DE10131344C1 - Zinklegierungen für den Zinkguss oder Zinkdruckguss und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Zinklegierungen für den Zinkguss oder Zinkdruckguss und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Abstract
Die Zinklegierung für den Zinkguss oder Zinkdruckguss enthalten außer Zink und den darin enthaltenden 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 sowie 0,002 bis 0,05 Gew.-% Titan, 0,002 bis 0,005 Gew.-% Bor und ggf. bis zu 0,2 Gew.-% Chrom.
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Zinklegierungen für den Zinkguss
oder Zinkdruckguss, enthaltend außer Zink und den darin enthaltenen,
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:
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 höheren Kupfergehalt verbessert
werden können, vergl. WO 93/13230 A1; JP 1142046 A und JP 1165740 A.
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
geringe Mengen von Titan und Bor sowie ggf. Chrom in erheblichem Maß
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.
Die Druckgusslegierungen ZAMAK® ZL 0410, ZL 040, ZL 430, ZL 0210 sowie die
Legierung ZL 0010 wurden mit der Vorlegierung AlTi5B1 legiert. Hierzu wurde
1 kg 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 (8)
1. Zinklegierungen für den Zinkguß oder Zinkdruckguß, 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,
dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich enthalten:
0,002 bis 0,05 Gew.-% Titan
0,0002 bis 0,005 Gew.-% Bor.
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,
dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich enthalten:
0,002 bis 0,05 Gew.-% Titan
0,0002 bis 0,005 Gew.-% Bor.
2. Zinklegierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu
0,2 Gew.-% Chrom enthalten.
3. Zinklegierungen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie:
0,004 bis 0,007 Gew.-% Titan
0,0005 bis 0,002 Gew.-% Bor
enthalten.
0,004 bis 0,007 Gew.-% Titan
0,0005 bis 0,002 Gew.-% Bor
enthalten.
4. Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass sie:
0,01 bis 4,2 Gew.-% Aluminium und
0,01 bis 1,2 Gew.-% Kupfer
enthalten.
0,01 bis 4,2 Gew.-% Aluminium und
0,01 bis 1,2 Gew.-% Kupfer
enthalten.
5. Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 in Form von Masseln,
Tafeln, Bändern oder Drähten.
6. Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 in Form von
Gußbauteilen oder Druckgußbauteilen.
7. Verfahren zur Herstellung von Zinklegierungen in Form von Masseln, Tafeln,
Bändern oder Drähten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, 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 werden.
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 werden.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Aluminim-
Titan-Bor-Vorlegierung AlTi5B1 und/oder AlTi3B1 und/oder AlTi5B0,5
verwendet werden.
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