металлический сплав

Формула изобретения

1. Медно-никелевый металлический сплав, в котором основные компоненты образованы медью и никелем, отличающийся тем, что сплав

содержит следующие компоненты, мас.%:

медь	от 40 до 61
никель	от 35 до 45
марганец	от 3,9 до 10
железо	от 0,1 до 5

элементы из группы: углерод, кремний, алюминий, магний, титан, хром, РЗМ, молибден, иттрий в сумме не более 2%.

2. Металлический сплав по п.1, содержащий, мас.%:

медь	от 46 до 59
никель	от 37 до 42
марганец	от 3,9 до 10
железо	от 0,2 до 5,

при этом содержание одного или нескольких элементов из группы: углерод, кремний, алюминий, магний, титан, хром, РЗМ, молибден, иттрий составляет не более 2.

3. Металлический сплав по п.1, содержащий, мас.%:

медь	55,03
никель	39,66
марганец	4,64
железо	0,46

при этом содержание одного или нескольких элементов из группы: углерод, кремний, алюминий, магний, титан, хром, РЗМ, молибден, иттрий составляет не более 0,21%.

4. Металлический сплав по п.3, содержащий, мас.%:

углерод	0,05
кремний	0,06
алюминий	0,02
магний	0,03
титан	0,01
хром	0,02,

при этом содержание одного или нескольких элементов из группы: РЗМ, молибден, иттрий составляет не более 0,02%.

5. Металлический сплав по п.1, содержащий, мас.%:

медь	52,87
никель	39,16
марганец	3,98
железо	3,75

при этом содержание одного или нескольких элементов из группы: углерод, кремний, алюминий, магний, титан, хром, РЗМ, молибден, иттрий составляет не более 0,24%.

6. Металлический сплав по п.5, содержащий, мас.%:

углерод	0,05
кремний	0,09
алюминий	0,03
магний	0,03
титан	0,01
хром	0,02

при этом содержание одного или нескольких элементов из группы: РЗМ, молибден, иттрий составляет не более 0,02%.

Описание изобретения к патенту

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка в соответствии с § 119 35 U.S.C. испрашивает приоритет австрийских заявок: А 733/2007, поданной 10 мая 2007 года, и А 2091/2007, поданной 20 декабря 2007 года; предыдущие заявки включены в настоящую заявку в полном объеме посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к металлическому сплаву, который по существу состоит из меди, никеля, марганца и железа. Основными компонентами сплава являются медь и никель.

Известные сплавы указанного типа имеют множество свойств, благодаря которым они могут использоваться во многих технических областях и в различных целях. Из-за своего сопротивления коррозии, своей механической прочности и пластичности они могут использоваться, в частности, в таких отраслях химической промышленности, как нефтедобывающая промышленность, химическая технология и химическое машиностроение, а также технология опреснения воды. Они могут также использоваться для изготовления пучковой арматуры, для производства оправ для очков и во многих других областях техники, например, для электротехнических целей. Кроме того, указанные известные сплавы могут использоваться для покрытий. Они могут также использоваться в качестве присадочных металлов для сварки.

Указанные известные сплавы производят в форме отливок, порошков, пластин, листов, полос, фольги, прутков, труб и проволоки, которые служат исходными продуктами для производства многих компонентов.

С целью удовлетворения эксплуатационным требованиям указанные металлические сплавы должны обладать хорошими технологическими свойствами, то есть они должны обеспечивать качественное литье, а также холодную и горячую штамповку, должны также допускать качественную сварку и пайку или высокотемпературную пайку, должны позволять хорошую механическую обработку, шлифование и полировку, а также допускать нанесение гальваническим способом.

Всем перечисленным требованиям удовлетворяет, например, сплав NiCu30Fe № 2.4360 в соответствии с DIN 17743. Указанный известный сплав включает следующие компоненты в пропорциях, приведенных ниже (в % по массе и/или % по весу):

никель, по крайней мере, 63%

медь от 28% до 34%

железо от 1% до 2,5%

марганец, не более 2%

другие материалы, не более 1%

Одна из причин хороших свойств материалов, описанных выше, состоит в том, что индивидуальные компоненты сплава полностью растворимы друг в друге, благодаря чему они формируют замкнутый ряд твердых растворов без областей несмешиваемости, в результате чего сплав является полностью гомогенным в своей массе.

Металлический сплав предшествующего уровня техники и подобные последующие медно-никелевые сплавы содержат очень высокие количества никеля, что необходимо учитывать, так как цена никеля на мировом рынке во много раз превышает цену меди, по причине чего указанные известные сплавы являются очень дорогими. Аналогичные известные медно-никелевые сплавы с низким содержанием никеля и лишь малыми добавками других легирующих компонентов, в свою очередь, имеют более низкие характеристики, например, в отношении механической прочности и пластичности или относительно их коррозионной устойчивости в агрессивных средах.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения соответственно является обеспечение металлического сплава, который преодолевает вышеупомянутые недостатки известных до настоящего времени устройств и способов указанного общего типа и который обладает теми же выгодными свойствами, как и сплавы предшествующего уровня техники, в частности сплав NiCu30Fe, но который при этом содержит значительно уменьшенные количества никеля по сравнению с последним, благодаря чему является значительно менее дорогим, чем известный сплав.

В связи с изложенными выше и другими поставленными целями в соответствии с настоящим изобретением обеспечивается медно-никелевый металлический сплав, который, прежде всего, состоит из меди, никеля, марганца и железа. Основными компонентами являются медь и никель. Содержание марганца и железа существенно выше, чем в обычных сплавах предшествующего уровня техники. Новый сплав в соответствии с настоящим изобретением включает следующие компоненты в следующих количествах (в % по массе и/или % по весу):

медь	от 40% до 61%
никель	от 35% до 45%
марганец	от 3,9% до 10%
железо	от 0,1% до 5%
другие материалы (например, углерод, кремний, алюминий, магний, титан, хром, редкоземельные элементы, молибден, иттрий)	не более 2% всего

при этом сумма индивидуальных компонентов составляет 100% по массе или 100% по весу.

Благодаря намного более низкому количеству никеля указанный сплав значительно менее дорог по сравнению с известными медно-никелевыми сплавами, при этом его свойства ни сколько не хуже, чем свойства известных сплавов. Из-за намного более высокого содержания марганца по сравнению с предшествующим уровнем техники указанный сплав также показывает чрезвычайно высокую теплостойкость, которая необходима во многих областях применения.

Указанный сплав предпочтительно включает следующие компоненты (в % по массе и/или % по весу):

медь	от 46% до 59%
никель	от 37% до 42%
марганец	от 3,8% до 7%
железо	от 0,2% до 5%
другие материалы	не более 2% всего

при этом сумма выбранных компонентов составляет 100% по массе или 100% по весу.

Конкретный предпочтительный сплав включает следующие компоненты в следующих соотношениях (в % по массе или вес.%):

медь	55,03%
никель	39,66%
марганец	4,64%
железо	0,46%
углерод	0,05%
кремний	0,06%
алюминий	0,02%
магний	0,03%
титан	0,01%
хром	0,02%
другие материалы	0,02%

Следующий предпочтительный сплав включает следующие компоненты в следующих соотношениях (в % по массе и/или % по весу):

медь	52,87%
никель	39,16%
марганец	3,98%
железо	3,75%
углерод	0,05%
кремний	0,09%
алюминий	0,03%
магний	0,03%
титан	0,01%
хром	0,02%
другие материалы	0,01%

Другие признаки, которые рассматриваются в качестве отличительных признаков настоящего изобретения, изложены в прилагаемой формуле изобретения.

Хотя изобретение, описанное здесь, осуществлено в конкретном металлическом сплаве, оно, тем не менее, не должно быть ограничено приведенными деталями, так как в нем могут быть сделаны различные модификации и структурные изменения, без отступления от сущности изобретения и в пределах объема и серии эквивалентов заявленного.

Толкование и способ реализации изобретения, таким образом, вместе с их дополнительными целями и преимуществами будут лучше всего поняты из следующего описания четырех сплавов, представляющих конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1

В данном примере сплав включает следующие компоненты в следующих соотношениях (в % по массе и/или % по весу):

медь	от 40% до 61%
никель	от 35% до 45%
марганец	от 3,9% до 10%
железо	от 0,1% до 5%
другие материалы, такие как углерод, кремний, алюминий, магний, титан, хром, редкоземельные элементы, молибден, иттрий	не более 2 % всего

при этом сумма выбранных компонентов составляет 100% по массе или 100% по весу.

Пример 2

В данном примере сплав включает следующие компоненты в следующих соотношениях (в % по массе и/или % по весу):

медь	от 46% до 59%
никель	от 37% до 42%
марганец	от 3,8% до 7%
железо	от 0,2% до 5%
другие материалы, такие как углерод, кремний, алюминий, магний, титан, хром, редкоземельные элементы, молибден, иттрий	не более 2 % всего

при этом сумма выбранных компонентов составляет 100% по массе или 100% по весу.

Пример 3

В данном примере сплав включает следующие компоненты в следующих соотношениях (в % по массе и/или % по весу):

медь	55,03%
никель	39,66%
марганец	4,64%
железо	0,46%
углерод	0,05%
кремний	0,06%
алюминий	0,02%
магний	0,03%
титан	0,01%
хром	0,02%
другие материалы	0,02%

Пример 4

В данном примере сплав включает следующие компоненты в следующих соотношениях (в % по массе и/или % по весу):

медь	52,87%
никель	39,16%
марганец	3,98%
железо	3,75%
углерод	0,05%
кремний	0,09%
алюминий	0,03%
магний	0,03%
титан	0,01%
хром	0,02%
другие материалы	0,01%

Все указанные сплавы содержат относительно высокое количество меди и относительно низкое количество никеля, в результате чего они являются относительно более дешевыми по сравнению с известными медно-никелевыми сплавами из-за значительного различия в цене никеля и меди. Совершенно независимо от этого, указанные сплавы весьма стойки к коррозии, обладают высокой прочностью и могут быть очень хорошо обработаны благодаря своей высокогомогенной структуре, что позволяет использовать их в большом разнообразии областей.

Например, по сравнению с NiCu30Fe сплав по примеру 3 и сплав по примеру 4 имеют, в тех же условиях обработки при прокатке, волочении, промежуточном отжиге и конечном отжиге весьма схожие механические показатели по круглым и плоским изделиям, что оказывает крайне благоприятные эффекты на их технологические характеристики: в таблице ниже сравниваются пределы прочности на разрыв Rm (в Н/мм ²) и удлинение при разрыве A200 (в % от измеренной длины 200 мм) сплава по примеру 3, сплава по примеру 4 и известного сплава NiCu30Fe, при этом каждый материал тестируют в форме круглой проволоки диаметром 1,80 мм и плоской проволоки 12,7×0,38 мм, и та, и другая мягкоотожженные.

	Круглая проволока	Плоская проволока
	Rm (Н/мм 2)	A200 (%)	Rm (Н/мм2 )	A200 (%)
Сплав по примеру 3	561	34	533	29
Сплав по примеру 4	576	33	547	28
Сплав NiCu30Fe	547	34	525	29

Механические показатели всех трех сравниваемых сплавов следует считать в пределах обычных опытных отклонений одинаковыми. Точно так же, например, стабильность относительно смягчения в процессе высокотемпературной пайки при температурах порядка 600°C и выше нужно считать одинаково хорошей, причем намного лучшей, чем в случае медно-никелевых сплавов без соответствующего высокого содержания марганца и железа.

Следующим примером относительно высоких характеристик сплавов по примеру 3 и по примеру 4 по сравнению со сплавами с более высоким содержанием никеля является относительно высокая коррозийная стойкость сплавов по примеру 3 и по примеру 4 по сравнению с NiCu30Fe. Результаты двух сравнительных коррозионных тестов приведены ниже:

a) Тест в 62%-ном CaCl ₂ при 120°C в течение 5 дней:

Потеря веса (г/м²·ч) в случае NiCu30Fe составила 0,010, в случае сплава по примеру 3 0,014, то есть коррозийная стойкость сплава по примеру 3 составляет приблизительно 71% от стойкости NiCu30Fe в указанных условиях, при этом содержание никеля составляет приблизительно 59% по сравнению с NiCu30Fe, и, как и в случае NiCu30Fe, также не наблюдалось каких-либо признаков опасной точечной коррозии.

b) Тест в растворе NaCl с концентрацией 27 г/л при 80°C, 6 бар H₂S, 6 бар CO₂ в течение 14 дней:

Потеря веса (г/м² ·ч) в случае NiCu30Fe составила 0,0186, в случае сплава по примеру 4 0,0100, то есть коррозийная стойкость сплава по примеру 4 составляет приблизительно 186% (коррозийная стойкость практически в два раза выше) от стойкости NiCu30Fe в указанных условиях, при этом содержание никеля составляет приблизительно 59% по сравнению с NiCu30Fe, и, так же как и в случае NiCu30Fe, не наблюдалось каких-либо признаков опасной точечной коррозии.