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Legierungen & Werkstoffe · 19. Mai 2026
Mechanische Eigenschaften von Zamak-Legierungen: Technischer Leitfaden für den Zinkdruckguss
Festigkeit, Härte, Bruchdehnung und Werkstoffverhalten der Legierungen ZP3, ZP5, ZP2 und ZP8: EN-12844- und ASTM-B86-Kennwerte zur richtigen Legierungsauswahl im Druckguss.
Die Auswahl einer Zamak-Legierung für den Zinkdruckguss setzt eine fundierte Kenntnis ihrer mechanischen Eigenschaften voraus: Zugfestigkeit, Härte, Bruchdehnung, Schlagzähigkeit und Kriechverhalten sind die maßgeblichen Parameter, die sowohl die technische Machbarkeit als auch die Gebrauchsdauer eines Druckgussteils bestimmen. In diesem Leitfaden analysieren wir detailliert die vier nach EN 12844 genormten Legierungen — ZP3, ZP5, ZP2 und ZP8 — und vergleichen ihre Nennkennwerte, ihr Langzeitverhalten sowie die anwendungsbezogenen Auswahlkriterien.
Was versteht man unter den mechanischen Eigenschaften einer Zamak-Druckgusslegierung?
Wenn von den mechanischen Eigenschaften eines Zamak-Druckgussteils die Rede ist, bezieht man sich auf einen strukturierten Satz messbarer physikalischer Größen, die nach genormten Prüfverfahren ermittelt werden und das Werkstoffverhalten unter statischer und dynamischer Beanspruchung beschreiben.
Zugfestigkeit und Streckgrenze
Die Zugfestigkeit (Rm) ist die maximale Nennspannung, die eine Probe vor dem Bruch aufnimmt; sie wird in Megapascal (MPa) angegeben und nach EN ISO 6892-1 gemessen. Die 0,2 %-Dehngrenze (Rp0,2) kennzeichnet die Grenze, ab der der Werkstoff eine bleibende plastische Verformung erfährt: Für pressogegossene ZP3 gibt zinc.org einen Referenzwert von 220 MPa an, der auch in Kriechberechnungen verwendet wird.
Bruchdehnung und Duktilität
Die Bruchdehnung (A%) quantifiziert die Duktilität: Eine Legierung mit hohem A%-Wert toleriert kleine lokale Plastizierungen — beispielsweise beim Einpressen von Buchsen oder bei Fügeoperationen — besser, ohne zu reißen. Zamak-Druckgusslegierungen weisen je nach Zusammensetzung und Alterungszustand Bruchdehnungswerte zwischen 2 % und 10 % auf.
Vickers- und Brinellhärte
Die Vickershärte (HV) nach ISO 6507 und die Brinellhärte (HB) sind ergänzende Eindringhärtemessungen, die mit dem Verschleißwiderstand und dem Verhalten an Gewinden, Lagersitzen oder Gleitflächen korrelieren.
Schlagzähigkeit und Elastizitätsmodul
Die Charpy-Schlagzähigkeit (von einem gekerbten Probestab absorbierte Energie bis zum Bruch) und der Elastizitätsmodul (E ≈ 85–90 GPa) vervollständigen das Bild: Sie beschreiben die Zähigkeit gegenüber Stoßbeanspruchungen bzw. die strukturelle Steifigkeit des Werkstoffs.
Die vier Zamak-Legierungen nach EN 12844: ZP3, ZP5, ZP2, ZP8
Das Akronym ZAMAK leitet sich von den deutschen Bezeichnungen der vier Hauptlegierungsbestandteile ab: Zink, Aluminium, MAgnesium, Kupfer. Die Legierungsfamilie wurde 1929 von der New Jersey Zinc Company entwickelt und ist in Europa heute durch die Norm EN 12844 standardisiert.
Nominale chemische Zusammensetzung
Die Legierungen ZP3, ZP5 und ZP2 teilen einen konstanten Aluminiumgehalt von 4 %, während sich ZP8 mit einem Aluminiumgehalt von 8 % abhebt. Der Kupfergehalt ist das differenzierende Element bei gleichem Al-Gehalt: Er fehlt in der ZP3, beträgt rund 1 % in ZP5 und ZP8 und erreicht bis zu 3 % in der ZP2. Magnesium ist in allen Legierungen in sehr geringen Gehalten (0,02–0,06 %) vorhanden, um interkristalline Korrosion zu unterdrücken.
Äquivalente Bezeichnungen
| EN 12844 | Handelsname EU | ASTM B86 (USA) | ISO 301 |
|---|---|---|---|
| ZP3 | Zamak 3 | AG40A / Zamak 3 | ZnAl4 |
| ZP5 | Zamak 5 | AC41A / Zamak 5 | ZnAl4Cu1 |
| ZP2 | Zamak 2 | AC43A / Zamak 2 | ZnAl4Cu3 |
| ZP8 | — | ZA-8 (ZA-Familie, separat) | ZnAl8Cu1 |
Technischer Hinweis: Die europäische ZP8 entspricht keiner ASTM-Zamak-Legierung. Das nordamerikanische Äquivalent ist ZA-8, die zur ZA-Alloys-Familie gehört und von der ZAMAK-Familie klar zu unterscheiden ist. Die unzutreffende Bezeichnung „Zamak 8″ sollte in Spezifikationen vermieden werden.
EN 1774 und kritische Verunreinigungen
Die EN 12844 regelt die Zusammensetzung der Gussteile; die EN 1774 regelt hingegen die Eingangsmaterialien (Vorlegierungsblöcke) mit engeren Toleranzen, um dem Gießer Prozessschwankungsspielräume zu lassen. Die kritischen Verunreinigungen — Blei, Cadmium, Zinn und Silizium — müssen unterhalb strenger Grenzwerte bleiben: Werden diese überschritten, treten Versprödung, interkristalline Korrosion und im schlimmsten Fall das Phänomen der „Zinkpest” auf. Aus diesem Grund werden die bei Micrometal verfügbaren Zamak-Legierungen chargenweise auf ihre Zusammensetzung geprüft, im Einklang mit der ISO-9001-Zertifizierung.
Vergleichstabelle der nominalen mechanischen Kennwerte bei 20 °C
Die folgenden Werte sind Richtwerte und beziehen sich auf EN 12844 (Tabelle der Nennkennwerte) sowie auf zinc.org-Daten für Druckgussteile mit 2 mm Wanddicke, gemessen 5–8 Wochen nach dem Abguss.
| Eigenschaft | ZP3 | ZP5 | ZP2 | ZP8 |
|---|---|---|---|---|
| Rm – Zugfestigkeit (MPa) | ~280 | ~330 | ~360 | ~370 |
| Rp0,2 – Dehngrenze (MPa) | ~220 | ~250 | ~280 | ~290 |
| A% – Bruchdehnung (%) | 10 | 7 | 5 | 8 |
| Brinellhärte (HB) | ~82 | ~92 | ~100 | ~103 |
| Charpy-Schlagzähigkeit (J) | ~58 | ~65 | ~50 | ~42 |
| Elastizitätsmodul E (GPa) | ~85 | ~85 | ~85 | ~86 |
Härtehierarchie und Verschleißfestigkeit
Die Härtehierarchie folgt der Reihenfolge ZP2 ≈ ZP8 > ZP5 > ZP3: ZP2 und ZP8 gelten als „Heavy-Duty”-Legierungen für anspruchsvolle Einsatzbedingungen. Die Verschleißfestigkeit verhält sich analog zur Härte und macht diese beiden Legierungen zu den natürlichen Kandidaten für Heavy-Duty-Druckgussteile aus Zamak, die dauerhafter Reib- oder Stoßbeanspruchung ausgesetzt sind.
Kerbempfindlichkeit und Elastizitätsmodul
Die Charpy-Schlagzähigkeit nimmt mit steigendem Kupfergehalt ab: ZP3 ist die zäheste Legierung, ZP8 die kerbempfindlichste. Der Elastizitätsmodul ist dagegen nahezu konstant (~85 GPa), was alle vier Legierungen bei gleicher Bauteilgeometrie in Bezug auf die strukturelle Steifigkeit gleichwertig macht — ein nützlicher Aspekt bei der Festlegung der technischen Werkstoffspezifikationen.
Abkühlgeschwindigkeit und Wanddicke: Die Rolle der Warmkammer-Druckgussmaschine
Die mechanischen Eigenschaften eines Druckgussteils hängen nicht nur von der Legierung ab, sondern in erheblichem Maße auch von den Prozessbedingungen. Wie von zinc.org (Engineering Properties – Mechanical Properties) dokumentiert, erzeugt eine schnelle Abkühlung im Werkzeug ein feinkörniges Gefüge, das Zugfestigkeit und Härte maximiert.
Dünne Wanddicken = Feinkorn = höhere Festigkeit
Dünnwandige Querschnitte kühlen schneller ab und weisen deshalb proportional höhere Rm- und Härtewerte auf als dickwandige Bereiche desselben Abgusses. Dies ist der Grund, warum sich die Nennwerte der EN 12844 auf Proben mit einer Standardwanddicke von 2 mm beziehen: Größere Wanddicken führen zu einer schrittweisen Verschlechterung der charakteristischen mechanischen Eigenschaften.
Warmkammer-Druckguss: Das ideale Verfahren für Zamak
Die niedrige Schmelztemperatur von Zamak (~385 °C gegenüber ~1500 °C bei Stahl) erlaubt den Einsatz des Warmkammer-Druckgussverfahrens, bei dem der Einspritzkolben direkt in das Schmelzbad eintaucht. Dies ermöglicht kurze Zykluszeiten — bis zu rund 1000 Schüsse pro Stunde mit konventionellen Werkzeugen — und hohe Abkühlraten, die Voraussetzung für die Erreichung der Nenn-Werkstoffkennwerte.
Micrometal ist seit 1991 in Erbusco (Brescia, Italien) ansässig und betreibt einen Maschinenpark mit 11 Warmkammer-Druckgussmaschinen von 20 bis 90 Tonnen Schließkraft — eine Konfiguration, die die optimale Ausschöpfung der mechanischen Eigenschaften aller vier ZAMAK-Legierungen gewährleistet und europaweit sowie international tätige Kunden beliefert.
Alterung und Langzeitstabilität der mechanischen Eigenschaften
Zamak-Druckgusslegierungen sind keine Werkstoffe, deren Eigenschaften unmittelbar nach dem Abguss „eingefroren” bleiben: In den folgenden Wochen und Monaten finden gefügemikrostrukturelle Umwandlungen (Zerfall metastabiler Phasen) statt, die die mechanischen Kennwerte verändern.
Verhalten von ZP3, ZP5 und ZP8
Bei diesen drei Legierungen führt die natürliche Alterung bei Raumtemperatur zu einer schrittweisen Abnahme von Rm und Härte sowie zu einem Anstieg der Bruchdehnung A%. Das Phänomen stabilisiert sich nach einigen Monaten und erklärt, warum die Nennwerte der EN 12844 auf Messungen 5 bis 8 Wochen nach dem Abguss bezogen werden: ein repräsentativer Kompromiss für das Gebrauchsleben des Bauteils.
Der Sonderfall ZP2
Die ZP2 verhält sich entgegengesetzt: Die Bruchdehnung nimmt in den ersten Wochen und Monaten der Alterung ab, um langfristig langsam wieder anzusteigen. Dieser Aspekt muss bei Anwendungen sorgfältig berücksichtigt werden, bei denen die anfängliche Duktilität kritisch ist (z. B. Fügeoperationen mit kontrollierter plastischer Verformung).
Maßhaltigkeit im Zeitverlauf
Die Maßstabilität von Zamak-Druckgussteilen ist bei der ZP3 am ausgeprägtesten: Sie hält kritische Toleranzen langfristig besser als die übrigen Legierungen. Aus diesem Grund wird ZP3 häufig bei Präzisionsbauteilen bevorzugt (z. B. in der Mess- und Sensortechnik).
Kriechverhalten (Relaxation unter Dauerlast) der Zamak-Legierungen
Kriechen bezeichnet die progressive plastische Verformung eines Werkstoffs unter konstanter Langzeitbelastung, auch unterhalb der Streckgrenze. Es ist ein kritischer Parameter für Bauteile unter dauerhafter statischer Last (z. B. Halterungen, druckgegossene Schraubengehäuse, dauerhafte Gewindesitze).
Legierungshierarchie beim Kriechen
Die Daten von zinc.org belegen folgende Kriechfestigkeitshierarchie: ZP8 ≈ ZP2 > ZP5 > ZP3. ZP3 ist damit die kriechempfindlichste Legierung, und ihr Einsatz für dauerhaft belastete Bauteile erfordert besondere Sorgfalt.
Praktische Extrapolationsregel
Eine in der Konstruktionspraxis nützliche Faustregel: Fehlen spezifische Kriechdaten für ZP5, können die ZP3-Daten als Referenz verwendet werden, indem die betrachtete Temperatur um 10 °C erhöht wird. ZP2 zeigt ein Kriechverhalten, das dem der ZP8 im Wesentlichen gleichwertig ist.
Prüfgrenzen und Temperaturempfindlichkeit
Beschleunigte Kriechprüfungen an Zamak-Legierungen müssen zwei Randbedingungen einhalten: eine aufgebrachte Spannung unter 50 MPa und eine Prüftemperatur unter 150 °C. Die Nennwerte bei 20 °C sind ohne spezifische Kriechberechnung nicht auf Betriebstemperaturen über 70–80 °C extrapolierbar.
Anwendungsbeispiel
Bei einem ZP3-Gussteil mit Rp0,2 = 220 MPa entspricht die zulässige Höchstlast für einen beschleunigten Kriechversuch (Grenzwert 50 MPa) etwa 23 % der Dehngrenze. Für Heavy-Duty-Anwendungen über 80 °C empfiehlt sich die Legierung ZP8 für Heavy-Duty-Anwendungen.
Vergleich mit alternativen Werkstoffen: Aluminium, Messing, Stahl, technische Kunststoffe
Die Entscheidung für Zamak als Druckgusswerkstoff sollte stets im Vergleich zu technologisch gleichwertigen Alternativen bewertet werden.
| Eigenschaft | Zamak (ZP5) | Aluminium-Druckguss | Messing (spanend) | Technopolymer (PA66-GF) |
|---|---|---|---|---|
| Dichte (kg/dm³) | 6,7 | ~2,7 | ~8,5 | ~1,4 |
| Typische Rm (MPa) | ~330 | ~240 | ~400 | ~180 |
| Verfahren | Warmkammer | Kaltkammer | Zerspanung | Kunststoffspritzguss |
| Produktivität | Bis zu 1000 Schüsse/h | ~200–400 Schüsse/h | Niedrig, subtraktiv | Hoch |
| Geometrische Detailtreue | Hervorragend | Gut | Begrenzt | Hervorragend |
| Galvanische Beschichtung | Ja (Cu-Ni-Cr EN 12540) | Schwierig | Ja | Nein |
| EMV-Abschirmung | Ja | Ja | Ja | Nein |
Wir vertiefen die Vorteile des Zamak-Druckgusses gegenüber Aluminium im Detail: Bei gleicher Geometrie bietet das Warmkammerverfahren eine 2- bis 3-fach höhere Produktivität, feinere Geometriedetails (Wanddicken bis zu 0,5 mm), integrierte Gewinde und engere NADCA-Maßtoleranzen.
Gegenüber spanend bearbeitetem Messing entfällt bei Zamak der Zerspanungsabfall, und komplexe Nettoformgeometrien sind realisierbar. Gegenüber technischen Kunststoffen bietet Zamak überlegene mechanische und thermische Festigkeit, elektromagnetische Abschirmung und — vor allem — die Möglichkeit zur Aufbringung dekorativer und schützender galvanischer Beschichtungen Cu-Ni-Cr gemäß EN 12540:2000.
Leitfaden zur Legierungsauswahl je nach Anwendung
Die rationale Auswahl der Zamak-Legierung orientiert sich stets an den funktionalen Anforderungen des Bauteils: Belastungsniveau, Betriebstemperatur, Anforderungen an die Maßhaltigkeit sowie das Vorhandensein von Reib- oder Stoßbeanspruchung.
Operative Zusammenfassung der vier Legierungen
- ZP5 (Zamak 5): Europäischer Standardwerkstoff für die große Mehrzahl allgemeiner mechanischer Anwendungen. Guter Kompromiss aus Festigkeit, Härte und Duktilität; ideal für Schlösser und Sicherheitsbauteile.
- ZP3 (Zamak 3): Maximale Maßstabilität auf lange Sicht, höchste Duktilität, hervorragende Schweißeignung und galvanische Beschichtbarkeit. Empfohlen für Präzisionsbauteile und Sichtteile.
- ZP2 (Zamak 2): Maximale Härte und Kriechfestigkeit; Achtung auf die anfängliche Abnahme der Bruchdehnung durch Alterung. Geeignet für Bauteile unter dauerhafter statischer Last.
- ZP8: Heavy-Duty-Alternative mit mechanischer Festigkeit und Kriechfestigkeit vergleichbar der ZP2, jedoch mit besserem Langzeitverhalten der Bruchdehnung.
Entscheidungs-Flowchart
flowchart TD
A[Hauptanforderung des Bauteils] --> B{Dauerlast oder
T > 80 °C?}
B -- Ja --> C{Duktilität beim
Fügen erforderlich?}
C -- Ja --> D[ZP8]
C -- Nein --> E[ZP2]
B -- Nein --> F{Kritische Maßpräzision
langfristig erforderlich?}
F -- Ja --> G[ZP3]
F -- Nein --> H{Allgemeine mechanische
Anwendung?}
H -- Ja --> I[ZP5 – Europäischer Standard]
H -- Nein --> J{Hoher Verschleiß /
Reibbeanspruchung?}
J -- Ja --> E
J -- Nein --> ITechnische Beratung durch Micrometal
Die optimale Legierungsauswahl ist selten eindeutig: Häufig erfordert die Abwägung zwischen Festigkeit, Kosten, Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit eine technische Abstimmung mit dem Gießer bereits in der Produktentwicklungsphase. Der Co-Design- und Ingenieurservice für Druckgussteile von Micrometal begleitet Konstrukteure von der Werkstoffvalidierung bis zur Optimierung der Oberflächenbehandlungen — einschließlich der obligatorischen Kupfer-Grundschicht (Undercoat 2–5 µm, gefolgt von Glanzkupfer und Nickel) vor der Verchromung, um den Nickelangriff auf Zink zu verhindern, gemäß NADCA-Norm und zinc.org.
Dreißig Jahre Erfahrung im Warmkammer-Druckguss aller vier EN-12844-Legierungen, ein vollständiger Maschinenpark von 20 bis 90 Tonnen und ein ISO-9001-zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem seit 1991 machen Micrometal zum kompetenten technischen Partner für die Definition mechanischer Kennwerte in der Konstruktionsphase. Für eine gezielte Beurteilung Ihres Bauteils können Sie jederzeit eine technische Beratung direkt bei unserem Technischen Büro anfordern.