DE3874979T2

DE3874979T2 - Hochfeste legierung auf zink-basis.

Info

Publication number: DE3874979T2
Application number: DE8888306028T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Gotoh; Kouhei Kubota; Atsuyuki Okada; Takeshi Oziro; Tsutomu Satoh
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1987-07-01
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2008-07-02
Also published as: US4882126A; AU594244B2; EP0297906B1; DE3874979D1; AU1855488A; EP0297906A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hochfeste Legierung auf Zinkbasis.

Hintergrund der Erfindung

Legierungen auf Zinkbasis sind bereits für die Verwendung in Formen zum Blasformen und Druckgießen vorgeschlagen worden.
Es ist bekannt, daß Legierungen auf Zinkbasis in Experimentalformen eingesetzt werden können, was auf ihren guten Form-Eigenschaften beruht. Derartige Experimentalformen werden im allgemeinen verwendet für die experimentelle Herstellung beispielsweise von Spritzgußformprodukten oder Blechteilen für Automobile. Sie müssen unterschieden werden von Formen, die für die Massenproduktion eingesetzt werden. Damit die Experimentalformen eine ausreichende Stärke haben und damit sie in kurzer Zeit und zu geringen Kosten hergestellt werden können, werden sie in Sandgießformen hergestellt und in Gestaltungen gebracht, die wenig oder keine Nachbearbeitung (Cutting) erfordern. Sie haben also schon in jedem Falle die erwünschte Endform und werden dann poliert. Die meisten derartiger Formen auf Zinkbasis werden gegenwärtig aus einer Legierung hergestellt, die unter dem Handelsnamen ZAS bekannt ist und folgende Zusammensetzung hat: Al 3,9 bis 4,3%; Cu 2,5 bis 3,5%; Mg 0,03 bis 0,06%, Rest Zink. ZAS-Legierung hat eine gute Reproduzierbarkeit der Struktur und eine hohe mechanische Festigkeit und ist für das Gießformen gut geeignet.
Formen auf Eisenbasis, die durch spanabhebendes Formen (Spanen und Schleifen) eines großen schmiedeeisernen Blockes hergestellt werden, werden als Formen für die Massenproduktion verwendet. Sie überstehen viele 100.000 Einspritzarbeitsgänge. Ihre Herstellung ist jedoch langwierig und sehr kostspielig. Sie sind ungeeignet für die Herstellung vieler verschiedener, nur in kleinen Stückzahlen hergestellter Artikel. Eine Form für die Massenproduktion sollte etwa 500.000 Einspritzvorgänge überstehen. Eine Form aus ZAS-Legierung kann unter diesem Kriterium nicht bestehen.
Wenn auch verschiedene Legierungen auf Zinkbasis experimentell im Hinblick auf Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der ZAS-Legierung erzeugt worden sind, so mußten doch eine niedrige Gußtemperatur und ausgezeichnete Gießflußeigenschaften, die zu den Vorteilen einer ZAS-Legierung zählen, immer bis zu einem bestimmten Ausmaß geopfert werden.
Heute werden durch JIS zwei Arten von Legierungen auf Zinkbasis für die Zugverformung spezifiziert. Es wird angenommen, daß von diesen beiden Legierungen die Gußlegierung auf Zinkbasis Klasse 2 (ZDC2) etwa 95% der Gesamtmenge von benutzten Legierungen auf Zinkbasis ausmacht. ZDC2 ist eine Legierung, die sich aus 3,9 bis 4,3 Gew.-% Al und 0,03 bis 0,06 Gew.-% Mg zusammensetzt, wobei im wesentlichen der Rest aus Zink besteht. Diese Legierung wurde ungefähr 35 Jahre lang bereits benutzt, und sie hat weite Verbreitung in Maschinenteilen, dekorativen Teilen und Teilen des täglichen Gebrauches gefunden. ZDC2 ist durch den Vorteil gekennzeichnet, daß ein Heißkammer-Druckgießen möglich ist, da die Legierung einen niedrigen Schmelzpunkt hat und Eisen nicht angreift. Sie hat eine lange Formstandzeit, ausreichende mechanische Festigkeit, kann befriedigend bearbeitet und leicht galvanisiert werden.
In jüngerer Zeit haben sich die Arbeitsfelder, in denen Formen für Zink eingesetzt werden, mehr und mehr verringert mit dem Einsatz von Kunststoffen und Aluminium- Tiefziehprodukten, deren Qualität sich bemerkenswert verbessert hat. Desungeachtet besteht ein Bedarf für Legierungen auf Zinkbasis, die sehr dünne Formen ergeben und die eine hohe Widerstandsfähigkeit haben, ohne einen Kompromiß eingehen zu müssen in Bezug auf niedrige Gießtemperaturen und gute Fließfähigkeit, welches die Vorteile von Legierungen auf Zinkbasis sind.
Die US-Patentschrift 4 126 450 beschreibt eine Legierung auf Zinkbasis, die folgende Zusammensetzung hat: Aluminium 4,0-10%, Kupfer 1-6%, Magnesium 0,02-0,04%. Beispiel 5 vorgenannter US-PS beschreibt eine Legierung der Zusammensetzung Aluminium 65%, Kupfer 3,8%, Magnesium 0,03%.
Die schweizerische Patentschrift 233 905 beschreibt eine Legierung auf Zinkbasis mit der Zusammensetzung : Al 6,5 -7,5%, Cu 3-4,5%, Mg 0,01-0,05%.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine neue Legierung auf Zinkbasis enthält in Gew.-%
Al 5.2-8,6%
Cu 3,0-6,5%
Mg 0,01-0,2%
Ti 0,02-0,4%,
der Rest ist Zink und ggfls. Verunreinigungen.
Eine andere Legierung auf Zinkbasis enthält in Gew.-%
Al 5,2-8,6%
Cu 3,0-6,5%
Mg 0,01-0,2%
Co und/oder Ni 0,01-0,3%,
wobei der Minimalgehalt an Co bei Abwesenheit von Ni 0,011% ist. Der Rest sind Zink und ggfls. Verunreinigungen.
Eine weitere neue Legierung auf Zinkbasis enthält in Gew.-%:
Al 5,2-8.6%
Cu 3,0-6,5%
Mg 0,01-0,2%
Ti 0,02-0,4%
Co und/oder Ni 0,01-0,3%,
wobei der Minimalgehalt an Co bei Abwesenheit von Ni 0,011% ist. Der Rest sind Zink und gegebenenfalls Verunreinigungen.

Beschreibung der Erfindung

Es wurde gefunden, daß bei einer Legierung mit einer Zusammensetzung etwa auf der Basis von Zink - 6,8% Aluminium - 4,0% Kupfer die Erstarrung bei ungefähr 390ºC einsetzt, was ungefähr 30ºC niedriger ist als bei einer ZAS-Legierung und im wesentlichen gleich der Temperatur bei ZDC2. Außerdem ist eine niedrigere Gußtemperatur als die bei ZAS-Legierung und eine gute Fließfähigkeit, die signifikant besser ist als bei ZDC2, zu beobachten. Eine solche gute Fließfähigkeit ermöglicht es, daß die Schmelztemperatur während des Gußprozesses niedriger gewählt werden kann, so daß die Lebensdauer einer Form vergrößert ist. Auch können dünne Druckgußschichten geschaffen werden. Auch hat dieses Legierungssystem eine bedeutend höhere mechanische Festigkeit als ZAS- und ZDC2-Legierungen. Sie hat außerdem bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von 40 Kgf/mm² oder mehr, was das Maximum bedeutet, das bei Legierungen auf Zinkbasis erreichbar ist. Dies bedeutet, daß bei Einsatz einer solchen Legierung die einer Metallform ermöglicht ist, die ein Spritzgießen mit ungefähr 500.000 Spritzgußoperationen übersteht. Es wurde außerdem gefunden, daß sowohl das Auftreten von Gußdefekten, die durch Schwerkraftablagerung auf treten können und die sich ergeben durch Vergrößerung der Menge an Al und Cu, verglichen mit ZAS- und ZDC2-Legierung, und die Reduktion der Stoßfestigkeit auf einem Niveau gehalten werden können, die keine praktischen Probleme ergeben. Das Hinzufügen einer oder mehrerer Komponenten aus der Gruppe Co, Ni und Ti zu eben diesem Legierungssystem erhöht die Stoßfestigkeit und verbessert die Fließcharakteristik einer Schmelze. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis.
Es wird letzt beschrieben die Begründung für die Bereichsgrenzen der Komponenten der Zusammensetzung bei der vorliegenden Erfindung.
Eine Aluminium-Komponente sorgt für die Verstärkung der Festigkeit einer Legierung. Al ist außerdem ein Faktor, der die Fließeigenschaft einer Schmelze bestimmt. Wenn auch Al die Fließeigenschaften im Bereiche eines (Zn-Al- Cu)-ternären Systems verbessert, bei dem das primäre Kristall sich in einer o-Phase befindet (feste Cu-Lösung) oder einer &epsi;-Phase (feste Zn-Cu-Lösung), verändert es dennoch die Fließfähigkeit einer Schmelze in dem Bereich, wo das primäre Kristall sich in einer β-Phase befindet (feste Al-Lösung). Außerdem ist die Zahl an Blasen (Lunker), die in einem Gußteil verbleiben, vergrößert mit jeder Vergrößerung der Al-Menge. Der Gehalt an Al ist daher festgelegt unter Berücksichtigung dieser verschiedenen Bedingungen. Mit anderen Worten, falls der Al-Gehalt weniger als 5,2% ist, ist die Eigenschaft der Legierung der vorliegenden Erfindung, wobei hohe Zugfestigkeit und hoher Grad an Fließfähigkeit der Schmelze miteinander kompatibel sind, nicht ausgeprägt, während dann, wenn der Gehalt an einer Legierung über 8,6% ist, die Fließfähigkeit einer Schmelze sich verschlechtert und die Anzahl der Blasen, die sich in Gußstücken befinden, zunimmt. Daher sind beide Fälle nicht erwünscht.
Die Kupfer-Komponente ist homogen in einer Legierung verteilt und bildet eine &epsi;-Phase (feste Zn-Cu-Lösung) und eine ternäre perititektische eutektische Phase (Zn-Al-Cu- Festlösung). Cu hat die Funktion einer wesentlichen Verstärkung der Zugfestigkeit einer Legierung und auch einen großen Einfluß auf die Fließeigenschaften einer Schmelze. Wird jedoch der Kupfer-Gehalt vergrößert, so wird auch die Einsatztemperatur der Verfestigung einer Legierung gehoben so daß die Differenz dieser Temperatur zu 380º vergrößert ist, wobei letztere die Verfestigungsendtemperatur ist. Mit anderen Worten, wenn der Kupfer-Gehalt erhöht wird, wird der Bereich der Verfestigungstemperaturen vergrößert und die Fließeigenschaft einer Schmelze damit verschlechtert, was zu der Notwendigkeit führt, die Schmelztemperatur zu erhöhen, um ein konstantes Niveau der Fließeigenschaft zu haben. Auf diese Weise beeinflußt der Kupfer-Gehalt die Einfachheit des Gießens und die Zugfestigkeit der Legierung. Insbesondere wenn der Kupfergehalt weniger als 3% ist, ist die Zugfestigkeit ungenügend, während dann, wenn der Kupfergehalt über 6,5% ist, sich die Fließeigenschaft der Schmelze verschlechtert. Insofern sind beide Fälle unerwünscht.
Die Magnesium-Komponente hat die Funktion der Verhinderung einer interkristallinen Korrosion, die in einer Zinklegierung mit Aluminiumgehalt leicht auftritt. Außerdem verlangsamt die Mg-Komponente das Altern der Legierung in einem solchen Legierungssystem. Die untere Grenze des Mg-Gehaltes, der diese Aufgabe erfüllen kann und eine interkristalline Korrosion verhindert, ist 0,01%. Wie anhand von Beispielen unten erläutert werden wird, wird auf der anderen Seite auch dann, wenn die Zugfestigkeit der Legierung etwas durch Erhöhung des Mg-Gehaltes erhöht wird, dann, wenn der Mg-Gehalt über 2% steigt, das Aufblättern (cleavage) erhöht und die Stoßfestigkeit reduziert. Demnach liegt der praktische Bereich des Mg-Gehaltes zwischen 0,01 und 0,2%.
Die Komponenten Co und Ni können beide mit Aluminium in einer Schmelze koexistieren und Verbindungen ergeben. Co bildet Al&sub9; Co&sub2;; Nickel bildet Al&sub3;Ni. Das Verhalten von Co und Ni in einer Legierung ist einander ähnlich, und die Funktionen dieser Komponenten in der Legierung sind ebenso ähnlich. Co und Ni haben äquivalente Funktionen; sie bewirken eine Erhöhung der Zugfestigkeit und der Elongationseigenschaften und die Verbesserung der Fließeigenschaften einer Schmelze, falls sie in einem Mengenverhältnis von 0,1% oder weniger hinzugefügt werden. Wie auch in den Testbeispielen gezeigt worden ist, hat die Hinzufügung übergroßer Mengen Co und Ni die Reduktion der Stoßfestigkeit zur Folge. Unter Berücksichtigung der vorbeschriebenen Bedingungen und des hohen Kaufpreises von Co ist die Menge einer oder beider Komponenten Co oder Ni zusammen in der Praxis 0,3% oder weniger, vorzugsweise 0,03 bis 0,20%.
Die Titan-Komponente bildet Verbindungen Al&sub3;Ti in einer Schmelze. Al&sub3;Ti hat eine effektive Funktion bei der Korngrößenverkleinerung. Das Legierungssystem der vorliegenden Erfindung umschließt drei Fälle, die jeweils die primären Kristalle involvieren, die sich in einer α-Phase (feste Zn-Lösung), β-Phase (feste Al-Lösung) und &epsi;-Phase (feste Zn-Cu-Lösung) befinden und die den Kombinationen von Al und Cu entsprechen. Al&sub3;Ti erfüllt seine Funktion der Korngrößenverkleinerung in allen drei Fällen. Al&sub3;Ti vergrößert die Zugfestigkeit und die Stoßfestigkeit der Legierung, falls jedoch eine große Menge Ti hinzugefügt wird, verringern sich die Stoßfestigkeit und das Fließvermögen. Da die Funktion des Ti fundamental verschieden ist von den Funktionen des Co und Ni, kann jede Reduktion im Niveau der Fließfähigkeit, die ihre Ursache in der Hinzufügung von Ti hat, kompensiert werden, indem sowohl Cu als auch Ni hinzugefügt werden, ohne unerwünschte Nebeneffekte. In der Praxis ist der Wert des hinzugefügten Ti 0,40% oder weniger, vorzugsweise 0,03 bis 0,10%.
Die beschriebene Legierung, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, zeigt die verbesserten Eigenschaften, so daß die Legierung leicht einer Schmelzformung unterzogen werden kann, verglichen mit der ZAS-Legierung, die üblicherweise für Experimentalformen verwendet wird, als auch verglichen mit ZDC2-Legierung; auch die mechanischen Eigenschaften sind signifikant verbessert, wobei diese Eigenschaften im wesentlichen zueinander inkompatibel sind. Daher kann eine Druckgußform, die mit einer Legierung der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, in Bereichen eingesetzt werden, wo sonst Stahlformen als Metallformen für die Massenproduktion mit einer Standzeit von 500.000 Einschußvorgängen verwendet werden. Eine allgemeine Form kann in einer Herstellungszeit und zu Kosten produziert werden, die im wesentlichen die gleichen sind, die bei Experimentalformen vorherrschen, weil die Legierung der vorliegenden Erfindung leichter schmelzverformt werden kann als die konventionelle ZAS-Legierung.
Zu gleicher Zeit erlaubt es die Legierung der vorliegenden Erfindung, daß das Gewicht eines Druckgußformlings reduziert werden kann, indem eine dünne Schicht gebildet wird. Es handelt sich daher um eine nützliche Legierung, die eine Entwicklung neuer Anwendungen für Zinkdruckgußformen ermöglicht und die Verbreitung derartiger Anwendungen ermöglicht.
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beschrieben.

Beispiel 1

Dieses Beispiel wird durchgeführt zum Zwecke der Demonstration der Nützlichkeit einer Legierung der vorliegenden Erfindung als eine Legierung auf Zinkbasis für eine Metallform.
Die erforderlichen Mengen von Al, Cu, Mg, zusammen mit Co und Ni und Ti in Form einer Master-Legierung, wurden elektrolytischem Zink (Zn) als Basis in einem Graphit-Tiegel hinzugefügt. Jede der sich ergebenden Legierungen mit Zusammensetzungen wie in Tabelle 1 wurde erschmolzen. Jede der sich ergebenden Schmelzen wurde in eine Form gegossen, die auf 350ºC aufgeheizt war, um Testgußstücke herzustellen, die jeweils einen Durchmesser von 16 mm und eine Länge von 200 mm bzw. 10 mm quadratische Grundlänge und 200 mm Gesamtlänge hatten. Der Grund, die Form auf 350ºC zu erhitzen, ist, daß die Abkühlgeschwindigkeit der Legierung angenähert werden sollte der Abkühlungsgeschwindigkeit von großen Barren in praktisch verwendeten Sandformen.
Testteile wie z. B. Zugfestigkeits- und Stoßfestigkeitstestteile wurden aus den so gegossenen Testteilen geformt und dann in den Tests benutzt, die unten beschrieben sind.
Der charakteristische Wert, die in diesen Tests erhalten wurde, war der Wert, der sich bei 100ºC erhalten war. Diese Temperatur liegt nahe der Formtemperatur während einer Kunststoff-Spritzgießens.

Zugfestigkeitstests

Mit Hilfe einer Instron-Zugspannungsmaschine Bedingungen:
Meßlänge 50 mm
Verlängerung 10 cm/min bei 100ºC

Stoßfestigkeitstest

Mit Hilfe eines Charpy-Impact-Tester
Bedingungen:
Der Querschnitt eines Teststückes hatte 10 mm quadratische Seitenlänge und keine Kerbe 100ºC.
Test des Fließvermögens (Bestimmung einer optimalen Druckgießtemperatur):
Eine Schmelze, die die erforderlichen Konstituenten enthielt, wurde gut gerührt und bei einer bestimmten, festgelegten Temperatur gehalten. Eine Ende einer Glasröhre mit einem äußeren Durchmesser von 6 mm und einem inneren Durchmesser von 4 mm wurde in die Schmelze eingesetzt; ein Unterdruck von 240 mmHg wurde an dem anderen Ende angelegt. Zu dieser Zeit wurde das Gewicht des Metalls, das in die Glasröhre floß und erhärtete, gemessen, um einen Eintrittsfluß zu erhalten. Es wird definiert, daß eine Legierung, die einen größeren Eintrittsfluß und ein größeres Gewicht an erhärtetem Metall ergibt, die besseren Fließeigenschaften hat. Entsprechend unserer Erfahrung entspricht die Temperatur, bei der 20 g des Metalls in das Glasrohr hineinfließt, der optimalen Druckgußtemperatur.
Die erhaltenen Ergebnisse zeigt die Tabelle 1. Tabelle 1-1 No. Komponente (%) 100ºC Zugfestigkeit, Zugfestigkeit (Kgf/mm²) Elongation (%) 100ºC Stoßfestigkeit (Kg-m/cm²) Optimale Druckguß-Temperatur (ºC) balance Tabelle 1-2 No. Komponente (%) 100ºC Zugfestigkeit, Zugfestigkeit (Kgf/mm²) Elongation (%) 100ºC Stoßfestigkeit (Kg-m/cm²) Optimale Druckguß-Temperatur (ºC) balance Tabelle 1-3 No. Komponente (%) 100ºC Zugfestigkeit, Zugfestigkeit (Kgf/mm²) Elongation (%) 100ºC Stoßfestigkeit (Kg-m/cm²) Optimale Druckguß-Temperatur (ºC) balance * 1 Kgf/mm² = 9,8 N/mm² ** 1 Kg-m/cm² = 7,845J
Die folgenden Schlüsse werden aus den Ergebnissen der Versuche, die in Tabelle 1 gezeigt sind, gezogen.
Wie aus den Samples 1 bis 5 deutlich wird, steigt die Festigkeit (Zugspannungsfestigkeit) mit der Menge hinzugefügten Aluminiums an. Jedoch steigt die optimale Druckgußtemperatur vom niedrigsten Wert, bei dem der Al-Gehalt 6,8% ist, sowohl bei hinzugefügtem als auch bei erniedrigtem Al an.
Wie aus den Samples 6 bis 10 deutlich wird, steigt die Festigkeit (Zugspannungsfestigkeit) mit der Menge hinzugefügten Kupfers an. Jedoch steigt die optimale Druckgußtemperatur vom niedrigsten Wert, bei dem der Cu-Gehalt 4,0% ist, sowohl bei hinzugefügtem als auch bei erniedrigtem Cu an.
Es wurde wurde auch gefunden, daß jede beliebige Legierung dieses Beispiels der vorliegenden Erfindung eine optimale Druckgußtemperatur hat, die niedriger ist als die 450ºC einer ZAS-Legierung des Beispieles Nr. 50. Nebenbei bemerkt, falls die Druckgußtemperatur über 450ºC liegt, besteht die Tendenz, daß Poren entstehen, da die Zeit, die erforderlich ist bis zur Verfestigung, lang ist und der Grad der Wärmebelastung erhöht wird. Da jede der Legierungen dieses Beispieles der vorliegenden Erfindung eine Zugfestigkeit innerhalb des Bereiches von 28,5 bis 30,8 Kgf/mm² hat, werden Verbesserungen zwischen 4,5 bis 6,8 Kgf/mm² erreicht, verglichen mit dem Zugfestigkeit von ZAS-Legierungen (Sample Nr. 50) von 24,4 Kgf/mm².
Wie aus den Samples 11 bis 15 deutlich wird, wird die Festigkeit etwas verringert und die Stoßfestigkeit extrem verringert, wenn die Menge an hinzugefügtem Mg vergrößert wird, solange der Mg-Gehalt 0,2% oder mehr ist, auch wenn die Zugfestigkeit und die optimale Druckgußtemperatur nicht signifikant beeinflußt werden.
Wie aus den Samples 16 bis 20 deutlich ist, ist dann, wenn der Co-Gehalt über 0,3% liegt, die Zugfestigkeit und die Stoßfestigkeit reduziert und die optimale Druckgußtemperatur erhöht. Auf der anderen Seite ist dann, falls der Co-Gehalt innerhalb des Bereiches von 0,02 bis 0,3% liegt, die Zugfestigkeit vergrößert, während die Elongationseigenschaften und die Stoßfestigkeit beibehalten werden.
Wie aus den Samples 21 bis 25 hervorgeht, ist dann, wenn der Ni-Gehalt über 0,3% liegt, die Zugfestigkeit und die Stoßfestigkeit erniedrigt. Die optimale Druckgußtemperatur ist erhöht. Falls jedoch der Ni-Gehalt innerhalb eines Bereiches von 0,01 bis 0,3% liegt, sind die Zugfestigkeit und die Elongation etwas erhöht, während die Eigenschaften der optimalen Druckgußtemperatur und der Stoßfestigkeit beibehalten sind.
Wie aus den Samples 26 bis 30 deutlich wird, sind in allen Beispielen, wo sowohl Co als auch Ni zugefügt wurden, dann, wenn der Gesamtgehalt dieser Metalle über 0,3% liegt, die Zugfestigkeit und die Stoßfestigkeit verkleinert. Die optimale Druckgußtemperatur ist erhöht; dann, wenn der Gesamtgehalt von Co und Ni 0,3% oder weniger ist, sind die Zugfestigkeit und die Stoßfestigkeit vergrößert, während die Eigenschaft einer optimalen Druckgußtemperatur beibehalten ist.
Wie aus Samples Nr. 31 bis 35 deutlich wird, ist dann, wenn der Ti-Gehalt über 0,4% ist, die Stoßfestigkeit verkleinert und die optimale Druckgußtemperatur erhöht. Ist jedoch der Ti-Gehalt innerhalb des Bereiches 0,03 bis 0,4%, so ist die Zugfestigkeit vergrößert, während die Eigenschaften der optimalen Druckgußtemperatur und der Stoßfestigkeit beibehalten werden.
In jedem der Samples 36 bis 39, zu denen Co und Ti jeweils hinzugefügt wurden, ist die optimale Druckgußtemperatur kleiner als die 450ºC der ZAS-Legierrnng. Die Elongation und die Stoßfestigkeit sind gleich oder besser als die der ZAS-Legierung. Die Zugfestigkeit ist 29,7 bis 31,7 Kgf/mm². Dies resultiert in einer Zunahme von 5,7 bis 7,7 Kgf/mm², verglichen mit der ZSA-Legierung.
In jedem der Samples 40 bis 44, zu denen Ni und Ti jeweils hinzugefügt wurden, ist die optimale Druckgußtemperatur kleiner als die 450ºC der ZAS-Legierung. Die Elongation und die Stoßfestigkeit sind gleich oder besser als die der ZAS-Legierung. Die Zugfestigkeit ist 30,1 bis 32,3 Kgf/mm². Dies resultiert in einer Zunahme von 6,1 bis 8,3 Kgf/mm², verglichen mit der ZSA-Legierung.
Wie aus den Samples 45 bis 49 deutlich wird, ist die optimale Temperatur niedriger als die 450ºC der ZSA-Legierung, wenn Ni, Co und Ti hinzugefügt werden, wobei die Bedingung eingehalten wird, daß der Gesamtgehalt Nickel und Kobalt 0,30% oder weniger ist. Der Grad der Elongation und die Stoßfestigkeit sind größer als jene der ZAS-Legierung, die Zugfestigkeit ist 31,5 bis 32,3 Kgf/mm², was zu einer Erhöhung der Festigkeit von 7,5 bis 8,3 Kgf/mm² führt, verglichen mit der ZAS-Legierung.
Vorstehend wurden typische Beispiele als Testbeispiele beschrieben. Wenn die Zusammensetzungsverhältnisse jedes der Konstituenten innerhalb des Schutzumfanges vorliegender Erfindung geändert wurde, wurden gleiche Effekte erhalten.

Beispiel 2

Dieses Beispiel wurde durchgeführt, um die Nützlichkeit der erfindungsgemäßen Legierung als eine Zinkbasis-Legierung für das Druckgußverfahren zu zeigen.
Die erforderlichen Mengen von Al, Cu, Mg, und, falls erforderlich, Co, Ni und Ti in Form einer Master-Legierung wurden elektrolytischem Zink (Zn) als Basis in einem Graphit-Tiegel hinzugefügt, um Legierungen der Zusammensetzungen zu erhalten, die in Tabelle 2 auf experimenteller Basis gezeigt werden. Die Fließfähigkeit jeder der gebildeten Legierungen wurde im geschmolzenen Zustand gemessen. Versuchsstücke, die zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften benötigt wurden, wurden durch direkte Heizkammer-Druckgußverformung erhalten. Die erhaltenen Testteile enthielten Testteile für Zugfestigkeitsmessungen, und hatten jeweils eine Länge von 230 mm mit einem Parallelabschnitt, der einen Durchmesser von 6 mm hatte. Teststücke für Stoßfestigkeitsuntersuchungen hatten jeweils eine Grundfläche von 6,35 mm quadratischer Seitenlänge.
Die Druckgußbedingungen waren so, daß die Schmelztemperatur 420ºC war. Die Formen-Temperatur war 150ºC, die Form-Verschlußkraft war 250 t, und der Akkumulator-Druck der Druckgußmaschine war 85 Kgf/cm².
Diese Testteile wurden in folgenden Tests verwendet:

Zugfestigkeitstest

Mit Hilfe einer Instron-Zugspannungsmaschine Bedingungen:
Meßlänge 50 mm
Querschnitt 6 mm
Verlängerung 10 cm/min bei Zimmertemperatur
Stoßfestigkeitstest:
Mit Hilfe eines Charpy-Impact-Tester.
Bedingungen:
Der Querschnitt eines Testteiles hatte 6,35 mm quadratischer Seitenlänge, ohne Kerben bei Zimmertemperatur.
Test des Fließvermögens:
Eine Schmelze, die die genannten Komponenten enthielt, wurde gut gerührt und bei 420ºC gehalten. Ein Ende einer Glasröhre mit einem äußeren Durchmesser von 6 mm und einem inneren Durchmesser von 4 mm wurde in die Schmelze eingesetzt; ein Unterdruck von 240 mmHg wurde an das andere Ende angelegt. Zu dieser Zeit wurde das Gewicht des erstarrten Metalls, das in die Glasröhre floß, gemessen, um einen Eintrittsfluß zu erhalten. Es wurde definiert, daß eine Legierung, die einen größeren Eintrittsfluß und ein größeres Gewicht an erhärtetem Metall ergibt, die besseren Fließeigenschaften hat.
Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 No. Komponente (%) Zugfestigkeit (Kgf/mm²) Stoßfestigkeit (Kg-m/cm²) Fließfähigkeit, Eintrittsfluß bei 420ºC (g) balance * 1 Kgf/mm² = 9,8 N/mm² ** 1 Kg-m/cm² = 7,845J
Die folgenden Schlüsse werden aus den Ergebnissen der Versuche, die in Tabelle 2 gezeigt sind, gezogen.
Wie auch aus den Samples 2 bis 6 hervorgeht, steigt die Festigkeit (Zugspannungsfestigkeit) mit der Menge hinzugefügten Aluminium an. Jedoch fällt der Grad der Fließfähigkeit einer Schmelze von einem Maximalwert, bei dem der Aluminiumgehalt 7,2% ist, ab, wenn der Aluminiumgehalt zunimmt oder abnimmt.
Wie weiterhin aus den Samples 7 bis 10 deutlich wird, steigt die Festigkeit (Zugspannungsfestigkeit) mit der Menge hinzugefügten Kupfers an. Jedoch fällt die Fließfähigkeit einer Schmelze von einem maximalen Wert, bei dem der Kupfergehalt 4,0% ist, sowohl bei hinzugefügten als auch bei erniedrigtem Kupfergehalt ab.
Es wurde auch gefunden, daß jede beliebige Legierung dieses Beispiels eine bessere Schmelzen-Fließfähigkeit hat als die einer ZDC2-Legierung des Samples Nr. 1, das einen Eintrittsfluß von 14,2 g zeigt. Mit anderen Worten, die bessere Fließfähigkeit einer Schmelze als diejenige bei ZDC2 bedeutet, daß der Druckgußformling dünner und leichter gemacht werden kann.
Weiterhin hat jede der Legierungen dieses Beispieles der Erfindung eine Festigkeit (Zugfestigkeit) innerhalb des Bereiches von 33,2-47,8 Kgf/mm², was in einer signifikanten Erhöhung von 29,8 Kgf/mm² gegenüber ZDC2 (Sample Nr. 1) führt.
Es wird deutlich aus den Samples Nr. 4, 11 und 12, daß die Verminderung der Stoßfestigkeit zunimmt, wenn der Gehalt an hinzugefügtem Mg vergrößert wird. Falls der Mg- Gehalt über 0,20% ist, wird die Legierung für den praktischen Gebrauch unbrauchbar. Es wird angenommen, daß dieses Phänomen durch die enge Beziehung zwischen dem Mg- Gehalt und der sich leicht ergebenden Erscheinung des Abblätterns einer abgeschreckten Zinklegierung zusammenhängt. Dies ist der Grund für eine Abnahme der Zugspannungsfestigkeit, wenn der Magnesium-Gehalt über 0,2 % liegt.
Wie aus den Samples Nr. 13 und 15 sowie 23 und 24 deutlich wird, sind die Funktionen von Co und Ni einander sehr ähnlich in dem Legierungssystem vorliegender Erfindung. Wenn der totale Gehalt von Co und Ni weniger als ungefähr 0,1% ist, nimmt der Grad der Fließfähigkeit und der Festigkeit (Zugfestigkeit) zu, während dann, wenn der addierte Gehalt von Co und Ni 0,1% ist, die Stoßfestigkeit sich bemerkenswert verkleinert. Ist der Gehalt 0,3% oder mehr, so kann die Legierung praktisch nicht verwendet werden.
Wie aus den Samples 16 bis 18 deutlich wird, ist dann, wenn der Ti-Gehalt über 0,40% ist, der Grad der Fließfähigkeit einer Schmelze erniedrigt auf einen Wert, der niedriger ist als der, der bei einer ZDC2-Legierung gemessen wird. Jedoch ist dann, wenn eine Zinklegierung, die druckgegossen ist, außerdem noch abgeschreckt wird, so hat Titan den Effekt der Vergrößerung der Stoßfestigkeit, solange der Titangehalt ungefähr 0,1% oder weniger ist. Wenn der Titangehalt über 0,1% ist, beginnt eine Abnahme der Stoßfestigkeit und der Fließfähigkeit. Ist der Titangehalt über 0,4%, so kann diese Legierung praktisch nicht verwendet werden.
Wie aus den Samples Nr. 19 bis 22 deutlich wird, bei denen es sich um solche handelt, zu denen 0,1% Co + Ni + Ti hinzugefügt wurde, so zeigen die Samples, die ungefähr 6,8% Al und ungefähr 4,0% Cu enthalten, die höchste Zugfestigkeit und eine Stoßfestigkeit, der immerhin 6,6 Kgf/mm² beträgt. Da jede der Komponenten Ti und Co und Ni in einer Legierung der vorliegenden Erfindung solche einen Vorteil ergibt, ist es möglich, die Nachteile einer jeden Komponente zu kompensieren.

Claims

1. Legierung auf Zinkbasis, mit folgenden Anteilen (in Gew.-%):

Al 5,2-8,6%

Cu 3,0-6,5%

Mg 0,01-0,2%

Ti 0,02-0,4%,

wobei der Rest aus Zink und gegebenenfalls Verunreinigungen besteht.

2. Legierung auf Zinkbasis, mit folgenden Anteilen (in Gew.-%):

Al 5,2-8,6%

Cu 3,0-6,5%

Ma 0,01-0,2%

Co und/oder Ni 0,01-0,3%,

unter der Voraussetzung, daß der Minimalgehalt an Co bei Abwesenheit von Ni 0,011% ist und der Rest aus Zink und gegebenenfalls Verunreinigungen besteht.

3. Legierung auf Zinkbasis, mit folgenden Anteilen (in Gew.-%):

Al 5,2-8,6%

Cu 3,0-6,5%

Mg 0,01-0,2%

Ti 0,02-0,4%

Co und/oder Ni 0,01-0,3%,

unter der Voraussetzung, daß der Minimalgehalt an Co bei Abwesenheit von Ni 0,011% ist und der Rest aus Zink und gegebenenfalls Verunreinigungen, besteht.

4. Legierung nach Anspruch 1, mit einem Gehalt von 0,03 bis 0,10% Ti.

5. Legierung nach Anspruch 3, mit einem Gehalt von 0,03 bis 0,10% Ti.

6. Legierung nach einem der Ansprüche 2, 3 und 5, mit einem Gehalt von wenigstens 0,02% Co bei Abwesenheit von Ni.

7. Legierung nach einem der Ansprüche 2, 3, 5 und 6, mit einem Gehalt von 0,03 bis 0,2% Co und/oder Ni.

8. Form, hergestellt aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

9. Druckgußform, hergestellt aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4.