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Verfahren zur Kornverfeinerung von Aluminiumgrundlegierungen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung von Aluminiumgrundlegierungen (Legie- rungen, die mehr als 70% Aluminium enthalten), u. zw. solchen, welche Kupfer oder Nickel, oder Kupfer zusammen mit Nickel, oder Kupfer mit Nickel und Magnesium, oder Kupfer mit Nickel, Magnesium, Eisen und Silizium, oder Nickel mit Magnesium, Eisen und Silizium enthalten.
Bei der Herstellung von Gussstücken aus Aluminiumgrundlegierungen ist es nun erwünscht, ein Gefüge von feinst möglichem Korn zu erhalten. Mit der Bezeichnung Korn wird dabei die Makrostruktur verstanden, welche durch das unbewaffnete Auge auf glatten Flächen oder Abschnitten der Gussstücke erkennbar ist, nachdem sie in Reagentien, wie z. B. mit einer wässerigen Lösung von Ätznatron oder Flusssäure, angeätzt worden sind. Bei Gussstücken verbessert eine Kornverkleinerung die mechanischen Eigenschaften. Je feiner das Korn einer Aluminiumlegierung ist, um so besser sind bei sonst gleichen Umständen ihre Giesseigenschaften, insofern die Neigung zum Springen in der Form verringert und die Herstellung gesunder Gussstücke erleichtert wird.
Aber auch bei Gussstücken, welche geschmiedet, ausgepresst oder sonstwie mechanisch bearbeitet werden sollen, ist ein möglichst feinkörniges Gefüge erwünscht, weil es die Erzielung guter mechanischer Eigenschaften bei dem darauffolgenden Bearbeiten unterstützt.
Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Erzeugung von Aluminiumlegierungen mit feinem Korn, welche zufolge desselben überlegene mechanische Eigenschaften in gegossenem Zustande und auch nach dem Schmieden und nach der Wärmebehandlung der Gussstücke und Schmiedestücke nach bekannten Verfahren aufweisen.
Zur Erzielung der vorerwähnten Eigenschaften wird nun nach dem erfindungsgemässen Verfahren den eingangs genannten Aluminiumgrundlegierungen Niob in einer Menge von 0'05 bis 1% zugefügt.
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, zur besseren Vergütbarkeit von Aluminiumlegierungen im allgemeinen, diesen einen Zusatz von Niob oder andere Zusätze in der erfindungsgemässen Grössenanordnung zu geben, ohne aber dem Fachmann die Lehre zu vermitteln, dass gerade Niob es ist, das durch erhebliche Herabsetzung der Korngrösse die Verwendbarkeit von Aluminiumlegierungen zu Giesszweeken bzw. die nachträgliche Bearbeitbarkeit derselben wesentlich begünstigt.
Auch das Bekanntsein des allgemeinen Umstandes, dass Niob, u. zw. in grossen Zusatzmengen (55%-56%), das Gefüge von Aluminiumlegierungen feinkörniger macht, konnte dabei dem Fachmann keine Unterstützung bringen, da erst mit der Erfindung die praktisch wertvolle Erkenntnis gewonnen wurde, dass bei den eingangs genannten Aluminiumgrundlegierungen bereits Mengen von 0-05% bis 1% Niob durchaus ausreichen, um eine beträchtliche Kornverfeinerung zu erhalten.
Es wurde dabei gefunden, dass die vorteilhaften Wirkungen in den genannten Legierungsklassen auftreten, wenn die im nachstehenden aufgeführten Elemente in den beispielsweise angegebenen Mengen vorhanden sind :
EMI1.1
<tb>
<tb> Kupfer <SEP> 0-5 <SEP> bis <SEP> 12 <SEP> %
<tb> Nickel................................... <SEP> 0-5 <SEP> bis <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Magnesium <SEP> 0-1 <SEP> bis <SEP> 3 <SEP> %
<tb> Silizium <SEP> 0-2 <SEP> bis <SEP> 2-5%
<tb> Eisen <SEP> 0-2 <SEP> bis <SEP> 2 <SEP> %
<tb> Niob <SEP> 0-05 <SEP> bis <SEP> 1 <SEP> %.
<tb>
Die günstige Wirkung des Niobs hängt nicht von der Art ab, in welcher es in die Legierung einverleibt wird, aber ein bequemes Verfahren besteht darin, es in Form einer verhältnismässig niobreichen Mutter-oder Vorlegierung zuzufügen. Gemäss einer praktischen Ausbildungsform des Verfahrens besteht die erste Stufe der Einverleibung des Niobs in die Aluminiumlegierung in der Herstellung einer vergleichsweise niobreichen Aluminiumlegierung aus Ferro-Niob und Aluminium. Das Ferroniob kann in Form einer Legierung verwendet werden, welche angenähert gleiche Teile Eisen und Niob nebst Verunreinigungen, wie Tantal, Silizium und Kohlenstoff, in kleinen Mengen enthält. Bei der Herstellung der Niob-Vorlegierung wird Aluminium in einem Tiegel geschmolzen und seine Temperatur auf 1100-12000 C gebracht.
Nunmehr wird Ferroniob in einer Menge etwa gleich einem Zehntel des Gewichts an Aluminium in das geschmolzene Aluminium eingerührt oder mit einem durchlochten Behälter eingebracht, welcher in der Aluminiumschmelze auf und ab bewegt wird, bis der Zusatz sich vollständig aufgelöst hat. Auf diese Weise erhält man eine Legierung, welche angenähert 5% Niob, 5% Eisen, Rest im wesentlichen Aluminium enthält. Diese Legierung wird in Formen gegossen, in einem Tiegel wieder eingeschmolzen, erstarren gelassen und ohne unnötiges Überhitzen erneut geschmolzen, um die Gase, welche zufolge der Erhitzung auf hohe Temperaturen zu Beginn des
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Verfahrens absorbiert worden waren, auszutreiben. Nach dieser Vorverfestigungsbehandlung wird die
Legierung in Ingotformen gegossen.
Ein praktisches Verfahren zur Herstellung einer Legierung unter Verwendung der verhältnis- mässig niobreichen Aluminiumvorlegierung sei nunmehr beschrieben. Die herzustellende Endlegierung gemäss diesem Beispiel hat die folgende Sollzusammensetzung :
EMI2.1
<tb>
<tb> Kupfer <SEP> 2-5%
<tb> Nickel........................... <SEP> 1. <SEP> 5%
<tb> Magnesium <SEP> 0. <SEP> 8%
<tb> Silizium <SEP> t-2%
<tb> Eisen <SEP> 1-2%
<tb> Niob <SEP> 0. <SEP> 1%
<tb> Aluminium <SEP> Rest.
<tb>
Die benutzten Vorlegierungen waren : Aluminium-Nickel mit 20% Nickel, Aluminium-Eisen-Niob mit 5% Eisen und 5% Niob, Aluminium-Eisen mit 10% Eisen, Aluminium-Kupfer mit 50% Kupfer, Aluminium-Silizium mit 20% Silizium. Das Aluminium wird in einem Tiegel geschmolzen, dann werden die berechneten Mengen der Vorlegierungen nacheinander in der oben angegebenen Reihenfolge eingerührt, wobei dafür zu sorgen ist, dass jeder Zusatz aufgelöst ist, bevor der nächste eingeführt wird.
Der Schlusszusatz besteht aus Magnesium in Form des reinen Metalls. Bei diesem Verfahren ist es nicht notwendig, die Temperatur des Metalls über 750 C in irgendeiner Stufe während der Herstellung der Legierung zu steigern, was im Hinblick auf die Vermeidung der Gasabsorption vorteilhaft ist.
Die beschriebene Legierung ist für die Herstellung von Guss-und Sehmiedestücken geeignet und eignet sich gut für die bekannten Verfahren der Wärmebehandlung, welche für Aluminiumlegierungen anwendbar sind, die Kupfer, Nickel, Magnesium, Silizium und Eisen enthalten. Beispielsweise wird eine erhebliche Verbesserung in den mechanischen Eigenschaften von Schmiedestücken aus der Legierung erreicht, indem man eine zweistufige Wärmebehandlung vornimmt, bei welcher die Stücke erst während vier Stunden auf 530 C erhitzt, dann in Wasser abgeschreckt, während 16 Stunden auf 165 C wieder erhitzt und schliesslich erneut in Wasser abgeschreckt werden.
Eine wertvolle Eigenschaft der kornverfeinernden Wirkung des Niobs besteht darin, dass sie auch wirksam bleibt, selbst wenn die Aluminiumlegierung auf eine hohe Temperatur vor dem Giessen erhitzt worden ist. Zur Erläuterung der Kornverfeinerungswirkung des Niobs sei erwähnt, dass beim Giessen einer Legierung der obengenannten Zusammenseztung bei 800a Cl in eine getrocknete Sandform zwecks Herstellung eines zylindrischen Blockes von 7-6 cm Höhe und 7-6 cm Durchmesser die in der Makrostruktur sichtbaren Körner nach dem Ätzen Durchmesser von 0-2 bis 1 mm aufweisen, während die nämliche niobfreie Legierung, wenn sie unter den gleichen Bedingungen vergossen wird, einen Korndurchmesser von 2-5 bis 5 mm zeigt.
Im Vergleich mit einer ähnlichen niobfreien Legierung besitzt die oben beschriebene Legierung den Vorteil, dass die Duktilität, welche einer gewissen Zugfestigkeit zugehört, grösser ist.
Bei den einfachen Aluminiumlegierungen mit Kupfer, welche beispielsweise 7% Kupfer enthalten, bewirkt die Einverleibung von Niob in Form einer Aluminium-Nioblegierung eine Kornverfeinerung und Verbesserung der Festigkeit und Duktilität der Gussstücke.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Kornverfeinerung von Aluminiumgrundlegierungen mit einem Gehalt an Kupfer und bzw. oder Nickel, oder Kupfer mit Nickel und Magnesium, oder Kupfer mit Nickel, Magnesium, Eisen und Silizium, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierung 0-05%-1% Niob zugefügt wird.