DE2058212A1

DE2058212A1 - Aluminium-Zink-Legierung

Info

Publication number: DE2058212A1
Application number: DE19702058212
Authority: DE
Inventors: Gilbert Dipl-Ing Horvath; Dipl-Ing Mayer Hans Peter
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1969-12-03
Filing date: 1970-11-26
Publication date: 1971-06-09
Also published as: CH547862A; IL35776A0; US3773502A; AT294439B; SE357004B; YU33810B; IL35776A; JPS512408B1; DK141374B; CH547863A; DK141374C; LU62141A1; NO126032B; BE759746A; FR2072592A5; GB1328125A; YU292170A; NL7017608A; CH545854A

Description

2058?Ί2

Vereinigte Osterreichische Eisen-

und Stahlwerke Aktiengesellschaft

Linz ( Österreich )

Aluminium-Zink-Legierung

Die Erfindung betrifft eine Aluminium-Zink-Legierung mit einem Gehalt an Mangan und gegebenenfalls weiteren Gehalten an Legierungselementen, wie Kupfer, Nickel, Silizium, Lithium und Chrom.

Es sind bereits Aluminium-Zink-Legierungen mit verschiedenen Gehalten an Aluminium und Zink, die Mangan und gegebenenfalls weitere Legierungselemente enthalten, bekannt, die als Gleitlagerwurkstoffe verwendet werden.

So ist im deutschen Patent Nr. 975 916 die Verwendung einer Legierung mit 38 bis 75 $> Aluminium, 0, \ bis 5 i° Kupfer, und eventuell vorhandenen Gehalten an Mangan, Titan, Chrom und Vanadin, die das Kupfer ganz oder teilweise ersetzen können, Rest Zink als Lagerwerkstoff beschrieben« Im britischen Patent Nr. 769 484 wird eine Legierung mit 43 % Aluminium, 57 f° Zink, 4 i° Kupfer, 0,3 % Mangan und 0,3 bis 3 °/o Silizium beschrieben. V/eiters sind Lagerlegierungen auf Aluminium-Zink-Basls mit einem Kupferzusatz bekannt, wie z.B.

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die im österreichischen Patent Nr. 180 148 beschriebene Legierung mit 30 bis 66 fo Aluminium, einem Kupfergehalt, der zwischen einem Sechstel und einem Viertel des Aluminiumgehaltes beträgt, Rest Zink.

Es ist auch bekannt, Aluminium-Zink-Legierungen mit 35 bis 55 f° Aluminium und bis zu 15 °/o Kupfer, Rest Zink, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 80 bis 280° C während einer Dauer von 3 bis 48 Stunden zu unterwerfen, um gute Gleiteigenschaften und eine erhöhte Maßhaltigkeit zu erzielen. Eine Wärmebehandlung mit einer höheren Temperatur wurde bisher für nachteilig gehalten, weil sich die Aluminium-Mischkristalle bei Abkühlung, wenn Ύ-t sie 275° G erreichen,', eutektoid in zwei Arten von Mischkristallen aufspalten, von denen einer aluminiumreich und zinkarm und der andere zinkreich und aluminiumarm ist. Biese eutektoide Aufspaltung ist mit einer Volumsänderung verbunden, die eine Versprödung des Werkstoffes zur Folge hat. Aus dem gleichen Grund kann auch eine Warmverformung dieser Legierungen bex einer Temperatur von über 275 bzw. 280° C nicht durchgeführt worden. Aus den bekannten Legierungen konnten vielfach nur Gußstücke hergestellt werden.

Die bekannten Legierungen auf Aluminium-Zink-Basis sind weiters in ihrur Verwendbarkeit durch die Tatsache stark eingeschränkt, daß sie schon bei verhältnismäßig niedrigen Betriebstemperaturen, wie z.B. 80 bis 90 C einen starken Härteabfall zeigen und dadurch unbrauchbar ■ 'j werden. Einige dieser Legierungen haben| auch die nachteilige Eigenschaft des "Kriechens", d.h. daß sie schon unter geringer langzeitiger Belastung bleibende Formänderungen erleiden.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Kachteile und Schwierigkeiten und hat eine Legierung

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zum Ziel, die folgende Eigenschaften auf sich vereinigt: erhöhte tjarmhkrte gegenüber bekannten Lagerle gierungen auf Aluminium-Zink-Basis, hohe Tragfähigkeit bei gleitender Bewegung, Maßbeständigkeit, hohe mechanische Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, wesentlich erhöhte Kriechfestigkeit gegenüber bekannten itluminium-Zink-LagerIegierungen, erweiterte Anwendbarkeit sowohl als Guß- wie als Knetwerkstoff, weiters soll die Legierung mit hohen Arbeitsgeschwindigkeiten warmverformbar sein, ähnlich wie dies bei Bronzen möglich ist.

Lie erfindungsgemäße Legierung mit der diese Ziele erreicht werden, besteht in einer Aluminium-Zink-Legierung mit einem Gehalt von 50 bis 75 /·>, vorzugsweise 55 bis 65 ;» Aluminium, einem Gehalt von 0,3 bis 1,5 %, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 % Mangan, gegebenenfalls mit einem Gehalt von Kupfer, Nickel, Silizium, Lithium und Chrom; Rest Zink. Diesej Legierung unterscheidet sich also gegenüber anderen bekannten Legierungen mit einem vergleichbar hohen Aluminiumgehalt dadurch, daß der Mangangehalt mit maximal 1,5 % begrenzt ist.

Die Wirkung des Mangangehaltes in den Aluminium-Zink-Legierungen beruht auf der hohen Neigung zu Obersattigung des Aluminium-Zink-Mischkristalles mit Mangan während der raschen Erstarrung unter normalen Herstellungsbedingungen (insbesondere Kokillenguß). Durch die Fähigkeit zur Übersättigung (des -tiluininium-Zink-Mischkristalles) wird z. B. erreicht, daß das Mangan in Lösung bleibt - jedoch nur bis zu einem bestimmten geringen Prozentsatz, der wiederum vom Gehalt an anderen Legierungselementen abhängig ist - und keine harten Aluminide bildet.

Durch Untersuchungen mit einer Mikrosonde konnte die gleichmäßige Verteilung des Mangans im Mikrobereich I/Obeij Gehalten bis zu 0,4 % nachgewiesen werden. Bei höheren

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Gehalten scheiden sich dann die erwähnten Aluminide erst in feiner Form (noch nicht schädlich) und über etwa 1,5 %
Mangangehalt in gröberer Form aus.

Spezifische Wirkungen des Mangans sind: Erhöhung der Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung, Verschleißfestigkeit, W rmhärte und der Korrosionsbeständigkeit. Durch den Manganzusatz innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen erhält eine Legierung auf Aluminium-Zink-Basis Eigenschaften, die ansonsten nicht oder nur bei wesentlich teureren Legierungen erreichbar sind. Bedingt durch den hohen Aluminiumgehalt der erfindungsgemäßen Legierung und die dadurch nur in sehr
geringem Umfang stattfindende Volumenänderung bei der
eutektoiden Umwandlung des Aluminium-Zink-Mischkristalles
ist es möglich und vorteilhaft, Wärmebehandlungen auch über 'Oder Temperatur von 275° C durchzuführen, ohne daß dabei
eine Versprödung des Materials auftritt.

Der Kupfergehalt der erfindungsgemäßen Legierung kann bis zu 3 % betragen.

Der Nickelgehalt der erfindungsgemäßen Legierung kann bis zu 1 $ betragen.

Der Siliziumgehalt der erfindungsgemäßen Legierung kann bis zu 0,6 f° betragen.

Der Lithiumgehalt der erfindungsgemäßen Legierung kann bis zu 0,1 % betragen.

Der Chromgehalt der erfindungsgemäßen Legierung kann bis zu 0,5 "/<> betragen.

Demnach besteht eine bevorzugte Ausführungsform zur Herstellung von Formkörpern aus Legierungen der beschrie-

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benen Art durch ««'arjaverformen darin, daß eine Verformungstemperatur von 275 bis 450° C, vorzugsweise 330 bis 350° C, angewendet wird. Durch die höhere lemperatur bei der Warmverformung kann mit einer wesentlich höheren Verformungsgeschwindigkeit gearbeitet werden, als dies bei den bekannten Legierungen der Fall ist. Die Verformung kann auch durch strangpressen, -ziehen sowie durch -walzen erfolgen.

Die Formkörper können aus den beschriebenen Legierungen auch durch Gießen und anschließende wärmebehandlung hergestellt werden, wobei die V«ärmebehandlung bei einer Temperatur von 290 bis 380° C, vorzugsweise 330 bis 350° C, durchgeführt wird. Die Dauer der li'araiebehandlung kann mehrere btunden bis 48 Stunden betragen.

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele nUier erläutert :

Beispiel 1: Es wird eine Legierung durch Zusammenschmelzen - von ,aluminium, Mangan und Zink in folgender Zusammensetzung hergestellt und es wird aus der Legierung eine Lagerbüchse mit 30 mm Innendurchmesser und 40 mm Außendurchmesser gefertigt.

Die Zusammensetzung der Legierung beträgt: 60 /o Al, 0,5 % lan, Best Zn

Nach 40-stündigem Glühen bei 330° C und Abkühlen an Luft sind die mechanischen Kennwerte der Legierung die folgenden: Zugfestigkeit <T_B = 27,6 kp/mm², Streckgrenze 6^ = 22,4 kp/mm² Dehnung ^_x- = 9 %, Brinellhärte HB » 104 kp/mm² bei 25° C Warmbrinellhärte 50° C 75° C 100° C 125° C 15O⁰ C (HB in kp/mm²) 95 89 79 70 61

Die Lagerbüchsen liefen 2 Stunden lang unter ständiger l'ropfölschmierung und anschließend 20 btunden lang im Notlauf gegen eine naturharte rtelle aus St 60; die Umfangsgeschwindigkeiten betrugen in 2 Versuchsreihen 1 mal 1,5 m/sec. und dann 3iO m/sec. bei einer spez. Flächenbelastung von 22 kp/cm . ifcs war kein Angriff auf die Welle feststellbar.

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	= 23	,7 kp/mm	100° C	B /σ,	HB bei	= 1Q9 kp/mm² 25° C
e 50°	C	75° G	82	125	⁰ C	150° C
98		91	73		65

Beispiel 2: Die Zusammensetzung einer Legierung beträgt: 60 yo Al, 1,0 /o Mn, Rest Zn.

Nach 40-stündigeni Glühen bei 330° C und Abkühlen an Luft sind die mechanischen Kennwerte der Legierung die folgenden:
(T = 29,2 kp/mm

.«armbrinellhärte
(HB in kp/mm²)

Die folgenden Beispiele zeigen den Einfluß geringer Gehalte von Cu, Ni und Öl auf die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemaßen Legierungen.

Beispiel 3' Die Zusammensetzung einer Legierung beträgt: 65 λ» Al, 0,5 vo Cu, 0,5 /o Mn, Rest Zn.

Nach. 40-stündigem Glühen bei 330° C und Abkühlen an Luft sind die mechanischen Kennwerte der Legierung die folgenden.
<^_B = 30,6 kp/mm², CT _Q = 24,3 kp/mm², S₁- = 7 ^lÄ> HB = 112

Beispiel 4: Die Zusammensetzung einer Legierung beträgt: 60 /o Al, 0,9 /ο Cu, 0,5 ^c/o Mn, Rest Zn.

Nach 10-stündigem Glühen bei 330° C und Abkühlen an Luft sind die mechanischen Kennwerte der Legierung die folgenden:
<r_B = 40,2 kp/mm², <^_s = 33,4 kp/mm², 6 ^ = 5 >, HB =

Beispiel 5^: Die Zusammensetzung einer Legierung betragt: 60 /o iil, 1,2 /ο Cu, 0,3 /ο to, Rest Zn

''■·' Die mechanischen Kennwerte der Legierung)' im Gußzustand
sind die folgenden:

61. = 33,7 kp/mm², 6Ί, = 26,5 kp/mm², 6^=4%

2^?
Biegewechselfestigkeit: BW = 9,5 kp/mm

tfarmbrinellharte 25° C 5O⁰ C 75° C 100° C 125°C

(HB in kp/mm²) 120 107 98 85 79,5

Wenn diese Legierung einer Wclrmebehandlung bei 300 C während 8 Stunden unterzogen wird, ändern sich die mechanischen Kennwerte wie folgt:

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6~_B = 38,0 kp/mm², σ _g = 32,0 kp/mm², 6" ^ = 8 % Wenn die Legierung als Knetwerkstoff bei 34-0 C verformt wird, so betragen ihre mechanischen Kennwerte:

= 46,0 kp/mm², 6~_s = 39,2 kp/mm² 6 ^ = 14- ίο _W = 11,5 kp/mm

Warmbrinellhärte 25° C 50° C 75° C 100° C 125° C 150° C (HB in kp/mm²) 116 108 99 89 76

Beispiel 6: Die Zusammensetzung einer Legierung beträgt:

55 % Al, 0,3 ·%> Cu, 0,2 % Ni, 0,3 % Mn, Rest Zn.

Die mechanischen Kennwerte der Legierung im Gußzustand sind die folgenden:

6β = 37,1 kp/mm^g = 33,1 kp/mm², 6^=4% HB = 111 kp/mm^

Beispiel 7'· Die Zusammensetzung einer Legierung beträgt:

60 }o Al, 1,3 K> Cu, 0,3 % Mn, 0,4 yo Si, Rest Zn.

Nach 8-stündigem Glühen bei 330° C und Abkühlen an Luft sind die mechanischen Kennwerte der Legierung die folgenden:

<5Γ_Β = 37,3 kp/mm²ö-_s = 30,5 kp/mm² S 5 = 2,7 % HB = 115 kp/mm² _# Auch die Legierungen nach den Beispielen 3 bis 7 sind, wie sich aus den Kennwerten von selbst ergibt, als Konstruktions- und Lagerwerkstoff mit Vorteil einsetzbar.

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Claims

2050212 Patentansprüche :

1. Aluminium-Zink-Legierung mit einem Gehalt von 50 bis 75 f», vorzugsweise 55 bis 65 f° Aluminium, einem Gehalt von 0,3 bis 1,5 7°, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 fo Mangan, gegebenenfalxs mit einem Gehalt von Kupfer, Nickel, Silizium, Lithium und Chrom; liest Zink.

2. Aluminium-Zink-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupfergehalt bis zu 3 i° beträgt.

3. Aluminium-Zink-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelgehalt bis zu 1 ;·£ beträgt.

4. Aluminium-Zink-Legierung nach dun Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt t±e zu 0,6 fo beträgt.

5. Aluminium-Zink-Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lithiumgehalt bis zu 0,1 °/o beträgt.

6. Aluminium-Zink-Legierung n^ch den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt bis zu 0,5 % beträgt.

7- Verfahren zur Herstellung von Formkörpern als Legierungen ;..iJiß den Ansprüchen 1 bis 6 durch Warmverformen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verformungstemperatur von 275 bis 450° C, vorzugsweise 330 bis 35O⁰C angewendet wird.

8. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Legierungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 durch Gießen und anschließende Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme-

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behandlung bei uinur Tompuratur von 290 bis 380° C, vorzugsweise 330 bis 350° G, durchgeführt wird.

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