DE1953783A1 - Feinzinklegierung - Google Patents

Description

STOLBERGER ZINK Frankfurt/M. den 16.10.1969

Aktiengesellschaft für Bergbau DrQ/GKp

und Hüttenbetrieb
51 Aachen, Theaterstraße 37

prov. ITr. 6314 StZ

Feinzinklegi erung

Die Erfindung betrifft eine ternäre Feinzink-Hickel-Chrom-Legierung.

Das Anwendungsgebiet von Misch- und Hüttenzink für Bleche, Bänder, Stangen oder dgl. Werkstoffe für die Bauindustrie, ist insbesondere aufgrund der mechanischen Eigenschaften begrenzt, da Zink in unlegierter Form als maßbeständiger Konstruktionswerkstoff infolge des sogenannten "Kriechens" nicht zu gebrauchen ist. Das Kriechen von Zink ist ein zeitabhängiger Verformungsvorgang unter konstanter Last, wobei im Falle der Zugbeanspruchung die Dehnung des Werkstoffs zunimmt. Bei Zink setzt dieser VerformungsVorgang bereits bei Raumtemperatur ein. Die Ursache dafür ist bei gewalzten Produkten vor allem in der sehr niedrigen Kristallerholungstemperatur des Zinks zu suchen, die wiederum durch den niedrigen Schmelzpunkt bedingt ist.

Die Verbesserung der Dauerstandfestigkeit von Zink und Zinklegierungen, durch Heterogenisierung des G-efügeaufbaus gehört schon mit Beginn der 30er Jahre zu den grundsätzlichen Erkenntnissen der Metallkunde des Zinks. Die Heterogenisierung wird durch solche Zusatzelemente erreicht, die mit Zink ein feinkörnig erstarrendes Eutektikum bilden. Mischkristallbildende Zusätze wie Kupfer oder dgl. erhöhen dabei Zereißfestigkeit und Härte. So sind Legierungen mit 0,1 bis 2 io Kupfer, wahlweise auch Kadmium mit öhromgehalten

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von 0,1 bis 0,7 ^σ/° vorgeschlagen worden (Französische Patentschrift 706 412, IEP 594 438, US-Patentschrift 2. 054 398).

Einen weiteren Fortschritt stellen Zinkwalzlegierungen nach der USP 2 011 987 mit je 0,075 f° Mangan, Nickel und Chrom dar, deren Dauerstandfestigkeit einen Wert von 4 kg pro mm bei 1 $ Dehnung pro Jahr erreicht.

Als Ergebnis umfangreicher Arbeiten ist ferner festgestellt , worden (Pawlek, F.: Zeitschrift für Metallkunde 3j6 O 944), Seite 105)} daß die durch die Zulegierung von Eisenmetallen zum Zink gebildeten intermetallischen Phasen das Kriechen des Zinks dann blockieren, wenn sie in feindisperser Form vorliegen und praktisch keine Platzwechselreaktionen an der Korngrenze Zink-Phase ablaufen.

Bekannt ist auch, kupferhaltige Zinklegierungen durch Zusatz von hochschmelz enden Metallen wie Titan und Chrom zu heterogenisieren (USP 2 317 179). Eine besondere Bedeutung besitzen heute Zinklegierungen vom Typ Zink-Kupfer-Titan mit 0,5 bis 0,75 $> Kupfer und 0,12 bis 0,25 1° Titan (USP 2 472 402).

Das Prinzip der den Kriechvorgang blockierenden Phasen benutzt auch die britische Patentschrift 732 227 durch Heterogenisierung einer Zink-Kupfer-Legierung mit 0,5 bis 4 i» Kupfer mittels Miekel bis 0,3 $, Mangan bis 0,7 ^, Eisen bis 0,5 $ und Chrom bis 0,2 ^.

Für die spanlose Verarbeitung dauerstandfester Legierungen durch Biegen oder falten ist eine gute Duktilität erforderlich, die insbesondere mit einer ternären Zink-Kupfer-Titan-Legierung mit 0,1 bis 2 "/» Kupfer und 0,05 bis 0,5 % Titan erzielt wird, in dem die Legierung nach einer bei 20 bis

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100°C vorgenommenen Kaltverformung vor ihrer Verwendung einer "bei etwa 100 bis 35O^GC durchgeführten Wärmebehandlung unterworfen wird, ohne daß dabei die durch den Titanzusatz bewirkte außerordentliche Kornverfeinerung verloren geht (DAS 1 138 535, USP 3 113 053, 3 146 098). Die gute Duktilität der Zink-Kupferr-Titan-Legierung ist also schon gefügemäßig bedingt.

Eine weitere Erhöhung der festigkeit und Härte einer ternären Feinzinklegierung kann durch Erhöhung der heterogenen Bestandteile erreicht werden, was jedoch in nachteiliger Weise eine erhebliche Abnahme der Duktilität zur Folge hat.

Es wurde nun gefunden, daß dieser Nachteil bei einer ternären Feinzink-Nickel-Chrom-Legierung vermieden werden kann, wenn die Legierung erfindungsgemäß in einem eutektischen Konzentrationsbereich der Zinkecke des Dre*istoffsystems entsteht, der durch die Phasenpunkte

A 0,05 ia Ohrom und 0,05 $ Nickel Rest Feiiizink B 0,20 1° » und 0,05 $ " " " C 0,05* 1» " und 0,20 $ " " " D 0,45 $ " bis 0,55 f° Chrom vorzugsweise 0,50 °/o Chrom 0,45 ^Nickel bis 0,55 f° Chrom .» 0,50 1° Nickel Rest Peinzink

begrenzt ist; wobei das Eutektikum des Dreistoffsystems bei 0,12 ^ Chrom und 0,18 fo Nickel liegt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß ein Teil des Feinzinks durch Kupfer bis. 1,7 i° ersetzt wird, weil bis 1,7 $ Cu, das im festen Zink löslieh ist, keine heterogenenG-efügebe standteile entstehen. ,

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In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen eutektischen Konzentrationsbereich wird die ternäre Feinzink-Niekel-Chrom-Legierung trotz zunehmender Heterogenisierung und zuneh-" mendem Erstarrungsintervall in Richtung Phasenpunkt D im wachsenden Maße feinkörnig, so daß als Folge davon die Festigkeit zunimmt und überraschenderweise die Duktilität erhalten bleibt. Erst bei Konzentrationen über Phasenpunkt D geht dieser Effekt verloren.

Nach vollendeter Primärkristallisation von feinkörnigen pseudoeutektischen Kristalliten ist die Restschmelze die Schmelze des ternären Eutektikums.

Im Phasenraum A, B, E (Eutektikum), C des erfindungsgemäßen Konzentrationsbereich erstarren als Träger der Dauerfestigkeit und Festigkeit wirkende primäre Zinkkristalle mit feinkörniger Kristallstruktur, wobei ihr Wachstum durch die Restschmelze des ternären Eutektikums gebremst wird. Die in diesem Phasenraum entstehenden ternären Legierungen besitzen Festigkeitswerte bis 30 kg/mm und werden vorzugsweise als Walzlegierungen für Bänder und Bleche verwendet.

Die in dem Phasenraum C, E, D primär erstarrenden Nickel— kristalle besitzen bei zunehmendem Erstarrungsintervall, wider Erwarten nicht eine nadelige sondern eine feinkörnige Struktur, wodurch die Duktilität, gemessen durch br.uchfreie Kaltformgebung, erhalten bleibt.

Auch die in dem Phasenraum zwischen den Phasenpunkten B, E-, D primär erstarrenden Chromkristalle haben eine feinkörnige Struktur, die bewirkt, daß die entstehenden Legierungen mit den vorgesehenen Kupfergehalten Festigkeits-

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werte von bis zu 50 kp/mm erreichen. Eine Festigkeit von über 50 kp/mm erreichen besonders diejenigen kupferhaltigen

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Legierungen, die in der von dem Phasenpunkt D zum Punkt des ternären Eutektikums E verlaufenden Rinne entstehen, da trotz ansteigendem Erstarrungsintervall, die erstarrenden Kristallite feinkörnig bleiben. Die im Bereich dieser Rinne entstehenden ternären Legierungen finden insbesondere für die Herstellung von Drähten Verwendung.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung des ternären Gemisches ist in der Zeichnung in einem Dreieckskoordinatensystem beispielhaft dargestellt und wird im folgenden an Hand von -mehreren in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Beisp. Ui Cr Cu Zn Pestig- Deh- Dauerstand- Verwendung

keit ρ nung festigkeit Nr. (kp/mni ) (#) (kp/mm2)

1	0,05	0,05	- Rest	18	70	6	Bänder	,Bleche
2	0,10	0,10		19	70	6	Il	Il
3	0,15	0,15	_ »	20	80	7	It	Il
4	0,25	0,15	li	23	80	8	Il	Il
5	0,25	0,15	1,00 n	30	65	9	K	Il
6	0,25	0,20	_ 11	25	60	9	Drähte
7	0,35	0,30	_ "	35	50	10	Il
8	0,35	0,30	1,70 »	50	40	10	Il
9	0,40	0,45		40	15	11	Il
10	0,50	Q, 50	_ Il	50	10	12	II

Die in den Ausführungsbeispielen 1 bis 5 erschmolzenen Legierungen wurden bei 45O⁰C zu Blöcken mit einer Stärke von 80 mm vergossen. Nach dem Erstarren wurden die Blöcke zur Herstellung duktiler, hochdehnungsfähiger fester Bleche oder Bänder bei 25O⁰C in mehreren Stichen auf 10 mm warmgewälzt und anschließend in mehreren Stichen auf 1 mm Stärke kaltgewalzt.

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Im Ausführungsbeispiel 5 ist 1 % des Zinks durch Kupfer ersetzt worden, wodurch bei wenig verminderter Dehnung die'

Festigkeit auf 30 kp/mm ansteigt.

Bei den Ausführungsbeispielen 6 bis 10 wurden die erschmolzenen Legierungen bei 450⁰O im Wasserguß- öder Stranggußverfahren zu Rundbarren von 150 mm Durchmesser vergossen. Die Rundbarren wurden anschließend bei 250⁰C warmgepreßt und dann kalt zu Drähten guter Duktilität und hoher Festigkeit von 1,5 mm Stärke gezogen. Im Ausführungsbeispiel 8 ist 1,7 "Α Zink durch Kupfer ersetzt worden, was zur Folge hat, daß die Festigkeit des hergestellten Drahtes auf 50 kp/mm ansteigt.

Der mit der erfindungsgemäßen ternären Feinzink-Nickel-Chrom-Legierung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß Härte und Festigkeit der Legierung ohne Verlust der Duktilität wesentlich gegenüber den zum Stand der Technik genannten Legierungen gesteigert werden konnten.

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Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE

1) Ternäre Feinziiik-Nickel-ChrOm-Iiegierung, gekennzeichnet durch einen eutektischen KonzentrationsbereiGh, der durch die Phasenpunkte

(A) C,05 ί° Chrom und 0,05 1° Nickel Rest Feinzink

(B) 0,20 $ Chrom und 0,05 1° Nickel Rest Feinzink

(C) 0,05 f° Chrom und 0,20 $ Nickel Rest Feinzink

(D) 0,45 1° Chrom bis 0,55 $ Chrom vorzugsweise 0,50$ Chrom 0,45 °/° Nickel bis 0,55 1° Nickel vorzugsweise 0,50$ Nickel

Rest iPeinzink

begrenzt ist, wobei das ternäre Eutektikum (E) bei 0,12 $ Chrom und 0,18 °/o Nickel Rest Feinzink liegt.

2) Feinzink-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 1,7 % Zink durch Kupfer ersetzt sind.

3) Verwendung einer ternär en Feinzink-Nickel-Chrom-Legierung aus dem Konzentrationsbereich (A., B, E, C) nach den Ansprüchen 1 und 2 als Walzlegierung zur Herstellung von Bändern und Blechen.

4) Verwendung einer ternären Fsinzink-Nickel-Chrom-Legierung aus dem Bereich der eutektischen Rinne (E bis D) nach den Ansprüchen 1 und 2 zur Herstellung von Drähten.

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