PL178557B1

PL178557B1 - Stop na osnowie cynku, nadający się do odlewania w gorącej komorze

Info

Publication number: PL178557B1
Application number: PL95318133A
Authority: PL
Inventors: Laurent R.A.G. Coster; Didier Rollez
Original assignee: Union Miniere Sa
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 2000-05-31
Also published as: CA2185013C; KR100343309B1; AU3113995A; CZ5197A3; CZ287825B6; ES2126301T3; BR9507577A; EP0771365B1; JP3800345B2; WO1996002682A1; DK0771365T3; CA2185013A1; BE1008479A3; FI970177A0; DE69505820T2; FI114400B; JPH10502705A; PE12696A1; PL318133A1; EP0771365A1

Abstract

1. Stop na osnowie cynku, zawierajacy Al i Cu, nadajacy sie do odlewania pod cis- nieniem w maszynie z goraca komora, zna- mienny tym, ze zawiera, w % wagowych, 15-20 Al, 8-10 Cu, 0,01-2 Si, do 0,1 Mg, do 0,5 Ti, do 0,5 Cr, do 1 Mn, do 0,5 Nb i do 0,1 metalu lub mieszaniny metali ziem rzadkich, przy czym reszte stanowi cynk i nieuniknione zanieczyszczenia. PL PL PL

Description

Stop taki opisano w dokumencie „SAE technicalpaper series 930 788. ACuZinc: improved zinc alloys for die casting application, M.D. Hanna and M. S. Rashid. International Congress and Exposition Detroit, Michigan, March 1-5, 1993”. Ten znany stop, nazwany „ACuZinc 5” jest utworzony z 5,0-6,0% Cu, 2,8-3,3% Al i 0,025-0,05% Mg, a resztę stanowi Zn (wszystkie podane procentowości w niniejszym zgłoszeniu patentowym są w % wagowych). Wytrzymałość tego stopu na pełzanie, jakkolwiek wyraźnie wyższa od wytrzymałości stopów takich jak Zamak, będący znakiem towarowym dla szeregu różnych odlewanych stopów cynku, zawierających 4% aluminium lub ogólnie znane stopy ZA stopy aluminium opracowane przez kanadyjską firmę Noranda Research Center, odlewane od długiego czasu w gorącej komorze, jest jeszcze względnie mała.

W wymienionych poniżej opisach patentowych zostały już opisane następujące stopy:

(a) 17-19% Al, 4,5-5,5% Cu, 0,9-1,3% Si, 0,8-1,2% Mg, resztę stanowi Zn (Cs-A-13 5 802).

(b) 28,6% Al, 3,1% Cu, 1% Si, 0,1% Ca, 0,2% Ni, resztę stanowi Zn (GB-A-769 483).

(c) 20-40% Al, do 5% Cu, do 1% Si, do 0,1% Mg, 0,25-2% co najmniej jednego z metali ziem rzadkich, resztę stanowi Zn (US-A-4 789 522), (d) 55% Al, 8% Cu, 6,5% Si, 4,5% Be, 0,12% Ni, 0,66% Ca resztę stanowi Zn (US-A-287 008).

Spośród tych znanych stopów, stopy (a) i (c) sąnajbardziej zbliżone do stopu według wynalazku. Stop (a) ma zbyt małą zawartość Cu i zbyt wysoka zawartość Mg, aby mógł być odlewany w gorącej komorze. Stop (c) wykazuje również zbyt małązawartość Cu; ponadtojest niezmiernie trudno wytworzyć stop, zawierający 0,25-2% metali ziem rzadkich i który nie jest w postaci utlenionej ze względu na duże powinowactwo tych metali do tlenu.

Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie stopu, na osnowie cynku, zawierającego Al i Cu, nadającego się do odlewania pod ciśnieniem w maszynie z gorącą komorą, wykazującego lepszą wytrzymałość na pełzanie od wymienionego wyżej znanego stopu.

Stop według wynalazku zawiera, w % wagowych:

178 557 albo 15-20 Al, 8-10 Cu, 0,01-2 Si, do 0,1 Mg, do 0,5 Ti, do 0,5 Cr, do 1 Mn, do 0,5 Nb i do 0,1 metalu lub mieszaniny metali ziem rzadkich, przy czym tę kompozycję nazywa się niżej wariantem I, albo 25-30 Al, 15-20 Cu, 0,01-2 Si, do 0,1 Mg, do 0,5 Ti, d 0,5 Cr, do 1 Mn, do 0,5 Nb i do 0,1 metalu lub mieszaniny metali ziem rzadkich, przy czym tę kompozycję nazywa się niżej wariantem II, resztę stanowi cynk i nieuniknione zanieczyszczenia.

Wariant I korzystnie zawiera 15-18%, a zwłaszcza 15-17% Al. Preferencyjne zawartości Al i Cu w wariancie II wynosząodpowiednio 25,5-28,5% oraz 15-18%. Preferencyjna zawartość Si w obu wariantach wynosi 0,1-1%.

Faktycznie stwierdzono, z jednej strony, że oba warianty występują w stanie ciekłym w temperaturach, nie przekraczających 460°C, przy tak małej agresywności w stosunku do stali, że nadają się do odlewania w gorącej komorze, a z drugiej strony, że wariant I wykazuje w stanie ciekłym dobrąwytrzymałość na pełzanie i doskonałąwytrzymałość na rozciąganie, podczas gdy wariant II wykazuj e w stanie ciekłym doskonałąwytrzymałość na pełzanie i dobrąwytrzymałość na rozciąganie. Należy przestrzegać zawartości Al i Cu wymienionej wyżej, w innym przypadku temperatura topnienia stopu wzrasta powyżej 450°C, skutkiem czego stop nie nadaje się już do odlewania w gorącej komorze, ponieważ powyżej 460°C jego agresywność w stosunku do urządzeń odlewniczych staje się zbyt duża. Jeśli zawartość krzemu jest niższa od 0,01%, pogarsza się wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość na pełzanie. Zawartość krzemu ponad 2% powoduje, że stop w stanie stopionym jest zbyt gęsty i zbyt agresywny.

Oba warianty mogą zawierać:

- do 0,1 % Mg, aby polepszyć, j eśli trzeba, wytrzymałość na korozję międzykrystaliczną

- do 0,5% Ti, do 0,5% Cr i do 1% Mn, aby polepszyć, jeśli trzeba, ciągliwość;

- do 0,5% Nb, aby polepszyć, jeśli trzeba, wytrzymałość, na korozję zewnętrzną to znaczy, opóźnić tworzenie białych soli;

- oraz do 0,1% metalu lub mieszaniny metali ziem rzadkich, aby zmniejszyć jeśli trzeba, napięcie powierzchniowe stopu w stanie stopionym.

Zawartość Mg, wynosząca ponad 0,1% powoduje, że stop jest gęsty w stanie stopionym, a kruchy w stanie stałym. Stop staje się również gęsty, gdy przekracza się granice zaznaczone wyżej dla Ti, Cr i Mn. Zawartość Nb, wynosząca ponad 0,5% i zawartość metali ziem rzadkich ponad 0,1% są trudne do zrealizowania z powodu dużego powinowactwa tych pierwiastków do tlenu.

Pożądane jest, aby Zn, Al i Cu stosowane do produkcji stopu wykazywały czystość odpowiednio >99,99%, >99,95% i >99,99%, ponieważ stwierdzono, że obecność w stopie zanieczyszczeń wpływa niekorzystnie najego zdolność płynięcia i właściwości mechaniczne. Korzystnie używa się cynku o czystości >99,995% i glinu o czystości >99,97%.

Jest oczywiste, że gdy stop zawiera metal, mający bardzo duże powinowactwo do tlenu, taki jak np. Y, przynajmniej część tego metalu może być obecna w postaci utlenionej.

Dobrą wytrzymałość na pełzanie wariantu I i doskonałąwytrzymałość na pełzanie wariantu II stopu według wynalazku ilustruje poniższy opis serii prób porównawczych, których wyniki podano na załączonym wykresie.

Testowano dwa stopy Zamak 5 i ACuZinc 5 oraz dwa stopy według wynalazku, pierwszy według wariantu I, który oznaczono dalej przez „X27” i drugi według wariantu II oznaczony dalej przez „X28”.

Skład tych stopów:

- Zamak 5: 4 % Al, 1% Cu, 0,04% Mg, resztęstanowiZn;

- ACuZinc 5: 33% Al, 5,5% Cu, 0,044% Mg, geezzę stanowi Zn;

- X27: g g g/o U, 9,,%%, 0,g% %,

- X28: 27% AA 1 6,6% %u, 0 ,1% % i, rgs^z ęganowż Zz;

Odlano próbki tych stopów w maszynie z gorącą komorą.

Ogólne warunki odlewania były następujące:

- czas cyklu : 12 sekund,

- temperatura kąpieb : 420-460°C,

- ciśnienie wywierane na metal: 50 MPa,

1*78 5577

- prędkość tłoka: 1,2 m/s,

- średnica dyszy : 9,5 mmi,

- temperatura formy:

Kształt i wymiary próbek są takie, jak nakazał Techniczny Komitet Europejskich Producentów Cynku dla próbek używanych do badania rozciągania blach i płytek z cynku i ze stopów cynku.

Próbki poddano badaniu na pełzanie w temperaturze lC(°C pod obciążeniem 4C MPa. Krzywe pełzania, podające wydłużenie (w %) mierzone w zależności od czasu (w godzinach) przedstawiono na załączonym wykresie.

Widać, że stopy według wynalazku, a zwłaszcza stop według wariantu II, są dużo bardziej odporne na pełzanie, niż znane stopy.

Doskonałą wytrzymałość na rozciąganie i bardzo wysoką twardość wariantu I stopu według wynalazku oraz dobrąwytrzymałość na rozciąganie i odpowiednią twardość wariantu II ilustrują dane, zebrane w tabeli poniżej.

Tabela

Stop	Wytrzymałość na rozciąganie (MPa)	Twardość Vickersa (50 N)
Zamak 5	286	105
ACuZinc 5	270	-
X27	435	181
X28	276	140

Badania rozciągania wykonano w temperaturze pokojowej z szybkością rozciągania 1 cm/min na próbkach o grubości 3 mm, wyprodukowanych jak opisano wyżej.

Stop na osnowie cynku, zawierający Al i Cu nadający się do odlewania pod ciśnieniem w maszynie z gorącą komorą, według wynalazku, znajduje zastosowanie do produkcji wyrobów, przy czym w sposobie produkcji tych wyrobów odlewanie prowadzi się w temperaturze równej lub niższej od 46C°C.

Ponieważ stop według wynalazku nadaje się do odlewania w komorze gorącej, z pewnością nadaje się do odlewania w komorze zimnej i do odlewania grawitacyjnego.

Stop według wynalazku znajduje więc zastosowanie w produkcji wyrobów, a zwłaszcza stopu łożyskowego, przez odlewanie pod ciśnieniem w maszynie z zimnąkomorąlub przez odlewanie grawitacyjne.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Stop na osnowie cynku, zawierający Al i Cu, nadający się do odlewania pod ciśnieniem w maszynie z gorącą komora, znamienny tym, że zawiera, w % wagowych, 15-20 Al, 8-10 Cu, 0,01 -2 Si, do 0,1 Mg, do 0,5 Ti, do 0,5 Cr, do 1 Mn, do 0,5 Nb i do 0,1 metalu lub mieszaniny metali ziem rzadkich, przy czym resztę stanowi cynk i nieuniknione zanieczyszczenia.
2. Stop według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera, w % wagowych, 15-18, a korzystnie 15-17 Al.
3. Stop według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, w % wagowych, że zawiera 0,1-1 Si.
4. Stop na osnowie cynku, zawierający Al i Cu, nadający się do odlewania pod ciśnieniem w maszynie z gorącąkomorą, znamienny tym, że zawiera, w % wagowych, 25-30 Al, 15-20 Cu, 0,01 -2 Si, do 0,1 Mg, do 0,5 Ti, do 0,5 Cr, do 1 Mn, do 0,5 Nb i do 0,1 metalu lub mieszaniny metali ziem rzadkich, przy czym resztę stanowi cynk i nieuniknione zanieczyszczenia.
5. Stop według zastrz. 4, znamienny tym, że zawiera, w % wagowych, 25,5-28,5 Al i 15-18 Cu.
6. Stop według zastrz. 4, albo 5, znamienny tym, że w % wagowych, zawiera 0,1-1 Si.

Niniejszy wynalazek dotyczy stopu na osnowie cynku, zawierającego Al i Cu, nadającego się do odlewania pod ciśnieniem w maszynie z gorącą komorą.