DE750933C - Verfahren zur Erzielung der Massbestaendigkeit von aluminium- und kupferhaltigen Zinklegierungen - Google Patents

Verfahren zur Erzielung der Massbestaendigkeit von aluminium- und kupferhaltigen Zinklegierungen

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DE750933C
DE750933C DEK160483D DEK0160483D DE750933C DE 750933 C DE750933 C DE 750933C DE K160483 D DEK160483 D DE K160483D DE K0160483 D DEK0160483 D DE K0160483D DE 750933 C DE750933 C DE 750933C
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DE
Germany
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alloys
copper
aluminum
annealing
zinc
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Expired
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DEK160483D
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English (en)
Inventor
Erich Dr-Ing Gebhardt
Werner Dr Phil Koester
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/165Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon of zinc or cadmium or alloys based thereon

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

  • Verfahren zur Erzielung der Maßbeständigkeit von aluminium-.und kupferhaltigen Zinklegierungen Die mangelnde. Maßbeständigkeit von alnminium- und kupferhaltigen Zinklegierungen wurde bisher zurückgeführt auf Ausscheidungsvorgänge in dem Zinkmischkristall sowie auf den Betazerfall der-aluminiumreichen Kristallart. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, zur Behebung dieses Mißstandes eine Glühung bei niederen. Temperaturen, vorzugsweise uni i oo°, einzuführen, um die Ausscheidung vor . der Verarbeitung und dem Gebrauch stattfinden zu lassen. Es hat sich gezeigt, daß derartige Maßnahmen bei sehr kupferarmen Zink-Aluminium- und bei sehr aluminiumarmen Zink-Kupfer-Legierungen einen gewissen Erfolg haben mögen. Bei ausgesprochen ternären Legierungen tritt er dagegen nicht ein; diese Legierungen ändern ihre Abmessungen in einem für technische Zwecke ganz untragbaren Ausmaß.
  • Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß die Legierungen maßbeständig werden, wenn sie unterhalb etwa z75°, vorzugsweise bei Zoo bis 27o°, hinreichend lange geglüht werden. Dieser Maßnahme liegt folgender Sachverhalt zugrunde: Die Volümänderungen der ternären Legierungen, die im technischen Bereich bis etwa i,5% betragen können, beruhen zur Hauptsache nicht, wie bisher angenommen wurde, auf Ausscheidungsvorgängen, die nachweislich nicht mehr als etwa .o, i % ausmachen, sondern auf der Einstellung des Gefügegleichge= Wichts, das darin besteht, daß der ß-Mischkristall der Zink-Aluminium-Legierung mit dem s-Mischkristall der Zink-Kupfer-Legierungen sich umsetzt in eine ternäre Kristallart und einen Zinkmischkristall. Diese Umsetzung kann in der Form geschrieben werden: ß+e=T-,'-i7.
  • Abb. i zeigt die Lage der miteinander reagierenden Kristallarten. il ist der Mischkristall, der geringe Beträge von Kupfer und Aluminium in fester Lösung enthält, bei i oo° 0,q.% Kupfer, o, i 5 % Aluminium. ß ist der zinkreiche Aluminiumkristall mit etwas Kupfer in fester Lösung, bei 100' 0,3% Kupfer. 25,5% Aluminium, der den nach ihm benannten bekannten ß-Zerfall bei der Abkühlung erleidet, der sich also in einen zinkaxmen Aluminiummischkristall und einen 7j-Mischkristall aufspaltet. a ist eine aluminiumhaltige Kristallart, die ihren Ursprung im System Kupfer-Zink hat, bei ioo" i80iö Kupfer, o,i % Aluminium. Die Kristallart T endlich ist eine im Dreistoffsystem auftretende ternäre Phase mit rund 55% Kupfer, 3o7(, Aluminium und 150;o Zink. .
  • ' Die höchste Temperatur, bei der diese Umsetzung stattfinden kann, liegt bei etwa 275". Bei normaler Abkühlung findet die Umsetzung nicht statt. Es liegt in dem gesamten Bereich bei Raumtemperatur ein instabiler Zustand vor. Um das stabile Gleichgewicht herzustellen, ist es notwendig, unterhalb der Temperatur der Vierphasenebene bei etwa 275° zu glühen. _ Zweckmäßig erfolgt die Glühung dicht unterhalb dieser Temperatur, um die Glühdauer nicht übermäßig zu ver- längern. Durch extrem langsame Abkühlung nach dem Gießen bzw. einer Warmverpressung oder Glühung oberhalb der Temperatur der Umsetzung kann man die Umwandlung, wenig stens zu einem Teil, ebenfalls ablaufen lassen.
  • Die Glühdauer richtet sich neben der Temperatur insbesondere nach der Gefügeausbildung. Je gröber die umzuwandelnden Kristallarten vorliegen, desto länger ist die Glühdauer zu bemessen. Eine gepreßte Legierung erreicht den Gleichgewichtszustand weit eher als eine Gußlegierung. Bei Gußlegierungen tritt der Ablauf der Gleichgewichtseinstellung praktisch in i bis 2 Tagen ein, bei Preßlegierungen genügen unter Umständen schon 3 bis i0 Stunden. Die vollständige Herstellung des Gefügegleichgewichts ist bei Gußlegierungen in der Regel in 2 bis q. Tagen, bei Preßlegierungen in i01 bis 36 Stunden erreicht. Bei einer Wärmebehandlungsdauer von nur einigen Stunden ist bei einem Gußstück das Gleichgewicht noch nicht vollständig hergestellt. Die Glühdauer richtet sich neben der Art des Gießens und der weiterhin angeschlossenen Verarbeitung der Legierungen auch nach ihrer Zusammensetzung. Die (.,lülidauer kann sich außerdem nach dem Genauigkeitsanspruch bei der Verwendung der Legierungen richten. Unter Umständen mag es genügen, wenn ein erheblicher Bruchteil, der Vbluinätrderung stattgefunden hat.
  • Bei der Glühternperatur ist der Lösungsbetrag der an der Vierpliasenumsetzung teilnehmenden Kristallarten untereinander gröber als bei Raumtemperatur. Die Ausscheidung der gelösten Stoffe aus den Kristallarten führt auch zu Volumänderungen, die aber im Vergleich zu den Volumänderungen, die durch die Umsetzung bedingt sind, sehr klein sind. Es ist möglich, auch diese Volumänderungen auszuschalten, dadurch, daß die Legierungen im Anschluß an die erfindungsgemäß be-. srhrieben.e Wärmebehandlung sehr langsam '.wirf Raumtemperatur abgekühlt oder kurzfristig, praktisch bei i 2o bis i 5o', erwärmt werden. Eine Volumänderung durch Ausscheidungsvorgänge zwischen i 2o' und Raumtemperatur findet nicht statt, da das Gleichgewicht sich bei diesen. niedrigen Temperaturen praktisch nicht mehr verändert.
  • Die Wärmebehandlung eignet sich für alriminium- und kupferhaltige Zinklegierungen, die innerhalb des Konzentrationsbereichs der bezeichneten Umsetzung liegen. Es werden hiervon also insbesondere die technisch gebräuchlichen Legierungen mit mehr als 85F0 Zn getroffen, die vorzugsweise mindestens i % Cu und i % Al enthalten. In den Anwendungsbereich der Wärmebehandlung fallen aber auch kupfer- bzw. aluminiumärmere ternäre Legierungen, sobald die Werkstofie Konzentrationsschwankungen aufweisen, wie sie besonders durch Seigerung beim Guß entstehen.
  • An der Anwendbarkeit der Erfindung wird praktisch nichts geändert, wenn die kupferal.uminiumhaltigen Zinklegierungen Zusätze enthalten, wie sie bei technischen Zinklegierungen üblich sind, z. B. Magnesium, Litliium, Mangan, Nickel.
  • Den Ein$uß der Wärmebehandlung auf die Volumänderungen zeigt Abb.2 beispielsweise für eine gegossene Legierung mit 7 0/01 Al, 4011o Cu, Rest Zink. Das Volumen der unbehandelten Probe nimmt bei Erwärmung auf 95" gemäß Kurve a mit der Zeit zu, die L egierung ist also sehr niaLitinbeständig, ihr Volumen ist nach i4 Tagen nur i,oo'0 gewachsen. Wird die Legierung bei 2q.0° geglüht, dann stellt sich der Gleichgewichtszustand unter der durch Kurve b gekennzeichneten Volumänderung ein. Der Gleichgewichtszustand ist nach etwa 36 Stunden erreicht. Wird die so wärmebehandelte Legierung wiederum bei 95' auf ihre Maßbeständigkeit hin geprüft, so ergibt sich Kurve c. Die Volumscliwankungen liegen jetzt nur noch in der Größenordnung von 01,o30:'0. Das entspricht einer Längenänderung von o,oioü. Wird eine kurze Glühung bei i201 bis 150" vor der Probeglühung von 95" eingeschaltet zur Aufhebung der Übersättigung der Kristallarten, so verringert sich der Längenänderungsbetrag noch auf etwa 0,0050/4. Die Legierung ist also maßbeständig.
  • Maßbeständigkeit kann durch kürzere Glühdauer dicht unterhalb der Temperatur der Umsetzung oder durch längere Glühäauer bei tiefer gelegenen Temperaturen, z. B. zwischen ioo und 200°, erzielt werden. Abgesehen davon, daß der zweite Weg unwirtschaftlich ist, ist eine Glühung bei höheren Temperaturen, insbesondere zwischen Zoo bis 27o°, zu bevorzugen, weil diese Glühung gleichzeitig zu guten Festigungseigenschaften führt, während dies bei einer Glühung zwischen ioo und 2oo" nicht der Fall ist. Abb. 3 zeigt den Einfluß einer 4ostündigen Glühung bei verschiedenen Temperaturen. auf die Eigenschaften einer gepreßten Legierung mit 7 0% Al und 4% Cu. a gibt den Einfluß auf die Härte, b auf' die Zugfestigkeit, c auf die Dehnung, d auf die Schlagbiegefestigkeit wieder. Insbesondere nimmt die Schlagbiegefestigkeit bei niederen Anlaßtemperaturen erheblich ab.' Dagegen werden Zugfestigkeit, Härte und Dehnung von einer Wärmebehandlung dicht unterhalb der Temperatur der Umsetzung nur in geringerem Maße verändert, die Schlagbiegefestigkeit wird aber beträchtlich erhöht. e zeigt die zeitliche Änderung der Biegefestigkeit; von i q. mkg/cm2 im Ausgangszustand steigt sie auf über 3o mkg/cm2 nach 48stündiger Glühung bei 24o°. Ganz ähnlich verhalten sich auch gekerbte Stäbe von derselben Legierung und nach derselben Wärmebehandlung. _

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zur Erzielung der Maßbeständigkeit von Aluminium- und kupferhaltigen Zinklegierungen, die innerhalb des Konzentrationsbereichs liegen, in dem cfie Umsetzung ß + s = T + 17 stattfindet, vorzugsweise solchen mit mehr als 8501o Zink und mehr als i % Kupfer und mehr als i % Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen zwecks vollständiger oder fast vollständiger Herstellung des Gefügegleichgewichts zwischen ioo und etwa 275° hinreichend lange geglüht werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Erzielung guter Festigkeitseigenschaften die Glühung bei Temperaturen oberhalb Zoo und unterhalb etwa 275°, vorzugsweise bei 22o bis 27o°, eine gewisse Zeit durchgeführt wird, und zwar bei Gußlegierungen i bis 4 Tage, bei Preßlegierungen i bis 36 Stunden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Glühung zur Erzeugung des Gefügegleichgewichts eine Glühung bei niederer Temperatur zur Ausscheidung der bei höheren Temperaturen in den Kristallarten gelösten Bestandteile angeschlossen wird. ¢.
  4. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß - an die Glühung eine insbesondere im Temperaturgebiet von 20o bis 50' verlangsamte Abkühlung angeschlossen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch i bis ,1, dadurch gekennzeichnet, daß es auf Zink-Kupfer-Aluminium-Legierungen angewendet wird, die die üblichen Zusätze, wie z. B. Magnesium, Lithium, Mangan, in üblicher Höhe enthalten. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren keine Druckschriften in Betracht gezogen worden.
DEK160483D 1941-03-18 1941-03-18 Verfahren zur Erzielung der Massbestaendigkeit von aluminium- und kupferhaltigen Zinklegierungen Expired DE750933C (de)

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