Jedna z wazniejszych wlasnosci stopu me¬ talicznego jest zachowanie sie w stanie stalym przy zginaniu, zawijaniu, tloczeniu i ciagnie¬ niu w normalnej temperaturze.Metale krystalizujace w ukladzie heksagonal¬ nym, takie jak cynk, wykazuja w tym zakre¬ sie silna zaleznosc od kierunku odksztalcania oraz wrazliwosc na wplyw temperatury w cza¬ sie ich wytwarzania lub przeróbki plastycznej.Skutkiem tej ostatniej jest rekrystalizacja, a z nia obnizenie plastycznosci stopu. Zmniej¬ szenie tych wad starano sie uzyskac przez za¬ stosowanie dodatków stopowych, przy czym do¬ datki tworzace krysztaly mieszane (Krysztaly roztworu stalego), jak na przyklad male ilosci *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalasku Jest dr Erich F¥flxeL magnezu, powoduja wprawdzie rozdrobnienie ziarna, lecz równoczesnie dzialaja utwardza¬ jace tak, ze w rezultacie plastycznosc stopu zostaje obnizona. Natomiast dodatki krystali¬ zujace pierwotnie, jak na przyklad zelazo, które wydziela sie w postaci krysztalów twar¬ dego cynku, lub mangan, dzialaja na ziarno rozdrabniajaco, ale równiez obnizaja plastycz¬ nosc wskutek wytworzenia zbyt duzych krys¬ talitów na granicach ziarn. Z kolei dodatek glinu jest ograniczony ze wzgledu na sklon¬ nosc do korozji miejdzykrystaMcznej, wylacz¬ nie do stopów opartych na cynteu rafinowa¬ nym, przy czym ich wlasnosci technologiczne obnizaja sie znacznie pod wplywem tempera¬ tury.Badania prowadzone nad glinem wykazaly, ze mozna uzyskac strukture drobnoziarnistastosujac bardzo niewielkie dodatki tytanu.Mianowicie wydzielone pierwotnie krysztaly Al—Ti dzialaja jako zarodki krystalizacji. Jed¬ nak w przypadku cynku dodatek tytanu nie powoduje takich zmian. Stopy z eutektyczna zawartoscia tytanu (0<2—0,4% Ti) nie sa na tyle drobnoziarniste, aby posiadaly wysoka plastycznosc niezbedna do przeróbki plastycz¬ nej. Ponadto powazne trudnosci stwarza roz¬ puszczanie w cynku wysokotopliwego tytanu w atmosferze gazu szlachtnego lub w prózni.Latwiej natomiast rozpuszczaja sie w cynku niskotopliwe stopy przygotowawcze miedzi z tytanem lub manganu z tytanem. W zwiaz¬ ku z badaniami wplywu stopów przygoto¬ wawczych miedziano-tytanowych, mangano-ty* tamowych lub trójskladnikowych miedziano- mangano-tytamowych na wlasnosci tworzyw cynkowych przerobionych plastycznie, stwier¬ dzono zaskakujace fakty.Jak wiadomo, tytan w stanie stalym posia¬ da ' w wysokim stopniu zdolnosc rozpuszcza¬ nia azotu i wodoru, 'która szczególnie utrudnia jego wytwarzanie i przeróbke. Tytan zawie¬ rajacy azot lub wodór albo azot i wodór roz¬ puszczone w postaci roztworu stalego jest kru¬ chy i bardzo trudno obrabiamy.Jezeli jednak czysty tytan, o stopniu czys¬ tosci, któremu odpowiada twardosc Brinella 60—80 Hb, zostanie przetopiony wx prózni na stop przygotowawczy Cu—Ti i w tej postaci zostanie dodany do cynku, to juz przy zawar¬ tosci od 0,5 do 1% miedzi i od 0,1 do 0,4% tytamu — uzyskuje sie stosunkowo drobno¬ ziarnisty podzial tytanków. Zostalo równiez stwierdzone, ze wzrasta wytrzymalosc takich stopów na pelzanie, zwlaszcza jezeli tworzy¬ wo zostanie ogrzane do temperatury 150—200 °C. Jednak ze wzrostem zawartosci tytanu óbrabialnosc stopów maleje (U.SjPat 2,-472,402).Podatnosc do przeróbki plastycznej tego rodza¬ ju stopów nie osiaga wiec jeszcze maksymal¬ nej wartosci, aczkolwiek sklonnosc do rekry¬ stalizacji zostaje przesunieta do wyzszych tem¬ peratur w porównaniu z temperaturami rekry¬ stalizacji cynku.Przedmiotem wynalazku sa stopy do prze¬ róbki plastycznej zawierajace tytan i oparte na cynku rafinowanym, hutniczym lub ich mieszaninach, w których plastycznosc i inne korzystne wlasnosci uzyskuje sie przez zawar¬ tosc w tytanie od 1 do okolo 67% atomowych wodoru rozpuszczonego w postaci roztworu stalego, albo tez w postaci zwiazku. Czesc al¬ bo calkowita ilosc wodoru zwiazanego z ty¬ tanem lub rozpuszczonego w krysztale mie¬ szanym moze byc takze zastapiona przez azot lub tlen albo azot i tlen. Stopy wedlug wyna¬ lazku zawieraja oprócz tytanu jeszcze inne skladniki stopowe na przyklad miedz w ilosci okolo 0,1 do 10%, ponadto w pewnych przy¬ padkach 0,1 do 50°/o glinu i ewentualnie male ilosci innych metali, na przyklad 0,05 do 1,5 manganu. Najkorzystniejsza zawartosc tytanu w stopach miesci sie w granicach wagowo od 0,01 do l°/o. Przy tym miedz w ilosci do okolo 50% moze byc w nich zastapiona manganem, a tytan w ilosci takze do okolo 50% — cyr¬ konem, lub hafnem, albo cyrkonem i hafnem.W stopach tych wodór lub wodór i azot wpro¬ wadza sie do cieklego stopu przygotowaw¬ czego, zawierajacego prócz cynku tytan i miedz lub tytan, miedz i mangan, po czym zakrze¬ ply stop przygotowawczy rozpuszcza sie w cie¬ klym cynku. Stop z cynku, tytanu i miedzi przez zastosowanie tytanu nie zawierajacego tlenu, azotu i wodoru bez uzycia stopu przygoto¬ wawczego sporzadza sie w taki sam sposób jak stop przygotowawczy. Stopy wedlug wyna¬ lazku odznaczaja sie wyjatkowo korzystnymi wlasnosciami decydujacymi; o ich przydatno¬ sci do przeróbki plastycznej, to jest odporno¬ scia na zginanie, wytrzymaloscia na obciaze¬ nia statyczne i udarnoscia. Ponadto korzystnie zachowuja sie przy znacznych odksztalceniach plastycznych. ' W pierwszym rzedzie zostaly zbadane stopy cynku oparte na cynku rafinowanym oraz na cynku hutniczym^ który dotychczas byl uzna¬ wany jako nieodpowiedni do takich celów, po¬ niewaz przy zawartosciach olowiu powyzej 0,1% wystepuje korozja miedzykrystaliczma.Nastepnie zostaly zbadane^ stopy zawierajace 0,1 do 2% miedzi, 0,05 do 1% tytanu oraz sto¬ py potrójne zawierajace dodatkowo 0,05 do 1,5% manganu. Stopy te odlewano w postaci wlewków, które — po przewalcowamiu wstep¬ nym w temperaturze 250°C — przerabiano plastycznie na blachy o grubosci 0,6 mm, przy czym przeróbke plastyczna prowadzono w tem¬ peraturze 20 do 100°C, a zwlaszcza w zakresie 50 do 80°C.Wlasnosci Mach oznaczono w próbie na zgi¬ nanie, przy czym porównywano blachy w sta¬ nie wyjsciowym i po wyzarzeniu w tempera¬ turze 200°C w ciagu 2 godzin. Cynk rafinowa¬ ny i cynk hutniczy wyzarzone w tych warun¬ kach traca swoje wlasnosci plastyczne. Jako miare wlasnosci blach ^przyjeto' liczbe zgiec, to jest ilosc zgiec i rozgiec próbki do momen- — 2 —tu jej zlamania. Wyniki ponizsze odnosza sie do stopu zawierajacego okolo 0,6V» miedzi i okolo 0,l°/o tytanu.Przyklad pierwszy. Miedz i tytan to¬ piono razem w prózni lub w atmosferze czy¬ stego argonu. Przy tym, jako "najkorzystniej¬ sze, dobrano stezenia tytanu lezace w pobli¬ zu eutektyki, to jest 20 do 30% Ti. Tempera¬ ture topnienia stopu przygotowawczego moz¬ na jeszcze bardziej obnizyc przez dodanie cyn¬ ku. Zakrzeply stop przygotowawczy rozpusz¬ czono nastepnie w cieklym cynku.Cynk rafinowany (liczba zgiec) Stop (liczba zgiec) II 10 U sn £ 12—14 3— 5 P N zeni god yzai C/2 o es Pu 1^2 5—8 Rozmieszczone w stopie krysztaly zawiera¬ jace tytan sa srednio drobne i czesto maja postac igiel. Natomiast w tworzywie wyzarzo¬ nym wystepuja skrystalizowane krysztaly cyniku.Przyklad drugi. Plynna miedz stopio¬ no z tytanem. Otrzymany *w ten sposób stop przygotowawczy nasycono a) wodorem albo b) amoniakiem. Okazalo sie, ze sposób naga- zowainia nie mial wplywu na dailsze rezultaty, to znaczy czy najpierw ciekla miedz byla na- gazowana wodorem lub amoniakiem i dopiero do nasyconego stopu byl wprowadzony tytan, czy tez stop i tytan byly nagazowane niezalez¬ nie. We .wszystkich przypadkach stwierdzono, ze zarówno wodór wzglednie wodór i azot by¬ ly zwiazane z tytanem, W stanie Po wyzarzeniu wyjsciowym 200°C/2 godz.Stop 15—20 25—30 (liczba zgiec) Krysztaly zawierajace tytan maga postac ku¬ leczek i sa wyjatkowo wysoko rozdrobnione. Po wyzarzeniu krysztaly te nie zmnieniaja swojego zewnetrznego wygladu ani nie nastepuje re¬ krystalizacja stopu. Natomiast w rezultacie wyzarzenia znacznie wzrasta podatnosc do „ksztaltowania.Zgodnie z danymi analitycznymi okazalo sie, ze w tym przypadku wplyw wywieraja nie skladniki czysto metaliczne — mianowicie ty¬ tan lub powstale zwiazki intermetaliczne ty¬ tanu z metalami — lecz zawarty w nich wo¬ dór lufo azot albo wodór i azot, wzglednie tlen, których zawartosc miesci sie w okreslonych granicach. Tak wiec istotny wplyw w struktu¬ rze drobnoziarnistej wywieraja nie zwiazki metali z tytanem jako takie, lecz ich zdolnosc tworzenia stalych roztworów z. wodorem i azo¬ tem. O' skutecznosci wyniienionych pierwias¬ tków zwiazanych z tytanem lub rozpuszczo¬ nych w nim, swiadczy fakt, ze pomimo wyso¬ kiej — jak dla stopów cynku — temperatu¬ ry wyzarzania, która od 100°C zostala rozsze¬ rzona do 300—350°C plastycznosc stopu wzras¬ ta. Nie wykluczone jest równiez ewentualne redukujace dzialanie wodorku tytanu na sub¬ stancje tlenkowe znajdujace sie na granicach ziarn.Jak wiadomo w stopach cynku zawieraja¬ cych olów, a wiec w stopach opartych na cyn* ku hutniczym, podczas krzepniecia olów wy¬ dziela sie w postaci kropelek. Prowadzi to do nierównomiernego rozmieszczenia olowiu w strukturze stopu (segregacja). Wskutek tego stopy do przeróbki plastycznej oparte na cyn¬ ku hutniczym wykazuja zawsze gorsza podat¬ nosc do ksztaltowania plastycznego, niz ana¬ logiczne stopy zawierajace cynk rafinowany.Przy pomocy sposobu podanego w przykladzie 2 uzyskuje sie o wiele lepsza plastycznosc takze i w przypadku cynku hutniczego.Przyklad trzeci. Stopy przygotowawcze sporzadza sie jak w przykladzie 2. Stopy te wykazuja nastepujaca liczbe zgiec (próbki w postaci blachy grubosci 0,6 mm wyzarzonej w temperaturze 300°C przez 2 godziny).^^—~^F——^—^^»^^— Cynk hutniczy (liczba zgiec) Cynk rafinowany (liczba zgiec) ¦ ¦• * W stanie wyjsciowym 1 2—3 5—6 .3 N O o£ 0— 1 12—15 Próba w parze wodnej w ciagu 10 dni nie wykazala istnienia korozji miedzykrystalicznej ani spadku innych wlasnosci.Przyklad czwarty. Przyklad niniejszy przedstawia porównanie wytrzymalosci na ob¬ ciazenia statyczne cynku rafinowanego i róz¬ nych stopów. Wytrzymalosc na obciazenia sta¬ tyczne mierzono na próbkach w 'ksztalcie pas¬ ków grubosci 0,6 mm i dlugosci 600 mm. Ob¬ ciazenie dzialalo zgodinie z kierunkiem wal¬ cowania. Pasek zamocowany w szczekach byl obciazany za posrednictwem ramienia dzwig¬ ni o przekladni 1 :10. Odczyt wydluzenia na dluzszym ramieniu dzwigni mógl siegac 200 mm, to jest 3,3°/o.Pomiary porównawcze wykonane dla: cynku rafinowanego, cynku rafinowanego zawiera¬ jacego l°/o Cu (Zn Cu 1), cynku rafinowanego z dodatikem 0,15% *Ti (Zn Ti 15) i zlozonego stopu Zn-Cu-Ti (STZ) o nastepujacych skla^ dach: Zn% Cu°/o Ti % Mn% Cynk rafinowana 99,99 — — — Zn Cu 1 99 1 — — Zn Ti 15 99,85 — 0,15 — Zn Cu TI Mn STZ Reszta (cynk rafinowany) 0,4—0,8 0,1—0,2 opt. 0,15 0,1—0,2 Stop ostatni badano takze w stanie ulepszo¬ nym (STZ ulepsz.). Tytan znajdujacy sie w stopie oznaczonym STZ zawiera okolo 5°/o atomowych wodoru albo okolo 20% atomo¬ wych azotu, lub odpowiadajaca im ilosc tlenu.Pierwiastki te rozpuszczone sa w postaci roz¬ tworu stalego wzglednie tworza zwiazki z ty¬ tanem.Wytrzymalosc tasmy z cynku rafinowanego i róznych stopów na obciazenia statyczne w kierunku równoleglym do kierunku walcowa¬ nia (dni/1% wydluzenia).Tworzywo * Cynk rafinowany Zn Cu 1 Zn Ti 15 STZ STZ wyza¬ rzony i prze- wakowany Obciazenie kG/mm2 2 40 (1600) — — " 4 0,63 32,- (3200) — 6 0,01 1,0 126,- — " 8 4 — 0,02 3,20 350 " 10 ' — / 0,04 10 (1000) 12 — — — 0.2 20- 14 — — ' — — 0,63 Tabella wykazuje w szczególnosci, ze dla stopu ZnTi z dodatkiem Cu i Mn wedlug wy¬ nalazku, oznaczonego STZ, dopuszczalne obcia¬ zenie przy szybkosci pelzania rzejdu 1% na rok (350 dni) wynosi 8 kG/mm2. Maksymalne mo¬ zliwosci ulepszonych gatunków stopów nie sa przy tym jeszcze wykorzystane. Wytrzymalosc na pelzanie odpowiadajaca wydluzeniu o 1% w ciagu roku osiaga sie |od nastepujacymi obciazeniami granicznymi (kG/mm2): Cynk rafinowany i 1,2 ZnCu 1 2,8 Zn z dod. 0,15 Ti 5j ZnTiCuMn ( STZ) 8,0 ZnTiCuMn wyzarz, i przewale.(STZ ulepsz.) 10,5 — 4 —Wytrzymalosc stopu STZ ria obciazenia odpo¬ wiada 60% granicy proporcjonalnosci odksztal¬ cen, podczas gdy w stopach typu Zn i Cu 1 przy takiej samej wytrzymalosci i granicy pro¬ porcjonalnosci odksztalcen dopuszczalne obcia¬ zenia stanowia zaledwie 20% wymienionej war¬ tosci.Stwierdzono ponadto, ze w próbach dlugo¬ trwalych walcownicze stopy cynkowe zawie* rajace tytan zachowuja sie jeszcze lepiej niz to wyliczono. Natomiast stopy nie zawierajace tytanu — zachowuja sie gorzej.W stopach cynkowych wedlug wynalazku posiada znaczenie takze wielkosc wydluzenia.Tak wiec w stopie o skladzie podanym wy¬ zej pod sybolem STZ tuz przed zerwaniem zostaje osiagniete wydluzenie 120%, jednak w bezposrednim sasiedztwie miejsca rozerwa¬ nego wydluzenie osiaga wartosc 200%. PL