DE1274345B

DE1274345B - Zinkknetlegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung und Verarbeitung

Info

Publication number: DE1274345B
Application number: DE1962ST019559
Authority: DE
Inventors: Dr Mont Erich Pelzel
Original assignee: Stolberger Zink AG
Current assignee: Stolberger Zink AG
Priority date: 1962-08-02
Filing date: 1962-08-02
Publication date: 1968-08-01
Also published as: CH453714A; GB1026833A; AT241833B

Description

Zinkknetlegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung und Verarbeitung An eine Zinkknetlegierung für Bleche, Bänder, Rohre, Stangen und Drähte wird nicht nur die Forderung nach einer genügenden Zerreißfestigkeit von 30 bis 35 kg/mm' gestellt, vor allem muß die Kriechfestigkeit mit 5 bis 8 kg/mm2 (bei 1 % Dehnung pro Jahr) und die einwandfreie Kaltformgebung durch Biegen, Falzen, Drücken und Ziehen bei Raumtemperatur gewährleistet sein. Zur Kennzeichnung dieses Formänderungsvermögens erwies sich die Ermittlung der Bruchdehnung im Zerreißversuch als ungenügend und in keiner eindeutigen Beziehung zur Praxis stehend. Die Faltprobe, d. h. die Faltung einer Werkstoffprobe um 180° ergibt ein brauchbares Maß. Man beurteilt dann die Faltkante nach ihrem Aussehen mit 3 = glatt, 2 #t rauh, 1 = Anbrüche und 0 = Bruch.
Die geforderten Festigkeitswerte werden schon von vielen Zinkknetlegierungen erreicht, von denen besonders die aluminiumarmen oder aluminiumfreien Zink-Kupfer- bzw. Zink-Kupfer-Mangan-Legierungen praktisch verwendet werden. Ihre Kriechfestigkeit ist ungenügend; man kann sie zwar durch Glühbehand-Jung verbessern, jedoch geht dies wiederum zu Lasten des Formänderungsverrnögens. Die Verbesserung der Zerreißfestigkeit, Härte und Kriechfestigkeit durch Magnesium- bzw. Lithiumzusätze führt zur gleichzeitigen Versprödung, die durch Wärmebehandlungen nicht oder nur ungenügend aufgehoben wird.
Es werden daher in allen aluminiumfreien Zinkknetlegierungen vor allem die Magnesiumgehalte entweder als Verunreinigung bezeichnet und nur in geringsten Gehalten zugelassen oder gar nicht angeführt.
Die in neuerer Zeit bekanntgewordenen titanhaltigen Zinkknetlegierungen mit z. B. 0,05 bis 0,501, Titan und Kupfergehalten bis 2°/o ergeben im warmgewalzten Zustand oder nach Kaltwalzung und anschließender Glühung eine Kriechfestigkeit von 6 bis 8 kg/mm2 und in diesem Zustand den Faltwert 3. Ihre Zerreißfestigkeit beträgt 18 bis 22 kg/mm2, genügt also nur mittleren Beanspruchungen. Tragende Elemente aus profilierten Blechen, Bändern oder Stangen können bei gegebener Konstruktion und Belastung noch nicht mit anderen Werkstoffen konkurrieren. Die Erhöhung der Festigkeit durch hohe Kupfergehalte von über 1,5 °/n führt zur Herabsetzung der Kriechfestigkeit und Faltfähigkeit, Zusätze von Aluminium über 0,010/,) geben zur Bildung von A13Ti-Kristallen im Gefüge, d. h. zur Versprödung (Faltung 0), Anlaß.
Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber eine Zinkknetlegierung mit 0,05 bis 0,5 °/a Titan, weniger als 0,01 % Eisen und/oder Aluminium, Rest Zink, die durch einen zusätzlichen Magnesiumgehalt von 0,003 bis 0,010/() gekennzeichnet ist.
Insbesondere wurde gefunden, daß sich bei einer derartigen Legierung eine wesentliche Steigerung der Festigkeit, Kriechfestigkeit und Härte ohne Herabsetzung des Formänderungsvermögens erreichen läßt, wenn übliche Verarbeitungsbedingungen eingehalten werden.
Es werden im nachfolgenden verglichen: Legierungen im Walzzustand nach einer 80°/oigen Kaltwalzung (A-Werte) und nach einer anschließenden Glühbehandlung bei 250°C (G-Werte).

Angegeben werden: Zerreißfestigkeit (ab) in kg/mm2, Dauerstandfestigkeit (DF) in kg/mm2 für 10/, Dehnung pro Jahr, Brinellhärte (BH) in kg/mm2 und der Faltwert x

Die eingangs gestellten Forderungen werden erreicht (+) bzw. nicht erreicht (-) oder nur teilweise erreicht

Die Legierungen 4 und 5 erfüllen somit speziell im geglühten Zustand -alle eingangs gestellten Forderungen. Auch bei niedrigen Mg- und Ti-Gehalten kommt die Feinkornwirkung der Kombination zur Geltung. Insbesondere wurde festgestellt, daß die erreichbare Dauerstandfestigkeit von 8 kg/mm2 bei 1 % Dehnung pro Jahr von der quasihomogenen Feinstverteilung der Titanphasen im Gußgefüge und damit von der Blockgröße abhängt. Dies ergibt sich aus folgendem: Eine Legierung mit 0,3 °/o Titan in verschiedener Blockgröße wurde bei 250°C auf 5 mm Dicke warmgewalzt, -dann -auf 1 mm -Dicke kaltgewalzt (Walzgrad 80 °/o) und bei 250°C geglüht. Vergleichsweise wurde eine Legierung mit 0,3 °/o Titan und 0,01 % Magnesium unter gleichen Bedingungen verarbeitet und deren Dauerstandfestigkeit ermittelt. Die Ergebnisse sind folgende:

Dauerstandfestigkeit
Blockgewicht kg/nim2 für 101" Dehnung pro Jahr
0,3 °/ Ti 0,3 % Ti
Rest Zink 0,010/,mg
kg Rest Zink
20 8,0 9,0
100 7,5 9,0
300 6,0 8,5
500 5,0 8,0
800 4,0 , 8,0

Die magnesiumhaltige Zink-Titan-Legierung zeigt im Gußgefüge unabhängig von der Blockgröße Feinstverteilung der Titanphasen, die magnesiumfreie Legierung weist Unterschiede innerhalb des Blockquerschnittes auf.

Bei Blöcken über 100 kg sinkt demnach bei der Zink-Titan-Legierung die maximal erreichbare Dauerstandfestigkeit, bei Zink-Titan-Magnesium-Legierungen bleibt der Wert weitgehend unabhängig von der Blockgröße.
Die gefundenen Werte sind bei Zinkknetlegierungen auf Basis Feinzink, Hüttenzink oder Mischungen dieser Zinksorten unter folgenden Bedingungen erreichbar: 1. Titangehalte von 0,05 bis 0,5 °/o und Magnesiumgehalte von 0,003 bis 0,010/,. Der Aluminium-und/oder Eisengehalt dieser Legierungen soll weniger als 0,010/, betragen. Zulässig und vielfach vorteilhaft sind Kupfergehalte von 0,1 bis 1,70/" Mangangehalte von Spuren bis 0,40/,), Nickel- und/oder Kobaltgehalte von Spuren bis 0,20/,.
2. Die Legierungen werden vorteilhaft nach der Warmverarbeitung durch Walzen oder Pressen in an sich bekannter Weise mit einer Dicken-bzw. Querschnittsabnahme von mindestens 20 °/o, vorzugsweise 50 bis 95010, bei Temperaturen unter 150°C, vorzugsweise 20 bis 80°C, kaltverformt (gewalzt, gezogen) und anschließend bei Temperaturen über 150°C, vorzugsweise 200 bis 300'C, geglüht.
Die kennzeichnenden Eigenschaften sind dann die folgenden Zerreißfestigkeit: Nicht unter 30 kg/mm2, vorzugsweise 33 bis 43 kg/mm2.
Dauerstandfestigkeit: 8 bis 9 kg/mm2, nicht unter 7 kg/mm2. Brinellhärte: Nicht unter 50 kg/mm', vorzugsweise 55 bis 65 kg/mm2.
Faltung um 180': Bruchfreie Faltung entsprechend dem Faltwert 3. Die Legierungen zeichnen sich durch das Auftreten einer für Zinkknetlegierungen neuartigen natürlichen Streckgrenze aus, wobei das Verhältnis Streckgrenze zur Festigkeit den Faktor 0,8 überschreitet.
Für die Herstellung titanhaltiger Zinklegierungen wird ein Titanpulver oder ein sogenannter Titanschwamm verwendet, der unter anderem durch Reduktion des TiC14 mit Magnesium gewonnen wird. Da bei dieser Reaktion mit Überschuß von Magnesium gearbeitet wird, enthält das Reaktionsprodukt neben Titan noch Magnesium und die entsprechenden Mengen Magnesiumchlorid. Beide werden üblicherweise durch Säurebehandlung oder Rektifikation entfernt, so daß der Titanschwamm meist nur 0,05 bis 0,20/0 Magnesium und etwas MgCl, enthält. Mit diesem Titanschwamm werden daher maximal immer weniger als 0,001 % Mg in eine Zinklegierung mit 0,5°/o Titan eingebracht. Es wurde nun gefunden, daß die Eigenschaften der Legierung mit 0,05 bis 0,501, Titan und 0,003 bis 0,01 % Magnesium dann besonders stetig erhalten werden, wenn der Titanschwamm vor dem gänzlichen Entfernen des Magnesiumchlorids und desMagnesiums zur Herstellung der Zink-Titan-Magnesium-Legierung benutzt wird. Einerseits wirkt sich bei der Herstellung der Zink-Titan-Legierungen oder Vorlegierungen das im Titan vorhandene Magnesiumchlorid im Schmelzftuß als Schutzschlacke zur Verhinderung des Abbrandes aus, andererseits wird der für die Zink-Titan-Magnesium-Legierung notwendige Magnesiumgehalt verlustlos in die Legierung eingebracht. Für die Herstellung der Legierung wird jeweils der entsprechende Mg- und MgC12-haltige Titanschwamm gewählt.

Claims

Patentansprüche: 1. Zinkknetlegierung mit 0,05 bis 0,501, Titan, weniger als 0,010/, Eisen und/oder Aluminium, Rest Zink, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Magnesiumgehalt von 0,003 bis 0,010/0. 2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kupfergehalt von 0,1 bis 1,7°/o. 3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Mangangehalt von Spuren bis 0,40/0. 4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Nickel und/oder Kobalt von Spuren bis 0,20/, enthält. 5. Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere Dauerstandfestigkeit, der Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach der Warmverformung in an sich bekannter Weise Temperaturen unter 150°C, vorzugsweise 20 bis 80°C, mit einem Verformungsgrad von mindestens 200/" vorzugsweise 50 bis 950/0, spanlos durch z. B. Walzen, Ziehen oder Pressen verformt und anschließend bei Temperaturen über 150°C, vorzugsweise bei 200 bis 300°C, geglüht wird. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Warm- und Kaltverformung an Gußblöcken von einem Gewicht von 100 kg und mehr, vorzugsweise von mehr als 500 kg, vorgenommen wird. 7. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Einführung des Titans Titanschwamm oder Titanpulver verwendet wird, aus dem darin enthaltenes Magnesiumchlorid bzw. Magnesium nicht oder nicht gänzlich entfernt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 317179; »Metall«, 15 (196l), Heft 11, S. 1081 bis 1082; »Berg- und Hüttenmännische Monatshefte«, 106 (1961), Heft 8, S. 248 bis 251.