Zinklegierungen für den Zinkguss oder Zinkdruckguss und Verfahren zu deren Herstellung

Beschreibung

[0001] Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Zinklegierungen für den Zinkguss oder Zinkdruckguss enthaltend außer Zink und den darin enthaltenden unvermeidlichen Verunreinigungen 0,1 bis 6 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kupfer, 0,001 bis 0,06 Gew.-% Magnesium und 0,001 bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,002 bis 0,06 Gew.-% Silizium.

[0002] Einige dieser Zinklegierungen sind handelsübliche Feinzinklegierungen, die unter der Marke ZAMAK® hergestellt und vertrieben werden. Insbesondere handelt es sich um die Legierungen ZL 0410 (ZL5), ZL 0400 (ZL3), ZL 0210 (nicht genormt) sowie um die Legierung ZL 0010 (ZL16). Die Normen der Legierungen ZL5, ZL3 und ZL16 entsprechen der DIN EN1774. Die Zusammensetzung ist in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

	ZL 0410 (ZL5)	ZL 0400 (ZL3)	ZL 0210 (nicht genormt)	ZL 0010 (ZL16)
Al	3,8 - 4,2	3,8 - 4,2	1,8 - 2,2	0,01 - 0,04
Cu	0,7 - 1,1	0,03 max.	0,7 - 1,1	1,0 - 1,5
Mg	0,035 - 0,06	0,035 - 0,06	0,035 - 0,06	0 - 0,02
Ti	-	-	-	0,15 - 0,25
Cr	-	-	-	0,1 - 0,2
B	-	-	-	-
Fe (max.)	0,020	0,020	0,020	0,04
Pb (max.)	0,003	0,003	0,003	0,005
Cd (max.)	0,003	0,003	0,003	0,004
Sn (max.)	0,001	0,001	0,001	0,003
Ni (max.)	0,001	0,001	0,001	-
Si (max.)	0,02	0,02	0,02	0,04

[0003] Insbesondere für den Zinkdruckguss ist eine Kornfeinung von erheblicher Bedeutung.

[0004] Aus der Aluminiumindustrie ist bekannt, dass man als Kornfeiner Titan und Bor verwenden kann. In der Aluminiumindustrie wird das Titan und/oder Bor vorzugsweise in Form einer Vorlegierung mit Aluminium zugesetzt. Diese Vorlegierungen sind unter der Bezeichnung AlTi5B1, AlTi3B1 und/oder AlTi5B0,5 bekannt.

[0005] Der bisherige Stand der Technik ging weiterhin davon aus, dass Zinklegierungen nur durch höheren Aluminiumgehalt und höherem Kupfergehalt verbessert werden können, vergl. WO 93/13230A1, JP 1142046A und JP 1165740A.

[0006] Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das Verhalten von Feinzinklegierungen beim Zinkguss und insbesondere beim Zinkdruckguss zu verbessern.

[0007] Es wurde jetzt überraschenderweise gefunden, dass auch Feinzinklegierungen mit nur 0,01 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 4,2 Gew.-% Aluminium durch geringen Mengen von Titan und Bor sowie ggf. Chrom in erheblichem Maße verbessert werden können. Bereits eine Zugabe von einem Kilogramm der Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierungen auf eine Tonne Feinzinklegierung führt zu einer Steigerung des Fließverhaltens um 10 bis 20% und eine Erhöhung der Zugfestigkeit der fertigen Produkte um über 10%. Diese verbesserten Eigenschaften ermöglichen Materialeinsparungen, da die Druckgussbauteile dünnwandiger ausgelegt werden können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Druckgießereien keine Materialtrennung vornehmen müssen, da eine Vermischung von gefeinten und ungefeinten Legierungen unkritisch ist. Dies ist ein für die Praxis besonders wichtiger Vorteil.

[0008] Der nur geringe Anteil an Titan, Bor und Aluminium in diesen Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierungen gestattet es, die vorgeschriebenen Grenzwerte der Normen einzuhalten, so dass auch diesbezüglich keine Schwierigkeiten entstehen oder zu erwarten sind.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Kornfeinung werden insbesondere für Druckgussbauteile folgende Verbesserungen erzielt: die Duktilität, die Zeitstandfestigkeit, die Dichtigkeit, das Formfüllverhalten beim Druckgussprozess sowie die Oberflächenqualität. Schließlich wird eine deutliche Verringerung von Ausschussbauteilen erreicht.

[0010] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Legierung besteht darin, dass auch so geringe Mengen wie 0,001 bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,002 bis 0,06 Gew.-%, Silizium die Eigenschaften verbessern. Es ist daher möglich, Aluminium in einer Reinheitsstufe von 99,7 (0,2 Gew.-% Silizium) zu verwenden. Eine Legierung mit 4 Gew-% von derartigem Aluminium führt automatisch zu einem Gehalt von ca. 80 ppm Silizium in der Endlegierung.

[0011] Schließlich besteht ein nicht vorhersehbarer Vorteil darin, dass die erfindungsgemäßen Legierungen sehr wirtschaftlich im Warmkammer-Druckgussverfahren verwendet werden können, während bei höheren Aluminiumgehalten von 8 bis 27 Gew.-% mit dem langsameren Kaltkammer-Druckgussverfahren gearbeitet werden muss.

[0012] Die Herstellung der neuen Legierungen ist in dem folgenden Beispiel näher erläutert.

Beispiel:

[0013] Die Druckgusslegierungen ZAMAK® ZL 0410, ZL 040, ZL 430, ZL 0210 sowie die Legierung ZL 0010 wurden mit der Vorlegierung AlTi5B1 legiert. Hierzu wurde 1kg AlTi5B1 pro Tonne Zinklegierung zulegiert. Der Bor-Gehalt lag bei etwa 10 ppm und der Titan-Gehalt bei etwa 50 ppm. Zusätzlich wurden 200 ppm Silizium zugegeben. Es wurden Masseln abgegossen. Diese Masseln wurden wieder aufgeschmolzen, und es wurde das Fließverhalten mit einer speziellen Kokille ermittelt. Vermessen wurde die Ausflusslänge. Danach erhöht sich das Fließvermögen um 10 bis 20%. Anschließend wurden die neuen Legierungen auf einer Druckgussmaschine zu Bauteilen verarbeitet. Diesen Bauteilen wurden Zugproben entnommen. Es zeigte sich, dass die Zugfestigkeit der neuen Legierungen um mehr als 10% höher lag als bei Vergleichsproben ohne den Legierungszusatz.

Ansprüche

1. Zinklegierungen für den Zinkguß oder Zinkdruckguß enthaltend außer Zink und den darin enthaltenen unvermeidlichen Verunreinigungen

0,01 bis 6 Gew.-% Aluminium

0,01 bis 1,5 Gew.-% Kupfer

0,001 bis 0,06 Gew.-% Magnesium

0,001 bis 0,2 Gew.-% Silizium,

dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich enthalten

0,002 bis 0,05 Gew.-% Titan

0,0002 bis 0,005 Gew.-% Bor

2. Zinklegierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 0,2 Gew.-% Chrom enthalten.

3. Zinklegierungen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,004 bis 0,007 Gew.-% Titan
0,0005 bis 0,002 Gew.-% Bor
enthalten.

4. Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass sie

0,01 bis 4,2 Gew.-% Aluminium und

0,01 bis 1,2 Gew.-% Kupfer

enthalten.

5. Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, in Form von Masseln, Tafeln, Bändern oder Drähten.

6. Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 in Form von Gußbauteilen oder Druckgußbauteilen.

7. Verfahren zur Herstellung von Zinklegierungen in Form von Masseln, Tafeln, Bändern oder Drähten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass handelsübliche Feinzinklegierungen enthaltend

0,1 bis 4,2 Gew.-% Aluminium

0,03 bis 1,5 Gew.-% Kupfer

0,001 bis 0,06 Gew.-% Magnesium

0,002 bis 0,04 Gew.-% Silizium

im aufgeschmolzenen Zustand mit einer Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierung sowie erforderlichenfalls mit einer Silizium- und/oder Chromlegierung versetzt und dann zu Masseln, Tafeln, Bändern oder Drähten verarbeitet werden.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Aluminim-Titan-Bor-Vorlegierung AlTi5B1 und/oder AlTi3B1 und/oder AlTi5B0,5 verwendet werden.