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Zinklegierung.
Bekanntlich unterliegen Zink, gleichgültig ob besonders reines oder handelsübliches Zink, ebenso wie andere Metalle von verhältnismässig niedrigem Schmelzpunkt, desgleichen auch daraus durch Walzen oder sonstige mechanische Bearbeitung, wie Ziehen, Drücken, Pressen u. dgl. hergestellte Produkte, bei konstanter Beanspruchung von kaum ein Viertel der durch die üblichen Methoden der Zugfestigkeitsbestimmung gefundenen Zugfestigkeit, selbst bei normalen Temperaturen allmählichen, bleibenden, plastischen Deformationen, welche Eigenschaft als Kaltfluss oder mangelnde Dauerstandfestigkeit bezeichnet wird.
Bei der Herstellung von gewalztem Zink, sei es nun durch Band-oder Paketwalzen, hängen die Eigenschaften des Endproduktes sowohl von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials als auch vom Walzverfahren ab. So ergibt ein hochwertiges, d. i. reineres Zink, unter geeigneten Walzverhältnissen beim Walzen ein sehr weiches und duktiles Blech, wogegen nicht so hochwertiges Zink, welches eine natürliche Legierung von Zink, Blei und Kadmium ist und grössere Mengen an Kadmium enthält als hochwertiges Zink, beim Walzen ein steiferes, härteres Produkt liefert.
Die obige Erscheinung, dass nämlich die natürliche Verunreinigung des Zinks, das Kadmium, eine Erhöhung der Dauerstandfestigkeit bewirkt, stimmt mit der bereits geschöpften Erkenntnis überein, dass die Dauerstandfestigkeit von gewalztem Zink in engen Grenzen durch Zusatz von eine feste Lösung mit Zink eingehenden Elementen erhöht werden kann, u. zw. durch einen Zusatz dieser Elemente in solchen Mengen, dass dieselben in feste Lösung übergehen.
Bei Versuchen und Erprobungen wurde kein anderes Einzelelement gefunden, welches in feste Lösung mit Zink übergeht und dabei eine solch günstige Wirkung auf die Dauerstandfestigkeit hervorrufen würde, welche praktisch wertvoll wäre. Es scheint auch, dass es keine Kombination von Elementen gibt, welche bei Zusatz zum Zink in Mengenverhältnissen, die innerhalb der normalen Grenzen ihrer Fähigkeit zur Bildung von festen Lösungen in ihren binären Systemen, wirtschaftlich bedeutungsvolle Verbesserungen der Dauerstandfestigkeit ergeben würden.
Es wurde nun gefunden, dass, wenn man zu einer Zinklegierung, welche ein oder mehrere metallische Elemente in fester Lösung enthält, ein anderes metallisches Element oder Elemente zusetzt, die sich im Zink nicht vollständig und unter Bildung einer festen Lösung auflösen, eine grössere Dauerstandfestigkeit der Zinklegierung erreichen kann.
Das ersterwähnte Element oder die Elemente, welche im Zink in fester Lösung vorhanden sind, scheinen eine geringe Erhöhung der Dauerstandfestigkeit der Legierung hervorzubringen und dieses Element bzw. die Elemente können in Mengen vorhanden sein, welche ihre Grenze der festen Lösung im Zink übersteigen, sie müssen aber nicht notwendigerweise in solcher Menge vorhanden sein.
Das zweiterwähnte Element bzw. die Elemente müssen mit dem Zink keine feste Lösung eingehen können bzw. kann ihre Löslichkeit eine begrenzte sein ; dieses zweite Element oder die Elemente müssen aber in der Zinklegierung in einer Menge vorhanden sein, welche die Grenzen ihrer Löslichkeit im Zink übersteigen. Das zweite Element bzw. die Elemente sind in der Legierung als zweiter unabhängiger metallischer Bestandteil vorhanden und Teilchen derselben sind in der Legierung verteilt.
Die Funktion des zweiten Bestandteiles bzw. der zweiten Bestandteile besteht darin, ein Gleiten innerhalb der Kristalle bzw. zwischen den Kristallen zu verhindern und dadurch eine wesentliche Erhöhung der Dauerstand-
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Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Zinklegierung, welche mindestens zwei Metalle ausser Zink enthält und ganz besonders für die Herstellung von Produkten durch mechanische Bearbeitung geeignet ist. Die Legierung ist durch die folgenden Besonderheiten ihrer Zusammensetzung gekennzeichnet ; sie besteht aus mindestens 95% Zink, welches ein oder mehrere solcher Metalle in fester Lösung enthält, die keine Zerstörung der Legierung durch interkristallinische Oxydation hervorbringen.
Diese als Mutterlegierung bezeichnete Legierung schliesst ferner Teilchen eines zweiten unabhängigen metallischen Bestandteiles im verteilten Zustande ein, welcher durch Zusatz eines oder mehrerer solcher Metalle zur Legierung gebildet wurde und welcher ferner der Mutterlegierung eine Widerstandfestigkeit gegen Gleiten innerhalb der Kristalle oder zwischen denselben verleiht, wenn diese Legierung ständigen und unterhalb der schliesslichen Festigkeit der Legierung liegenden Beanspruchungen ausgesetzt ist. Dieses letztgenannte Metall bzw. diese Metalle machen die Legierung dauerstandfest.
Beispielsweise können Kupfer oder Kadmium je für sich allein oder im Verein untereinander als jenes Element bzw. als jene Elemente dienen, welche mit dem Zink eine Mutterlegierung bilden, in welcher sie in fester Lösung sind. Dieses Metall bzw. diese Metalle sollen in Mengen von 0'05 bis 2%, vorzug- weise zwischen 0'5 und 1'5% anwesend sein und sehr gute Ergebnisse wurden mit einer Menge von 1% erzielt.
Unter den metallischen, das Gleiten der Kristalle und damit den Kaltfluss der Legierung hintanhaltenden Elementen sind Magnesium, Nickel und Lithium zu nennen, welche allein oder in verschiedenen Kombinationen untereinander verwendbar sind und die Legierung äusserst dauerstandfest machen. Das Metall bzw. die Metalle aus dieser Gruppe sollen im Mengenverhältnis von 0'005 bis 1% vorhanden sein ; vorzugsweise schwankt dieses Ausmass in der Praxis zwischen 0-001 und 0-5%. Vorzüg- liche Ergebnisse wurden in Intervallen von 0-01 bis 0-05% erzielt.
Die folgende Zusammenstellung zeigt die verbesserte Dauerstandfestigkeit einer Anzahl von erfindungsgemässen Zinkwalzprodukten, die aus Zinklegierungen hergestellt sind. Die angegebenen Legierungselemente sind jene, welche bewirken, dass aus der Legierung dauerstandfestere Produkte hergestellt werden können. Der Rest der Legierung Nr. 1 wurde durch gewöhnliches Zinkmetall gebildet,
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reines Zink ist.
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Dauerstandfestigkeit <SEP> der <SEP> Walzprodukte.
<tb>
Notwendige <SEP> Zeit <SEP> in <SEP> Minuten <SEP> zur <SEP> ErZusammensetzung <SEP> des <SEP> Metalls, <SEP> zielung <SEP> einer <SEP> 10obigen <SEP> Verlängerung
<tb> aus <SEP> dem <SEP> das <SEP> Walzprodukt <SEP> her- <SEP> unter <SEP> bleibender <SEP> Zugbeanspruchung <SEP> von
<tb> gestellt <SEP> war <SEP> etwa <SEP> 700 <SEP> kg <SEP> pro <SEP> ems
<tb> Hochwertiges <SEP> Zinkmetall <SEP> 480
<tb> Gewöhnliches <SEP> 31 <SEP> 3000
<tb> Legierung <SEP> I, <SEP> 1% <SEP> Cu; <SEP> 0#15% <SEP> Cd;
<SEP> 0301% <SEP> Mg <SEP> .......................über <SEP> 43000
<tb> # <SEP> II, <SEP> 1% <SEP> # <SEP> 0#01% <SEP> Mg <SEP> ................................... <SEP> # <SEP> 50000
<tb> III, <SEP> 1% <SEP> # <SEP> 0#05% <SEP> Li <SEP> .................................. <SEP> # <SEP> 80000
<tb> IV, <SEP> 1% <SEP> # <SEP> 0#1% <SEP> Ni................................... <SEP> 69000
<tb> V, <SEP> 1% <SEP> # <SEP> 0#01% <SEP> Mg; <SEP> 0#4% <SEP> Ni <SEP> ........................ <SEP> # <SEP> 50000
<tb> VI, <SEP> 1% <SEP> # <SEP> 0#01% <SEP> Mg; <SEP> 0#4% <SEP> Li <SEP> ....................... <SEP> # <SEP> 50000
<tb> VII, <SEP> 0-55% <SEP> Cd <SEP> ; <SEP> 0#01% <SEP> Mg <SEP> .................................. <SEP> 21580
<tb> VIII, <SEP> 0-55% <SEP> Cd <SEP> ; <SEP> 0-05% <SEP> lui"50000
<tb> IX, <SEP> 0-55% <SEP> Cd <SEP> ;
<SEP> 0-3% <SEP> Ni................................. <SEP> 14600
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Für die vorstehende Tabelle wurde die Dauerstandfestigkeit der verschiedenen Zinkwalzprodukte nach statischen Zugfestigkeitsproben bestimmt und in Minuten ausgedruckt. Die statische Zugfestigkeit kann zweckmässig dadurch gemessen werden, dass man ruhende Lasten verschiedener Grösse auf ein entsprechendes Probemuster zur Wirkung bringt und das Mass der Verlängerung in Intervallen während einer längeren Zeit beobachtet. Die Ziffern der statischen Zugfestigkeit in der vorstehenden Tabelle ergeben die Zeit in Minuten, die notwendig ist, um eine 10% igue Verlängerung eines normalen Probestückes
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querschnittes des Probestückes zu erzeugen.
Das Prozentverhältnis der Legierungselemente in der Zinklegierung kann innerhalb eines gewissen Bereiches, dessen genaue Grenzen schwer zu definieren sind, schwanken. Obgleich es wesentlich ist, dass die Legierung eine solche Menge an härtend wirkenden Bestandteilen (oder einen Bestandteil) enthält, dass der gewünschte Widerstand gegen Gleiten erzielt ist, kann eine übermässige Menge an irgendeinem solchen Bestandteil, gleichgültig ob sie von einem Überschuss des ersten Elementes über dessen Löslichkeitsgrenze in Zink oder von einem zu grossen Zusatz des zweiten Elementes über dessen Löslichkeitsgrenze in Zink hinaus stammt, die Legierung ungünstig beeinflussen, sowohl hinsichtlich der mechanischen Bearbeitungsfähigkeit als auch hinsichtlich der Dauerstandfestigkeit.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass insbesondere bei Kupfer die besten Ergebnisse gewöhnlich dann erhalten werden, wenn der Legierung ein solches Prozentverhältnis am ersten Element einverleibt wird, welches mit dem Zink vollständig in
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feste Lösung übergeht. Für Kupfer und Kadmium ist dies etwa 1%. Auf Grund der vorstehenden Ergebnisse kann angenommen werden, dass bei geeigneten Methoden der mechanischen Verarbeitung die in der vorstehenden Tabelle erwähnten Legierungselemente innerhalb der folgenden Grenzen schwanken können : Kupfer oder Kadmium von 0'05 bis 2%, möglich auch bis 5% ; Magnesium oder Lithium von 0'005 bis 0'5% ; Nickel von 0-05 bis 1%.
Die erfindungsgemässe Zinklegierung kann in jeder bewährten Weise zusammengesetzt sein ; so kann sowohl hochwertiges Zinkmetall, welches verhältnismässig frei von Blei und Kadmium ist, oder auch minderes Zinkmetall, welches die natürlichen oder üblichen Mengen an Blei und Kadmium enthält, verwendet werden. Der normale Blei-und Eisengehalt, sowohl von hochwertigem als auch von dem üblichen Zinkmetall, beeinträchtigt die für vorliegende Erfindung in Betracht kommenden Eigenschaften der
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werden kann.
Wo eine Härtung durch Bearbeitung vor sich gehen könnte, können die Voraussetzungen hiefür durch eine Wärmebehandlung beseitigt werden, die in einem raschen, vorzugsweise innerhalb
20 Sekunden oder weniger vor sich gehenden Erhitzen des Zinkwalzproduktes auf eine, vorzugsweise in der Nähe von 200 bis 4000 C liegende, vorbestimmte höhere Temperatur der Wärmebehandlung und in einem Halten des Produktes auf dieser Temperatur während so langer Zeit besteht, als notwendig ist, um die Voraussetzungen für eine Härtung durch Bearbeitung zu beseitigen. Es empfiehlt sich, diese Wärmebehandlung, gleichgültig ob eine Bedingung für die Härtung der Produkte durch Bearbeitung besteht oder nicht, in Anwendung zu bringen, um gewisse physikalische Eigenschaften, z.
B. die Duktilität zu verbessern und die Legierung dadurch für verschiedene spätere Arbeitsvorgänge, z. B. für die Ver- arbeitung im Gesenk, geeigneter zu machen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zinklegierung mit mindestens 95% Zink, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0-05 bis 2% Kupfer und 0-005 bis 0-5% Magnesium.