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Zinklegierung, insbesondere fiir Spritzguss.
Den Gegenstand der Erfindung bilden Zinklegierungen für Spritzguss.
Eisen und Stahl, welche zur Herstellung des Schmelztiegels sowie der Diisen und Formen fiir Spritzguss verwendet werden müssen, werden von geschmolzenem Zink angegriffen, und die Erfahrung hat gelehrt, dass man dem Zink mindestens 0-25% Aluminium zusetzen muss, um diese zerstörende Einwirkung so weit herabzumindern, dass die Lebensdauer der Vorrichtungen ein annehmbares Mass erreicht.
Legierungen für Spritzguss müssen, um in die Formen gut einzufliessen und diese vollständig auszufüllen, einen gewissen Grad an Flüssigkeit besitzen, und hiezu ist ein Gehalt von 2% Aluminium oder mehr erforderlich. Es ist auch längst bekannt, dass Aluminium die Zugfestigkeit von Zink erhöht, und schon
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erwünscht erscheinen.
Zink-Aluminiumlegierungen mit weniger als etwa 80% Aluminium unterliegen nach Festwerden einer Strukturänderung, die allgemein unter "Phasenänderung" oder in diesem Falle insbesondere unter eutektoider Reaktion bekannt ist. Diese Phasenänderung besteht in der Bildung zweier kristallinischer Formen oder Phasen aus einer vorher bestandenen Phase und ist von gewissen Änderungen in den physikalischen Eigenschaften der Legierung, z. B. Erhöhung der Dichte, Härte und Zugfestigkeit und Abnahme an Duktilität und Schlagfestigkeit begleitet. Diese Phasenänderung kann während der dem Giessen folgenden Abkühlung vor sich gehen und kann durch Beeinflussungen verzögert oder aufgehoben werden, in welchen Fällen sie sich bei gewöhnlichen Temperaturen im Verlaufe von Monaten allmählich vollziehen kann.
Ein zweites manchmal vorkommendes Stadium von Phasenänderung ist das Anwachsen oder Coaleszieren der ausserordentlich kleinen, erst gebildeten Teilchen zu grösseren Teilchen. Dieses Stadium kann von einem Erweichen und einer Herabminderung der Zugfestigkeit sowie von einer Erhöhung an Duktilität und Schlagfestigkeit begleitet sein.
Zink-Aluminiumlegierungen innerhalb des angegebenen Zusammensetzungsbereiehes unterliegen ferner auch einer Art von Desintegration, die gewöhnlich als interkristallinische Oxydation bezeichnet wird. In Grenzfällen kann unter der Einwirkung von Wärme und Feuchtigkeit die interkristallinische Oxydation Stücke aus diesen Legierungen gänzlich durchsetzen und ein Quellen, Werfen, ja selbst einen vollständigen Zerfall hervorrufen.
Interkristallinische Oxydation geht einigermassen mit der Phasenänderung Hand in Hand und ist zum Teil von letzterer abhängig.
Man hat bereits erkannt, dass manche andere Metalle bei ihrer Anwesenheit in diesen ZinkAluminiumlegierungen entweder auf die Phasenänderung oder auf die interkristallinisehe Oxydation oder auf beide Erscheinungen wesentlichen Einfluss ausüben. So ist es z. B. bekannt, dass Kupfer und Magnesium auf die Phasenänderung entweder hinsichtlich der Geschwindigkeit, mit welcher diese sich vollzieht, oder hinsichtlich Vollständigkeit der Reaktion oder auch in manchen andern, bisher nicht restlos erkannten Belangen einwirken. Die von Kupfer und Magnesium auf die Phasenänderung hervorgebracht
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aus, vermindert dagegen beträchtlich die Widerstandsfähigkeit gegen interkristallinische Oxydation.
Kadmium hat wohl auch auf die Phasenänderung einen gewissen Einfluss, setzt aber in Anwesenheit von Blei die Beständigkeit der Legierungen gegen interkristallinische Oxydation gewöhnlich herab.
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Für Spritzgut geeignete Zinnlegierungen sind bekannt und stehen in Verwendung, so z. B. eine Legierung, welche 4% Aluminium, 3% Kupfer und als Rest hochwertiges Zink enthält. Wiewohl für manche Zwecke entsprechend, weist diese Legierung doch zwei Mängel auf : 1. beim Altern sowohl bei normaler als auch höherer Temperatur verliert die Legierung beträchtlich an Schlagfestigkeit und unterliegt Änderungen in ihren linearen Abmessungen ; 2. Feuchtigkeit und insbesondere Feuchtigkeit und Wärme gleichzeitig ausgesetzt, unterliegt die Legierung interkristallinischer Oxydation und wesentlichen Änderungen in ihren physikalischen Eigenschaften und in ihren Abmessungen.
Eine andere Legierung dieser Art (U. S. P. 1, 596. 761), die marktmässig gewöhnlich aus
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zweiten der vorerwähnten Mängel obiger Legierung (interkristallinisehe Oxydation) nicht auf, wohl aber den ersten, nämlich Schlagfestigkeitsverlust und Dimensionsänderung beim Altern. Dadurch wird der Verwendungsbereieh dieser Legierungen recht eingeengt, die eine sehr hohe, das normal notwendige Mass weit übersteigende Zugfestigkeit zeigen, und wenn die erwähnten Mängel selbst auf Kosten einer beträchtlichen Herabsetzung der Zugfestigkeit beseitigt werden können, ist dies vorteilhaft.
Bei einer Legierung, die aus 4% Aluminium, 0'1% Magnesium und aus Zink von ausserordentlicher Reinheit, das nicht mehr als 0-01% Blei + Kadmium enthält, zusammengesetzt ist, sind Schlagfestigkeits- verluste und Abmessungsänderungen beim Altern auf Kosten der Zugfestigkeit annähernd gänzlich beseitigt.
Vorliegende Erfindung bezweckt, die Zugfestigkeit von Legierungen letztgenannter Art nach dem Altern, unter Beibehaltung gewisser Vorzüge derselben, zu verbessern. Es hat sich ergeben, dass die Anwesenheit begrenzter Mengen von Kupfer in solchen Legierungen eine Verbesserung ihrer Zugfestigkeit nach dem Altern bewirkt, ohne andere erwünschte Eigenschaften (Schlagfestigkeit, Dimensionskonstanz beim Altem) ernstlich zu beeinträchtigen.
Die Erfindung betrifft nun Zinklegienmgen für Spritzguss (und daraus hergestellte Erzeugnisse), welche eine für Spritzgusszwecke geeignete Menge an Aluminium, etwa 2-10% (vorzugsweise 4%),
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Zink, welches nicht mehr als 0'01% Blei+Kadmium und nicht mehr als 0-001% Zinn enthält. Die aus solchen Legierungen erzeugten Gussstücke zeichnen sich durch eine beim Altern unter normalen oder etwas erhöhten Temperaturen praktisch unveränderte Schlagfestigkeit, durch eine praktisch vernachlässigbare Änderung in Abmessungen und durch eine erhöhte Zugfestigkeit nach dem Altern aus.
Man hat schon erkannt, dass gewöhnlich bessere Resultate erzielt werden, wenn man bei den bekannten Zink-Spritzgusslegierungen hochwertiges Zink verwendet, und hat das bekannte Horsehead-
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heit weder als notwendig noch als vorteilhaft erachtet hat. Das"Horsehead-Brand"-Zink besteht durchschnittlich aus 99-94% Zink und enthält etwa 0-045% Blei und etwa 0-003% Kadmium.
Bei der bevorzugten Ausführung wird die Zinklegierung nach der Erfindung aus Zink von hoher Reinheit hergestellt, welches nicht mehr als 0#01% Blei+Kadmium enthält und weist einen Gehalt von
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Reinheit auf, dessen Gehalt an Blei + Kadmium 0-01% nicht übersteigt. Zinn soll praktisch überhaupt nicht vorhanden sein, in keinem Falle aber 0'001% Übersteigen.
Die folgenden Tabellen zeigen die Verbesserung der Zugfestigkeit nach dem Altern bei vier Legierungen C, D, E und F, welche in den Rahmen der Ansprüche fallen, gegenüber einer Vergleichslegierung B ohne Kupfer. Die Tabellen zeigen auch die Vorzüge hinsichtlich Schlagfestigkeit und linearer Ausdehnung gegenüber einer Legierung. A mit einem die erfindungsgemäss gezogene Grenze von zu übersteigenden Kupfergehalt.
Tabelle 1.
Zusammensetzung der Legierungen.
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<tb>
<tb>
Zinkmetall <SEP> enthaltend
<tb> Legierung <SEP> Al <SEP> Cu <SEP> Mg
<tb> Pb <SEP> Cd
<tb> A <SEP> 4% <SEP> 3% <SEP> 0#1% <SEP> 0#0025% <SEP> 0#002%
<tb> B <SEP> 4% <SEP> 0% <SEP> 0#1% <SEP> 0#0025% <SEP> 0#002%
<tb> C <SEP> 4% <SEP> 0#1% <SEP> 0#1% <SEP> 0#0025% <SEP> 0#002%
<tb> D <SEP> 4% <SEP> 0#5% <SEP> 0#1% <SEP> 0#0025% <SEP> 0#002%
<tb> E <SEP> 4% <SEP> 1#0% <SEP> 0#1% <SEP> 0#0025% <SEP> 0#002%
<tb> F <SEP> 4% <SEP> 2#0% <SEP> 0#1% <SEP> 0#0025% <SEP> 0#002%
<tb>
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Tabelle IL Zugfestigkeit in kg pro cm2.
Flache Probestücke.
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<tb>
<tb>
Nach <SEP> 30tägigem
<tb> Nach <SEP> dem <SEP> Ausgesetzt <SEP> Dampf <SEP> von <SEP> 95 <SEP> C <SEP> nach <SEP> Aussetzen <SEP> der <SEP> EinLegierung <SEP> Guss <SEP> wirkung <SEP> von <SEP> Dampf
<tb> 1 <SEP> Tag <SEP> 5 <SEP> Tagen <SEP> 10 <SEP> Tagen <SEP> I <SEP> 20 <SEP> Tagen <SEP> bei <SEP> 70'C
<tb> A <SEP> 3290 <SEP> 3100 <SEP> 3044 <SEP> 3023 <SEP> 2714 <SEP> 2960
<tb> B <SEP> 2939 <SEP> 2552 <SEP> 2362 <SEP> 2243 <SEP> 2067 <SEP> 2306
<tb> C <SEP> 2770 <SEP> 2524 <SEP> 2383 <SEP> 2193 <SEP> 2172 <SEP> 2383
<tb> D <SEP> 2784 <SEP> 2601 <SEP> 2397 <SEP> 2299 <SEP> 2285 <SEP> 2461
<tb> E <SEP> 3002 <SEP> 2672 <SEP> 2510 <SEP> 2348 <SEP> 2383 <SEP> 2629
<tb> F <SEP> 3023 <SEP> 2693 <SEP> 2629 <SEP> 2559. <SEP> 2545 <SEP> 2622
<tb>
Tabelle III.
Schlagfestigkeit in mkg pro cm ?.
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<tb>
<tb>
Nach <SEP> 30tägigem
<tb> Ausgesetzt <SEP> Dampf <SEP> von <SEP> 95 C <SEP> nach
<tb> Nach <SEP> dem <SEP> Aussetzen <SEP> der <SEP> EinLegierung
<tb> Guss <SEP> wirkung <SEP> von <SEP> Dampf
<tb> bei <SEP> 70 <SEP> C
<tb> 1 <SEP> Tag <SEP> 5 <SEP> Tagen <SEP> 10 <SEP> Tagen <SEP> 20 <SEP> Tagen
<tb> A <SEP> 2#79 <SEP> 2#01 <SEP> 0#73 <SEP> 0#36 <SEP> 0#38 <SEP> 0#49
<tb> B <SEP> 1#86 <SEP> 2#34 <SEP> 2#10 <SEP> 2#04 <SEP> 2#55 <SEP> 1#69
<tb> C <SEP> 2#70 <SEP> 4#24 <SEP> 2#57 <SEP> 1#93 <SEP> 1#05 <SEP> 2#31
<tb> D <SEP> 3#41 <SEP> 3#69 <SEP> 3#58 <SEP> 2#55 <SEP> 1#61 <SEP> 2#57
<tb> E <SEP> 3#62 <SEP> 4#07 <SEP> 3#64 <SEP> 2#94 <SEP> 1#46 <SEP> 2#83
<tb> F <SEP> 3#17 <SEP> 3#77 <SEP> 2#46 <SEP> 1#76 <SEP> 1#14 <SEP> 2#61
<tb>
Tabelle IV.
Lineare Ausdehnung in mm.
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<tb>
<tb>
Nach <SEP> 30tägigem
<tb> Breite <SEP> in <SEP> mm
<tb> Ausgesetzt <SEP> Dampf <SEP> von <SEP> 95 <SEP> C <SEP> nach
<tb> Aussetzen <SEP> der <SEP> EinLegierung <SEP> nach <SEP> dem <SEP> wirkung <SEP> von <SEP> Dampf
<tb> 70 <SEP> C
<tb> 1 <SEP> Tag <SEP> 5 <SEP> Tagen <SEP> 10 <SEP> Tagen <SEP> 20 <SEP> Tagen <SEP> bei
<tb> A <SEP> 18#87 <SEP> 0#01 <SEP> 0#01 <SEP> 0#048 <SEP> 0#058 <SEP> 0#048
<tb> B <SEP> 18#86 <SEP> 0#002 <SEP> 0#007 <SEP> 0#022 <SEP> 0#033 <SEP> 0#017
<tb> C <SEP> 18#87 <SEP> 0#005 <SEP> 0#002 <SEP> 0#017 <SEP> 0#035 <SEP> 0#005
<tb> D <SEP> 18#87 <SEP> 0#007 <SEP> 0#000 <SEP> 0#007 <SEP> 0#022 <SEP> 0#012
<tb> E <SEP> 18#88 <SEP> 0#002 <SEP> 0#002 <SEP> 0#015 <SEP> 0#017 <SEP> 0#005
<tb> F <SEP> 18#88 <SEP> 0#000 <SEP> 0#002 <SEP> 0#017 <SEP> 0#022 <SEP> 0#002
<tb>
Wie aus den Tabellen hervorgeht,
zeigt die Legierung nach der Erfindung eine beträchtlich grössere Zugfestigkeit, sowohl anfänglich als auch nach dem Altern, gegenüber der kupferfreien Legierung B und weist gleichzeitig eine gleich ungewöhnliche Beibehaltung der Abmessungen und anderer physikalischer Eigenschaften bei forciertem Altern auf. Infolgedessen können Gussstucke aus dieser Legierung dort verwendet werden, wo eine hohe, permanente Zugfestigkeit nebst Unempfindlichkeit gegen Schädigungen infolge höheren Temperaturen und Feuchtigkeit notwendig ist.