Zu jeder Frage die richtige Antwort.

Zu welchen speziellen Fragen suchen Sie Antworten? Hier finden Sie unsere FAQ-Themen auf einen Blick.

Ihre Frage ist nicht dabei? Dann kontaktieren Sie die Spezialisten der Initiative Zink und keine Frage bleibt offen.

Die sehr niedrige Viskosität der flüssigen Zinklegierung von circa 4 c.P. sowie das Verfestigungsintervall von nur 7 °C ermöglichen es, Wanddicken von 0,3 mm zu gießen. Das ist jedoch auch abhängig von der Länge des Fließwegs beziehungsweise der Größe des Bauteils und der Temperierung der Druckgießform. Als Gießparameter sind eine hohe Anschnittsgeschwindigkeit und somit eine kurze Formfüllzeit unter 20 ms erforderlich. Die Formfüllzeit muss immer unterhalb der Kristallisationszeit der geringsten Wanddicke liegen.

Einer der zahlreichen Vorteile des Zinkdruckgussverfahrens ist die große Bandbreite der Teilegrößen. Auf Spezialmaschinen können kleinste Teile mit einem Gewicht von nur 0,08 g gegossen werden. Große Teile von über 7 kg Gewicht können ebenso gegossen werden wie lange Teile von über 1 m Länge.

Ein Beispiel für ein großes und gleichzeitig langes Teil: Eine Zierleiste für ein Automobil der gehobenen Klasse hat eine Länge von 1.250 mm. Ein kompaktes Gussteil hingegen ist ein Tellerfuß für dekorative Foyermöbel. Mit einem Gewicht von 7,2 kg (Schussgewicht circa 10 kg) und einer hochwertigen galvanischen Oberflächenveredelung liegt dieses Teil am oberen Ende der im Warmkammerverfahren zu gießenden Teile.

In diesem Zusammenhang sollte aber nicht nur auf das größtmögliche zu gießende Gewicht geachtet werden. Zu den gießspezifischen Besonderheiten der Zinkdruckgusslegierungen zählt die Möglichkeit, Wanddicken von nur 0,3 mm herzustellen – auch bei langen Fließwegen. Damit lässt sich mit Zinkdruckgussteilen auch der Leichtbaubereich abdecken.

Die Forderungen an das Produkt sowie die Produktionsprozesse müssen ganzheitlich im Bezug auf die Technologie gesehen werden. Als Kunde sollte man immer das Fachgespräch mit einem kompetenten Druckgießer suchen. Die Chancen, die in einer aktiven gestalterischen Mitarbeit des Druckgießers während der Produktentwicklung liegen, sollten genutzt werden. Die entscheidende Einflussnahme der Fachleute einer Druckgießerei ist die Festlegung wichtiger Fertigungsvoraussetzungen zur Erreichung einer prozesssicheren und wirtschaftlichen Herstellungstechnik.

Zinkdruckguss kann für den Leichtbau einen wertvollen Beitrag leisten. Trotz des spezifischen Gewichts von 7,14 g/cm3 lassen sich aufgrund guter Gießeigenschaften der Zinkdruckgusslegierungen äußerst dünnwandige Gussteile herstellen. Mit 0,3-mm-Wandstärken auch bei langen Fließwegen können Bauteile hergestellt werden, die bei gleicher Stabilität leichter sind als Elemente aus Stahlblech oder Leichtmetallen. Die gleichzeitige Integration verschiedener Funktionsträger in einem Gussteil reduziert das Gewicht und den Fertigungsaufwand.

Dem Leichtbau wird besonders im Automobilbau hohe Priorität eingeräumt. Eine Gewichtsreduzierung ist unabdingbar, um jenes Gewicht zu kompensieren, das zusätzlich im Automobil als luxuriöse Ausstattung und in Sicherheitsvorkehrungen eingebaut wird. Leichtere Bauteile reduzieren die Massenträgheit und damit auch Vibration, Lärm und Verschleiß.

Die Zinkdruckgussindustrie hat sich mit dem zunehmenden Wertewandel der Menschen intensiv auseinandergesetzt. Die Ökologie rückt mehr in den Vordergrund ihrer Betrachtungsweise. Mithilfe von Belastungssimulationen kann die Verwirklichung einer idealen Konstruktion bei geringstem Gewicht des Zinkdruckgussteils weitgehend erreicht werden.

Die Gründe für eine Oberflächenbehandlung sind vielfältig. Vorrangig ist die dekorative Wirkung ausschlaggebend. Auch der Oberflächenschutz zur Korrosionsvermeidung sowie die Vorbehandlung für eine folgende Lackierung sind maßgeblich. Grundsätzlich sind alle bekannten Oberflächenbeschichtungen auf Zinkdruckgussteilen bis zum Aufdampfen von Metall im Vakuum, zum Beispiel von Aluminium oder Silber für spiegelglänzende Scheinwerferreflektoren, möglich.  

Ebenso vielfältig sind die Beschichtungsverfahren, die entsprechend des Erfordernisses und der Beanspruchung eingesetzt werden. Nahezu alle Metalle – besonders Kupfer, Nickel und Chrom – können galvanisch abgeschieden werden. Chemische, nichtmetallische Überzüge wie Färben, Beizen, Schwärzen und das schichtbildende Phosphatieren haben sich bewährt. 

Zudem finden alle Verfahren der Lackierung Anwendung: Beschichtungen mit geeigneten Anstrichstoffen, Tauchlackierungen sowie elektrostatische Pulverbeschichtungen (EPS) werden eingesetzt. Damit sind hochbeanspruchbare Lackfilme in allen Farbnuancen herstellbar. Auch Wirbel-Sinterverfahren finden Anwendung – damit lassen sich Schichtdicken von 200 bis 500 µm realisieren. 

Schmutzabweisende Eigenschaften lassen sich durch eine antiadhäsive Sol-Gel-Beschichtung, sogenannte Nano-Coatings, erzeugen. Dazu zählen die „Easy to clean“- beziehungsweise „Touch free“-Oberflächen.

Vorwiegend werden vier Zinkdruckgusslegierungen im Warmkammer-Druckgießverfahren verarbeitet. Diese sind in der europäischen Norm EN 12844 für Zinkgussstücke („Zink und Zinklegierungen – Gussstücke – Spezifikationen“) spezifiziert.

Die mechanischen Eigenschaften des Gussteils aus einer Zinkdruckgusslegierung hängen nicht nur von der Zusammensetzung und dem Reinheitsgrad der Legierung ab, sondern auch von den spezifischen Gießbedingungen. Diese haben einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Erstarrung nach der Formfüllung und damit auf die mechanischen Eigenschaften.

Die nominellen Eigenschaften sind originale Werte und wurden etwa fünf Wochen nach dem Gießen ermittelt. Diese ändern sich jedoch mit der Zeit – bei Raumtemperatur sehr langsam (Monate bis Jahre), bei höheren Temperaturen wesentlich schneller (zum Beispiel durch Tempern beziehungsweise künstlich beschleunigte Alterung).

Die physikalischen Eigenschaften beinhalten die Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität, die Wärmeausdehnung, die Dichte, die Schmelztemperatur und die Wärmekapazität. Besonders die guten Schwingungseigenschaften von Zink und die Schallleitfähigkeit sind hervorzuheben. Deshalb werden Zinkdruckgussteile bevorzugt im Automobilbereich im Fahrgastraum eingesetzt. Diese Bauteile tragen dazu bei, ein angenehmes Fahrgeräusch zu vermitteln.

Zinkdruckgussteile können mit den bekannten Fügeverfahren ohne Probleme mit anderen Bauelementen aus verschiedenen Werkstoffen verbunden werden. Dabei sind Schraubverbindungen in den meisten Fällen die beste Lösung. Die physikalischen Eigenschaften wie Härte, Kriechen und Quetschgrenze sollten jedoch beachtet und durch große Auflageflächen mittels Unterlegscheiben berücksichtigt werden. Bei häufig zu lösenden Schraubverbindungen ist es zweckmäßig, Gewindeeinsätze aus Stahl einzusetzen – beispielsweise Heli-Coil. Um Kontaktkorrosion bei Feuchtigkeitszutritt zu vermeiden, müssen die erforderlichen Konstruktionsbedingungen für Schraubverbindungen eingehalten werden. Das betrifft besonders die Verbindung verschiedener Werkstoffe, zum Beispiel von Zinkdruckguss- und Magnesiumbauteilen. Unter Umständen sind verzinkte Schrauben oder solche aus Edelstahl zu verwenden. Schrauben mit Flansch am Sechskantkopf haben den Vorteil, dass der Elektrolyt abfließen kann.

Nietverbindungen sind durch das Mitgießen der Nietschäfte ein besonders wirtschaftliches Fügeverfahren. Beim Nietvorgang wird das zu verformende Metall durch einen einzelnen Schlag zu einem Nietkopf geformt. Durch eine schnelle Abfolge von Schlägen geringerer Intensität lässt sich aber der gleiche Effekt erzielen. Weitere Möglichkeiten bieten das Kreisel- oder das Taumelnieten. Dabei werden unter Temperatureinwirkung größere Umformgrade erreicht. Auch können in einem Arbeitsgang mehrere Nietungen durchgeführt werden.

Klebverbindungen ergeben eine gute kraftschlüssige Verbindung. Dem verwendeten Klebstoff entsprechend (Ein- oder Zweikomponentenkleber) lassen sich Scherzugfestigkeiten von circa 20 N/mm erreichen. Die Klebeflächen müssen eben und völlig frei von fetthaltigen Verunreinigungen sein. Deshalb ist der Entfettung mit einem geeigneten Reinigungsmittel besondere Sorgfalt beizumessen. 

Schweiß- und Lötverbindungen sind bei Zinklegierungen durchaus möglich und werden vorzugsweise bei Reparaturen von alten Druckgussteilen angewendet. Dabei ist darauf zu achten, dass nur blei- und zinnfreie Löt- und Schweißmittel eingesetzt werden, um eine spätere interkristalline Korrosion zu vermeiden.  

Weitere Fügemethoden sind zum Beispiel Crimpen, Verpressen, Gesenkdrücken und Reibschweißen. Alle Verfahren sind auf die guten Verformungs- und Wärmeeigenschaften von Zink zurückzuführen.

Eine stoffschlüssige Verbindung durch Löten ist nur in besonderen Fällen – beispielsweise bei einer Reparatur von alten Gussteilen – von Bedeutung.

Ein Löten ist wegen der korrosiven Flussmittel, zum Beispiel Blei, Zinn und Aluminium, nur nach einer elektrolytischen Verkupferung mit circa 0,02 mm Schichtdicke sinnvoll. Dabei hat die Lötung sehr schnell zu erfolgen, bevor die Kupferschicht im Lot aufgelöst ist.

Es ist dringend darauf zu achten, dass keine Gussteile mit Zinn oder verzinnte Gussteile in den Schmelzkreislauf der Gießerei zurückgeführt werden. Geringe Anteile (30 ppm) von Zinn oder Blei können selbst große Mengen Zinklegierung unbrauchbar machen.

Ein Schweißen von Zinkdruckgussteilen, besonders wenn es sich um Oldtimerteile und Modelle handelt, ist wenig sinnvoll und meist sogar nicht möglich. Durch die nicht zu vermeidenden gasbedingten Poren und den gelösten Wasserstoff bei einer konventionellen Verfahrenstechnik des Druckgießens kommt es zu Gasblasen in der Schweißnaht.

Nur unter bestimmten Voraussetzungen – zum Beispiel Schmelzreinigung, optimale Anschnittgeometrie, Anwendung der Vakuumtechnik – ist es möglich, ein dichtes und gasporenarmes Gussteil herzustellen und eine gewisse Schweißeignung zu gewährleisten.

Die stoffschlüssige Verbindung durch Kleben ist nur in besonderen Fällen von Bedeutung. Das Kleben mit handelsüblichen Zweikomponentenklebern ist problemlos. Jedoch ist auf die notwendige Fixierung der Bauteile und auf die Bindezeit des Klebers zu achten. Die Kleber dürfen keine dem Zink schädigenden Beimengungen, zum Beispiel Kadmium oder Zinn, enthalten, da es sonst zu interkristalliner Korrosion kommen kann.

Gewinde- und Gelenkbolzen zum Beispiel aus Stahl und anderen höher schmelzenden Werkstoffen lassen sich in die Druckgießform vor dem Schließvorgang einlegen.

Es ist sogar möglich, Kunststoffteile in Verbindung mit Zinkdruckguss in einem Arbeitsgang als komplexes Hybridteil zu gießen. Dafür sind jedoch formtechnische Voraussetzungen zu schaffen, die als firmenspezifisches Know-how anzusehen sind.

Nach EN 12844 ist in den Zinkdruckgusslegierungen ZnAl4 (ZP 400), ZnAl4Cu1 (ZP 410) und ZnAl4Cu3 (ZP 430) ein Bleigehalt von bis zu 0,005 Gew.% erlaubt. Nach RoHS-Richtlinie 2002/95/EG ist der Einsatz dieser Legierungen demnach eindeutig zulässig.

Die Begriffe „bleifrei“ sowie „kadmiumfrei“ der RoHS entsprechen maximal zulässigen Grenzwerten von 0,1 % beziehungsweise 0,01 %. Da diese beiden Werte in den oberen Bereichen der Normen EN 1774 (Zinklegierungen) und EN 12844 (Zinkdruckgussteile) liegen, ist der Einsatz der Zinkdruckgusslegierungen problemlos möglich.

Bei der Erzeugung von Zinkdruckgussteilen müssen drei Verfahrensschritte betrachtet werden:

•  die Erzeugung des Zinks (Feinzink)

•  die Herstellung der Zinkdruckgusslegierung

•  der Guss des Bauteils

Feinzink wird in den Zinkhütten heute überwiegend elektrolytisch gewonnen. Ausgangsmaterial dafür sind Erzkonzentrate, also primäre Rohstoffe. In den vergangenen Jahren hat jedoch der Einsatz von Recyclingmaterialien zugenommen. So stammen heute von dem auf diesem Weg gewonnenen Zink bereits bis zu 35 % aus Recyclingmaterialien. Dabei variiert der exakte Anteil an Zink aus diesen sogenannten Sekundärrohstoffen je nach Verfahrensvariante und Verfügbarkeit der Rohstoffe. Das Feinzink ist in seiner Reinheit immer gleich. Es ist nicht feststellbar, ob und in welchem Umfang es aus Recyclingmaterialien stammt, da beide Rohstoffe gemeinsam verarbeitet werden.

Bei der Erzeugung der Zinkdruckgusslegierungen verwenden die Legierungshersteller reines Zink (Feinzink oder SHG, 99,995 %). Weitere Recyclingmaterialien werden nicht eingesetzt. Reinem Zink werden dann die Legierungselemente – zum Beispiel Aluminium, Kupfer oder Magnesium – in der vorgegebenen Dosierung beigemengt. Die Zusammensetzung von Zinkdruckgusslegierungen ist in der Norm EN 1744 genau festgelegt.

Beim Gießprozess selbst fällt sogenanntes Kreislaufmetall an. Das sind zum Beispiel Angüsse, die nach dem Guss vom Bauteil abgetrennt werden. Da das Kreislaufmetall genau der Legierungszusammensetzung entspricht, wird es teilweise in der Gießerei wieder eingeschmolzen und der nächsten Gusscharge zugesetzt. Hierbei variiert das Vorgehen von Gießerei zu Gießerei. Das fertige Bauteil muss in seiner Legierungszusammensetzung immer der Norm EN 12844 genügen.

Bauteile aus Zinkdruckguss sind zu 100 % recyclingfähig. Insgesamt kann man demnach davon ausgehen, dass von dem Zink, das im fertigen Gussteil vorhanden ist, bis zu 35 % aus sekundären Rohstoffen stammen können.

Unter Tempern versteht man die künstliche Alterung eines Werkstoffes. Das ist ein Vorgang, der mit dem Produktionsprozess und den kristallografischen und metallurgischen Eigenschaften des Werkstoffs Zink eng verknüpft ist. Man bezeichnet eine thermische Behandlung auch als „künstliche Gefüge-Alterung“ – im Gegensatz zur „natürlichen Alterung“.

Behandlungszeit und Behandlungstemperatur sind voneinander abhängig. 

Folgende Werte haben sich bewährt:

120 °C – 2 Stunden
100 °C – 3 Stunden
90 °C – 5 Stunden 

Bei kompakten Bauteilen ist darauf zu achten, das diese auch durchwärmt werden, wenn sie in größeren Mengen in den Temperofen eingefahren werden. Bei dünnwandigen Gussstücken kann es zum Verzug kommen.

Die mechanischen Eigenschaften verändern sich und erhalten vorzeitig die Werte nach einer der natürlichen Alterung.

Bei der Druckgussherstellung kann nur eine vorübergehende Verschleißbeständigkeit erreicht werden, wenn das Druckgussteil sofort nach der Entnahme aus der Druckgießform in kaltem Wasser abgeschreckt wird (bis zu 120 HB). Jedoch verringert sich dieser Wert bei der natürlichen Alterung auf einen Normalwert von circa 90 HB.

Im Allgemeinen versteht man unter Altern die Änderung der physikalischen Eigenschaften eines Werkstoffs unter bestimmten Bedingungen. Die natürliche Alterung ist die Änderung der Eigenschaften bei einer Lagerung des Bauteils bei Raumtemperatur, wozu meist eine sehr lange Zeit erforderlich ist. Dieser Vorgang kann durch die Erwärmung auf eine höhere Temperatur beschleunigt werden, wobei man diese Temperatur kontinuierlich hält oder aber die Bauteile regelmäßigen Temperaturschwankungen aussetzt. Diese Behandlung wird dann als künstliches Altern bezeichnet.

Die Eigenschaftsänderungen werden durch Veränderungen im Gefüge verursacht. Dabei werden aus übersättigten Mischkristallen gelöste atomare Bestandteile dem Gleichgewichtszustand entsprechend ausgeschieden.

Bei Zinkdruckgussteilen, die nach der Entformung sofort in Wasser abgekühlt werden, kommt es zu einer sogenannten Abschreckalterung, die auf Aushärtungsvorgänge während der schlagartigen Abkühlung zurückzuführen ist. Es kann zu Versprödungen kommen, wobei Härte und Festigkeit zunehmen. Von einer Reckalterung spricht man, wenn zusätzlich noch eine Kaltverformung, zum Beispiel Nieten und Crimpen, vorgenommen wird. Vor einer derartigen Bearbeitung ist es immer empfehlenswert, eine gezielte künstliche Alterung – auch Tempern oder beschleunigte Alterung genannt – vorzunehmen.

Für die Zinklegierungen ZP3/ZP0400, ZP5/ZP0410 und ZP8/ZP0810 verringern sich durch Alterung Zugfestigkeit und Härte, während die Bruchdehnung steigt.

Einen Oberflächenschutz zum Beispiel nach VDA-Norm 235-102 erreicht man durch chemische, elektrische oder physikalische Aufbringungen von Schichten und/oder Umwandlung der Werkstückoberfläche in einen dekorativen, korrosions- und/oder verschleißbeständigen Zustand.

Hauptziel einer Oberflächenbehandlung ist neben den dekorativen Effekten ein der Beanspruchung und Anforderung (beispielsweise Verfärbungen) angepasster Korrosionsschutz. Folgende Möglichkeiten eines Oberflächenschutzes stehen zur Verfügung: 

  • Passivieren – Dispergieren
  • Konversieren – Beizen
  • Anodisieren – Versiegeln

Für die sogenannten technischen Druckgussteile liegt die Beanspruchung im atmosphärischen Bereich mit unterschiedlichen klimatischen Verhältnissen, zum Beispiel Industrieluft, Meeresluft, und Tropenluft. Dem Belastungsfall entsprechend ist mit dem Oberflächenbeschichter der geeignete Schutz festzulegen.

Haben Sie Fragen?

 
Ein Angebot der Initiative Zink und ihrer Mitgliedsunternehmen

Google Analytics Opt-Out Cookie wurde erfolgreich gesetzt.

Um unsere Webseite für Sie optimal zu gestalten und fortlaufend verbessern zu können, verwenden wir Cookies. Durch die weitere Nutzung der Website stimmen Sie der Verwendung von Cookies zu. Weitere Informationen zu Cookies erhalten Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Akzeptiert