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Zinklegierung Die Erfindung betrifft eine Zinklegierung mit 3o bis
55 % Aluminium.
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Gegenwärtig werden die meisten technisch benutzten Zinklegierungen
aus Feinzink hergestellt, denn man hat die Erfahrung gemacht, daß unreine Zinksorten
zu unbefriedigenden mechanischen Eigenschaften und vor allem zur interkristallinen
Korrosion führen. Die am meisten verwendeten Zinklegierungen werden deshalb aus
Feinzink mit mindestens 99,975 oder sogar 99,991/o Zink sowie aus reinen
Zusatzmetallen, wie Kupfer oder Aluminium, hergestellt. Nun setzt aber die Erzeugung
von Feinzink besonders große Anlagen voraus, deren Leistungsfähigkeit im Vergleich
zu dem in Deutschland in großer Menge anfallenden Roh-, Hütten- und Raffinadezink
beschränkt ist. Außerdem ist das Feinzink wesentlich teurer, so daß es wünschenswert
scheint, Zinklegierungen auf der Basis von unreinerem Zink herzustellen.
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Eingehende vom Erfinder angestellte Untersuchungen haben nun zu der
Vermutung geführt, daß die bisher bei Zinklegierungen auf der Basis unreiner Zinksorten
festgestellten schlechten mechanischen Eigenschaften dem Bleigehalt zuzuschreiben
sind, der sich während der Erstarrung der Legierungen in Form von Tröpfchen ausscheidet,
die
als Keimbildner wirken. -Bei Zinklegierungen ist bekanntlich
zu beachten, däß die Kristallisatiönsgeschwindigkeit des hexägonalen Zinks sehr
groß ist, so daß man, wenn man feinkristallines Gefüge wünscht, immer bestrebt ,ist,
alle Keimbildner fernzuhalten, zu unterkühlen und die Wärme möglichst rasch abzuführen.
Zum Beispiel zeigt die Legierung Gzn Al 7 Cu 4, wenn sie kein Blei enthält, im Sandguß
eine Festigkeit von 30 kg/mm2, wenn sie dagegen nur o,i % Blei enthält, nur
eine Festigkeit von 15 kg/mm2, wobei sie jedoch außerdem noch zur interkristallinen
Korrosion neigt.
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Der Erfindung liegt weiterhin die Erwägung zugrunde, daß es gelingen
muß, Zinklegierungen auch mit nennenswerten Gehalten an Blei dann zu verbessern,
wenn die keimbildende Wirkung des Bleies verhindert wird. Dies wurde tatsächlich,
bestätigt, und zwar kann der Einfluß des Bleies dann aufgehoben werden, wenn man
das Verhältnis des Gehaltes an Blei zu einer weiteren Legierungskomponente nach
dem Zustandsdiagramm so auswählt, daß bei der Temperatur der beginnenden Bleiausscheidung
sich schon eine beträchtliche Anzahl von Primärkristallen ausgeschieden hat, und
zwar soll die Menge der Primärkristalle bei der beginnenden Bleiausscheidung mindestens
35 Volumprozent, besser jedoch 4o bis 5o Volumprozent, aufweisen. Liegt z. B. ein
Gemisch von Restschmelze und Primärkristallen vor, in welchen die Primärkristalle
5o% des gesamten Volumens betragen, und beginnt sich jetzt erst in der Restschmelze
das Blei tröpfchenförmig auszuscheiden, dann verhindern die zahlreichen Primärkristalle
bei der Erstarrung der Restschmelze die Ausbildung grober, von den Bleikeimen ausgehender
Stengel.
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Diese Erkenntnisse sind offenbar von grundsätzlicher Bedeutung. Ihre
Richtigkeit konnte an dem System Zn-Cu bestätigt werden und hat zur Entwicklung
einer Zink-Kupfer-Legierung auf der Basis von unreinem Zink und trotzdem ausgezeichneten
Eigenschaften geführt. Die oben dargelegten neuen Erkenntnisse führen zu der Überlegung,
daß das System Zn-Al die Möglichkeit bietet, die schädliche Wirkung _ des Bleies
auszuschalten; da die Liquiduslinie dieses Systems in einem größeren Konzentrationsbereich
bei ausreichend hohen Temperaturen liegt: Zinklegierungen mit höheren Aluminiumgehalten
sind bisher zwar schon gelegentlich hergestellt worden, haben jedoch keine praktische
Bedeutung erlangt. Trotzdem sind sie in hohem Maße interessant, da sie neben ausgezeichneten
Gießeigenschaften hohe Festigkeiten bei niedrigem spezifischen Gewicht zeigen.
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Allerdings ist bei allen diesen Legierungen immer die große Gefahr
der interkristallinen Korrosion zu beachten, die bei bestimmten Konzentrationen
mit bisher bekannten. Mitteln nicht zu beseitigen ist. Versuche des Erfinders haben
z. B. gezeigt, daß in den Bereichen von 0,3 bis etwa 300/0 Aluminium die
Legierungen trotz sorgfältigster Herstellung ausnahmslos schon nach kurzer Dampfbehandlung
zerfielen, wenn der Gehalt an Blei größer als o,oi % war. Von etwa 35 % Aluminium
an aber besteht diese Gefahr praktisch nicht mehr. Das ist nach den Überlegungen
des Erfinders offenbar darauf zurückzuführen, daß sich bei geringeren Aluminiumgehalten
noch eine nennenswerte Menge an Eutektikum, sofern die Legierung nicht sogar die
eutektische selbst ist, als interkristalliner Gefügebestandteil vorfindet, in welchem
das Blei konzentriert ist und. deshalb zur raschen Zerstörung führt. Aus diesen
Gründen betrifft die Erfindung Zinklegierungen mit 3o bis 55 °/o Aluminium. Da j
das interkristalline Eütektikum erst bei etwa 35 0/0 Aluminium völlig verschwindet,
sind Legierungen gemäß der Erfindung, die weniger als 35 % Aluminium enthalten;
zweckmäßig einer Homogenisierungsbehandlung zu unterwerfen.
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Bei den Legierungen gemäß der Erfindung hat sich nun gezeigt, daß
die im Raffinadezink oder selbst im Hütten- und Rohzink vorhandenen Verunreinigungen
insbesondere an Blei völlig urbeachtlich sind, ja sogar eine Steigerung der Festigkeit
herbeiführen, ohne daß die interkristalline Korrosion zu befürchten ist. Zum Beispiel
zeigten die Legierungen mit 35 bis 450/0 Aluminium auf der Basis von Rohzink die
gleiche Festigkeit von etwa 32 kg/mm2, wie eine entsprechende auf der Basis von
Feinzink erschmolzene Legierung. Die Rohzinklegierung mit 5o % Aluminium zeigte
eine Festigkeit von 40 kg/mm2 im Vergleich zu der entsprechenden Feinzinklegierüng,
die 33 kg aufwies. Diese Festigkeitssteigerung ist allerdings nicht mit der oben
erläuterten Kristallisationstheorie zu erklären, doch hat sie sich in vielen Versuchsreihen
immer wieder gezeigt. Mit der Festigkeitssteigerung ist allerdings eine geringfügige
Abnähme der Dehnung verbunden, die jedoch noch immer etwa 4.% bleibt.
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Damit ist den unreinen Zinksorten ein neues wertvolles Anwendungsgebiet
erschlossen, zumal die Legierungen mit 3o bis 55 % Aluminium ausgezeichnete Gießeigenschaften
besitzen und schon im Sandguß die genannten höhen Festigkeiten aufweisen. Sie sind
aber auch gut sparlos verformbar.
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Weitere Untersuchungen haben gezeigt, daß geringe Mengen von Kupfer
insofern ein wertvoller Zusatz sind, als sie eine etwa noch vorhandene Neigung zur
interkriställinen Korrosion völlig beseitigen. Aus diesem Grunde können Legierungen
gemäß der Erfindung bis zu 5 % Kupfer enthalten: Die Tatsache des günstigen Einflusses
eines Kupfergehaltes sowie die überraschende Wirkung der Festigkeitssteigerung gerade
durch die im Rohzink enthaltenen Verunreinigungen haben es weiterhin nahegelegt,
die Legierungskomponente Aluminium bei der HerstellungvonLegierungen gemäß derErfindung
in Form vonUmschmelz-Aluminium-Legierungen zu verwenden. Dadurch ist dem Umschmelzaluminiüm
ein neues wertvolles Anwendungsgebiet erschlossen, denn bei der Legierung gemäß
der Erfindung wirken die üblichen Begleitmetalle aller Umschmelzaluminiumsorten
mit Aluminiumgehalten bis zu 85 0% in günstigem Sinne. Enthält das Umschmelzaluminium
größere Mengen an Silicium, dann seigern diese aus, sind also für
die
endgültigen Eigenschaften der Legierung gemäß der Erfindung ohne Bedeutung.
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Das verwendete Rohzink kann die praktisch vorhandenen höchsten Bleigehalte
aufweisen, ohne daß sich irgendwelche Minderungen der Eigenschaften der Legierungen
gemäß der Erfindung zeigen. Es ist allerdings möglich, daß ein Teil des Bleies bei
derH@rstellung derLegierung ausseigert, jedenfalls wurde wiederholt festgestellt,
daß eine Legierung gemäß der Erfindung mit 5o % Aluminium, die einen Bleigehalt
von 2% hätte aufweisen müssen, tatsächlich nur o,7 % aufwies. Ob dies auf Zufall
zurückzuführen ist, oder ob das Blei tatsächlich teilweise ausseigert, ist jedoch
für das Ergebnis der Erfindung unbeachtlich, da es nur darauf ankommt, daß billige
Zinksorten als Ausgangsstoffe für hochwertige Legierungen verwendet «-erden können.