DE1298287B - Zinkgusslegierung und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine ZinkguBlegierung, insbesondere ZinkdruckguBlegierung, hoher Kaltzähig- keit.
• Es ist bekannt, daB Zinklegierungen bei tieferen Temperaturen stark versprüden. Als Maß der Zähigkeit dient die Schlagbiegezähigkeit; man vergleicht z. B. die schlagbiegezähigkeit (mkg/em2) bei Raumtemperatur mit den Werten bei 0 und -20°C. Es ist weiter bekannt, daB die Kaltzähigkeit von Zinklegierungen mit steigendem Aluminiumgehalt (10% Aluminium und mehr) zunimmt. Damit erhöhen sich aber auch der Schmelzpunkt und die Gießtemperatursowie das Erstarrungsintervall. Eine höhere Kaltzähigkeit durch höhere Aluminiumgehalte muB also durch die genannten, für den Druckgußbetrieb unangenehmen Eigenschaften erkauft werden.
• Die im nachfolgenden geschilderten Untersuchungen beschränkten sich daher auf Zinklegierungen auf Basis Feinzink 99,99 bis 99,995 mit Aluminiumgehalten von 1 bis 10% bei Verwendung von Aluminium der Reinheit 99,5 bis 99,8%, Kupfergehalten von 0,1 bis 5% unter Benutzung von Elektrolytkupfer und Magnesiumgehalten von mehr als 0,005 bis zu 0,05% bei Verwendung eines Magnesiums der Reinheit 99,5%. Besonders typisch hinsichtlich der folgenden Versuchsergebnisse verhielten sich Legierungen, bestehend aus 3,5 bis 4,3% Aluminium, 0,6 bis 1% Kupfer, 0,02 bis 0,05% Magnesium, Rest Feinzink 99,995, im folgenden Z410 genannt, und Legierungen, bestehend aus 1,7 bis 2,5% Aluminium, 0,8 bis 1,2010 Kupfer, 0,02 bis 0,05% Magnesium, Rest Feinzink 99,995, im folgenden Z 210 genannt. In beiden Fällen betrugen die Gehalte an -den Verunreinigungen Blei und Cadmium weniger als 0,01101o, an Zinn weniger als 0,001% und an Eisen weniger als 0,075%. Die Schlagbiegewerte wurden an Druckgußstäben von 6,35 x 6,35 mm gemessen. Bei allen Reihenuntersuchungen mit einer Vielzahl von Stäben fiel auf, daß die ermittelten Schlagbiegewer% bei allen Prüftemperaturen außerordentlich streuten, und zwar derart; daß man auch bei tieferen Temperaturen oft gute, den praktischen Anforderungen noch genügende Werte erhält.
• - Die Formfüllung beim DrackguB geht, wie ältere Untersuchungen gezeigt haben, im Bruchteil einer Sekunde so vor sich, daß die emgodräckte Schmelze zuerst verdöst wird und sich dann mit dem nachströmenden Metall wieder zu einer rasch erstarrenden Schmelze vereinigt. Die Folge dieses Vorganges ist eine dem Druckguß eigene Mi7croporosität, die - wenn man vom Vakuum-Druckguß absieht -durch die Oxydation der verdösten Schmelze zusätzlich beeinflußt wird.
• Mit zunehmenden Oxydanteilen sinkt die Schlagbiegezähigkeit des Gullstfickes; auch das Korrosionsverhalten wird ungünstiger.
• Es war nun die Frage zu untersuchen, ob die Oxydation der Schmelze in der kurzen Zeit des Einspritzens in die Form. verringert werden kann. An sich ist es bekannt, daß man die Krätaebddung bei Legerungen auf der Basis Feinzink von 99,99%, vorzugsweise 99,995% Zin14 bestehend aus 0,1 bis 10% Aluminium; 0,05 bis 1% Kupfer und 0,001 bis 0,1010 Beryllium, das ganz oder. teilweise durch Z'nkoniom und/oder Hafnium ersetzt sein kann, dadurch vermeiden kann, daß man die Legierung praktisch frei hält von Cadmium, Alkali- und Erdalkalimerallen; insbesondere Magnesium, ferner Me- tallen der Arsen-, Antimon- und Zinngruppe sowie der Eisengruppe und Silizium, Phosphor, Kohlenstoff, Bor, wobei der maximale Gehalt der Verunreinigungen, besonders an Magnesium, einzeln oder zusammen 0,005% nicht überschreiten darf. Es wurde nun untersucht, in welchem Ausmaß dies insbesondere beim DruckguBvorgang mit Zink-Aluminiiun-Kupfer-Magnesium-Legierungen der Fall ist und welche Beziehung sich zwischen den gegebenen Komponenten und bestimmten Berylliumgehalten hinsichtlich der Schlagbiegezähigkeit ergibt. Für die aus der Reihe der Legierungen mit 1 bis 10% Aluminium, 0,1 bis 5% Kupfer, mehr als 0,005 bis zu 0,050% Magnesium besonders typischen Legierungen Z 410 und Z 210 wurden die Schlagbiegewerte an je 100 Prüfstäben ermittelt, und im folgenden werden die Minimalwerte, Maximalwerte und Mittelwerte angegeben:

  Legierung Z 410
  Schlagbiegerähigkeit (_g/C_2)
  temperatur
  °c Minimalwert Mazimalwcrt Mittelwert
  40 4,5 8,5 7
  20 4 8 6
  0 1,5 7 4
  -20 0,8 1,8 1,10

  Schon bei 0°C fallen die Minimalwerte stark ab, obzwar die Maximalwerte noch keine Versprödung erkennen lassen. Die Tiefstwerte bei -20°C sind schon sehr kritisch.

  Legierung Z 210

  rruf- x ama (ndwcno)

  "C Minimalwert Mazimtwrit Afindwiert

  40 4 10 6

  20 2 9 5,5

  0 1,5 8,5 5

  -20 1,3 2,5 1,8

  Die Legierung muß heißer vergossen werden (höherer Schmelzpunkt), die Tiefstwerte liegen niedriger als bei Z410- Die Legierung ist aber etwas weniger kaltspröde.
• Für die Untersuchung des Berylliumeinflusses waren bei jeder Zmk-Alarnmium-Kupfer-Legerumg Kombinationen mit verschiedenen Beryllium- und Magnesiumgehalten zweckmäßig. Aus diesen Untersuchungen läßt sich zusammenfassen: Beryllmmgehalte unter 0,0001% (1 g/t) sind ohne verbessernden Einfluß auf die Schlagbiegelähigkeit beim Druckguß. Wirksam werden erst Gehalte von mindestens 0,0003% (31/t) - Beryviumgehalte über 0;01% (100 g/t) vermindern die Schlag biegezähigkeit infolge des Antifis von Beryllium oder berylüumhaltigen Phasen im Gefüge.
• Gegenstand der Erfindung ist demzufolge eine Zinkgußlegerun& insbesondere ZiakdruckguBlegierung, hoher Kauzähigkeit, bestehend aus 1 bis 10% Aluminium, 0,1 bis 5% Kupfer, mehr als 0,005 bis zu 0,05% Magnesium, Rest Feinzink mit 99,99 bis 99,995% Zink, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von mindestens 0,0003% bis zu weniger als 0,01% Beryllium. Dabei wird unter »Feinzink mit 99,99 bis 99,995% Zink« ein solches verstanden, das Sauerstoffgehalte von 0,0001 bis 0,0003% aufweist.
• Aus der USA: Patentschrift 2 467 956 sind bereits Zinkgußlegierungen bekannt, die aus 2 bis 10% Aluminium, 0,03 bis 3,50% Kupfer, 0,01 bis 0,30% Magnesium, etwa 0,00001 bis 0,00010% Beryllium, Rest Feinzink (99,990%) bestehen, wöbet der Berylliumgehalt auch geringfügig über 0,0001% liegen kann. Bei diesen Legierungen werden durch den geringen Berylliumgehalt zwar die Zugfestigkeitseigenschaften verbessert, die Schlagbiegezähigkeit beim Druckguß jedoch nicht (vgl. in diesem Zusammenhang die Ausführungen im vorvorigen Absatz).
• Zum Stand der Technik (französische Patentschrift 1248 301) gehören auch magnesiumfreie Zink-Aluminium - Kupfer - Beryllium - Legierungen, bestehend aus 0,1 bis 100% Aluminium, 0,05 bis 1% Kupfer, 0,001 bis 0,1% Beryllium, Rest Feinzink (mindestens 99,99%). Dazu ist allerdings zu sagen, daß im praktischen Betrieb Magnesiumgehalte der Legierungen nicht immer vermeidbar sind, und zwar im Hinblick auf steigende Verunreinigungen an Blei. Hiermit ist indessen die Gefahr der interkristallinen Korrosion gegeben, die durch einen Magnesiumgehalt der Legierungen behoben werden kann. Zwar liegen die Schlagbiegezähigkeiten dieser bekannten Legierung größenordnungsmäßig etwa im Bereich der erfindungsgemäßen Legierung, jedoch hat diese den Vorzug, daß sie gegen interkristalline Korrosion unempfindlich ist.
• Für die Erreichung größter Häufigkeit maximaler Schlagbiegewerte der erfindungsgemäßen Legierung empfiehlt sich die Abstimmung des Magnesium- und Berylliumgehaltes wie folgt:

  Magnesinmgeehalt Mindest-Beryliium-

  ' in % Behalt in 0/0

  0,005 bis 0,010 0,0005 bis 0,0015

  0,010 bis 0,020 0,0010 bis 0,0030

  0,02 bis 0,030 0,0020 bis 0,0040

  0,03 bis 0,040 0,0030_ bis 0,0050

  0,04 bis 0,050 0,0040 bis etwa 0,0080

  Die auf dieser Basis geprüften Legierungen mit erfindungsgemäßen Berylliumgehalten, im folgenden Z 410 Be und Z 210 Be genannt, ergeben: Z 410 Be (bestehend aus 3,5 bis 4,3% Aluminium, 0,6 bis 1,0% Kupfer, 0,02 bis 0,05% Magnesium, 0,003 bis 0,005% Beryllium, Rest Feinzink 99,995)

  Schhigkeit (mkg(cW)

  tempetatur

  "c Mioimstwert Maxmtalwert Mittelwert

  40i 6,5 12 9,5

  20 6 . 11,5 9

  0 5 11,5 8

  -20 2;5 3,5 2,8

  Z 210 Be (bestehend aus 1,7 bis 2,5% Aluminium, 0,8 bis 1,20/0 Kupfer, 0,02 bis 0,050% Magnesium, 0,003 bis 0,005% Beryllium, Rest Feinzink 99,995)

  Prüf- Schlagbiegezähigkeit (mkg(cm2)

  temperatur

  Minimalwert Maximalwert Mittelwert

  40 7,5 13 10

  20 7 12,5 10

  0 6,5 11,5 9,5

  -20 3 4,5 3,8

  Beide Legierungen zeigen höhere Schlagbiegewerte bei allen Temperaturen, und zwar sowohl beim Minimal-, Maximal- und Mittelwert. Dies geht aus den Diagrammen hervor, die in F i g. 1 die Schlagbiegezähigkeit (mkg/cmz) der Legierungsgruppe Z 410 und Z 410 Be und in F i g. 2 die Schlagbiegezähigkeit der Legierungsgruppe Z 210 und Z 210 Be zeigen, wobei der Zusatz »Be« bedeutet, daß diese Legierungen die erfindungsgemäß vorgesehenen Berylliumgehalte aufweisen. Die Mittelwerte dieser Legierungen liegen bei oder über den Maximalwerten der berylliumfreien Legierungen, die Minimalwerte dieser Legierungen liegen bei oder über den Mittelwerten der berylliumfreien Legierungen. In keinem Fall wurde ein Wert unter dem kritischen Wert von 1,5 mkg/cmz gefunden.
• Der verbesserte Korrosionswiderstand kommt vergleichsweise zum Ausdruck bei der Prüfung der Schlagbiegezähigkeit nach einer 10tägigen Dampfbehandlung bei 95°C. Die Legierungen ergaben folgende Schlagbiegewerte:

  Schlagbiegezähigkeit mkg/cmz nach 10tägiger

  Dampfbehandlung bei 95- C

  Z410 Z410Be Z210 Z210Be

  Minimalwert ..... 1,10 2,40 2,0 3,8

  Maximalwert-..... 2,50 4,20 5,4 9,0

  Mittelwert ....... 1,60 3,30 3,5 6,8

  Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Beryllium in Form einer Vorlegierung in die Schmelze einzubringen.
• Diese kann eine Aluminium-Magnesium-Beryllium Vorlegierung sein, die z. B. aus 90 bis 95% Aluminium, 5 bis 3% Beryllium und 5 bis 2% Magnesium, gegebenenfalls weiter verdünnt mit Feinzink, besteht.
• Man kann aber auch - das Beryllium als Aluminium-Kupfer-Beryllium-Vorlegierung, bestehend aus 50% Aluminium, 49,8% Kupfer und -0,2% Beryllium, gegebenenfalls weiter verdünnt mit Feinzink, in die Schmelze eintragen. ' Auch sind zu diesem Zweck Aluminium-Kupfer-Magnesium-Beryllium-Vorlegierungen, bestehend aus 50% Aluminium, 48,8% Kupfer, 10% Magnesium und 0,2% Beryllium, gegebenenfalls verdünnt mit Feinzink, geeignet.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Zinkgußlegierung, insbesondere Zinkdruckgußlegierung, hoher Kaltzähigkeit, bestehend aus 1 bis l00% Aluminium, 0,1 bis 5% Kupfer, mehr als 0,005 bis zu 0,05% Magnesium, Rest Feinzink mit 99,99 bis 99,995% Zink, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h einen zusätzlichen Gehalt von mindestens 0,00030% bis zu weniger als 0,01% Beryllium.
2. 2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende aufeinander abgestimmte Gehalte an Magnesium und Beryllium Magnesiumgehalt Mindest-Beryllium- in °Jo gehalt in 0,005 bis 0,010 0,0005 -bis 0,0015 0,010 bis 0,020 0,0010 bis 0,0030 0,02 bis 0,030 0,0020 bis 0,0040 0,03 bis 0,040 0,0030 bis` 0,0050 0,04 bis 0,050 0,0040 bis etwa 0,0080
3. 3. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beryllium in Form einer Vorlegierung in die Schmelze eingebracht wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beryllium in Form einer Aluminium- Magnesium-Beryllium-Vorlegierung, die z. B. aus 90 bis 95% Aluminium, 5 bis 3% Beryllium und 5 bis 2% Magnesium besteht, gegebenenfalls weiter verdünnt mit Feinzink, in die Schmelze eingebracht wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beryllium als Aluminium-Kupfer-Beryllium-Vorlegierung, bestehend aus 50% Aluminium, 49,8% Kupfer und 0,20/0 Beryllium, gegebenenfalls weiter verdünnt mit Feinzink, in die Schmelze eingebracht wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beryllium als Aluminium-Kupfer-Magnesium-Beryllium-Vorlegierung, bestehend aus 50% Aluminium, 48,8% Kupfer, 1,00% Magnesium und 0,2% Beryllium, gegebenenfalls verdünnt mit Feinzink, in die Schmelze eingebracht wird.