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Vergütbare Aluminiumlegierung und Verfahren zur Vergütung derselben.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der thermischenBehandlung vonAluminium-Magnesium-
Legierungen.
Aluminiumlegierungen haben ein weites Anwendungsgebiet als Konstruktionsteile für Zwecke gefunden, woselbst in erster Linie geringes spezifisches Gewicht verlangt wird und hohe Festigkeit nur eine sekundäre Rolle spielt. Es hat sich jedoch eine steigende Nachfrage, nach Legierungen grösserer
Festigkeit und welche auch korrosionsfest sind, ergeben. Es hat sich dann gezeigt, dass AluminiumMagnesium-Legierungen mit ungefähr a-15% Magnesium diesen Anforderungen in weitgehendem Masse entsprechen, da sie eine ungewöhnlich hohe Streckgrenze und Ermüdungsfestigkeit im Verein mit bemerkenswerter Korrosionsfestigkeit aufweisen. Wegen dieser Eigenschaften sind die Legierungen für viele Zwecke geeignet, hingegen bestehen noch erhebliche Schwierigkeiten bei der Herstellung gewisser Arten von Gussstücken und von gekneteten Produkten.
Im besonderen hat es sich gezeigt, dass die geschmolzenen Legierungen leicht oxydieren und dass häufig nicht befriedigende Gussstücke erhalten werden. Es hat sich gezeigt, dass diesem Übelstand durch Zusatz einer geringen Menge von Kalzium zu dem geschmolzenen Metall vor dem Giessen desselben abgeholfen werden kann. Die Verringerung der Oxydation des flüssigen Metalls verbessert auch, wie sieh gezeigt hat, dessen Fliessvermögen, was insbesondere von Bedeutung für die Herstellung kompliziert geformter Gussstücke mittels Kokillen ist. Man hat daher gedacht, dass die Schwierigkeiten bei der Herstellung solcher Gegenstände durch die erwähnte Verbesserung zufriedenstellend behoben wurden.
Für viele Zwecke sind diese Legierungen in gegossenem oder bearbeitetem Zustand hinsichtlich ihrer Festigkeit vollkommen zufriedenstellend. Anderseits wird für andere Anwendungszweeke die mit der Leichtigkeit des Materials noch zu vereinbarende höchstmögliche Festigkeit des Materials erforderlich.
Es wurde gefunden, dass die Zugfestigkeit und Streckgrenze von gegossenen oder gekneteten AluminiumMagnesium-Legierungen erheblich verbessert werden kann, wenn dieselben durch eine gewisse Zeit erhöhter Temperatur mit nachfolgendem Abschrecken oder raschem Abkühlen auf. Raumtemperatur ausgesetzt werden. Diese Verbesserung wird im allgemeinen bewirkt durch Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches von ungefähr 250-450 C durch einen Zeitraum von wenigen Minuten bis zu einer Anzahl Stunden, abhängig von der Art des behandelten Artikels, wonach die Legierung rasch auf eine wesentlich tiefere Temperatur abgekühlt wird. Es hat sich aber bald gezeigt, dass die Kalzium enthaltenden Legierungen einer solchen Vergütungsbehandlung nicht so leicht unterworfen werden können als Legierungen ohne diesen Zusatz.
Diese Wirkung des Kalziums ergab sich aus den geringeren Festigkeitswerten solcher Legierungen sowie auch aus ihrer geringeren Duktilität.
Wenn man diesen nachteiligen Effekt des Kalziums durch eine Verringerung der Menge desselben vermindern wollte, so führte dies nur zu einer Verringerung der vorteilhaften Wirkungen dieses Elementes für die Eignung der Legierung zur Herstellung von Gussstücken. Ein zufriedenstellendes Kompromiss zur Erzielung verbesserter Giessfähigkeit und der Erzielung maximaler mechanischer Eigenschaften des vergüteten Artikels konnte bisher nicht erreicht werden.
Die Erfindung bezweckt zunächst die Erzielung besserer mechanischer Eigenschaften in Kalzium haltigen vergüteten Aluminium-Magnesium-Legierungen. Ein weiterer Zweck besteht in der Erzielung solcher günstiger mechanischer Eigenschaften ohne ungünstige Beeinflussung der Giessfähigkeit der Legierung. Des weiteren soll diese Verbesserung bewirkt werden, ohne die üblich vorhandenen Betriebs-
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bedingungen in Giessereien hinsichtlich Herstellung und Giessens solcher Legierungen wesentlich zu ändern.
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, dass die Gegenwart einer geringen Menge von Zinn und/oder Blei in kalziumhaltigen Aluminium-Magnesium-Legierungen den nachteiligen Wirkungen ides Kalziums auf die Vergütungseigenschaften dieser Legierungen vorteilhaft entgegenwirkt. Es ist nur eine kleine Menge dieses Gegenmittels zur Überwindung der nachteiligen Wirkung von Kalzium erforderlich. Im allgemeinen sind ungefähr 0, 01-1. 25% Blei und/oder Zinn entsprechend, um den nachteiligen Wirkungen von ungefähr 0-01-2% des Erdalkalimetalles entgegenzuwirken. Am häufigsten wird Kalzium zu Legierungen gegeben, welche ungefähr 5-15% Magnesium enthalten, doch ist dieses Element auch in Legierungen wirksam, welche einen grösseren oder einen geringeren als den obgenannten
Magnesiumgehalt aufweisen.
Der Zusatz von Blei und/oder Zinn verringert in keiner Weise die vorteil- hafte Wirkung des Kalziums auf die Giesseigenschaften der Legierung ; sie können ohne Schwierigkeit in Sand oder in Kokillen oder Blockformen vergossen werden, u. zw. ohne übermässige Oxydation des flüssigen Metalls an dessen Berührungsstellen mit den Wänden der Gussform oder mit der Atmosphäre. Für 'Zwecke vorliegender Erfindung bilden die Elemente Blei und Zinn eine Gruppe von Substanzen, welche mit im wesentlichen gleichem Resultat einander ersetzen oder in Kombination verwendet werden können.
Falls beide Elemente verwendet werden, so soll die Gesamtmenge nicht mehr als ungefähr
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Nach den Beobachtungen des Erfinders über die Struktur der Aluminium-Magnesium-Legierungen tritt durch den Zusatz von Kalzium eine Veränderung ein, welche die Diffusion des Magnesiums durch die Aluminiumgrundmasse hindurch erheblieh hindert, wenn die Legierung einer Vergütung (Erwärmen und Abschrecken) unterworfen wird. Der Erfinder vermutet, dass Blei und Zinn eine grössere Affinität zu Kalzium haben als Kalzium zu Magnesium und Aluminium aufweist. Infolge dieses Unterschiedes der relativen Affinität verhindert wahrscheinlich das Blei und Zinn die Bildung irgendeiner Substanz, welche die Lösung und die Diffusion des Magnesiums bei Hitzeeinwirkung verhindert.
Die bei ver- güteten Aluminium-Magnesium-Legierungen erzielte Festigkeit hängt von dem Ausmasse des Inlösung- gehens des Magnesiums ab, und daher wirkt jedes der Lösung dieses Elementes entgegenstehende Hindernis in Richtung einer Verminderung der Festigkeit der Legierung. Ob nun die vorangehend versuchte
Erklärung für das Verhalten von Blei und Zinn in Beziehung auf Kalzium richtig sein mag oder nicht, jedenfalls bleibt die Tatsache bestehen, dass durch Zusatz von Blei und/oder Zinn zu den hier beschrie- benen Legierungen deren mechanische Eigenschaften nach Vergütung erheblich verbessert werden.
Der erzielte Vorteil ergibt sich klar durch Vergleich von vergüteten Legierungen mit und ohne
Zusatz von Blei und Zinn. Die in Tabelle I angeführten Legierungen enthalten ungefähr 10% Magnesium und wurden in einer Sandform vergossen. Sie wurden nachfolgend durch 16 Stunden auf 432 C erhitzt und dann in Wasser abgeschreckt.
Tabelle 1.
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<tb>
<tb>
% <SEP> der <SEP> Zusätze <SEP> Zugfestigkeit, <SEP> Streckgrenze <SEP> Dehnung <SEP> %
<tb> Ca <SEP> Pb <SEP> Sn <SEP> kg <SEP> je <SEP> mmê <SEP> (bei <SEP> 2" <SEP> Messlänge)
<tb> 0#05 <SEP> # <SEP> # <SEP> 24#66 <SEP> kg/mm2 <SEP> 15#14 <SEP> kg/mm2 <SEP> 4#7
<tb> 0#05 <SEP> 0#3 <SEP> # <SEP> 34#22 <SEP> kg/mm2 <SEP> 16#48 <SEP> kg/mm2 <SEP> 17#2
<tb> 0#05 <SEP> 0#5 <SEP> # <SEP> 32#70 <SEP> kg/mm2 <SEP> 16#21 <SEP> kg/mm2 <SEP> 15#0
<tb> 0#05 <SEP> # <SEP> 0#3 <SEP> 32#72 <SEP> kg/mm2 <SEP> 15#38 <SEP> kg/mm2 <SEP> 15#7
<tb> 0#05 <SEP> # <SEP> 0#5 <SEP> 31#66 <SEP> kg/mm2 <SEP> 16#15 <SEP> kg/mm2 <SEP> 14#8
<tb>
Die Verbesserung der Vergütungsfähigkeit von Blei und Zinn enthaltenden Legierungen ergibt sieh sofort aus der erhöhten Zugfestigkeit und aus den Dehnungswerten.
Die Erhöhung der Dehnung ist eine besonders wünschenswerte Eigenschaft, da viele vergütete Legierungen auf Aluminiumbasis weniger duktil und daher empfindlicher gegen Bruch bei Stossbeanspruchung sind. Die Versuche haben ferner gezeigt, dass die Gegenwart von Blei und Zinn nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Legierungen verbessert, wenn dieselben unter den gleichen Bedingungen wie Legierungen vergütet werden, die solche Kalziumgegenmittel nicht enthalten, sondern dass überdies gewünschtenfalls die Dauer der Vergütung verkürzt werden kann und doch die Eigenschaften erhalten werden, welche Blei und Zinn nicht enthaltende Legierungen aufweisen.
Die vorteilhaften Wirkungen von Blei und Zinn sind auch bei Legierungen vorhanden, welche einen grösseren Prozentsatz Kalzium aufweisen. Die Legierungen gemäss Tabelle II enthalten dieselbe Menge Magnesium als die in Tabelle I angeführten. Sie wurden auch unter denselben Bedingungen hergestellt und vergütet. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Reihen liegt im Kalziumgehalt.
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EMI3.2
<tb>
<tb>
% <SEP> der <SEP> Zusätze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Streckgrenze <SEP> Dehnung <SEP> %
<tb> Ca <SEP> Pb <SEP> Sn <SEP> kg <SEP> je <SEP> mm2 <SEP> (bei <SEP> 2" <SEP> Messlänge)
<tb> 0#10 <SEP> # <SEP> # <SEP> 27#79 <SEP> kg/mm2 <SEP> 16#13 <SEP> kg/mm2 <SEP> 5#7
<tb> 0#10 <SEP> 0#6 <SEP> # <SEP> 33#91 <SEP> kg/mm2 <SEP> 15#59 <SEP> kg/mm2 <SEP> 16#2
<tb> 0#10 <SEP> # <SEP> 0#4 <SEP> 32#71 <SEP> kg/mm2 <SEP> 16#43 <SEP> kg/mm2 <SEP> 13#7
<tb>
Es ist ersichtlich, dass die Gegenwart von Zinn oder Blei dem Einfluss des Kalziums in ungefähr derselben Weise entgegenwirkt, obwohl eine grössere Menge Kalzium verwendet wurde. Es ist zweckmässig, mehr Blei oder Zinn bei Erhöhung des Kalziumgehaltes der Legierung zu verwenden.
Während die erfindungsgemässen Vorteile im ganzen Bereich der früher erwähnten Legierungen mit Magnesium-und Kalziumzusätzen erzielt werden, hat es sich gezeigt, dass die grössten Vorteile innerhalb des Bereiches von Magnesiumgehalten erzielt werden, die handelsüblich sind, nämlich von ungefähr 6-11% Magnesium. Der Kalziumgehalt solcher Legierungen soll zweckmässig zwischen ungefähr 0-01-0-5% gehalten werden. Die vorzugsweisen Mengenverhältnisse von Zinn und Blei liegen bei Legierungen mit solchen Bereichen von Magnesium und Kalzium zwischen ungefähr 0. 25 bis 0. 75%. Die Menge des Gegenmittels, welche bei einer bestimmten Legierung erforderlich ist, kann leicht durch Vorversuche festgestellt werden.
Im allgemeinen kann gelten, dass die Menge mit dem Kalziumgehalt sich in gleicher Richtung ändert, derart, dass bei grösserer Menge an Kalzium auch eine entsprechend grössere Menge an Blei und/oder Zinn benötigt wird.
Die erfindungsgemässen Legierungen können in der in Giessereien üblichen Weise legiert werden.
Man hat nur die üblichen Vorsichtsmassnahmen zur Verhinderung von Überhitzung zu treffen, die Legierung gründlich zu mischen und sie bei der richtigen Temperatur zu giessen.
Man kann Aluminium handelsüblicher Reinheit für die Herstellung der hier beschriebenen Legierungen verwenden. Es hat sich aber gezeigt, dass diese Legierungen bessere Eigenschaften aufweisen, wenn Aluminium verwendet wird, welches weniger als 0. 3% Verunreinigungen enthält.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vergütbare Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie ungefähr 5-15% Magnesium, 0-01-2% Kalzium und 0-01-1-25% Blei und/oder Zinn enthält, Rest Aluminium.