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Zinklegierung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zinklegierung,
insbesondere zum Strangpressen.
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Bekanntlich enthalten fast sämtliche technisch wrichtigen Zinklegierungen,
und zwar sowohl Guß- als auch Knetlegierungen auf Zinkbasis, verhältnismäßig hohe,
etwa zwvischen a bis Io% oder sogar I5°% schwankende Beträge an Aluminium. Dies
ist nicht nur der Fall bei Zweistofflegierungen aus Zink und Aluminium, sondern
auch bei Mehrstofflegierungen. Durch den Aluminiumzusatz werden bekanntlich die
mechanischen Eigenschaften von Zink wesentlich verbessert; ein weiterer Vorteil
des Aluminiumgehaltes besteht in der besonders guten Gießbarkeit dieser Zinklegierungen.
Weiterhin ist es an sich bekannt, den Angriff von Zinkschmelzen auf Eisen durch
einen Zusatz von mehr als 0,5%, Aluminium zu verhindern.
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Dieser Aluminiumzusatz zu Zinklegierungen hat jedoch auch wesentliche
Nachteile, da derartige Zinklegierungen eine geringe Maßbeständigkeit aufweisen
und leicht zu interkristalliner Korrosion neigen. Die interkristalline Korrosion,
die sich in einem Aufblähen, Verziehen und unter Umständen sogar in einer völligen
Zerstörung des Werkstoffes äußert, tritt bei den bekannten aluminiumhaltigen Zinklegierungen
immer dann auf, wenn bestimmte Beimengungen in der Legierung vorhanden sind. Man
hat daher bisher stets darauf geachtet, Verunreinigungen der aluminiumhaltigenZinklegierungen
an Beimengungen, wie Blei, Zinn, Cadmium o. dgl., soweit wie möglich zu vermeiden.
Zu diesem Zweck hat man bisher empfohlen, den Bleigehalt in aluminiumhaltigen Zinklegierungen
unterhalb von o,oo7%, zu halten, während der Gehalt an Cadmium entsprechend unter
o,oo5 °/o und der Gehalt an Zinn unter o,ooi °/o liegen soll.
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Es ist offensichtlich, daß diese große Empfindlichkeit der aluminiumhaltigen
Zinklegierungengegen auch nur Spuren der die interkristalline Korrosion hervorrufenden
Metalle bei der Verwendung und Verarbeitung eine wenig angenehme Rolle spielt. Besonders
deutlich zeigt sich dies z. B. beim Rückfluß der bei der Zerspannung von Zinklegierungen
anfallenden
Späne zumr Zwecke des Wiedereinschmelzens. Es läßt sich nämlich bei der Zerspanung
von Zinklegierungen praktisch nicht vermeiden, daß die rückkommenden Späne mit Messingspänen
vermengt sind, da in den Betrieben, welche Zinklegierungen zerspanen, in der Regel
auch Messing, Rotguß, Tombak und ähnliche Werkstoffe spanabhebend bearbeitet werden.
Beispielsweise sind null die bei der Zerspanung von Messing mit 58 %p Kupfer und
2%, Blei anfallenden Späne naturgemäß bleilaltig. Infolgedessen kommt beim Wiedereinschmelzen
der mit Messingspänen vermengten Zinkspäne als Verunreinigung Blei in das Unschmelzgut.
Die schädliche Wirkung des Bleigehaltes auf die aluminiumhaltigen Zinklegierungen
hinsicht-;ich der dadurch verursachten interkristallinen Korrosion ist oben bereits
erläutert worden. Aus diesem Grunde ist es bisher unmöglich gewesen, die aus den
Betrieben zurückkommenden Späne der genannten Legierungen direkt wieder zur Herstellung
von Neumetall zu verwerten. Es bleibt vielmehr lediglich übrig, diese Späne wiederum
auf Zink zu verhütten, wodurch offensichtlich die Wirtschaftlichkeit der Zerspanung
voll Zinklegierungen überhaupt in Frage gestellt wird.
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Durch die Erfindung wird bezweckt, diese Übelstände zu vermeiden und
eine möglichst aluminiumfreie Zinklegierung zu entwickeln, die aber in ihren sonstigen
Eigenschaften den bisher bekannten Zinklegierungen nicht nachsteht.
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Die Erfindung geht zu diesem Zweck voll Zink-Kupfer-Legierungen mit
vorherrschenden Zinkgehalten aus. Bei den bisher bekannten Zink-Kupfer-Legierungen
mit vorherrschenden Zinkgehalten werden zwar die mechanischen Eigenschaften des
Zinks durch den Kupferzusatz nicht derartig verbessert, wie dies durch einen Aluminiumzusatz
erreicht wird. Als Gußlegierung spielten daher solche Zink-Kupfer-Legierungen bisher
keine Rolle. Man hat zwar schon versucht, Zink-Kupfer-Legierungen als Knetlegierungen
zu verwenden, aber diese Versuche scheiterten an dem mangelnden Formänderungswiderstand
dieser Legierungen, der durch geringe Festigkeit, geringe Streckgrenze und geringe
Märte gekennzeichnet ist.
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Es sind auch bereits Zinklegierungen mit Gehalten an Ktupfer und Cadmium
bekanntgeworden. Diese enthalten entweder o,25 bis Io% Kupfer und o,5 bis I5% Cadmium
oder o,o5 bis 2% Kupfer und o,oo5 bis 5% Cadmium. Beide Legierungsarten besitzen
Nachteile. Die Legierungen mit höheren Cadniungehalten lassen sich teils gar nicht,
teils nur unter großen Schwierigkeiten verpressen, während die Legierungen mit geringeren
Kupfergelalten schlechte mechanische Eigenschaften autfeisen.
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Überraschenderweise wurde gefunden, dlaß die mechanischen Eigenschaften
von kupfer-und cadmiunhaltigen Zinklegierungen bei guter Preßfähigkeit wesentlich
steigen, wenn ganz bestimmte Mengen all Kupfer und Cadmium gleichzeitig verwendlet
werden, und zwar soll der Gehalt an Kuptlfer mehr als 2%,l, aber nicht über 6% betragen,
während der Gehalt all Cadmium etwa o.I bis o,3% betragen muß. Dadurch wird eine
insbesondere zum Strangpressen geeignete Zinllegierung eirzielt, die eine unerwartete
Verfestigung zeigt. Ztun Tiefziehen eignet sich eine solche Legierung weniger, weil
der Cadmiumgehalt die Tiefziehfäligkeit herabsetzt.
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Die Zinklegierung gemäß der Erfintdung ist somit im wesentlichen gekennzeichnet
durch einen Gehalt von mehr als 2 his zu 6% Kupfer, o,I bis o,3% Cadmium, Rest Feinzink.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein Gehalt voll 4%o Kupfer und o,I5°% Cadmiumn
erwiesen. Ferner kann ein zusätzlicher Gehalt voll bis zt o.2 % Altuminium vorgesellen
werden.
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Die verbesserten Eigenschaften der Zinklegierung gemäß der Erfindung
sind aus Vergleichsversuchen mit den bekannten, Kupfer ! und Cadmium enthaltenden
Zinklegierungen ersichtlich. Es wurden folgende Legierungen untersucht:
| I. I % Kupfer, 5 % Cadmium. Rest Zink. |
| 2. 4% - I% |
| - - - , |
| 3. I % - o,I5 °%, - - -, |
| 4. 2 % - 0, I5 % - - - |
| 5. 4% - o,2% - - - , |
| 6. 4%° - o.2 0,2%Alumi- |
| nium. |
| Rest Zink. |
Die Legeirungen t bis 4 sind aus den bekannten ausgewählt, während die Legierungen
5 und 6 erifindungsgemäß zusammengesetzt sind.
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Die Vergleichsversuche hatten folgende Ergebnisse:
| Legierung Zugfetigkeit Bruch- Schlagbieg- |
| dehnung fest gleit |
| I |
| 2 33 bis 35 1,5 bis 2,5 1,5 bis -1,f, |
| 3 17 - 21 3 - 6 1-5 - ?.,5 |
| 4 30 - jI 1- 20 2.5 - 3,0 |
| 5 35 - 37 28 - 3'3 4 - 5 |
| 6 3 8 - 40 25 - 3 0 - 12 |
Bei der Legierung I konnten keine Werte erhalten werden, da die
Legierung nicht gepreßt werden konnte. Sie ist anscheinend infolge des hohen Cadmiumgehaltes
sehr warmbrüchig, so daß beim Pressen keine Stangen zu erhalten sind.
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Die Legierung 2 weist zwar annehmbare mechanische Eigenschaften auf,
sie besitzt jedoch den Nachteil, daß sie nur unter großen Schwierigkeiten verpreßt
werden kann. Man muß, um eine zusammenhängende Stange zu erhalten, mit sehr geringer
Geschwindigkeit pressen, so daß die Legierung für einen technischen Einsatz nicht
in Betracht kommt.
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Die Legierungen 3 und 4 weisen geringere mechanische Eigenschaften
auf. Dagegen zeigt die erfindungsgemäße Legierung 5 erheblich bessere mechanische
Eigenschaften, die sich bei einem Zusatz von ö,2% Aluminium überraschenderveise
noch weiter steigern, wie die erfindungsgemäße Legierung 6 zeigt. Die Verformharkeit
der neuen Legierungen ist vorzüglich.
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Die Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnen sich außerdem
dadurch aus, daß sie gegen Verunreinigungen wesentlich unempfindlicher als die bisher
bekannten Zinklegierungen sind. Es schadet also nichts, wenn man Späne aus Legierungen
gemäß .der Erfindung zusammen mit Messingspänen o. dgl. umschmilzt, da z. B. Bleigehalte
bis zu o, I % oder andere, aus solchen Spänen stammende Verunreinigungen keinerlei
schädliche Einwirkungen zeigen. Erfindungsgemäß ist also die Legierung auch dann
noch verwendbar, wenn sie die aus Messing-, Tombak-, Rotgußo. dgl. Spänen stammenden
Verunreinigungen enthält.
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Ein weiterer Vorteil gemäß der Erfindung besteht darin, daß sie neben
hoher Festigkeit eine hohe Dehnung besitzt. Legierungen mit der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung zeigen im verpreßten Zustand 4o bis 44 kg/mm2 Festigkeit bei 2o
bis 35 % Dehnung. So zeigt z. B. eine gepreßte, gezogene Rundstange von Io mm Durchmesser,
die aus einer Legierung mit 4% Kupfer, o,I5% Cadmium, Rest Feinzink besteht, eine
Festigkeit von 42,4 kg/man2 bei 2I% Dehnung.
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Eine weitere gute Eigenschaft der neuen Legierung besteht darin, daß
sie eine gleichförmige Dehnung besitzt, während die bekannten aluminiumhaltigen
Zinklegierungen hauptsächlich Einschnürungsdehnungen zeigen. Die Ähnlichkeit der
neuen Legierung mit MS 58 (Messing mit 58% Kupfer) wird dadurch noch stärker hervorgehoben.
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Soll die Legierung gemäß der Erfindung in eisernen Gefäßen eingeschmolzen
werden, so genügt es, zur Verhinderung des Angriffes auf Eisen der Schmelze einen
geringen Alu-, miniumzusatz zuzugeben, der jedoch nicht mehr als o,2% betragen darf,
da die Legierung bei einem höheren Aluminiumgehalt zur interkristalinen Korrosion
neigen würde. Bei einem Gehalt von o,2% Aluminium ist dies noch nicht der Fall,
da dieser Betrag auch bei Raumtemperatur im Mischkristall gelöst bleibt und nur
nicht im Mischkristall gelöstes Aluminium Anlaß zur interkristallinen Korrosion
gibt.