DE3043488A1 - Zinklegierung mit erhoehter kriechfestigkeit - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft eine Zinklegierung mit erhöhter Kriechfestigkeit.

Der Anwendungsbreich für Zinklegierungen umfaßt zur Zeit eine große Zahl der verschiedensten, industriell interessanter Einsatzsweake, bei solchen Legierungen, die gewalzt, fonobearbeitet odesf gegossen sraa Einsatz gelangen. Durch Zusatz eines oder mehrerer Elemente zum Zink, und zwar selbst in nur sehr geringen Mengen, lassen sich Legierungen mit sehr verschiedenartigen Eigenschaften herstellen, die somit in einem besonders weiten Bereich verwendbar sind»

I30025/0S69

Außerdem ist bestens bekannt, daß durch Zusatz von Mangan zu Zink die Kriechfestigkeit der resultierenden Legierung vergrößert werden kann. Diese Binärlegierung läßt sich jedoch wegen ihrer im flüssigen Zustand gegenüber Stahl gegebenen Aggressivität nicht in Heißkammergießmaschinen verwenden. Zur Ausschaltung dieses Aggressivitätsproblems wurde daran gedacht, in diese Legierung zusätzlich eine bestimmte Menge Aluminium einzugeben, wodurch bekanntlich die Aggressivität reduziert werden kann.

In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß das gleichzeitige Vorhandensein von Mn und Al in Zink manchmal zu Legierungen führt, die eine ausgeprägte Ungleichmäßigkeit aufweisen und somit nicht akzeptabel sind. Anders ausgedrückt bietet sich die durch das Anstehen von Aluminium bedingte Verringerung der Aggressivität in bestimmten Fällen insofern dar, als ein solches ungleichmäßiges Gefüge und sogar für die Warmkriechfestigkeit nachteilige Al-Mn-Verbindungen zu verzeichnen sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Verbindung aus einer Gruppe von Zinklegierungen, die gleichzeitig eine gute Kriechfestigkeit im Festsustand und eine geringe Aggressivität gegenüber Stahl im Flüssigzustand aufweist.

Diese erfindungsgemäße Legierung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß sie Aluminium und Mangan in solchen Anteilen enthält, für die sich die Gehalte gemäß Fig. 1 in einem Kurvenbild, in der Zone Unterhalb der Kurve befinden, das auf seiner Ordinate in Prozent den Gehalt der Legierung an Al und seiner Abszisse den Gehalt der Legierung an Mangan ausweist, und bei dem die Kurve von den beiden Abschnitten einer Geraden gebildet

wird, die einerseits

130Ö2S/OS69

INSPECTED

den Koordinatenpunkt "O.o25 % (Mn) - I.7 % (Al)" mit dem Koordinatenpunkt "0.3 % (Mn) - 0.7 ^ (Al)" und andererseits den Koordinatenpunkt "0.3 % (Mn) - 0.7 % (Al)" mit dem Koordinatenpunkt "0.8 Ji(Mn) - 0.4 % (Al" verbindet, wobei der Rest aus Zink mit den üblichen Verunreinigern besteht, jedoch solche Legierungen bevorzugt sind, deren Gehalt an Mangan niedriger als 0.3 % und deren Aluminiumgehalt niedriger als 0.8 % liegt.

Es konnte festgestellt werden, dass den vorstehend beschriebenen Bedingungen entsprechende Zn-Mn-Al-Legierungen gleichzeitig eine gute Viarmkriechfestigkeit und eine geringe Aggressivität gegenüber dem Stahl von Heisskammergiessmaschinen aufweisen und nicht mit dem Nachteil eines ungleichmässigen Gefüges behaftet sind.

Die erfindungsgemäss beanspruchten Legierungen besitzen Eigenschaften, die im Rahmen eines annehmbaren Kompromisses Werte gewährleisten, die sowohl im Hinblick auf die Warmkriechfestigkeit wie auch die Aggressivität gegenüber dem Stahl von Maschineneinrichtungen als zufriedenstellend zu gelten haben.

Zum Zwecke des Vergleichs seien nachstehend die Eigenschaften verschiedener Zinklegierungen mit unterschiedlichen Gehalten an verschiedenartigen Elementen aufgezeigt!

1) Legierung ait 1.2 % Al und 0.04 % Mn.

Hat eine schlechte Warakriechfestigkeit: (0.6 h unter 9 kg/mm

bei 100⁰O) 2)1 JLegierung altJU75>.Al.uM_O.2!L:£Jta... ... ..

Hat eine gute Warekriechfestigkeit: (194 h unter 9 kg/mm²

bei 10O⁰C)

13002S/05I9

und eine geringe Aggressivität
gegenüber Maschinenstählen.

3) Zamak 5: (4 % Al - 1 % Gu - 0.04 % Mg) Hat eine schlechte Warmkriechfestigkeit:

(4 h unter 9 kg/mm bei 100° O)

4) Ilzro 14: (1.25 # Gu - 0.17 % Ti). Hat eine gute Warmkriechfestigkeit: ist jedoch gegenüber Maschinenstahl im Flüssigzustand sehr aggressiv und somit für Heisskammerguss nicht geeignet.

(250 h unter 9 kg/mm bei 100⁰G)

Zur Bestimmung der .Aggressivität von Legierungen gegenüber Verarbeitungseinrichtungen wird der Gewichtsverlust einer Probe aus Stahl USN 234-3 (Masohinenstahl 0.38 % 0 1 % Si - 0.4 °f> Mn - 5-3 # Gr - 1.1 % Mo - 0.4 % V) ermittelt, die auf die Dauer von 24 Stunden in verschiedene Bäder, welche eine Temperatur gleich der Einsatztemperatur der Legierung in der Heisskammer (Liquidus-Temperatur + ca. 25°0) führten, eingetaucht worden war; ,

Ermittelte	Gewichtsverluste	.25	# Mn	410°G	l,60.10"6	g/mm
Zamak 5		.07	# Mn	4350O	7,9O.1O"6·	g/mm
		.50	% Mn	4450C	7.40.10"5	g/am
Ilzro 14				450°G	3.1O.1O"5	g/mm
Zn - 0.75 %	■ Al -		4450G	2.60.ΗΓ5	g/mm
Zn - 1.00 $	: Ai -		445°G	3.20.ΙΟ"4	g/n»2
Zn - 0.09 %	; αϊ -
- O
- O
- O

Nach diesen Versuch weist die Legierung Zn - 0.75 £ Al -

O.25 % Mn einen Gewichtsverlust JaUs_x der:20mal grosser

ale der von Za»*k, jedoch 200mal besser als der von Ilzro 14 let, vas im Hinblick auf einen Einsatz in einer Helsskaueraaaohine akzeptabel erscheint.

130025/0589

Ausserdem wurde festgestellt, dass der Zusatz von 0.5 % bis 1.5 % Ou und 0.01 °/o bis 0.06 °/o Mg nicht nur die Aggressivität von Zn-Al-Mn Legierungen und insbesondere der Legierung Zn - 0.75 % Al - 0.25 % Mn verändert, sondern auch noch einen der Fachwelt wohlbekannten günstigen Einfluss hat.

Dieser günstige Einfluss der vorgenannten Elemente in Zinklegierungen ist ebenfalls bestens bekannt, und zwar speziell im Hinblick auf ihren Härteeinfluss entsprechend einer Erhöhung der Zerreissfestigkeit, Kerbzähigkeit und Härte.

Die Zugabe von 1 % Ou führt zu einer Erhöhung der Kerbzähigkeit von etwa 20 % und der Zerreissfestigkeit von ca. 35 #· Ausserdem ist klar ersichtlich, dass die Festigkeitseigenschaften einer Druckgusslegierung von den jeweiligen Giessbedxngungen abhängig sind. Beispielsweise seien die nachfolgenden Eigenschaften angeführt mit Bezug auf eine Giesstemperatur von 60⁰O, eine Badtemperatur von 445°0 und ein Stück entsprechend einer ASTM-Probe (Zn - 0.75 % Al - 0.25 % Mn - 1 % Ou - 0.04 % Mg):

R_p (Zerreissfestigkeit) 246 MPa

R. (Streckgrenze 0.2 <£) 195 MPa

Bruchdehnung 4.7 %

Vickers-Härte 109

Kerbzähigkeit 48 J/cm

Der Einfluss von Mg geht in die gleiche Richtung wie der von Kupfer, ist jedoch in einer bereits Kupfer enthaltenden Legierung ganz offensichtlich geringer als in einer kupferfreien Legierung. In einer bereits kupferhaltigen

130Ö2S/0S89

Legierung liegt die von der Zugabe von Mg zu erwartende Wirkung in einer verringerten Anfälligkeit gegen interkristalline Korrosion sowie einer Erhöhung der Festigkeit seigenschaf ten.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich die in der Beschreibung und in den Ansprüchen angegebenen chemischen Zusammensetzungen in Gewichtsprozenten verstehen.

PATENTANSPRÜCHE

13ÖÖ2B/0S69

Claims (5)

PATENTANWALT 4000 DÖSSELDORF-BENRATH 1317. 11. 1980 D.PL-.NG. ULR.CH PLÖGER benratheb ™£ββΑθ« « TELEX 858794t REG. NR. 3631 CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQÜES CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE Association sans büt lucratif-Vereniging zonder winstoogmerk 47, rue Montoyer Brüssel/BELGIEN Zinklegierung mit erhöhter Kriechfestigkeit PATENTANSPRÜCHE;

1. Zinklegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie Aluminium und Mangan in solchen Anteilen enthält, für die sich die Gehalte in einem Kurvenbild in der Zone unterhalb einer Kurve befinden, das auf seiner Ordinate in Prozent den Gehalt der Legierung an Al· und auf seiner Abszisse den Gehalt der Legierung an Mangan ausweist, und bei dem die Kurve von den beiden Segmenten einer Geraden gebildet ist, die einerseits den Koordinatenpunkt "0.025 % (Mn) - 1.7 % (Al)" mit dem Koordinatenpunkt "O.3 % (Mn) - 0.7 % (Al)" und andererseits den Koordinatenpunkt "0.3 * (Mn) - O.7 % (Al)" mit dem Koordinatenpunkt "0.8 % (Mn) - 0.4 % (Al)" verbindet, während der Rest aus Zink mit den üblichen Verunreinigern besteht (Pig. I) .

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Mangan unter 0.3 % und an Al unter 0.8 % liegt.

130025/0569

ORIGINAL INSPECTED

3. Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Kupfergehalt zwischen 0.5 % und 1.5 %.

4. Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Mangangehalt von 0.01 % bis 0.06 %.

5. Legierung, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung 0.75 % Al - 0.25 % Mn - 1 % Cu - 0.04 % Mg, Rest Zn.

130Ö25/0569