Was ASTM B111 C61300 Aluminiumbronze ist
UNS C61300 ist eine Aluminiumbronze, eine der drei Aluminiumbronzequalitäten, die ASTM B111/B111M für nahtlose Kondensatorrohr- und Ferrulenmaterialien auflistet, zusammen mit C60800 und C61400. Seine Zusammensetzung besteht aus etwa 7 % Aluminium mit einem Eisenzusatz in einer Kupfermatrix. Aluminium in fester Lösung und die eisen{7}}reichen Phasen, die sich beim Abkühlen bilden, verleihen der Legierung eine Kombination aus Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Erosion-Korrosion, mit der kein Zinnmessing oder Aluminiummessing mithalten kann.
Dieses Eigenschaftsprofil erklärt, wo die Sorte verwendet wird. C61300-Rohre werden für Kondensatoren und Wärmetauscher ausgewählt, die schnelles, belüftetes oder Feststoffe enthaltendes Wasser verarbeiten, sowie für Komponenten wie Rohrplatten, Ventile und Pumpenteile im Schiffsbetrieb, bei denen eine weiche Legierung weggespült werden würde. Es ist kein Ersatz für Messing in sauberem, langsam-fließendem Kühlwasser, wo seine geringere Wärmeleitfähigkeit und höhere Kosten nicht gerechtfertigt sind.
Chemische Zusammensetzung
ASTM B111 kontrolliert C61300 innerhalb der unten aufgeführten Grenzen; Werte sind in Massenprozent angegeben.
| Element | Erfordernis | Rolle |
|---|---|---|
| Kupfer (Cu) | Rest: ca. 88 % und mehr | Matrix |
| Aluminium (Al) | 6.0-7.5 % | Festigkeit und Schutzfilmbildung |
| Eisen (Fe) | 2.0-3.0 % | Verfeinert die Struktur; steigert die Kraft |
| Mangan (Mn) | 0,20 % max | Restelement |
| Nickel (Ni) | 0,15 % max | Restelement |
| Zink (Zn) | 0,30 % max | Restelement |
| Zinn, Silizium, Blei | Individuell begrenzte Restmengen | Niedrig gehalten, um die Duktilität zu schützen |
Die Restgrenzen sind wichtiger als es scheint. Der Eisengehalt muss hoch genug sein, um das Gussgefüge zu verfeinern, darf aber nicht so hoch sein, dass grobe eisen-reiche Partikel als Korrosionsauslöser wirken und die restlichen Elemente abgedeckt werden, sodass die Legierung eine einphasige Alpha-plus-Kappa-Struktur behält, anstatt die versprödende Betaphase zu entwickeln.
Physikalische und mechanische Eigenschaften
Aluminiumbronze ist mit etwa 7,9 g/cm³ dichter als Messing und erstarrt im Bereich von 1025 °C und darüber. Da Aluminium in fester Lösung sowohl Wärme als auch Strom streut, betragen die thermische und elektrische Leitfähigkeit nur einige zehn Watt pro Meter Kelvin und liegen deutlich unter denen von Admiralitäts- und Aluminiummessing; Die Sorte wird daher eher nach Festigkeit und Erosionsbeständigkeit als nach maximaler Wärmeübertragung ausgewählt. Das Material ist nicht-magnetisch und behält aufgrund seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten seine Abmessungen auch bei erhöhter Temperatur gut.
| Zustand | Zugfestigkeit | Verlängerung | Typische Verwendung |
|---|---|---|---|
| Geglüht (weich) | Mindestens 480 MPa | 30 % und mehr | U-Biegen, Rohrbodenwalzen |
| Hart gezeichnet | Mindestens 620 MPa | Rund 12 % | Gerade Hochdruckrohre |
ASTM B111 weist jeder UNS-Nummer und jedem Härtegrad Mindestzug- und Streckgrenzen zu und erfordert Ausdehnungs- und Abflachungstests. Daher muss der Härtegrad bei der Bestellung angegeben werden und darf nicht dem Werk überlassen werden. Hartgezogene Rohre sind etwa ein Drittel fester als geglühte Rohre, haben aber weitaus weniger Kapazität, Biegungen zu absorbieren, weshalb U--Biegekondensatoren den geglühten Zustand verwenden.
Korrosions- und Erosionsbeständigkeit
In fließendem Meerwasser bildet die Legierung einen aluminiumreichen Oxidfilm, der kontinuierlich repariert wird, solange Wasser über die Oberfläche fließt. Dies verleiht ihm eine hervorragende Beständigkeit gegen Aufprallangriffe und Erosion-Korrosion, die beiden Mechanismen, die Kondensatorrohre am häufigsten zerstören. Es funktioniert auch gut in chloriertem Kühlwasser und in vielen verdünnten Säuren und Laugen.
Die Grenzen sind ebenso klar definiert. Aluminiumbronze wird nicht für stehendes, schlecht belüftetes Meerwasser empfohlen, da sich der Schutzfilm nicht selbst regeneriert und es zu Lochfraß oder Spaltbildung kommt. In ammoniakhaltigen Umgebungen ist es empfindlich gegenüber Spannungsrisskorrosion, und verschmutztes Hafenwasser, das Sulfide enthält, kann einen selektiven Phasenangriff verursachen, insbesondere wenn das Rohr nicht ordnungsgemäß wärmebehandelt wurde. Wenn das Wasser langsam, schmutzig und stagniert, ist eine Kupfer-{4}Nickelsorte die bessere Wahl; Wo es schnell und sauber ist, ist C61300 eine der stärksten Optionen unter den Kupferlegierungen in ASTM B111.
Typische Anwendungen
Kondensator- und Wärmetauscherrohre für Hochgeschwindigkeits-Meerwasseranwendungen
Rohrplatten, Wasserkästen und Ferrulen für marine Wärmeübertragungsgeräte
Ventilkörper, Sitze und Schäfte für Meerwasser- und Prozessleitungen
Pumpengehäuse, Laufräder, Verschleißringe und Wellenhülsen
Zahnräder, Lager, Führungen und Buchsen, die eine hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern
Entsalzungs- und Schiffsrohrleitungen, die Chloriden und Sand ausgesetzt sind
Fertigung, Schweißen und Inspektion
Das Rohr wird durch Warmumformung des Gussmaterials und anschließendes Kaltziehen mit Zwischenglühungen hergestellt. Der Abschluss erfolgt durch eine kontrollierte Glühung, bei der die verbleibende Betaphase entfernt wird. Die Warmumformung muss innerhalb eines relativ engen Temperaturfensters bleiben, und Überhitzung mit anschließender langsamer Abkühlung ist die klassische Methode zur Herstellung eines spröden Rohrs. Kaltziehen erhöht die Festigkeit und verbessert die Oberflächenbeschaffenheit; Das fertige Rohr wird geglüht, wenn es zu einem Rohrboden gebogen oder aufgeweitet werden muss.
Das Schweißen erfolgt im WIG- oder MIG-Verfahren mit einem passenden Aluminium-Bronze-Füllstoff; Für dünne Abschnitte ist kein Vorwärmen erforderlich, und die Verbindung sollte anschließend von Kupferrückständen gereinigt werden, da Restfilme die Korrosion fördern. Die Bearbeitung erfordert scharfe Werkzeuge mit positivem Spanwinkel, hohe Vorschübe und keine Verweilzeit, da die Legierung leicht aushärtet. Vor dem Versand wird das Rohr durch chemische Analyse, Zug- und Härteprüfung, Maß- und Oberflächeninspektion, hydrostatischen Drucktest und Wirbelstromprüfung überprüft und die Wärmebehandlungsaufzeichnung überprüft, da die Korrosionsleistung ebenso stark davon abhängt wie von der Zusammensetzung.
FAQ
F: Wie hoch ist der Aluminiumgehalt von C61300?
Der für diese Sorte angegebene Aluminiumbereich beträgt 6,0–7,5 %, unterstützt durch einen Eisenzusatz von 2,0–3,0 %; Der Kupfergehalt ist das Gleichgewicht der Zusammensetzung.
F: Wie unterscheidet sich C61300 von C60800 und C61400?
C60800 ist eine Bronze mit niedrigem Aluminiumgehalt mit etwa 5 % Aluminium und einem Arsenzusatz, C61300 und C61400 enthalten beide etwa 7 % Aluminium und unterscheiden sich hauptsächlich in ihren Eisen- und Restelementgrenzen.
F: Können C61300-Röhren in stehendem Meerwasser verwendet werden?
Nein, die Legierung ist auf eine kontinuierliche Wasserbewegung angewiesen, um ihren Schutzfilm aufrechtzuerhalten. Stehendes oder schlecht belüftetes Meerwasser führt zu Lochfraß und Spaltbefall, daher wird dort ein Kupfer--Nickelgehalt bevorzugt.
F: Warum ist die Wärmebehandlung von Aluminiumbronze so wichtig?
Die zurückgehaltene Beta-Phase macht das Material spröde und anfällig für selektive Phasenangriffe im Betrieb, daher müssen die Schlussglühung und die Abkühlgeschwindigkeit kontrolliert und aufgezeichnet werden.
F: Welcher Füllstoff wird zum Schweißen von C61300 verwendet?
Bei WIG- oder MIG-Verfahren wird ein passender Aluminiumbronze-Füllstoff verwendet und die Verbindung anschließend gereinigt, um Kupferrückstände zu entfernen, die andernfalls Korrosion auslösen würden.
F: Ist C61300 magnetisch?
Nein, die Legierung ist nicht-magnetisch, was neben ihrer Festigkeit und Verschleißfestigkeit einer der Gründe dafür ist, dass sie in Schiffs- und Elektrogeräten verwendet wird.
