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Zinklegierung
Die Erfindung betrifft Zinklegierungen, insbesondere solche, die Kupfer, Titan, Chrom und Mangan enthalten ; diese Legierungen finden besonders, aber nicht ausschliesslich bei der Herstellung von gewalzten
Bändern Verwendung.
Aus der USA-Patentschrift Nr. 2, 317, 179 sind Zinklegierungen bekannt, welche Kupfer und wenig- stens ein Metall mit relativ hoch liegendem Schmelzpunkt enthalten, das aus einer Gruppe ausgewählt wurde, die aus Beryllium, Zirkon, Titan, Vanadium, Chrom, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram und Uran besteht. In dieser Patentschrift wird beschrieben, dass, wenn 2% oder mehr Kupfer mit dem Zink vermischt werden, zur Herstellung von Legierungen mit hoher Dauerfestigkeit von den Metallen mit relativ hohem Schmelzpunkt zwischen ungefähr 0,02 und ungefähr 0, 5% zugesetzt werden können. Wenn weniger als 2% Kupfer benutzt wird, z. B. 1% oder weniger, ist es unmöglich, mehr als ungefähr 0, 05% der Metalle mit hohem Schmelzpunkt in den Legierungen gleichmässig zu verteilen.
Wenn grössere Mengen der Metalle mit hohem Schmelzpunkt benutzt werden, werden keine Verbesserungen der physikalischen Eigenschaften erzielt. Legierungen mit l% oder weniger Kupfer zeigen nicht den sehr guten Widerstand gegen Kaltfliessen, durch welchen sich Zinklegierungen, die 2% oder mehr Kupfer zusammen mit den hochschmelzenden Metallen enthalten, auszeichnen.
Weitere, aus der USA-Patentschrift Nr. 2,472, 402 oekannte Zinklegierungen enthalten Kupfer und Titan. Diese Zink-Kupfer-Titan-Legierungen, die weniger als 2% Kupfer enthalten, können nach einem üblichen Zinklegierungsverfahren so hergestellt werden, dass sie 0, 5% oder mehr Titan in gleichförmiger Verteilung enthalten. Ferner wird in dieser Patentschrift angegeben, dass Legierungen, die ungefähr 0, 5-0, 75% Kupfer und ungefähr 0, 12-0, 25% Titan in Zink verteilt enthalten, sich durch hervorraragende Zugeigenschaften sowie eine Dauerstandfestigkeit auszeichnen, die merklich über derjenigen der 2% oder mehr Kupfer enthaltenden Legierungen liegt, die im vorigen Absatz beschrieben wurden.
Obwohl ein Kupfergehalt von 0, 5% als das Minimum hinsichtlich der nutzbaren Eigenschaften erschien, konnte ein so geringer Kupfergehalt wie 0,4% zusammen mit 0, 1 bis zu etwa 0, 5% Titan Verwendung finden.
Wenn auch diese bekannten Legierungen tatsächlich die ihnen zugeschriebenen Eigenschaften besitzen, traten wesentliche Schwierigkeiten bei der Herstellung von gewalztem Bandmaterial aus Gussplatten aus derartigen Legierungen sowie bei der Verwendung und Verarbeitung der Legierungsmetalle zu nutzbaren Erzeugnissen auf. Es hat sich gezeigt, dass die bekannten Legierungen schwer zu walzen sind, um aufgerollte Bänder herzustellen, die eine reine, blanke Oberfläche sowie eine saubere und nicht gerissene Kante aufweisen. Weiter hat es sich als äusserst schwierig erwiesen, aus derartigen Legierungen Blechwaren herzustellen, weil den Legierungen dynamische Dehnbarkeit und gute Kaltbiegeeigenschaften fehlen.
Das Hauptziel der Erfindung ist es, Zinklegierungen anzugeben, die leicht zu Bandmaterial gewalzt und bei der Herstellung von Metallerzeugnissen leicht geformt werden können. Ein weiteres wesentliches Ziel der Erfindung besteht darin, eine Zinklegierung zu schaffen, welche in Platten gegossen werden kann.
Diese Platten werden zur Bildung von aufgerollten Bändern gewalzt, die eine durchgehende, im wesentlichen einheitliche Kristallstruktur zeigen, während des Walzens an den Kanten nicht aufsplittern und sich durch eine saubere, blanke Oberfläche auszeichnen.
Ein besonderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Zinklegierung mit den soeben beschriebenen
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Kennzeichen, welche nach dem Guss und dem Walzen zu aufgerollten Bändern eine reine, blanke Oberfläche zeigt und insbesondere eine Oberfläche, welche nicht durch dunkle Streifen oder ein allgemein dunkles, stumpfes, nicht-metallisches Aussehen beeinträchtigt ist, so dass das notwendige nachträgliche Polieren des Metallstreifens vermieden werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Zinklegierung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, welche, nachdem sie in Platten gegossen wurde, bei einem minimalenAusbrechen und sehr geringer Verformung an den Kanten leicht heiss gewalzt werden kann. wodurch die Menge von nutzbarem Bandmetall wesentlich erhöht wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Zinklegierung der oben beschriebenen Art, welche nach dem Formen zu Blech oder Bändern für die Verwendung bei der Gestaltung von Blecherzeugnissen leicht gebogen und geformt werden kann und welche, ohne zu brechen oder schwächer zu werden, in einer kalten, vollständigen Umkehrbiegung gebogen und ohne Zwischenglühen genau geformt und tiefgezogen werden kann, wodurch die Legierung. äusserst nützlich für Industriebetriebe ist, die Metalle ?- wie z. B. Bauteile, Blechteile, Kraftfahrzeugteile und industrielle Bleche im allgemeinen-verarbeiten.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Zinklegierung anzugeben, welche die vorstehenden Eigenschaftenaufweist, und welche zugleich eine hohe Zugfestigkeit zeigt und sich durch eine hohe Dauerstandfestigkeit auszeichnet, so dass Bauerzeugnisse, die aus der Legierung hergestellt sind, ihre Form unterstatischen Belastungen, wie sie bei der beabsichtigten Verwendung der Erzeugnisse üblich sind, beibehalten.
Es wurde gefunden, dass Zinklegierungen hergestellt werden können, bestehend aus 0, 15-0, 35% Kupfer, 0. 15% Titan, 0,05% Chrom, 0,05% Mangan und Rest Zink, in welchen die Legierungsmetalle von hohem Schmelzpunkt gleichförmig verteilt sind. Derartige Legierungen zeigen wesentlich verbesserte dynamische Dehnbarkeit und Kaltbiegeeigenschaften sowie wesentlich verbesserte Walz- und Heissbearbeitungseigenschaften. Die letzteren Eigenschaften sind besonders wichtig, wenn Blech, oder Bänder aus der Legierung zu Blecherzeugnissen verarbeitet werden sollen, und sind von noch grösserem Interesse in der Metallverarbeitungstechnik.
Erfindungsgemässe Zinklegierungen haben wesentlich verbesserte mechanische Bearbeitungseigenschaften, von denen die Eigenschaften der dynamischen Dehnbarkeit und des Kaltbiegens zu nennen sind. Bezüglich der letzteren ist zu bemerken, dass ein Blech aus der Legierung gemäss der Erfindung kalt vollständig auf sich zurückgebogen werden kann, um eine Doppelblechschicht (bezeichnet als eine 2T oder 2 Biegung) ohne Bruch zu ergeben. Erfindungsgemässe Legierungen zeigen nach dem Walzen ausserdem ebene, reine und blanke Oberflächen.
Die Kanten des gewalzten Streifens sind sauber, so dass ein Minimum an Bearbeitung notwendig ist und eine maximale Menge von nutzbaren Metallbändern hergestellt wird und oftmals eine gründliche Bearbeitung vollständig vermieden wird.
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Erfindung bestehenKupfer, 0, 001-0, 05% Chrom, 0, 0-0, 05% Mangan, Rest Zink. Diese Bereiche von Kupfer-, Titan-, Chrom- und Mangangehalt in den Legierungen gemäss der Erfindung stellen die Zusammensetzungen dar, die sich als wirksam zum Erreichen der oben beschriebenen Ziele erwiesen haben.
Die mechanischen Eigenschaften der Legierungen gemäss der Erfindung sind als Beispiele in Tabelle I dargestellt. In dieser Tabelle sind die mechanischen Eigenschaften für eine Anzahl von verschiedenen Leglerungszusammensetzungen angegeben, von denen jedoch jede in den vorstehenden Legierungsbereich fällt. Die Walzbehandlung, der aus diesen Legierungen hergestellte Platten unterworfen wurden, wurde bei einer Nachbearbeitungstemperatur von ungefähr 175 bis 185 C vorgenommen. Die Legierungen wurden durch Schmelzen von hochwertigem Zink in einem Induktionsofen und Zufügen der Mengen der Le- gierungsmaterialien in der üblichen Weise hergestellt. Die geschmolzene Zinklegierung wurde in Platten von ungefähr 0, 25X1, 00X2, 00 m gegossen.
Die Platten wurden in einem Ofen erhitzt, der über Nacht auf ungefähr 230 - 2350C gehalten wurde, und herausgenommen, wenn sie eine Temperatur von ungefähr 215 bis 220 C hatten.
Die Platten waren nach dem Giessen 254 mm dick, mussten jedoch vor dem Walzen, je nach der durch Schrumpfung bedingten Risse in der Platte, auf eine Dicke von ungefähr 230 mm geglättet werden. Zum Ausgleichen ihrer Ränder längs der 2 m - Dimension wurden die Platten zunächst in 4 Durchgängen durch die Walzen geführt, wonach ihre Dicke ungefähr 187 mm betrug, und hierauf so gewalzt, dass in aufeinander folgenden Durchgängen folgende Dickenverminderungen erzielt wurden : 48 mm- 38 mm"30 mm-23 mm-18 mm-13 mm-7, 6 mm-4, 6 mm, d. h. dass bei dem ersten Durchgang die Dicke der Platten von 186,9 mm auf 139 mm herabgesetzt wurde und die Dicke der fertig gewalzten Platten ungefähr 4,7 mm betrug. Diese Werte gelten nur annähernd.
Die Durchgänge wurden bei ungefähr 135 m/min Maximalgeschwindigkeit ausgeführt ; die Nachbearbeitungstemperatur der gewalzten Platten
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war maximal ungefähr 285 - 2900C.
Nach dem Walzen der Platten wurden die Bänder nach Erhitzen auf etwa 230 - 2350C nachgewalzt.
Nach jedem Durchgang wurde die Rolle in den Ofen zurückgegeben und auf 2050C minimal und 2350C maximal wiedererhitzt, so dass das Walzen bei über 1500C mit einem bevorzugten Minimum bei ungefähr 160 - 1650C ausgeführt wurde. Es wurde der folgende Durchgangsplan angeschlossen.
Min. 205 C Eingang, 4, 6/2, 3 mm Ausgang über 160 C.
Min. 2050C Eingang, 2, 3/1, 15 mm Ausgang über 1600C.
Min. 205 C Eingang, 1, 15/0. 7 mm Ausgang über 160 C.
In der Tabelle wird zuerst die Legierungszusammensetzung, die Mengen von Kupfer, Titan, Mangan und Chrom enthält, angegeben ; es folgen dann die gemessenen physikalischen Eigenschaften. In den Spalten der Tabelle bedeutet T die Endwalztemperatur In Celsius-Graden ; G bedeutet die Messdicke in Millimetern ; H ist die Rockwell-Härte auf der 15T Skala, D, D. ist die dynamische Dehnbarkeit, deren Einheiten in Millimeter angegeben sind ; B ist der Kaltbiegewert ausgedrückt durch den Durchmesser der nicht zum Bruch führenden Biegungen in vielfachen der Blechdicke ; so zeigen die geringeren Werte bessere
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Die dynamische Dehnbarkeit wurde mit einem Probekörper bestimmt, der 8, 9 cm breit und langer als 30, 5 cm war. Eine polierte Stahlkugel mit einem Durchmesser von 2, 5 cm (Olsen-Test) wurde auf den von zwei ringförmigen Matrizen gehaltenen Probekörper in 0,127 mm - Inkrementen eingedrückt.
Als dynamische Dehnbarkeit ist die Tiefung angegeben, welche vor dem Inkrement, nach welchem ein Einreissen beobachtet wurde, abgelesen worden war.
Der zur Ermittlung der Bruchdehnung verwendete Körper war 22, 9 cm lang ; die Probelänge, d. h. die Länge desabschnittes mitkleineremdurchmesser zwischen den beiden eingespannten Enden mit grösserem Durchmesser, betrug 50, 8 mm. Die Bruchdehnung ist in Prozenten dieser Länge ausgedrückt.
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Tabelle I
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<tb> Nr. <SEP> Hochwertiges <SEP> Zink <SEP> (0, <SEP> 009% <SEP> Blei) <SEP> Behandlung <SEP> T C <SEP> G <SEP> mm <SEP> H(R15T) <SEP> DD <SEP> mm <SEP> B <SEP> T.S.(bei <SEP> 6,4 <SEP> T. <SEP> E. <SEP> % <SEP> in <SEP> 2"
<tb> Plus <SEP> in <SEP> der <SEP> quer <SEP> zur <SEP> mm/min)
<tb> Cu% <SEP> T1% <SEP> Mn% <SEP> Cr% <SEP> Walz- <SEP> Walz <SEP> kg/cm2
<tb> richtung <SEP> richtung
<tb> in <SEP> der <SEP> quer <SEP> zur <SEP> in <SEP> der <SEP> querzur
<tb> mit <SEP> gegen <SEP> Walz- <SEP> Walz-Walz- <SEP> WalzKorn <SEP> Korn <SEP> richtung <SEP> richtung <SEP> richtung <SEP> richtung
<tb> A <SEP> 0, <SEP> 255 <SEP> 0, <SEP> 11 <SEP> - <SEP> 0,003 <SEP> wie <SEP> gewalzt <SEP> 180-185 <SEP> 0, <SEP> 51 <SEP> 63 <SEP> 8, <SEP> 4 <SEP> 2T <SEP> 2T-206 <SEP> 41, <SEP> 4 <SEP>
<tb> B <SEP> 0.
<SEP> 25 <SEP> 0, <SEP> 13 <SEP> - <SEP> 0,004 <SEP> wie <SEP> gewalzt <SEP> 175-180 <SEP> 0, <SEP> 69 <SEP> 62 <SEP> 8, <SEP> 25 <SEP> 2T <SEP> 2T-IM <SEP> 34, <SEP> 3 <SEP>
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 27 <SEP> 0, <SEP> 12-0, <SEP> 004 <SEP> wie <SEP> gewalzt <SEP> 175-180 <SEP> 0, <SEP> 81 <SEP> 60 <SEP> 7, <SEP> 6 <SEP> 2T <SEP> 2T-209, <SEP> 5 <SEP> 29, <SEP> 7 <SEP>
<tb> D-1 <SEP> 0,255 <SEP> 0,08 <SEP> 0,004 <SEP> 0,001 <SEP> wie <SEP> gewalzt <SEP> - <SEP> 0,51 <SEP> 66 <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> 3T <SEP> 2T <SEP> 195, <SEP> 5 <SEP> 271 <SEP> 25 <SEP> 18, <SEP> 7 <SEP>
<tb> D-2 <SEP> 0, <SEP> 255 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 0, <SEP> 004 <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> 45 <SEP> min <SEP> bei-0, <SEP> 51 <SEP> 65 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP> 2T <SEP> 2T <SEP> 188 <SEP> 252 <SEP> 25 <SEP> 15, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 2500C
<tb> D-3 <SEP> 0,25 <SEP> 0,08 <SEP> 0,004 <SEP> 0,001 <SEP> 3 <SEP> Std.
<SEP> wie <SEP> gewalzt <SEP> - <SEP> 0,51 <SEP> 64 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP> 2T <SEP> 2T <SEP> 186 <SEP> 247 <SEP> 25 <SEP> 14
<tb> 2500C
<tb> E <SEP> 0,25 <SEP> 0,12 <SEP> nichts <SEP> 0,004 <SEP> wie <SEP> gewalzt <SEP> 160-165 <SEP> 0,51 <SEP> 61 <SEP> - <SEP> 2T <SEP> 2T <SEP> 176 <SEP> 247 <SEP> 34 <SEP> 20
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In der Legierung gemäss der Erfindung ist das Zinkgrundmetall vorzugsweise "hochwertiges" oder "besonders hochwertiges"Zink. Zink mit einem Reinheitsgrad von wenigstens 99,91to wird bevorzugt, und man erhält zufriedenstellende Legierungen aus Zink von einer bei der Herstellung von handelsüblichem gewalztemZink benutzten Qualität, z. B. Zinkmetall, das maximal 0, 07% Blei, 0, 02% Eisen und 0, 07% Cadmium enthält.
Vorzugsweise wird hochwertiges Zink mit nicht mehr als 0, 002% Eisen und einem Blei-und Cadmiumgehalt unter 0, 005% benutzt.
Erfindungsgemässe Legierungen dunkeln unter atmosphärischem Einfluss bzw. unter Einwirkung von Chemikalien und Schmiermitteln während des Walzens nicht wesentlich nach. Ferner ist eine Legierung von der Zusammensetzung gemäss der Erfindung imstande, Bearbeitungstemperaturen von 2600C über ausgedehnte Zeiträume auszuhalten, ohne dass die Gefahr des Entstehens einer Kornstruktur besteht, die im wesentlichen grobkörniger als ursprünglich vorhanden ist und ohne nachteilige Beeinträchtigung der Dehn- barkeit. Die Legierung ist somit äusserst geeignet für Pressvorgänge zur Herstellung von gepressten Formen und zur Kaltbe- und Verarbeitung.
PATENTANSPRÜCHE :
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16%besteht.