DE1294027B

DE1294027B - Use of a brass alloy for permanent mold casting

Info

Publication number: DE1294027B
Application number: DEI24203A
Authority: DE
Inventors: Badia Frank Arthur
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1962-08-09
Filing date: 1963-08-07
Publication date: 1969-04-30
Also published as: US3132939A; GB1033296A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer für den Dauerformguß geeigneten Messing-Legierung. Solche Legierungen, die entweder für Druck- oder Kokillenguß geeignet sein sollen, müssen dem jeweiligen Gießverfahren hinsichtlich ihrer Viskosität, Vergießbarkeit und Schwindung angepaßt sein. Die Legierung soll zudem gute mechanische Eigenschaften, beispielsweise eine gute Verformbarkeit und hohe Festigkeit aufweisen und eine Erstarrungstemperatur bzw. ein Erstarrungsintervall (Bereich zwischen Liquidus- und Solidustemperatur) besitzen, das auf das betreffende Gießverfahren abgestimmt ist.The invention relates to the use of a permanent mold casting suitable brass alloy. Such alloys that are used for either die or die casting should be suitable, must be suitable for the respective casting process in terms of their viscosity, Castability and shrinkage must be adapted. The alloy should also have good mechanical properties Properties, such as good deformability and high strength and a solidification temperature or a solidification interval (range between liquidus and solidus temperature) matched to the casting process in question is.

So treten beim Herstellen von Gußstücken aus Messing im Druckgußverfahren bei den für diesen Zweck gebräuchlichen Messinglegierungen insofern Schwierigkeiten auf, als hier hohe Gießtemperaturen erforderlich sind. Sie .liegen im allgemeinen bei etwa 925°C und darüber. Naturgemäß ist der schädliche Einfluß der schmelzflüssigen Legierung auf die Lebensdauer der Gießformen um so größer, je höher die Gießtemperatur ist. Versuche, die mit derartig hohen Gießtemperaturen verbundenen Schwierigkeiten durch Zulegieren von die Liquidustemperatur herabsetzenden Elementen zu beheben, haben bislang zu keinem Erfolg geführt, weil dabei stets andere wesentliche Materialeigenschaften, wie beispielsweise die Verformbarkeit der Legierung, nachteilig beeinflußt werden.So occur when making castings from brass in the die casting process with the brass alloys commonly used for this purpose, difficulties in this respect when high casting temperatures are required here. They generally lie at about 925 ° C and above. Naturally, the deleterious influence is the molten one The higher the casting temperature, the greater the alloy's lifetime of the casting molds is. Try to overcome the difficulties associated with such high casting temperatures remedied by adding elements that lower the liquidus temperature, have so far not led to success, because there are always other essential material properties, such as the ductility of the alloy, for example, can be adversely affected.

Nach der USA: Patentschrift 1736 654 sind zwar zum Löten von Gußeisen und -stahl, Eisen u. dgl. geeignete Messinglote aus 42 bis 600/0 Kupfer, 1 bis 10 0/0 Nickel und bis zu 3 0/0 Silizium, Rest Zink bekannt.According to the USA: Patent 1736 654 are for soldering cast iron and steel, iron and similar suitable brass solders made of 42 to 600/0 copper, 1 to 10 0/0 nickel and up to 3 0/0 silicon, the remainder zinc known.

Des weiteren ist, .in der deutschen Patentschrift 836 567 eine Glockengüßlegierung mit 0,1 bis 8 0/0 Silizium, mehr als 20 bis 45 0/0 Zink, gegebenenfalls 0,1 bis 5010 Nickel und/oder 0,1 bis 501, Kobalt, Rest Kupfer beschrieben.Furthermore, in the German patent 836 567, a bell-casting alloy with 0.1 to 8 0/0 silicon, more than 20 to 45 0/0 zinc, optionally 0.1 to 5010 nickel and / or 0.1 to 501, Cobalt, the remainder copper.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1120151 ist ferner eine feste, gut gießbare Neusilber-Legierung mit 0,01 bis 5 0/0 Silizium, über 10 bis 30 0/0 Nickel, 45 bis 70 0/0 Kupfer, 0,3 bis 5 0/0 Mangan oder 0,1 bis 50/0 Aluminium sowie gegebenenfalls 0,5 bis 501, Blei, Zinn oder Kadmium, Rest mindestens 100/0 Zink bekannt, deren Nickelgehalt teilweise durch 0,1 bis 5010 Kobalt ersetzt werden kann und die ::bei hoher Häti@und Festigkeit in besonderem Maße zum Herstellen von Bestecken und Gebrauchsgegenständen geeignet ist.From the German Auslegeschrift 1120151 there is also a solid, easily castable nickel silver alloy with 0.01 to 5% silicon, over 10 to 30% nickel, 45 to 70% copper, 0.3 to 5% 0 manganese or 0.1 to 50/0 aluminum and optionally 0.5 to 501, lead, tin or cadmium, the remainder at least 100/0 zinc known, the nickel content of which can be partially replaced by 0.1 to 5010 cobalt and the: is particularly suitable for the production of cutlery and utensils with high hat and strength.

Schließlich ist f -es .nach .der USA: Patentschrift 1907 219 bekannt, Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen mit 49,5 bis 55,5°°/0 Kupfer, 1,0 bis 6,00/0 Nickel, 0,01 bis 10/0 Aluminium, 0,5 bis 2,50/0 Blei, 0,01 bis 1;5-0/ö Silizium, 0,01--bis 2,50/0 Mangan, Rest etwa 470/0 Zink, als Werkstoff für nach dem Dauerformgußverfahren heriuAcllende Gegenstände zu verwenden. Diese bekannten Legierungen besitzen jedoch eine im Hinblick auf die Haltbarkeit der Dauerformen unerwünscht hohe Schmelztemperatur von 927 bis 982°C sowie eine ebenso ungünstige Schmiedetemperatur von 704 bis 816°C. Unterhalb der Schmelztemperatur von 927 bis 982°C, d. h. in dem für die Haltbarkeit der Dauerformen günstigen Temperaturbereich um 850°C, befinden sich die bekannten Legierungen jedoch in einem für das Gießen, insbesondere für das Druckgießen völlig ungeeigneten teigigen Zustand.Finally, according to the USA: patent specification 1907 219 is known, Copper-nickel-zinc alloys with 49.5 to 55.5 °° / 0 copper, 1.0 to 6.00 / 0 nickel, 0.01 to 10/0 aluminum, 0.5 to 2.50 / 0 lead, 0.01 to 1; 5-0 / ö silicon, 0.01 to 2.50 / 0 manganese, the remainder about 470/0 zinc, as a material for after the permanent mold casting process Use appropriate objects. However, these known alloys have a melting temperature that is undesirably high with regard to the durability of the permanent molds from 927 to 982 ° C and an equally unfavorable forging temperature of 704 to 816 ° C. Below the melting temperature of 927 to 982 ° C, i.e. H. in which for durability the temperature range around 850 ° C, which is favorable for permanent molds, are the known ones Alloys, however, all in one for casting, especially for die casting unsuitable doughy condition.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ausgehend von den vorgenannten bekannten Legierungen, eine für den Dauerformguß geeignete Messinglegierung mit im Vergleich zu den bekannten Legierungen niedrigem Schmelzpunkt zu ermitteln. Erfindungsgemäß wird hierfür eine Messing-Legierung vorgeschlagen, bestehend aus 2 bis 3,750/, Silizium, 4 bis 110/0 Nickel und/oder Kobalt, wobei der Gehalt an Nickel und/oder Kobalt das 1,75- bis 3,5fache des Siliziumgehaltes beträgt, 32 bis 45 0/0 Zink, Rest, von Verunreinigungen abgesehen, mindestens 45 0/0 Kupfer, wobei die Gehalte an Zink, Silizium und Nickel entsprechend der Bedingung (0/0 Zn) + 10 (0/0 Si) - 1,5 (0/0 Ni) = 51 bis 66 eingestellt sind. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen haben im allgemeinen Liquidustemperaturen unter 875°C, beispielsweise 870°C oder weniger, und weisen eine gute Verformbarkeit und hohe Festigkeit auf.The object on which the invention is based now consists in proceeding of the aforementioned known alloys, one suitable for permanent mold casting Brass alloy with a low melting point compared to the known alloys to investigate. According to the invention, a brass alloy is proposed for this purpose, consisting of 2 to 3.750 /, silicon, 4 to 110/0 nickel and / or cobalt, whereby the nickel and / or cobalt content is 1.75 to 3.5 times the silicon content is 32 to 45 0/0 zinc, the remainder, apart from impurities, at least 45 0/0 copper, the contents of zinc, silicon and nickel according to the condition (0/0 Zn) + 10 (0/0 Si) - 1.5 (0/0 Ni) = 51 to 66 are set. According to the invention The alloys to be used generally have liquidus temperatures below 875 ° C, for example 870 ° C or less, and have good deformability and high Firmness on.

Obwohl die Legierungen Kobalt oder ein Gemisch von Kobalt und Nickel enthalten können, sind jedoch Legierungen zu bevorzugen, die nur Nickel enthalten, da Kobalt, obwohl es sich ähnlich wie Nickel verhält, die Legierung nicht so verformbar macht, wie Nickel das tut. Die nickelhaltigen erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen weisen im allgemeinen ein feines Hartgußgefüge auf, das durch eine zusammenhängende, aus einer ß-Messingphase bestehenden Grundmasse sowie durch eine Nickel und Silizium enthaltende, intermetallische Ausscheidungsphase kugelförmiger Gestalt gekennzeichnet ist. Wenn jedoch der Nickelgehalt der Legierung außerhalb der geforderten Gehaltsgrenzen liegt und die vorstehend genannten Beziehungen zwischen den Legierungsgehalten nicht eingehalten sind, dann zeigen die Legierungen ein Hartgußgefüge mit einer Versprödungsphase, die der spröden y-Messingphase ähnlich ist. Deshalb hat Nickel in den genannten Bereichen einen vorteilhaften Einfluß auf die Verformbarkeit der Legierungen.Although the alloys are cobalt or a mixture of cobalt and nickel may contain, but alloys containing only nickel are preferred, since cobalt, although behaving similarly to nickel, is not as malleable as the alloy does like nickel does. The nickel-containing alloys to be used according to the invention generally have a fine chilled cast iron structure, which is characterized by a coherent, a base material consisting of a ß-brass phase as well as a nickel and silicon containing, intermetallic precipitation phase characterized by spherical shape is. However, if the nickel content of the alloy is outside the required content limits and the above-mentioned relationships between the alloy contents do not are adhered to, the alloys show a chilled cast structure with an embrittlement phase, which is similar to the brittle y-brass phase. That is why nickel has been mentioned in the above Areas have a beneficial influence on the deformability of the alloys.

Silizium setzt den Schmelzpunkt der Messing-Legierungen herab, verhindert im wesentlichen die Verdampfung des Zinks und wirkt als Desoxydationsmittel. Wenn jedoch zu viel Silizium verwendet wird, dann nimmt die Verformbarkeit der Legierungen ab. Die Nickel- und Siliziumgehalte sind in der beschriebenen Weise aufeinander abzustimmen, weil jedes dieser Elemente den nachteiligen Einfluß des anderen aufhebt. So setzt Silizium den Schmelzpunkt der Legierung herab, der mit der Erhöhung des Nickelgehaltes ansteigt. Andererseits kompensiert Nickel die versprödende Wirkung von Silizium. Vorzugsweise liegt bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen der Nickelgehalt zwischen 5 und 9 0/0 und der Siliziumgehalt zwischen 2 und 3,5 0/0. Derartige Legierungen vereinigen besonders gute Eigenschaften hinsichtlich ihrer Liquidustemperatur und Verformbarkeit.Silicon lowers the melting point of the brass alloys, prevents essentially the evaporation of the zinc and acts as a deoxidizer. if however, if too much silicon is used, the deformability of the alloys decreases away. The nickel and silicon contents are superimposed in the manner described vote because each of these elements cancels the adverse influence of the other. For example, silicon lowers the melting point of the alloy, which increases with the increase in the Nickel content increases. On the other hand, nickel compensates for the embrittling effect of silicon. The alloys to be used according to the invention are preferred the nickel content between 5 and 9% and the silicon content between 2 and 3.5 0/0. Such alloys combine particularly good properties with regard to their liquidus temperature and deformability.

Auch das Zink beeinflußt die Verformbarkeit und die Liquidustemperatur der Legierungen. Zu hohe Zinkanteile verschlechtern die Verformbarkeit, während zu geringe Anteile an Zink zu einem übermäßigen Anstieg der Liquidustemperatur führen. Zweckmäßig bewegt sich deshalb der Zinkgehalt der Legierung im Bereich von 35 bis 43 0/0.The zinc also influences the deformability and the liquidus temperature of the alloys. Too high a zinc content worsens the deformability, while too low a proportion of zinc leads to an excessive increase in the liquidus temperature. The zinc content of the alloy is therefore expediently in the range from 35 to 43 0/0.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen sind im allgemeinen gut flüssig, selbst wenn sie im Dauerformguß bei Temperaturen von 843°C oder weniger vergossen werden. Sie äußern keine Anzeichen von Warmbrüchigkeit, auch wenn sie in der Kokille stauen. Die Legierungen sind ferner gegen Spannungsrißkorrosion beständig.The alloys to be used in the present invention are generally good liquid, even if they are in permanent mold casting at temperatures of 843 ° C or fewer to be shed. They show no signs of warm brittleness, even if they are accumulate in the mold. The alloys are also resistant to stress corrosion cracking.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen können als Begleiter auch noch Blei, Titan, Zirkonium, Aluminium und Eisen enthalten, diese Elemente einzeln oder zu mehreren bis 0,50/0 und ferner bis etwa 10/0 Zinn. Der Gesamtgehalt an diesen Begleitern soll jedoch unter 1,5°/0 liegen, so daß sie in der Legierung ihre Löslichkeitsgrenze im allgemeinen nicht erreichen. Wegen ihrer Eigenschaft, während des Vergießens zum Verschlacken zu neigen, soll insbesondere der Anteil an den leicht oxydierenden Elementen wie Titan und Aluminium jeweils unter 0,501, gehalten werden. Der Gehalt der Legierung an Zinn soll weniger als 10/0 betragen, weil Zinn dazu neigt, die Legierung in der Kokille warmrißanfällig zu machen. Andererseits stellt der Umstand, daß in den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen bis zu 0,5 0/0 Blei zugelassen werden können, einen sehr bedeutsamen Vorteil für die betriebliche Praxis dar, weil er es ermöglicht, beim Erschmelzen der Legierungen Schrott zu verwenden. Um die besten Eigenschaften der Legierungen zu erreichen, sollte der Anteil an jedem der vorstehend angeführten Begleitelemente zweckmäßig unter 0,251)/, gehalten werden. In der ZahlentafelI sind zur Erläuterung einige erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen zusammen.gestellt: Zahlentafel I Bedingungen gemäß Anspruch 1 Legierung °/° Kupfer °/° Zink °/° Nickel ° /° Silizium _Ni Si Gleichung* A Rest 35 4,5 2,47 1,82 52,95 B Rest 42 5 2,6 1,92 I 60,5 C Rest 38 7,53 3,74 2,01 64,1 D Rest 37 11 3,46 3,18 55,1 E Rest 43 8,4 2,80 3,00 58,4 F Rest 37 8,18 3,33 2,46 58,03 G Rest 39 5,56 2,09 2,66 51,56 * (°/° Zn) -E- 10 (°/° Si) -1,5 (°/° Ni) = 51 bis 66. Die Eigenschaften dieser Legierungen ergeben sich aus der Zahlentafel II. Zahlentafel II Legierung 0,2-Dehngrenze Zugfestigkeit Bruchdehnung* Brucheinschnürung Liquidustemperatur (kg/mm2) (kg/mm2) (°/°) (°/°) (° C) A 50,1 68,0 2,5 4 850 B 50,4 59,7 1,5 2 829 C 57,4 65,4 1 2,5 847 D 44,0 54,0 1 2,5 848 E 34,1 68,5 6,5 10 871 F 46,0 64,9 3,5 4 842 G 47,1 69,0 8 12 860 * Bezogen auf eine Meßlänge von 25,4 mm. Man sieht, daß jede der in Zahlentafel 1 genannten Legierungen eine Zugfestigkeit von mindestens 54,0 kg/mm2 und eine Bruchdehnung von mindestens 10/0 sowie eine Brucheinschnürung von mindestens 20/0 aufweist. Die Liquidustemperaturen der Legierungen betragen 871'C oder weniger. Das Erstarrungsintervall (liquidus-solidus) der Legierung G (860 bis 851'C) ist für Messing-Legierungen ungewöhnlich klein.The alloys to be used according to the invention can also contain lead, titanium, zirconium, aluminum and iron as companions, these elements individually or in groups of up to 0.50 / 0 and furthermore up to about 10/0 tin. The total content of these companions should, however, be below 1.5%, so that they generally do not reach their solubility limit in the alloy. Because of their tendency to slag during pouring, the proportion of easily oxidizing elements such as titanium and aluminum should be kept below 0.501 each. The tin content of the alloy should be less than 10/0, because tin tends to make the alloy prone to hot cracks in the mold. On the other hand, the fact that up to 0.5% lead can be permitted in the alloys to be used according to the invention represents a very significant advantage for operational practice because it enables scrap to be used when the alloys are melted. In order to achieve the best properties of the alloys, the proportion of each of the accompanying elements listed above should expediently be kept below 0.251) /,. Some alloys to be used according to the invention are listed in the number table I for explanation: Number table I Conditions according to claim 1 Alloy ° / ° copper ° / ° zinc ° / ° nickel ° / ° silicon _Ni Si equation * A remainder 35 4.5 2.47 1.82 52.95 B remainder 42 5 2.6 1.92 I 60.5 C remainder 38 7.53 3.74 2.01 64.1 D remainder 37 11 3.46 3.18 55.1 E remainder 43 8.4 2.80 3.00 58.4 F remainder 37 8.18 3.33 2.46 58.03 G remainder 39 5.56 2.09 2.66 51.56 * (° / ° Zn) -E- 10 (° / ° Si) -1.5 (° / ° Ni) = 51 to 66. The properties of these alloys are shown in Table II. Number table II Alloy 0.2 Yield Strength Tensile Strength Elongation at Break * Constriction at break Liquidus temperature (kg / mm2) (kg / mm2) (° / °) (° / °) (° C) A 50.1 68.0 2.5 4 850 B 50.4 59.7 1.5 2,829 C 57.4 65.4 1 2.5 847 D 44.0 54.0 1 2.5 848 E 34.1 68.5 6.5 10 871 F 46.0 64.9 3.5 4842 G 47.1 69.0 8 12 860 * Based on a measuring length of 25.4 mm. It can be seen that each of the alloys mentioned in Table 1 has a tensile strength of at least 54.0 kg / mm 2 and an elongation at break of at least 10/0 and a necking at break of at least 20/0. The liquidus temperatures of the alloys are 871 ° C or less. The solidification interval (liquidus-solidus) of alloy G (860 to 851'C) is unusually short for brass alloys.

Zum Vergleich wurden noch einige nicht zum Gegenstand der Erfindung zählende Legierungen hergestellt, die zeigen, wie wichtig das Einhalten sämtlicher der vorstehend erörterten Bedingungen ist. Der Aufbau der Vergleichslegierungen ist aus der Zahlentafel III zu erkennen: Zahlentafel III Bedingungen gemäß Anspruch 1 Legierung °/° Kupfer °/° Zink °/° Nickel °/° Silizium Ni Si Gleichung* Z Rest 40,9 0 3,03 0 71,2 Y Rest 45 4,58 0,3 15,3 41,13 X Rest 36 4,12 3,32 1,24 63,02 W Rest 47 6,51 2,74 2,38 64,63 T Rest 40 4,71 4,10 1,15 73,93 S Rest 40 8,35 4,11 2,03 68,57 R Rest 33 8,18 2,43 3,37 45,03 * (°/° Zn) + 10 (°/° Si) -1,5 (°/° Ni) = 51 bis 66. Jede der Vergleichslegierungen ist in mindestens einer Hinsicht nachteilig. Die Legierung Z war derart spröde, daß sie nach dem Erstarren in der Kokille zersprang. Die Legierung Y wies eine bei etwa 904°C liegende Liquidustemperatur auf, die für einen wirtschaftlichen Druckguß viel zu hoch ist. Die Legierung X hatte eine Bruchdehnung von nur 0,4°/o, so daß sie von ungenügender Verformbarkeit war. Die Legierungen T, S und W waren derart spröde, daß die aus ihnen hergestellten Gußstücke beim Fallenlassen zersprangen. Die Legierung R besaß eine unerwünschte hohe Liquidustemperatur von 914° C.By way of comparison, some alloys which are not part of the subject matter of the invention have been produced which show the importance of meeting all of the conditions discussed above. The structure of the comparison alloys can be seen from table III: Number table III Conditions according to claim 1 Alloy ° / ° copper ° / ° zinc ° / ° nickel ° / ° silicon Ni Si equation * Z remainder 40.9 0 3.03 0 71.2 Y remainder 45 4.58 0.3 15.3 41.13 X remainder 36 4.12 3.32 1.24 63.02 W remainder 47 6.51 2.74 2.38 64.63 T remainder 40 4.71 4.10 1.15 73.93 S remainder 40 8.35 4.11 2.03 68.57 R remainder 33 8.18 2.43 3.37 45.03 * (° / ° Zn) + 10 (° / ° Si) -1.5 (° / ° Ni) = 51 to 66. Each of the comparative alloys is disadvantageous in at least one respect. Alloy Z was so brittle that it cracked after solidification in the mold. Alloy Y had a liquidus temperature of around 904 ° C., which is far too high for economical die-casting. Alloy X had an elongation at break of only 0.4%, so that it was insufficiently deformable. The alloys T, S and W were so brittle that the castings made from them shattered when dropped. Alloy R had an undesirably high liquidus temperature of 914 ° C.

Im Gegensatz zu den Vergleichsliegierungen sind die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen im Druckguß bei Temperaturen, die 14°C oder weniger über der jeweiligen Liquidustemperatur liegen, leicht zu vergießen. So können die Legierungen beim Druckguß mit Temperaturen von 889°C oder weniger in die Dauerform eingespritzt werden. Bei der LegierungB kann das sogar schon bei 843'C geschehen.In contrast to the comparison alloys, they are according to the invention Alloys to be used in die casting at temperatures 14 ° C or less are above the respective liquidus temperature, easy to shed. So they can Alloys in die casting with temperatures of 889 ° C or less in the permanent mold be injected. With alloy B, this can even happen at 843'C.

Claims

Claims: 1. Use of a brass alloy, consisting of 2 to 3.75 % silicon, 4 to 110/0 nickel and / or cobalt, the content of nickel and / or cobalt being 1.75 to 3, 5 times the silicon content is, 32 to 45% zinc, the remainder, apart from impurities, at least 45% copper, the contents of zinc, silicon and nickel according to the condition: (° / o Zn) + 10 (° / o Si) - 1.5 (° / o Ni) = 51 to 66, are set as the material for cast parts to be produced in the permanent mold casting process.

2. Use of a brass alloy with a composition according to claim 1 consisting of 2.0 to 3.5% silicon, 5 to 9 ° / o nickel, 35 to 43 ° / o zinc, the remainder at least 45 ° / o copper and the Conditions according to claim 1 fulfilled for the purpose stated in claim 1.

3. Use of an alloy with a composition according to claim 1 or 2, which, however, individually or in groups of up to 0.501, lead, titanium, zirconium, aluminum and iron, the proportion of each of these elements preferably being below 0.25%, as well as up to 10% tin, the total content of these elements being less than 1.5%, for the purpose stated in claim 1.

4. Method of potting the alloy composed and to be used according to one of claims 1 to 3 in permanent casting molds, characterized in that the casting takes place at one temperature occurs that is 14 ° C or less above the liquidus temperature of the alloy.