Kupfer und Kupferlegierungen in der Technik Von

Dr.-lng. Kurt Dies Bad Hornburg v. d. H.

Mit 849 Abbildungen und 228 Tabellen

ISBN 978-3-642-48932-7

ISBN 978-3-642-48931-0 (eBook)

DOI 10.1007/978-3-642-48931-0

Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem ·wege (Photokopie, Mikrokopie) oder auf andere Art zu vervielfältigen © by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1967 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1967. Library of Congress Catalog Card Number 66 -29 244

Die \Viedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, \Varenbezeichnungen usw. in diesem Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Titel-Nr. 1328

Vorwort Das vorliegende Werk befaßt sich hauptsächlich mit technischem Kupfer nnd Kupferlegierungen, bei denen der Kupfergehalt gegenüber den übrigen Legiernngsbestandteilen überwiegt. Obwohl Kupfer ein sehr altes nnd weitverbreitetes Gebrauchsmetall ist, bestehen im deutschen Schrifttum kaum zusammenfassende Schriften über die technisch wichtigsten Kupferlegiernngen, sondern überwiegend eine große Zahl zum Teil sehr ausführlicher Monographien über Einzelfragen. Es ist nicht Aufgabe des vorliegenden Buches, die Metallkunde der Kupferlegiernngen zu behandeln, dennoch erachtet es der Verfasser als notwendig nnd nützlich, den einzelnen Kapiteln über Kupfer und Kupferlegierungen eine kurze Übersicht über metallknndliche Grundlagen voranzustellen. Diese einleitenden Abschnitte wurden im Hinblick auf das Thema der Monographie ausgewählt und behandelt. Die speziellen Abschnitte versuchen das derzeitige Grundwissen möglichst konzentriert, jedoch ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu bringen. Der Hauptwert wird dabei auf das Herausarbeiten von systematischen Zusammenhängen aus der Fülle von Einzelarbeiten gelegt. Hierdurch soll es den in der Praxis stehenden Ingenieuren, aber auch den Studierenden und Wissenschaftlern möglich gemacht werden, sich des Werkes, in dem viele in dem Schrifttum verstreute Zahlenwerte gesammelt sind, als praktischer Ratgeber zu bedienen. Dem Vorstand der Vereinigte Deutsche Metallwerke A.G sowie der Geschäftsführnng der Hauptniederlassung Frankfurt am Main danke ich für die verständnisvolle Förderung der Arbeit nnd für die Genehmignng der Veröffentlichnng. Ferner gilt mein Dank allen Mitarbeitern, die zum Zustandekommen des Buches beigetragen haben. Herr Dr. ERicHHODES bearbeitete Teile der Abschnitte über Korrosion. Herr Dr. PAUL WINCIERZ, Metallgesllschaft A. G., Frankfurt(Main, hat Abschnitte des Kapitels l kritisch durchgesehen, und Herr Direktor i. R. Dipl.-Ing. FRITZ KüNSTEL hat frenndlicherweise die Durchsicht des gesamten Manuskriptes übernommen. Mein ganz besonderer Dank gilt Frau vVITTA GENZMER, die an der Fertigstellnng des Manuskriptes nnermüdlich mitgewirkt hat. Es ist mir eine besondere Freude, dem Verlag für sein Entgegenkommen hinsichtlich der Ausstattnng des umfangreichen vVerkes zu danken. Bad Homburg, im Oktober 1966

Kurt Dies

lnhaltsverzeichms 1. lUetallkundliche Grundlagen (Ausgewählte Abschnitte) Seite

1.1 Metallatome. . . . . . . . . . . l.l.l. Aufbau der Atome . . . . . 1.1.1.1 Bohrsches Atommodell 1.1.1.2 Pauli-Prinzip. . . . . 1.1.1.3 Elektronengas und Brillouin-Zonen 1.1.1.4 Magnetisches Verhalten . . 1.1.2 Periodisches System der Elemente .

1 1 1 2 6 8

9

1.2 Idealer Kristall . . . . . . . . . . . 1.2.1 Typen der chemischen Bindung . 1.2.1.1 Metallische Bindung 1.2.1.2 Räumliche Punktgitter und Symmetriegruppen 1.2.1.3 Metallische Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme 1.2.1.4 Optische Eigenschaften

11 11 12 12 16 20

Allgemeine Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

1.3 Metallische Realkristalle und polykristalline Festkörper 21 1.3.1 Fehlstellentheorie . . . . . . . . . . . 21 1.3.2 Versetzungen . . . . . . . . . . . . . 22 23 1.3.3 Kleinwinkel- und Großwinkelkorngrenzen 1.3.4 Mischkristalle . . . . . . . . . . . . . 23 1.3.4.1 Diffusion . . . . . . . . . . . 25 25 1.3.4.2 .Mischkristalle mit Ordnungsvorgängen . . . 1.3.4.3 Mischkristalle mit Löslichkeitsänderung 27 1.3.4.4 Ausscheidungsvorgänge 27 33 1.3.5 Plastizität und Verfestigung 1.3.5.1 Plastizität . . . . . . 33 1.3.5.2 Verfestigung . . . . . 35 1.3.6 Erholung, primäre Rekristallisation, sekundäre Rekristallisation 39 1.3. 7 Plastisches Fließen in der Wärme (Dauerstand- und Zeitstandfestigkeit) . . . . . 42 47 1.3.8 Chemisches Verhalten 47 1.3.8.1 Korrosion . 57 1.3.8.2 Zunderung . . 62 1.3.9 Beeinflussung durch Strahlungsvorgänge

Inhaltsverzeichnis

V Seite

2. Herstellungsverfahren von Kupfer und Kupferlegierungen (Ausgewählte Abschnitte) 2.1 Raffination von Kupfer . . . . . . 2.1.1 Raffination durch Elektrolyse 2.1.2 Schmelzflußraffination . . 2.2 Gießen . . . . . . . . . . . 2.2.1 Blockguß und Strangguß . 2.2.2 Formguß . . . . . . . . 2.2.2.1 Sand- und Kokillenguß 2.2.2.2 Schleuderguß 2.2.2.3 Druckguß . . . . . .

67 67

Allgemeine Literatur zu Abschn. 2.1 und 2.2

80

2.3 ·warm- und Kaltverformen 2.3.1 Strangpressen 2.3.2 Kaltziehen . . . . . 2.4. Sintern . . . . . . . . .

81 81

Allgemeine Literatur zu Abschn. 2.3 und 2.4

68 71 71

77

77

78

79

89

94

100

3. Reines Kupfer 3.1 Störunempfindliche Eigenschaften . . . 3.1.1 Atomare Eigenschaften . . . . . 3.1.2 Thermodynamische Eigenschaften . 3.1.3 Magnetische Eigenschaften 3.1.4 Elastische Eigenschaften . . 3.2 Störempfindliche Eigenschaften. . 3.2.1 Physikalische Eigenschaften 3.2.1.1 Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme 3.2.1.2 Mechanische Eigenschaften 3.2.1.3 Optische Eigenschaften 3.2.1.4 Sonstige Eigenschaften 3.2.2 Chemische Eigenschaften.

Allgemeine Literatur zu Kapitel 3 . . .

101 101

101

103

103 106 106 106

109

111 ll2 114 114

4. Technisch reines Kupfer 4.1 Einfluß von Gasen . . . . . 4.1.1 Einfluß von Sauerstoff . 4.1.2 Einfluß von Wasserstoff 4.1.3 Wasserstoffkrankheit 4.1.4 Einfluß von CO, C0 2 , N 2 und 80 2 4.1.5 Sauerstofffreies Kupfer 4.1.5.1 Sauerstofffreies Kupfer mit hoher elektrischer Leitfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

114 115 116 118 122 123 123

VI

Inhaltsverzeichnis Seite

4.1.5.2 Sauerstofffreies Kupfer mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit (mit Phosphor desoxydiertes Kupfer) 132 4.1.6 Sauerstoffhaltiges Kupfer . . . . . . . . 138 4.2 Physikalische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme . . . . . . 4.2.2 Einfluß von Verunreinigungen auf den spez. elektrischen Widerstand . . . . . . . . . . 4.2.3 Textur . . . . . . . . . . 4.2.3.1 Wachstumstexturen . 4.2.3.2 Umformungstextur . Ziehtextur S. 143 - Walztextur S. 143 - Torsionstextur S. 145 - Rekristallisationstexturen S. 145 - Zipfelbildung 146

138 138

4.3 :Mechanische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Einfluß der Temperatur auf die mechanischen Werte 4.3.2 Tiefziehversuch nach ERICHSEN

148 151 154

4.4 Wärmebehandlung und Gefüge .

155

4.6 Einfluß von Reimengungen auf die Warm- und Kaltverarbeitung von Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.1 Unerwünschte Reimengungen . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.2 Elemente, deren Einfluß an der Grenze zwischen unerwünscht und erwünscht liegen . . . . . 4.5.3 Erwünschte Reimengungen . 4.6 Chemische Eigenschaften 4.6.1 Korrosion . . . . . . . . 4.6.1.1 Einfluß der Witterung. 4.6.1.2 Verhalten des Kupfers in Gebrauchswässern Verhalten des Kupfers in weichen Wässern S. 168Verhalten in durch Aufbereitung enthärteten Wässern S. 168 -Verhalten des Kupfers in Wässern mittlerer Härte S. 168- Verhalten in hartem ·wasser S. 168 - Verhalten in Trinkwasser, das durch Zusätze aufbereitet wurde S. 169 - Verhalten in Waschmitteln S. 169 Zusammenfassung S. 170 4.6.1.3 Lokalelementbildung . . . . . . . . 4.6.1.4 Verhalten des Kupfers in Salzlösungen . 4.6.1.6 Verhalten in Seewasser 4.6.1.6 Erosion und Kavitation . . . . . . . 4.6.1. 7 Verhalten des Kupfers in Säuren . . . Nichtoxydierende Säuren (z. R. Salzsäure, Essigsäure, verdünnte Schwefelsäure) S.172- Oxydierende Säuren s. 173 4.6.1.8 Verhalten des Kupfers in Alkalien . . . . . . . 4.6.1.9 Ammoniumhydroxyd, Lösungen von Ammonsalzen 4.6.2 Zunderung . . . . . . . . . . . . . 4.6.3 Physiologische Wirkung des Kupfers 4.6.3.1 Kupfer und niedere Organismen 4.6.3.2 Kupfer als notwendiges Spurenelement

141 143 143 143

157 157 159 161 164 164 164 167

170 171 171 172 172

173 173 174 177 177 179

Inhaltsverzeichnis

VII Seite

4.7 Spanabhebende Bearbeitung . 4.8 Stoffverbindende Arbeiten . . 4.8.1 Schweißen . . . . . . 4.8.1.1 Gasschmelzschweißen Zusatzwerkstoffe S. 187 4.8.1.2 Schutzgas-Lichtbogenschweißung . 4.8.2 Löten 4.8.2.1 Weichlöten 4.8.2.2 Hartlöten .

188 189 189 189

4.9 Oberflächenbehandlungen 4.9.1 Mechanisches Polieren 4.9.2 Beizen . . . . . . 4.9.3 Glänzen und Brennen

190 190 190 190

Allgemeine Literatur zu Kapitel 4

191

180 184 184 184

5. Legierungen des Kupfers mit Elementen der 1. Gruppe des Periodischen Systems 5.1 Kupfer-Silber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Zustandsschaubild . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2 In der Technik übliche Kupfer-Silber-Legierungen 5.1.2.1 Hochkupferhaltige Legierungen mit maximal 0,5% Ag. 5.1.2.2 Kupferlegierungen mit Silbergehalten über 0,5-16% 5.1.2.3 Kupferlegierungen mit über 16-50% Silber

191 191 192 193 198 :204

5.2 Kupfer-Gold . . • . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Zustandsschaubild und Gefügeaufbau . 5.2.1.1 Umwandlung im festen Zustand 5.2.2 Physikalische Eigenschaften 5.2.3 Mechanische Eigenschaften . 5.2.4 Chemisches Verhalten 5.2.5 Verwendung . . . . . . . 5.2.6 Mehrstofflegierungen 5.2.6.1 Kupfer-Gold-Silber . 5.2.6.2 Kupfer-Gold-Zink . 5.2.6.3 Kupfer-Gold-Nickel

206 206 207 208 208 210 211 211 211 213 213

Allgemeine Literatur zu Kapitel 5 . .

213

6. Legierungen des Kupfers mit Elementen der 2. Gruppe des Periodischen Systems 6.1 Kupfer-Beryllium . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1 Kupfer-Beryllium-Zustandsschaubild . . . . 6.1.2 Physikalische und mechanische Eigenschaften 6.1.3 Kupfer-Beryllium-Legierungen für funkenfreie Werkzeuge 6.1.4 Kupfer-Beryllium-Legierungen für Federn 6.1.5 Chemisches Verhalten . . . . . . . . . . . . . . . .

214 214 220 227 228 230

VIII

Inhaltsverzeichnis Seite

6.1.6 Verarbeitung . . . . . . . . . . 6.1.6.1 Spanabhebende Bearbeitung 6.1.6.2 Verbindungsarten. . . . . Löten S. 232- Schweißen S. 232 6.1.7 Verwendung . . . . . . . .

232 232 232 232

6.2 Kupfer-Magnesium . . . . . . . . . 6.2.1 Zustandsschaubild und Gefüge . 6.2.2 Eigenschaften und Verwendung der Kupfer-Magnesium-Legierungen . . . . . . . . . . . 6.2.3 Dreistoffsystem Kupfer-Magnesium-Zinn

233 233

6.3 Kupfer-Cadmium-Legierungen . . . . 6.3.1 Zustandsschaubild und Gefüge . . . . . 6.3.2 Eigenschaften und Verwendung 6.3.3 Kupfer-Cadmium-Magnesium-Legierungen . 6.3.4 Kupfer-Cadmium-Zinn-Legierungen

240 240 243 249 251

6.4 Kupfer-Quecksilber .

251

6.5 Kupfer-Zink . . . . 6.5.1 Messing . . . 6.5.1.1 Zustandsdiagramm Einfluß von Reimengungen S. 258 6.5.1.2 Physikalische Eigenschaften . . . . Gitterbau und Textur S. 260 - Spezifische Wärme S. 266 - Wärmeausdehnungskoeffizient und Ausdehnung S. 268 - Dichte S. 268 - Optische Eigenschaften S. 268- Magnetische Eigenschaften S. 269 - Elastische Eigenschaften, E-Modul, Dämpfung und Schallgeschwindigkeit S. 270- Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme

254 254 254

s.

236 238

260

271

6.5.1.3 Gefügeänderung durch Verformung und Rekristallisation. 6.5.1.4 Mechanische Eigenschaften. . . . . . . . . . . . . . Verfestigung durch Kaltverformung und Entfestigung durch Rekristallisation S. 281 Wechselfestigkeit S. 295- Kerbschlagzähigkeit S. 299- Technologische Proben S. 299 - Verhalten bei tiefen Temperaturen S. 305- Warmumformung und Festigkeitseigenschaften bei hohen Temperaturen S. 306 6.5.1.5 Chemische Eigenschaften, Korrosion, Zunderung . . . . KorrosionS. 313 - Lötbrüchigkeit S. 329 - Zunderung und Zinkausdampfung S. 330 - Verhalten in Waschmittellösungen S. 333 6.5.1.6 Spanabhebende Bearbeitung . . . . . . . . . . . . . 6.5.1. 7 Stoffverbindende Arbeiten . . . . . . . . . . . . . . Weichlöten S. 338 - Hartlöten S. 338 - Schweißen s. 338 6.5.1.8 Oberflächenbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . Brennen und Glanzbrennen S. 339- Oberflächenveredlung durch Schleifen, Polieren und Glänzen S. 339 6.5.1.9 Verwendung 6.5.2 Sondermessing . . 6.5.2.1 Allgemeines

273 281

313

333 338 339 340 344 344

Inhaltsverzeichnis

IX Seite

6050202 Einfluß der Zusätze auf das Gefüge, verschiedene Dreistoffsysteme auf der Basis Cu-Zn o o o 0 o o 0 o o o o 344 CuZnFe So 345- CuZnNi So 345- CuZnMn So 347CuZnAl So 348 - CuZnSi So 350 - CuZnSn So 350 Weitere Zusätze So 352- Heimengungen So 352 6o5o2o3 Gefüge 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 o o o o 0 353 356 6o5o2.4 Warm- und Kaltverformung o 0 0 0 o 0 6o5o2o5 Wärmebehandlung, Konzentrations- und Spannungsaus357 gleich o o o o o 0 0 o o o 0 o o 0 o o 358 6050206 Physikalische Eigenschaften o o o o 0 o 6050207 Zusammensetzung und mechanische Werte einiger praktisch bewährter Sondermessinge 0 o 0 o o o o o o 362 Festigkeit bei tiefen und hohen Temperaturen So 363 Schwingungsfestigkeit So 367 6050208 Chemisches Verhalten, Korrosion, Zunderung o o o 0 o 0 368 Korrosion So 368 - Spannungsrißkorrosion So 371 Zunderung So 373 6050209 Spanabhebende Bearbeitung o o 0 0 o o o o o o o o o 373 Drehen So 374 - Bohren So 374 - Reiben So 376 -Gewindeschneiden So 376 - Räumen So 378 Sägen So 378 - Schleifen So 378 -- Schmieren und Kühlen So 378 6o5o2o10 Stoffverbindende Arbeiten 0 0 0 o o o o o 379 Weichlöten So 379 Hartlöten So 380 - Schweißen So 380 60502011 Verwendung o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o o o o o o o o o 380 Lötwerkstoffe aus Sondermessing und Messing So 380 Lagerwerkstoffe So 384 Go5o3 CuNiZn, Neusilber o o o 0 o 0 0 385 6o5o3o1 Zustandsdiagramm 0 0 o 0 385 6oo5o3o2 Einfluß von Heimengungen 0 386 Blei So 386- Zinn So 386 - J.VIangan und Magnesium So 386 Phosphor So 386 - Aluminium So 386 Unerwünschte Heimengungen So 386 6o5o3o3 Schmelzen und Verarbeitung 0 0 0 0 o o o o 387 6o5o3.4 Physikalische Eigenschaften 0 0 0 0 0 0 0 o 388 Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme So 388 Magnetische Eigenschaften So 389 -Thermo-elektrische Eigenschaften So 389 -Optische Eigenschaften So 390 6o5o3o5 Mechanische Eigenschaften 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o o 391 Knetlegierungen mit Zinkgehalten unter 15% So 391 Knetlegierungen mit Zinkgehalten über 15% "Neusilber" So 394- Gußwerkstoffe So 398 6050306 Chemisches Verhalten 0 0 0 398 6oo5o3o7 Spanabhebende Bearbeitung 0 0 0 0 0 0 402 6050308 Stoffverbindende Arbeiten 0 0 0 0 0 0 0 402 Weichlöten So 402- Hartlöten So 404 - Schweißen So 404 6o5o3o9 Verwendung 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 404

X

Inhaltsverzeichnis Seite

7. Legierungen des Kupfers mit Elementen der 3. Gruppe des Periodischen Systems 7.1 Kupfer-Bor . . . . . . . . . . 7.1.1 Zustandsschaubild 7.1.2 Schmelzen und Verarbeitung 7.1.3 Physikalische Eigenschaften 7.1.4 Mechanische Eigenschaften . 7.1.5 Verwendung . . . 7.2. Kupfer-Aluminium 7.2.1 Zustandsschaubild 7.2.2 Physikalische Eigenschaften, Gitterbau und Textur 7.2.2.1 Gitterbau . . . . 7 .2.2.2 Dichte. . . . . . . . 7.2.2.3 Spezifische Wärme . . 7 .2.2.4 Ausdehnungskoeffizient 7.2.2.5 Magnetische Eigenschaften. 7.2.2.6 Optische Eigenschaften . . 7 .2.2. 7 Elastische Eigenschaften . . 7.2.2.8 Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme 7.2.3 Gießen der Kupfer-Aluminium-Legierungen (Aluminiumbronzen) 7.2.4 Warmverformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.5 Verfestigung durch Kaltverformung und Entfestigung durch Rekristallisation; mechanische Eigenschaften 7.2.6 Wechselfestigkeit . . . . 7.2.7 Kerbschlagzähigkeit . . . . . . . 7.2.8 Technologische Prüfungen . . . . 7.2.9 Verhalten bei tiefen Temperaturen 7.2.10 Mehrstoff-Aluminiumbronzen 7.2.10.1 Cu-Al-Fe. 7.2.10.2 Cu-Al-Ni. 7.2.10.3 Cu-Al-Mn 7.2.10.4 Cu-Al-Si . 7.2.10.5 Zusätze und Beimengungen Blei S. 435 - Zink S. 435 - Chrom, Titan, Zirkonium S. 436 - Selen und Tellur S. 436 7.2.10.6 Physikalische Eigenschaften von lVIehrstoff-Aluminiumbronzen. . . . . . 7.2.10.7 Verarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.10.8 Mechanische Werte . . . . . . . . . . . . 7.2.10.9 Festigkeit bei tiefen und hohen Temperaturen . 7.2.10.10 Kerbschlagzähigkeit. . . . 7.2.10.11 Wechselfestigkeit . . . . . 7.2.11 Chemische Eigenschaften, Korrosion 7.2.11.1 Örtlicher Angriff (Lochfraß). 7.2.11.2 Spannungsrißkorrosion . . . 7.2.11.3 Verhalten gegenüber Meerwasser 7.2.11.4 Angriff von Alkalien und Salzlösungen

404 404 405 407 407 407 409 409 415 415 415 416 416 416 416 417 417 419 420 421 426 426 426 428 429 429 430 432 435 435

437 439 440 446 455 4ö6 458 459 461 461 463

Inhaltsverzeichnis

XI Seite

7.2.11.5 Verhalten gegen anorganische Säuren. 7.2.11.6 Verhalten gegen organische Säuren 7.2.11.7 Verhalten in Waschmitteln 7.2.11.8 Zundern . . . . . . 7.2.12 Spanabhebende Bearbeitung. 7.2.13 Stoffverbindende Arbeiten 7.2.13.1 Löten . . 7.2.13.2 Schweißen . . . . 7.2.14 Verwendung . . . . . . . 7.3 Legierungen des Kupfers mit Scandium, Yttrium, Indium und Lanthan 7.3.1 Kupfer-Scandium . 7.3.2 Kupfer-Yttrium 7.3.3 Kupfer-Indium . . 7.3.4 Kupfer-Lanthan . 7.4 Legierungen des Kupfers mit seltenen Erden, Cer, Gadolinium und Ytterbium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

463 464 464 466 467 468 468 469 470 473 474 474 477 480 481

8. Legierungen des Kupfers mit Elementen der 4. Gruppe des Periodischen Systems 8.1 Kupfer-Silizium . . . . . . . . . . 8.1.1 Zustandsschaubild . . . . . . 8.1.1.1 Kupfer-Silizium-Mangan 8.1.1.2 Kupfer-Silizium-Eisen 8.1.2 Physikalische Eigenschaften . . 8.1.2.1 Gitterparameter und Textur 8.1.2.2 Spezifische Wärme . . 8.1.2.3 Dichte. . . . . . . . 8.1.2.4 Magnetisches Verhalten 8.1.2.5 Elastizitätsmodul . . . 8.1.2.6 Elektrischer Widerstand . 8.1.3 Mechanische Eigenschaften 8.1.4 Chemische Eigenschaften. . 8.1.5 Spanabhebende Bearbeitung 8.1.6 Verbindungsarbeiten 8.1.6.1 Weich- und Hartlöten . 8.1.6.2 Schweißen . 8.1.7 Verwendung . . . . . . . . 8 ') Kupfer-Zinn-Legierungen . . . . . 8.2.1 Zustandsschaubild Kupfer-Zinn (Bronze) . 8.2.1.1 Kupfer-Zinn-Phosphor . . 8.2.1.2 Kupfer-Zinn-Blei. . . . . 8.2.1.3 Kupfer-Zinn-Zink (Rotguß) 8.2.1.4 Kupfer-Zinn-Nickel 8.2.1.5 Reimengungen . . . . . . 8.2.2 Gefüge der gegossenen Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-PhosphorLegierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

482 482 484 485 487 487 488 488 488 489 490 493 501 502 502 502 503 504 504 504 507 508 510 512 513 514

XII

Inhaltsverzeichnis Seite

8.2.3 Physikalische Eigenschaften . 8.2.3.1 Gitterbau und Textur . 8.2.3.2 Spezifische Wärme . . 8.2.3.3 Dichte. . . . . . . . 8.2.3.4 Magnetisches Verhalten 8.2.3.5 Farbe . . . . . . . . 8.2.3.6 Elastische Eigenschaften . 8.2.3. 7 Elektrische Leitfähigkeit . 8.2.4 Mechanische Eigenschaften . . . 8.2.4.1 Verformung und Rekristallisation . 8.2.4.2 Herstellung und mechanische Eigenschaften von KupferZinn-Knetlegierungen . . . . . . . . . . . . . . . . Wechselfestigkeit S. 536- Kerbschlagzähigkeit und technologische Proben S. 536 - Festigkeitseigenschaften bei tiefen und hohen Temperaturen S. 541 8.2.4.3 Herstellung und mechanische Eigenschaften von KupferZinn-Gußlegierungen . . . . . . . . . . . . . . . . Wärmebehandlung von Kupfer-Zinn-Gußlegierungen s. 549 8.2.5 Chemische Eigenschaften, Korrosion 8.2.5.1 Kupfer-Zinn-Knetlegierungen 8.2.5.2 Kupfer-Zinn-Gußlegierungen . 8.2.5.3 Zunderung . . . . . 8.2.6 Spanabhebende Bearbeitung . 8.2. 7 Verbindungsarbeiten 8.2.7.1 Weich- und Hartlöten . 8.2.7.2 Schweißen . . . . 8.2.8 Verwendung . . . . . .

515 515 520 520 520 521 521 523 526 526 534

545 555 555 557 564 565 570 570 571

576

8.3 Kupferwerkstoffe für Gleitlager

577

8.4 Kupfer-Blei . . . . . . . . . 8.4.1 Zustandsschaubild 8.4.1.1 Kupfer-Blei-Zinn. 8.4.1.2 Kupfer-Blei-Nickel . 8.4.1.3 Andere Beimengungen. 8.4.2 Herstellung und Gefüge . . 8.4.3 Physikalische Eigenschaften 8.4.4 Mechanische Eigenschaften . 8.4.5 Chemische Eigenschaften 8.4.6 Spanabhebende Bearbeitung 8.4. 7 Verbindungsarbeiten 8.4.8 Verwendung . . .

610 610 610 612 613 614 616 619 621 622 622 622

8.5 Kupfer-Titan . . . . . . 8.5.1 Zustandsschaubild 8.5.2 Herstellung und Gefüge 8.5.3 Physikalische Eigenschaften 8.5.4 Mechanische Eigenschaften . 8.5. 5 Mehrstoff-Kupfer-Titan-Legierungen 8.5.6 Chemische Eigenschaften, Korrosion . 8.5.7 Verwendung . . . . . . . . . . .

622 622 623 626 631 636 636 637

Inhaltsverzeichnis

XIII Seite

8.6 Kupfer-Zirkonium . . . . . . . 8.6.1 Zustandsschaubild 8.6.2 Physikalische Eigenschaften 8.6.3 Mechanische Eigenschaften . 8.6.4 Mehrstoff-Kupfer-Zirkonium-Legierungen 8.6.5 Chemische Eigenschaften, Zunderung 8.6.6 Verwendung 8.7 Kupfer-Hafnium . . . . . . . . . . . .

638 638 639 641 647 648 649 651

9. Legierungen des Kupfers mit Elementen der 5. Gruppe des Periodischen Systems 9.1 Kupfer-Phosphor . . . . . . . . 9.1.1 Zustandsschaubild 9.1.2 Physikalische Eigenschaften 9.1.3 Verarbeitung . . . . . . . 9.1.4 Mechanische Eigenschaften . 9.1.5 Chemische Eigenschaften, Korrosion 9.1.6 Kupfer-Silber-Phosphor 9.1.7 Verwendung . . . 9.2 Kupfer-Arsen . . . . . . . 9.2.1 Zustandsschaubild. . . 9.2.2 Physikalische Eigenschaften. 9.2.3 Herstellung und mechanische Eigenschaften 9.2.4 Chemische Eigenschaften, Korrosion 9.2.5 Verwendung . . . 9.3 Kupfer-Antimon . . . . . . . . 9.3.1 Zustandsschaubild . . . . . 9.3.2 Physikalische Eigenschaften 9.3.3 Herstellung und mechanische Eigenschaften 9.3.4 Chemische Eigenschaften, Korrosion 9.3.5 Verwendung 9.4 Kupfer-Wismut . . . . . . . . . . . .

655 655 655 657 659 661 662 663 664 664 664 666 669 669 669 669 669 670 672 676 676

10. Legierungen des Kupfers mit Elementen der 6. Gruppe des Periodischen Systems 10.1 Kupfer-Sauerstoff . . . . . . . . 10.1.1 Zustandsschaubild . . . . . 10.1.2 Physikalische Eigenschaften . 10.1.3 Herstellung und Gefüge . . . 10.1.4 Mechanische Eigenschaften . 10.1.5 Chemische Eigenschaften, Korrosion 10.1.6 Spanabhebende Bearbeitung . 10.1. 7 Verbindungsarbeiten 10.1.8 Verwendung . . . . . . . .

679 679 680 681 683 686 686 687 687

XIV

I nhal tsverz eichnis Seite

10.2 Kupfer-Schwefel . . . . . . . . 10.2.1 Zustandsschaubild . . . . . 10.2.2 Physikalische Eigenschaften . 10.2.3 Verarbeitung und mechanische Eigenschaften 10.2.4 Chemische Eigenschaften, Korrosion . . 10.2.5 Bearbeitbarkeit und Verbindungsarbeiten 10.2.6 Verwendung . . . 10.3 Kupfer-Selen. ·. . . . . . . . . 10.3.1 Zustandsschaubild . . . . . 10.3.2 Physikalische Eigenschaften . 10.3.3 Verarbeitung und mechanische Eigenschaften 10.3.4 Bearbeitbarkeit und Verwendung 10.4 Kupfer-Tellur . . . . . . . . . . 10.4.1 Zustandsschaubild . . . . . 10.4.2 Physikalische Eigenschaften . 10.4.3 Herstellung und Gefüge . . . 10.4.4 Mechanische Eigenschaften . 10.4.5 Chemische Eigenschaften, Korrosion 10.4.6 Spanabhebende Bearbeitung . 10.4.7 Verbindungsarbeiten 10.4.8 Verwendung . . . 10.5 Kupfer-Chrom . . . . . 10.5.1 Zustandsschaubild . 10.5.2 Physikalische Eigenschaften . 10.5.3 Herstellung und Gefüge . . . 10.5.4 Mechanische Eigenschaften . 10.5.5 Einfluß dritter Komponenten auf Kupfer-Chrom-Legierungen 10.5.6 Chemische Eigenschaften, Korrosion 10.5.7 Spanabhebende Bearbeitung. 10.5.8 Verbindungsarbeiten 10.5.9 Verwendung. . . . . . . .

687 687 689 689 692 693 693 694 694 694 695 696 697 697 698 699 700 702 702 703 703 704 704 705 709 712 718 719 720 721 721

11. Legierungen des Kupfers mit Elementen der 7. Gruppe des Periodischen Systems 11.1 Kupfer-Mangan . . . . . . . . . 11.1.1 Zustandsschaubild . . . . . 11.1.2 Physikalische Eigenschaften . 11.1.3 Mechanische Eigenschaften . 11.1.4 Chemische Eigenschaften, Korrosion 11.1.5 Verbindungsverfahren und Verwendung . 11.1.6 Kupfer-Mangan-Nickel . 11.1.7 Kupfer-Mangan-Eisen . . . 11.1.8 Kupfer-Mangan-Silizium . . 11.1~9 Kupfer-Mangan-Aluminium. 11.1.10 Kupfer-Mangan-Zinn . . 11.1.11 Kupfer-Mangan-Zink . . 11.1.12 Kupfer-Mangan-Phosphor

723 723 724 730 732 732 732 741 742 745 749 749 752

Inhaltsverzeichnis

XV Seite

12. Legierungen des Kupfers mit Elementen der 8. Gruppe des Periodischen Systems 12.1 Kupfer-Eisen . . . . . . . . . . 12.1.1 Zustandsschaubild . . . . . 12.1.2 Physikalische Eigenschaften . 12.1.3 :Mechanische Eigenschaften . 12.1.4 Chemische Eigenschaften, Korrosion 12.1.5 Bearbeitbarkeit und Verwendung. 12.1.6 Kupfer-Eisen-Phosphor. 12.1.7 Kupfer-Eisen-Schwefel 12.1.8 Kupfer-Eisen-Silizium

756 756 757 763 764 764 765 769 771

12.2 Kupfer-Cobalt . . . . . . 12.2.1 Zustandsschaubild . . 12.2.2 Physikalische Eigenschaften . 12.2.3 Mechanische Eigenschaften . 12.2.4 Chemische Eigenschaften, Korrosion 12.2.5 Kupfer-Cobalt-Mangan . 12.2.6 Kupfer-Cobalt-Silizium . 12.2. 7 Kupfer-Cobalt-Beryllium

772 772 772 776 779 779 781 782

12.3 Kupfer-Nickel . . . . . . . . 12.3.1 Zustandsschaubild . . . . 12.3.2 Physikalische Eigenschaften . 12.3.2.1 Gitterbau. . . . . 12.3.2.2 Spezifische Wärme . . 12.3.2.3 Thermokraft . . . . 12.3.2.4 Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient . 12.3.2.5 Dichte . . . . . . . . . 12.3.2.6 Optische Eigenschaften . . 12.3.2.7 Magnetische Eigenschaften 12.3.2.8 Elastische Eigenschaften 12.3.2.9 Elektrischer Widerstand 12.3.3 Herstellung und Gefüge . . . . 12.3.4 Mechanische Eigenschaften . . 12.3.5 Chemische Eigenschaften, Korrosion 12.3.6 Oberflächenbehandlung 12.3. 7 Bearbeitbarkeit . . . . . . 12.3.8 Verbindungsarbeiten . . . . 12.3.8.1 Weich· und Hartlöten 12.3.8.2 Schweißen . . . . . 12.3.9 Mehrstoffsysteme auf der Basis Kupfer-Nickel . 12.3.9.1 Kupfer-Nickel-Eisen. . . ·. . . . . 12.3.9.2 Kupfer-Nickel-Silizium . . . . . . . Kupfer-Nickel-Silizium-Legierungen mit niedrigem Nickelgehalt S. 811 - Kupfer-Nickel-Silizium-Legierungen mit hohem Nickelgehalt S. 831

783 783 784 784 784 784 785 786 786 787 788 788 789 792 799 802 803 804 804 804 805 805 811

XVI

Inhaltsverzeichnis Seile

12.3.9.3 Kupfer-Nickel-Phosphor . . . . . . . . . . . . . . Zustandsschaubild S. 834 - Aushärtung und Gefüge S. 835 - Herstellung S. 836 - Physikalische Eigenschaften S. 837 - .Mechanische Eigenschaften S. 838Chemische Eigenschaften, Korrosion S. 839 - Bearbeitung, Löten, Schweißen, Oberflächenbehandlung S. 839- VerwendungS. 841 12.3.9.4 Kupfer-Nickel-Beryllium. . . 12.3.9.5 Kupfer-Nickel-Cobalt . . . . 12.3.10 Verwendung der Kupfer-Nickel-Legierungen

Sachverzeichnis: I. Allgemeines . . . . II. Anwendungsgebiete.

834

841 841 843 845 853