DE1533171C - Process for the production of a zinc master alloy - Google Patents

Description

Die₍Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer'-mit einer Zinkschmelze verdünnbaren Zinkvorlegierung mit geringem Kupfergehalt und einem Gehalt an einem oder mehreren hochschmelzenden Metallen, wie Titan, Zirkonium, Vanadium, Chrom, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram und Uran, in sehr feiner homogener Verteilung.The _(invention relates to a process for preparing einer'-with a molten zinc dilutable Zinkvorlegierung with a low copper content and a content of one or more high-melting metals such as titanium, zirconium, vanadium, chromium, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten and uranium, in very fine homogeneous distribution.

. Es sind bereits verschiedene Legierungen aus Zink und hochschmelzenden Metallen, insbesondere Titan, bekannt, die in der Regel einen geringen Anteil eines leicht legierbaren Metalls, wie Kupfer, enthalten. Bei der Herstellung dieser Legierungen war es üblich, zunächst eine Vor- oder Zwischenlegierung herzustellen, indem eine Platte der Vorlegierung gegossen und diese zu solcher Größe zerkleinert wurde, daß deren zweckmäßige Einverleibung in einen Ansatz geschmolzenen Zinks zum Zwecke der Herstellung der fertigen Legierung möglich war.. There are already various alloys made of zinc and refractory metals, especially titanium, known, which usually contain a small proportion of an easily alloyable metal, such as copper. at In the manufacture of these alloys, it was customary to first manufacture a pre-alloy or intermediate alloy, by casting a plate of the master alloy and crushing it to such a size that its useful Incorporation of molten zinc into a batch for the purpose of making the finished alloy was possible.

Eines der Probleme bei der Herstellung von Legierungen nach dem angegebenen bekannten Verfahren besteht darin, daß die erhaltenen Legierungen vergleichsweise heterogen sind, wobei in der Zinkmatrix vergleichsweise große, voneinander getrennte Bereiche oder "Agglomerate des · höherschmelzenden Metalls und/oder verschiedene intermetallische Verbindungen, die aus dem höherschmelzenden Metall und dem Zink gebildet werden, vorliegen. Diese Schwierigkeiten beruhen in erheblichem Ausmaß auf der Tatsache, daß das hochschmelzende Metall in der Regel einen oberhalb des Siedepunktes des Zinks liegenden Schmelzpunkt aufweist.One of the problems in making alloys by the stated known method is that the alloys obtained are comparatively heterogeneous, being in the zinc matrix comparatively large, separate areas or "agglomerates" of the higher-melting metal and / or various intermetallic compounds consisting of the higher melting point metal and the zinc are formed. These difficulties are largely due to the fact that the high-melting point metal usually has a melting point above the boiling point of zinc having.

Derartige Legierungen besitzen nur begrenzte Anwendbarkeit, da sie nicht die gewünschten physikalischen Eigenschaften, wie z. B. hohe mechanische Festigkeit, Duktilität und Widerstandsfähigkeit gegen Verwerfungen, aufweisen. Wenn auch einige der Nachteile dieser Legierungen in gewissem Ausmaß dadurch überwunden werden können, daß ein spezielles WaIz- und Glühverfahren und/oder sorgfältige Steuerung der Verarbeitungsschritte angewandt wird, so ist doch auf diese Weise eine vollständige Lösung des anstehenden Problems nicht erzielbar.Such alloys have only limited applicability because they are not the desired physical Properties such as B. high mechanical strength, ductility and resistance to warping, exhibit. Albeit some of the disadvantages of these alloys to some extent thereby can be overcome that a special WaIz- and annealing process and / or careful control of the Processing steps is applied, so this way is a complete solution of the pending Problem not achievable.

Die bekannten Legierungen besitzen den Nachteil einer vergleichsweise großen Korngröße der hochschmelzenden Legierungskomponenten, so daß sich eine mechanische Zerkleinerung derselben, z. B. durch Walzen oder Ziehen, als erforderlich erweist, und einerThe known alloys have the disadvantage of a comparatively large grain size of the high-melting alloy components, so that mechanical comminution of the same, e.g. B. by rolling or pulling, proves necessary, and one

' Einverleibung vergleichsweise großer Kupfermengen von mindestens 1%> wenn mehr als 0,05 °/₀ hochschmelzende Metallkomponente in Zinklegierungen eingearbeitet werden soll.'Incorporation' if more than 0.05 ° / ₀ refractory metal component to be incorporated in zinc alloys comparatively large amounts of copper of at least 1%.

ίο Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach durchzuführendes Verfahren zur Herstellung einer homogenen Zinkvorlegierung mit verbesserten physikalischen Eigenschaften aus Zink und Legierungsmetall mit oberhalb des Siedepunktes der Schmelze liegendem Schmelzpunkt anzugeben, die in Form einer praktisch einheitlichen Dispersion anfällt, deren Legierungsmetall eine feine Teilchengröße aufweist und die zur Erzielung einer Fertiglegierung in trockener und fein zerteilter Form einer reinen Zinkschmelze einverleibbar ist.ίο The object of the invention is to provide an easy-to-use Process for producing a homogeneous zinc master alloy with improved physical Properties made of zinc and alloy metal with a temperature above the boiling point of the melt Specify melting point, which is obtained in the form of a practically uniform dispersion, its alloy metal has a fine particle size and that to achieve a finished alloy in dry and fine divided form of a pure zinc melt can be incorporated.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer mit einer Zinkschmelze verdünnbaren Zinkvorlegierung mit geringem Kupfergehalt und einem Gehalt an einem oder mehreren hochschmelzenden Metallen, wie Titan, Zirkonium, Vanadium, Chrom, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram und Uran, in sehr feiner homogener Verteilung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß, bezogen auf das Gesamtgewicht ■.der Vorlegierung, 0,5 bis 5% des hochschmelzenden Metalles bei 420 bis .900° C in einer Zinkschmelze unter Bildung intermetallischer Verbindungen dispergiert werden und die Schmelze sodann, vorzugsweise in fein zerteilter Form, rasch abgeschreckt wird.The subject matter of the invention is a process for the production of one which can be diluted with a zinc melt Zinc master alloy with a low copper content and a content of one or more high-melting points Metals such as titanium, zirconium, vanadium, chromium, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten and uranium, in a very fine, homogeneous distribution, which is characterized in that, based on the total weight ■. Of the master alloy, 0.5 to 5% of the high-melting point Metal dispersed at 420 to 900 ° C in a zinc melt with the formation of intermetallic compounds and the melt is then quickly quenched, preferably in finely divided form.

Im Hinblick auf die geschilderten Nachteile der nach bekannten Verfahren gewonnenen Legierungen war es überraschend, daß das Verfahren der Erfindung zu einer Zinklegierung neuen Typs führt und daß nicht' nur die angegebenen Nachteile überwunden, sondern darüber hinaus bisher nicht erreichbare Vorteile erzielt werden. Da z. B. das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung einer homogenen Zinklegierung führt, ist eine größere Flexibilität und Vereinfachung der Herstellung möglich. Da ferner in der erfindungsgemäß herstellbaren Legierung geringere Mengen an Legierungskomponenten zur Erzielung äquivalenter physikalischer Eigenschaften ausreichen, werden außerdem die Legierungsarbeiten vereinfacht und Ersparnisse an Material und Produktionskosten bewirkt.With regard to the described disadvantages of the alloys obtained by known processes it was surprising that the process of the invention leads to a new type of zinc alloy and that not only overcome the specified disadvantages, but also advantages that were previously unattainable be achieved. Since z. B. the inventive method for forming a homogeneous zinc alloy leads, greater flexibility and simplification of manufacture is possible. Since, furthermore, in the According to the invention producible alloy lower amounts of alloy components to achieve Equivalent physical properties are sufficient, the alloying work is also simplified and brings about savings in material and production costs.

Aus der erfindungsgemäßen Zinkvorlegierung ist eine neuartige und verbesserte, homogene Zinkfertiglegierung mit wenigstens einem in einer Zinkmatrix vorliegenden hochschmelzenden Metall, das eine inter-' metallische Verbindung sein kann, herstellbar durch Einführen der Zinkvorlegierung in eine Zinkschmelze, wobei das Gemisch aus geschmolzenem Zink und Zinkvorlegierung solange bei einer erhöhten Temperatur gehalten wird, bis die Zinkvorlegierung in dem geschmolzenen Zink praktisch dispergiert ist, worauf die Schmelze unter Verfestigung und Ausbildung einer praktisch einheitlichen Dispersion des hochschmelzenden Metalls in der Zinkmatrix abgekühlt wird. In der Zinkfertiglegierung liegt das hochschmelzende Metall vorzugsweise in einer Konzentration von 0,06 bis 0,5 Gewichtsprozent vor.The zinc master alloy according to the invention produces a novel and improved, homogeneous finished zinc alloy with at least one refractory metal present in a zinc matrix, which has an inter- ' metallic connection can be produced by introducing the zinc master alloy into a zinc melt, wherein the mixture of molten zinc and zinc master alloy while at an elevated temperature is held until the zinc master alloy is practically dispersed in the molten zinc, whereupon the Melt with solidification and formation of a practically uniform dispersion of the high-melting point Metal in the zinc matrix is cooled. The refractory metal lies in the zinc alloy preferably in a concentration of 0.06 to 0.5 percent by weight.

Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung wird in eine Zinkschmelze ein größerer Prozentsatz an höherschmelzendem Metall als in der fertigen Legie-To carry out the method of the invention, a larger percentage of zinc melt is used higher melting metal than in the finished alloy

rung angestrebt wird eingeführt, und das hochschmelzende Metall wird in dem geschmolzenen Zink' prak* tisch einheitlich dispergiert, worauf die erhaltene Schmelze unter Bildung einer homogenen Zinkvorlegierung, in der das hochschmelzende Metall in praktisch einheitlicher Dispersion mit feiner Teilchengröße in einer Zinkmatrix vorliegt, schnell gekühlt wird.tion aimed at is introduced, and the high melting point Metal becomes' prak * in the molten zinc table uniformly dispersed, whereupon the resulting melt with the formation of a homogeneous zinc master alloy, in which the refractory metal in a practically uniform dispersion with a fine particle size is present in a zinc matrix, is rapidly cooled.

Das nach dem Verfahren der Erfindung mit dem Zink legierte hochschmelzende Metall weist einen über dem Siedepunkt des Zinks liegenden Schmelzpunkt auf, d. h. einen Schmelzpunkt über etwa 900⁰C. Typische geeignete hochschmelzende Metalle sind z. B. Zirkonium und Titan, Vanadin, Chrom, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram und Uran. Von den angegebenen Metallen weist Wolfram einen der höchsten Schmelzpunkte auf, der im Bereich von etwa 3400° C liegt. Das hochschmelzende Metall kann in die Zinkschmelze in jeder geeigneten Form, z. B. in Form von Blöcken oder Stangen, eingeführt werden. Vorteilhafterweise ist die Größe des in die Schmelze eingeführten hochschmelzenden Metalls relativ klein, um eine schnelle Dispersion des Metalls im geschmolzenen Zink zu erleichtern.The refractory metal alloyed with zinc according to the method of the invention has a melting point above the boiling point of zinc, ie a melting point over about 900 ^° C. Typical suitable refractory metals are e.g. B. zirconium and titanium, vanadium, chromium, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten and uranium. Of the metals specified, tungsten has one of the highest melting points, which is around 3400 ° C. The refractory metal can be added to the zinc melt in any suitable form, e.g. B. in the form of blocks or rods. Advantageously, the size of the refractory metal introduced into the melt is relatively small in order to facilitate rapid dispersion of the metal in the molten zinc.

Bei der Herstellung sowohl der Zinkvorlegierung als auch des fertigen Legierungsproduktes erweist es sich als zweckmäßig, Zink hohen Reinheitsgrades zu verwenden, d. h. solches mit einer Reinheit von etwa 99,9%. Zink dieses Reinheitsgrades ist weich und duktil'-und rekristallisiert bei niedriger Temperatur.It is found in the manufacture of both the zinc master alloy and the finished alloy product as appropriate to use zinc of high purity, d. H. those with a purity of about 99.9%. Zinc of this purity is soft and ductile and recrystallizes at a low temperature.

Zur Herstellung der Zinkvorlegierung wird das reine Zink vorzugsweise in einem Induktionsofen auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes, und zwar über 420⁰C, erhitzt. Sodann wird, während die Schmelze oberhalb ihres Schmelzpunktes und unterhalb ihres Siedepunktes (900⁰C) gehalten wird, das hochschmelzende Metall in die Schmelze eingeführt. Vorzugsweise wird die Temperatur des geschmolzenen Zinks während der Einführung des Metalls über dem Liquidus-Punkt der höchstschmelzenden intermetallischen Bestandteile (Peritektika), die während des Legierungsvorganges gebildet werden, gehalten, wobei die Schmelze jedoch immer noch unter dem Siedepunkt des Zinks gehalten wird. In vorteilhafter Weise wird die Temperatur der Schmelze in einem Bereich von etwa 650 bis 815° C gehalten.To prepare the Zinkvorlegierung the pure zinc is preferably in an induction furnace to a temperature above its melting point, namely 420 ⁰ C heated. Then, while the melt is kept above its melting point and below its boiling point (900 ^° C.), the high-melting metal is introduced into the melt. Preferably, the temperature of the molten zinc during the introduction of the metal is kept above the liquidus point of the highest melting intermetallic constituents (peritectics) which are formed during the alloying process, but the melt is still kept below the boiling point of the zinc. The temperature of the melt is advantageously kept in a range from about 650 to 815.degree.

■ Wie bereits ausgeführt, wird die Schmelze bei der erhöhten Temperatur gehalten, bis das hochschmel-■ As already stated, the melt in the held at an elevated temperature until the high-melting point

■ 5 zende Metall einheitlich in der Schmelze dispergiert ist. ■ 5 zende metal is uniformly dispersed in the melt.

Gegebenenfalls können die LegierungsvorgängeIf necessary, the alloying processes

unter einer. Flußmittelabdeckung durchgeführt werden, doch erweist sich diese Maßnahme nicht als wesentlich.under one. Flux covering can be performed, but this measure does not prove to be essential.

■ Nachdem das hochschmelzende Metall im geiö schmolzenen Zink praktisch einheitlich dispergiert ist, wird die Schmelze verfestigt. Erfindungsgemäß wird die Schmelze einheitlich und schnell abgekühlt. In vorteilhafter Weise wird die geschmolzene Legierung in relativ kleine Massenteilchen unterteilt, die schnell mit Hilfe von Wasser oder durch ein anderes Kühlmedium gekühlt werden. Die verfestigten Tröpfchen oder Kügelchen werden von dem Wasser getrennt und vor der Verwendung zur Herstellung der fertigen Legierungsprodukte getrocknet.■ After the refractory metal in the geö molten zinc is practically uniformly dispersed, the melt is solidified. According to the invention the melt cooled uniformly and quickly. Advantageously, the molten alloy is in relatively small mass particles, which are divided quickly with the help of water or another cooling medium be cooled. The solidified droplets or spheres are separated from the water and before of use to manufacture the finished alloy products.

Das schnelle Abkühlen der Schmelze kann auch in anderer Weise erfolgen, z. B. durch übliche bekannte Abschreck-Gießverfahren.The rapid cooling of the melt can also be done in other ways, e.g. B. by usual known Quench casting process.

Die verbesserten mechanischen Eigenschaften der mit Hilfe der erfindungsgemäß hergestellten Vorlegierungen erschmolzenen Fertiglegierungen sind offensichtlich auf den Legierungsanteil an Titan und Kupfer in der Zinkmatrix zurückzuführen. Bisher wurde es als wesentlich eraehtet, daß mehrere Prozent Kupfer in der Legierung" vorliegen, damit eine ausreichende Menge an Titan legiert werden konnte. Neuerdings wurde bekannt, daß Titan selbst dann legiert werden kann, wenn geringere Mengen von 0,5 bis 2% Kupfer angewandt werden. Das ist aber, ohne die mechanischen Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen, nur möglich, wenn zusätzliche Legierungsbestandteile, wie Chrom und/oder Mangan, angewendet werden.The improved mechanical properties of the master alloys produced according to the invention Melted finished alloys are obviously due to the alloy content of titanium and copper in the zinc matrix. So far it has been considered essential that several percent copper in of the alloy "so that a sufficient amount of titanium could be alloyed. Recently it became known that titanium can be alloyed even if smaller amounts of 0.5 to 2% copper can be applied. But this is only possible without adversely affecting the mechanical properties possible if additional alloy components such as chromium and / or manganese are used.

Im Gegensatz hierzu erfordern die erfindungsgemäß hergestellten Vorlegierungen nur sehr geringe Mengen an Kupfer in einer Menge von etwa 0,15 bis 0,5 Gewichtsprozent und Titan von etwa 0,06 bis 0,35 % ^zur Erzielung von Legierungen mit hervorragenden Eigenschaften. In contrast to this, the master alloys produced according to the invention require only very small amounts of copper in an amount of about 0.15 to 0.5 percent by weight and titanium of about 0.06 to 0.35% in order ^to achieve alloys with excellent properties.

Tabelletable

Fertig*Ready* Chemische AnalyseChemical Analysis Zink)Zinc) Walzband-Rolled strip Härte*)Hardness*) Dyna-Dyna- Zugfestig
keit**)Tensile strength
ability **) queracross 0,2-Grenze***)0.2 limit ***) queracross Dehnungstrain queracross legierung
XJ-alloy
XJ- (Rest(Rest Ti⁰A,Ti ⁰ A, dickethickness DuktilitätDuctility (kg/mm²)(kg / mm ² ) 26,526.5 (kg/mm²)(kg / mm ² ) 14,8014.80 (% von 5,08 cm)(% of 5.08 cm) 21,2521.25 1ΝΓ.1ΝΓ. Cu⁰I₀ Cu ⁰ I ₀ 0,1050.105 (mm)(mm) 2121 (cm)(cm) längsalong 25,825.8 längsalong 13,1513.15 längsalong 18,518.5 1.1. 0,310.31 0,1130.113 0,3560.356 2121 0,7220.722 18,3018.30 26,526.5 11,3011.30 14,1614.16 38,038.0 20,020.0 2.2. 0,2650.265 0,1140.114 0,3560.356 2323 0,7430.743 19,0019.00 28,028.0 12,1012.10 15,7015.70 20,520.5 26,7526.75 3.3. 0,240.24 0,1390.139 0,3560.356 2222nd 0,7430.743 18,4018.40 25,925.9 12,2512.25 12,9012.90 31,2531.25 10,010.0 4.4th 0,270.27 0,2050.205 0,3050.305 57,557.5 0,6960.696 19,1019.10 29,029.0 12,5012.50 18,3018.30 33,2533.25 16,816.8 5.5. 0,190.19 0,2150.215 2,922.92 67,667.6 —- 19,6019.60 24,524.5 12,7512.75 15,7015.70 27,027.0 4,754.75 6.6th 0,2150.215 0,230.23 0,4320.432 65,265.2 0,6280.628 21,4021.40 25,325.3 14,2014.20 16,9016.90 15,515.5 8,68.6 7.7th 0,250.25 0,270.27 0,3680.368 63,163.1 0,7430.743 20,0020.00 25,325.3 13,0013.00 15,9515.95 14,014.0 11,011.0 8.8th. 0,250.25 0,290.29 0,4240.424 62,462.4 0,7440.744 20,2020.20 26,026.0 12,0012.00 16,2016.20 13,913.9 9,59.5 9.9. 0,270.27 0,300.30 0,3940.394 62,462.4 0,7900.790 19,3519.35 12,1012.10 28,028.0 10.10. 0,250.25 0,4320.432 0,7320.732 19,4019.40 12,2012.20 11,611.6

*) Legierung Nr. 1 bis 4: Scleroskop-Härte: Nr. 5 bis 10: Rockwell Harte 15 T Skala. **) Belastungsgeschwindigkeit von 0,11 cm/cm nach Streckpunkt. ***) Belastungsgeschwindigkeit von 0,014 cm/cm pro Minute.*) Alloy No. 1 to 4: Scleroscope hardness: No. 5 to 10: Rockwell hard 15 T scale. **) Loading speed of 0.11 cm / cm after the stretching point. ***) Loading speed of 0.014 cm / cm per minute.

In der vorstehenden Tabelle sind die mechanischen Eigenschaften von Legierungen wiedergegeben, die unter Verwendung erfindungsgemäß hergestellter Vorlegierungen erschmolzen worden sind. Nach dem Walzen wird bei keiner der angegebenen Legierungen eine Wärmebehandlung durchgeführt.The table above shows the mechanical properties of alloys which using master alloys produced according to the invention have been melted. After rolling, none of the specified alloys a heat treatment carried out.

Diese Fertiglegierungen sind auf Grund der einheitlichen Feinteilchen-Dispersion des hochschmelzenden Metalls in der Zinkmatrix insbesondere für die Anwendung als lithographische Platten geeignet. Da Zink während des Maserungsverfahrens einen leichteren Abrieb erfährt, bleiben die Teilchen des hochschmelzenden Metalls und/oder der intermetallischen Verbindungen zurück. Im Falle zu großer Dispersionen kann sich eine Uneinheitlichkeit ergeben; bei erfindungsgemäß erhaltenen, sehr feinen Dispersionen werden bei der Maserung der Druckplatte eine einheitliche Oberfläche und in¹;, der¹ fertigen Platte scharf ausgebildete Einzelheiten erzielt.Due to the uniform fine particle dispersion of the refractory metal in the zinc matrix, these finished alloys are particularly suitable for use as lithographic plates. Since zinc is more easily abraded during the graining process, the particles of the refractory metal and / or the intermetallic compounds remain. If the dispersions are too large, non-uniformity can result; in accordance with the invention obtained, very fine dispersions in the grain of the printing plate a uniform surface and in Figure ^1; achieved the finished panel ¹ sharply formed details.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung einer mit einer Zinkschmelze verdünnbaren Zinkvorlegierung mit geringem Kupfergehalt und einem Gehalt an einem oder mehreren hochschmelzenden Metallen, wie Titan, Zirkonium, Vanadium, Chrom, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram und Uran, in sehr feiner homogener Verteilung, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf das Gesamtgewicht der Vorlegierung, 0,5 bis 5% des hochschmelzenden Metalles bei 420 bis 900° C in einer Zinkschmelze unter Bildung intermetallischer Verbindungen dispergiert werden und die Schmelze sodann, vorzugsweise in fein zerteilter Form, rasch abgeschreckt wird.1. A process for the production of a zinc master alloy which can be diluted with a zinc melt low copper content and a content of one or more refractory metals such as Titanium, zirconium, vanadium, chromium, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten, and uranium, in a great deal fine homogeneous distribution, characterized that, based on the total weight of the master alloy, 0.5 to 5% of the high-melting metal at 420 to 900 ° C in a zinc melt with the formation of intermetallic Compounds are dispersed and the melt then, preferably in finely divided form, rapidly is deterred. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in Tröpfchenform durch Wasser abgeschreckt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the melt in droplet form through Water is quenched.