CZ287825B6

CZ287825B6 - Alloy based on zinc, process for producing products from such alloy and use of the alloy

Info

Publication number: CZ287825B6
Application number: CZ199751A
Authority: CZ
Inventors: Laurent R A G Coster; Didier Rollez
Original assignee: Union Miniere Sa
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 2001-02-14
Also published as: ES2126301T3; DK0771365T3; PL178557B1; BR9507577A; AU3113995A; BE1008479A3; WO1996002682A1; FI970177A; DE69505820T2; EP0771365B1; KR100343309B1; JPH10502705A; PL318133A1; CA2185013A1; JP3800345B2; CA2185013C; EP0771365A1; DE69505820D1; ATE173029T1; FI970177A0

Description

Oblast techniky

Vynález se týká slitiny na bázi zinku, obsahující hliník a měď, která může být odlita ve stroji pro lití pod tlakem s teplou komorou.

Dosavadní stav techniky

Dosud známá slitina výše uvedeného typu je popsána v dokumentu „SEA technical páper series 930788. ACuZinc: improved zinc alloys for die casting application, M.D. Hanna and M.S. Rashid. Intemational Congress and Expozition Detroid, Michigan, March 1-5, 1993“. Tato slitina, nazvaná ACuZinc 5, obsahuje 5,0 až 6,0 % mědi, 2,8 až 3,3 % hliníku, 0,025 až 0,05 % hořčíku a zbytek tvoří zinek (všechny procentní podíly, uvedené v této přihlášce vynálezu, znamenají hmotnostní podíly, uvedené v této přihlášce vynálezu, znamenají hmotnostní procentní podíly). I když odolnost proti tečení této slitiny je podstatně lepší než slitiny typu Zamak, které byly po dlouhou dobu odlévány v teplé komoře, je tato odolnost dosud relativně nízká.

Cílem vynálezu je proto poskytnout výše uvedenou slitinu, která by měla lepší odolnost proti tečení než dosud známé slitiny.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je slitina, která obsahuje buď 15 až 20 % hliníku, 8 až 10 % mědi, 0,01 až 2 % křemíku, 0 až 0,1 % hořčíku, 0 až 0,5 % titanu, 0 až 0,5 % chrómu, 0 až 1 % manganu, 0 až 0,5 % niobu a 0 až 0,1 % kovu vzácných zemin nebo směsi kovů vzácných zemin, přičemž tato kompozice bude v následujícím popise označena jako varianta I, nebo 25 až 30 % hliníku, 15 až 20 % mědi, 0,01 až 2 % křemíku, 0 až 0,1 % hořčíku, 0 až 0,5 % titanu, 0 až 0,5 % chrómu, 0 až 1,0 % manganu, 0 až 0,5 % niobu a 0 až 0,1 kovu vzácných zemin nebo směsi kovů vzácných zemin, přičemž tato kompozice je v následujícím popise označena jako varianta II, a zbytek je tvořený zinkem a nečistotami, neodstranitelně přítomnými v zinku a ve výše uvedených legujících prvcích.

Bylo zjištěno, že na jedné straně obě varianty v tekutém stavu při teplotách, nepřesahujících 460 °C, mají tak nízkou agresivitu vůči ocelím, že mohou být odlity v teplé komoře, a na druhé straně varianta I v odlitém stavu má dobrou odolnost proti tečení a výbornou pevnost v tahu, zatímco varianta II v odlitém stavu má výbornou odolnost proti tečení a dobrou pevnost v tahu. Výše uvedené hmotnostní podíly hliníku a mědi musí být dodrženy, jinak teplota tavení slitiny přesáhne teplotu 450 °C, a v důsledku toho slitina již není odlévatelná v teplé komoře, poněvadž korozivita vůči odlévacímu zařízení při teplotách nad 460 °C je příliš vysoká. Při hmotnostním podílu křemíku větším než 2 % je slitina v roztaveném stavu příliš kašovitá a příliš korozivní.

Pro účely následujícího popisuje nutné uvést následující slitiny, které již byly popsány v jiných dokumentech:

(a) slitina, obsahující 17 až 19 % hliníku, 4,5 až 5,5 % mědi, 0,9 až 1,3 % křemíku, 0,8 až 1,2 % hořčíku a zbytek tvořený zinkem (popsaná v dokumentu CS-A-135802), (b) slitina, obsahující 28,6 % hliníku, 3,1 % mědi, 1 % křemíku, 0,1 % vápníku, 0,2 % niklu a zbytek tvořený zinkem (GB-A-769483),

-1 CZ 287825 B6 * I (c) slitina, obsahující 20 až 40 % hliníku, 0 až 5 % mědi, 0 až 1 % křemíku, 0 až 0,1 % hořčíku, 0,25 až 2 % alespoň jednoho kovu vzácných zemin a zbytek tvořený zinkem (US-A-4789522), a (d) slitina, obsahující 55 % hliníku, 8 % mědi, 6,5 % křemíku, 4,5 % beryllia, 0,12 % niklu,

0,6 % vápníku a zbytek tvořený zinkem (US-A-287008).

Mezi těmito známými slitinami jsou slitiny (a) a (b) slitinami, které nejblíže souvisejí se slitinou podle vynálezu. Slitina (a) má příliš nízký hmotnostní podíl mědi a příliš vysoký hmotnostní podíl hořčíku na to, aby byla schopná odlití v teplé komoře. Slitina (c) má rovněž příliš nízký ío hmotnostní podíl mědi a kromě toho je extrémně obtížné připravit slitinu, obsahující 0,25 až 2 % kovů vzácných zemin, i když pouze v oxidovaném stavu, vzhledem k vysoké afinitě těchto kovů ke kyslíku.

Varianta I výhodně obsahuje 15 až 18 % hliníku a výhodněji 15 až 17 % hliníku.

Výhodné hmotnostní podíly hliníku a mědi varianty II jsou 25,5 až 28,5 %, resp. 15 až 18 %.

Výhodný hmotnostní podíl křemíku obou variant je 0,1 až 1 %. Obě varianty mohou obsahovat:

- až 0,1 % hořčíku za účelem zlepšení, je-li to nutné, odolnosti proti mezikrystalické korozi,

- až 0,5 % titanu, až 0,5 % chrómu a až 1 % manganu za účelem zlepšení, je-li to nutné, tažnosti slitiny,

- až 0,5 % niobu za účelem zlepšení, je-li to nutné, odolnosti vůči vnější korozi, tzn.

zpomalení tvorby bílých solí, a

- až 0,1 % kovu nebo směsi kovů vzácných zemin za účelem snížení, je-li to nutné, povrchové tenze slitiny v roztaveném stavu.

Hmotnostní podíl hořčíku větší než 0,1 % vede k tomu, že slitina v roztaveném stavuje kašovitá a v pevném stavu křehká. Slitina se rovněž stane kašovitou v případě, že jsou překročeny výše uvedené horní hranice hmotnostních podílů titanu, chrómu a manganu. Slitinu s hmotnostním podílem niobu větší než 0,5 % a s podílem kovu vzácných zemin věší než 0,1 % je obtížné 35 vyrobit vzhledem k vysoké afinitě těchto kovů ke kyslíku.

Je žádoucí, aby zinek měl čistotu > 99,99 %, hliník měl čistotu > 99,95 % a měď měla čistotu > 99,99 %, poněvadž bylo zjištěno, že přítomnost nečistot v uvedené slitině nepříznivě ovlivňuje její tekutost nebo její mechanické vlastnosti, v rámci vynálezu je výhodně použít zinek 40 s 99,995 % čistotou a hliník s 99,97 % čistotou. Je zřejmé, že v případě, že slitina obsahuje kov, který má velmi vysokou afinitu ke kyslíku, jako např. ytrium, potom část tohoto kovu může být ve slitině přítomna v oxidovaném stavu.

Příklady provedení vynálezu

Dobrá odolnost proti tečení u varianty I a výborná odolnost proti tečení u varianty II slitiny podle vynálezu jsou doloženy popisem níže uvedené řady srovnávacích testů, jejichž výsledky jsou vyneseny do grafu na přiloženém obrázku.

V těchto testech byly porovnány dvě známé slitiny Zamak 5 a ACuZinc 5 spolu s dvěma slitinami podle vynálezu, a to s první slitinou podle varianty I, která bude dále označena jako „X27“, a s druhou slitinou podle druhé varianty II, která bude dále označena jako „X28“.

-2CZ 287825 B6

Složení těchto slitin bylo následující:

- Zamak 5: 4 % hliníku, 1 % mědi, 0,04 % hořčíku a zbytek tvořený zinkem,

- ACuZinc 5:3% hliníku, 5,5 % mědi, 0,04 % hořčíku a zbytek tvořený zinkem,

- X27: 17% hliníku, 9,5 % mědi, 0,5 % křemíku, zbytek tvořený zinkem,

- X28: 27 % hliníku, 16,5 % mědi, 0,1 % křemíku a zbytek tvořený zinkem.

Testovací vzorky těchto slitin byly odlity ve stroji s teplou komorou.

Obecné odlévací podmínky byly následující:

- doby cyklu: 12 s,

- teplota lázně: 420 až 460 °C,

- tlak působící na kov: 50 MPa,

- rychlost pístu: 1,2 m/s,

- průměr trysky: 9,5 mm,

- teplota formy: 180 až 250 °C.

Tvar a rozměry testovacích vzorků byly specifikovány technickým výborem evropských producentů zinku (European Zinc Producers' Technical Committee), který stanovuje tvary a rozměry pro testovací vzorky, které mají být podrobeny zkouškou tahem, přičemž tyto vzorky mají tvar desek a fólií, zhotovených ze zinku nebo ze slitin zinku.

Testovací vzorky byly podrobeny zkoušce tečení při teplotě 100 °C a zátěžném tlaku 40 MPa. Křivka tečení, zobrazená v grafu na připojeném obrázku, představuje závislost poměrného prodloužení (v procentech) (osa y) na čase (v hodinách) (osa x).

Z tohoto grafu je zřejmé, že slitiny podle vynálezu, a zejména slitina podle varianty II, mají lepší odolnost proti tečení než dosud známé slitiny.

Výborná pevnost v tahu a velmi vysoká tvrdost varianty I a dobrá pevnost v tahu a přiměřená tvrdost varianty II slitiny podle vynálezu jsou doloženy údaji, uvedenými v následující tabulce.

Tabulka

Slitina	Pevnost v tahu (MPa)	Tvrdost podle Vickerse (50 N)
Zamack 5	286	105
ACuZinc 5	270	—
X27	435	181
X28	276	140

Zkoušky v tahu byly provedeny při teplotě okolí s rychlostí tažení 1 cm/min na testovacích vzorcích o tloušťce 3 mm, přičemž tyto vzorky byly zhotoveny výše uvedeným způsobem.

Vynález se rovněž týká způsobu výroby produktu, zhotoveného ze slitiny na bázi zinku, obsahujícího hliník a měď, litím pod tlakem ve stroji s teplou komorou. Tento způsob je charakterizován tím, že uvedenou slitinou je slitina podle vynálezu a odlévání je provedeno při teplotě rovné 460 °C nebo nižší než 460 °C.

Poněvadž slitina podle vynálezu může být odlévána v teplé komoře, je zřejmé, že je nezbytně schopna odlévání i ve studené komoře a gravitačně.

-3CZ 287825 B6

Vynález se tudíž rovněž týká způsobu výroby produktů, zhotovených ze slitiny na bázi zinku, obsahující hliník a měď, litím pod tlakem ve stroji se studenou komorou nebo gravitačním litím, přičemž tento způsob je charakterizován tím, že uvedenou slitinou je slitina podle vynálezu.

Vynález se kromě toho týká použití slitiny podle vynálezu jako ložiskového materiálu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Slitina na bázi zinku, obsahující hliník a měď, která může být odlévána pod tlakem ve stroji steplou komorou, vyznačená tím, že obsahuje 15 až 20 hmotnostních % hliníku, 8 až 10 hmotnostních % mědi, 0,01 až 2 hmotnostní % křemíku, 0 až 0,1 hmotnostního % hořčíku, 0 až 0,5 hmotnostního % titanu, 0 až 0,5 hmotnostního % chrómu, 0 až 1 hmotnostní % manganu, 0 až 0,5 hmotnostního % niobu a 0 až 0,1 hmotnostního % kovu vzácných zemin nebo směsi kovů vzácných zemin, přičemž zbytek tvoří zinek a nečistoty, neodstranitelně přítomné v zinku a ve výše uvedených legujících prvcích.
2. Slitina na bázi zinku, obsahující hliník a měď, která může být odlévána pod tlakem ve stroji s teplou komorou, vyznačená tím, že obsahuje 25 až 30 hmotnostních % hliníku, 15 až 20 hmotnostních % mědi, 0,01 až 2 hmotnostní % křemíku, 0 až 0,1 hmotnostního % hořčíku, 0 až 0,5 hmotnostního % titanu, 0 až 0,5 hmotnostního % chrómu, 0 až 1 hmotnostní % manganu, 0 až 0,5 hmotnostního % niobu a 0 až 0,1 hmotnostního % kovu vzácných zemin nebo směsi kovů vzácných zemin, přičemž zbytek tvoří zinek a nečistoty, neodstranitelně přítomné v zinku a ve výše uvedených legujících prvcích.
3. Slitina podle nároku 1, vyznačená tím, že obsahuje 15 až 18 hmotnostních % hliníku a výhodně 15 až 17 hmotnostních % hliníku.
4. Slitina podle nároku 2, vyznačená tím, že obsahuje 25,5 až 28,5 hmotnostního % hliníku a 15 až 18 hmotnostních % mědi.
5. Slitina podle některého z nároků 1 až 4, vyznačená tím, že obsahuje 0,1 až 1 hmotnostní % křemíku.
6. Slitina podle některého z nároků 1 až 5, vyznačená tím, že zinek má čistotu > 99,9 %, přičemž hliník má čistotu > 99,95 % a měď má čistotu > 99,99 %.
7. Způsob výroby produktů, zhotovených ze slitiny na bázi zinku, obsahující hliník a měď, litím pod tlakem ve stroji s teplou komorou, vyznačený tím, že touto slitinou je slitina podle nároků 1 až 6, přičemž lití se provádí při teplotě rovné 460 °C nebo nižší než 460 °C.
8. Způsob výroby produktů, zhotovených ze slitiny na bázi zinku, obsahující hliník a měď, litím pod tlakem ve stroji se studenou komorou nebo gravitačním litím, vyznačený tím, že touto slitinou je slitina podle nároků 1 až 6.
9. Použití slitiny podle nároků 1 až 6 jako ložiskového materiálu.