkeit (geringe Verformungsfestigkeit und gute Warmverformbarkeit)
  • 5) keine schädliche Wirkung auf die Abgaberate von Blei an Trinkwasser.

Dabei ist die letztgenannte Bedingung durch die neuen Regelungen über die Qualität von Trinkwasser begründet.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Gegenstand der Erfindung besteht aus dem Verfahren zur Herstellung eines Halbzeuges nach Anspruch 1, welches Verfahren typischerweise einen Strangpressschritt aufweist, wobei sich an den Strangpressschritt kein Wärmebehandlungsschritt anschließt. Diesbezüglich ist das erfindungsgemäße Verfahren somit besonders wirtschaftlich.

Die Anmelderin stellte fest, dass die erfindungsgemäßen zinnhaltigen Messinglegierungen im Vergleich zu den Legierungen älterer Technik für gleiche Anwendungen die optimale Kombination der geforderten Merkmale aufweisen. Diese erfindungsgemäßen Legierungen zeichnen sich nämlich das gleichzeitige Vorhandensein folgender Eigenschaften aus:

  • • ausgezeichnete Entzinkungsbeständigkeit
  • • sehr gute Bearbeitbarkeit (Spanzerkleinerung)
  • • ausgezeichnete Warmschmiedbarkeit
  • • keine schädliche Wirkung auf die Abgaberate von Blei an Trinkwasser
  • • einfaches und wirtschaftliches Fertigungsprogramm (eine Wärmebehandlung ist nicht erforderlich, weder beim Messinghersteller noch im Schmiedebetrieb nach dem Schmieden der Teile)
  • • einfache Rückgewinnung.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungen scheinen insbesondere auf die Wahl der Zusammensetzung und vor allem auf den gezielt festgelegten Zinngehalt zurückzuführen sein.

Um die günstige Wirkung des Zinns zu erklären, stellte die Anmelderin im Rahmen ihrer Untersuchungen folgende Hypothese auf.

Der ins Spiel tretende Mechanismus wäre folgender: das in starkem Masse die Bildung der &ggr;-Phase fördernde Zinn führt nach Beimischung zum Messing zur Bildung einer neuen &ggr;-Phase im Duplex-Mikrogefüge &agr;-&bgr;'. Diese Bildung erfolgt auf Kosten der &bgr;'-Phase, wie in 1 dargestellt. Wegen der hohen Löslichkeit des Zinns in der "&ggr;"-Phase geht deren Bildung mit einer Erscheinung sehr schneller Kinetik einher, dem Pumpen des Zinns aus der Matrix (Phasen &agr; und &bgr;'), wie in 2 dargestellt.

Die Anwesenheit des Zinns innerhalb der "&ggr;"-Phase bewirkt somit:

  • – eine Senkung des Korrosionspotentials von "&ggr;'", was sich in einer erhöhten Korrosionsempfindlichkeit dieser Phase äußert. Bei Anwesenheit eines korrosiven Mediums wird also bevorzugt die "&ggr;"-Phase angegriffen (Korrosionsbeginn) und der Rest der Matrix geschützt. Anders ausgedrückt: die "&ggr;"-Phase spielt die Rolle einer Opferanode und schützt den Rest der Legierung.
  • – eine langsame Korrosionskinetik (Fortschreiten der Entzinkungsfront). Aufgrund dieser reduzierten Kinetik (und trotz der sehr hohen Korrosionsempfindlichkeit der "&ggr;"-Phase) wird somit die gesamte Entzinkungsstärke der erfindungsgemäßen zinnhaltigen Legierungen deutlich herabgesetzt.

Um die erfindungsgemäß angestrebten Eigenschaften zu erzielen, muss die "&ggr;"-Phase jedoch einerseits in relativ geringer Menge vorliegen, wie in 1 erläutert, und andererseits eine feine, diskontinuierliche Morphologie aufweisen, wie in 2 dargestellt. 2 zeigt nämlich, dass die "&ggr;"-Phase an der Korngrenze zwischen den Phasen &agr; und &bgr;' auf einer geringen Dicke vorliegt und dass sie diskontinuierlich ist, da sie bei den anderen Phasenübergängen &agr; und &bgr;' (rechts und links) in 2 fehlt.

Des Weiteren konnte die Anmelderin bei ihren Untersuchungen die schädliche Rolle von Arsen in Bleimessingen im Hinblick auf die Bleiabgabe nachweisen. Es ist zwar bekannt, dass sich das in Bleimessingen enthaltene Arsen an den Korngrenzen anlagert, allerdings fand die Anmelderin heraus, wie schematisch in 4 dargestellt, dass Arsen dazu neigt, an die Oberfläche zu migrieren und dass dies in einem wässrigen Medium, da Arsen edler ist als Blei (EAs = 0.248V, EPb = –0.126V), zur Bildung von elektrochemischen Zellen zwischen dem Arsen und den Bleipartikeln führt, so dass dadurch die Lösung von Blei in Trinkwasser (Abgaberate) beschleunigt wird.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist ein Diagramm, das die Entwicklung der Gewichtsprozente der Phasen &agr;, &bgr;' und &ggr; als Funktion der Gewichtskonzentration von Zinn angibt, wobei die erfindungsgemäßen CuZnPbSn-Legierungen diejenigen sind, bei denen Sn zwischen 1,3 und 1,7 Gew.-% liegt.

Dieses Diagramm wurde ausgehend von den 6 sechs folgenden Legierungen mit steigendem Sn-Gehalt hergestellt.

2 ist ein Diagramm, das die Gewichtskonzentration von Zinn in den Phasen &agr;, &bgr;' und &ggr; erfindungsgemäßer CuZnPbSn-Legierungen angibt, welche Gewichtskonzentration am Mikroschliff eines gemäß der Legierung Nr. 2 hergestellten Halbzeuges durch Punktanalyse mit einem Rastermikroskop bestimmt wurde. Auf der Ordinate ist dabei der Gewichtsgehalt an Sn und auf der Abszisse der Abstand in &mgr;m zwischen den einzelnen Analysepunkten aufgetragen, wobei der Abstand entlang einer geraden Linie von einem in der &agr;-Phase liegenden Ausgangspunkt aus bestimmt wurde, welche Linie nacheinander von links nach rechts die Phasen &agr;/&bgr;'/&agr;/&ggr;/&bgr;'/&agr; schneidet. Dieses Diagramm macht einen Pumpvorgang des Zinns der Phasen &agr;, &bgr;' durch die Phase &ggr; deutlich.

3 ist eine Fotografie zur Veranschaulichung der Warmverformbarkeit der erfindungsgemäßen Legierungen (Legierungen 2 und 4) durch Stauchprüfungen von 55 % (obere Butzen) und 80 % (untere Butzen), die bei 700, 750 und 825°C durchgeführt wurden.

4 ist ein Schema, das einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Schmiedeteil im Kontakt mit Wasser zur Erläuterung der beschleunigenden Wirkung von Arsen auf die Abgaberate von Blei an Trinkwasser darstellt.

5 ist ein Schema mit den Elementen der Fotografie aus 3.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß kann der Zinngehalt der CuZnPbSn-Legierung zwischen 1,4 und 1,6 % liegen. Der Bleigehalt kann 1,9 bis 2,1 % betragen.

Was die sekundären Elemente oder Spurenelemente betrifft, kann der Eisengehalt kleiner oder gleich 0,2 % sein.

Des Weiteren kann der Arsengehalt zwischen 5 und 500 ppm liegen.

Der Aluminiumgehalt kann zwischen 5 und 500 ppm liegen.

Der Antimongehalt kann zwischen 5 und 100 ppm liegen.

Der Siliziumgehalt kann zwischen 5 und 500 ppm liegen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung beinhaltet die aus der erfindungsgemäßen CuZnPbSn-Legierung hergestellten Halbzeuge, bei denen das Mikrogefüge der Legierung aus drei intermetallischen Phasen besteht: &agr;, &bgr;' und &ggr;.

Durch Bildanalyse des Mikrogefüges wurde festgestellt, dass der Flächenanteil der &ggr;-Phase dieser Halbzeuge zwischen 5 und 9 % und der Flächenanteil der &bgr;'-Phase zwischen 25 und 40 % liegen kann.

Wie in Tabelle 3 des Beispiels 1 erläutert, kann die CuZnPbSn-Legierung eine Zusammensetzung aufweisen, die so gewählt ist, dass das aus dieser Legierung hergestellte Halbzeug nach der Norm ISO 6509 eine mittlere Entzinkungstiefe von weniger als 200 &mgr;m und sogar weniger als 150 &mgr;m aufweist, so dass die CuZnPbSn-Legierung, die kein Arsen enthält, der Legierung CW617N weitaus überlegen ist und sogar den Leistungen der arsenhaltigen Legierung CW602N nahe kommt.

Wie in Tabelle 5 des Beispiels 2 dargestellt, kann die CuZnPbSn-Legierung eine Zusammensetzung aufweisen, die so gewählt ist, dass das aus dieser Legierung hergestellte Halbzeug für einen unter den üblichen Bearbeitungsbedingungen nach der Norm NF E66-520-7, Ausgabe 2000 durchgeführten Bohrvorgang eine mittlere Spangröße aufweist, die typischerweise zweimal kleiner ist als die, die mit einer Legierung CW602N gewonnen wird, bei der es sich um ein arsenhaltiges Messing handelt.

Wie in Tabelle 7 des Beispiels 4 und in 3 und 5 dargestellt, kann die CuZnPbSn-Legierung eine Zusammensetzung aufweisen, die so gewählt ist, dass die Warmpressprüfung nach der Norm ASTM E-209-00, Ausgabe 2000, welche im Temperaturbereich von 600°C bis 750°C durchgeführt wird, keine Rissbildung in dem aus dieser Legierung hergestellten Halbzeug hervorruft.

Die erfindungsgemäßen Halbzeuge weisen somit sowohl im Hinblick auf den Temperaturbereich als auch im Hinblick auf den Stauchgrad vielfältige Warmumformungsmöglichkeiten auf, ohne dass dabei Risse oder Spalten im Metall auftreten. Diese Halbzeuge besitzen ein großes Umformvermögen ohne Rissbildung oder Spalten, was in der Praxis äußerst vorteilhaft ist.

Wie in Tabelle 6 des Beispiels 3 erläutert, kann die CuZnPbSn-Legierung des Halbzeugs eine Zusammensetzung aufweisen, die so gewählt ist, dass die Abgaberate des Bleis an Trinkwasser unterhalb des vorgeschriebenen Grenzwertes gemäß der Europäischen Direktive 98/83/EC über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch liegt. Zu berücksichtigen ist auch die im Vergleich zu den Legierungen Nr. 5 und 6 sehr niedrige Abgaberate von Zn.

Wie in Tabelle 8 des Beispiels 4 dargestellt, kann die CuZnPbSn-Legierung eine Zusammensetzung aufweisen, die so gewählt ist, dass das Halbzeug eine hohe Warmverformbarkeit aufweist und seine Stauchfestigkeit geringer ist als die, die mit der Legierung CW602N gewonnen wird, und vorzugsweise zweimal geringer als die der Legierung CW602N.

Es versteht sich von selbst, dass die installierte Leistung auf den Maschinen oder Vorrichtungen zur Herstellung der Halbzeuge – insbesondere dann, wenn eine solche Herstellung eine Umformung des Halbzeuges durch Stauchen umfasst – bei den erfindungsgemäßen Halbzeugen geringer ist als bei den aus den Legierungen Nr. 5 und 6 hergestellten Halbzeugen aus dem Stand der Technik.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht aus dem Endprodukt, welches aus dem erfindungsgemäßen Halbzeug gewonnen wird, wobei das Endprodukt typischerweise unter einem Hahn, einem Ventil, einem Fitting ausgewählt ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht aus dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Endproduktes, bei welchem Verfahren das Endprodukt typischerweise durch Verformung oder Bearbeitung des Halbzeuges ausgebildet wird, wobei das Verfahren keinen Wärmebehandlungsschritt aufweist, was in der Praxis gegenüber den vergleichbaren Verfahren aus dem Stand der Technik sehr vorteilhaft und wirtschaftlich ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht aus der Verwendung einer erfindungsgemäßen CuZnPbSn-Legierung bzw. eines erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß gewonnenen Halbzeuges für die Herstellung von Endprodukten oder Bauteilen für die Brauchwasserversorgung, wie Hähne, Ventile und Fittings.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE Tabelle 1 gibt die chemischen Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen geprüften Legierungen an (Gew.-%)
  • * Legierung 6 enthalt 0,12 % Arsen

Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) der erfindungsgemäßen geprüften Legierungen

Die Legierungen der Tabelle 1 wurden nach einem herkömmlichen Programm mit den in Tabelle 2 aufgeführten Schritten hergestellt.

Tabelle 2: Herstellungsbedingungen für die geprüften Messinge

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurde der Einfluss der Legierungszusammensetzung auf die Entzinkung geprüft.

Die Entzinkungsversuche wurden in Längsrichtung (Pressrichtung) nach der Norm ISO 6509 durchgeführt. Die mittleren Entzinkungstiefen wurden mit einem Bildanalysesystem gemessen (im Durchschnitt 20 Messungen).

In Tabelle 3 sind die Messergebnisse zusammengestellt:

Tabelle 3: Ergebnisse der Entzinkungstiefenmessungen

Die Ergebnisse stellen folgende Punkte deutlich heraus:

  • 1) Die Referenzlegierung (Legierung 6), d. h. die CW602N, zeigt die beste Entzinkungsbeständigkeit.

    Diese Beständigkeit ist in der Tat die Folge des einphasigen Mikrogefüges dieser Legierung (100 % alpha) einerseits und der Anwesenheit von Arsen in der Legierung andererseits.

    Zu beachten ist allerdings, dass bei der Legierung CW602N zwei Wärmebehandlungen (bei ~ 500°C) durchgeführt werden müssen, eine während ihrer Herstellung (beim Hersteller der Legierung) und die andere nach dem Schmiedevorgang.
  • 2) Die herkömmliche Schmiedelegierung (Legierung 5), d. h. die CW617N, zeigt die geringste Entzinkungsbeständigkeit.
  • 3) Der erfindungsgemäße Zusatz von Zinn (Legierungen 2, 3 und 4) führt zu ähnlichen Ergebnissen wie bei der nicht entzinkbaren Legierung CW602N, d. h. mit anderen Worten, dass der erfindungsgemäße Zusatz von Zinn die Entzinkungsbeständigkeit der Schmiedemessinge deutlich verbessert (Vergleich der Legierungen Nr. 2, 3 und 4 mit der Legierung Nr. 5).
  • 4) Die Legierung Nr. 1 weist aufgrund eines zu hohen Gehalts an Kupfer (außerhalb der erfindungsgemäßen Grenzwerte, d. h. 59,5 bis 61,5 Gew.-%) eine Entzinkungstiefe auf, die fast fünfmal größer ist als die für die Legierungen 2, 3 und 4 ermittelten Entzinkungstiefen.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde die Bearbeitbarkeit der erfindungsgemäßen Legierungen im Vergleich zur CW617N einerseits und zur CW602N andererseits geprüft.

Die Bearbeitbarkeitsprüfungen wurden auf einem mit Prüfinstrumenten versehenen, automatischen Bohrtisch durchgeführt. Folgende Durchführungsbedingungen wurden gewählt:

  • • Schnittgeschwindigkeit (Vc) = 280 m/min
  • • Schnittvorschub (f) = 0,56 mm/Umdrehung
  • • Bohrer:

    – einteilig aus Karbid

    – Durchmesser 10 mm

    – Bohrtiefe (pp) = 25 mm
  • • Schmierung: mit Schmiermittel LACTUCUT 2, bei der Firma TOTAL® erhältlich.

Die gemessenen Parameter waren die axiale Bohrkraft sowie die mittlere Spangröße, die mit einem Parameter, dem sog. „Mittelspan" (MS) bestimmt wurde.

Der Mittelspan wurde wie folgt berechnet:

Die beim Bohren anfallenden Späne werden sieben übereinander angeordneten, nummerierten Sieben 1 bis 7 zugeführt. Tabelle 4 gibt die Maschenweite der quadratischen Siebmaschen (in mm) des jeweiligen Siebs sowie eine sich darauf beziehende Zufallskennzahl (Siebkennzahl) an.

Tabelle 4: Eigenschaften der eingesetzten Siebe

Die Siebe sind auf einem Schwingträger montiert, der pro Siebvorgang 5 Minuten in Schwingung gebracht wird.

Anschließend wird jeder Siebinhalt gewogen. Der Parameter "Mittelspan" (MS) wird daraufhin mit der folgenden Gleichung [GI. 2] berechnet:

mit:
Ii
= Kennzahl des Siebs Nr. "i"
mi
= Gewicht der Späne des Siebs Nr. "i".

Die Zerkleinerung der beim Bohren einer Legierung anfallenden Späne ist um so besser, je kleiner der MS ist.

In Tabelle 5 sind die ermittelten Ergebnisse zusammengestellt. Jeder Parameter wird mit dem Mittelwert fünf verschiedener Messungen berechnet.

Tabelle 5: Ergebnisse der Bearbeitbarkeitsversuche (Bohren)

Die Ergebnisse der Tabelle 5 zeigen, dass die erfindungsgemäßen Legierungen (Nr. 2, 3 und 4) im Vergleich zur Legierung CW617N (Nr. 5) sowohl ein geringeres Kraftniveau als auch eine bessere Zerkleinerung der Späne aufweisen.

Bei Vergleich mit der arsenhaltigen Legierung, d. h. der CW602N (Nr. 6), wird festgestellt, dass die erfindungsgemäßen Legierungen jeweils ein höheres Kraftniveau aufweisen. Dieser Unterschied wird allerdings durch die ausgezeichnete Zerkleinerung der Zinnmessingspäne reichlich ausgeglichen.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurde die Abgabe von Blei, Kupfer und Zink an Trinkwasser geprüft. Die diesbezüglichen Prüfungen wurden über einen Zeitraum von drei Wochen unter Verwendung einer Waschlösung "Old-BSI 7766" [DD 201 – 1991 der British Standard Institution] durchgeführt.

Die Prüfungen wurden an in Stangen von 26 mm Durchmesser ausgebildeten "Näpfen" vorgenommen. Jeder Napf hat eine Nutzfläche von 1,90 dm2 und enthält 0,4 l der o.g. Waschlösung.

Um die Oberflächenverschmutzung der Näpfe durch Blei zu beseitigen (Bildung einer feinen Haut aus diesem Element an den bearbeiteten Oberflächen), wurden sämtliche Näpfe einer Oberflächenbehandlung unterworfen (ECOWAVE®-Behandlung der Firma KME).

Während der dritten Versuchswoche wurden dann alle 24 Stunden Wasserproben entnommen (Stagnationswasser).

Für jedes Element wurde der Mittelwert der während der 3. Versuchswoche ermittelten sieben Ergebnisse zum Vergleich herangezogen.

Tabelle 6 zeigt die ermittelten Ergebnisse für Blei, Kupfer und Zink.

Tabelle 6: Ergebnisse der Abgabeprüfungen

Es wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Legierung (Nr. 4) weniger Pb, Cu und Zn als die Legierung CW602N (Legierung 6) und viel weniger Zn als die Legierung CW617N (Legierung 5) abgibt.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wurde die Warmbildsamkeit (Warmschmiedbarkeit) der erfindungsgemäßen Legierungen geprüft.

Zur Bestimmung der Schmiedbarkeit wurden Stauchprüfungen im Warmzustand mit einer Zugmaschine durchgeführt. Dabei kamen folgende Durchführungsbedingungen zur Anwendung:

  • • Geometrie der Proben: Zylinder von 15 mm Durchmesser und 15 mm Höhe
  • • Schmierung mit einem Graphitstab
  • • Temperatur: 600, 700, 750 und 825°C
  • • Stauchgrad* (&egr;): 55 und 80

    *&egr; = [(H0 – h)/H0] 100 %

    wobei H0 und h die Höhe der Probe vor bzw. nach dem Stauchtest sind
  • • Allgemeine Verformungsgeschwindigkeit: &egr;0 = 34 s–1.

Die Schmiedbarkeit wurde mit zwei Parametern bewertet:

1) Umformfestigkeit:

Diese wurde von der Zugmaschine direkt gemessen. Sie entspricht der Kraft, die zum Gesenkschmieden der Proben nötig ist.

2) Warmverformbarkeit:

Sie wird mit dem Auge anhand der äußeren Beschaffenheit der komprimierten Butzen bewertet (Rissbildung, Orangenhaut, ...).

In Tabelle 7 sind die Ergebnisse der Sichtprüfungen der gestauchten Proben zusammengefasst. 3 ist ein Foto eines Teils der gestauchten Butzen, 5 eine schematische Darstellung der gestauchten Proben von 3.

Tabelle 7: Ergebnisse der Stauchprüfungen im Warmzustand (+: keine Risse, -: rissig)

Es wird festgestellt, dass sich die erfindungsgemäßen Legierungen (Nr. 2, 3 und 4) im Gegensatz zu den Legierungen CW617N und CW602N sehr gut bei 600 bis 750°C schmieden lassen, und zwar bei den beiden getesteten Stauchgraden.

Was die Warmverformbarkeit (Stauchungsbeanspruchung im Warmzustand) betrifft, so sind die ermittelten Ergebnisse (in kg) bei einem Stauchgrad von 55 in Tabelle 8 zusammengestellt.

Tabelle 8: Ergebnisse der Stauchungsbeanspruchung (kg)

Tabelle 8 zeigt, dass die erfindungsgemäßen Legierungen geringere Stauchkräfte als die Legierung Nr. 6 (CW602N) und ähnliche Stauchkräfte wie die Legierung Nr. 5 (CW617N) aufweisen.

VORTEILE DE ERFINDUNG

Wie bereits gesagt können mit der Erfindung insofern zahlreiche Probleme gleichzeitig gelöst werden, als sie es ermöglicht, die fünf eingangs gestellten Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen, nämlich:

  • a) einfaches und wirtschaftliches Herstellungsverfahren
  • b) sehr gute Entzinkungsbeständigkeit
  • c) sehr gute Bearbeitbarkeit (Zerkleinerung der Späne)
  • d) sehr gute Schmiedbarkeit (geringe Verformungsfestigkeit und gute Warmverformbarkeit)
  • e) keine schädliche Wirkung auf die Abgaberate von Blei an Trinkwasser.

Somit wurde durch den Vergleich der erfindungsgemäßen Legierungen (Legierungen Nr. 2 bis 4) mit den Legierungen aus dem Stand der Technik (Legierung Nr. 5 = CW617N und Nr. 6 = CW602N) die generelle Überlegenheit der ersten gegenüber den zweiten deutlich herausgestellt.

Fig. 1 Fig. 2

  • Sn-Konzentration (Gew.-%)

Fig. 3

  • Legierung 1
  • Legierung 2
  • Legierung 4
  • Legierung 5
  • Legierung 6

Fig. 4

  • Körper eines Schmiedeteils
  • Wasser

Fig. 5

  • Legierung 1
  • Legierung 2
  • Legierung 4
  • Legierung 5
  • Legierung 6


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Halbzeuges aus einer CuZnPbSn-Legierung, bei dem die Legierung folgende Gewichtszusammensetzung aufweist:

– Kupfer: 59,5 bis 61,5 %

– Blei: 1,8 bis 2,2

– Zinn: 1,3 bis 1,7 %

– Summe der anderen Elemente außer Zn < 0,3 %

– Zink: Rest

dadurch gekennzeichnet, dass es einen bei einer Temperatur von 700°C ±20°C durchgeführten Strangpressschritt aufweist, wobei der Strangpressschritt keinen Wärmebehandlungsschritt beinhaltet bzw. ein solcher sich nicht daran anschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Zinngehalt zwischen 1,4 und 1,6 liegt. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Bleigehalt zwischen 1,9 und 2,1 % liegt. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Eisengehalt kleiner oder gleich 0,2 % ist. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Arsengehalt zwischen 5 und 500 ppm liegt. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Aluminiumgehalt zwischen 5 und 500 ppm liegt. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Antimongehalt zwischen 5 und 100 ppm liegt. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Siliziumgehalt zwischen 5 und 500 ppm liegt. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Halbzeug ein Legierungsmikrogefüge aufweist, welches aus drei intermetallischen Phasen besteht: &agr;, &bgr;' und &ggr;. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Flächenanteil der &ggr;-Phase zwischen 5 und 9 % liegt. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 10, bei dem der Flächenanteil der &bgr;'-Phase zwischen 25 und 40 % liegt. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die CuZnPbSn-Legierung eine Zusammensetzung aufweist, die so gewählt ist, dass das Halbzeug nach der Norm ISO 6509 eine mittlere Entzinkungstiefe von weniger als 200 &mgr;m aufweist. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die CuZnPbSn-Legierung eine Zusammensetzung aufweist, die so gewählt ist, dass das Halbzeug für einen unter den üblichen Bearbeitungsbedingungen nach der Norm NF E66-520-7, Ausgabe 2000 durchgeführten Bohrvorgang eine mittlere Spangröße aufweist, die typischerweise zweimal kleiner ist als die, die mit einer Legierung CW602N gewonnen wird, bei der es sich um ein arsenhaltiges Messing handelt. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem die CuZnPbSn-Legierung eine Zusammensetzung aufweist, die so gewählt ist, dass die Warmpressprüfung nach der Norm ASTM E-209-00, Ausgabe 2000, welche im Bereich von 600°C bis 750°C durchgeführt wird, keine Rissbildung im Halbzeug hervorruft. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die CuZnPbSn-Legierung eine Zusammensetzung aufweist, die so gewählt ist, dass die Abgaberate des Bleis an Trinkwasser unterhalb des vorgeschriebenen Grenzwertes gemäß der Europäischen Direktive 98/83/EC über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch liegt. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 15, bei dem die CuZnPbSn-Legierung eine Zusammensetzung aufweist, die so gewählt ist, dass das Halbzeug eine hohe Warmverformbarkeit aufweist und dass seine Stauchfestigkeit geringer ist als die, die mit der Legierung CW602N gewonnen wird, und vorzugsweise zweimal geringer als die der Legierung CW602N. Endprodukt, gewonnen aus dem durch das Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16 hergestellten Halbzeug, wobei das Endprodukt typischerweise unter einem Hahn, einem Ventil, einem Fitting ausgewählt ist. Verfahren zur Herstellung des Endproduktes nach Anspruch 17, bei dem das Endprodukt typischerweise durch Verformung oder Bearbeitung des Halbzeuges gebildet wird, wobei das Verfahren keinen Wärmebehandlungsschritt aufweist. Verwendung eines durch das Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16 gewonnenen Halbzeuges aus CuZnPbSn-Legierung für die Herstellung von Endprodukten oder Bauteilen für die Brauchwasserversorgung, wie Hähne, Ventile und Fittings.






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