DE2049513A1

DE2049513A1 - Copper-based zinc alloy, especially for die casting

Info

Publication number: DE2049513A1
Application number: DE19702049513
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: BE757349A; NL7014428A; AU2046770A; NL7014427A; BE757350A; NL7014429A; FR2065181A5; AU2046870A; DE2049487A1; BE757351A; FR2068906A5; DE2049492A1; AU2046970A; FR2065182A5

Description

Patentanwa.t ^20A9513 Patent application ^20A9513

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

8 München 60
MusäusstraßeS B.10.IHVO -PLa(B)8 Munich 60
Musäusstrasse S B.10.IHVO -PLa (B)

13?-369Ρ13? -369?

A.H. Andersson u Co., Aktiebolag ^2 AH Andersson and Co., Aktiebolag ^ 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 und als deltastabilisierendem Bestandteil mit 0',5 bis 3,0 % Zinn, wobei der Restanteil, von normalen Verunreinigungen abgesehen, im wesentlichen aus Zink mit einem Mindestanteil von etwa 6 % besteht, sowie auf ein Verfahren zur Warmbehandlung eines aus dieser Legierung v/armgeformten 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, 0.02 to 0.08% arsenic and as a delta stabilizing agent Component with 0.5 to 3.0% tin, with the remainder, apart from normal impurities, essentially consists of zinc with a minimum content of about 6%, as well as a process for the heat treatment of one of these Alloy v / arm-formed molding.

Eine solche, in der schwed. Pat. 19M- 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, 0,4 bis 1,2 % Mangan sowie 0,02 bis 0,08 % Arsen, während der Rest, von normalen Verunreinigungen abgesehen, aus Zink besteht. Vorstehend und auch nachstehend werden unter den Prozentangaben stets Gewichtsprozente verstanden. Eine solche Legierung kann als typisch für die betroffenen Legierungen betrachtet werden, die sich alle durch eine gute Bearbeitbarkeit auszeichnen und vor einer mechanischen Bearbeitung auch gut im Druckguß,One in the schwed. Pat. Alloy described 19M- 177, which is particularly suitable in the form of a workpiece for machining well containing 62 to 68% copper 1.3 to 3.3% lead, 0.5 to 1.1% silica, 0.4 to 1.2% manganese and 0.02 to 0.08% arsenic, while the remainder, apart from normal impurities, is zinc. Above and also below, percentages are always understood to mean percentages by weight. Such an alloy can be regarded as typical for the alloys concerned, all of which are characterized by good machinability and, before mechanical processing, also good in die casting,

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Sandguß oder Formguß sowie durch Walzen zu Blechen verarbeiten oder auch zu Stäben oder Rohren pressen lassen.Sand casting or cast casting as well as processing into sheet metal by rolling or pressing 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 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 to select the copper and zinc content so that the alloy has a substantial amount Contains material fraction 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 a suitable temperature, which is particularly desirable in die casting. Even during the cooling, a sufficient amount of material in the beta phase is advantageous because it reduces the amount of material during the cooling occurring shrinkage can take place without the occurrence of cracks or stronger internal stresses.

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.On the other hand, alloys that still have material in beta phase or in Beta 'phase have the deficiency that they are easily corroded in the sense of "zinc removal". Such a dismemberment can occur when the alloy comes into contact with certain types of water, especially with slightly contaminated water Water or with water at a higher temperature or under a higher pressure. This shows the special defect ' that made of such an alloy pipes, taps, valves and the like. Corrode very quickly when they are in Water pipes are used.

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 650° C eine v?esentliche Ilaterialmenge in der· Beta-Phase enthalten und trotzdem aber bei normaler Raumtemperatur möglichst keine Materialmengen in der Beta-Phase, dagegen eine möglichst große MaterialmengeFor the reasons mentioned above, there is an interest in the possibility of such copper-based zinc alloys at the outset to find the type mentioned, on the one hand in the range between its melting point and about 650 ° C a substantial Amount of material contained in the beta phase but nevertheless At normal room temperature, if possible, no amounts of material in the beta phase, but the largest possible amount of material

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j j; der /lpii.i-Phase enthalten. Dies ist mit f!°n bekannter. j,e- ;,icrur. ■-" Lc--T(-.'ii.s in i-inztlren F"lie:: gelungen, sofern ein« ■_·■:. "-ir ;.;! ■ au» ^T..\'Jr:nf^;b(?jiarialun;3 f-:i η ge] a It ο η wurde, una zt-ir¹ nincrt:citti nach der Gießverfahren zur Lebung der Leta-Phase, und anderseits während der Abkühlung auf die Raumtemperatur, um uabei uie gewünschte Fhasenveränderung 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 v?ar. Kußerlich waren jedenfalls uie hergestellten Gußstücke, die Haterialmengen in der Beta-Phase enthalten, von ucii einv/andfreien Gußstücken ohne I-laterialmengen in der Beta-Phase nicht zu unterscheiden. Sofern keine Proben, die in der r.egel zur Zerstörung des Probestückes führen, entnommen und in einer langwierigen umständlichen Untersuchung geprüft v.uraen, konnte somit erst nach längerer Benutzungszeit festgestellt werden, ob die hergestellten Gegenstände in der vorgenannten Weise korrosionsenrpfindlich sind oder nicht. Diese Fehlschläge konnten auch selbst dann nicht behoben werden, wenn gestimmte, für besonders günstig gehaltene Legierungen in ihren verschiedenen Bestandteilen mit besonders engen Toleranzen eingehalten wurden.yy; the /lpii.i- phase included. This is better known with f! ° n. j, e-;, icrur. ■ - "Lc - T (-. 'Ii.s in i-internal F" lie :: succeeded, provided that a «■ _ · ■ :."-ir;.;! ■ au » ^T .. \' Jr : nf ^; b (? jiarialun; 3 f-: i η ge] a It ο η was, una zt-ir ¹ nincrt: citti after the casting process to liven up the Leta phase, and on the other hand during the cooling down to room temperature 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 been successful through careful subsequent tests Containing amounts of material in the beta phase, indistinguishable from ucii one-piece castings without amounts of material in the beta phase checked by v.uraen, it was therefore only possible to determine after a long period of use whether the manufactured objects were in are sensitive to corrosion in the above manner or not. These failures could not be remedied even if the various components of certain alloys that were considered to be particularly favorable were adhered to with particularly narrow tolerances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Ilängel zu vermeiden und die eingangs genannte Kupferbasis-/Jinklegierung so zu vervollkommnen, daß trotz einer guten Lignung für den Druckguß bei Raumtemperatur kein "Abzinken" befürchtet zu werden braucht und somit das aus der Legierung hergestellte Teil keine Haterialmengen in der Beta-Phase, sondern lediglich Haterialmengen in der Alpha-Phase und in uti' j;elta-Phase enthält. lie L'elta-Phase hat die typische Kristallstruktur LH_n und basiert auf einer Elektronenverbinu un;;. κι it einem Verhältnis zwischen eier Anzahl von Elektronen '■+:.'.* '.i"-i /nzai.l von Atomen von 21:13. jJiese Delta-Phase sti.rjr.tThe invention is based on the object of avoiding the aforementioned shortcomings and of perfecting the copper-based / jink alloy mentioned at the outset in such a way that, despite a good suitability for die-casting at room temperature, there is no need to worry about the part made from the alloy contains no amounts of material in the beta phase, but only amounts of material in the alpha phase and in uti 'j; elta phase. lie L'elta phase has the typical crystal structure LH _n and is based on an electron connection ;;. κι it a ratio between a number of electrons ' ■ +:. '. * ' .i "-i /nzai.l of atoms of 21:13. jThis delta phase sti.rjr.t

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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 alloys" 1958, Seiten 635 und 653, näher erläutert worden. In diesem Zusammenhang ist jedoch noch zu beachten, daß einige Handbücher und Lehrbücher die liier als Delta-Phase bezeichnete Phase als "Gamma-Phase" bezeichnen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt aber nicht etwa darin, nur eine bei Raumtemperatur von iiaterialmengen in der Beta-Phase freie Legierung zu finuen, die bereits bekannt is^t, sondern eine solche Legier rung, die trotzdem bei der Wärmebehandlungstemperatur eine genügende Materialmenge in der Beta-Phase enthält.coincides with that delta phase in a copper-zinc system is available. The relevant findings are from Hansen in the book "Constitution of binnery alloys" 1958, Pages 635 and 653, have been explained in more detail. In this context, however, it should be noted that some manuals and Textbooks refer to the phase referred to as the delta phase as the "gamma phase". The object of the present invention does not lie in the fact that only one alloy which is free of material quantities in the beta phase at room temperature is used finuen, which is already known, but such an alloy tion, which nevertheless contains a sufficient amount of material in the beta phase at the heat treatment temperature.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eingangs genannte Legierung außerdem 0,2 5 bis 3,5 % Mangan enthält.The object set is achieved according to the invention in that the alloy mentioned at the outset also contains 0.25 to 3.5 % manganese.

Obgleich Mangan bisher nicht als "deltastabilisierender" Bestandteil einer hier betroffenen Legierung erkannt wurde, hat sich aufgrund von Versuchen doch überraschend gezeigt, daß ein Zusatz von Mangan zu den hier betroffenen, als deltastabilisierenden Bestandteil Zinn enthaltenden Legierungen die Verformbarkeit des Materials beim Druckgießen erheblich verbessert. Zudem hat sich auch gezeigt, daß das Mangan, wenn es auch selbst keine deltastabilisierende Wirkung hat, doch im Falle seiner Kinzufügung zu einer bereits einen deltastabilisierenden Bestandteil enthaltenden Legierung diese stabilisierende Wirkung noch erhöht. Diese Wirkungsweise konnte durch entsprechende Elektronenanalysen von Legierungen in der Alpha-Phase und in der Delta-Phase nachgewiesen v/erden, wobei sich gezeigt hat, aaPc üaiigan in cer . Legierung vorzugsweise nur in der Delta-Phase vorhanden ist. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang allerdings noch, uaft dei¹ bei der einrangs genannten vorbokannten Legierung ;;uueiL'iiAlthough manganese has not yet been recognized as a "delta-stabilizing" component of an alloy in question, experiments have surprisingly shown that adding manganese to the alloys in question, which contain tin as a delta-stabilizing component, considerably improves the deformability of the material during die casting. In addition, it has also been shown that manganese, even if it does not itself have a delta-stabilizing effect, increases this stabilizing effect if it is added to an alloy already containing a delta-stabilizing component. This mode of action could be demonstrated by corresponding electron analyzes of alloys in the alpha phase and in the delta phase, which has shown that aaPc üaiigan in cer. Alloy is preferably only present in the delta phase. In this context, however, it should also be noted that the ¹ in the aforementioned pre-baked alloy ;; uueiL'ii

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vorgenommene Ersatz des Arc;ons äiur-ch Antimon bed cer nunmehr vorgeschlagenen Legierung nicht ,mehr empfehlenswert ist, weil das Antimon vermutlich mit dem Mangan eine chemische Verbindung eingeht, die die Kenge an freiem Antimon und damit die l/iderstandsfähigkeit gegen das Absinken vermindert.made replacement of the arc; ons aiur-ch antimony bed cer now proposed alloy is no longer recommended because the antimony presumably enters into a chemical compound with the manganese, which the kenge of free antimony and thus the l / resistance to subsidence decreased.

Gemäß einer- bevorzugter. Ausgestaltung der Krfindunq; enthält die Legierung außerdem O₃ 2 bis 0,9 5 °o Aluminium und/oder 0,2 bis 1,0 I* Kiesel. Ls hat sich gezeigt, daß durch hinzufügen einer genannten Aluminiumrr.enge in einigen Fällen die UarmverforiabarJ.eit, aer l.'iuerstand gegen Oxydation und die Cchmolzviskosität Vielter verbessert v/erden kann, wobei das Aluminium zum Teil an aie Stelle des liangans treten kann. LIn solcher toilv/eiser Ersatz von mangan durch Aluminium ist insbesondere dann empfehlenswert, wenn die Legierung iioch Kiesel enthalt. L.s v/ird darin nämlich die Wahrscheinlichkeit: des Lntsteiiens i.omplizierter Kieselverbindungen vennindert, die bekanntlich die begierung spröde machen können, so daß sich die gegossenen kalten Teile nur sehr schwer mechanisch bearbeiten lassen.According to one more preferred. Design of the Krfindunq; the alloy also contains O ₃ 2 to 0.9 5 ° o aluminum and / or 0.2 to 1.0 l * pebble. It has been shown that by adding a specified amount of aluminum, the heat deformation resistance, resistance to oxidation and the viscosity of the melt can be improved in some cases, with the aluminum being able to partly take the place of the longitude . A replacement of manganese by aluminum in this way is particularly advisable if the alloy also contains pebbles. That is to say, this reduces the likelihood of the presence of complicated silica compounds, which, as is well known, can make the desire brittle, so that the cold cast parts are very difficult to process mechanically.

Für den Fall, daß der Legierung ganz spezielle Eigenschaften gegeben v/erden sollen, kann außerdem ein kleiner Anteil des !',inks aurch andere lietalle ersetzt werden. Gemäß einer v/eiteren Ausgestaltung der Erfindung ist beispielsweise vorgeschlagen, daß die Legierung außerdem bis 2 ^po ilickel und/oder bis 0,5 % Eisen enthält.In the event that the alloy is to have very special properties, a small portion of the inks can also be replaced by other metals. According to a v / Eiteren embodiment of the invention is proposed, for example, that the alloy also contains up to 2 ^p o ilickel and / or up to 0.5% iron.

ie angestrebten Eigenschaften der Legierung sowohl im Gießzustand als auch im erkalteten Zustand können weiterhin verbessert v/erden, wenn gemäß einem erfindungsgemäßen Verfanren zum Warrnbehanaeln eines zu einem Formteil warmgeformten Werkstückes aus einer Legierung der vorgeschlagenen Art der Formteil unmittelbar nach der Uarmformung auf einerThe desired properties of the alloy both in The cast state as well as in the cooled state can furthermore be improved if according to a method according to the invention for warning treatment of a thermoformed into a molded part Workpiece made of an alloy of the type proposed the molded part immediately after the arm molding on a

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genügend hohen, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes der Legierung liegenden Temperatur so lange gehalten wird, Ms nach der Warmformung etwa in der Beta-Phase zurückgebliebene Legierungsbestandteile in die Alpha- oder Beta-Phase übergegangen sind, wobei der Formteil anschließend auf die Umgebungstemperatur abgekühlt wird.sufficiently high, but below the melting point of the alloy, temperature is maintained for so long, Ms after Alloy components remaining in the beta phase after hot forming are converted into the alpha or beta phase are, the molded part is then cooled to ambient temperature.

. nachstehend v/erden drei Beispiele für erfindungsgem'liV: Legierungen gegeben:. three examples of alloys according to the invention are given below given:

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

Kupfer Zinn Blei Mangan Arsen ZinkCopper tin Lead manganese arsenic zinc

Example 2

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

Kupfer 60,0 bis 70,0Copper 60.0 to 70.0

Zinn 0,5 bis 1,5Tin 0.5 to 1.5

Aluminium 0,2 bis 0,9Aluminum 0.2-0.9

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

Mangan 0,2 5 bis 3,0Manganese 0.2 5 to 3.0

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

ink 4o 100 C = R*st)ink 4o 100 C = R * st)

,0, 0 0,0,
00 70,070.0 6060 ,5, 5 bisuntil 3,03.0 00 ,0, 0 bisuntil 3,53.5 11 2525th bisuntil 3,03.0 o,O, 0202 bisuntil 0.0Π0.0Π 0,0, adad bisuntil ( = Vf (= Vf 100100

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Be.isp_iti _iBe.isp_iti _i

Le--ierunr ΐ;άι einer Oelta-Gtabilinierunr durch Zinn, Aluriniuir. und !siesol:Le - ierunr ΐ; άι an Oelta-Gtabilinierunr through tin, Aluriniuir. and! siesol:

-j Kupfer CO,O bis 70,0 -j copper CO, O to 70.0

Kn' esel
E leiKn 'ass
E lei

;'anⁿ,aii
Ar ;ie η; 'an ⁿ , aii
Ar; ie η

oäirüiüiie i.^:>estandteile cUiV angeführten Legierungen enthalten ir; übri-'t_-n ihre nor-r.alen Verur.reini-Tun^en, dir- vora nicht "besonders erv?ä.hnt wurden·oäirüiüiie i. ^: > constituents of CuIV the alloys listed contain ir; rest of their nor-ral verur.reini-do ^ s, which were not "especially mentioned before"

οο 33 ππ isis isis 11 55 00 11 hishis isis 00 55 SCSC 00 11 *"■>* "■> isis 11 JJ 00 11 .. CC. 1-1- isis 33 33 55 00 JJ OO I- 1.
• J 1.^: I- 1.
• J 1 ^.: ( =(= OO -- CC. 00 00 2 v- 2 v- 00 OSOS adad 100100 est)est)

Y.vZindung ist nicht an alle Einzelheiter der beschrie-Ausführun^sbeisriele febunoen. '.7enn der beschriebene ^Uf f eranteil von GO bis 70 -o auch bevorzugt v?ird, so könnte er doch auch bis zu 79 a Letx^at-en, und solange die übrigen : iiiüestanteile der Legierung rev/ahrt bleiben, könnte beispielsweise der Arsen^ehalt der Legierung auch über 0,08 % erhöht "w'erden, ohne daß hierdurch liem^el lefürchf"et zu v?erden brauchen . Y.vZ indung is not febunoen to all the details of the described execution. If the above-described amount of Uf from GO to 70 -o is also preferred, it could still be up to 79 a Letx ^ at-en, and as long as the remaining parts of the alloy remain rev / ahrt For example, the arsenic content of the alloy would also be increased to over 0.08 % without any need to pay attention to this.

Patentansprüche:Patent claims:

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Claims

1. Copper-based zinc alloy, especially for die casting, with 60 to 79% copper, 1.0 to 3.5 % lead, 0.02 to 0.08 % arsenic and as a delta-stabilizing component with 0.5 to 3.0 % tin, with the remaining portion, except for normal impurities, consists essentially of zinc with a child Stan portion of about 6%, characterized in that the alloy dati also contains 0.25 to 3.5% of iJangan.

2. Alloy according to claim 1, characterized in that it also contains 0.2 to 0.9 5 % aluminum and / or 0.2 to 1.0 1 pebble.

3. Alloy according to claim 1 or 2, characterized in that it also contains up to 2 % nickel and / or up to 0.5% fi ^ en.

4. Alloy according to one of the preceding claims, codurch characterized that all of their residual P., from the impurities apart from being made of zinc.

5. Method for treating one to a Fonnteil \ .umgoforinten Piece made of an alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the molded part immediately after the hot forming on a sufficient high but below the melting point of the alloy Tempo is held in the door until I get the warmth those left behind in the deta phase. Alloy component aie the alpha or delta phase have passed, and that the molded part is then heated to the above ambient temperature is cooled.

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