Blei und Bleilegierungen: Metallkunde und Technologie

529 Pages·1962·21.537 MB·German

by  Dr.-Ing. habil. Wilhelm Hofmann (auth.)

Blei und Bleilegierungen
Reine und ang ewandte Metallkunde in Einzeldarstellungen
Herausgegeben von W. Köster
6
Blei
und Bleilegierungen
Metallkunde und Technologie
Von
Dr.-Ing. habil. Wilhelm Hofmann
o. Professor, Direktor des Instituts für Werkstoffkunde,
Herstellungsverfahren und Schweißtechnik und des
Wöhler-Instituts für Festigkeits- und Schwingungsuntersuchungen der
Technischen Hochschule Braunschweig
Zweite verbesserte Auflage
Mit 396 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1962
ISBN 978-3-642-49119-1 ISBN 978-3-642-85809-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-85809-3
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© by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1962
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag OHG_, Berlin/Göttingen/Heiclelberg 1962
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1962
Library of Congress Catalog Card Kumber 62 -14 306
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der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von
jedermann benutzt werden dürften
Vorwort zur zweiten Auflage
Die Neubearbeit.ung des Buches set.zt.e die Wiederaufnahme der Blei
forschung in Deut.schland nach dem letzt.en verlorenen Krieg voraus.
Nach meinem Weggang von der Technischen Hochschule Breslau und
der Auflösung der von Prof. H. HANE:,\'[ANN (t) begründeten Bleifor
schungsstelle in Berlin fand ich Ende 1945 an der Technischen Hoch
schule Carolo Wilhelmina zu Braunschweig eine neue Wirkungsstätte.
Zunächst waren es die Hüttenwerke, die uns Anregungen und Mittel
gaben, die zerrissenen Fäden der Bleiforschung im Rahmen der allge
meinen Forschungsaufgaben des Instituts für Werkstoffkunde, Her
stellungsverfahren und Schweißtechnik neu zu knüpfen. Daher gilt mein
erster Dank dem "Hüttenausschuß Blei" der Gesellschaft Deutscher
Metallhütten- und Bergleute und seinem langjährigen Leiter, Herrn
Hüttendirektor Dr.-Ing. J. FEISER in Oker. Weiter danke ich für die
Förderung unserer Forschungsarbeiten dem Stifterverband Nichteisen
Metalle, dem ForschungHbeirat der Deutschen Gesellschaft für Metall
kunde, der Deutschen Forschungsgemeinschaft, dem Bundesministerium
für Atomkernenergie und Wasserwirtschaft und dem Wirtschafts
ministerium des Landes Niedersachsen.
Die Schwierigkeit der Abfassung eines gleichzeitig metallkundlieh
und technologisch ausgerichteten Buches über Blei besteht darin, daß
die Technologie des Bleies sich aus einer Reihe getrennter Gebiete, wie
z. B. Kabeltechnik, Bleihalbzeugfert.igung, Druckereiwesen, Akkumula
torentechnik, zusammensetzt. Die Übertragung jedes dieser Gebiete an
einen besonderen Bearbeiter wäre wohl, wie in dem Vorwort zur ersten Auf
lage bemerkt, für ein Handbuch angebracht, würde dagegen die Einheit
lichkeit eines Buches der vorliegenden Schriftenreihe stören. Vor allem
hätte sich die metallkundliehe Durchdringung der Technologie, wie sie
hier versucht wurde, schwer erreichen lassen. Daher mußte ich mich,
wie bei der ersten Auflage, auf die kritische Stellungnahme von :Fach
leuten zu den einzelnen technologischen Abschnitten des Manuskriptes
beschränken. Durch die Kritik wie durch die jahrelange Fühlungnahme
mit den Blei verarbeitenden Industrien erhielt ich wertvolle Anregungen.
Aus diesem Kreis seien folgende Persönlichkeiten und Firmen
dankend erwähnt:
Dr. E. HOEHNE, Akkumulatorenwerk Hoppecke, Hoppeeke (Westf.)
Bleiwerk Goslar GmbH., Goslar
VI Vorwort zur zweiten Auflage
FeIten & Guilleaume Carlswerk AG., Köln-Mülheim
Dr.-Ing. J. KOHLMEYER, Braunschweiger Hüttenwerk GmbH.
Fried. Krupp, Maschinen- u. Stahlbau, Rheinhausen
Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG., Werk Augsburg (Blei im
graphischen Gewerbe)
Metallgesellschaft AG., FrankfurtJMain
Aug. Schnakenberg & Co. GmbH., Wuppertal-Barmen
Obering. Dipl.-Ing. A. LOEscHMANN in den Siemens-Schuckert
Werken AG., Kabelwerk Berlin-Siemensstadt
W. STOCKMEYER (t), Minden i. W.
Die Neubearbeitung des Abschnittes Korrosion konnte ich in die
Hände meines damaligen Assistenten, Herrn Dr.-Ing. J. MAATSCH,
nunmehr Fried. Krupp, Essen, legen, dem ich auch manche anregende
Diskussion verdanke. Das Kapitel Bleilagermetalle wurde völlig neu
gefaßt. Dabei stützte ich mich vor allem auf die Erkenntnisse von Herrn
Dr. M. PEKRUN, die in seiner Braunschweiger Dr.-Ing.-Dissertation (1959)
niedergelegt sind. Dr. PEKRUN hat die Bedeutung der hydrodynamischen
Schmierung bei Festkörperberührung im Lager durch Versuche und
Berechnungen besonders herausgearbeitet.
Wesentlich unterstützt haben mich Fachkollegen des In- und Aus
landes mit ihrer kritischen Durchsicht von Teilen des Manuskriptes und
der Überlassung von sonst schwer zugänglichen Unterlagen. An erster
Stelle gilt mein Dank den Herren Dr. J. FEISER, Oker, Prof. Dr. P. HAASEN)
Göttingen, Dozent Dr. TH. LEHMANN, Hannover, Prof. Dr. W. KösTER,
Stuttgart, dem Herausgeber der Schriftenreihe, Prof. Dr. J. FRÄNZ,
Braunschweig, Prof. Dr. G. VOGELPOHL, Göttingen. Weiter danke ich den
Herren Prof. Dr. H. BORCHERS, München, Prof. Dr. W. KocH, Mannheim,
Prof. Dr. A. SEEGER, Stuttgart, R. DAVEY M. Sc., Avonmouth (Eng
land), Prof. Dr. F. V. LENEL, Troy, N. Y., Dr. K. M. WEIGERT, Philips
burg, Pa., Dr.-Ing. W. W. KRYSKO, Sydney, Australien, dem Institut
der British Non Ferreous Metals Research Association, London, der Lead
Industries Association, New York, und dem Hüttenwerk Port Pirie der
Broken Hill Ass. Smelters Ply. Ltd., Port Pirie (Südaustralien).
Bei der Auswertung des Schrifttums, der Anfertigung der Zeichnun
gen, der Zusammenstellung und Korrektur der Abbildungen und des
Textes durfte ich mich der tatkräftigen Hilfe mehrerer Assistenten und
wissenschaftlicher Mitarbeiter des Instituts erfreuen. In erster Linie
danke ich den Herren Dipl-Ing. H. v. MALOTKI, Dipl.-Ing. G. HILLMANN,
Dr.-Ing. H. J. SCHNEIDER, Frau Dipl.-Chem. HILDEGARD OEHMKE,
Fräulein Dr. phil. MARGARETE BLUTH und Frau IRMGARD Fuss. Es
ist nicht möglich, alle stillen Helfer in Hochschulbibliothek, Labora
torium, Werkstatt und Büro einzeln zu erwähnen. Allen genannten und
Vorwort zur zweiten Auflage VII
vielen nicht genannten Persönlichkeiten danke ich für ihre Beiträge zum
Zustandekommen des Werkes.
Die Weltliteratur auf dem Gebiet der Metallkunde im allgemeinen
und des Bleies im besonderen hat gegenüber der Zeit der ersten Auflage
einen starken Zuwachs erfahren, so daß es nicht möglich war, sämtliche
bestehenden Veröffentlichungen zu berücksichtigen. Ich habe mich
bemüht, neben grundsätzlichen Arbeiten die für die technische Be
deutung des Bleies wichtigsten Mitteilungen auszuwerten. Dabei boten
mir die Metallurgical Abstracts des Journal of the Institute of Metals,
London, eine wesentliche Hilfe. Wie schon bei der ersten Auflage des
Buches bin ich endlich dem Verlag für sein verständnisvolles Eingehen
auf meine Wünsche zu Dank verpflichtet. Meiner Frau, Studienassessorin
AURELIE HOFMANN, danke ich für die Durchsicht des Textes.
Braunschweig, im November 1961
Wilhelm Hofmann
Inhaltsverzeichnis
A. Allgemeines
Seite
I. Geschichte. Geochemie. Produktion 1
H. Hüttenmännische Gewinnung 5
Bleisorten . . . . . . . . . . 5
IH. Physikalische Eigenschaften. 7
1. Atomgewicht . . . . . . . . 7
2. Kristallstruktur, Dichte, thermische Ausdehnung 10
3. Elastische Eigenschaften . . . . . . . . . . . 12
4. Schmelzpunkt, Siedepunkt, Dampfdruck . . . . 13
5. Spezifische Wärme, Schmeb:- und Verdampfungswärme, Selbst-
diffusion ....................... . 14
6. Oberflächenspannung, Korngrenzenenergie und innere Reibung 16
7. Wärme- und elektrische Leitfähigkeit, Wärmeübergang 18
8. Magnetische, akustische und optische Eigenschaften 19
9. Verwendung von Blei als Strahlenschutz 19
ß. Blei und ßleilegierungen
I. Herstellung von Bleischliffen für die Gefügeuntersuchung 23
H. Zweistofflegierungen. . . . . . . . . . . . . . 27
1. Allgemeiner Überblick. Kristallisationserseheinungen 27
2. Blei-Aluminium . . . . . . . . . . . . . 29
3. Blei-Antimon . . . . . . . . . . . . . . . . 30
a) Herstellung und Aufbau der Legierungen 31
b) Gießeigenschaften. Physikalische Eigenschaften 34
c) Mechanische Eigenschaften. . . . . . . . . 37
d) Aushärtung .. . . . . . . . . . . . . . 40
<X) Abhängigkeit von Antimongehalt und Beimengungen t:l. 40. -
ß) Vorbehandlung. Aushärtung bei erhöhter Temperatur S. 43.
y) Wirkung einer Verformung auf die Aushärtung S.45.-
15) Nachtrag S. 47.
4. Blei-Arsen 49
5. Blei-Barium . 51
6. Blei-Chrom . 53
7. Blei-Eisen 53
8. Blei-Gallium 55
9. Blei-Gold . . 55
10. Blei-Indium . 55
11. Blei-Kadmium 57
12. Blei-Kalium. . 60
13. Blei-Kalzium . 60
a) Aufbau und allgemeine Eigenschaften der Legierungen 60
b) Mechanische Eigenschaften und Aushärtung . . . . . 63
I nhaltsyerzeiehnis IX
Seite
14. Blei-Kobalt . 67
15. Blei-Kupfer . 67
16. Blei-Lithium 69
17. Blei-Magnesium 71
18. Blei-Mangan 75
19. Blei-Natrium . 75
20. Blei-Nickel . . 77
21. Blei-Quecksilber 78
22. Blei-Sauerstoff . 80
23. Blei-Schwefel 84
24. Blei-Selen. . 84
25. Blei-Silber 85
26. Blei-Sili7.ium 87
27. Blei-Strontium 87
28. Blei-Tellur. . 88
29. Blei-Thallium 92
30. Blei-Titan 93
:H. Blei-Uran . . 93
32. Blei -Wasserstoff 93
:33. Blei-Wismut 94
:34. Blei-Zink . . . 99
35. Blei-Zinn . . . 101
a) Aufbau der Legierungen 103
b) Technologische Eigenschaften 104
llL Dreistofflegierungen . . . 107
1. Blei-Aluminium-Magnesium 107
2. Blei-Aluminium-Kupfer. 108
3. Blei-Aluminium-Silber 109
4. Blei-Aluminium-Zinn . . 111
5. Blei-Antimon-Arsen 111
fi. Blei-Antimon-Kadmium 114
7. Blei-Antimon-Kupfer. . 116
8. Blei-Antimon-Magnesium 118
9. Blei-Antimon-Silber 119
10. Blei-Antimon-Wismut. 120
11. Blei-Antimon-Zink .. 121
12. Blei-Antimon-Zinn . . 123
a) Aufbau der Legierungen 123
b) Härte und :Festigkeit 127
c) Druck- und Stauchversuche 129
13. Blei-Arsen-Eisen, Blei-Arsen-Kupfer. Blei-Arsen-Nickel 131
14. Blei-Barium-Kalzium. . . 133
1i5. Blei-Indium-Zinn 134
16. Blei-Kadmium-Magnesium. 136
17. Blei-Kadmium-Thallium 136
18. Blei-Kadmium-Wismut 137
19. Blei-Kadmium-Zink . 139
20. Blei-Kadmium-Zinn . 140
21. Blei-Kalzium-Natrium 142
22. Blei-Kupfer-~ickel . . 143
23. Blei-Kupfer-Sauerstofl 143
24. Blei-Kupfer-Schll'cfcl 147
x
Inhaltsverzeichnis
Seite
25. Blei-Kupfer-Silber 148
26. Blei-Kupfer-Tellur 149
27. Blei-Kupfer-Zink 150
28. Blei-Kupfer-Zinn 152
29. Blei-Magnesium-Zinn 153
30. Blei-Natrium-Quecksilber 154
31. Blei-Natrium-Zinn . 155
32. Blei-Schwefel-Silber. 156
33. Blei-Schwefel-Zinn 157
34. Blei-Silber-Zink . 158
35. Blei-Silber-Zinn . 162
36. Blei-Wismut-Zink 164
37. Blei-Wismut-Zinn 166
38. Blei-Zink-Zinn. . 168
39. Schlußbemerkung 169
IV. Besondere Eigenschaften des Bleies und seiner Legierungen 170
1. Reckung und Rekristallisation . . . . . . . 170
a) Allgemeines über die Verformung von Blei 170
b) Texturen . . . . . . . . . . . . . . . 175
c) Allgemeines über die Erholung und Rekristallisation von Blei 176
d) Beobachtungen über die Verfestigung und Entfestigung. . . 180
e) Die Rekristallisationsschwelle. Rekristallisationsverzögernde Bei
mengungen . . . . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
f) Zeitlicher Verlauf des Kornwachstums. Rekristallisationsschau-
bilder, Grobkornbildung . . . . . . . . 185
2. Mechanische Eigenschaften (im Kurzversuch) . 188
a) Meßwerte aus dem Zugversuch 188
b) Typen von Zerreißdiagrammen .. . . . 192
c) Die Härte. . . . . . . . . . . . . . . 193
(X) Brinellhärte S. 193. - ß) Zusammenhang zwischen Härte und
Zugfestigkeit S. 195. - y) Kegeldruckhärte S. 195. - 6) Fall-
härte S. 195
d) Druck-, Stauch-und Kerbschlagversuche 196
3. Dauerstand-bzw. Kriechfestigkeit 197
a) Grundlegende Erscheinungen 197
b) Zeitgesetze des übergangskriechens 198
c) Vorgänge beim stationären Kriechen 199
d) Temperatur- und Spannungsabhängigkeit des stationären Krie-
chens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
e) Tertiäres Stadium des Kriechens und damit verbundene Versprö
dungserscheinungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
f) Durchführung und Auswertung von Kriechversuchen . . . . . . 208
g) Wirkung einer Vorverformung (prestrain) auf die Kriechgeschwin
digkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
h) Kriechen unter mehrachsigem Zug und Druck und unter Biege-
beanspruchung ........ 213
i) Versuche an Einkristallen. . . . 216
j) Gibt es eine wahre Kriechgrenze? 218
k) Zeitstandfestigkeit . . . . . . . 218
1) Dynamische Kriechfestigkeit 220
m) Legierungsaufbau und Kriechfestigkeit 222