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Fachinformationen - Werkstoff Stahl

Geeigneter Werkstoff

Stähle entsprechend DIN EN 10025 gelten als zum Verzinken geeignet. Bei Verwendung von außerhalb dieser Norm liegenden Stählen bitten wir dies uns mitzuteilen.

Die Eignung der Konstruktion aus einem verzinkungsgerechten Werkstoff ist natürlich zusätzlich zu beachten.

Gusseisen

Das Feuerverzinken von Gusswerkstücken stellt, in der Regel, kein Problem dar. Ausnahmen bilden lediglich alte Gussteile zum Beispiel bei Restaurationen. Hier werden von uns vor dem Verzinkungsvorgang Versuche durchgeführt.

Unterschiedliches Aussehen

Durch unterschiedliche Materialzusammensetzung, insbesondere der Silizium- und Phosphorgehalte, kommt es zu verschieden starken Reaktionen zwischen der Zinkschmelze und dem Stahl. Hieraus resultiert eine differierende Struktur der Zinkschicht, die sich dann in der äußerlichen Optik niederschlägt. So führen z. B. Silizium unberuhigte Stähle (Si < 0,03%) zu dünnen, hell glänzenden Oberflächen, wohingegen Stähle mit einem (Si + P) -Gehalt zwischen 0,03 – 0,13 (Sandelin-Bereich) zu dicken, mausgrauen Oberflächen führen.

Schweißnähte

Bedingt durch verschiedenes Material bei Schweißzusatz und Grundwerkstoff, kommt es zu verschieden starken Reaktionen zwischen Zink und Stahl, bzw. Zink und dem Schweißzusatzstoff. Nach Aussage führender Lieferanten für Schweißtechnik, ist kein Schweißzusatzstoff auf dem Markt, der sich gut und sicher verarbeiten lässt und beim Feuerverzinken keine Aufwachsungen bildet.

Kaltverformung

Das Kaltverformen von Stahl bringt prinzipiell zwei Aspekte mit sich: zum einen die Einbringung von Eigenspannungen in das Material und zum anderen eine Beeinträchtigung der Materialeigenschaften. Erstere können beim FV freiwerden und zum Verzug der Konstruktion führen. Letztere ist in der Regel gekennzeichnet durch eine Zunahme der Festigkeit bei gleichzeitiger Abnahme der Verformbarkeit (Alterung). Beim Feuerverzinken kann sich dies in Überlagerung mit der Wirkung der flüssigen Zinkschmelze negativ auswirken, bis hin zur Schädigung der Konstruktion.

Der zulässige Grad der Kaltverformung ist jeweils abhängig von der verwendeten Materialgüte. Die sichere Verzinkung kaltgeformter Teile ist im Zweifelsfall mittels einer Probeverzinkung zu überprüfen.

Wirkung der Prozesswärme auf den Grundwerkstoff

Das Bauteil wird auf ca. 450°C erwärmt, was folgende Auswirkungen auf den Grundwerkstoff mit sich bringt:

  • Ausdehnung des Materials um ca. 5mm/m
  • Temporäre Reduzierung der Festigkeit des Stahls um etwa 1/3 gegenüber dem Wert bei Raumtemperatur

Wirkung der Prozesswärme auf die Konstruktion

Ungleichmäßige Erwärmung / Abkühlung des Bauteils

  • über die Bauteilhöhe während des Eintauch- bzw. Ausziehvorgangs und
  • in Abhängigkeit von den verwendeten Materialdicken über die Bauteildicke während des Verweilens in der Schmelze bzw. des Abkühlens an Luft. Aus der hierdurch bedingten unterschiedlich schnellen Wärmeausdehnung können Zwängungsspannungen oder ungewollter Bauteilverzug resultieren. Zur Minimierung dieser Effekte sollten deshalb die Dickenunterschiedliche der verwendeten Materialien möglichst klein gehalten werden.

Zusätzlich erfolgt durch die Prozesswärme ein Abbau von fertigungsbedingten Eigenspannungen (z. B. aus dem Schweißen oder Richten eines Bauteils), die sich dann nach dem Verzinkungsprozess als Verzug äußern können. Zur Minimierung dieses Effektes wird deshalb eine möglichst eigenspannungsfreie Fertigung empfohlen.

Oberflächenzustand bei der Anlieferung

Der Oberflächenzustand des Ausgangsmaterials definiert in hohem Maße die Qualität des Zinküberzuges. Da einige materialbedingten Defekte sowie fertigungsbedingte Verunreinigungen durch die Vorbehandlungsflüssigkeiten nicht entfernt werden und zu Fehlverzinkungen führen können, ist es wichtig, bereits in der Fertigung einige Punkte hinsichtlich der Oberflächenqualität des Schwarzmaterials zu berücksichtigen.

Fertigungsbedingte Effekte

Silikone, z. B. in Schweißtrennmitteln oder Ölen, dürfen bei Material, das feuerverzinkt werden soll, auf keinen Fall benutzt werden! Bereits eine geringe Kontamination genügt, (z. B. eine verunreinigte Werkbank, verunreinigte Handschuhe oder verunreinigtes Verpackungsmaterial (Balken)), um das gewünschte Verzinkungsergebnis zu vereiteln. Silikone sind hoch hitzebeständig, wasserfest und weitgehend chemikalienbeständig.

Die Verwendung von Schweißtrennmitteln, bzw. Pistolensprays, sollte bei zu verzinkendem Untergrund sehr sparsam erfolgen. Viele der angebotenen Mittel verkokeln ca. 5-10 mm neben der Naht, wo die Temperatur nicht mehr so hoch ist. Eine Entfernung ist chemisch, durch Entfetten oder Beizen fast nicht möglich.

Kühl - und Schmiermittel, die beim Sägen, Bohren oder Stanzen angewendet werden, hinterlassen teilweise einen chemisch sehr schwer lösbaren Film auf der Oberfläche der zu verzinkenden Werkstücke. Hierdurch kann die beim Beizen eingesetzte Salzsäure die verrostete oder verzunderte Metalloberfläche nicht erreichen. Es entstehen unverzinkte Fehlstellen.

Farbreste, Aufkleber, Beschriftungen

Aufkleber und Beschriftungen hinterlassen Rückstände auf der Stahloberfläche, die durch die Vorbehandlungsflüssigkeiten nicht entfernt werden können. Entsprechend kommt es in diesen Bereichen zu Fehlverzinkungen.

Die meisten Farben und Aufkleber sind ohne Chemikalien nicht rückstandsfrei ablösbar. Die eingesetzte Salzsäure kann, bei Farbrückständen die nicht wasserlöslich sind, die zu beizende Metalloberfläche nicht erreichen. Nach dem Feuerverzinken, werden Farbreste als Fehlstellen sichtbar. Um dies zu vermeiden, ist eine erhebliche Mehrarbeit durch Kratzen, Schleifen, Bürsten u.s.w. notwendig. Der Einsatz von Chemikalien (Lösemittel, Verdünnungen) zum Entfernen der Verunreinigungen ist heutzutage am Arbeitsplatz sehr schwierig bis unmöglich.

Oberflächendefekte

Die Optik der Beschichtungsoberfläche ist stark abhängig von der Oberfläche des zu beschichtenden Werkstückes. Kratzer von Blechbearbeitungszentren, Kantbänken Blechscheren und Anreißnadeln, aber auch Schleifriefen durch falsch gewählte Schleifmittel, sind auch nach dem Feuerverzinken deutlich sichtbar.

Walzfehler können dazu führen, dass sich lokale Aufdickungen bilden (Pickel).

Gestrahlte Teile

Das Feuerverzinken von gestrahltem Material stellt kein Problem dar. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass keine zu große Rautiefe entsteht, verursacht durch zu grobes Strahlmittel. Ansonsten muss, auch nach dem Feuerverzinken, mit einer rauen Oberfläche gerechnet werden.

Gestrahlte Materialteile sollten auch darauf geprüft werden, ob sie nicht bereits einmal verzinkt waren und vor einer neuen Bearbeitung erst entzinkt werden müssen.

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