Fachartikel

Alterungsvorgänge bei Zinkdruckgusslegierungen
von Walter Leis und Lothar Kallien, Aalen

Die mechanischen Werkstoffkennwerte von Zinkdruckgusslegierungen nehmen unter den Druckgusslegierungen eine Spitzenposition ein. Durch die niedrige Schmelztemperatur von ca. 385 °C kann bei der Druckgussfertigung höchste Produktivität erzielt werden und die Standzeiten der Druckgießwerkzeuge überschreiten die Millionengrenze.

Hydrauliksteuerblöcke enthalten im Inneren ein umfangreiches miteinander verflochtenes Kanalsystem
Bild: Druckgussteile aus Zinklegierungen lassen sich aufgrund ihrer Werkstoffeigenschaften mit hoher Produktivität herstellen – selbst filigrane Geometrien können problemlos gefertigt werden, wie das hier gezeigte Teil eines automatischen Türantriebs der DruMeta-Metall GmbH & Co. KG, Velbert. (Foto: DruMeta-Metall)

Zink entfaltet besonders in dünnwandigen Konstruktionen bis zu 0,5 mm beste mechanische Eigenschaften. Die niedrige Liquidustemperatur von 385 °C führt zu den drei bekannten Phänomenen: Alterung, Maßänderungen und Kriechverformung. Alle drei Phänomene sind thermisch aktivierte Prozesse. Die Alterung ist ein Diffusionsvorgang, tritt bereits bei Raumtemperatur auf und führt zu Entmischungen von Aluminium und Zink vorwiegend im Eutektoid, der sich in ein kubisch flächenzentriertes Gitter umkristallisiert, das zu Maßänderungen führt. Kupfer verbessert durch Mischkristallbildung die mechanischen Eigenschaften, verhindert die Alterung aber nicht. Die natürliche Alterung ist nach einem Jahr weitgehend abgeschlossen und kann durch eine künstliche Alterung über 24 h bei 105 °C vorweggenommen werden. Die Zugfestigkeit und die Dehngrenze fallen dabei um ca. 15 % ab, die Bruchdehnung nimmt jedoch um über 50 % zu. Die Kriechvorgänge sind ebenfalls thermisch aktiviert und führen zur Selbstdiffusion von Zink und damit zu einer plastischen Verformung. Eine Überalterung des Werkstoffs durch eine Wärmebehandlung über 120 °C oder über 24 h erhöht die Kriechgeschwindigkeit merklich.


Autoren: Dipl.-Phys. Walter Leis und Prof. Dr.-Ing. Lothar Kallien, Hochschule Aalen, Aalen


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