Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungen mit feinem Korn. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungen mit feinem Korn, insbesondere solchen, wel che Kupfer oder Nickel, oder Kupfer zu sammen mit Nickel, oder Kupfer mit Nickel und Magnesium, oder Kupfer mit Nickel, Magnesium, Eisen und Silizium, oder Nickel mit Magnesium, Eisen und Silizium ent halten.
Bei der Herstellung von Gussstücken aus Aluminiumlegierungen, die z. B. mehr als 705o1' Aluminium enthalten, ist es erwünscht, die feinst mögliche Korngrösse zu erhalten. Mit der Bezeichnung Korn wird die Makro struktur verstanden, welche durch das un bewaffnete Auge auf glatten Flächen oder Abschnitten der Gussstücke erkennbar ist, nachdem sie in geeigneten Reagenzien an geätzt worden sind, wie z. B. mit einer wäs serigen Lösung von Ätznatron oder Fluss- säure. Bei Gussstücken verbessert eine Korn verkleinerung die mechanischen Eigenschaf ten.
Je feiner die Korngrösse einer Alumi niumlegierung ist, umso besser sind bei sonst gleichen Umständen ihre Giesseigen- schaften, insofern die Neigung zum Springen in der Form verringert und die Herstellung gesunder Gussstücke erleichtert wird. Bei Gussstücken, welche geschmiedet, ausgepresst oder sonstwie mechanisch bearbeitet werden sollen, ist eine feine Korngrösse erwünscht, weil sie die Erzielung guter mechanischer Eigenschaften bei dem darauffolgenden Be arbeiten unterstützt.
Zweck der vorliegenden Erfindung be-. steht in der Herstellung von Aluminium- legierungen mit feinem Korn, welche in folgedessen überlegene mechanische Eigen schaften in gegossenem Zustande und auch nach dem Schmieden und nach der Wärme behandlung der Gussstücke und Schmiede stücke nach bekannten Verfahren aufweisen.
Erfindungsgemäss wird eine Aluminium- legierung, insbesondere eine Legierung der oben erwähnten Klassen, mit einem ein feines Körn der Legierung bewirkenden Gehalt an Niob vergossen. Es wurde gefunden, dass es vorteilhaft ist; die Menge an Niob auf 0,1 bis 0,2% des Gesamtlegierungsgewichtes zu be messen.
Selbst bei einer geringen Menge von 0,05% Niob wurde eine beträchtliche Korn verfeinerung beobachtet, und anderseits er wies es sich nicht allgemein als notwendig oder erwünscht, über einen Gehalt von 0.5 Niob hinauszugehen.
Es wurde ferner gefunden, dass diese vor teilhaften Wirkungen in den genannten Le gierungen auftreten, wenn die im nachstehen den aufgeführten Elemente in den beispiels weise angegebenen Mengen vorhanden sind
EMI0002.0006
Kupfer <SEP> 0.5 <SEP> his <SEP> 12','ö
<tb> Nickel <SEP> 0,5 <SEP> " <SEP> <B>5</B> <SEP> Magnesium <SEP> 0,1 <SEP> " <SEP> 3
<tb> Silizium <SEP> 0,2 <SEP> " <SEP> 2,5
<tb> Eisen <SEP> 0.2 <SEP> " <SEP> 2 <SEP> %
<tb> Niob <SEP> 0.05 <SEP> ,.
<SEP> 1 Die günstige Wirkung des Niobs hängt nicht von der Art ab, in welcher es in die Legierung einverleibt wird, aber ein be quemes Verfahren besteht darin, es in Form einer verhältnismässig niohreichen Mutter- oder Vorlegierung zuzufügen. Gemäss einer praktischen Ausbildungsform des Verfahrens besteht die erste Stufe der Einverleihung des Niobs in die Aluminiumlegierung in der Her stellung einer vergleichsweise niobreichen Aluminiumlegierung aus Ferro-Niob und Aluminium.
Das Ferro-Niob kann in Form einer Legierung verwendet werden, welche annähernd gleiche Teile Eisen und Niob nebst Verunreinigungen, wie Tautal, Sili zium und Kohlenstoff, in kleinen Mengen enthält. Bei der Herstellung der Niob-Vor- legierung wird Aluminium in einem Tiegel geschmolzen Lind seine Temperatur auf 1100 bis 1200' C gebracht.
Nunmehr wird Ferro- Niob in einer Menge etwa gleich '!1o des Ge wichtes an Aluminium in das geschmolzene Aluminium eingerührt oder in einem durch lochten 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 annähernd 5 % Niob, 52"' Eisen, Rest im wesentlichen Aluminium enthält.
Diese Legierung wird in Formen gegossen, in einem Tiegel wieder eingeschmolzen, erstarren ge- lassen mid ohne unnötiges Überhitzen erneut geschmolzen, um die Gase, welche zufolge der Erhitzung auf hohe Temperaturen zu Beginn des Verfahrens absorbiert worden waren, auszutreiben. Nach dieser Vorverfesti- gungsbehandlung wird die Legierung in ge eignete Ingotformen gegossen.
Ein praktisches Verfahren zur Herstel lung einer Legierung unter Verwendung der verhältnismässig niobreichen Aluminiumvor- legierung sei nunmehr beschrieben. Die her zustellende Endlegierung gemäss diesem Bei spiel hat die folgende Sollzusammensetzung Kupfer 2,5 Nickel 1,5 % Magnesium 0,8 Silizium 1,2 Eisen 1,2% Nioh 0,1 Aluminium Rest.
Die benutzten Vorlegierungen waren: A lumiiiiuin-Nickel mit 20% Nickel, Alumi- nium-Eisen-Niob mit 5 % Eisen und 5 % Nioh, Aluminium-Eisen mit<B>10%</B> Eisen, Aluminium-Kupfer mit<B>50%</B> Kupfer, Alu minium-Silizium mit 20% Silizium. Das Aluminium wird in einem Tiegel geschmolzen und die berechneten Mengen der Vorlegie- rungen nacheinander eingerührt in der Rei henfolge, in welcher sie oben aufgezählt sind, wobei dafür zu sorgen ist, dass jeder Zusatz aufgelöst ist, bevor der nächste eingeführt wird.
Der Schlusszusatz besteht aus Magne sium in Form des reinen Metalles. Bei die sem Verfahren ist es nicht notwendig, die Temperatur des Metalles über<B>750'</B> C in irgendeiner Stufe während der Herstellung der Legierung zu steigern, was im Hinblick auf die Vermeidung der Gasabsorption vor teilhaft ist.
Die beschriebene Legierung ist für die Herstellung von Guss- und Schmiedestücken geeignet und eignet sich gut für die be kannten Verfahren der Wärmebehandlung, -elche für Aluminiumlegierungen anwend bar sind, die Kupfer, Nickel, i@Iagnesium, Silizium und Eisen enthalten.
Beispiels- weise wird eine erhebliche Verbesserung in den mechanischen Eigenschaften von Schmiedestücken aus der Legierung erreicht, indem man eine zweistufige Wärmebehand lung vornimmt, bei welcher die Stücke zu erst während vier Stunden auf<B>530'</B> C er hitzt, dann in Wasser abgeschreckt, während 16 Stunden auf 165 C wieder erhitzt und schliesslich erneut in Wasser abgeschreckt werden.
Eine wertvolle Eigenschaft der kornver feinernden Wirkung des Niobs besteht darin, dass sie auch wirksam bleibt, selbst wenn die Aluminiumlegierung auf eine hohe Tem peratur vor dem Giessen erhitzt worden ist.
Zur Erläuterung der Wirksamkeit der Korn- verfeinerungswirkung des Niobs sei erwähnt, dass beim. Giessen einer Legierung der oben genannten Zusammensetzung bei<B>800'</B> C in eine getrocknete Sandform zwecks Herstel lung eines zylindrischen Blockes von 7,6 ein Höhe und 7,6 cm Durchmesser die in der Makrostruktur sichtbaren Körner nach dem Atzen Durchmesser von 0,2 bis 1 mm auf weisen, während die nämliche niobfreie Le gierung, wenn sie unter den gleichen Be dingungen vergossen wird,
einen Korndurch messer von 2,5 bis 5 mm zeigt.
Im Vergleich mit einer ähnlichen niob- freien Legierung besitzt die oben beschrie bene Legierung den Vorteil zufolge der fein körnigen Struktur, welche das Niob verleiht, dass die Duktilität, welche einer gewissen Zugfestigkeit zugehört, grösser ist.
Bei den einfachen Aluminiumlegierungen mit Kupfer, welche beispielsweise 7 % Kup fer enthalten, bewirkt die Einverleibung von Niob in Form einer Aluminium-Nioblegie- rung ebenfalls eine Kornverfeinerung und Verbesserung der Festigkeit und Duktilität der Gussstücke.