DE1533226B2 - Feinzunklegierung - Google Patents

Description

Blei	bis	zu	0,10 »/ο
Cadmium	bis	zu	0,05 %
Eisen	bis	zu	0,02%
Zinn	bis	zu	0,005%
Kupfer	bis	zu	0,20%
Chrom	bis	zu	0,02%
Mangan	bis	zu	0,01%
Titan	bis	zu	0,05 %

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feinzinklegierung mit erhöhter Dauerstandfestigkeit, Härte und guter Verarbeitbarkeit.

Es sind Zink-Knetlegierungen mit verbesserter Härte und Dauerstandfestigkeit bekannt, die Kupfer und Titan (Metall, 20, 1966, Nr. 2, S. 107 bis 110), zusätzlich auch Magnesium (Blech, . 1965, Nr. 11, S. 640 ff.) bzw. Magnesium und Chrom (französische Patentschrift 1 352 481 und deutsche Auslegeschrift 1 215 375) enthalten.

Diesen Legierungen liegt die bekannte metallkundliche Erkenntnis zugrunde, daß es zur Verbesserung von mechanischen Eigenschaften auf das Vorhandensein von temperaturabhängigen Mischkristallgebieten ankommt, wobei die bei höheren Temperaturen erreichte Sättigungskonzentration unterkühlbar sein* muß, um Aushärtung oder ähnliche Effekte zu erzielen. Das trifft unter anderem für Legierungen mit den Elementen Al, Mg, Cu, Ti und Cd zu. Die Wirkung des praktisch in allen ZnCuTi-Legierungen vorkommenden, meist jedoch nicht genannten Mg, d. h. sein starker Einfluß auf die Härte und das Dauerstandverhalten, erklärt sich unter anderem durch die Tatsache, daß der Mg-Atomradius erheblich größer ist als derjenige von Zink, ebenso auch größer als derjenige von z. B. Ti oder Cadmium. Härte und Dauerstandfestigkeit einer Legierung sind um so größer, je größer die Atomradiendifferenz zwischen Grund- und Zusatzmetall ist. Nachstehende Tabelle, welcher die Goldschmidtschen Atomradien zugrunde gelegt sind, zeigt in diesem Zusammenhang die Atomradiendifferenz in %, bezogen auf Zink; sie erklärt die Vorteile und die Vorliebe für die Anwendung des Mg in der Feinzinkmetallurgie.

Legierungs element	Atomradius A	Atomradiendifferenz in °/o zu Zn
Ni	1,250	-6,0
Co	1,270	-5,2
Cu	1,277	-4,1
Zn	1,330	±0
Al	1,430	+7,5
Cd	1,489	+11,9
Ti	1,500	+12,8
Hg	1,502	+12,9
Li	1,519	+14,2
Mg	1,598	+20,0
Zr	1,605	+20,6

Titan und mehr noch Magnesium bewirken nach dem oben Gesagten mit wachsender Zugabe außer der Erhöhung der Festigkeitseigenschaften jedoch eine relativ starke Versprödung der Legierung. Da Festigkeit und Dauerstandfestigkeit praktisch mit der Änderung der Härte parallel lauf en, setzt der mit der Erhöhung der Härte einhergehende Verlust an Zähigkeit,. die z. B. in der Praxis für die Verarbeitungsfähigkeit, z. B. das Falzen, von Walzmaterial so wichtig ist, der Zugabe von Titan und/oder Magnesium eine Grenze. Sollen daher weitere Steigerungen der Festigkeitseigenschaften ohne größere Einbuße an Zähigkeit erreicht weiden, so müssen in altbekannter Weise dem Basismetall Elemente zugefügt werden, die zwar eine Härtung über Mischkristallbildung bringen, jedoch keine so große Verzerrung des Gitters wie Ti und Mg bewirken, z. B. das mit Zink gut mischbare Kupfer, wie es z. B. in den obengenannten Feinzinklegierungen ZnCuTi geschieht. Die durch Kupfer- und Titanzugabe verursachte Sprödigkeitwird üblicherweise durch eine Zwischen- und/oder Abschlußglühung beseitigt.

Es sind auch Zinklegierungen mit Eisen und/oder Kobalt und Cadmium bekannt, die jedoch aus dem Schmelzfluß rasch abgeschreckt werden müssen. (Deutsche Patentschrift 901 597.)

Andere ternäre Legierungen, z. B. ZnFeNi, ZnCuNi, ZnNiMn und ZnAlNi haben den Nachteil, daß sie nur im hochgeglühten Zustand eine gute Dauerstandfestigkeit aufweisen. Lediglich bei der Legierung ZnCuFe ist eine hohe Dauerstandfestigkeit im kalt verformten Zustand vorhanden. Sie hat jedoch, wie alle eisenhaltigen Zinklegierungen, eine geringere Korrosionsbeständigkeit und schlechte Walzbarkeit.

Es sind auch Zinklegierungen bekanntgeworden, allerdings nur Zinkgußlegierungen (bei denen es überhaupt nicht auf eine Verformungsfähigkeit in kaltem Zustand ankommt, sondern im Gegenteil eine solche vermieden werden soll), die einen Nickelgehalt von 0,005 bis 0,02% aufweisen.

Es wurde nun gefunden, daß Magnesium und Nickel, das praktisch keine oder nur eine sehr beschränkte Festlöslichkeit in Zink hat (M. Hansen, Metallurgy and metallurgical Engineering Series, 1958, S. 1061) und das auch gemäß seiner Stellung in der Tabelle für die Atomradiendifferenz mit —6,0 % zunächst als kein besonders geeigneter Partner des Zinks zur Anhebung seiner mechanischen Eigenschaften angesehen werden kann, in geringen Mengen gemeinsam in Feinzink eingebracht, eine ganz unerwartet starke Härtung erzeugen, die etwa 10- bis 20mal so hoch ist wie die durch Zusatz von Kupfer

erreichte, und zwar ohne daß ein nachteiliger Verlust an Zähigkeit eintritt, der eine zusätzliche Zwischenoder eine Abschlußglühung notwendig machen würde. Die genannten günstigen Eigenschaften treten dann auf, wenn der Nickelgehalt 0,03 bis 0,08 °/₀ (Gewichtsprozent) und der Magnesiumgehalt 0,003 bis 0,03 %» vorzugsweise 0,005 bis 0,01 °/o> betragen.

Die erfindungsgemäße Feinzinklegierung zeigt auch dann die erhöhte Dauerstandfestigkeit und Härte, ohne bei Verformung und Walzung zu verspröden, wenn auch noch die folgenden Elemente einzeln oder kombiniert in der Feinzinklegierung vorliegen (in °/₀):

Blei	bis	zu	0,10
Cadmium	bis	zu	0,005
Eisen	bis	zu	0,02
Zinn	bis	zu	0,005
Kupfer	bis	zu	0,20
Chrom	bis	zu	0,02
Mangan	bis	zu	0,01
Titan	bis	zu	0,05

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Feinzinklegierung mit erhöhter Dauerstandfestigkeit und Härte, die bei der Verformung oder Walzung trotz gesteigerter Festigkeitswerte keine Versprödung zeigt und daher keiner Zwischenoder nachträglichen Glühung bedarf, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 0,03 bis 0,08 % Nickel, 0,003 bis 0,03, vorzugsweise 0,005 bis 0,01% Magnesium, Rest Feinzink besteht.

2. Feinzinklegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch noch die weiteren Elemente einzeln oder kombiniert in folgenden Anteilen enthält.