CH280892A - Aluminiumlegierung. - Google Patents

Description

  Aluminiumlegierung.    Aluminiumlegierungen, welche beträcht  liche Mengen Magnesium enthalten, erfreuen  sich in letzter Zeit. einer ausgedehnten An  wendung, und     zwar    wegen deren mechani  schen Eigenschaften, deren     Bearbeitbarkeit     und deren ausgezeichneten Korrosionsbestän  digkeit. Diese Legierungen sind jedoch mit  dem Nachteil behaftet, dass im geschmolzenen  Zustand ein Teil des Magnesiums das Be  streben hat, infolge Umsetzung mit Sauer  stoff, Stickstoff und atmosphärischer Feuch  tigkeit aus der Legierung auszuscheiden, ins  besondere dann, wenn die Legierung während  einer beträchtlichen Dauer im geschmolzenen  Zustand gehalten wird.

   Unter gewöhnlichen  Bedingungen bildet sich auf der geschmol  zenen Legierung ein Belag von schwarzen,  körnigen Schlacken, welcher bei fortgesetztem  Erhitzen in eine weisse poröse Kruste ver  wandelt wird, in welcher beträchtliche Mengen.  Metall eingeschlossen sind. Aus Zweckmässig  keitsgründen wird diese Schlackenbildung als  Folge der Oxydation betrachtet.     Ausser    den  Verlusten durch Oxydation und durch     Ein-          sehluss    von Metall in dieser Schlackenkruste  gehen zusätzliche     Mengen    Magnesium aus der  geschmolzenen Legierung verloren, wenn .die  Schlacken abgeschöpft oder in anderer     W,    eise  vom Metall entfernt werden.

   Ausserdem wird  durch die Anwesenheit einer beträchtlichen  Schlackenmenge in der geschmolzenen Legie  rung ein     Zäherwerden    des Metalls bewirkt,  wobei das Giessen der Legierung schwieriger    gestaltet wird, da das Metall die     Gussformen     nicht richtig ausfüllt und während der Giess  operation nichtmetallische Einschlüsse in das       Gussstück    eingeführt werden können.  



  Die vorliegende Erfindung beruht auf der  Entdeckung, dass ein Zusatz einer sehr kleinen  Menge Beryllium zur Magnesium enthaltenden  Aluminiumlegierung die Bildung einer  Schlackenkruste oder eines Schaumes auf der  Oberfläche der geschmolzenen Legierung     ver-          lündert.    Diese Beryllium enthaltenden Legie  rungen können nach den in Giessereien ge  wöhnlich angewendeten Methoden verarbeitet  werden, wobei es unnötig ist, eine Schutz  atmosphäre oder ein     Deckflussmittel    zur Ver  hinderung der Oxydation dieser Legierungen  zu verwenden. Dank der Vermeidung der  Schlackenbildung lässt sich auch ein Verlust  an Metall aus geschmolzenen,     magnesium-          haltigen    Aluminiumlegierungen verhindern.

    Die     erfindungsgemässe    Aluminiumlegierung  ist dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis       151/o        lNlragnesium        und        0,0005        bis        0,2%        Beryl-          lium    enthält und frei von Elementen ist, die  dem Einfluss des die Legierung im geschmol  zenen Zustand oxydationsbeständig machen  den     Berylliumgehaltes    entgegenwirken wür  den.  



  Es hat sich gezeigt, dass mit sehr kleinen  Mengen Beryllium, nämlich solchen von       0,02%        oder        weniger,        der        gewünschte        Zweck     erreicht werden kann. Diese Menge an Beryl  lium hat sich als wirksam genug erwiesen, um      die Legierung im geschmolzenen Zustand  gegen Oxydation beständig werden zu lassen,  wobei als Folge eine Verminderung der  Schlackenbildung und des Verlustes an  Magnesium bewirkt wird.

   Die Verwendung  von Beryllium zu diesem Zwecke wirkt sich  bei technischen     Gusslegierungen,    die 1 bis       1.51/o    Magnesium enthalten, und insbesondere       bei        jenen        Legierungen,        die    4     bis        12%        Magne-          sium    enthalten, besonders günstig aus.

   Da die  Schlackenbildung beim Schmelzen von     Ahi-          miniumleglerungen,        die        weniger        als        1%     Magnesium enthalten, kein ernstliches Pro  blem darstellt, besteht kein zwingender Grund  für die Verwendung von Beryllium in solchen  Legierungen. Da Beryllium ein teurer Legie  rungsbestandteil ist, wird man es     vorzugsweise     nur in möglichst kleiner Menge zusetzen, dies  um so mehr, als grössere Mengen dieses Ele  mentes keinen bessern Schutz der geschmolze  nen Legierungen gewährleisten.

   Anderseits  sollte das Beryllium zwecks Erzielung einer  günstigen Wirkung in einer Menge von     min-          destens        0,0005        %        vorhanden        sein.        In        einer     bevorzugten Anwendungsform der Erfindung  empfiehlt sich die Verwendung von 0,003 bis       0,001%        dieses        Elementes.     



  Gewisse Elemente, beispielsweise die Al  kalimetalle, insbesondere Natrium und     Li-          thium,    wirken dem Einfluss des Berylliums  auf die Oxydationsbeständigkeit der Legie  rung entgegen und dürfen deshalb in der er  findungsgemässen Legierung nicht vorhanden  sein. So wird     beispielsweise    die Wirkung des       Berylliums        durch        Natrium        in        einer        0,01%     übersteigenden Menge aufgehoben.  



  Die Erfindung eignet sich besonders für  Aluminiumlegierungen, die in     S.pritzgussope-          rationen    verwendet werden, da sie oft während  längerer Zeit erhöhten Temperaturen ausge  setzt sind. Der Zusatz von Beryllium zu Legie  rungen, die bei der Erzeugung von Spritz  gussstücken     verwendet    werden, bewirkt, dass  das geschmolzene Metall verhältnismässig  flüssig und befähigt wird, die Giessformen  auszufüllen, ohne nichtmetallische Einschlüsse  in das     Gussstück    einzuführen.  



  Die gewünschte     Berylliummenge    kann der    Legierung nach einer beliebigen zweckmässi  gen Methode zugeführt. werden. Das Beryl  lium kann beispielsweise in Form des     Metalles     oder einer     berylliumreichen    Legierung oder  durch Zersetzung einer geeigneten Verbin  dung eingeführt werden.  



  Obgleich oben nur die Vorteile des Zu  satzes von Beryllium zu binären Aluminium  Magnesium-Legierungen beschrieben wurden,  sei hier bemerkt, dass die Verwendung dieses  Elementes in Legierungen, welche noch andere  Legierungsbestandteile enthalten, ebenfalls  vorteilhaft ist. So können Legierungen, welche  1     bis        15%        Magnesium        enthalten,        noch        0,1        bis     5     %        Kupfer,    2     bis        1.1%        Zink        oder        0,

  3        bis    5     %     Silicium oder eine beliebige Kombination die  ser Elemente enthalten. Ausserdem kann die  Legierung kleine Mengen eines oder mehrerer  Metalle bzw. Elemente enthalten, die dazu  dienen, die Härte der Legierung zu erhöhen,  wie zum Beispiel Mangan, Chrom, Titan,       Vanadium,        Molybdän,    Wolfram,     Zirkon,     Uran, Nickel, Bor und Kobalt.

   Diese Elemente  können individuell in folgenden Mengen     ver-          wendet        werden:        0,1        bis        2%        3Iangan,        0,1        bis          0,51/o    Chrom, 0,01 bis     0,51/o    Titan, 0,1 bis     111/o          Vanadium        0,1        bis        1%        Molybdän,        0,

  1        bis        10/0          Wolfram,        0,1        bis        1%        Uran,        0,05        bis        1%          Zirkon,        0,1        bis        2%        Nickel,        0,01        bis        0,1%        Bor          und        0,

  1        bis        2%        Kobalt.        Die        Gesamtmenge     dieser härtenden Elemente sollte     zweckmässi-          gerweise        2%,        bezogen        auf        die        Gesamtzusam-          mensetzung    der Legierung, nicht.

   überschreiten  Da das Magnesium ungeachtet der Anwesen  heit der angeführten Elemente in der ge  schmolzenen Legierung gegen Oxydation  empfindlich ist, verhindert der     Berylliumzu-          satz    wirksam die     Sehlaekenbildung    und die       Magnesiumverluste    in allen diesen     magnesium-          lialtigen    Aluminiumlegierungen. Die Wirkung  einer kleinen Menge an Beryllium in den     Ahi-          miniumlegierungen    ist in den folgenden Bei  spielen erläutert.

   Eine Aluminiumlegierung,  welche als einzigen Legierungsbestandteil     no-          tninell        10%        Magnesium        enthielt,        wurde        ge-          schmolzen    und in 3 Portionen geteilt. Die       erste    Portion wurde als Vergleichsprobe ver  wendet. Den andern Portionen wurden ver-           scliiedene        Mengen    Beryllium zugesetzt, wie  dies in der nachstehenden Tabelle     angegeben     ist.

   Unmittelbar nachher wurden jeder Legie  rung Proben entnommen,     um    den genauen       iagnesiitmgehalt    zu bestimmen. Die Sehmet  zen wurden dann während 6 Stunden bei einer  Temperatur von 760   bis 815   C gehalten,     uni     die in der     Giessereipraxis    manchmal auftre  tenden, äusserst     strengen        Bedingungen    her  zustellen und die     Sehlaekenbildung    zu be  günstigen.

   Während die Schmelzen bei erhöh  ten Temperaturen gehalten wurden, entstan  den nur auf der Oberfläche der Legierung,    welche kein     Bervll-um    enthielt, beträchtliche       Mengen    an Schlacken, wobei die andern Legie  rungen praktisch keine     Schlaekenbildung    auf  wiesen. Nach der Hitzebehandlung der  Schmelzen wurden sämtliche Schmelzen in       Gussformen    gegossen und hierauf analysiert,       um    den     Magnesiumgehalt    der Legierungen  nach der Hitzebehandlung bei erhöhten Tem  peraturen mit dem     l1agnesium-ehalt,    den die  Legierung vor dieser Hitzebehandlung auf  wies, zu vergleichen.

   In der folgenden Tabelle  sind die Resultate dieser Prüfungen zusam  mengestellt.  
EMI0003.0018     
  
          Aus    der obigen Tabelle ist, ersichtlich, dass  in der Legierung, welche kein     Bery        lliiim    ent  hielt, eine beträchtliche Menge Magnesium       verlorenging,    während in den Legierungen,  welche Beryllium enthielten, im Verlauf der       IIitzebehandlung    nur leichte Verluste ein  traten. Unter weniger strengen Bedingungen,  die     gewöhnlieh    in der Praxis vorherrschen,  sind die Verluste kleiner.

   In der Praxis sind  jedoch Verluste von der bei den     beryllium-          lialtigen    Legierungen angegebenen Grössen  ordnung zulässig. Ausserdem ergaben die  Legierungen, welche Beryllium enthielten,       G        ussstücke    mit reinen und schönen Ober  1'läelien, im Gegensatz zu den Legierungen,  welche kein Beryllium enthielten und     Guss-          stüeke    von schlechtem Aussehen ergaben.  



  Es hat sich gezeigt, dass ein Zusatz von       0,0005        bis        0,02%        Beryllium        in        den        Alumi-          niumlegierungen    die     Alterungshärtung    der    Legierung nicht. beeinflusst.

   Es wurden bei  spielsweise     Spritzgussstangen    von 12,7 mm  Durchmesser aus zwei Legierungen herge  stellt, welche die folgenden nominellen Zu  sammensetzungen aufwiesen: 10     0lo        Magnesium          bzw.        10%        Magnesium        plus        0,01 /o        Beryllium,     wobei der Rest in beiden Fällen aus     Alumi-          yiium        bestand.    Die Probestangen wurden wäh  rend 4 Stunden bei     432     C erhitzt. und in  Wasser von 66   C abgeschreckt.

   Zusätzliche  Proben, welche der gleichen Hitzebehandlung  unterworfen wurden, wurden zwecks Fest  stellung der Wirkung auf das Altern während  12 Stunden bei 177   C künstlich gealtert. Die  mittleren     Zugwerte    der besten Stangen aus  den beiden Legierungen, sowohl im abge  schreckten als auch im gealterten Zustand,  sind in den folgenden Tabellen angegeben.  



  Hitzebehandelt während 4 Stunden bei       .132     C, abgeschreckt. in Wasser von     660C     
EMI0003.0056     
  
    Legierung <SEP> zugfestigkuit <SEP> Streckgrenze
<tb>  Brinell <SEP> -Härte
<tb>  kg/cm2 <SEP> kg/cm2 <SEP> Bruchdehnung
<tb>  100/0 <SEP> 11g <SEP> <B>3052,7 <SEP> 1915,7 <SEP> 9,7</B> <SEP> 80
<tb>  100/0 <SEP> 1NIg <SEP> -3- <SEP> 0,01% <SEP> Be <SEP> <B>2903,7</B> <SEP> 1964,9 <SEP> 8 <SEP> 80         Hitzebehandelt während 4 Stunden bei     4321'    C, abgeschreckt. in Wasser von     6611    C,  gealtert während 12 Std. bei<B>1770</B> C.

    
EMI0004.0003     
  
    Legierung <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Streckgrenze
<tb>  kg/cm2 <SEP> kg/cm= <SEP> Brachdehnungrinell-Härte
<tb>  <B>100/0</B> <SEP> mg <SEP> 2850 <SEP> 2119,5 <SEP> 2,3 <SEP> 109
<tb>  100/0 <SEP> mg <SEP> --f- <SEP> 0,01% <SEP> Be <SEP> 2780,7 <SEP> 2210,9 <SEP> 2,5 <SEP> 109       Die angegebenen Resultate lassen er  kennen, dass die Legierungen anfänglich im  abgeschreckten Zustand     im.gefähr    die gleiche  Festigkeit, Härte und Bruchdehnung auf  n eisen, und dass bei einer künstlichen Alte  rungsbehandlung der Legierungen eine ge  wisse     Alterungshärtung    eintritt, und     zwar    in  folge der Gegenwart des Magnesiums, sofern  kein Beryllium vorhanden ist.

   Es sei jedoch  bemerkt, dass in den Eigenschaften der ge  alterten     Legierungen    keine wesentlichen  Unterschiede vorhanden sind, woraus ersieht  , ]ich ist, dass der Zusatz solch kleiner Mengen  von Beryllium keinen wesentlichen Einfluss  auf die Härtung durch Alterung ausübt.  



  Der in der vorliegenden Beschreibung ver  wendete Ausdruck  Aluminium      i    bezeichnet  Aluminium in seiner technischen Form, und  der Ausdruck  Aluminiumlegierung  bezieht  sich auf diejenigen Legierungen, welche min  destens 50  /o Aluminium enthalten, unab  hängig davon, ob die Legierung eine binäre,       ternäre    oder eine kompliziertere Kombination  ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Aluminiumlegierung, dadurch gekenn zeichnet, dass sie 1 bis 15 /o Magnesium und 0,0005 bis 0,2% Beryllium enthält und frei von Elementen ist, die dem Einfluss des die Legierung im geschmolzenen Zustand oxyda tionsbeständig machenden Berylliumgehaltes entgegenwirken würden.

   II. Verfahren zur Herstellung einer Alu- rniniumlegierung nach Patentanspruch I, da- durch gekennzeichnet, dass eine 1 bis 15% llagnesixxm enthaltende Alüminiiumlegierung geschmolzen und die Oxydation der Schmelze und die Bildung eines Oberflächenschaumes auf derselben durch Aufrechterhalten eines Berylliumgehaltes von 0,

   0005 bis 0,02% im geschmolzenen '1Ietall verhindert wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Aluminiumlegierung nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie noch 0,1 bis 5% Kupfer enthält, wobei der Rest aus Aluminium besteht. 2.

   Aluminiumlegierung nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie noch 2 bis 14% Zink enthält, wobei der Rest aus Aluminium besteht. 3.

   Aluminiumlegierung nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie noch 0,3 bis 5% Silicium enthält, wobei der Rest aus Aluminium besteht. 4.

   Aluminiumlegierung nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie noch 0,3 bis 5 /o Silicium und 2 bis 14% Zink enthält, wobei der Rest aus Aluminium besteht. 5. Aluminiumlegierung nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, da.ss sie noch 0,3 bis <B>50/9</B> Silicium und 0,1 bis 51/o Kupfer enthält, wobei der Rest aus Aluminium besteht. 6.

   Aluminiumlegierung nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie noch 2 bis 14 /o Zink und 0,1 bis 5% Kupfer enthält, wobei der Rest aus Aluminium besteht. 7.

   Aluminiumlegierung nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie noch 0,3 bis 5 0/ o Silicium, 2 bis 14 % Zink und 0,1 bis 5% Kupfer enthält,

   wobei der Rest aus Aluminium besteht.