[0001] Die Erfindung betrifft eine 0,03 bis 0,08 Masse-% Kupfer enthaltende Blei-Kupfer-Legierung
zur Herstellung von Blechen und Bändern für das Bauwesen und für die Herstellung von
Kabelmänteln.
[0002] Die hohe Korrosionsbeständigkeit einerseits und die gute 'Verarbeitbarkeit aufgrund
der großen Duktilität, verbunden mit einem hohen spezifischen Gewicht, machen diesen
Bleiwerkstoff zu einem ausgezeichneten und vielseitig erprobten Werkstoff für das
Bauwesen. Für diesen Einsatzzweck hat sich besonders die Blei-Kupfer-Legierung nach
DIN 17640 wegen ihrer Beständigkeit gegen thermische Wechselbeanspruchung als sehr
vorteilhaft erwiesen. Beispiele für Anwendungen sind Abdeckungen von Dächern und Auskehlungen,
Fassadenverkleidungen, Dichtungen und Isolierungen. In der Haustechnik haben sich
Druckrohre, Abflußrohre und Abflußbogen aus Blei aufgrund ihrer Halt-arkeit, leichten
Installationsmöglichkeit und wegen der Geräuschminderung von strömendem Wasser seit
langer Zeit bewährt.
[0003] Einen weiteren Vorteil bietet Blei aufgrund seiner guten Dämpfungseigenschaften gegen
Schall, insbesondere als Schallschutz im Hoch- und Maschinenbau.
[0004] Dieser Bleiwerkstoff wird auch für die Ummantelung von Fernsprech- und Starkstromkabel
eingesetzt. Die wichtigste Forderung im Hinblick auf eine hohe Haltbarkeit dieses
Bleiwerkstoffs ist ein weiter Bereich seiner plastischen Verformbarkeit. Ein Maßstab
hierfür ist einmal die Bruchdehnung beim Zerreißversuch, zum anderen die Biegezahl
des Werkstoffes, die thermische Wechselbeanspruchung und die Zeitstandfestigkeit bei
Raumtemperatur. Weiter ist für Kabel, die Erschütterungen ausgesetzt sind, eine gegenüber
Weichblei verbesserte Dauerschwingfestigkeit zu verlangen. Ferner ist eine ausreichende
Rekristallisationsbeständigkeit - d.h. Fehlen von Grobkorn als Folge von Verformung
bei erhöhter Temperatur - erwünscht.
[0005] Um den Anwendungsbereich dieser Blei-Kupfer-Legierung bzw. der daraus durch Walzen
erzeugten Bleche und Bänder zu erweitern, stellt sich die Forderung, die genannten
mechanisch-technologischen Eigenschaften zu verbessern.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß darin zu sehen, daß die Blei-Kupfer-Legierung
mit 0,03 bis 0,08 Masse-% Kupfer noch 0,005 bis 0,05 Masse-%, vorzugsweise 0,01 bis
0,025 Masse-%, Selen enthält. Durch den Zusatz von Selen wird eine kornfeinende Wirkung
erzielt, indem kleinste Bleiselenid-Partikel als Kristallisatoren für das Blei wirken.
Diese scheiden sich bei der Erstarrung primär aus der Schmelze aus. Mit der Selenkornfeinung
geht auch eine feinere Kupferverteilung einher. Die Blei-Kupfer-Legierung kann als
weitere Komponenten noch herstellungsbedingte Verunreinigungen enthalten.
[0007] Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:
[0008]
Es wurde eine Blei-Kupfer-Legierung, bestehend aus 0,044 Masse-% Kupfer 0,022 Masse-%
Selen Rest Blei
[0009] erschmolzen und der gegossene Block auf Baubleche von 1 mm Dicke abgewalzt und anschließend-die
mechanischen Eigenschaften ermittelt.
a) Für die Ermittlung der Kurzzeiteigenschaften wurden je 2 Zugproben parallel zur
Walzrichtung aus den Blechen entnommen. Der Zugversuch wurde nach DIN 50145 durchgeführt,
wobei die Dehngeschwindigkeit 12,5 %/min betrug. Die daran gemessenen Werte sind in
Fig. 1 graphisch im Vergleich zu den ermittelten Eigenschaften der Legierung ohne
Selenzusatz.dargestellt. Dabei zeigt sich, daß sowohl die 1,0 Dehngrenze Rp 1,0 (Nmm-2), die Zugfestigkeit Rm (Nmm-2) als auch die Dehnung A (%) gegenüber der selenfreien Blei-Kupfer-Legierung verbessert
wurden.
b) Für die Hin- und Herbiegeversuche in Anlehnung an DIN 50153 wurden je 4 Proben
parallel und quer zur Walzrichtung aus den Baublechen entnommen. Aus der graphischen
Darstellung der gemessenen Werte in Fig. 2 geht hervor, daß die Zahl der Biegungen
bis zum Bruch bei den aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Blechen um
ca. 20 größer als bei der selenfreien Blei-Kupfer-Legierung ist.
c) Für die Versuche für die thermische Wechselbeanspruchung wurden ca. 160 mm lange
und ca. 800 mm breite Blechstreifen benutzt, die auf einer Unterlage aus einer Spanplatte
mit Teerpappenabdeckung liegend eingespannt und von oben mit Hilfe von Strahlern aufgeheizt
wurden. Die maxiamle Temperatur von ca. 1000C wurde in einer Aufheizzeit von 25 min erreicht und anschließend auf 350C abgekühlt. Ein Temperaturwechsel dauerte ca. 1 h. Beobachtet wurde der Anfang der
Rißbildung in den sich am stärksten verformenden Stellen in Abhängigkeit von der Zeit.
Dabei ergab sich, daß bei einer selenfreien Blei-Kupfer-Legierung die Zahl der bis
zum ersten Anriß ertragenen Temperaturzyklen 1.800 betrug, während bei der selenhaltigen
Blei-Kupfer-Legierung auch nach 4,500 ertragenen Temperaturzyklen keine Risse zu beobachten
waren.
d) Zur Ermittlung der Zeitstandfestigkeit bei Raumtemperatur wurden Proben parallel
zur Walzrichtung aus den Blechen entnommen. Die Versuchsdurchführung und Auswertung
erfolgte nach DIN 50118/119. Die Proben wurden mit 0,7; 1; 2; 3; 4; 6 und 7 N belastet.
Aus der'graphischen Darstellung Fig. 3 geht hervor, daß die selenhaltige Blei-Kupfer-Legierung
eine höhere Zeitstandfestigkeit als die selenfreie Legierung besitzt.
e) Eine ergänzend durchgeführte Korrosionsprüfung hat gezeigt, daß die selengefeinte
Blei-Kupfer-Legierung gegenüber der selenfreien Legierung deutlich langsamer korrodiert.
[0010] Die mit der Selenkornfeinung einhergehende feinere Kupferverteilung hat demnach für
die mechanisch-technologischen Eigenschaften sehr vorteilhafte Folgen. Die Härte HV
1/180 wurde von 3.2 auf 3.8 angehoben, gleichfalls Streckgrenze und Zugfestigkeit,
während die Bruchdehnung im Mittel hoch bleibt. Das findet seinen Ausdruck dann in
der mit zunehmendem Selengehalt ansteigenden bis zum Bruch ertragenen Zahl von Hin-und
Herbiegungen, vor allem aber in der für das Bauwesen wichtigen starken Steigerung
der Lebensdauer bei Temperaturwechselbeanspruchung.
1. Blei-Kupfer-Legierung zur Herstellung von Blechen und Bändern durch Walzen für
das Bauwesen und für die Herstellung von Kabelmänteln, bestehend aus 0,03 bis 0,08
Masse-% Kupfer 0,005 bis 0,05 Masse-% Selen Rest Blei.
2. Blei-Kupfer-Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Selengehalt von
0,01 bis 0,025 Masse-%.
