DE2255824A1 - Verfahren zur herstellung einer knetlegierung auf zinkbasis - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis.
• Die Erfindung betrifft verbesserte Zinklegierungen und im besonderen ein Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis mit verbesserter Härte, Maßbeständigkeit und Kerbschlagzähig keit bei niedrigen Temperaturen und die dabei erzeugte Knetlegierung auf Zinkbasis.
• Zink wird allgemein als ein Metall angesehen, dessen Eigenschaften es als Knetwerkstoff ungeeignet machen. Zink besitzt zum Beispiel normaler Weise-: niedrige Zugfestigkeit und geringe ;Bruchfestigkeit bei niedrigen Temperaturen; Kneterzeugnisse, die Schlagbeanspruchun gen bei niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden, sind daher aus Zink oder Zinklegierungen bislang technisch nicht -hergestellt worden.
• Man hat bereits Versuche zur,Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Zink und seinen Legierungen durchgeführt, um sie für eine Kalt- und Warmbearbeitung mehr geeignet zu machen. Die amerikanische Patentschrift Nr. 2 102 869 beschreibt eine durch Extrusion hergestellte Zn-Al-Cu-Mg- Legierung mit verbesserter Zugfestigkeit und Harte, welche der extrudierten Legierung eine Eignung insbesondere für maschinelle Bearbeitung, wie auf automatischen Drehbänken, verleiht, weil die extrudierte Legierung während der Bearbeitung spröde Späne bildet. Die Patentschrift lehrt jedoch, daß die Temperung dieser extrudierten Legierung ersichtlich die Zugfestigkeit und Härte vermindert.
• Die amerikanische Patentschrift Nr. 2 169 441 zeigt, daß die Bearbeitung der eben erwähnten Legierung bei einer Temperatur zwischen 270 und 3800C die Bearbeitbarkeit, die Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Legierung verbessert. Der- verhältnismäßig hohe Kupfergehalt dieser Legierung und die angegebenen Temperungstemperaturen von 300 und 95°C erlauben å jedoch nicht die Herstellung eines Eirzeugnisses mit einer Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen, -wie es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden kann.
• Die Anwendung von Superplastizität bei der Herstellung einer eutektischen Aluminium-Legierung mit 78 Zink - 22 Aluminium lehrt die Ganadische Patentschrift Nr. 783 954 (USA-PS Nr. 3 340 101). Die nachfolgende amerikanische Patentschrift Nr. 3 420 717 offenbart, daß Homogenisieren im Einzelphasen-sA'-Bereich des Zink-Aluminium-Phasendiagramms und anschließendes Quenchen und Bearbeiten bei 150 - 2000C die Superplastizität erhöht. Beeinträchtigende Wirkungen kleiner Mengen von Verunreinigungen durch Magnesium und Mangan werden, zumindest zum Teil, in der Bearbeitungsstufe behoben. Die Bearbeitung von Legierungen mit weniger Aluminium war nicht so wirksam. Die in den beiden letztgenannten Patentschriften beschriebenen.Legierungen litten unter dem Nachteil unerwünscht niedriger Zugfestigkeiten.
• Die südafrikanische Patentschrift Nr. 68/0266 beschreibt die Herstellung von Zink-Aluminium-Blechen fast eutektoider Zusammensetzur1g, welche die folgenden Stufen umfasst: Homogenisieren der Legierung.
• oberhalb der Eutektikums-Temperatur, Quenchen und Bearbeiten der Legierung während der Inkubations-Periode vor der Umwandlung des Hochtemperatur-Einzelphasen-Zustandes in einen Zweiphasen-Zustand bei der niedrigeren Temperatur. Die Legierung gemäß dieser Patentschrift besitzt gleicherweise-die Nachteile niedriger Zugfestigkeit und geringer Korrosionsbeständigkeit für bestimmte Änwendungs gebiete.
• Die amerikanische Patentschrift Nr. 2 982 677 beschreibt die Herstellung von Lagermetall-Legierungen durch Warmbehandlung von Zn-Al-Cu-Legierungen mit mindestens 2,2 Kupfer und weniger als 0,01, vorzugsweise weniger als 0,005% Magnesium. Die gemaß dieser Patentschrift hergestellten Legierungen haben verbesserte Lagereigenschaften, aber schlechtere mechanische Charakteristiken.
• Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis mit verbesserter Festigkeit, Maßbeständigkeit und: Schlagz: ihigkeit bei niedrigen Temperaturen gefunden, das allgemein folgende Stufen umfasst: Extrudieren einer Legierung, die im wesentlichen von 9 bis 22 Gew.% Aluminium, von 0,5 bis 1,5 Gew.% Kupfer, von 0,01 bis 0,03 Gew.% Magnesium, Rest Zink, enthält, bei einer Temperatur, die oberhalb der Eutektikums-Temperatur ohne Freiheitsgrad von etwa 275 C und unterhalb der Temperatur der beginnenden Warmbrüchigkeit von etwa 3820C liegt zwecks Herstellung eines netwerkstoffs, -Kneten dieses Werkstoffs bei einer Temperatur im genannten Bereich von etwa 275 bis etwa 382°C und Tempern des erhaltenen Knetstücks bei einer Temperatur zwischen etwa 200 bis 275°C.
• Im besonderen betrifft die Erfindung die Herstellung eines Knetstückes, das im wesentlichen von etwa 13 bis etwa 18 Gew.% Aluminium, von 0,5 bis 1,5 Gew. Kupfer, von 0,01 bis 0,03 Gew.% Magnesium, Rest Zink, enthält und verbesserte Festigkeit, Maßbeständigkeit und Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen besitzt.
• Ein erstes Ziel der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer neuen Knetlegierung auf Zinkbasis, die verbesserte Festigkeit, Maßbeständigkeit und Schlagzähigkeit besonders bei niedrigen Temperaturen aufweist.
• Die Erfindung und die Art ihrer Durchführung wird an Hand der Diagramme erläutert.
• Figur 1 ist ein Diagramm, das die Wirkung des Aluminium-Gehalts auf die Schlagzähigkeit bei Temperaturen unter Null zeigt.
• Figur 2 ist ein Diagramm, das die Wirkung des Kupfer-Gehalts auf die Schlagzähigkeit bei Temperaturen unter Null zeigt.
• Figur 3 ist ein Diagramm, das die Maßbeständigkeit einer erfindungsgemäßen Legierung und Figur 4 ist ein Diagramm, das die Änderung der Kristall-Orientierung und Stabilität bei verschiedenen Temperungs-Temperaturen zeigt.
• Die Legierung enthält allgemein 9 bis 22 Gew.% Aluminium, 0,5 bis 1,5 Gew. Kupfer, 0,01 bis 0,03 Gew.% Magnesium, Rest Zink. Figur 1 erläutert den Einfluß verschiedener Aluminium-Gehalte auf Legierungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, wie im einzelnen beschrieben wird. Die fast vertikalen Linien der Kurven zeigen eindeutig definierte Verluste an Schlagzähigkeit bei ungekerbten Versuchsstäben bei niedrigen Temperaturen und zeigen einen Wechsel vom duktilen zum sproden Zustand an. Die Zusammensetzungen gibt Tabelle 1.
• Tabelle I Kurve Aluminium Kupfer Magnesium Gew.-Prozent A 9,0 0,55 0,015 B 14,5 0,6 0,02 C 16,4 0,55 0,019 D 21,4 0,63 0,018 Es sei bemerkt, daß-mit Abnahme des Aluminium-Gehalts die aber gangstemperatur von Duktilität zu Versprödung ansteigt. Es wurde gefunden, daß der Bereich von 13 bis 18 Ges.% Aluminium eine niedrige Übergangstemperatur von Duktilität zur Versprödung von etwa oder unter -600C, Aluminium-Gehalte von 9 bis 13% einen bbergangs-Temperaturbereich von -40 bis -600C von Duktilitat zur Versprödung herbeiführen. Aluminium-Gehalte oberhalb 18 Gew.% ergeben Schwierigkeiten bei der Herstellung der Legierungs-Schmelze, d.h. die Einführung von Aluminium in die Schmelze ist schwer zu bewerkstelligen. Obwohl Aluminium-Gehalte bis zur eutektischen Zusammensetzung, d.h. 22 Gew. Aluminium, möglich sind, ist gleicher Weise die Herstellung der Legierung durch kontinuierliches Gießen zu Beginn schwieriger zu erreichen und es werden niedrige Guß-Geschwindigkeiten zur Vermeidung des Reissens von Barren erforderlich.
• Es wird daher ein Bereich von 13 bis 18 Gew.% Aluminium bevorzugt, um eine niedrige Übergangstemperatur von Duktilität zu Versprödung von etwa -600C sicherzustellen und die Herstellung und den Guß der Legierung zu erleichtern.
• Figur 2 erläutert die Wirkung des Kupfer-Gehalts auf die Übergangs temperatur von duktil zu spröde bei ungekerbten Versuchsstäben der Legierungen in Tabelle II.
• Tabelle II, Kurve Aluminium Kupfer Magnesium Gew.-Prozent E 13,7 0,69 0,012 F 14,1 1,53 0,010 G 13,8 2,81 0,012 Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß Kupfer-Gehalte von etwa 1,5 Ges.% in einer Legierung auf Zink-Basis mit etwa 14,0 Ges.% Aluminium und 0,01 Gew. Magnesium, Rest Zink eine übergangstemperatur von duktil zu spröde von etwa -55°C, ein Kupfer-Gehalt von 1s0 Gew. eine Ubergangstemperatur von -700C ergeben. Es zeigte sich, daß Kupfer-Gehalte unter 0,5% unerwünscht niedrige Zugfestigkeiten und ungenügende StandSestigkeiten herbeiführen.
• Der Magnesium-Gehalt von 0,01 bis 0,03 Gew.% ergibt optimale Resultate. Ein Magnesium-Gehalt unter 0,01 Gew.% führt zu einer Legierung mit nicht zufriedenstellender Korrosionsbeständigkeit und ein Magnesium-Gehalt über 0,03 Gew.% zu einer unerwünscht spröden Legierung.
• Zur Herstellung des Knetwerkstoffs wird die Legierung zunächst in -Barren gegossen, die sich extrudieren lassen, und vor der Extrusion werden die Barren auf eine Temperatur oberhalb etwa 2750C erwärmt.
• Eine verlängerte Retentionszeit vor der Extrusion, z.B. mehr als etwa zwei Stunden, ist bei dieser erhöhten Temperatur nicht empfehlenswert.
• Die vorgewärmten Barren werden bei einer Temperatur oberhalb der Eutektikums-Temperatur ohne Freiheitsgrad, d.h. etwa 27500, der Temperatur, bei welcher das Eutektikum mit 78 Gew. Zink und 22 Gew.% Aluminium im Zink-Aluminium-Phasen-Diagramm erscheint,- extrudiert. Die Dehnungs-Temperatur wird unter etwa 3820C gehalten, bei welcher Warmbrüchigkeit einsetzt.
• Bei Warmbrüchigkeit wird das während der Deformation gegenwärtige geschmolzene Metall in Borm groben wie gegossenen Korns unter Schwächung der Struktur fest. Es wurde gefunden, daß Extrusions-Verhältnisse unter etwa 5:1 zu einem extrudierten Produkt mit einer im wesentlichen wie gegossenen Korn-Struktur und mit geringerer Oberflächen-Qualität führen, Extrusions-Verhältnisse oberhalb 75:1 aber übermässige Herstellungsdrücke erfordern. Extrusions-Verhältnisse von 7:1 bis 37:1 wurden als zufriedenstellend angesehen. In diesem Bereich werden die höheren Extrusions-Verhältnisse wegen der Tendenz zur Erzeugung von Knetstücken mit größerer Schlagzähigkeit bevorzugt. Allgemein soll die Extrusion eine ausreichende Deformation der Struktur des Legierungs-Kristalls bewirken, um zur Vergütung des wie gegossenen Korns beizutragen.
• Die extrudierten Barren können zur Retention mit Luft auf Raum-Temperatur gekühlt werden, bis die Legierung geknetet werden muß; sie können auch unmittelbar geknetet werden. Während einer Lagerung bis zu sieben Monaten wurde ein Auftreten merklicher Dimensions-Änderungen nicht beobachtet. Eine schnellere Kühlung, d.h. durch Abschrecken, ergibt eine Legierung mit verringerter Schlagzähigkeit bei niedriger Temperatur und sollte nicht angewandt werden.
• Die extrudierte Legierung kann zur Einstellung der Spezifikatio nen mit geringer Toleranz zu den Dimensionen des extrudierten Werkstoffs angelassen werden.
• Das Knet-Verfahren schließt. solche Verfahren zur Verformung von metall ein, bei welchen erhitztes Metall zum Fließen unter Druck gebracht wird, wie das Spritzpressen und das indirekte Strangpressen. Die Bedingungen beim Kneten sind praktisch die gleichen wie die beim Extrudieren der geschmolzenen Barren. Die extrudierte Legierung wird auf über 2750C vorerwärmt und, vorzugsweise ohne Verzug, bei einer Temperatur über 27500 und unter 3820C geknetet.
• Die oben erwähnten Extrusions-Verhältnisse sind gleichermaßen auf die Knet-Stufe anwendbar.
• Die gekneteten Erzeugnisse werden hitzebehandelt oder, vorzugsweise in-Luft, bei einer Temperatur im Bereich von etwa 200 bis etwa 27500 über eine bis zu fünf Stunden getempert. Ein Temperatur-Bereich von etwa 200 bis etwa 250, vorzugsweise etwa 24000, ergab mit einer Temperungsdauer von etwa zwei Stunden die besten Resultate. Es lassen sich Schlagzähigkeit und Maßbeständigkeit bei niedriger Temperatur mit geringsten Verlusten an Härte und Zugfestigkeit erreichen.
• Obwohl das Verfahren gemäß der Erfindung frei von hypothetischen Vorstellungen ist, wird natürlich angenommen, daß die verbesserte Festigkeit und Schlagzähigkeit der Knetprodukte bei niedrigen Dem~ peraturen sich aus folgenden Umständen ergeben. Unter Vernachlässigung der Kupfer und Magnesium-Komponenten aus Gründen der vereinfachten Darstellung kann die Zusammensetzung der Legierung so angesehen werden, als befinde sie sich auf der Al-Seite des eutektischen Punktes, der im Zn-Al-Phasen-Diagramm die eutektische Zusammensetzung aus 95 Gew.% Zink und 5 Gew. Aluminium darstellt, wie es von Hansen: 'Constitution of Binary Alloys" 2. Ausgabe (1958), Seite 149, erläutert wird. Drei feste Phasen-Bereiche, die sich am eutektischen Punkt treffen, der ein Eutektikum mit 78 ffi Zink bei 2750C bezeichnet, sind von Interesse.
• Unter 2750C ist ein Gemisch aus Aluminium- < und Zink-ß der stabile Zustand. Unmittelbar oberhalb des eutektischen Punktes befindet sich ein mit ' bezeichneter Bereich, der eine homogene feste Lösung von Aluminium und Zink darstellt. Oberhalb von 2750C und auf der Zn-Seite des eutektischen Punktes gibt es einen mit # + ß bezeichneten Bereich. In diesem Bereich wird die geschmolzene Legierung fest und anschließend extrudiert und geknetet. Die auf der-Al-Seite liegende Zusammensetzung, die erste Phase, die sich bei der Verfestigung bildet, ist #'. Dieser schließt sich ein Eutektikum aus-1-Korn und zinkreicher ß-Phase an. Geschmolzene Barren bei Temperaturen vor der Extrusion befinden sich in diesem Zusatnd. Deformation während der Extrusion vergutet die Struktur. Kommen Kupfer und Magnesium in der Legierung vor, können diese Temperatur-Grenzen geringfügig modifiziert werden.
• enn die Temperatur der gekneteten Legierung unter die eutektische Temperatur (275°C) sinkt, zerfällt die i'-Phase zu 5(- und ß-Korn.
• Tempern unter 275°C beschleunigt den Zerfall der '-Phase und erzeugt Feinkorn der aluminiumreichen # -Phase und der zinkreichen B-Phase. Das Tempern der Legierung wird von einer gewissen Schwindung begleitet. Es wird aber eine große Maßbeständigkeit des Knetprodukts erhalten, und das Tempern bewirkt keine weitere Vergütung der anfänglich gebildeten Zink-Phase.
• Die weitere Vergütung der Korn-Struktur, die beim Tempern unter 27500eintritt, trägt, wie angenommen wird, zu den bevorzugten Eigenschaften der bearbeiteten Legierung bei. Mit der Bildung der Zerfalls-Produktefit-und ß-Korn, in Gegenwart von bereits gebildetem ß-Korn, treten Interphasen-Korn-Bindungen größerer Stabilität auf. Liegt die Temperungs-Temperatur nahe bei der eütektischen Temperatur, dann löst Zink eine betrachtliche Menge an Aluminium und Aluminium eine beträchtliche Menge an Zink. Korn-Bindungen werden weniger stabil und die Maßbeständjgkeit wird beeinträchtigt Deshalb wird das Tempern unter einer Temperatur von etwa 2500 a bevorzugt.
• Die Zusammensetzung und Behandlung der erfindungsgemäßen Legierung erlaubt die Herstellung eines Knetprodukts, das ein geringe res Maß an Superplastizität ausübt als die eutektischen Zusammensetzungen nach dem Stand der Technik gemäß der canadischen Patent schrift 783 954 (USA-PS 3 340 101), der amerikanischen Patentschrift 3 420 717 und der südafrikanischen Patentschrift 68/0266.
• Andere wünschenswerte Eigenschaften - Maßbeständigkeit, Härte, Schlagzähigkeit, Kriechfestigkeit - werden verbessert, ohne die Sprödigkeit des Legierungs-Gwses zu erhEhenO Diesen Vorteil ist, wie angenommen wird, auf die Retention des anfänglich gebildeten Korns der ß-Phase ohne weitere Vergütung während der Temperung zurückzuführen. Interphasen-Bindungen zwischen diesem ß-Korn und dem beim Zerfall der"t'-Phase gebildeten Korn sind stabiler als die der homogeneren eutektischen Zusammensetzung.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird nunmehr an Hand der speziellen Tests beschrieben, die an Knet-Legierungen auf Zinkbasis mit 14 bis 15% Aluminium, 0,5 bis 0,8% Kupfer, 0,01 bis 0,03 % Magnesium, Rest Zink, durchgeführt wurden, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurden.
• Schlag-Teste Es wurden Standard V-gekerbte Charpy Schlagproben, 10 mm x 10 mm x 55 mm mit einer Kerbe von 45° und 2mm Tiefe und einem Radius von 0,25 mm verwendet. Die Teste wurden nach ASTM E23-64 durchgeführt.
• Wenn nicht anders bemerkt, wurden ungekerbte Proben von der gleichen Stabgröße getestet; die Weste wurden bei Raumtemperatur vorgenommen.
• Beispiel 1 Der Vorzug einer Extrusion oberhalb 2750C wird durch die folgenden Charpy V-Kerbe-Schlagzähigkeiten erläutert, die in Tabelle III für Extrusionen bei 290 und 2400C aufgeführt sind, wo die Extrusion bei 29000 die höhere Schlagzähigkeit ergibt. Die Probe stücke wurden aus einem Draht mit einem Durchmesser von 31,75 mm durch Extrusion mit einem Verhältnis von 18,5 : 1 erhalten.
• Tabelle III Schlag-Test Schlagzähigkeit (nach Extrusion) mkg Temperatur (Oc) Extrudiert bei 2900C Extrudiert bei 24000 -20 0,650 (4,7 ft.-lb) 0,166 (1,2 ft.-lb 0 1,20 0,359 20 2,22 1,04 Beispiel 2 Die folgenden, in Tabelle- IV aufgenommenen Tests zeigen die Überlegenheit der Extrusion bei 290°C an gleichen Proben, die anschließend 5 Stunden bei 240°C getempert wurden.
• Tabelle IV Schlagzähigkeit mkg Schlag-Test Extrudiert bei 290°C Extrudiert bei 240°C Temperatur (00) und getempert und getempert -55 0,401 0,166 -44 0,581 0,221 -24 0,747 0,221 -4 1,38 1,10 20 2,46 1,78 Beispiel 3 Die folgenden, in Tabelle V aufgenommenen Tests zeigen, daß die Schlagzähigkeiten extrudierter gekerbter Proben sich mit dem Extrusions-Verhältnis nicht merklich ändern.
• Tabelle V Extrusions-Verhältnis Schlagzähigkeit (nach Extrusion) mkg 7,2 1,99 12,8 1,99 19,2 1,69 36,6 1,79 Beispiel 4 Schlagzähigkeiten gekerbter Proben nach dem Tempern bei verschiedenen Extrusions-Verhältnissen, wie in Tabelle VI aufgeführt, zeigen die Abhängigkeit sowohl von der '2emperungs-Demperatur als auch vom Extrusions-Verhältnis. Es zeigte sich, daß der Temperatur-Bereich von 200 bis 2600C die besten Schlagzähigkeiten ergibt.
• Tabelle VI Extrusions-Verhältnis Temperungs- Temperungs- Schlagzähig-Temperatur Temperatur °C Zeit (Std.) keit mkg 7,2 260 5,0 2,22 240 5,0 2,39 200 5.0 2,90 150 5,0 2,14 12,8 260 5,0 2,62 240 5,0 2,70 200 5,0 1 1 3,54 150 150 5,0 1,99 19,2 325 0,5 1,86 325 1,0 1,77 325 2,0 1,73 325 ,3,.0 1,60 260 5,0 2,21 240 5,0 2,07 200 0,25 2,34 200 0,5 2,29 200 2,5 2,38 200 4,0 2,08 200 5,0 2,20 200 6,0 2,11 .200 7,0 ; 2,11 150 5,0 , 1,69 36,6 325 1,0 1,83 325 3,0 1,72 260 5,0 2,66 240 1,0 2,27 240 2,0 2,21 240 3,0 2,35 240 5,0 2,55 240 7,0 2,66 200 1,0 2,07 200 2,0 2,21 200 3,0 2,43 200 5,0 2,43 200 7,0 2,46 150 5,0 2,18 Beispiel 2 Die folgenden, in Tabelle VII aufgeführten Beobachtungen wurden an bearbeiteten Legierungen angestellt, die mit Verhältnissen von 36,6:1, 12,8:1 und 7,2:1 extrudiert und anschließend 5 Stunden in Luft getempert wurden. Die Tests zeigen eine graduelle Abnahme der Zähigkeit mit abnehmenden Temperaturen der Schlag-Tests.
• Tabelle VII Extrusions- Temperungs- Schlag-Test Schlagzähigkeit Verhältnis Temperatur °C Temperatur °C mkg 36,6 215 100 4,56 215 50 3,46 215 20 1 2 49 215 0 1,66 215 -18 1,11 215 -38 0,691 215 -55 0,415 12,8 240 100 4,15 240 50 3,04 240 20 2,63 240 -20 0,968 240 -60 i 0,277 .7,2 240 100 3,87 240 50 2,63 240 20 2,35 240 -20 0,691 240 -60 0,277 Im Gegensatz zu den oben gegebenen Zahlen war die V-Kerbe-Schlagzähigkeit von Zamak Legierungen 3 und 5 (Legierungen auf Zinkbasis für Spritzguß mit 4 Gew. Aluminium) bei Raumtemperatur sehr niedrig, z.B. O,207 bis 0,346 mkg, und nur 0,830 bis .0,958 mkg bei 700C, Ungekerbte Proben von 6,3 mm x 6,3 mm einer bearbe.iteten Legierung besaßen eine Schlagzähigkeit bei Raumtemperatur von über 8,30 mkg, wobei die größte Leistung der Maschine in Anspruch genommen wurde.
• Die Übergangstemperatur von duktil zu spröde lag unter -60°C.
• Die Schlag-Eigenschaften der gleichen Legierung im geschmolzenen Zustand waren viel schlechter: die ungekerbte Schlagzähigkeit bei Raumtemperatur betrug 2,21 mkg, der Übergang zu Sprödigkeit lag nahe bei 00C.
• Zu-Te st 5 Es wurden Zug-Tests an verkürzten Abschnitten mit einer Länge von 29,37 mm und 6,35 mm Durchmesser mit fünf Instron-Querkopf-Geschwindigkeiten: 5,08, 2,54, 1,27, 0,127 und Q,05o8 mm/Minute durchgeführt. Die meisten Abschnitte waren mit Bezug auf die Richtung der Extrusion längslaufend. Wegen der richtungsabhängigen Natur des Legierungs-Korns lagen die Messungen der Biege spannung allgemein niedriger.
• Die Zugfestigkeit (GUTS) längslaufender Abschnitte einer extrudiert Legierung bewegte sich zwischen 4360 und 5130 kg/cm2 (62 000 und 73 000 psi) in Abhängigkeit von den angewandten Extrusions-Verhältnissen, während die um 0,1 und 0,2% versetzte Fließ-Spannung um 1 270 bezw. 352 kg/cm2 geringer gefunden wurde. Die UTS in Querrichtung war etwa 352 kg/cm2 kleiner als die UTS in Längsrichtung bei einer Quer-Kopf-Geschwindigkeit von 2,54 mm/Minute.
• Das Tempern bei 2400C behob die Abhängigkeit der UTS von dem Extrusions-Verhältnis. Die UTS wurde mit einem Wert zwischen 3 520 und 3 870 kg/cm² , die um 0,1 und 0,2% versetzte Fließ-Spannung zwischen 3 160 und 3 590 bezw. 3 370 und 3 :800 kg/cm2 für eine Quer-Kopf-Geschwindigkeit von 5,08 mm/Minute ermittelt.
• Die Bruchdehnung bewegte sich zwischen 11 bis 17% bei den extrudierten Proben und von 14 bis 28% nach dem Tempern.
• Die Zugfestigkeit für Zamak Gußlegierung 3 und 5 liegt im Bereich von 3 020 kg/cm2. Die Dehnungen betragen 10 bezw. 7%.
• (Metals Handbook, American Society for Metals, 8. Ausgabe, Seite 1169-70).
• Harte Bei einer extrudierten Legierung wurde für die Brinell-Härte-Zahl ein Bereich von 95 bis 130 gemessen; bei Extrusions-Verhält nissen über 7,2 wurden höhere Zahlen erhalten. Benutzt wurden eine Kugel von 2 mm und eine Belastung von 20 kg. Tempern setzte diese Zahl auf den Bereich von 95 bis 110 herab. Eine Gußlegierung auf Zinkbasis mit 11,0 - 13,0 % Al, O,5 - 1,25 ffi Cu und 0,01 -0,03% Mg, Rest Zink, besaß eine Brinell-Härte von 101.
• Maßbeständigkeit Die Extrusion oberhalb 275°C, verbunden mit empern bei 240°C über zwei Stunden, ergab eine maßbeständige Struktur. In Tabelle VIII sind die durch das Tempern bei 240°C hervorgerufenen Schwindungen entsprechend der Kurve in Figur 3 aufgeführt. Die Messungen wurden an Stangen von 1.0 mm x 10 mm x 139,70 mm parallel zur Extrusionsrichtung vorgenommen.
• Tabelle: VIII Zeit bei 2400C Schwindung insgesamt bei Raumtemperatur Stden mm/mm 0,5 . O,0006 1 0,0015 5 0,0026 24 0 ,0031 48 O,0031 200 0,0044 350 0,0057 Der Beginn eines Plateau-Bereichs nach zwei Stunden bei 24000 zeigt eine Längenabnahme von etwa 0,001 mm je mm zwischen 2 und 48 Stunden bei 240°C, was bedeutet, daß eine zweistündige Temperung ausreicht, um Maßbeständigkeit innerhalb 0,1% im Falle einer anschließenden Erwärmung auf 24000 ueber begrenzte Zeitspannen sicherzustellen. Dies bezieht sich auf die Vorwärmung von Barren vor dem Kneten.
• hach einer Temperung von einer halben Stunde bei 24000 ruft weitere Erwärmung bei 1500C eine Schwindung von 0,0004 mm je mm nach 48 Stunden und von 0,00065 mm je mm nach 250 Stunden hervor.
• Nach einer Temperung von 5 Stunden bei 24000 verursacht weitere Erwärmung bei 1500C eine Schwindung von 0,0002 mm je mm nach 48 Stunden und von 0,0003 mm je mm nach 250 Stunden.
• Wie in Figur 3 dargestellt, zeigten Beobachtungen an einer bei 275°C extrudierten und bis zu 650 Stunden bei Raumtemperatur gehaltenen Legierung eine sehr geringe Maßänderung.
• Die Daten des Röntgen-Diagramms in Figur 4, das die Intensität oder Dichte von 0001 Polen parallel zur Extrusionsrichtung als eine Funktion der Zeit für verschiedene Temperungs-Temperaturen zeigt, besagen, daß Temperung bei Temperaturen zwischen 200 und 2750C zu einem stabilen Zustand der Kristallstruktur innerhalb einer vernünftigen Zeitspanne führt. Erniedrigung der Temperatur auf 1000C macht eine Wärmebehandlung über mindestens 70 bis 100 Stunden notwendig, eine Zeitspanne, welche die Wirtschaftlichkeit überschreitet.
• Die Erfindung bringt eine Anzahl wichtiger Vorteile. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Knetstück auf Zinkbasis besitzt im Vergleich zu bekannten Legierungen auf Zinkbasis verbesserte Festigkeit, Maßbeständigkeit und Schlagbeständigkeit, besonders bei niedrigen Temperaturen. Das Zwischenprodukt, d.h. der Knetwerkstoff, ist besonders als Ausgangsmaterial für die Knetung, die unmittelbar auf die Extrusion folgt oder bis zu 7 Monaten oder mehr danach vorgenommen wird, brauchbar.

Claims (22)

Patentansprüche.

1. Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis mit erhöhter Zugfestigkeit, Maßbeständigkeit. und Bruchfestigkeit unter Schlagbeanspruchung bei niedriger Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß als Knetwerkstoff eine Legierung aus im wesentlichen von 9 bis 22 Gew. Aluminium, von 0,5 bis 1,5 Gew.% Kupfer, von 0,01 bis 0,03 Ges.% Magnesium, Rest Zink, mit einem Extrusions-Verhältnis von mindestens 5 : 1 bei einer Temperatur oberhalb 275 und unterhalb 382°C extrudiert, der Werkstoff bei einer Temperatur oberhalb 275 und unterhalb 3820C geknetet und das Knetstück über etwa eine bis etwa 5 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von etwa 200 bis etwa 2750Ogetempert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Knetstück in Luft bei einer Temperatur von etwa 200 bis etwa 25000 über etwa zwei Stunden getempert wird.

3. -Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Knetstück in Luft bei einer Temperatur von etwa 2400C über etwa zwei Stunden getempert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff mit einem Reduktions-Verhältnis von mindestens etwa 5 : 1 deformiert wird.

St Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung mit einem Extrusions-Verhaltnis von 7 : 1 bis 37 : 1 extrudiert wird.

6. Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf'Zinkbasis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Knetwerkstoff Aluminium in einer Menge von etwa 13 bis etwa 18 Gew.

verwendet wird.

7. Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Knetwerkstoff Aluminium in einer Menge von etwa 14 bis etwa 15 Gew.% und Kupfer in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 0,8 Gew.% verwendet werden.

8. Verfahren'zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Knetwerkstoff Aluminium in einer Menge von etwa 13 bis 14 Gew.% verwendet und die Legierung mit einem Extrusions-Verhaltnis von etwa 5 : 1 bis etwa 75 . 1 extrudiert wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Knetwerkstoff Aluminium in einer Menge von etwa 13 bis etwa 18 Gew.% verwendet, die Legierung mit einem Extrusions-Verhältnis von etwa 5 : 1 bis etwa 75 : 1 extrudiert und der Knetwerkstoff mit einem Reduktions-Verhältnis von etwa 5 . 1 bis etwa 75 : 1 deformiert wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Knetwerkstoffs. für eine Legierung auf Zinkbasis zur Erzeugung einer Legierung auf Zinkbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung aus im wesentlichen von 9.bis 22 Gew. Aluminium, von 0,5 bis 1,5 Gew.% Kupfer, von 0,01 bis 0,03 Gew.% Magnesium, Rest Zink, mit einem Extrusions-Verhältnis von mindestens 5 : 1 bei einer Temperatur oberhalb 275 und unterhalb 3820C extrudiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung mit einem Extrusions-Verhaltnis von 7 : 1 bis 37 : 1 extrudiert wird.

12. Verfahren zur Herstellung eines Knetwerkstoffs für eine Legierung auf Zinkbasis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Knetwerkstoff Aluminium in einer Menge von etwa 14 bis etwa 15 Gew.%,Kupfer in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 0,8 Gew.

verwendet und die Legierung mit einem Extrusions-Verhältnis von etwa 5 : 1 bis etwa 75 : 1 extrudiert wird.

13. Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Knetwerkstoff Aluminium in einer Menge von etwa 14 bis, etwa 15 Gew.%, Kupfer in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 0,8 Gew.% verwendet', die Legierung mit einem Extrusions-Verhältnis von etwa 5 : 1 bis etwa 75 : 1 extrudiert und der Werkstoff mit einem ReduktionsnVerhält,-nis von etwa 5 : 1 bis etwa 75 : 1 deformiert wird.

14. Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Knetwerkstoff Aluminium in einer Menge von etwa 13 bis etwa 18 Ges.* verwendet und die Legierung mit einem Extrusions-Verhältnis von etwa 7 : 1 bis etwa 37 : 1 extrudiert wird.

15. Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Knetwerkstoff Aluminium in einer Menge von etwa 13 bis etwa 18 Gew.

verwendet, die Legierung mit einem Extrusions-Verhältnis von etwa 7 : 1 bis etwa 37 : 1 extrudiert und der Knetwerkstoff mit einem Reduktions-Verhältnis von etwa 7 : 1 bis etwa 37 : 1 deformiert wird.

16. Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Knetwerkstoff Aluminium in einer Menge von etwa 14' bis etwa 15 Gew.%, Kupfer in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 0,8 Ges.« verwendet und die Legierung mit einem Extrusions-Verhältnis von etwa? 7 : 1 bis etwa 37 : 1 extrudiert wird.

17. Verfahren zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasia nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Knetwerkstoff Aluminium in einer Menge von etwa 14 bis etwa 15 Ges.«, Kupfer in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 0,8 Ges.« verwendet, die Legierung mit einem Extrusions-Verhältnis von etwa 7 t 1 bis etwa 37 : 1 extrudiert und der Werkstoff mit einem Reduktions-Verhältnis von etwa 7 : 1 bis etwa 37 : 1 deformiert wird.

18. Knetwerkstoff auf Zinkbasis zur Herstellung einer Knetlegierung auf Zinkbasis nach Anspruch 1, bestehend im wesentlichen aus von 9 bis 22 Gew.% Aluminium, von 0,5 bis 1,5 Gew. Kupfer, von 0,01 bis 0,03 Gew.% Magnesium, Rest Zink, extrudiert mit einem Extrusions-Verhältnis von mindestens 5 : 1 und bei einer Tempern tur oberhalb 275 und unterhalb 38200.

19. Knetwerkstoff auf Zinkbasis nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 13 bis 18 Gew. Aluminium.

20. Knetwerkstoff auf Zinkbasis nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 14 bis 15 Gew.% Aluminium und 0,5 bis 0,8 Gew.% Kupfer.

21. Knetstück auf Zinkbasis mit erhöhter Zugfestigkeit, Maßbeständigkeit und BruchfestigWeft bei Schlagbeanspruchung bei niedrigen Temperaturen, bestehend im wesentlichen aus von 9 bis 22 Gew.% Aluminium, von 0,5 bis 1,5 Gew.% Kupfer, von 0,01 bis 0,03 Gew.

-Mågnesium, Rest Zink, extrudiert mit einem Extrusions-Verhältnis von mindestens 5 : 1 und bei einer Temperatur oberhalb 275 und unterhalb 38200,, geknetet bei einer Temperatur oberhalb 275 und unterhalb 3820C und getempert über eine bis fünf Stunden bei einer Temperatur im Bereich von etwa 200 bis etwa 275°C.

22. Knetstiick auf Zinkbasis nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 14 bis 15 Gew.% Aluminium und 0,5 bis -0,8,Gew.% Kupfer.