EP1270752B1 - Zinklegierungen für den Zinkguss oder Zinkdruckguss und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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EP1270752B1
EP1270752B1 EP02011128A EP02011128A EP1270752B1 EP 1270752 B1 EP1270752 B1 EP 1270752B1 EP 02011128 A EP02011128 A EP 02011128A EP 02011128 A EP02011128 A EP 02011128A EP 1270752 B1 EP1270752 B1 EP 1270752B1
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zinc
die casting
aluminum
titanium
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Armin Dr. Melzer
Kurt Grün
Jochen Dr. Spriestersbach
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Grillo Werke AG
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Grillo Werke AG
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C18/00—Alloys based on zinc
    • C22C18/04—Alloys based on zinc with aluminium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys

Definitions

  • the present invention relates to zinc alloys for zinc casting or zinc die casting containing, besides zinc and the inevitable impurities contained therein, from 0.1 to 6% by weight of aluminum, from 0.01 to 1.5% by weight of copper, from 0.001 to 0.06% by weight % Of magnesium and 0.001 to 0.2% by weight, preferably 0.002 to 0.06% by weight of silicon.
  • Some of these zinc alloys are commercial fine zinc alloys that are manufactured and marketed under the trademark ZAMAK®. In particular, it is the alloys ZL 0410 (ZL5), ZL 0400 (ZL3), ZL 0210 (not standardized) and the alloy ZL 0010 (ZL16).
  • the standards of alloys ZL5, ZL3 and ZL16 comply with DIN EN1774.
  • the composition is summarized in the following table: ZL 0410 ZL 0400 ZL 0210 ZL 0010 (ZL5) (ZL3) (not standardized) (ZL16) al 3.8 - 4.2 3.8 - 4.2 1.8 - 2.2 0.01-0.04 Cu 0.7 - 1.1 0.03 max.
  • Grain refining is of considerable importance for zinc die casting in particular.
  • titanium and boron can be used as grain refiner titanium and boron.
  • the titanium and / or boron is preferably added in the form of a master alloy with aluminum.
  • master alloys are known as AlTi5B1, AlTi3B1 and / or AlTi5B0.5.
  • the object of the invention has been found to improve the behavior of zinc alloys in zinc casting and in particular in zinc die-casting.
  • the grain refining according to the invention achieves the following improvements in particular for die-cast components: the ductility, the creep rupture strength, the tightness, the mold filling behavior in the die-casting process, and the surface quality. Finally, a significant reduction of reject components is achieved.
  • a further advantage of the alloy according to the invention is that even amounts as small as 0.001 to 0.2% by weight, preferably 0.002 to 0.06% by weight, of silicon improve the properties. It is therefore possible to use aluminum in a purity level of 99.7 (0.2 wt% silicon). A Alloy with 4% by weight of such aluminum automatically results in a content of about 80 ppm of silicon in the final alloy.
  • the die-cast alloys ZAMAK® ZL 0410, ZL 0400, ZL 0430, ZL 0210 and the alloy ZL 0010 were alloyed with the master alloy AlTi5B1.
  • AlTi5B1 per ton of zinc alloy was added.
  • the boron content was about 10 ppm and the titanium content about 50 ppm.
  • 200 ppm silicon was added.
  • Masses were poured off. These pigs were remelted, and the flow behavior was determined with a special mold. The discharge length was measured. Thereafter, the fluidity increases by 10 to 20%.
  • the new alloys were processed on a die-casting machine into components. Tensile samples were taken from these components. It was found that the tensile strength of the new alloys was more than 10% higher than for comparative samples without the addition of the alloy.

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
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Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Zinklegierungen für den Zinkguss oder Zinkdruckguss enthaltend außer Zink und den darin enthaltenden unvermeidlichen Verunreinigungen 0,1 bis 6 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kupfer, 0,001 bis 0,06 Gew.-% Magnesium und 0,001 bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,002 bis 0,06 Gew.-% Silizium.
  • Einige dieser Zinklegierungen sind handelsübliche Feinzinklegierungen, die unter der Marke ZAMAK® hergestellt und vertrieben werden. Insbesondere handelt es sich um die Legierungen ZL 0410 (ZL5), ZL 0400 (ZL3), ZL 0210 (nicht genormt) sowie um die Legierung ZL 0010 (ZL16). Die Normen der Legierungen ZL5, ZL3 und ZL16 entsprechen der DIN EN1774. Die Zusammensetzung ist in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:
    ZL 0410 ZL 0400 ZL 0210 ZL 0010
    (ZL5) (ZL3) (nicht genormt) (ZL16)
    Al 3,8 - 4,2 3,8 - 4,2 1,8 - 2,2 0,01 - 0,04
    Cu 0,7 - 1,1 0,03 max. 0,7 - 1,1 1,0 - 1,5
    Mg 0,035 - 0,06 0,035 - 0,06 0,035 - 0,06 0 - 0,02
    Ti - - - 0,15 - 0,25
    Cr - - - 0,1 - 0,2
    B - - - -
    Fe (max.) 0,020 0,020 0,020 0,04
    Pb (max.) 0,003 0,003 0,003 0,005
    Cd (max.) 0,003 0,003 0,003 0,004
    Sn (max.) 0,001 0,001 0,001 0,003
    Ni (max.) 0,001 0,001 0,001 -
    Si (max.) 0,02 0,02 0,02 0,04
  • Insbesondere für den Zinkdruckguss ist eine Kornfeinung von erheblicher Bedeutung.
  • Aus der Aluminiumindustrie ist bekannt, dass man als Kornfeiner Titan und Bor verwenden kann. In der Aluminiumindustrie wird das Titan und/oder Bor vorzugsweise in Form einer Vorlegierung mit Aluminium zugesetzt. Diese Vorlegierungen sind unter der Bezeichnung AlTi5B1, AlTi3B1 und/oder AlTi5B0,5 bekannt.
  • Der bisherige Stand der Technik ging weiterhin davon aus, dass Zinklegierungen nur durch höheren Aluminiumgehalt und höherem Kupfergehalt verbessert werden können, vergl. WO 93/13230A1, JP 1142046A und JP 1165740A.
  • Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das Verhalten von Feinzinklegierungen beim Zinkguss und insbesondere beim Zinkdruckguss zu verbessern.
  • Es wurde jetzt überraschenderweise gefunden, dass auch Feinzinklegierungen mit nur 0,01 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 4,2 Gew.-% Aluminium durch geringen Mengen von Titan und Bor sowie ggf. Chrom in erheblichem Maße verbessert werden können. Bereits eine Zugabe von einem Kilogramm der Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierungen auf eine Tonne Feinzinklegierung führt zu einer Steigerung des Fließverhaltens um 10 bis 20% und eine Erhöhung der Zugfestigkeit der fertigen Produkte um über 10%. Diese verbesserten Eigenschaften ermöglichen Materialeinsparungen, da die Druckgussbauteile dünnwandiger ausgelegt werden können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Druckgießereien keine Materialtrennung vornehmen müssen, da eine Vermischung von gefeinten und ungefeinten Legierungen unkritisch ist. Dies ist ein für die Praxis besonders wichtiger Vorteil.
  • Der nur geringe Anteil an Titan, Bor und Aluminium in diesen Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierungen gestattet es, die vorgeschriebenen Grenzwerte der Normen einzuhalten, so dass auch diesbezüglich keine Schwierigkeiten entstehen oder zu erwarten sind.
  • Durch die erfindungsgemäße Kornfeinung werden insbesondere für Druckgussbauteile folgende Verbesserungen erzielt: die Duktilität, die Zeitstandfestigkeit, die Dichtigkeit, das Formfüllverhalten beim Druckgussprozess sowie die Oberflächenqualität. Schließlich wird eine deutliche Verringerung von Ausschussbauteilen erreicht.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Legierung besteht darin, dass auch so geringe Mengen wie 0,001 bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,002 bis 0,06 Gew.-%, Silizium die Eigenschaften verbessern. Es ist daher möglich, Aluminium in einer Reinheitsstufe von 99,7 (0,2 Gew.-% Silizium) zu verwenden. Eine Legierung mit 4 Gew-% von derartigem Aluminium führt automatisch zu einem Gehalt von ca. 80 ppm Silizium in der Endlegierung.
  • Schließlich besteht ein nicht vorhersehbarer Vorteil darin, dass die erfindungsgemäßen Legierungen sehr wirtschaftlich im Warmkammer-Druckgussverfahren verwendet werden können, während bei höheren Aluminiumgehalten von 8 bis 27 Gew.-% mit dem langsameren Kaltkammer-Druckgussverfahren gearbeitet werden muss.
  • Die Herstellung der neuen Legierungen ist in dem folgenden Beispiel näher erläutert.
    • Beispiel:
  • Die Druckgusslegierungen ZAMAK® ZL 0410, ZL 0400, ZL 0430, ZL 0210 sowie die Legierung ZL 0010 wurden mit der Vorlegierung AlTi5B1 legiert. Hierzu wurde 1kg AlTi5B1 pro Tonne Zinklegierung zulegiert. Der Bor-Gehalt lag bei etwa 10 ppm und der Titan-Gehalt bei etwa 50 ppm. Zusätzlich wurden 200 ppm Silizium zugegeben. Es wurden Masseln abgegossen. Diese Masseln wurden wieder aufgeschmolzen, und es wurde das Fließverhalten mit einer speziellen Kokille ermittelt. Vermessen wurde die Ausflusslänge. Danach erhöht sich das Fließvermögen um 10 bis 20%. Anschließend wurden die neuen Legierungen auf einer Druckgussmaschine zu Bauteilen verarbeitet. Diesen Bauteilen wurden Zugproben entnommen. Es zeigte sich, dass die Zugfestigkeit der neuen Legierungen um mehr als 10% höher lag als bei Vergleichsproben ohne den Legierungszusatz.

Claims (7)

  1. Verwendung von Zinklegierungen für den Warmkamrnerdruckguss enthaltend außer Zink und den darin enthaltenen unvermeidlichen Verunreinigungen
    0,01 bis 6 Gew.-% Aluminium
    0,01 bis 1,5 Gew.-% Kupfer
    0,001 bis 0,06 Gew.-% Magnesium
    0,001 bis 0,2 Gew.-% Silizium,
    0,002 bis 0,05 Gew.-% Titan
    0,0002 bis 0,005 Gew.-% Bor und
    bis zu 0.2 Gew.-% Chrom,
  2. Verwendung von Zinklegierungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie
    0,004 bis 0,007 Gew.-% Titan
    0,0005 bis 0,002 Gew.-% Bor
    enthalten.
  3. Verwendung von Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie
    0,01 bis 4,2 Gew.-% Aluminium und
    0,01 bis 1,2 Gew.-% Kupfer
    enthalten.
  4. Verwendung von Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, in Form von Masseln, Tafeln, Bändern oder Drähten.
  5. Verwendung von Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Gussbauteilen oder Druckgussbauteilen, im Warmkammerdruckguß.
  6. Verfahren zur Herstellung von Warmkammerdruckgußteilen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass handelsübliche Feinzinklegierungen enthaltend
    0,1 bis 4,2 Gew.-% Aluminium
    0,03 bis 1,5 Gew.-% Kupfer
    0,001 bis 0,06 Gew.-% Magnesium
    0,002 bis 0,04 Gew.-% Silizium
    im aufgeschmolzenen Zustand mit einer Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierung sowie erforderlichenfalls mit einer Silizium- und/oder Chromlegierung versetzt und dann zu Masseln, Tafeln, Bändern oder Drähten verarbeitet und die so erhaltenen Teile im Warmkammerdruckguß verwendet werden.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierung AlTi5B1 und/oder AlTi3B1 und/oder AlTi5B0,5 verwendet werden.
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