DE1052122B

DE1052122B - Zinc alloy and process for its manufacture

Info

Publication number: DE1052122B
Application number: DEN5731A
Authority: DE
Inventors: Dr Willi Neu
Original assignee: WILLI NEU DR
Current assignee: WILLI NEU DR
Priority date: 1952-06-30
Filing date: 1952-06-30
Publication date: 1959-03-05

Description

DEUTSCHESGERMAN

Zinklegierungen, die Aluminium enthalten, sind bereits in zahlreichen Mischungsverhältnissen bekannt, jedoch haben diese Legierungen bisher keine über eine größere Reihe von Verwendungsmöglichkeiten reichende allgemeinere Bedeutung erlangt. Zur Herstellung von Spritzguß- oder Preßguß teilen sowie zur Herstellung von Kleinteilen für verschiedene Industrien wurden Zink-Aluminium-Legierungen verwendet, wenn an die Festigkeit und die sonstigen mechanischen Eigenschaften des Materials keine höheren Anforderungen gestellt wurden. Es sind auch Zink-Aluminium-Legierungen bekannt, denen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften andere Metalle, wie Kupfer, Mangan, Magnesium, Nickel, Chrom oder Titan, zugesetzt sind. Ferner ist es bekannt, Zink-Aluminium-Legierungen einen verhältnismäßig geringen Prozentsatz Silizium zuzusetzen. Alle diese Legierungen, insbesondere die Legierung mit höherem Siliziumgehalt, neigen zur Grobkornbildung. Bei Anwesenheit von Eisen, das sich in der Praxis kaum vollständig vermeiden läßt, bildeten sich insbesondere lange Nadeln, die das Material brüchig machen,.Zinc alloys that contain aluminum are already known in numerous mixing ratios, however, these alloys have heretofore failed to have a wide range of uses reaching a more general meaning. Share for the production of injection molding or pressure molding as well zinc-aluminum alloys were used to manufacture small parts for various industries, if the strength and other mechanical properties of the material are not higher Requirements were made. There are also zinc-aluminum alloys known to improve the mechanical properties of other metals, such as copper, manganese, magnesium, nickel, or chromium Titanium, are added. It is also known that zinc-aluminum alloys have a relatively small amount Add percentage of silicon. All of these alloys, especially the alloy with higher Silicon content, tend to form coarse grains. In the presence of iron, this is hardly possible in practice can be completely avoided, long needles in particular formed, which make the material brittle.

Gegenstand der Erfindung ist eine Zinklegierung, die 30 bis 60%, insbesondere 35 bis 55%, Aluminium, 0,1 bis 15%, insbesondere 0,3 bis 12%, Kohlenstoff, Rest Zink, enthält. Der Kohlenstoff kann ganz oder teilweise durch Bor ersetzt sein, wobei der Aluminiumgehalt mindestens 35% beträgt. Es hat sich gezeigt, daß durch den Zusatz von Kohlenstoff und/oder Bor zu einer Zink-Aluminium-Legierung der angegebenen Zusammensetzung eine Verfeinerung des Kornes erreicht wird, auch wenn die Legierung größere Mengen Silizium enthält und auch wenn Spuren von Eisen Vorhanden sind. Dieses feine Gefüge der Legierung bleibt auch erhalten, wenn_derKohlenstoff oder das Bor teilweise oder ganz durch Phosphor ersetzt sind. "Ferner können diese Elemente, wenn zur Erreichung bestimmter Materialeigenschaften ein Siliziumgehalt der Legierung erwünscht ist, teilweise durch Silizium ersetzt sein. Die Legierung kann ferner zur A^erbesserung der Materialeigenschaften unter entsprechender Verringerung des Zinkgehaltes zusätzlich noch 0,05 bis 6% Kupfer, Erdalkali- oder Alkalimetall, insbesondere Magnesium, sowie Titan, Nickel oder Kobalt enthalten, wobei die Gesamtsumme der Zusätze außer Aluminium, Kohlenstoff, Bor, Phosphor und Silizium 6% nicht übersteigen soll.The invention relates to a zinc alloy which contains 30 to 60%, in particular 35 to 55%, aluminum, 0.1 to 15%, in particular 0.3 to 12%, carbon, the remainder being zinc. The carbon can be completely or partially replaced by boron, the aluminum content being at least 35%. It has been shown that the addition of carbon and / or boron to a zinc-aluminum alloy of the specified composition achieves a refinement of the grain, even if the alloy contains large amounts of silicon and also if traces of iron are present. This fine structure of the alloy is retained even if the carbon or the boron are partially or completely replaced by phosphorus. "Furthermore, if a silicon content of the alloy is desired to achieve certain material properties, these elements can be partially replaced by silicon. To improve the material properties, the alloy can also contain 0.05 to 6% copper, alkaline earth with a corresponding reduction in the zinc content - Or alkali metal, in particular magnesium, as well as titanium, nickel or cobalt, the total of the additives except aluminum, carbon, boron, phosphorus and silicon should not exceed 6%.

Gemäß der weiteren Erfindung können die neuen Zink-Legierungen dadurch hergestellt werden, daß zuerst Zink und Aluminium zusammengeschmolzen werden und der Schmelze Bor und/oder Kohlenstoff und/ oder Silizium sowie eines oder mehrere der vorstehend genannten Metalle in Form von Legierungen oder chemischen Verbindungen zugegeben werden. Beson-Zinklegierung und Verfahren
zu ihrer HerstellungAccording to the further invention, the new zinc alloys can be produced by first melting zinc and aluminum together and adding boron and / or carbon and / or silicon and one or more of the aforementioned metals in the form of alloys or chemical compounds to the melt . Beson zinc alloy and process
for their manufacture

Anmelder:Applicant:

ίο Dr. Willi Neu,ίο Dr. Willi Neu,

Saarbrücken, Mainzer Str. 237Saarbrücken, Mainzer Str. 237

Dr. Willi Neu, Saarbrücken,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Willi Neu, Saarbrücken,
has been named as the inventor

ders vorteilhaft ist es, der Schmelze die zusätzlichen Komponenten in Form von Hydriden der einzubringenden Metalle zuzugeben. Dabei werden die Hydride thermisch gespalten, das im Hydrid enthaltene Metall verteilt sich rasch und gleichmäßig in der Legierung, während der Wasserstoff entweicht und verbrennt und dabei der Schmelze etwa noch vorhandene SauerstofF-reste entzieht. Die Zugabe der Legierungskomponenten kann also beispielsweise in Form der Legierungen bzw. Verbindungen Calcium —Silizium, Aluminium — Silizium, Magnesium —Silizium, Kupfer—Silizium oder in Form der Hydride des Calciums, Bariums, Natriums, Kaliums oder Phosphors erfolgen. Der Phosphor kann ferner auch in Form von Phosphorverbindungen mit den Zuschlagmetallen, wie z. B. Phosphor —Kupfer oder Phosphor —Calcium, in die Schmelze eingebracht werden. Ein besonderes gleichmäßiges, feinporiges Material, das z. B. für Lager oder Gleitzwecke geeignet ist, wird erhalten, wenn dem Schmelzbad Monazit zugesetzt wird. Ein heftiges Aufschäumen der Schmelze zeigt die Wirkung an.It is also advantageous to add the additional components in the form of hydrides to the melt Admit metals. The hydrides, the metal contained in the hydride, are thermally cleaved spreads quickly and evenly in the alloy, while the hydrogen escapes and burns and this removes any residual oxygen from the melt. The addition of the alloy components can therefore, for example, in the form of alloys or compounds calcium - silicon, aluminum - Silicon, magnesium — silicon, copper — silicon or in the form of the hydrides of calcium, barium, sodium, potassium or phosphorus. Of the Phosphorus can also be used in the form of phosphorus compounds with the aggregate metals, such as. B. Phosphorus — copper or phosphorus — calcium, in the Melt are introduced. A particularly uniform, fine-pored material that z. B. for bearings or is suitable for sliding purposes, is obtained when monazite is added to the weld pool. A violent one Foaming of the melt indicates the effect.

Legierungen gemäß der Erfindung können etwa folgende Zusammensetzung haben:Alloys according to the invention can have the following composition:

example 1

34,2 Gewichtsprozent Al34.2 weight percent Al

62,0 Gewichtsprozent Zn62.0 percent by weight Zn

0,4 Gewichtsprozent B0.4 weight percent B

2,7 Gewichtsprozent Cu2.7 weight percent Cu

0,7 Gewichtsprozent Si0.7 weight percent Si

100,0 Total100.0 total

809 768/441809 768/441

Example 2

49,1 Gewichtsprozent Al49.1 weight percent Al

49,1 Gewichtsprozent Zn49.1 percent by weight Zn

0,05 Gewichtsprozent Mg0.05 weight percent Mg

1,0 Gewichtsprozent Cu1.0 weight percent Cu

0,3 Gewichtsprozent Si0.3 weight percent Si

0,3 Gewichtsprozent B0.3 weight percent B

0,1 Gewichtsprozent Ca0.1 weight percent approx

Spuren FeTraces of Fe

99.95 Total99.95 total

Example 3

45,25 Gewichtsprozent Al45.25 weight percent Al

45,25 Gewichtsprozent Zn45.25 percent by weight Zn

1,00 Gewichtsprozent Mg 2,70 Gewichtsprozent Cu1.00 weight percent Mg 2.70 weight percent Cu

5,40 Gewichtsprozent Si5.40 weight percent Si

0,27 Gewichtsprozent B0.27 weight percent B

0,09 Gewichtsprozent Ca0.09 percent by weight approx

Spuren FeTraces of Fe

99.96 Total99.96 total

Example 4

29,25 Gewichtsprozent Al29.25 weight percent Al

68,25 Gewichtsprozent Zn68.25 percent by weight Zn

0,05 Gewichtsprozent Mg0.05 weight percent Mg

Spuren BaTracks Ba

0,49 Gewichtsprozent P0.49 weight percent P

1,75 Gewichtsprozent Cu1.75 weight percent Cu

0,19 Gewichtsprozent Ni0.19 weight percent Ni

99,98 Total99.98 total

Example 5

24,45 Gewichtsprozent Al 73,32 Gewichtsprozent Zn24.45 percent by weight Al 73.32 percent by weight Zn

0,5 Gewichtsprozent P0.5 weight percent P

0,03 Gewichtsprozent B0.03 weight percent B

1,6 Gewichtsprozent Cu1.6 weight percent Cu

0,1 Gewichtsprozent Ni0.1 weight percent Ni

100,00 Total100.00 total

Durch die gewählten Zuschläge werden Zinklegierungen erhalten, die gleichmäßig feinporig sind und sich insbesondere zur Herstellung von Werkstücken eignen, deren Oberfläche gleitender oder rollender Reibung ausgesetzt ist, also vor allem von Lagern aller Art; die Legierungen sind ierner besonders geeignet zur Herstellung von Werkstücken, bei denen neben hoher Festigkeit geringes Gewicht und geringe Masse erforderlich sind, beispielsweise für Maschinenteile, die hin- und hergehende Bewegungen ausführen.The selected additives result in zinc alloys that are evenly fine-pored and are particularly suitable for the production of workpieces whose surface is sliding or rolling Is exposed to friction, so especially from bearings of all kinds; the alloys are also particularly suitable for the production of workpieces, where in addition to high strength, low weight and low Mass are required, for example for machine parts that perform reciprocating movements.

Die Legierungen können in an sich bekannter Weise im Strangguß, Druck-, Preß- oder Spritzguß weitery_erarbeitet werden. Dabei sollen sie nicht zu heiß vergossen weraen. Die einzuhaltende Temperaturgrenze liegt etwa zwischen 550 und 680° C. Überhitzungen, die ein Entlegieren und einen Verderb des Materials zur Folge haben könnten, sind zu vermeiden. Im Gegensatz zu vielen anderen Metallegierungen kann das Abfalltnaterial, wie Gußtrichter, Ränder usw., ohne weiteres der Schmelze wieder zugesetzt werden, ohne daß sich schädliche Nebenwirkungen einstellen. Eine besonders günstige Struktur kann erzielt werden, wenn bei der Verarbeitung der Legierungen gemäß der Erfindung die Gußstücke bei oder nach dem Erkalten einer thermischen Nachbehandlung unterworfen werden. Diese thermische Nachbehandlung kann insbesondere darin bestehen, daß die WerK-stucEe nach dem Guß stufenweise oder in einem Vorgang abgekühlt werden. Diese thermische Nachbehandlung ist den einzelnen Legierungen anzupassen und dem Verwendungszweck entsprechend zu wählen. Die Abkühlung des Werkstückes kann durch VerwendungThe alloys can be processed in a manner known per se in continuous casting, pressure, pressure or injection molding. They should not be poured too hot. The temperature limit to be observed is between 550 and 680 ° C. Avoid overheating, which could lead to de-alloying and spoilage of the material. In contrast to many other metal alloys, the waste material, such as pouring funnels, edges, etc., can easily be added back to the melt without adverse side effects occurring. A particularly favorable structure can be achieved if, during processing of the alloys according to the invention, the castings are subjected to a thermal aftertreatment during or after cooling. This thermal aftertreatment can in particular consist in the fact that the work pieces are cooled in stages or in one process after the casting. This thermal post-treatment must be adapted to the individual alloys and selected according to the intended use. The cooling of the workpiece can be achieved by using

ίο von Gußkernen aus Stahl, gegebenenfalls mit Wasser^ kühlung, bewirkt werden. Auch kann das Gußstück" nach dem Abkühlen auf eine bestimmte Temperatur wieder erwärmt werden.ίο be effected by cast iron cores made of steel, possibly with water cooling. The casting can also be reheated to a certain temperature after cooling.

Die erfindungsgemäßen Legierungen sind durch die verschiedenartigen Zusätze nicht nur sehr variationsfähig, sie zeigen auch gute Spanbarkeit, schmieren nicht und sind leicht polierbar. Andererseits kann durch reichere Zugabe von ^Graphit eine selbstschmierende Legierung, die als Lagermaterial besonders gut geeignet ist, erhalten werden. TJTeses 'Lagermaterial ist für die Herstellung von Preßgußlagern und besonders für Rollen- oder Kugellagerkäfige, die auch gespritzt werden können, geeignet und hat eine außerordentlich hohe mechanische Widerstandsfähigkeit. The alloys according to the invention are not only very versatile due to the various additives, they also show good machinability, do not smear and are easy to polish. On the other hand, can a self-lubricating alloy, which is particularly suitable as a bearing material, thanks to the richer addition of ^ graphite is well suited to be obtained. TJTeses' stock material is for the production of die-cast bearings and especially for roller or ball bearing cages that can also be sprayed, is suitable and has an extremely high mechanical resistance.

Ein gleichmäßiger Verlauf des Sahmelzprozesses bis zum Guß kann dadurch erreicht werden, daß die Schmelze mit Halogensalzen und/oder Silikaten abgedeckt wird oder daß in das Bad nach an sich bekannten Verfahren Chlor eingeführt und dadurch Chloride erzeugt werden, die eme schaumige, als Abdeckmaterial dienende Masse bilden.A uniform course of the melting process up to the casting can be achieved in that the Melt is covered with halogen salts and / or silicates or that in the bath according to known Process chlorine introduced and thereby chlorides are generated, the eme foamy, as a cover material Form serving mass.

Die Legierungen gemäß der Erfindung haben den weiteren Vorteil, daß sie in Kokillen vergossen werden können, so daß eine weitgehende Ersparnis bei der Behandlung der Oberflächen erzielt wird. Poröse Stellen, Gaseinschlüsse und Sogstellen können praktisch vollkommen vermieden werden^ Das Korn der Legierungen ist fein und einheitlich, die Oberfläche verträgt starke Angriffe mechanischer und atmosphärischer Art.The alloys according to the invention have the further advantage that they are cast in permanent molds can, so that a substantial saving in the treatment of the surfaces is achieved. Porous Places, gas inclusions and suction points can practically be completely avoided ^ The grain of the Alloy is fine and uniform, the surface can withstand strong mechanical and atmospheric attacks Art.

Durch diese Eigenschaften können die erfindungsgemäßen Legierungen in einem weiten Gebiet Anwendung finden und durch die große Wandlungsfähigkeit ihrer Eigenschaften allen Spezialzwecken angepaßt werden. So kann beispielsweise durch die Wahl der Zusätze auch die Porosität des Materials gelenkt werden, so daß von einem gewünscht porösen Material bis zu einem Material von hoherDichte je nach Wunsch die verschiedensten Eigenschaften erreichbar sind. Die erfindungsgemäßen Legierungen können daher an Stelle von Bronze, Bleibronze, Grauguß, Sintermetall und auch an Stelle gewisser Stähle Verwendung finden. Durch die thermische Nachbehandlung kann die Festigkeit so erhöht werden, daß Brinellhärten bis zu 230° erreicht werden. Dabei ist in vielen Fällen das wesentlich geringere spezifische Gewicht, das etwa zwischen 3,5 und 5,0 liegt, von besonderem Vorteil. Infolge der hohen Festigkeit und des geringen Gewichtes bzw. der geringen Masse sind diese Legierungen nicht nur für Maschinenteile, die hin- und hergehende Bewegungen ausführen, sondern auch für Getriebekasten und ähnliche Teile sehr gut geeignet. Durch die geringe Masse sind sie ferner auch geeignet zur Herstellung von Webstuhlteilen sowie von Teilen für Fahrzeuge, landwirtschaftliche Maschinen, Baumaschinen und Maschinen der Zement-, Ziegel- und Brikettindustrie. Vielfach liegt der Preis der neuen Legierung unter dem Preis der bisher zu den gleichen Zwecken verwendeten Werkstoffe, so daßDue to these properties, the alloys according to the invention can be used in a wide range find and adapted to all special purposes due to the great versatility of their properties will. For example, the choice of additives can also control the porosity of the material from a desired porous material to a high density material as desired the most diverse properties can be achieved. The alloys according to the invention can therefore Instead of bronze, lead bronze, gray cast iron, sintered metal and also in place of certain steels Find. The thermal treatment can increase the strength so that Brinell hardnesses up to can be reached to 230 °. In many cases, this is the significantly lower specific weight, for example between 3.5 and 5.0 is particularly advantageous. Due to the high strength and low weight or the low mass, these alloys are not only used for machine parts that move back and forth Execute movements, but also very suitable for gear boxes and similar parts. Due to their low mass, they are also suitable for the production of loom parts as well as Parts for vehicles, agricultural machines, construction machinery and cement, brick and and briquette industry. In many cases, the price of the new alloy is below the price of the previous one materials used for the same purposes, so that

durch die Verwendung der neuen Legierung auch eine Verbilligung vieler Erzeugnisse erreichbar ist.Many products can also be made cheaper by using the new alloy.

Claims

1. Zinc alloy, characterized by the following composition: 30 to 60%>, in particular 35 to 55%, aluminum, 0.1 to 15%, in particular 0.3 to 12%, carbon, the remainder zinc.

2. Alloy according to claim 1, characterized in that the carbon is wholly or partially is replaced by boron and the aluminum content is at least 35%.

3. Alloy according to claim 1 or 2, characterized in that boron or carbon is partially or are completely replaced by phosphorus.

4. Alloy according to claim 1, 2 or 3, characterized in that boron, carbon or Phosphorus are partially replaced by silicon.

5. Alloy according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is under corresponding Reduction of the zinc content also contains 0.05 to 6% copper.

6. Alloy according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is under corresponding Reduction of the zinc content an additional 0.05 to 6% alkaline earth or alkali metal, in particular Contains magnesium, the sum total of the additions of elements other than aluminum, carbon, Boron, phosphorus and silicon does not exceed 6%.

7. Alloy according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is under corresponding Reduction in the zinc content additionally contains 0.05 to 6% titanium, the total of which is The addition of elements other than aluminum, carbon, boron, phosphorus and silicon does not exceed 6 ° / o.

8. Alloy according to one of claims 1 to 7, characterized in that it is under corresponding Reduction of the zinc content in addition Contains 0.05 to 6% nickel or cobalt, the total of the additions of elements other than Aluminum, carbon, boron, phosphorus and silicon does not exceed 6%.

9. Process for making alloys 4-5 according to one of claims 1 to 8, characterized in that zinc and aluminum melted together be and the melt boron and / or carbon and / or silicon as well as the in the other metals mentioned in claims 3 to 6 in the form of alloys or chemical compounds be admitted.

10. The method according to claim 9, characterized in that that the melt the additional components in the form of hydrides to be introduced Metals are added.

11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that monazite is added to the melt will.

12. Use of alloys according to one of claims 1 to 8, produced according to claims 9 to 11, for the production of workpieces, the surface of which is sliding or rolling Is exposed to friction, especially for bearings of all kinds.

13. Use of alloys according to claims 1 to 8, produced according to claims 9 to 11, for the production of workpieces in which, in addition to high strength, low weight or low mass is required, for example for machine parts that perform reciprocating movements.

14. A method for processing zinc alloys according to claims 1 to 8, characterized in that that the castings are subjected to a thermal aftertreatment during or after cooling will.

15. The method according to claim 14, characterized in that the workpieces after the casting be cooled gradually or in one operation.

16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that the cooling by Use of cast cores made of steel, possibly with water cooling.

17. The method according to claim 14, 15 or 16, characterized in that the casting according to after cooling to a certain temperature is reheated.

Considered publications:

German Patent No. 399 026;

U.S. Patent No. 1490,696;

Ap el, Zinc Alloys, Patent Collection, 1943, Part 2, Delivery 1, pp. 1248 to 1251;

Grützner-Apel, aluminum alloys, patent collection, 1936, pp. 627, 629, 635 to 637;

Grützner-Apel, aluminum alloys, patent collection, 1st supplementary volume, 1939, 2nd part, p. 884.