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Verfahren zur Verbesserung von Aluminium bzw. von Aluminiumlegierungen und aluminium- haltigen Legierungen.
Gegenstand der Erfindung ist die Verbesserung von Aluminium, Aluminiumlegierungen bzw. aluminiumhaltigen Legierungen durch Verfeinerung des Gefüges. Derartige Legierungen eignen sich insbesondere für die Verwendung als Konstruktionsmetall. wobei hohe Anforderungen bezüglich Zugfestigkeit, Duktilität, Streckgrenze und Sehwingungsfestigkeit gestellt werden.
Das Verfahren beruht nun auf der Erkenntnis, dass diese Ausgangsstoffe sowohl in ge- gossenem wie in bearbeitetem Zustande eine Verbesserung ihrer mechanischen Eigenschaften durch Erhöhung der Dispersion ihrer Legierungsbestandteile erhalten.
Man hat wohl insbesondere für die Herstellung hochwertiger Aluminium-Silizium-
Legierungen bereits chemisch-physikalische Veredelungsverfahren benutzt, welche auf der Ein- führung eines Alkalimetalls, wie Natrium, oder von Alkalisalzen, wie Natriumfluorid. Natrium- hydrat u. dgl., in die geschmolzene Ausgangslegierung beruhen. Man hat auch bereits vorgeschlagen. dieses Verfahren auf nicht silizierte Aluminiumlegierungen anzuwenden. Dabei wurde aber festgestellt, dass sich zur Beeinflussung des Gefüges der Aluminiumlegierungen nur solche Alkalisalze eignen, die sich bei der Schmelztemperatur unter Abscheidung des freien Alkali- metalls. z. B. des Natriums, zersetzen. Dementsprechend wurden als Alkalisalze die Fluoride. die Hydrate, die Oxyde u. dgl. vorgeschlagen. Hiebei ist auch z.
B. in der osterreichischen Patentschrift Nr. 94978 die Verwendung eines Gemisches solcher Stoffe vorgeschlagen, das geeignet ist, ein Alkalifluorid zu bilden. Dabei ist jedoch nicht angegeben, welche Stotfe wirk- sam sind und vor allem immer zur Voraussetzung gemacht, dass ein Alkalifluorid tatsächlich gebildet werden soll. Man hat auch bereits Alkalikarbonate hiefür verwendet, musste jedoch die Erfahrung machen, dass die Zersetzungstemperatur dieser Stoffe erst bei wesentlich erhöhter Temperatur liegt, so dass die mit Alkalikarbonat veredelten Legierungen auf Grund der hohen Behandlungstemperatur andere ungünstige Erscheinungen, z. B. erhöhte Porosität. aufwiesen.
Die Erfindung beruht nun darin, zur Behandlung des Aluminiums, der Aluminium- legierungen und aluminiumhaltiger Legierungen jeder Art Stoffgemisehe zu verwenden) wdche sich durch Reaktionen untereinander zersetzen und deren in statu nascendi gebildeten Zersetzungsprodukte auf das geschmolzene Metall einwirken. Hiebei besteht das Salzgemisch. welches auf die geschmolzenen Metalle aufgebracht wird, aus solchen Fluoriden. die an sich eine Veredlungswirkung bei Aluminium nicht hervorbringen einerseits und Alkalikarbonat ander- seits. Derartige Fluoride sind z. B. die Doppelfluoride der Alkalimetalle, wie Natiumaluminiumfluorid, Natriumsilicofluorid, weiterhin Erdalkalifluoride. wie Kalziumfluorid.
Bariumfluorid und dann Aluminiumfluorid, Magnesiumfluorid und schliesslich auch Fluoride der Schwermetalle. wie Manganfluorid u. dgl. Während diese Fluoride. wenn sie allein verwendet werden, keine veredelnde Wirkung zeigen. hat sich überraschenderweise ergeben, dass sie im Gemisch mit Alkalikarbonaten bei der normalen Behandlungstemperatur die Alkalikarbonate zersetzen und so eine gegenüber dem bisherigen Verfahren erhöhte Wirkung auf die Dispersion aller Legierungbestandteile ausüben. Es ist im einzelnen nicht bekannt, worauf die erhöhte Kombinationwirkung gerade derartiger durch Reaktion miteinander sich zersetzender Gemische von Fluoriden und Karbonaten beruht.
Gegebenenfalls kann man die Auswahl dieser Fluoride unter dem Gesichspunkt einer weiteren Veredlungsbearbeitung. z. B. zur Erzielung erhöhter Vergütbarkeit. besserer Walzbarkeit od. dgl.. treffen, indem z. B. ein Teil der in den Fluoriden enthaltenen Metalle in das Aluminium eingeführt wird.
Auch die erfindungsgemäss im Gemisch mit Fluoriden zu verwendenden Alkahkarbonate können einzeln oder im Gemisch miteinander benutzt werden. Unter diesen Alkalikarbonaten ist z. B. das Lithiumkarbonat besonders hervorzuheben, weil es auf die Dispersion von Legierungsbestandteilen. wie Eisen, Kupfer, Mangan u. dgl.. einen grossen Einfluss auszuüben vermag.
Insbesondere kupferhaltige Aluminiumlegierungen und hiebei speziell die durch Wärme- behandlung mittels Glühen, Abschrecken und Altern zu vergütenden Guss-und Walzlegierungen werden weitgehend verbessert, da man auf billige und einfache Weise die Einführung des Lithiums bewirkt, welches bekanntlich mit dem für die Vergütung sehr wirksamen Magnesium verwandt ist und insbesondere in Kombination mit dem Magnesium hohe Vergütungseffekte zeigt.
Die bisher insbesondere bei Schrottlegierungen zur Reinigung der Schmelzen von nicht metallischen Verunreinigungen sowie zum Lösen der Aluminiumoxyde gebräuchlichen Salz-
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sondern bewirken lediglich eine mechanische Reinigung und sind daher nur als Flussmittel oder Decksalze anzusprechen.
Bei höher schmelzenden aluminiumhaltigen Legierungen. wie Aluminiumbronze, aluminiumhaltigen Stahlsorten oder Aluminium enthaltenden Edelmetallegierungen erfolgt die Verwendung des Reaktionsgemisches zweckmässig ohne weiteren Zusatz. Bei Behandlung von Aluminiumschmelzen und Aluminiumlegierungen mit hohem Aluminiumgehalt hat es sich dagegen als vorteilhaft erwiesen, zu dem Reaktionsgemisch noch Zusätze von Substanzen zu geben, die die Schmelztemperatur des Gemisches herabsetzen. Hiebei kommen in erster Linie Alkalichloride, z. B. ein Gemisch von 60 Teilen Kaliumchlorid und 40 Teilen Natriumchlorid, von dem etwa 30 Teile zu 100 Teilen der Fluorid-Karbonat-Mischung zugesetzt werden, in Frage. Auch Borate und andere an sich bekannte Flussmittel können vorteilhaft Verwendung finden.
Besonders vorteilhaft ist naturgemäss die Anwendung des Reaktionsgemisches zur Erhöhung der Dispersion von Aluminium-Silizium-Legierungen, bei denen, abgesehen vom Siliziumgehalt, auch die andern Legierungsbestandteile, wie Eisen und gegebenenfalls Kupfer, in fein verteilte Form gebracht werden. Es hat sich bisher gezeigt, dass der Eisengehalt sowohl in binären wie mehrstoffigen Aluminium-Silizium-Legierungen sehr niedrig gehalten werden muss, d. li. möglichst nicht über 0'6 % steigen soll. da sich sonst eine nachteilige Beeinflussung der Dehnung bemerkbar macht. Das Verfahren nach der Erfindung hat nun den erheblichen Vorteil, dass es die Herstellung hochwertiger Legierungen nicht von Voraussetzungen, wie Mengengehalt.
Verwendbarkeit bestimmter Metalle u. dgl.. überhaupl bzw. in einem Masse abhängig macht, wie es bei den bisher bekannten Veredlungsverfahren der Fall ist. Während beispielsweise die Erzielung einwandfreier, eisenhaltiger Aluminium-Silizium-Legierungen zur Voraussetzung hat, dass der Eisengehalt 0'6"/,, womöglich nicht übersteigt, und hiedurch erhebliche Anteile des erzeugten Rohaluminiums hiefür keine Verwendung finden können, lässt das Verfahren gemäss Erfindung sogar den doppelten Eisengehalt zu und macht unter anderem dadurch erhebliche bisher nicht brauchbare Mengen von Ausgangsmaterialien für die Herstellung hochwertiger Legierungen verwendbar.
Auch die insbesondere für leicht konstruierte Flugzeugmotoren wegen ihrer hohen
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0'8 % Kupfer sowie gegebenenfalls 0-2--0'5 /o Mangan werden durch die Behandlung mit dem Reaktionsgemisch stark verbessert. Insbesondere wird die bei diesen kupferhaltigen Legierungen --ich bemerkbar machende erhöhte Neigung zur Porenbildung unterdrückt. so dass sie in stärkerem Masse auch zur Fabrikation von Zylinderblücken. Zylinderköpfen u. dgl. geeignet werden, wozu Rie auf Grund ihrer hohen Härte. guten Bearbeitbarkeit und hohen Elastizitätsgrenze andern Legierungen gegenüber den Vorzug verdienen.
Auch hiebei kann der Kupfergeltalt die bisher übliche Grenze von 0-8"/,) erheblich überschreiten und dadurch die besonders gewünschte Schwingungsfestigkeit sowie die Beständigkeit gegen Verziehungen noch bedeutsam erhöht werden.
Das Verfahren eignet sich auch sehr gut zur Behandlung hochsiliziumhaltiger Legierungen, welche vor allem mit Gehalten von-) 0 bis 30 nfo Silizium für die Herstellung von Zylinderkolben und ähnlichen Konstruktionsteilen Anwendung finden.
Die Ausübung des Verfahrens soll an Hand des nachstehenden Beispiels näher erläutert werden.
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1#14% wurde mit einem Gemisch aus 5 Teilen Kalziumfluorid und 6'5 Teilen Natriumkarbonat. welches nach dem Zusammenschmelzen pulverisiert war. versetzt. Der Anteil an diesem Gemisch betrug etwa 1¸% vom Gewicht der behandelten Legierung. Nach dem Erstarren zeigte die Legierung eine feine Verteilung aller Legierungskomponenten und ergab bei der mechanischen
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Mengen des Gemisches betragen im allgemeinen 0-5-3%.
Die Anwendung des Verfahrens kann auch im unmittelbaren Anschluss an die elektrolytische Darstellung des Huttenaluminiums oder aluminiumhaltiger Legierungen erfolgen. Hiebei
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ein entsprechender Anteil Alkalikarbonat zugesetzt wird. so dass hiebei das Reaktionsgemisch unter Benutzung der bereits vorhandenen flüssigen Elektrolytsalze erfolgt.
Dieses reagiert dann
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Eigensdiaften. wie wenn die Behandlung unabhängig von der Elektrolyse in einem besonderen erfahren erfolgt ist.
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Beispiel 1 :
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<tb>
<tb> (aus <SEP> Mischung: <SEP> 50 <SEP> g <SEP> Kalium-, <SEP> 50 <SEP> g <SEP> Natriumchlorid)..8 <SEP> g
<tb> Kalziumfluorid <SEP> ............................... <SEP> 5 <SEP> "
<tb> Natriumkarbonat...............................6#5 <SEP> #
<tb>
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<tb>
<tb> Beispiel <SEP> II <SEP> :
<tb> (aus <SEP> Mischung:
<SEP> 42 <SEP> g <SEP> Natrium-Aluminium-Fluorid, <SEP> 32 <SEP> g <SEP> Natirumkarbonat) <SEP> ...18#5 <SEP> g
<tb> (50 <SEP> g <SEP> Natrium-, <SEP> 50 <SEP> g <SEP> Kaliumchlorid)............................... <SEP> 8 <SEP> #
<tb> Beispiel <SEP> III <SEP> :
<tb> Natriumchlorid <SEP> ... <SEP> ........20#5 <SEP> %
<tb> Kaliumchlorid <SEP> .............20#5 <SEP> #
<tb> Kalziumfluorid.............25#6 <SEP> #
<tb> Natriumkarbonat <SEP> ...........33#4 <SEP> #
<tb>
Während bisher bei der Dimensionierung des Alkalizusatzes mit grosser Vorsicht verfahren werden musste und die angewendeten Mengen höchstens bis zu 0#1 % betragen durften, da andernfalls starke Porenbildung auftrat.
kann man besonders bei der Herstellung siliziumhaltir Aluminiumlegierungen mittels des neuartigen Veredelungsmittels eine Kombination der Veredelungsverfahren mittels Reaktionsgemisch einerseits und der Behandlung mit Natrium ander- seits auch unter Verwendung erhöhter Natriumzusätze durchführen. Schmilzt man z. B. das Reaktionsgemisch und steckt das Natrium durch das flüssig gewordene Salz hindurch in die Legierung ein, so gelingt auch bei erhöhtem Zusatz von Natrium eine Dispersion der Legierungsbestandteile. olme dass die bisher beobachtete Porenbildung auftritt.
Hiedurch wird einmal erreicht, die Struktur der siliziumhaltigen Aluminiumlegierungen mit Siliziumgehalten von 5 bis 15 % noch viel feiner zu veredeln als bisher bekannt war. Dadurch wird eine wesentliche
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legierungen mit Siliziumgehalten über 15 % noch eine eutektische Struktur hervorzurufen, obwohl man auf Grund der aufgestellten Schmelzpunktdiagramme annehmen muss. dass]'ei derartigen Siliziumgehalten bereits Primärausscheidungen von Silizium vorhanden sein müssen ; so konnte man mittels Zusatz von 0, 3 % Alkalimetall in Gegenwart eines Deeksalzes n''h Legierungen mit 17"/o Silizium in rein eutektischer Struktnr erstarren lassen.
Für viele \"'-1'- wendungszwecke ist aber gerade die eutektische Struktur von erheblicher Wichtigkeit, da derartige Legierungen auf Grund ihrer feinkörnigen Struktur besondere Vorteile besitzen.
Besonders günstig hat sich hiebei erwiesen, solche Fluoride anzuwenden, die einen sauren Bestandteil aufweisen. So kann man z. B. die noch Säureradikale enthaltenden Bif@@oride weiterhin Silicofluoride jeder Art verwenden. Möglicherweise wird durch die Einführung eines sauren Bestandteils eine alkalische Reaktion des Alkalimetalls unterbunden und dadurch die Blasenbildung verhindert.
Die nach der Erfindung hergestellten Produkte können gegebenenfalls einer wt-iteren mechanischen oder thermischen Behandlung unterworfen werden und eignen sich somit für sämtliche Verwendungszwecke, bei denen besonders hohe Anforderungen an die physikalischen Eigenschaftengestelltwerden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung von praktisch siliziumfreiem Aluminium bzw. von Aluminiumlegierungen und aluminiumhaltigen Legierungen durch Erzeugung eines hochdisper. -n Gefüges aller Legierungsbestandteile, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze des zu be- handelnden Ausgangsgutes Stoffgemische von Fluoriden, die für sich allein einen Veredelulls- effekt nicht hervorbringen. einerseits und Alkalikarbonate anderseits zugesetzt werden.
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