DE1934788A1

DE1934788A1 - Legierung auf Zink-Aluminium-Basis und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1934788A1
Application number: DE19691934788
Authority: DE
Inventors: Pelzel Dipl-Ing Dr Erich
Original assignee: Stolberger Zink AG
Current assignee: Stolberger Zink AG
Priority date: 1969-07-09
Filing date: 1969-07-09
Publication date: 1971-01-14
Also published as: US3785811A; NL7010110A; GB1257445A; FR2056326A5; BE752448A

Description

STOLBERGER ZINK Frankfurt/M., den 8. Juli 1969

Aktiengesellschaft für Bergbau DrQ/HGa

und Hüttenbetrieb
51 Aachen, Theaterstraße 37 . 1934788

ρrov. Nr. 6206 StZ

Legierung auf Zink-Aluminium-Basis und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zink-Aluminium-Legierung mit 18 bis 24 %, vorzugsweise 21 % Aluminium, Rest Feinzink sowie auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Bekanntlich ist eine der wichtigsten technologischen Eigenschaften einer Legierung ihr Verhalten im festen Zustand bei Raumtemperatur beim Biegen, Falten, Drücken und Ziehen.

Wenn binäre Zink-Aluminium-Legierungen mit etwa 1 bis 63 % Aluminium und 99 bis 37 % Zink aus dem über 250° C liegenden homogenen Mischkristallgebiet auf Temperaturen unterhalb 275° C, vorzugsweise auf Raumtemperatur, abgeschreckt werden, dann zerfallen die Mischkristalle zu einem feinstkörnigen eutektoiden Gefüge, und es entsteht eine Legierung hoher Duktilität, die die Fähigkeit zu starker plastischer Verformung bei extrem niedrigen mechanischen Beanspruchungen besitzt. (DDRP 4822; Sauerwald, F.: Archiv für Metallkunde, Heft 5, 1949, Seite 165; Mitbauer, H. und F. Sauerwald: Zeitschrift für Metallkunde 42, 1952, Seite 244; Schultze ¥. u. F. Sauerwald: Zeitschrift für Metallkunde £2, 1962, Heft 10, Seite 660)

So erlaubt die hohe Duktilität einer derartigen Legierung beispielsweise ohne jede Schwierigkeit eine Verarbeitung im Vakuum-Formverfahren, wie es in der Kunststoff produktion

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angewendet wird (NN.: Sheet Metal Industries, Dezember 1968, Seite 901).

Die Legierung auf Zink-Aluminium-Basis erreicht in diesem

Zustand bei Festigkeiten von 16 bis über 20 kg/mm Dehnun werte von über 100 %, so daß Bänder und Bleche bruchfrei um 180° faltbar υ
geeignet sind.

Zustand bei Festigkeiten von 16 bis über 20 kg/mm Dehnungsrfc
180° faltbar und für Tiefzieharbeiten jeder Art bestens

Eine derartig hochduktile Zink-Aluminium-Legierung hat jedoch den wesentlichen Nachteil, daß ihre DauerStandfestigkeit - charakterisiert durch die Belastung, die dem Werkstoff zugemutet werden kann, ohne daß seine bleibende Formänderung

mehr als 1 % pro Jahr beträgt - mit 0,4 kg/mm vergleichsweise gering und sogar geringer als die von unlegiertem Zink ist. Diese geringe Dauerstandfestigkeit kann durch solche Zusätze gesteigert werden, die ein gewisses Lösungsvermögen im festen Aluminium und Zink besitzen. So ist es bekannt, Kupfer, Mangan, Magnesium, Nickel, Titan, Chrom, Silizium und Eisen als weitere Legierungsbestandteile einzeln oder zu mehreren der Zink-Aluminium-Legierung zuzusetzen (DDRP 5659, DAS 1 052 122, DBP 1 091 345, USP 1 125 072, Schweizer Patent 312 659; Löhberg, K.: Zeitschrift für Metallkunde J51, Heft 8, 1939, Seite 279).

Durch diese Maßnahme geht jedoch wiederum die Duktilität fast vollständig verloren, so daß die Dehnung bei Festigkeitswerten

von über 40 kg/mm auf Werte unter 10 % absinkt.,

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine hochduktile Legierung auf Zink-Aluminium-Basis mit vergleichsweise hoher Dauerstandfestigkeit zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Knetlegierung, die aus 18 bis 24 %_t vorzugsweise 21 % Aluminium besteht, erfindungsgemäß noch 0,1 bis 1,5 %_f vorzugsweise

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0,3 bis 1,0 # Nickel entgälte

Der Nickelgehalt kann erfindungsgemäß mindestens teilweise durch 0,05 bis 0,5 % Titan ersetzt sein, wobei allerdings der Titangehalt nicht mehr als 50 % des Nickelgehaltes betragen darf.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Mickel- und/oder Titangehalt mindestens teilweise durch bis zu 0,5 % Kupfer ersetzt sein,, wobei der KupfergehaJJb aaiclit mehr als 50 % des Nickel- land/oder fitangehaltes betragen darf.

Im Rahmen einer weiteren äusgestaltoög der Erfindung ist es gegebenenfalls möglich, den Nickel— umd/oder Tltangeuaa.lt bis zu 50 % durch Eisen und/oder Süiziuii izu. ersetzen*

Ferner besteht die Möglichkeit, daß die erfindungsgemäße Legierung noch Blei, 'Cadmium und Zinn von zusammen weniger als 0,05 % sowie Magnesium unterhalb der Grenze von 0,0005 % enthält»

Die der Zink-Aluminium-Legierung zugesetzten Legierungskomponenten sind im Zink und Aluminium im festen Zustand unlöslich und liegen im Primärgefüge als intermetallische Phasen in feiner Verteilung vor, wenn bei der Herstellung der Legierung für ein rasches Erstarren Sorge getragen wird, indem erfindungsgemäß je Kühlfläche der Kokille oder des Stranges beim Strangguß, die abzuschreckende Metallmenge 5 bis 25 mm, vorzugsweise 8 bis 15 mm, beträgt. Aus diesen Werten ergibt sich eine Walzbarrendicke von 10 bis 50 mm, vorzugsweise 16 bis 30 mm. Als Folge der raschen Erstarrung tritt eine starke Kristallseigerung auf-, so daß die erfindungsgemäße Legierung längere Zeit bei 300 bis 380° C homogenisiert Werden muß, wenn eine Steigerung der DauerStandfestigkeit um das Fünf- bis Achtfache gegenüber den bekannten Legierungen erzielt werden soll«.

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Unabhängig von der sich durch die rasche Erstarrung ergebenden Feinverteilung der der Zink-Aluminium-Legierung zugesetzten Komponenten im Primärgefüge zerfällt bei Raumtemperatur der Aluminium-Zink-Mischkristall eutektoidisch, so daß der hochduktile Zustand der erfindungsgemäßen Legierung erhalten bleibt.

Die erfindungsgemäße Legierung findet als Knetlegierung beispielsweise bei der Herstellung von Blechen, Bändern, Rohren, Stangen Verwendung.. . . . ,

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel 1 ist auf eine erfindungsgemäße Legierung abgestellt, während das Ausführungsbeispiel 2 sich mit einer Legierung nach dem Stand der Technik befaßt. .

Ausführungsbeispiel 1

Die Legierung gemäß der Erfindung setzt sich aus

78 % Zink
21 % Aluminium
und 1 % Nickel

zusammen. Nach dem Warm- und Kaltwalzen der innerhalb von zwei Sekunden in einer Kokille bei Raumtemperatur bzw. innerhalb von zehn Sekunden in einer Kokille bei 220° C erstarrten 4 cm starken Legierungsblöcke konnten folgende Werte für Dehnung und Dauerstandfestigkeit ermittelt werden:

	Herstellung	Dehnung %	DauerStandfestigkeit (kg/mm²)
a)	Kokille auf Raumtemperatur Erstarrungszeit 2 Sek.	120	■.....,.
b)	Kokille auf 220° C Erstarrungszeit 10 Sek.		1.2

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Aasführungsbeispiel 2

Die sum Stand der Technik gehörende Legierung setzt sich aus

79 % Zink
und 21 % Aluminium

zusammen. Nach dem Warm- und Kaltwalzen der innerhalb von zwei Sekunden in einer Kokille bei Raumtemperatur bzw. innerhalb von zehn Sekunden in einer Kokille bei 220° C „ erstarrten 4 cm starken Legierungsblöcke wurden folgende Werte für Dehnung und Dauerstandfestigkeit ermittelt:

Herstellung "Dehnung Dauerstandfestigkeit

% (kg/mm^)

a) Kokille auf Raumtemperatur _ΛLn η L Erstarrungszeit 2 Sek. ^lHU ^u·^

b) Kokille auf 220° C ' .,- _n Erstarrungszeit 10 Sek. ^{l>p u>p}

Eine vergleichende Gegenüberstellung der jeweiligen Werte für Dehnung und Dauerstandfestigkeit beider Ausführungsbeispiele zeigt, daß die erfindungsgemäße Zink-Aluminium-Legierung eine um das Mehrfache gesteigerte DauerStandfestigkeit besitzt. Der DuktilitätsrUckgang der erfindungsgemäßen Legierung ist dabei gegenüber der bekannten Legierung vergleichsweise gering und praktisch ohne ^eden Einfluß auf die vom Verbraucher geforderten technologischen Eigenschaften einer hochduktilen Legierung auf Zink-Aluminium-Basis ·

Patentansprüche ;

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Claims

Patentansprüche

1. Zink-Aluminium-Legierung mit 18 bis 24 %, vorzugsweise 21 % Aluminium, Rest Feinzink, gekennzeichnet durch einen Nickelzusatz von 0,1 bis 1,5 %, vorzugsweise 0,3 bis 1,0 %.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelgehalt mindestens teilweise durch 0,05 bis 0,5 % Titan ersetzt ist, wobei der Titangehalt nicht mehr als 50 % des Nickelgehaltes betragen darf..

3. Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickel- und/oder Titangehalt mindestens teilweise durch bis zu 0,5 % Kupfer ersetzt ist, wobei der Kupfergehalt jedoch nicht mehr als 50 % des Nickel- und/oder Titangehaltes betragen darf.

4. Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickel- und/oder Titangehalt bis zu 50 % durch Eisen und/oder Silizium ersetzt ist.

5. Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung noch Blei, Cadmium, Zinn von zusammen weniger als 0,05 % und Magnesium von weniger als 0,0005 % enthalten kann.

6. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum schnellen Erstarren der Legierung pro Kühlfläche der Kokille oder des Stranges beim Strangguß die zu erstarrende Metallmenge 5 bis 25 mm, vorzugsweise 8 bis 15 nun, beträgt.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung bei Temperaturen v<
längere Zeit homogenisiert wird.

die Legierung bei Temperaturen von 300 bis 380° C

8. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 7 als Knetlegierung für zum Beispiel Bleche, Bänder, Rohre, Stangen.

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