DE2049492A1

DE2049492A1 - Copper-based zinc alloy, especially for die-casting

Info

Publication number: DE2049492A1
Application number: DE19702049492
Authority: DE
Inventors: Karl Axel Ljung Svensson (Schweden)
Original assignee: Andersson & Co A H AB
Current assignee: Andersson & Co A H AB
Priority date: 1969-10-10
Filing date: 1970-10-08
Publication date: 1971-04-22
Also published as: NL7014428A; NL7014429A; BE757349A; BE757350A; DE2049513A1; FR2065181A5; NL7014427A; AU2046770A; DE2049487A1; FR2065182A5; AU2046870A; BE757351A; FR2068906A5; AU2046970A

Description

Dipl.-Ing. H. StrohschänkDipl.-Ing. H. straw tavern

8 München 60
Musäusstraße 5 S.10.1970-SLa(C)8 Munich 60
Musäusstrasse 5 S.10.1970-SLa (C)

1C8-87OP1C8-87OP

A.H. Andersson & Co., Aktiebolag j(2 AH Andersson & Co., Aktiebolag j (2

Kupferbasis-Zinklegierung, insbesondere fürCopper-based zinc alloy, especially for

den Druckgußdie casting

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupferbasis-Zinklegierung, insbesondere für den Druckguß, mit 60 bis 79 % Kupfer, 1,0 bis 3,5 % Blei, 0,02 bis 0,08 % Arsen, letzteres jedoch zumindest teilv/eise ersetzbar durch eine metallurgisch gleichv/ertige Menge von Antimon und/oder Phosphor, wobei der Restanteil, von normalen Verunreinigungen abgesehen, im wesentlichen aus Zink mit einem Ilindestanteil von etwa H % besteht, sowie auf ein Verfahren zur Warmbehandlung eines aus dieser Legierung warrage formt en Formteiles.The invention relates to a copper-based zinc alloy, in particular for die casting, with 60 to 79 % copper, 1.0 to 3.5% lead, 0.02 to 0.08% arsenic, the latter, however, at least partially replaceable by a metallurgically equal amount of antimony and / or phosphorus, the remaining proportion, apart from normal impurities, essentially consisting of zinc with a minimum proportion of about 1%, as well as a process for the heat treatment of a molded part molded from this alloy.

Line solche, in der cchwed. Pat. 194 177 beschriebene Legierung, die aich in der Form eines VJerkstückes Lesonders rut zur spanabhebenden HearLeitung eignet, enthält G2 bis Ι'ύ « r.ui-f^r, 1,3 Lic 3,3 ·. IUei, 0_; 5 bis 1,1 ο Kiesel, 0,'J L:If. 1,2 Ι ϊ'.ατ,ran sowie 0,02 bis 0,08 -6 Arsen, während der Γ'.TJt, von iiornu] en Verurirein.i^un^t.-n abgesehen, aus Zink Le-- :Λ'..Λ . Vorr:tv.; κ-λ,α 1 awl ouc'i r achrjti-lic-nd. '■.''-../•••"ί'-η unter ·:!' f· Frcii' i.f'ai '/Ji r. :.t< |„, G'-v/lc f':; r o.-⁽ r. ί ' v<-rn r-.U'der. . ":.:jr:e welcheLine those in the cchwed. Pat. 194 177 the alloy described, which is also suitable in the form of a work piece Lesonders rut for cutting hear lines, contains G2 to Ι'ύ «r.ui-f ^ r, 1.3 Lic 3.3 ·. IUei, 0 _; 5 to 1.1 ο pebbles, 0, 'J L: if. 1,2 Ι ϊ'.ατ, ran and 0.02 to 0.08 -6 arsenic, during the Γ'.TJt, from iiornu] en Verurirein.i ^ un ^ t.-n apart from zinc Le-- : Λ '.. Λ . Vorr: tv .; κ-λ, α 1 awl ouc'i r achrjti-lic-nd. '■ .''- .. / ••• "ί'-η under · :!' f · Frcii 'i.f'ai' / Ji r.: .t <| ", G'-v / lc f ':; r o.- ⁽ r. ί' v <-rn r-.U'der .. ":.: jr: e which

'-■ruf,;- j:,ji,j. ._■._ j :; ι yj I.;c;. rür d i< ■ 1j· trt.fft-ntn Legierungen Le f r'ctchi"e t wurden, 'li'· rji':r _rj. I I e- durch uiiir ruhe 'leürbeif-'- ■ call,; - j:, ji, j. ._ ■ ._ j:; ι yj I.; c ;. rür d i <■ 1j · trt.fft-ntn alloys Le f r'ctchi "e t were, 'li' · rji': r _r j. II e- by uiiir rest 'leurbeif-

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barkeit auszeichnen und vor einer mechanischen Bearbeitung auch gut im Druckguß, Sandguß oder Formguß sowie durch Walzen zu Blechen verarbeiten oder auch zu Stäben oder Rohren pressen lassen.and prior to mechanical processing, it is also good in die casting, sand casting or molding, as well as by rolling Process into sheet metal or have it pressed into rods or tubes.

Es ist bei solchen Legierungen weiterhin bekannt, den Kupfer- und Zinkanteil so zu wählen, daß die Legierung einen wesentlichen Materialanteil in der Beta-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 Haterialmenge 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 to choose the copper and zinc content so that the alloy contains a substantial proportion of material in the beta phase, which is known to have a centered cubic crystal structure within the temperature range of the melting point of the alloy up to about 650 ° C. This means that the alloy is in the beta phase good deformability at the appropriate temperature, which is particularly desirable in die casting. There is also a sufficient amount of material in the coolant Beta phase is advantageous because it allows the shrinkage that occurs during cooling without the formation of cracks 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 Beta'-Phase aufweisen, den Mangel auf, daß 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, daß aus einer solchen Legierung hergestellte Rohre, Hähne, Ventile und dergl. sehr schnell korrodieren, wenn sie in Wasserleitungen verwendet werden. In contrast, those alloys which still have material in beta phase or in beta 'phase even at normal room temperature have the deficiency that they easily corrode in the sense of "zinc removal". Such delamination can occur when the alloy comes into contact with certain types of water, in particular with slightly contaminated water or with water at a higher temperature or under a higher pressure. This has shown the particular deficiency that pipes, taps, valves and the like made from such an alloy corrode very quickly when they are used in water pipes.

Aus den vorgenannten Gründen ist man daran interessiert, nacii Möglichkeit solche Kupferbasis-Zinklegierungen der eingangs genannten Art zu finden, die einerseits im Bereich zwischen ihrem Schmelzpunkt und etwa Gl>0^o C eine wesentliche Materialmenre in der Be La-Phase enthalten und trotzdem aberFor the reasons mentioned above, there is an interest in finding such copper-based zinc alloys of the type mentioned at the outset which, on the one hand, contain a substantial amount of material in the Be La phase in the range between their melting point and about Gl> 0 ^{o C and nevertheless}

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bei normaler Raumtemperatur möglichst keine Materialmengen 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 Wärmebehandlung eingehalten wurde, und zwar einerseits 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, dafj 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, uie llaterialmengen in der Eeta-Phase enthalten, von den einwandfreien Gußstücken ohne llaterialmengen in der Beta-Phdue nicht zu unterscheiden. Sofern keine Proben, die in der P.-rgel zur Zerstörung des Probestückes führen, entnommen und ir. eliier langwierigen umständlichen Untersuchung geprüft wurden, konnte somit erst nach längerer Benutzungszeit festgestellt werden, ob die hergestellten Gegenstände in der vorgenannten V.'eise korrosionscnpfindlich sind oder nicht. Diese Fehlschlage konnten auch selbst dann nicht beheben v/erden, i.cnn bestiiimte, für besonders günstig gehaltene Legierungen in ihren verschiedenen Bestandteilen mit besonders engen Toleranzen eingehalten wurden. At normal room temperature, if possible, contain as much material as possible in the beta phase, but as much as possible in the alpha phase. This has already been achieved in individual cases with the known alloys, provided that a very precise heat treatment was observed, on the one hand after the casting process to raise the beta phase, and on the other hand during the cooling to room temperature in order to obtain the desired phase change. In practice, however, it has been shown that the desired result could only be achieved unreliably and that it was only possible to determine whether the casting had succeeded by careful subsequent tests . Externally, in any case, the castings produced, which contained small amounts of material in the Eeta phase, were indistinguishable from the flawless castings without amounts of material in the Beta phase. If no samples that lead to the destruction of the specimen were taken and examined in eliute lengthy, cumbersome examination, it was only possible to determine 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, were adhered to in their various components with particularly narrow tolerances.

L<jx· Lrfindung liert die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten I'änrel zu vermeiden und die eingangs genannte Kupferbasis-Zinkiegierung so zu vervollkommnen, daß trotz einer guten Lignung für den Druckguß Lei Raumtemperatur kein "Abzinken" befürchtet zu v/erden braucht und somit das aus der Legierung hergestellte Teil keine llaterialmengen in der Beta-Phase, sondern lecii,:lich raterialmonnen in der Alpha-Phase und ir.· c:r Dfclt^"Phase enlh'ilt. Die Delta-Phase hat die typi- :ich<_- r.rist-411 struktur DH„ und basiert: -mf einer Llektronen- L <jx · Lrfindung is based on the task of avoiding the aforementioned tanrel and of perfecting the copper-based zinc alloy mentioned at the beginning in such a way that despite a good suitability for die-casting, no "sagging" needs to be feared at room temperature and thus the part made from the alloy does not have any quantities of material in the beta phase, but rather lecii,: lich raterialmonnen in the alpha phase and ir <_- r.rist-411 structure DH "and is based: -mf an electron-

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verbindung mit einem Verhältnis zwischen der Anzahl von Elektronen und der Anzahl von Atomen von 21:13. Diese Delta-Phase stimmt mit derjenigen Delta-Phase überein, die in einem Kupfer-Zink-System vorhanden ist. Die diesbezüglichen Erkenntnisse sind von Hansen im Buch "Constitution of binnery alloys" 1958, Seiten 635 und 653, näher erläutert worden. In diesem Zusammenhang ist jedoch noch zu beachten, daß einige Handbücher und Lehrbücher die hier als Delta-Phase bezeichnete Phase als "Ganuna-Phase" bezeichnen. Die Aufgabe der vorliegenden Lrfindung 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 Wärmebehandlungstemperatur eine genügende Materialmenge in der Beta-Phase enthält.compound with a ratio between the number of electrons and the number of atoms of 21:13. This delta phase corresponds to that delta phase that is present in a copper-zinc system. The relevant findings have been explained in more detail by Hansen in the book "Constitution of binnery alloys" 1958, pages 635 and 653. In this context, however, it should also be noted that some manuals and textbooks refer to the phase referred to here as the delta phase as the "ganuna phase". The object of the present invention is not only to find an alloy that is free of material amounts in the beta phase at room temperature, but an alloy that still 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 2,1 bis 7,5 % Aluminium enthalt.The object set is achieved according to the invention in that the alloy mentioned at the beginning also contains 2.1 to 7.5 % aluminum.

Aufgrund von Versuchen hat sich überraschend gezeigt, daß durch hinzufügen der genannten Aluminiummenge in einigen Πίΐ-len aie Warmformbarkeit, der Widerstand gegen Oxydation und die Schmelzviskosität weiter verbessert werden kann.Experiments have shown, surprisingly, that by adding the stated amount of aluminum in a few Πίΐ-oils aie thermoformability, resistance to oxidation and the melt viscosity can be further improved.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist es unter Wahrung der erzielten Vorteile möglich, weniger als die Jiälfte des vorgenannten Aluminiums durch Zinn zu.ersetzen.According to one embodiment of the invention, it is under preservation of the advantages achieved possible, less than half replace the aforementioned aluminum with tin.

Für den Fall, daß der Legierung 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 I is 0,5 1 Eisen und/oder bis 2 ν nickel und/oder¹ bis 3 1 Mangan enthält. ObgleichIn the event that the alloy is to be given special properties, a small proportion of the zinc can also be replaced by other metals. According to a further embodiment of the invention it is proposed, for example, that the alloy also contains I is 0.5 1 iron and / or up to 2 ν nickel and / or ¹ to 3 1 manganese. Although

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Mangan bisher nicht als "deltastabilisierender" Bestandteil der hier betroffenen Legierung er.kannt wurde, hat sich aufgrund von Versuchen doch überraschend gezeigt, daß ein Zusatz von Mangan zu den hier betroffenen, als deltastabilisierenden Bestandteil insbesondere Zinn enthaltenden Legierungen die Formbarkeit des Materials beim Druckgießen weiter verbessert. Diese Wirkungsweise konnte durch entsprechende Elektronenanalysen von Legierungen in der Alpha-Phase und in der Delta-Phase nachgewiesen werden, wobei sich gezeigt hat, daß Mangan in der Legierung vorzugsweise nur in der Delta-Phase vorhanden ist. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang allerdings noch, daß der bei der von der Erfindung betroffenen vorbekannten Legierung zuweilen vorgenommene Ersatz des Arsens durch Antimon bei der zuletzt vorgeschlagenen Ergänzung der Legierung durch Mangan nicht mehr empfehlenswert ist, weil das Antimon vermutlich mit dem Mangan eine chemische Verbindung eingeht, die die Menge an freiem Antimon und damit die Widerstandsfähigkeit gegen das Abzinken vermindert. Sofern die Legierung Antimon enthalten sollte , ist as besser, das eingangs vorgeschlagene Aluminium anstelle von Mangan hinzuzufügen. Ein solcher Ersatz von Mangan durch Aluminium ist insbesondere dann empfehlenswert, wenn die Legierung noch Kiesel enthalten sollte. Es wird dann nämlich die Wahrscheinlichkeit des Entstehens komplizierter Kieselverbindungen vermindert, die bekanntlich die Legierung spröde machen können, so daß sich die gegossenen kalten Teile nur sehr schv/er mechanisch bearbeiten lassen.Manganese has not yet been recognized as a "delta-stabilizing" component of the alloy in question, has become due to Surprisingly shown by experiments that an addition of manganese to those concerned here, as delta stabilizing Component, in particular alloys containing tin, further improves the formability of the material during die casting. This mode of action was made possible through corresponding electron analyzes of alloys in the alpha phase and in the delta phase can be detected, it has been shown that manganese is preferably only present in the delta phase in the alloy. It should be noted in this context, however, that the prior art alloy concerned by the invention is sometimes replaced by arsenic Antimony is no longer recommended for the last proposed addition to the alloy with manganese, because that Antimony presumably forms a chemical bond with manganese, which increases the amount of free antimony and thus the resistance diminished against the beveling. If the alloy should contain antimony, it is better that this to add aluminum instead of manganese, as proposed at the beginning. Such a replacement of manganese by aluminum is particularly recommended if the alloy is still Should contain pebbles. Namely, there then becomes the probability of the formation of complicated silica compounds reduced, which is known to make the alloy brittle, so that the cast cold parts only very schv / er can be mechanically processed.

υϊ<ϊ angestrebten Eigenschaften der Legierung sowohl im zustand als auch im erkalteten Zustand können weiterhin esrjert werden, wenn gemäß einem erfindungsgernäßen Verfahren zum WarmLehrindelii eines zu einem Formteil warmgeformten 7.'erkGtücXe:j aus einer Legierung der vorgeschlagenen Art f-if ν V'jcv.it'iil unmittelbar nach der Warmformung auf einer ;^j/-nutend hohen, jedoch- uriLerhali; ties Schmelzpunktes der Le- υϊ <ϊ desired properties of the alloy both in the state and in the cooled state can still be assessed if, in accordance with a method according to the invention for hot teaching, a 7th product that is hot-formed into a molded part is made of an alloy of the proposed type f-if ν V 'jcv.it'iil immediately after hot forming on a; ^j / -nutend high, however- uriLerhali; the melting point of the le-

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gierung liegenden Temperatur so lange gehalten wird, bis nach der Warmformung etwa in der Beta-Phase zurückgebliebene Legieruingebeetandteile in die Alpha- oder Beta-Phase übergegangen sind, wobei der Formteil anschließend auf die Umgebungetemperatur abgekühlt wird.The temperature of the alloy is held until after hot forming, for example, the alloy parts remaining in the beta phase have passed into the alpha or beta phase, the molded part then being cooled to the ambient temperature.

Nachstehend werden zwei Beispiele für erfindungsgemäße Legierungen gegeben:Two examples of alloys according to the invention are given below:

Beispiel 1 Legierung mit einer Delta-Stabilisierung durch Aluminium: Example 1 alloy with a delta stabilization by aluminum:

Kupfer 72,0 bis 79,0Copper 72.0 to 79.0

Aluminium 4,0 bis 7,5Aluminum 4.0 to 7.5

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) Beispiel 2Example 2

Legierung mit einer Delta-Stabilisierung durch Aluminium und Alloy with a delta stabilization by aluminum and

Kupfer 65,0 bis 79,0Copper 65.0 to 79.0

Aluminium 2,1 bis 6,0Aluminum 2.1 to 6.0

Zinn 0,5 bis 1,0Tin 0.5 to 1.0

Blei 1,0 bis 3,5Lead 1.0 to 3.5

Arsen 0,02 bis 0,08 Arsenic 0.02 to 0.08

Zink aci 100 (= Rest)Zinc aci 100 (= remainder)

Zu beachten ist, daß in Beispiel 2 weniger Aluminium als in Beispiel 1 genannt ist, wogegen beim zweiten Beispiel jeaocü noch Zinn hinzugekommen ist, uric¹, zwar in einer Menge, die weniger als die halfte oes Aluminiumanteils dieser Legierung betragt. Da die Gesamtmenge von Aluminium und Zinn kleiner als die vergleichbare Menge des Aluminiums bein erstenIt should be noted that in example 2 less aluminum is mentioned than in example 1, whereas in the second example tin was added, uric ¹ , although in an amount that is less than half the aluminum content of this alloy. Because the total amount of aluminum and tin is less than the comparable amount of aluminum at first

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Beispiel ist, handelt es sich beim zweiten Beispiel also auch um einen echten Ersatz von Aluminium durch Zinn. Hier kann man im übrigen nicht mit stöchiometrischen Mengen rechnen, da die metallurgischen Gesetze nicht mit den chemischen Gesetzen über einstimmen. Von Bedeutung ist jedoch, daf? der Zinnzusatz als deltastabilisierender Bestandteil stets weniger als die Hälfte und vorzugsweise nur einen kleinen Teil des Aluminiums betrafen soll. Example, the second example is also a real replacement of aluminum with tin. Incidentally, one cannot count on stoichiometric quantities here, since the metallurgical laws do not agree with the chemical laws. What is important, however, is that? the addition of tin as a delta-stabilizing component should always affect less than half and preferably only a small part of the aluminum .

Suütliche Bestandteile der angeführten Legierungen enthalten im übrigen ihre normalen Verunreinigungen, die vorstehend nicht besonders erwähnt wurden.Contains sweet components of the listed alloys otherwise their normal impurities mentioned above were not specifically mentioned.

Lic Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der te^cäirieberitn Ausf öhrungsbeinpie] e gebunden. Solange eic übrigen l'inc c-r;tnr/LeiIe cer Legierung pewahrt bleiben, könnte beispielsweise der Arsengehalt der· Legierung auch über 0,08 % erhöht
weiden, ohne aal? hierdurch Mängel befürchtet zu weraen brau-The invention is not tied to all details of the technical implementation. As long as the rest of the alloy is preserved, the arsenic content of the alloy could, for example, also be increased to over 0.08%
graze without eel? fears that deficiencies need to be

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Claims

i. ., u _; f er j jsir --- iakiegierung, iriRbesoncere for the Lruckguß, Γ. ·· ;! 1 .. ^r . 0 -is' /: ■ .., copper, 1.0 to 3.5 ο Γ lei and 0.02 to 0.08 -ύ / ■ r ο *.:, J let ζ. liters iecoch can be at least partially replaced by • .vine;: '- t: dlur; , iscii eleichvertige! 'narrow of antimony and / or? ":,. os;, i" ioi ·, v-cLci the remainder, of normal impurities ai r- ~ .iiv.hci "■, ir v. <esentlicrer Zinc with a minimum proportion of about o Ό Ic is characterized by the fact that it is also 2.1 to 7.5%

L. alloy Uli g according to claim 1, characterized in that less than the 1st ought of aluminum is replaced by tin.

3. Alloy according to claim 1 or 2, characterized in that they exclude üdP! to 2% bickel and / ooer to 0.5 'i iron and / odei- containing 1 to 3 .Hangan.

M. alloy after one! of the preceding claims, thereby characterized in that their entire remainder, apart from the impurities, consists of zinc.

! ^. Method ζυη; Viarirbehandeln a to a molded part warra-; /, · ί or!.: Tcri workpiece made of an alloy according to one of the above. t.eil uniüi L te] bar after the varniformung on a sufficiently noil '..;, jeaoeii uriter-half of the melting point of the alloy lie -.'- 1, (.'. Ij the temperature is kept until according to the VJarmiorri.ui ,; ¹ eLv /.? Alloying elements remaining in the beta phase: u.oLei Depending on the transition to the alpha or delta phase, and the molded part then goes to the ambient temperature a \ j ', ><jri'JiiJ L will.

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