DE2420782A1

DE2420782A1 - ZINC ALLOY

Info

Publication number: DE2420782A1
Application number: DE2420782A
Authority: DE
Inventors: Robert Wayne Balliett
Original assignee: St Joe Minerals Corp
Current assignee: St Joe Minerals Corp
Priority date: 1973-05-08
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1974-11-28
Also published as: JPS5319447B2; AU476716B2; US3850622A; NL7405498A; GB1429099A; AU6771074A; JPS5027718A; BE814648A; AR199956A1; LU70000A1; CA990541A; FR2228850A1; IT1010472B

Description

ST. JOE MINERALS CORPORATIONST. JOE MINERALS CORPORATION

250 Park Avenue250 Park Avenue

Hew York, New-York /V.St.A. Hew York, New York / V .St.A.

Unser Zeichen: S 2799Our reference: S 2799

ZinklegierungZinc alloy

Die Erfindung betrifft eine neue Zinklegierung mit verbesserten physikalischen, insbesondere verbesserten mechanischen Eigenschaften.The invention relates to a new zinc alloy with improved physical, in particular improved mechanical Properties.

Es ist seit mehr als 25 Jahren bekannt, daß fast-eutektoiden Legierungen von Zink und Aluminium durch geeignete Wärmebehandlung die Fähigkeit verliehen werden kann, sich in einem hohen Grade plastisch zu dehnen, was als "Superplastizität (Superverformbarkeit)¹¹ bezeichnet wird. Einen Überblick über die Literatur auf dem Gebiet der superplastischen Aluminium-Zink-Legierungen geben W. A. Backofen et al in "Transactions . of the ASM", Band 57, 1964, Seiten 980 bis 990,in dem Artikel mit dem Titel "Superplasticity in an Al-Zn Alloy". In der US-Patentschrift 1 945 288 sind eutektoide Legierungen von Zink und Aluminium beschrieben, die kleinere Mengenanteile an Magnesium und Kupfer enthalten. Obgleich in dieser Patentschrift das Phänomen der Superplastizität nicht ausdrücklich erwähnt ist, legt die in dem oben genanntenIt has been known for more than 25 years that near-eutectoid alloys of zinc and aluminum can, by appropriate heat treatment, be given the ability to plastically expand to a high degree, which is referred to as "superplasticity (super-ductility)" ^11. An overview of the literature in the field of superplastic aluminum-zinc alloys is given by WA Ofen et al in "Transactions. of the ASM ", Volume 57, 1964, pages 980-990, in the article entitled" Superplasticity in an Al-Zn Alloy. "US Patent 1,945,288 describes eutectoid alloys of zinc and aluminum, the smaller Contains proportions of magnesium and copper Although this patent specification does not explicitly mention the phenomenon of superplasticity, the one mentioned above

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Dr. Hn/sch A098A8 / 0758
Dr. Hn / sch

Artikel zitierte und abgehandelte Literatur auf diesem Gebiet nahe, anzunehmen, daß die in der genannten US-Patentschrift beschriebenen Legierungen superplastisch sind.Articles cited and discussed in this area suggest that those in the referenced U.S. Patent alloys described are superplastic.

Es wurde nun gefunden, daß neue Legierungen mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, beispielsweise einer hohen spezifischen Zug- oder Bruchfestigkeit bei Umgebungstemperatur, einer verbesserten Spannungsbruchbeständigkeit und einer hohen Kriechfestigkeit sowie einer potentiellen Superplastizität dadurch erhalten werden können, daß man' eutektoiden Zink-Aluminium- Legierungen, die 0,3 bis 10 Gew.-% Kupfer und 0,01 bis 0,1 Gew.-% Magnesium enthalten, geringe Mengen in der Größenordnung von 0,005 bis 0,3 Gew.-% mindestens eines Metalls aus der Gruppe Calcium, Lithium und Natrium zusetzt. Die dabei erhaltenen erfindungsgeraäßen Legierungen enthalten 20 bis 24 Gew.-% Aluminium, der Rest besteht aus Zink.It has now been found that new alloys with improved physical properties, for example a high specific tensile or fracture strength at ambient temperature, an improved stress rupture resistance and a high creep strength as well as a potential superplasticity can be obtained by using 'eutectoid zinc-aluminum alloys, which contain 0.3 to 10% by weight of copper and 0.01 to 0.1% by weight of magnesium, small amounts of the order of magnitude of 0.005 to 0.3% by weight of at least one metal from the calcium and lithium group and adding sodium. The thus obtained erfindungsgeraäßen alloys contain 20 to 24 wt -.% Aluminum, the balance consisting of zinc.

Gegenstand der Erfindung sind neue Zinklegierungen mit verbesserten physikalischen, insbesondere mechanischen Eigenschaften, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie im wesentlichen bestehen aus 10 bis 30 Gew.-% Aluminium, 0,3 bis 10 Gew.-% Kupfer, 0,01 bis 0,1 Gew.-% Magnesium, 0,005 bis 0,3 Gew.-% mindestens eines Metalls aus der Gruppe Calcium, Lithium und Natrium und zum Rest aus Zink.The invention relates to new zinc alloys with improved physical, in particular mechanical properties, which are characterized in that they are essentially consist of 10 to 30 wt .-% aluminum, 0.3 to 10 Wt% copper, 0.01 to 0.1 wt% magnesium, 0.005 to 0.3 % By weight of at least one metal from the group consisting of calcium, lithium and sodium and the remainder from zinc.

Die für die meisten Zwecke bevorzugten Legierungen der Erfindung enthalten 20 bis 24 Gew.-% Aluminium, etwa 0,75 bis etwa 1,1 Gew.-% Kupfer, etwa 0,04 bis etwa 0,05 Gew.-% Magnesium, etwa 0,01 bis etwa 0,03 Gew.-% mindestens eines Metalls aus der Gruppe Calcium, Lithium und Natrium und als Rest Zink.The for most purposes preferred alloys of the invention contain 20 to 24 weight percent aluminum, about 0.75 to about 1.1% by weight copper, about 0.04 to about 0.05% by weight magnesium, about 0.01 to about 0.03% by weight of at least one metal from the group consisting of calcium, lithium and sodium and the remainder zinc.

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Bei den nachfolgend angegebenen Legierungen handelt es sich um typische Zusammensetzungen der erfindungsgeraäßen Legierungen, wobei alle Angaben Gewichtsprozent bedeuten:The alloys specified below are typical compositions of the alloys according to the invention, where all data mean percent by weight:

Tabelle I
Nr. Al Cu Mg Ca Li Na Zn Table I.
No. Al Cu Mg Ca Li Na Zn

11 2222nd 0,90.9 0,04 0,020.04 0.02 OT OTOT OT --- Restrest 22 2222nd 0,90.9 0,040.04 0,0130.013 —- Restrest 33 2222nd 0,90.9 0,040.04 0,0320.032 OT MOT M Restrest 44th 2222nd 0,90.9 0,04 --0.04 - OT OTOT OT 0,0070.007 Restrest 55 2222nd 0,90.9 0,040.04 0,0130.013 Restrest

Die hohen Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungen können dadurch entwickelt, werden, daß man die geschmolzenen Legierungszusammensetzungen zu Strangpreß-Barren oder Walζ-Brammen vergießt. Die Strangpreß-Barren und Walz-Brammen werden anschließend bei einer Temperatur zwischen 275 und 380 C wärmebehandelt, um das Material zu homogenisieren, dann werden sie mit Wasser abgeschreckt, um die superplastische Struktur zu erzeugen. Die Barren oder Brammen werden dann auf 260 C wieder erwärmt und zu Stäben oder Blechen warm extrudiert bzv:. warm ausgewalzt. Die so hergestellten Stäbe oder Bleche können dann nach irgendeinem der bekannten Verfahren zur Verformung von superplastischen Legierungen zu brauchbaren Produkten verformt werden.The high strength properties of the alloys according to the invention can be developed by the molten alloy compositions are cast into extrusion bars or Walζ slabs. The extrusion bars and rolled slabs are then at a temperature heat treated between 275 and 380 C to homogenize the material, then they are quenched with water, to create the superplastic structure. The ingots or slabs are then reheated to 260 C and closed Bars or sheets hot extruded or. rolled out warm. The rods or sheets produced in this way can then by any of the known methods for deforming superplastic alloys can be formed into usable products.

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Die praktische Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Legierungen ist nicht auf Verwendungszwecke unter Ausnutzung ihrer Superplastizität beschränkt. Beispiele für andere Verwendungszwecke der Legierungen, in denen ihre ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften ausgenutzt werden können, sind z.B. Metallverarbeitungsverfahren, wie z.B. Schmieden, Warm-Strangpressen (mit offenem Gesenk, geschlossenem Gesenkund Präzis ions strangpressen), Kalt-Strangpressen, Stanzen, Ziehen und die Verarbeitung auf einer Fassondrehbank.The practical applicability of the alloys according to the invention is not limited to intended uses utilizing their superplasticity limited. Examples of other uses of the alloys, in which their excellent mechanical Properties that can be exploited are, for example, metalworking processes, such as forging, hot extrusion (with open die, closed die and precision extrusion), Cold extrusion, stamping, drawing and processing on a molding lathe.

Nachfolgend sind die Ergebnisse von Zugfestigkeitstests, die mit typischen Vertretern der erfindungsgemäßen Legierungen durchgeführt wurden, angegeben. In der folgenden Tabelle bezieht sich der Ausdruck "warm-verformt" auf das Material im ausgewalzten oder extrudierten Zustand und der Ausdruck "wärmebehandelt¹¹ bezieht sich auf das Material, das einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 275 und 380 C unterzogen und mit Wasser abgeschreckt worden ist. Die Nummern der Legierungen sind die gleichen wie in der Tabelle I.The results of tensile strength tests which were carried out with typical representatives of the alloys according to the invention are given below. In the following table the term "thermoformed" refers to the material as rolled or extruded and the term "heat treated ^11" refers to the material which has been heat treated at a temperature between 275 and 380 C and water quenched The alloy numbers are the same as in Table I.

Table II

2 Nr. spezifische Zugfestigkeit in kg/cm (psi)2 No. specific tensile strength in kg / cm (psi)

warm-verformtwarm-deformed (68.000)(68,000) wärmebehande1theat treated (92.500)(92,500) 11 47804780 (69.000)(69,000) 65006500 (72.000)(72,000) 22 48504850 (70.000)(70,000) 50605060 (70.000)(70,000) 33 49204920 (60.000)(60,000) 49204920 (82.000)(82,000) 44th 42204220 (60.000)(60,000) 57705770 (80.000)(80,000) 55 42204220 409848/0758409848/0758 56205620

Vergleichswerte für die spezifische Zugfestigkeit einer aus-22 Gew.-% Aluminium, 0,9 Gew.-% Kupfer, 0,04 Gew.-% Magnesium und zum Rest aus Zink bestehenden Legierung warenComparative values for the specific tensile strength of 22% by weight aluminum, 0.9% by weight copper, 0.04% by weight magnesium and the remainder were zinc alloy

2 3730 kg/cm (53.000 psi) im warm-verformten Zustand und2 3730 kg / cm (53,000 psi) when hot-deformed and

ο 4360 kg/cra (62.000 psi) im wärraebehandelten Zustand.ο 4360 kg / cra (62,000 psi) in the heat-treated condition.

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Claims

i 6 - Claims

1. Zinc alloy with improved mechanical properties, characterized in that it consists essentially of 20 to 24 wt% aluminum, 0.3 to 10 wt% copper, 0.01 up to 0.1% by weight magnesium, at least 0.005 to 0.3% by weight a metal from the group calcium, lithium and sodium and the remainder from zinc.

2. zinc alloy according to claim 1, characterized in that it consists essentially of 20 to 24 wt .-% aluminum, 0.3 to 10% by weight copper, 0.01 to 0.1% by weight magnesium, 0.005 to 0.3% by weight calcium and the remainder zinc.

3. Zinc alloy according to claim 2, characterized in that at least part of the calcium is replaced by lithium.

4. zinc alloy according to claim 2, characterized in that at least part of the calcium is replaced by sodium.

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