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EP2302084A1 - Zinc alloy with improved mechanical-chemical characteristics - Google Patents

Zinc alloy with improved mechanical-chemical characteristics Download PDF

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Publication number
EP2302084A1
EP2302084A1 EP09164047A EP09164047A EP2302084A1 EP 2302084 A1 EP2302084 A1 EP 2302084A1 EP 09164047 A EP09164047 A EP 09164047A EP 09164047 A EP09164047 A EP 09164047A EP 2302084 A1 EP2302084 A1 EP 2302084A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
zinc
alloy
zinc alloy
titanium
boron
Prior art date
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Ceased
Application number
EP09164047A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Erfindernennung liegt noch nicht vor Die
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grillo Werke AG
Original Assignee
Grillo Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Grillo Werke AG filed Critical Grillo Werke AG
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Priority to AT10167597T priority patent/ATE557109T1/en
Priority to EP10167597A priority patent/EP2305844B1/en
Priority to ES10167597T priority patent/ES2386532T3/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C18/00—Alloys based on zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C18/00—Alloys based on zinc
    • C22C18/02—Alloys based on zinc with copper as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C18/00—Alloys based on zinc
    • C22C18/04—Alloys based on zinc with aluminium as the next major constituent

Definitions

  • the present invention is a zinc alloy comprising not only aluminum and copper and titanium and boron, or nitrogen or carbon, and their use and a method for producing the zinc alloy.
  • Zinc alloys according to the prior art include aluminum, copper and magnesium. Such commercial zinc compounds are z. B. sold under the brand ZAMAK®. Furthermore, it is off DE 101 31 344 C1 known to provide zinc alloys for the production of zinc casting or zinc die casting with small amounts of titanium and boron. However, at most 0.05% by weight of titanium and 0.005% by weight of boron are added to increase the tensile strength of the zinc casting or zinc die casting product.
  • An object of the invention is a zinc alloy with zinc as the main constituent and aluminum, copper, and titanium and optionally boron as further alloy constituents, comprising:
  • the zinc alloy additionally comprises 0.001 to 0.06, in particular 0.002 to 0.015 wt .-% magnesium and / or 0.001 to 0.2, in particular 0.002 to 0.15 wt .-% silicon.
  • the zinc alloy comprises 0.08 to 0.12 wt% titanium.
  • the zinc alloy comprises not more than 0.02, more preferably not more than 0.01 weight percent lead, and / or not more than 0.003, more preferably not more than 0.001 weight percent cadmium, and / or not more than 0.002, in particular not more than 0.001 wt .-% iron.
  • the wrought alloy is produced in the form of, sheets, tapes, films or wires. This wrought alloy is used especially in the construction industry.
  • the melt is homogenized for 12 to 24 h at 500 to 700 ° C.
  • titanium and boron are added.
  • Table 1 Comparison of the transverse strain of a modified Zinc zinc alloy compared to the standard alloy according to EN 988 Zinc alloy after DIN EN 988 invention alloy Elongation A across 23% 37% Elongation A 50mm across 18% 34%
  • a wrought alloy produced by the method described above exhibits better mechanical / technological properties than the standard alloy.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Zinc alloy comprises zinc as main component, and aluminum, copper and titanium and optionally boron as further alloy components, where the amount of: aluminum is 0.005-20 (preferably 0.01-0.015) wt.%; copper is 0.01-1.5 (preferably 0.1-0.2) wt.%; titanium is more than 0.5 (preferably 0.08-0.10) wt.%; boron is more than 0.0005 (preferably 0.005-0.5) wt.%, nitrogen is more than 0.0005 (preferably 0.001-0.5) wt.% and/or carbon is more than 0.0005 (preferably 0.001-0.5) wt.%. An independent claim is included for a method for manufacturing the zinc alloy comprising (a) adding zinc, aluminum and copper into a container and melting, (b) homogenizing the melt at 500[deg] C for at least 12 hours, (c) subsequently adding titanium and boron or nitrogen, (d) homogenizing the alloy for at least 10 minutes, and (e) cooling.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Zinklegierung umfassend neben Aluminium und Kupfer auch Titan und Bor, oder Stickstoff oder Kohlenstoff, sowie deren Verwendung und ein Verfahren zur Herstellung der Zinklegierung.The present invention is a zinc alloy comprising not only aluminum and copper and titanium and boron, or nitrogen or carbon, and their use and a method for producing the zinc alloy.

Zinklegierungen gemäß dem Stand der Technik umfassen Aluminium, Kupfer und Magnesium. Solche handelsübliche Zinkverbindungen werden z. B. unter der Marke ZAMAK® vertrieben. Ferner ist aus DE 101 31 344 C1 bekannt, Zinklegierungen zur Herstellung von Zinkguss oder Zinkdruckguss mit geringen Mengen an Titan und Bor zu versehen. Es werden jedoch höchstens 0,05 Gew.-% Titan und 0,005 Gew.-% Bor zugesetzt, um eine Erhöhung der Zugfestigkeit der Zinkguss oder Zinkdruckgussproduke zu erreichen.Zinc alloys according to the prior art include aluminum, copper and magnesium. Such commercial zinc compounds are z. B. sold under the brand ZAMAK®. Furthermore, it is off DE 101 31 344 C1 known to provide zinc alloys for the production of zinc casting or zinc die casting with small amounts of titanium and boron. However, at most 0.05% by weight of titanium and 0.005% by weight of boron are added to increase the tensile strength of the zinc casting or zinc die casting product.

Es ist ein der Erfindung zugrunde liegendes technisches Problem die mechanischtechnologischen Eigenschaften, insbesondere, die Festigkeit, Bruchfestigkeit und Walzbarkeit von Zinklegierungen zu verbessern.It is an object of the invention technical problem to improve the mechanical properties, in particular, the strength, breaking strength and rolling of zinc alloys.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Zugabe von Titan und Bor, oder Stickstoff oder Kohlenstoff in eine Zinklegierung zu verbesserten mechanischtechnologischen Eigenschaften im ausgewalzten Produkt führt.Surprisingly, it has been found that the addition of titanium and boron, or nitrogen or carbon in a zinc alloy leads to improved mechanical properties in the rolled product.

Ein Gegenstand der Erfindung ist eine Zinklegierung mit Zink als Hauptbestandteil sowie Aluminium, Kupfer, und Titan und gegebenenfalls Bor als weitere Legierungsbestandteile, enthaltend:An object of the invention is a zinc alloy with zinc as the main constituent and aluminum, copper, and titanium and optionally boron as further alloy constituents, comprising:

0,005 bis 6, insbesondere 0,005 bis 1 oder 0,01 bis 0,015 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis 1,5, insbesondere 0,1 bis 1,0 oder 0,1 bis 0,2 Gew.-% Kupfer,
wobei die Zinklegierung umfasst:

  • mehr als 0,05, insbesondere 0,06 bis 0,25 oder 0,08 bis 0,10 Gew.-% Titan und
  • mehr als 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% oder 0,005 bis 0,5 Gew.-% Bor, und/oder mehr als
  • 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% Stickstoff, und/oder
  • mehr als 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff.
0.005 to 6, in particular 0.005 to 1 or 0.01 to 0.015 wt .-% aluminum, 0.01 to 1.5, in particular 0.1 to 1.0 or 0.1 to 0.2 wt .-% copper,
wherein the zinc alloy comprises:
  • more than 0.05, in particular 0.06 to 0.25 or 0.08 to 0.10 wt .-% of titanium and
  • more than 0.0005, in particular 0.001 to 0.5 wt .-% or 0.005 to 0.5 wt .-% boron, and / or more than
  • 0.0005, in particular 0.001 to 0.5 wt .-% nitrogen, and / or
  • more than 0.0005, in particular 0.001 to 0.5 wt .-% carbon.

In einer Ausführungsform umfasst die Zinklegierung zusätzlich 0,001 bis 0,06, insbesondere 0,002 bis 0,015 Gew.-% Magnesium und/oder 0,001 bis 0,2, insbesondere 0,002 bis 0,15 Gew.-% Silizium.In one embodiment, the zinc alloy additionally comprises 0.001 to 0.06, in particular 0.002 to 0.015 wt .-% magnesium and / or 0.001 to 0.2, in particular 0.002 to 0.15 wt .-% silicon.

In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst die Zinklegierung 0,08 bis 0,12 Gew.-% Titan.In an additional embodiment, the zinc alloy comprises 0.08 to 0.12 wt% titanium.

In noch einer Ausführungsform umfasst die Zinklegierung nicht mehr als 0,02, insbesondere nicht mehr als 0,01 Gew.-% Blei, und/oder nicht mehr als 0,003, insbesondere nicht mehr als 0,001 Gew.-% Cadmium, und/oder nicht mehr als 0,002, insbesondere nicht mehr als 0,001 Gew.-% Eisen.In yet another embodiment, the zinc alloy comprises not more than 0.02, more preferably not more than 0.01 weight percent lead, and / or not more than 0.003, more preferably not more than 0.001 weight percent cadmium, and / or not more than 0.002, in particular not more than 0.001 wt .-% iron.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung einer Zinklegierung mit Zink als Hauptbestandteil sowie Aluminium, Kupfer, und Titan und gegebenenfalls Bor als weitere Legierungsbestandteile, enthaltend:

  • 0,005 bis 20, insbesondere 0,005 bis 1 oder 0,01 bis 0,015 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis 1,5, insbesondere 0,1 bis 1,0 oder 0,1 bis 0,2 Gew.-% Kupfer, zur Herstellung einer Knetlegierung,
    wobei die Zinklegierung umfasst:
    • mehr als 0,05, insbesondere 0,06 bis 0,25 oder 0,08 bis 0,10 Gew.-% Titan und
    • mehr als 0,0005, insbesondere 0,0001 bis 0,5 Gew.-% Bor, und/oder
    • mehr als 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% Stickstoff, und/oder
    • mehr als 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff.
Another object of the invention relates to the use of a zinc alloy with zinc as the main constituent and aluminum, copper, and titanium and optionally boron as further alloying constituents, comprising:
  • 0.005 to 20, in particular 0.005 to 1 or 0.01 to 0.015 wt .-% aluminum, 0.01 to 1.5, in particular 0.1 to 1.0 or 0.1 to 0.2 wt .-% copper, for producing a wrought alloy,
    wherein the zinc alloy comprises:
    • more than 0.05, in particular 0.06 to 0.25 or 0.08 to 0.10 wt .-% of titanium and
    • more than 0.0005, in particular 0.0001 to 0.5 wt .-% boron, and / or
    • more than 0.0005, in particular 0.001 to 0.5 wt .-% nitrogen, and / or
    • more than 0.0005, in particular 0.001 to 0.5 wt .-% carbon.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Knetlegierung in Form von, Tafeln, Bändern, Folien oder Drähten hergestellt. Diese Knetlegierung wird insbesondere in der Bauindustrie verwendet.In one embodiment of the invention, the wrought alloy is produced in the form of, sheets, tapes, films or wires. This wrought alloy is used especially in the construction industry.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zinklegierung, wobei

  1. a) Zink, Aluminium und Kupfer in ein Behältnis gegeben und erschmolzen werden,
  2. b) diese Schmelze für mindestens 12 h bei mindestens 500 °C homogenisiert wird,
  3. c) anschließend Titan und Bor oder Stickstoff oder Kohlenstoff zugegeben wird,
  4. d) diese Legierung für mindestens 10 min homogenisiert wird und
  5. e) gegossen wird.
Another object of the invention relates to a method for producing the zinc alloy according to the invention, wherein
  1. a) zinc, aluminum and copper are placed in a container and melted,
  2. b) homogenizing this melt for at least 12 hours at at least 500 ° C,
  3. c) then titanium and boron or nitrogen or carbon is added,
  4. d) this alloy is homogenized for at least 10 minutes, and
  5. e) is poured.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schmelze für 12 bis 24 h bei 500 bis 700 °C homogenisiert.In one embodiment of the method according to the invention, the melt is homogenized for 12 to 24 h at 500 to 700 ° C.

In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Titan und Bor zugegeben.In another embodiment of the method according to the invention, titanium and boron are added.

Beispielexample

Tabelle 1: Vergleich der Querdehnung einer modifizierten Bauzinkzinklegierung gegenüber der Standardlegierung nach EN 988Table 1: Comparison of the transverse strain of a modified Zinc zinc alloy compared to the standard alloy according to EN 988 Zinklegierung nachZinc alloy after
DIN EN 988DIN EN 988 erfindungsgemäßeinvention
Legierungalloy Dehnung A querElongation A across 23 %23% 37 %37% Dehnung A50mm querElongation A 50mm across 18 %18% 34 %34%

Eine nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Knetlegierung zeigt beispielsweise bessere mechanisch/technologische Eigenschaften auf gegenüber der Standardlegierung.For example, a wrought alloy produced by the method described above exhibits better mechanical / technological properties than the standard alloy.

Claims (8)

Zinklegierung mit Zink als Hauptbestandteil sowie Aluminium, Kupfer, und Titan und gegebenenfalls Bor als weitere Legierungsbestandteile, enthaltend: 0,005 bis 20, insbesondere 0,005 bis 1 oder 0,01 bis 0,015 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis 1,5, insbesondere 0,1 bis 1,0 oder 0,1 bis 0,2 Gew.-% Kupfer, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinklegierung umfasst: mehr als 0,05, insbesondere 0,06 bis 0,25 oder 0,08 bis 0,10 Gew.-% Titan und mehr als 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% oder 0,005 bis 0,5 Gew.-% Bor, und/oder mehr als 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% Stickstoff, und/oder und/oder mehr als 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff. Zinc alloy with zinc as the main constituent, and aluminum, copper, and titanium, and optionally boron as further alloy constituents, comprising: 0.005 to 20, in particular 0.005 to 1 or 0.01 to 0.015 wt .-% aluminum, 0.01 to 1.5, in particular 0.1 to 1.0 or 0.1 to 0.2 wt .-% copper, characterized in that the zinc alloy comprises: more than 0.05, in particular 0.06 to 0.25 or 0.08 to 0.10 wt .-% of titanium and more than 0.0005, especially 0.001 to 0.5 wt .-% or 0.005 to 0.5 wt .-% boron, and / or more than 0.0005, in particular 0.001 to 0.5 wt .-% nitrogen, and / or and / or more than 0.0005, in particular 0.001 to 0.5 wt .-% carbon. Zinklegierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinklegierung 0,001 bis 0,06, insbesondere 0,002 bis 0,015 Gew.-% Magnesium und/oder 0,001 bis 0,2, insbesondere 0,002 bis 0,15 Gew.-% Silizium umfasst.Zinc alloy according to claim 1, characterized in that the zinc alloy comprises 0.001 to 0.06, in particular 0.002 to 0.015 wt .-% magnesium and / or 0.001 to 0.2, in particular 0.002 to 0.15 wt .-% silicon. Zinklegierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinklegierung 0,08 bis 0,12 Gew.-% Titan umfasst.Zinc alloy according to claim 1, characterized in that the zinc alloy comprises 0.08 to 0.12% by weight of titanium. Zinklegierung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinklegierung nicht mehr als 0,02, insbesondere nicht mehr als 0,01 Gew.-% Blei, und/oder nicht mehr als 0,003, insbesondere nicht mehr als 0,001 Gew.-% Cadmium, und/oder nicht mehr als 0,002, insbesondere nicht mehr als 0,001 Gew.-% Eisen umfasst.Zinc alloy according to at least one of the preceding claims, characterized in that the zinc alloy not more than 0.02, in particular not more than 0.01 wt .-% lead, and / or not more than 0.003, in particular not more than 0.001 wt. % Cadmium, and / or not more than 0.002, in particular not more than 0.001 wt .-% iron. Verwendung einer Zinklegierung mit Zink als Hauptbestandteil sowie Aluminium, Kupfer, und Titan und gegebenenfalls Bor als weitere Legierungsbestandteile, enthaltend: 0,005 bis 20, insbesondere 0,005 bis 1 oder 0,01 bis 0,015 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis 1,5, insbesondere 0,1 bis 1,0 oder 0,1 bis 0,2 Gew.-% Kupfer, zur Herstellung einer Knetlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinklegierung umfasst: mehr als 0,05, insbesondere 0,06 bis 0,12 oder 0,08 bis 0,10 Gew.-% Titan und mehr als 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% oder 0,005 Gew.-% Bor, und/oder mehr als 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% Stickstoff, und/oder mehr als 0,0005, insbesondere 0,001 bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff. Use of a zinc alloy with zinc as the main constituent and aluminum, copper, and titanium and optionally boron as further alloy constituents, comprising: 0.005 to 20, in particular 0.005 to 1 or 0.01 to 0.015 wt .-% aluminum, 0.01 to 1.5, in particular 0.1 to 1.0 or 0.1 to 0.2 wt .-% copper, for the production of a wrought alloy, characterized in that the zinc alloy comprises: more than 0.05, in particular 0.06 to 0.12 or 0.08 to 0.10 wt .-% of titanium and more than 0.0005, in particular 0.001 to 0.5 wt .-% or 0.005 wt .-% boron, and / or more than 0.0005, in particular 0.001 to 0.5 wt .-% nitrogen, and / or more than 0.0005, in particular 0.001 to 0.5 wt .-% carbon. Verwendung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Knetlegierung in Form von Tafeln, Bändern, Folien oder Drähten hergestellt wird.Use according to claim 4, characterized in that a wrought alloy in the form of sheets, tapes, films or wires is produced. Verwendung gemäß Anspruch 4 und/oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Knetlegierung zur Verwendung in der Bauindustrie hergestellt wird.Use according to claim 4 and / or 5, characterized in that a wrought alloy for use in the construction industry is produced. Verfahren zur Herstellung einer Zinklegierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) Zink, Aluminium und Kupfer in ein Behältnis gegeben und erschmolzen werden, b) diese Schmelze für mindestens 12 h bei mindestens 500 °C homogenisiert wird, c) anschließend Titan und Bor oder Stickstoff oder Kohlenstoff zugegeben wird, d) diese Legierung für mindestens 10 min homogenisiert wird und e) abgekühlt wird. Process for the preparation of a zinc alloy according to claim 1, characterized in that a) zinc, aluminum and copper are placed in a container and melted, b) homogenizing this melt for at least 12 hours at at least 500 ° C, c) then titanium and boron or nitrogen or carbon is added, d) this alloy is homogenized for at least 10 minutes, and e) is cooled.
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