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Zinklegierung Spritzgußvorrichtungen müssen, um den mechanischen Anforderungen
zu entsprechen, aus Eisen oder Stahl gebaut werden. Diese Metalle werden nun von
geschmolzenem Zink angegriffen, sofern man diesen nicht einen gewissen Prozentsatz
Aluminium zusetzt. So hat man gefunden, daß mindestens o,25 Aluminium in dem für
Spritzguß verwendeten Zink anwesend sein müssen, um den Angriff auf die eisernen
Schmelzgefäße der Vorrichtung möglichst gering zu halten. Von Spritzgußlegierungen
wird weiterhin ein gutes Formfüllungsvermögen verlangt, was durch Steigerung des
Aluminiumgehalts auf etwa 1110 erreicht werden kann. Schließlich ist auch bekannt,
daß eine weitere Erhöhung des Aluminiumgehalts auf io bis 15°1o die Festigkeit des
Zinks steigert. Wenn somit das Aluminium in verschiedenster Richtung Verbesserungen
des Zinks insbesondere für die Zwecke des Zinkspritzgusses zeigt, ist auf der anderen
Seite zu beachten, daß Zinl@Aluminium-Legierungen mit weniger als 8o0/. Aluminium
Gefügeumwandlungen im festen Zustand unterworfen sind, welche eine eutektoidische
Umwandlung zu sein scheinen. Diese Umwandlung ist begleitet von einer Änderung der
Eigenschaften des Werkstoffs, und zwar, soweit bisher bekannt, beispielsweise mit
einem Ansteigen der Dichte, Härte und Zugfestigkeit und einem Abfall an Dehnung
und Schlagbiegefestigkeit. Die Zustandsänderung kann dabei sowohl während der Abkühlung
der Legierung nach dem Gießen erfolgen, sie kann aber auch durch gewisse Einflüsse
verzögert bzw. ganz unterbunden werden. In diesen Fällen entsteht ein instabiler
Zustand, der die Neigung hat, sich im Verlauf von Monaten oder Jahren bei gewöhnlicher
Temperatur in den stabilen Zustand umzuwandeln.
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Im zweiten Stadium nach der Zustandsänderung tritt nun im allgemeinen
ein Anwachsen der primär sehr fein verteilt ausgeschiedenen Teile des neuen Zustands
auf. Hierdurch werden die Zugfestigkeit und Härte erniedrigt, während Dehnung und
Schlagbiegefestigkeit wachsen.
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Zink-Aluminium-Legierungen in den obenerwähnten Zusammensetzungen
sind Bekannterweise außerdem der interkristallinen Korrosion unterworfen, welche
--besonders stark unter dem Einfluß von Wärme und Feuchtigkeit auftritt, dabei alle
Arten derartiger Legierungen durchdringt und hierbei ein Ausdehnen, Sichverziehen
und manchmal sogar völligen Zerfall hervorruft. Diese interkristalline
Korrosion
hängt z-,veifellos gleichfalls mit der Zustandstnnwandlung zusammen.
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Man hat bereits weiterhin erkannt, daß ge-
interkristalline Korrosion beeinflussen kön= neu. Z. B. üben bekannterweise Kupfer
und Magnsiun1 einen derartigen Einfluß aus. Die besondere Wirkung. die durch Kupfer
und -'#lagnesitlni in bezug auf die Zustandsänderung hervorgerufen wird, beeinflußt
nun auch deti Widerstand der Legierungen gegenüber interkristalliiier Korrosion
günstig. Blei, «-elches keinen nennenswerten Einfluß auf die Uniwandlung im festen
Zustand ausübt, vermindert dagegen sehr ernstlich die Widerstandsfähigkeit dieser
Aluminium-Zink-Legierungen gegenüber interkristalliner Korrosion. Kadmium vermindert
bei gleichzeitiger Anwesenheit von Blei ebenfalls die Korrosionsfestigkeit der Legierungen,
obwohl es seinerseits eine nießbare Wirkung auf die Zustandsänderung ausübt.
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Es wurden daher Legierungen vorgeschlagen, die etwa 4°(° Aluminium.
3°1° Kupfer und bis zu o,i °j° 'Magnesium enthielten. Bei diesen Legierungen besteht
zwar wenig N eigung zu interkristalliner Korrosion; es besteht jedoch die Neigung
zur Alterung, verbunden mit ihren nachteiligen Wirkungen. Hierdurch wird die Verwendungsfähigkeit
der Legierung für viele Zwecke noch ausgeschlossen. Da auf der anderen Seite diese
Legierungen aber eine recht hohe Festigkeit aufweisen, besteht ein starkes Bedürfnis,
gerade bei diesen an sich wertvollen Legierungen die noch bestehenden Nachteile
auszuschalten. Dabei kann sogar ein gewisser Verlust der Anfangsfestigkeit in Kauf
genommen werden.
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Eine weitere Verbesserung dieser Legierungen wird dadurch vorgeschlagen,
daß den Legierungen neben i bis 1,50/, Aluminium, o.3 bis _I'" Kupfer und 0.o5 bis
o.5"'0 Magnesitini noch o,oi bis o,5(/" Nickel zugesetzt werden sollen. Derartige
Legierungen zeigen Verbesserungen besonders hinsichtlich der Schlagbiegefestigkeit
nach kurzer Einwirkung von Dampf; sie unterliegen jedoch noch einer inearen Ausdehnung
infolge der Alterung.
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Schließlich sei noch eine bekannte Zink-@pritzgußlegierung erwähnt,
die 2 bis 15°1° @luininitiiii, o,oi bis 0,3'1, Magnesium, Rest Feinzink enthalten
soll, mit der Maßgabe, laß der Bleigehalt geringer als o,003°%, der ,#admiunigehalt
geringer als 0.003 0j0 und der :inngehalt geringer als o,ooi °1° sein soll.
Die @usaininensetzung dieser Legierung beruht ;ttf der Entdeckung, daß der Verlust
an Schlagbiegefestigkeit und die lineare Ausdehnung infolge Alterns in den früheren
Legierungen dem Kupfergehalt zuzuschreiben war, und (laß das Weglassen des Kupfers
-Ii#nsichtlich dieser Eigenschaften günstige Virkungen zeigte. Auf der anderen Seite
"könnte in derartigen Legierungen der Wider-' stand gegen die interkristalline Korrosion
durch die Verwendung von Zink höchster Reinheit mit weniger als den oben angegebenen
Höchstgrenzen an Verunreinigungen sichergestellt werden.
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Es wurde nim gefunden, daß eine weitere Verbesserung der Legierung
besonders hinsichtlich der Erhaltung guter Schlagbiegefestigkeiten und Wahrung der
Abmessungen (z. B. im Dampfversuch) dann erreicht wird, wenn der Legierung folgende
Zusammensetzung gegeben wird: Aluminium i bis 150/" vorzugsweise 2 bis 5°10 mit
einem Bestwert bei etwa 40/a. Magnesium o,oo5 bis o,50/°, vorzugsweise o,ol bis
o,i °/o mit einem Bestwert bei etwa 0,04 Nickel o,oo5 bis o,50,0, vorzugsweise o,oo5
bis o, i o/o mit einem Bestwert bei etwa 0,02%.
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Rest Zink höchster Reinheit mit einem Gehalt von mindestens 99,98°/°,
vorzugsweise aber 99,9g°° Zink und nicht mehr als o,003°4 Blei, 0,003 °4 Kadmium
oder o,ooi °4 Zinn als Verunreinigung.
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Gerade der geringe Nickelzusatz in Abwesenheit von Kupfer bzw. bei
Anwesenheit von nicht mehr als 0,404 Kupfer verbessert die mechanischen Eigenschaften,
wie z. B. die Zugfestigkeit der Legierung, ohne daß größere Dimensionsänderungen
während der Alterung zu befürchten sind.
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Die günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung sind im
folgenden in Vergleichsbeispielen näher erläutert. Hierbei wurden folgende Legierungen
verglichen: a) 40j0 Al, 201, Cu, 0,o5 °/° Ni, o,i °/° Mg, Rest Zink mit etwa o,04°/°
Pb.
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b) 4°/° Al, 2°1° Cu, 0,02°0 Ni, o,i°/° Mg,
Rest Zink (99,99°j°).
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c) 4 °1° Al, 0,5 °10 Cu, 0,02 °/° Ni, 0,04°% Mg, Rest Zink (99,99°/°).
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d) 4°/° Al, 0,04°° Mg, Rest Zink (99,9g°/°). e) Legierung nach Erfindung:
4,1010 Al, 0,02°1° Ni, 0,04°/° Mg, Rest Zink (99,99%).
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Diese Legierungen wiesen die in Zahlentafel' aufgeführten Schlagbiegefestigkeiten
in cm/kg/mm' auf. Dabei sind in Spalte i die Werte im Gußzustand, in Spalte 2 die
nach iotägigem Aufenthalt der Legierung im Dampf von 95°, in Spalte 3 diejenigen
nach einem 6monatlichen Aufenthalt im Dampfbei 95° und diejenigen in Spalte 4 nach
6monatlichem Aufenthalt in trockener Atmosphäre bei 95° enthalten.
Die
Zahlen selbst sind ursprünglich an Probekörpern gewonnen, die
'/,Zoll im
Quadrat = 40,3 mm2 Querschnitt besitzen, und dann auf das Zentimeter-Gramm-System
umgerechnet.
| Zahlentafel I |
| Legierung i 2 3 4 |
| a) 2,35 0a25 - - |
| b) 3,2 1,7 - o,6 |
| c) 5,7 2,75 0,25 49 |
| d) 6,7 6,4 0e34 6,3 |
| e) 5,9 5,85 3,43 9,7 |
In Zahlentafel II sind die Veränderungen der Länge aufgeführt, wobei mit einem Pluszeichen
die Werte versehen sind, bei denen seine Ausdehnung, und mit einem Minuszeichen
die Werte, bei denen ein Schwund zu beobachten war. Die Werte beziehen sich auf
Millimeter Änderung, .gemessen an einem Probestab von 6 cm Länge. Die Spalten i,
2, 3 entsprechen dabei den Spalten 2, 3, 4 in Zahlentafel I.
| Zahlentafel II |
| Legierung I 2 3 |
| a) .+. 0.J39 - - |
| b) +0,042 - -I- 0,049 |
| c) -0040 +0,1,93 -0,043 |
| d) + o,oi i - + 1,666 -0,0,i91 |
| e) -0,O17 -+,i36 -0,03I |
Die bemerkenswerte Überlegenheit der Legierung e (Legierung nach Erfindung) besonders
an Schlagbiegefestigkeit bei verlängerter Prüfung in Dampf ist augenscheinlich,
aber auch die Daten über die Längenänderungen zeigen überraschende Verbesserungen.
Dieser Legierung kann dann gegebenenfalls noch etwas Kupfer bis o,40/0, auf keinen
Fall jedoch mehr, zugesetzt werden. Versuche haben gezeigt, daß eine Legierung,
die 4,o 010 Al, 0,4 01, Cu, 0,02 °/o Ni, 0,0404 Mg, Rest Zink (99,990.%0) enthielt
eine Schlagbiegefestigkeit im Gußzustand von etwa 7,9 cmikg/mm2 und nach zehntägigem
Aufenthalt der Legierung in Dampf von 95° von 7,6 cm/kg/mm2 aufwies. Es findet sich
also sogar noch eine kleine Steigerung in ,der Schlagbiegefestigkeit gegenüber der
kupferfreien Legierung. Eine Steigerung des Kupfergehaltes auf o,5 bringt dann aber
im zehntägigen Dampfkorrosionsversuch einen starken Abfall der Schlagbiegefestigkeit,
so daß zwischen einem Gehalt von 0,40,1o und o,5 0P0 Kupfer ein ganz scharfer Knick
in der Kurve der Beständigkeit gegenüber interkristalliner Korrosion liegt.