DE2713196A1 - Zinnlegierung fuer zinngeraet sowie verfahren zur herstellung der legierung - Google Patents

Description

• Zinnlegierung für Zinngerät sowie Verfahren
• zur Herstellung der Legierung Die Erfindung betrifft eine Zinnlegierung in der Zusammensetzung 0,1 bis 7 Gew.% Antimon, 0,1 bis 8 Gew.% Kupfer sowie bis zu 0,5 % Blei und bis zu 4 % Silber, Rest Zinn, mit verbesserten Verarbeitungseigenschaften für Zinngerät sowie ein Verfahren zur Herstellung der Legierung.
• Bekanntlich werden Zinngeräte aus der oben beschriebenen nmell DIN 17 810 genormten Zinnlegierung entweder gegossell, z.B. über die Verfahren de; Kokillen-, Sturz-, Schleudcr-oder Druckgusscs oder aus gewalzten und gestanz-ten Blechronden maschinell oder manuell gedrückt oder tiefgezogen.
• Zu den entscheidenden Forderungen von Seiten der Verarbeitung an die Zinnlegierung zählen für die Herstellung gegossenen Zinngerätes ein gutes Formfüllungs- und Fließverhalten, ein gutes Nachspeisungsverhalten, eine Reduzierung der Mikrolunkerbildung sowie glatte und porenfreie Oberflächen der gegossenen Teile. Für die Herstellung von gedrücktem oder tiefgezogenem Zinngerät sind eine gute Verformbarkeit als Folge hoher Bruchdehnung bei ausreichender Festigkeit, ein hohes Grenzziehverhältnis, eine geringe Zipfligkeit und eine fehlerfreie Oberfläche der erzeugten Formteile von Bedeutung. Besonders störende Oberflächenfehler sind Tiefziehparabeln in Form von Materialtrennungen und Mikrorissen in Fließ- und Drückrich-tung. Das mehr oder weniger starke Auftreten einer oder mehrerer Fehler dieser Art kann einerseits aus der Vorgabe nicht optimaler Gieß-, Walz- oder Weiterverarbeitungsbedingungen hergeleitet werden, ist andererseits latent durch die Legierungszusammensetzung bedingt. So kann es je nach Vorgabe der Gießbedingungen und der Legierungszusammensetzung zu starken Seigerungen der intermetallischen Cu6Sn5-Phase komm.en, die sich in langen Nadeln und Rhomben ausscheidet. Diese gegenüber dem aus dem zinnreichen Mischkristall bestehenden Grundgefüge härtere Phase kann zu starken Unterschieden in den Verformungswiderständen im Gefüge führen und das gleichmäßige Fließen des Werkstoffs beim Drücken und Tiefziehen stören. Ziehparabeln sind die Folge, insbesondere dann, wenn diese Phase an diskreten Stellen im Gefüge gehäuft in Form von großen Nadeln und Rhomben auftritt.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindungen besteht darin, die starken Seigerungen der Cu6Sn5-Phase im Gußgefüge der eingangs beschriebenen Zinnlegierung zu verhindern, ohne dabei die gute Verformbarkeit der aus der Zinnlegierung durch Walzen hergestellten Bleche bzw. Ronden, die geringe Zipfligkeit, die ausreichende Festigkeit und das gleichmäßige Beizverhaiten des geformten Zinngeräts zu beeinträchtigen.
• Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die eingangs genannte Zinn-Antimon-Kupfer-Legierung Gehalte an Zink von 0,0045 bis 0,45 Gew.%, Aluminium von 0,0005 bis 0,05 Gew.% und Magnesium von 0,0001 bis 0,01 Gew.% aufweist.
• Vorzugsweise kommen Gehalte an Zink von 0,015 bis 0,05 Gew.%, Aluminium von 0,001 bis 0,005 Gew.% und Magnesium von 0,0005 bis 0,0025 Gew.% in Betracht.
• Zur Herstellung dieser Zinn-Antimon-Kupfer-Legierung werden 0,00' bis 0,5 Ges.% einer Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung in die Zinnlegierungsschmelze einlegiert.
• Besonders wirksam ist es, wenn der Schmelze 0,02 bis 0,1 Gew.% der Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung zugesetzt werden.
• Im Rahmen der besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Maßnahme enthält die ternäre Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung 0,5 bis 10 Gew.% Aluminium, 0,1 bis 8 Gew.% Magnesium, Rest Feinzink.
• Als vorzugsweise Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung wird eine ternäre Legierung der Zusammensetzung 4,8 bis 5,2 Gew.% Aluminium, 2,5 bis 4,0 Gew.% Magnesium, Rest Feinzink, in die Zinnlegierungsschmelze einlegiert.
• Durch den Zusatz der Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung zu der Zinnlegierung wird eine Kornfeinung dergestalt erreicht, daß die Cu6Sn5-Phase feindispers in Richtung globulitischer Erstarrung verteilt ist.
• Bei gleichen Herstellungs- und Verarbeitungsbedingungen für die Guß- und Knetlegierungen werden durch die erfindungsgemäß behandelte Legierung im Vergleich zu einer herkömmlichen Zinn-Antimon-Kupfer-Legierung folgende Eigenschaften verbessert: a) Desoxidative Wirkung auf die Schmelze in der Form, daß die Blankzeiten erhöht werden und kein Anlaufen durch Oxidation von aus diesen geimpften Legierungen hergestellten Halbzeuge beim Glühen erfolgt, b) Verbesserung des Guß- und Erstarrungsverhaltens bezüglich verbesserter Nachspeisung, Reduzierung der Mikrolunkerbildung und Innenporosität und gla-tterer Oberflächen der gegossenen Teile, c) Anhebung der Verformbarkeit von Guß- und Knetlegierungen in Form geringerer Stauchwiderstände, höherer Bruchdehnung, höherer Grenzziehverhältnisse beim Näpfchentiefzug und besserem Fließverhalten beim manuellen und maschinellen Drücken bei gleichzeitig unveränderter Festigkeit und Härte der hergestellten Bleche und Bänder, d) geringere Zipfligkeit tiefgezogener und gedrückter Näpfchen und Formteile, e) Vermeidung von Tiefziehparabeln und damit Erzielung von fehlerfreien Oberflächen auf tiefgezogenen und gedrückten Formteilen, f) schnelleres Aufziehen von Oberflächenschichten beim Beizen von gegossenen und gedrückten Formteilen.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile werden im folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert: 1. Ausführungsbeispiel Eine Zinnlegierung der Zusammensetzung 5,71 Gew.% Antimon, 2,20 Gew.% Kupfer, Rest Zinn, wurde erschmolzen. Ein Teil der Schmelze wurde in einen Tiegel umgegossen, während in den anderen Teil der Schmelze eine Zinklegierung mit Gehalten an 4,9 Gew.% Aluminium, 3,7 Gew.% Magnesium, Rest Feinzink, einlegiert und anschließend die Schmelze in einen weiteren Tiegel umgegossen wurde. Nach dem Erstarren wurden die beiden Tiegelproben durchgesägt, geschliffen, poliert und im Interferenzlicht mit einer Vergrößerung von 180 x fotografiert.
• Wie die vergleichende Gegenüberstellung von Abb. 1 und Abb. 2 zeigt, ergibt sich durch den Zusatz einer Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung zu einer Zinn-Antimon-Kupfer-Legierung eine kornfeinende Wirkung auf die gleichmäßige und feine Verteilung der mehr in Richtung globulitischer Erstarrung sich ausscheidenden Cu6Sn5-Phase im Gefüge.
• 2. Ausführungsbeispiel Aus einem Teil der Zinnlegierungsschmelze der Zusammensetzung 5,38 Gew.% Antimon, 1,75 Gew.% Kupfer, 0,11 Gew.% Blei, Rest Zinn, wurden zunächst mehrere Gußblöcke hergestellt. Dem verbleibenden Schmelzeteil wurden eine Zinklegierung mit Gehalten an 5,0 Gew.% Aluminium, 3,5 Gew.% Magnesium, Rest Feinzink, zugesetzt und die Schmelze zu mehreren Gußblöcken vergossen.
• Unter gleichen Herstellungsbedingungen wurden aus den Gußblöcken Blechronden in Dicken von 1,2 und 1,3 mm für manuelle und maschinelle Drückversuche hergestellt. Dabei wurde darauf besonders geachtet, daß die Drückversuche an solchen Formen durchgeführt wurden, bei denen einerseits die Zielparabelbildung besonders deutlich wird, andererseits der Werkstoff im Hinblick auf die Verformbarkeit extrem beansprucht wurde. Vor Aufnahme der Drückversuche wurden die Blechronden im Hinblick auf ihre mechanischen Kurzzeiteigenschaften und Zipfligkeit geprüft. Dabei besitzt die Zinnlegierung mit geringeren Gehalten an Zink, Aluminium und Magnesium gegenüber der herkömmlichen Zinnlegierung eine geringere Zipfligkeit und eine um etwa 30 % höhere Bruchdehnung parallel zur Walzrichtung. Die Blechronden wurden zu Kannen und Bechern mit einer Höhe von 300 mm und mit einem Durchmesser von 240 mm verformt.
• Dabei ergab sich ein besseres Verformungsverhalten der Zink, Aluminium und Magnesium enthaltenden Zinnlegierung gegenüber den Blechronden der zum Stand der Technik gehörenden Zinnlegierung.
• Dies zeigt sich insbesondere in einem besseren Anlegen an das Werkzeugmodell sowie völliger Rißfreiheit in der Einspannkante im Stahlwiderhalter, der die Ronden vor Beginn des Drückens auf das Modell drückt und leicht vorstreckt.
• Die aus der erfindungsgemäßen Zinnlegierung hergestellten Kannen und Becher sind parabelfrei im Unterschied zu Formteilen aus Blechronden der herkömmlichen Zinnlegierung, bei denen die Parabeln mehr oder weniger latent und kaum sichtbar erscheinen.
• Zwecks Erhärtung dieser Aussagen wurden die gedrückten Formen mit einer starken Ätzlösung behandelt, wobei die Formen durch Bürsten unter leichtem Andrücken gesäubert, kurzzeitig in 20 tiger (NH4)2S203-Lösung unter Abreiben mit Plüsch bis zum Eintritt der Schwärzung geätzt, anschließend in Alkohol gespült und dann getrocknet wurden.
• Aus Abb. 3 ist ersichtlich, daß die Ätzung bei dem gedrückten Becher aus der herkömmlichen Zinnlegierung die Parabeln stark zum Vorschein bringt, während bei den aus der erfindungsgemäßen Zinnlegierung bestehenden Bechern keine Ziehparabeln zu sehen sind. Patentansprüche

Claims (5)

1. PATE;.TTANSpRÜCHE 1. Zinnlegierung der Zusammensetzung 0,1 bis 7,0 Gew.% Antimon 0,1 bis 8,0 Gew.% Kupfer bis zu 0,5 Gew.% Blei bis zu 4,0 Gew.% Silber Rest Zinn mit verbesserten Verarbeitungseigenschaften für Zinngerät, gekennzeichnet durch Gehalte an Zink von 0,0045 bis 0,45 Gew.%, Aluminium von 0,0005 bis 0,05 Gew.% und Magnesium von 0,0001 bis 0,01 Gew.%.
2. 2. Zinnlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Gehalte an Zink von 0,015 bis 0,05 Gew.%, Aluminium von 0,001 bis 0,005 GevJ. und Magnesium von 0,0005 bis 0,0025 Gew.%.
3. 3. Verfahren zur Herstellung der Zinnlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze der Zinnlegierung 0,005 bis 0,5 Gew.%, vorzugsweise 0,02 bis 0,1 Gew.%, einer Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung einlegiert werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinnlegierungsschmelze eine Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung mit Gehalten an 0,5 bis 10 Gew.% Aluminium, 0,1 bis 8 Gew.% Magnesium, Rest Feinzink, einlegiert werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinnlegierungsschmelze eine Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung mit Gehalten an 4,8 bis 5,2 Gew.% Aluminium, 2,5 bis 4 Gew.O Magnesium, Rest Feinzink, einlegiert werden.