ZINKDRUCKGUSSLEGIERUNGEN
Anwendungsbezogene Auswahl von Zinkdruckgusslegierungen
1.7.1. Gießtechnik
Die Legierungen ZP5/ZP0410 und ZP3/ZP0400 sind die am häufigsten eingesetzten Zinkdruckgusslegierungen weltweit.
In Westeuropa ist jedoch in den letzten Jahren die Verwendung der Zinklegierung ZP3/ZP0400 stark zurückgegangen.
Stattdessen wird immer mehr die Legierung ZP2/ZP0430 von den Produktkonstrukteuren aufgrund der höheren Anforderungen an Festigkeit bei den Druckgusskomponenten angefordert.
Hauptsächlich wird jedoch immer noch die Legierung ZP5/ZP0410 verwendet, da diese den besten Kompromiss zwischen hoher Festigkeit und guter Duktilität darstellt.
In der Regel verfügen die Druckgießereien über entsprechend ausgelegte Massel- oder Blockschmelzeinrichtungen sowie über Anlagen zum Einschmelzen von Kreislaufmaterialien, die der jeweiligen Legierung zugeordnet sind.
Die 3 genannten Legierungen unterscheiden sich nur in ihrem Kupfergehalt (1 bis 3%).
Dies bedeutet das Einsetzen mehrer Zinklegierungen in der Gießerei zusätzliche Kosten für das Einschmelzen und für die Behandlung des Kreislaufmaterials, da diese separat gehandhabt werden müssen.
Bei einem Legierungswechsel müssen die Tiegel entleert werden. Dieses bedeutet je nach Ausstattung und Tiegelgröße einen zusätzlichen Zeitaufwand von 2 bis 4 Stunden.
Um ein möglichst niedriges Preisniveau für ein vorgegebenes Druckgussbauteil zu erzielen, sollte demnach bevorzugt eine der o.g. Legierungen spezifiziert werden.
Die Legierungen ZP3/ZP0400, ZP5/ZP0410 und ZP2/ZP0430 können für die meisten Anwendungen als untereinander austauschbar angesehen werden ohne dass irgendeine Veränderung in Bezug auf Anguss- und Gussgeometrie erforderlich sind.
Die Legierung ZP8/ZP0810 ist aufgrund der geringen Fließeigenschaft schwieriger zu gießen.
Deshalb sollte bei dünnwandigen Druckgussteilen (< 1mm) die Fließlänge möglichst gering gehalten werden und vorher bezüglich der Anschnitts- und Überlaufgeometrie sowie Werkzeugtemperierung mit dem Druckgießer besprochen werden.
1.7.2. mechanische Einflussgrößen
1.7.2.1. Zugfestigkeit
Die Legierung ZP5/ZP0410 hat eine höhere Festigkeit als die Legierung ZP3/ZP0400.
Bei Alterung sollten der Einfluss bezüglich Schlagarbeit und die Duktilität bei erhöhten Temperatur (~100°C) berücksichtigt werden.
Nach natürlicher und beschleunigter Alterung (Wärmebehandlung) wird eine höhere Duktilität erreicht.
1.7.2.2. Kriechfestigkeit
Die Kriechfestigkeit der Zinklegierung der ZnAl4%-Familie steigt mit höherem Cu-Gehalt.
Deshalb sind die Kriecheigenschaften der Legierungen ZP5/ZP0410 und ZP2/ZP0430 der von ZP3/ZP0400 gegenüber gering überlegen, so dass diese Legierungen für den Gebrauch bei erhöhten Temperaturen unter kontinuierlicher Belastung besser geeignet sind.
1.7.3 physikalische Einflussgrößen
Die Legierungsauswahl hängt außer der Berücksichtigung der Kriterien Zugfestigkeit, Duktilität, Härte und Verschleißwiderstand auch davon ab, welche anderen kritischen Eigenschaften von dem im Lastenheft des Druckgussteils spezifiziert wurden.
1.7.3.1. Maßhaltigkeit
Die Legierungen ZP5/ZP0410 und ZP2/ZP0430 besitzen aufgrund des Cu-Gehaltes eine geringere Maßbeständigkeit gegenüber der ZP3/ZP0400-Legierung.
Diese physikalische Eigenschaft sollte jedoch nur bei solchen Bauteilen in Betracht gezogen werden, in denen Maßtoleranzen extrem kritische sind.
Die Maßhaltigkeit von ZP8/ZP0810 ist ebenfalls hervorragend und in den meisten Anwendungsfällen ausreichend.
Mit der Legierung ZP8/ZP0810 lassen sich gute Gießergebnisse erzielen, wenn die Wanddicken der einzelnen Bauteilbereiche des Gussteils gleichmäßig sind und nicht zu stark variieren.
Isolierte massive dickwandige Bereiche im Bauteil erhöhen die Wahrscheinlichkeit höherer Anteile von schwingungsbedingten Lunkern.Die Größe dieser Lunker ist wanddickenabhängig.
1.7.3.2. Fließeigenschaften
Die Legierung ZP8/ZP0810 kann für besondere Anwendungen mit höheren Festigkeitseigenschaften eingesetzt werden.
Hierbei sollte jedoch berücksichtigt werden, dass die Fließeigenschaften dieser Legierung geringer sind, so dass Wanddicken unterhalb von 0.8mm u.U. gießtechnisch nicht realisierbar sind.
Deshalb sind eventuelle Änderungen in der Angussgeometrie und Gussteilgestaltung erforderlich (wenn diese vorher mit einer Legierung der ZnAl4%-Familie vergossen wurde).
Des Weiteren sollte die Wirtschaftlichkeit einer nochmaligen Überprüfung unterzogen werden unter Berücksichtigung der erheblich reduzierten Standzeiten, der verlängerten Zykluszeiten sowie dem erhöhten Verschleiß der Gießeinrichtung (Gießkammer, Gießkolben, Tiegel, …).
1.7.3. Umformen
Alle 4 Legierungen können auch nach dem Gießen umgeformt werden.
Die Duktilität der Legierung ist stark vom Abkühlungsvorgang abhängig. Bei Umformen sollte das Druckgussteil an der freien Atmosphäre abkühlen.
Bei wasserabgeschreckten Druckgussteilen ist ein nachfolgendes Tempern zu empfehlen.
1.7.4. Maschinelle Bearbeitung
Alle 4 Legierungen sind maschinell gut bearbeitbar.
Wenngleich die Härte der 4 Legierungen geringfügig unterschiedlich ist, können die Teile mit gleichen Schnittgeschwindigkeiten bearbeitet werden.
Die Schneidegeometrie der Bearbeitung braucht nicht verändert zu werden.
Ein Schneidkantenaufbau kann durch Abschrecken des Druckgussteiles in einem Wasserbad durch die dadurch erzielte höhere Härte vermieden werden.
Der Verschleißwiderstand der Legierungen ZP2/ZP0430 und ZP8/ZP0810 ist höher als die der Legierungen ZP5/ZP0410 und ZP3/ZP0400.
Nachstehend finden Sie einen Link zu einer Programmanwendung, die anhand verschiedener Eigenschaften/Kriterien eine optimale Auswahl der bestmöglichen Legierung für die jeweilige Anwendung erlaubt.
Eine zur Aufgabenstellung passende Legierung wird ausgewählt, indem die aufgelisteten Eigenschaften nach Prioritäten geordnet und dann mit den Erfordernissen der vorgesehenen Anwendung verglichen werden.
Die höchste Priorität ist hierbei 1. Wird das entsprechende Prioritätsfeld einer beliebigen Eigenschaft leer gelassen, so wird diese Eigenschaft im weiteren Auswahlprozess nicht weiter berücksichtigt.
Falls eine (oder mehrere) Eigenschaft(en) bedeutend wichtiger als andere Attribute angesehen werden sollten, so müssen die nachfolgenden Prioritäten nicht sequenziell angewandt werden.
Beispielsweise könnte Priorität 1 für die Zähigkeit vergeben werden und Priorität 4 für die Zugfestigkeit.
Nach Festlegung jeder Priorität wird eine entsprechende Legierung vorgeschlagen, die mit allen Prioritäten übereinstimmt, die bis zu diesem Zeitpunkt aktiviert wurden.
Nachdem die letzte Priorität gesetzt wurde, sollte sichergestellt werden, dass Sie mit der Returntaste bestätigen.
Andernfalls wird diese Wahl nicht bei den Auswahlkriterien berücksichtigt. Eigenschaften, die nicht in der Auswahlliste vorkommen, stellen für keine der Legierungen einen signifikanten Unterschied und somit kein relevantes Auswahlkriterium dar.
Die Auswahlanwendung ist kein 100%-sicherer Leitfaden für die beste Wahl einer Legierung sondern gibt nur einen Hinweis auf eine mögliche Eignung.
Im Zweifelsfall ist das direkte Gespräch mit dem Gießer bzw. mit dem Legierungshersteller der richtige und sichere Weg zum Ziel, da somit spezifische Anforderungen besser berücksichtigt werden können.