DE2049487A1 - Copper-based zinc alloy, especially for die casting - Google Patents
Copper-based zinc alloy, especially for die castingInfo
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Dipl.-lng. H. StrohschänkDipl.-Ing. H. straw tavern
8 München 60
MusöusstraßeS 8.10.1970-SLa(5)8 Munich 60
MusöusstrasseS 8.10.1970-SLa (5)
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A.H. Anaersson & Co., Aktiebolag Ljung_(Schweden2 AH. Anaersson & Co., Aktiebolag Ljung_ (Sweden2
Kupferbasis-Zinklegierung, insbesondere für den DruckgußCopper-based zinc alloy, especially for die casting
Die Lrfindung bezieht sich auf eine Kupferbasis-Zinklegierung, insbesondere für den Druckguß, mit 60 bis 79 % Kupfer, 1,0 bis 3,5 % Blei und 0,02 bis 0,08 % Arsen, wobei jedoch ein kleinerer Anteil des Arsens durch eine metallurgisch gleichwertige Menge von Antimon und/oder Phosphor ersetzbar ist und der Restanteil, von normalen Verunreinigungen abgesehen, im wesentlichen aus Zink mit einem Ilindestanteil von etwa 10 % besteht, sowie auf ein Verfahren zur Warmbehandlung eines aus dieser Legierung warmgeformten Formteiles.The invention relates to a copper-based zinc alloy, especially for die casting, with 60 to 79% copper, 1.0 to 3.5% lead and 0.02 to 0.08% arsenic, but with a smaller proportion of arsenic by a metallurgically equivalent Amount of antimony and / or phosphorus is replaceable and the remainder, apart from normal impurities, in essentially made of zinc with a minimum content of about 10% consists, as well as a method for the heat treatment of a molded part hot-formed from this alloy.
Eine solche, in der schwed. Pat. 194 177 beschriebene Legierung, die sich in der Form eines Werkstückes besonders gut zur spanabhebenden Bearbeitung eignet, enthält 62 bis 68 % Kupfer, 1,3 bis 3,3 % Blei, 0,5 bis 1,1 % Kiesel, 0,1 bis 1,2 % Mangan sowie 0,02 bis 0,08 no Arsen, während der Rest, von normalen Verunreinigungen abgesehen, aus Zink besteht. Vorstehend und auch nachstehend v/erden unter den Prozent angaben stets Gewichtsprozente verstanden. Eine solche Legierung kann als typisch für die betroffenen Legierungen betrachtet werden, die sich alle durch eine gute Bearbeitbarkeit auszeichnen und vorSuch an alloy, described in the Swedish Pat , 1% pebbles, 0.1 to 1.2% manganese and 0.02 to 0.08 n o arsenic, while the rest, except for normal impurities, consists of zinc. Above and also below, the percentages are always understood to be percentages by weight. Such an alloy can be regarded as typical of the alloys concerned, all of which are characterized by good machinability and above
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airier mechanischen Bearbeitung auch gut im Druckguß, Sandguß oder Formguß sowie durch Walzen zu Blechen verarbeiten oder auch zu Stäben oder Rohren pressen lassen.airier mechanical processing also works well in die casting, sand casting or molding as well as by rolling into sheet metal or can also be pressed into bars or tubes.
Es ist bei solchen Legierungen weiterhin bekannt, den Kupfer- und Zinkanteil so zu wählen, daß die Legierung einen wesentlichen Materialanteil in der Eeta-Phase enthält, die bekanntlich eine zentriert kubische Kristallstruktur innerhalb des Temperaturbereiches des Schmelzpunktes der Legierung bis etwa 650 C zeigt. Damit weist die Legierung in der Beta-Phase bei entsprechender Temperatur eine gute Verformbarkeit auf, die insbesondere beim Druckguß erwünscht ist. Auch während der Abkühlung ist eine ausreichende Materialmenge in der Beta-Phase vorteilhaft, weil dadurch die während der Abkühlung eintretende Schrumpfung ohne das Entstehen von Rissen oder stärkeren inneren Spannungen vor sich gehen kann.It is also known in such alloys that the copper and to choose zinc content so that the alloy contains a substantial proportion of material in the Eeta phase, which is known a centered cubic crystal structure within the temperature range of the melting point of the alloy to shows about 650 C. This means that the alloy has good ductility in the beta phase at the appropriate temperature on, which is particularly desirable in die casting. There is also a sufficient amount of material in during the cooling process The beta phase is advantageous because it allows the shrinkage that occurs during cooling without cracking or stronger internal tensions can be going on.
Demgegenüber weisen aber solche Legierungen, die auch bei normaler Raumtemperatur noch Material in Beta-Phase oder in Beta1-Phase aufweisen, den Mangel auf, daf? sie leicht im Sinne einer "Abzinkung" korrodieren. Ein solches Abzinken kann eintreten, wenn die Legierung in Berührung mit gewissen Wasserarten kommt} insbesondere mit schwach verunreinigtem Wasser oder mit Wasser höherer Temperatur oder unter einem höheren Druck. Damit hat sich der besondere Mangel gezeigt, caß aus einer solchen Legierung hergestellte Rohre, Hähne, Ventile und dergl. sehr schnell korrodieren, wenn sie in Wasserleitungen verwendet vier den.On the other hand, alloys which still have material in beta phase or in beta 1 phase even at normal room temperature have the deficiency that? they easily corrode in the sense of "zinking". Such Abzinken can occur if the alloy in contact with certain types of water comes} particular with weakly polluted water or water with a higher temperature or at a higher pressure. This has shown the particular deficiency that pipes, taps, valves and the like made from such an alloy corrode very quickly if they are used in water pipes.
Aus den bekannten Grüncen ist man daran interessiert, nach Möglichkeit solche Kupferbasis-Zxnklegxerungen der eingangs genannten Art zu finden, die einerseits im Bereich zwischen ihrem Schmelzpunkt und etwa 650 C eine wesentliche Materialmenge in der Beta-Phase enthalten und trotzdem aber bei normaler Raumtemperatur möglichst keine Materialmengen From the known sources one is interested in finding, if possible, such copper-based coatings of the type mentioned above, which on the one hand contain a substantial amount of material in the beta phase in the range between their melting point and about 650 C and nevertheless, if possible, none at normal room temperature Material quantities
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in der Beta-Phase, dagegen eine möglichst große Materialmenge in der Alpha-Phase enthalten. Dies ist mit den bekannten Legierungen bereits in einzelnen Fällen gelungen, sofern eine sehr genaue V7ärmebehandlung eingehalten wurde, und zwar einer seits nach dem Gießverfahren zur Hebung der Beta-Phase, und anderseits während der Abkühlung auf die Raumtemperatur, um dabei die gewünschte Phasenveränderung zu erhalten. In der Praxis hat sich aber gezeigt, daß das gewünschte Ergebnis nur unzuverlässig erreicht werden konnte und auch nur durch sorgfältige anschließende Proben feststellbar war, ob der Guß gelungen war. Äußerlich waren jedenfalls die hergestellten Gußstücke, die Materialmengen in der Beta-Phase enthalten, von den einwandfreien Gußstücken ohne Materialmengen in der Beta-Phase nicht zu unterscheiden. Sofern keine Proben, die in der Regel zur Zerstörung des Probestückes führen, entnommen und in einer langwierigen umständlichen Untersuchung geprüft wurden, konnte somit erst nach längerer Benutzungszeit festgestellt werden, ob die hergestellten Gegenstände in der vorgenannten Weise korrosionsempfindlich sind oder nicht. Diese Fehlschläge konnten auch selbst dann nicht behoben werden, wenn bestimmte, für besonders günstig gehaltene Legierungen in ihren verschiedenen Bestandteilen mit besonders engen Toleranzen eingehalten wurden.in the beta phase, on the other hand, the largest possible amount of material included in the alpha phase. This is with the known alloys Successful in individual cases, provided that a very precise V7 heat treatment was adhered to, namely one on the one hand after the casting process to raise the beta phase, and on the other hand, during the cooling down to room temperature, in order to obtain the desired phase change. In the Practice has shown, however, that the desired result could only be achieved unreliably and only by careful Subsequent tests could be used to determine whether the casting had succeeded. In any case, externally the castings were that contain amounts of material in the beta phase, of the flawless castings without amounts of material in the beta phase indistinguishable. If no samples, which usually lead to the destruction of the sample, are taken and were checked in a lengthy, cumbersome investigation, could therefore only be determined after a long period of use whether the manufactured objects are sensitive to corrosion in the aforementioned manner or not. These Failures could not be remedied even if certain alloys considered to be particularly favorable its various components were adhered to with particularly tight tolerances.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel zu vermeiden und die eingangs genannte Kupferbasis-Zinklegierung so zu vervollkommnen, daß trotz einer guten Eignung für den Druckguß bei Raumtemperatur kein "Abzinken" befürchtet zu werden braucht und somit das aus der Legierung hergestellte Teil keine Materialmengen in der Beta-Phase, sondern lediglich Materialmengen in der Alpha-Phase und in der Delta-Phase enthält. Die Delta-Phase hat die typische Kristallstruktur DS2 und basiert auf einer Elektronenverbindung mit einem Verhältnis zwischen der Anzahl von Elektronen und der Anzahl von Atomen von 21:13. Diese Delta-Phase stimmtThe invention is based on the object of avoiding the above-mentioned deficiencies and of perfecting the aforementioned copper-based zinc alloy so that, in spite of its good suitability for die-casting at room temperature, there is no need to fear "dismembering" and thus the part made from the alloy does not Contains amounts of material in the beta phase, but only amounts of material in the alpha phase and in the delta phase. The delta phase has the typical crystal structure DS 2 and is based on an electron bond with a ratio between the number of electrons and the number of atoms of 21:13. This delta phase is correct
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mit derjenigen Delta-Phase überein, die. in einem Kupfer-Zink-System vorhanden ist. Die diesbezüglichen Erkenntnisse sind von Hansen im Buch "Constitution of binnery alloys1'1 1958, Seiten 635 und 653, näher erläutert worden, In diesen- Zusammenhang ict jedoch noch zu beachten, daf einige Handbücher um" Lehrbücher die hier als Delta-Phase bezeichnete Phase als "Gamma-Phase" bezeichnen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt aber nicht etwa darin, nur eine bei Raumtemperatur von Materialmengen in der Beta-Phase freie Legierung zu finden, die bereits bekannt ist, sondern eine solche Legierung, die trotzdem bei der Wärmebehandlungstomperatur eine genügende Materialmenge in der Beta-Phase enthält.with that delta phase that. is present in a copper-zinc system. The findings in this regard have been explained in more detail by Hansen in the book "Constitution of binnery alloys 1 ' 1 1958, pages 635 and 653. In this context, however, it should be noted that some manuals are" textbooks that are referred to here as the delta phase Designate phase as "gamma phase". The object of the present invention is not only to find an alloy which is free of material amounts in the beta phase at room temperature, but an alloy which nevertheless has a sufficient amount of material in the beta phase at the heat treatment temperature contains.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eingangs genannte Legierung außerdem 0;2 bis 2,0 ν Kiesel enthält.The object set is achieved according to the invention in that the alloy mentioned at the beginning also has 0 ; Contains 2 to 2.0 ν pebbles.
Aufgrund von Proben mit der durch Kiesel ergänzten Legierung hat sich überraschend gezeigt, daß Kiesel eine überraschend gute deltastabilisierende Wirkung hat.Based on samples with the alloy supplemented by pebbles it has surprisingly been found that pebble has a surprisingly good delta-stabilizing effect.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann ein kleinerer Anteil des Kiesels durch eine metallurgisch gleichwertige Menge Zinn und/oder Aluminium ersetzt werden, wobei der gegebenenfalls vorhandene Aluminiumanteil jedoch 0,9 5 % nicht übersteigt.According to one embodiment of the invention, a smaller proportion of the silica can be replaced by a metallurgically equivalent Amount of tin and / or aluminum to be replaced, whereby the possibly existing aluminum content, however, 0.9 5% does not exceed.
Für den Fall, daß der Legierung ganz spezielle Eigenschaften gegeben werden sollen, kann außerdem ein kleiner Anteil des Zinks durch andere Metalle ersetzt werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist beispielsweise vorgeschlagen, daß die Legierung außerdem bis 2,0 % Nickel und/oder bis 0,5 % Eisen und/oder bis 3,0 % Mangan enthält.In the event that the alloy is to be given very special properties, a small proportion can also be used of the zinc can be replaced by other metals. According to a further embodiment of the invention, it is proposed, for example, that the alloy also contains up to 2.0% nickel and / or up to 0.5% iron and / or up to 3.0% manganese.
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Die angestrebten Eigenschaften der Legierung sowohl im Gießzustand als auch im erkalteten Zustand können weiterhin verbessert werden, wenn creraäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Warmbehandeln eines zu einem Formteil warmgeformten '.Werkstückes aus einer Legierung; der vorgeschlagenen Art der Formteil unmittelbar nach der Uarmformung auf einer genügend hohen, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes der Legier unp; liegenden Temperatur so lange gehalten wird, bis nach der V'armformung etwa in der Beta-Phase zurückgebliebene Legierungsbestandteile in die Alpha- oder Beta-Phase übergegangen sind, wobei der Formteil anschließend auf die Umgebungstemperatur abgekühlt wird.The desired properties of the alloy in both The cast state as well as in the cooled state can be further improved if according to a method according to the invention for heat treatment of a workpiece made of an alloy which has been hot-worked to form a shaped part; of the proposed Art the molded part immediately after the arm molding on a sufficiently high but below the melting point of the alloy unp; temperature is maintained until after Alloy constituents left behind in the beta phase after the arm-forming process have passed into the alpha or beta phase, the molded part then being brought to ambient temperature is cooled.
Nachstehend werden zwei Beispiele für erfindungsgemäße Legierungen gegeben:The following are two examples of alloys according to the invention given:
Legierung mit einer Delta-Stabilisierung durch Kiesel:Alloy with a delta stabilization by pebbles:
Kupfer 62,0 bis 72,0Copper 62.0 to 72.0
Kiesel 1,15 bis 2,0Pebbles 1.15 to 2.0
Blei 1,0 bis 3,5Lead 1.0 to 3.5
Arsen 0,02 bis 0,08Arsenic 0.02 to 0.08
Zink ad 100 (= Rest)Zinc ad 100 (= remainder)
Legierung mit einer Delta-Stabilisierung durch Kiesel und Zinn:Alloy with a delta stabilization by pebble and tin:
"0"0
Kupfer 60,0 bis 70,0Copper 60.0 to 70.0
Zinn 0,5 bic 1,5Tin 0.5 bic 1.5
Kiesel 0,2 bis 1,0 Pebbles 0.2 to 1.0
Blei 1,0 bis 3,5Lead 1.0 to 3.5
Arsen 0,02 bia 0,08 Arsenic 0.02 to 0.08
Zink ad 100 (= Rest) Zinc ad 100 (= remainder)
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Sämtliche Bestandteile der angeführten Legierungen enthalten im übrigen ihre normalen Verunreinigungen, die vorstehend nicht besonders erwähnt wurden.Contains all components of the listed alloys otherwise their normal impurities, not specifically mentioned above.
Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden. Wenn der beschriebene Kupferanteil im Bereich von 60 bis 72 % auch bevorzugt wird, so könnte er jedoch auch bis zu 7 9 % betragen, und solange die übrigen Mindestanteile der Legierung gewahrt bleiben, könnte beispielsweise der Arsengehalt der Legierung auch über 0,08 % erhöht werden, ohne daß hierdurch Mängel befürchtet zu werden brauchen.The invention is not bound to all details of the exemplary embodiments described. If the described Copper content in the range from 60 to 72% is also preferred, but it could also be up to 7 9%, and for so long the remaining minimum proportions of the alloy are maintained, for example the arsenic content of the alloy could also can be increased above 0.08% without fear of defects.
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