Kupfer-Mangan-Aluminium-Gusslegierung

Metallurgie

Kupfergusswerkstoff mit Gehalten von 8 bis 15 % Mangan und 7 bis 9 % Aluminium. Diese Legierung ist in DIN EN 1982 als CuMn11Al8Fe3Ni3-C für Sandguss (GS) genormt.

Werkstoffe dieser Art haben gute Beständigkeit gegen Meerwasser und Kavitation/Erosion. Sie werden für Schiffspropeller und Bauteile für Tragflügelboote sowie für Turbinenteile und für Gussteile in Kühlern und Wärmetauschern verwendet. Ein besonderes Anwendungsgebiet sind Schiffspropeller für Flüssiggastanker und Eisbrecher. Die Werkstoffzusammensetzung wird nach amerikanischer Norm ASTM B148 eingegrenzt:

11,0 bis 14,0 % Mn; 7,0 bis 8,5 % Al; 2,0 bis 4,0 % Fe; 1,0 bis 3,0 % Ni Rest Cu (71 %),

Diese in DIN EN 1982 nicht genormte Legierung G-CuMn12Al8 erstarrt unter Ausscheidung von β-Mischkristallen, die sich bei weiterer Abkühlung zum Teil in α-Mischkristalle umwandeln, so dass dann ein (α + β)-Mischkristallgefüge mit eingelagerten intermetallischen Eisen-Mangan- und nickelreichen Verbindungen vorliegt. Das Aluminium in den Cu-Al-Mischkristallen erhöht die Festigkeit, und auch das Mangan wirkt festigkeitssteigernd, während das Eisen hauptsächlich zur Kornfeinung und das Nickel zur Optimierung der Korrosionsbeständigkeit dienen.

Das Gefüge der Legierung mit 12 % Mn hat im Gusszustand eine feinmartensitische Struktur (Bild  1) und unterscheidet sich darin von der Legierung G-CuAl8Mn mit nur halb so hohem Mangangehalt (Kupfer-Aluminium-Gusslegierung). Ein weiterer Unterschied besteht im hohen Anteil an β-Mischkristallen in der hochmanganhaltigen Legierung. Dieser Anteil der dunkleren β-Phase nimmt mit fallendem Mangangehalt ab, und in der niedrigmanganhaltigen Legierung CuAl8Mn zerfällt der β-Mischkristall und erzeugt χ-Phasen wie in nickelhaltigen Kupfer-Aluminium-Legierungen. Die propellerförmigen Einschlüsse (Bild  1) sind eine eisenreiche Phase, die im niedriglegierten Werkstoff nicht auftritt.

Wärmebehandlungen sind bei der hochmanganhaltigen Legierung im allgemeinen nicht üblich. Wenn es sich aber um Gussstücke handelt, bei denen ein Spannungsabbau vorteilhaft wäre, dürfte ein Spannungsarmglühen bei 565 °C mit Luft- oder Ofenabkühlung zweckmäßig sein (Bild 2).

Dieser Gusswerkstoff liegt in seiner Zusammensetzung in Nähe der Heuslerschen Legierungen des Typs Cu-Mn-Al, die allerdings keine technische Bedeutung erlangt haben.

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