Kaltaushärtende Aluminiumgusslegierung Die Erfindung betrifft eine kaltaushärtende Alu- miniumgusslegierung mit hoher Festigkeit.
Es ist eine .Sandgussaluminiumlegierung mit 10% Silizium- und 10% Zinkgehalt, ohne Magnesium- Behalt, Rest Aluminium, bekannt.
Es ist ferner bekannt, zur Verbesserung der Giess- barkeit, insbesondere von Aluminiumgusslegierungen mit einem Gehalt von 2-4 % Kupfer, 2-8 % Zink und 2-8 % Silizium,
einen Zusatz von 0,2 bis 10/0 Magnesium und 0;05 bis 0,3 % Zirkon vorzusehen. Weitere Aluminiumgusslegierungen und deren Eigen schaffen sind durch die Angabe von DIN-Normen bekannt.
Es ist auch ein Wärmebehandlungsverfahren für Aluminiu.mgussstücke bekannt, die zwischen 2 und 5,5 0/0 Kupfer und zwischen 3 und 15 %rn Silizium enthalten und bei dem die Gussstücke auf einer Tem peratur von etwas weniger als 520 C gehalten wer den.
Weitere Bestandteile der Legierung der Guss- stücke können geringfügige Mengen, beispielsw eise 0,25 %, oder wesentliche Mengen, wie zwischen 5
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Hauptlegierungsbestandteile
<tb> Kurzzeichen <SEP> ausser <SEP> Aluminium <SEP> Zustand <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Härte <SEP> HB
<tb> Gew.
<SEP> % <SEP> kg/mm2 <SEP> kg<B>/</B>mm2
<tb> G-AISilOMg <SEP> Si <SEP> 9 <SEP> bis <SEP> 11 <SEP> unbehandelt <SEP> 20-26 <SEP> 65-85
<tb> Mg <SEP> 0,2 <SEP> bis <SEP> 0,4 <SEP> ausgehärtet <SEP> 24-32 <SEP> 85-115
<tb> G-AlSi5Mg <SEP> Si <SEP> 4,5 <SEP> bis <SEP> 6 <SEP> unbehandelt <SEP> 16-20 <SEP> 60-75
<tb> Mg <SEP> 0,5 <SEP> bis <SEP> 0,8 <SEP> ausgehärtet <SEP> 26-30 <SEP> 90-110
<tb> G-A1Si5Cu1 <SEP> Si <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 6 <SEP> unbehandelt <SEP> 18-23 <SEP> 70-85
<tb> Cu <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 1,5
<tb> Mg <SEP> 0,3 <SEP> bis <SEP> 0,6 <SEP> ausgehärtet <SEP> 23-30 <SEP> 85-115 und 15 %,
Zink und bzw. oder ,geringfügige Mengen, vorzugsweise, weniger als 1,0%, Magnesium, sein.
Die Wärmebehandlung dient zum Lösen des intergranularen CuA12 und zur Erzielung einer fei nen Verteilung und mehr oder weniger ausgeprägten Rundung der Siliziumkristalle.
Keine dieser bekannten Aluminiumlegierungen mit 8i-, Zn- und Mg-Gehalt ist kaltaush ärtbar, und sofern ein Ma,gnesiumgehalt überhaupt vorgesehen ist, dient dieser nicht zur Erzielung einer Aushärt- barkeit ohne Erwärmung, sondern im Gegenteil einer Verbesserung der Giesseigenschaften oder sogar einer Verbesserung der Bearbeitbarkeit.
Bei solchen Legierungen ist auch der Zusatz von mindestens 2 % Kupfer bzw. von 0,05 bis 1% Chrom bekannt.
Gemäss der Norm (DIN 1725, Blatt 2 vom Jahr 1959) haben bekannte Aluminiumgusslegierun- gen hoher Festigkeit folgende Zusammensetzungen und Festigkeitseigenschaften in Kokillen!guss.
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Hauptlegierungsbestandteile
<tb> Kurzzeichen <SEP> ausser <SEP> Aluminium <SEP> Zustand <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Härte <SEP> HB
<tb> Gew.% <SEP> kg/mm= <SEP> kg/mm=
<tb> G-AlMg3 <SEP> Mg <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> unbehandelt <SEP> 15-20 <SEP> 50-60
<tb> Si <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> 1,3 <SEP> ausgehärtet <SEP> 22-33 <SEP> 65-90
<tb> G-AIMg10 <SEP> Mg <SEP> 9 <SEP> bis <SEP> 11 <SEP> Sandguss <SEP> homogenis:
ierungsgeglüht
<tb> für <SEP> Kokillenguss <SEP> keine <SEP> Angaben, <SEP> 25-32 <SEP> 80-90
<tb> da <SEP> nur <SEP> sehr <SEP> beschränkt <SEP> geeignet
<tb> G-A1Cu4Ti <SEP> Cu <SEP> 4 <SEP> bis <SEP> 5 <SEP> unbehandelt <SEP> keine <SEP> Angaben
<tb> Ti <SEP> 0,1 <SEP> bis <SEP> 0,3 <SEP> ausgehärtet <SEP> 33-40 <SEP> 95-1l0
<tb> G-AICu4TiMg <SEP> Cu <SEP> 4 <SEP> bis <SEP> 5 <SEP> unbehandelt <SEP> keine <SEP> Angaben
<tb> Mg <SEP> 0,<B>1</B>5 <SEP> bis <SEP> 0,30
<tb> Ti <SEP> 0,1 <SEP> bis <SEP> 0,3 <SEP> ausgehärtet <SEP> 33-42 <SEP> 100-120 Ausserdem gibt es noch eine Aluminiumgusslegie- aber ausgedehnte Verwendung in :
der lndustrie findet rang, die in der Norm nicht enthalten ist, trotzdem Nachstehend werden die wichtigsten Daten angeführt
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Hauptlegierungsbestandteile
<tb> Kurzzeichen <SEP> ausser <SEP> Aluminium <SEP> Zustand <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Härte <SEP> HB
<tb> Gew.#a <SEP> kg/mm2 <SEP> kgJmm=
<tb> G-AIZn5Mg1 <SEP> Zn <SEP> 4,5 <SEP> bis <SEP> 6 <SEP> Kokillenguss <SEP> unbehandelt <SEP> 26-30 <SEP> 60-90
<tb> Mg <SEP> 0,5 <SEP> bis <SEP> 1,2 <SEP> nach <SEP> 30 <SEP> Tagen <SEP> Lagerung Man erkennt aus diesem überblick,
dass die Legierungen der Norm die eingangs definierte hohe Festigkeit nach einer als Aushärtung bezeichneten Wärmebehandlung erreichen. Prinzipiell besteht diese Aushärtung in einer Wärmebehandlung bei 480 bis 530 C während mindestens drei Stunden mit an schliessendem Abschrecken in Wasser und einer nach folgenden Warmauslagerung bei 150 bis 170o, C während 10 bis 16 Stunden.
Diese Wärmebehandlung macht in :der Industrie eigene Anlagen erforderlich.. Die Kosten der Aushärtung betragen mindestens 15% vom Preis des Metalles. Ohne Aushärtung haben diese Legierungen jedoch eine wesentlich niedrigere Festigkeit.
Die zuletzt genannte Legierung G-AlZn5Mg1 erreicht auch schon hohe Festigkeitswerte im Guss- zustand nach einer Auslagerung bei Raumtemperatur während etwa 30 Tagen, ein Vorgang, den man als Selbstaushärtung bezeichnet. Allerdings -bereitet diese Legierung beim Giessen in Kokille erhebliche Schwie rigkeiten wegen ihrer Neigung zu Warmrissen.
Für schwierigen Kokillenguss von Gussstücken mit komplizierten und verwickelten Formen ist mit Abstand vor .den anderen vor allem die zuerst ge nannte Legierung G-AISilOMg giesstechnisch ge eignet, wobei aber ausser der notwendigen künst lichen Aushärtung noch der Nachteil einer mangel haften spanabhebenden Bearbeitbarkeit besteht. Be- sonders die Legierungen G-AlMgl0, G-AICu4Ti und G-AlCu4TiMg sind nur sehr schwer giessbar.
Es besteht somit der technische Bedarf an einer Aluminiumguss egierung, die ebensogut giessfähig ist wie G-AISilOMg und hohe Festigkeitswerte ,gemäss oben angeführter Definition ohne künstliche Aus härtung erreicht.
Die Erfindung betrifft eine kaltaushärtende Alu miniumgusslegierung mit hoher Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass sie 6-12% Silizium, mehr als 811/o aber höchstens 14%, Zink :
sowie einen Zusatz von bis 1,211/o Magnesium enthält.
Es wurde ermittelt, d.ass eine Verringerung des Magnesiumgehaltes bis auf weniger als 0,2% mög- lich ist, wobei zwar die Festigkeitseigenschaften in tragbaren Grenzen geringer sind, jedoch alle sonsti gen Vorteile der neuen Legierung, wie gute Giess festigkeit und vorzügliche Bearbeitbarkeit, bestehen bleiben.
Die Verunreinigungen des verwendeten Alumi niums können etwa in den :gleichen Grenzen liegen, wie sie bei Aluminiumlegierungen der Norm üblich und erlaubt sind. Die üblichen Höchstgehalte an Verunreinigungen, wie sie bei Aluminiumlegierungen der Gattung G A1 Si Cu auftreten, sind wie folgt:
Fe 1,0, Ni 0,3, Pb 0,3, Ti 0,15, Sn 0,1, sonstige Verunreinigungen: einzeln 0;05 %, insgesamt 0,15 0/0. Es wurde festgestellt,
dass ein Kupfergehalt schon bis zu einem Gehalt von 2 Gew.% Cu die Festig- keitseigenschaften verbessert. Das Gleiche gilt von Zusätzen von. Chrom, vorzugsweise in der Grössen ordnung bis 0,3 0/0, die obendrein stabilisierend bei spannungskorrosionsfördernden Einflüssen wirken.
Derartige Legierungen geben bei Kokillenguss nach einer Auslagerung von etwa 8 Tagen bei Raum temperatur ohne jegliche Wärmebehandlung, gernes sen an gesondert gegossenen Kokillenstäben, folgende Festigkeitswerte:
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Brinellhärte
<tb> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> HB <SEP> 10/2,5
<tb> kg/mm- <SEP> d'' <SEP> % <SEP> k<U>g/mm2</U>
<tb> 27-35 <SEP> 1,5-3,5 <SEP> 100-130
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<I>Beispiele <SEP> .</I>
<tb> Hauptzusätze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Härte <SEP> HB <SEP> Giessspirale
<tb> Nr. <SEP> si <SEP> Zn <SEP> Mg <SEP> weitere <SEP> Zusätze <SEP> kg/mm2 <SEP> ö <SEP> 5 <SEP> % <SEP> kg/mm2 <SEP> Länge <SEP> in <SEP> cm
<tb> 1 <SEP> 7,07 <SEP> 10,5 <SEP> 0,59 <SEP> Cu.
<SEP> 0,50 <SEP> 30,3 <SEP> 2,5 <SEP> 117 <SEP> 123,5
<tb> 2 <SEP> 8,00 <SEP> 9,99 <SEP> 0,61 <SEP> Cr <SEP> 0,10 <SEP> 30,6 <SEP> 2,2 <SEP> 115 <SEP> 128,5
<tb> 3 <SEP> 6,55 <SEP> 9,90 <SEP> 0,58 <SEP> Fe <SEP> 0,45 <SEP> 29,1 <SEP> 2,7 <SEP> 100 <SEP> 4 <SEP> 6,75 <SEP> 14,00 <SEP> 0,62 <SEP> Mn <SEP> 0,2 <SEP> 31,4 <SEP> 3,0 <SEP> 128 <SEP> 127,0
<tb> 5 <SEP> 7,04 <SEP> 10,0 <SEP> 0,59 <SEP> Pb <SEP> 0,15 <SEP> ' <SEP> 33,2 <SEP> 2,8 <SEP> 120 <SEP> 135;0
<tb> 6 <SEP> 11,0 <SEP> 9,89 <SEP> 0,60 <SEP> 31,0 <SEP> 2,0 <SEP> 112 <SEP> 138,0
<tb> 7 <SEP> 8,50 <SEP> 10;
40 <SEP> 0,55 <SEP> 32,8 <SEP> 3,1 <SEP> 125 <SEP> 8 <SEP> <B>7,85</B> <SEP> 10,04 <SEP> 0,02 <SEP> Cu <SEP> 0,01 <SEP> <B>25,6</B> <SEP> 5,0 <SEP> 82 <SEP> Cr <SEP> 0,01
<tb> 9 <SEP> 7,80 <SEP> 10,10 <SEP> 0,07 <SEP> Fe <SEP> 0,23 <SEP> 27,8 <SEP> 4,0 <SEP> 91,7 <SEP> Mn <SEP> 0,03
<tb> 10 <SEP> 8,05 <SEP> 9,95 <SEP> 0,17 <SEP> J <SEP> <B>Pb</B> <SEP> 0,04 <SEP> 29,6 <SEP> 2,1 <SEP> 100,0 <SEP> - Die Festigkeitswerte der Legierungsbeispiele 8 bis 10 (niedrige Mg-Gehalte) wurden nach einer Woche Auslagerung bei Zimmertemperatur gemessen.
Die beigefügte Figur zeigt schematisch die Kurven für die Zugfestigkeit, die Brinellhärte und die Bruch dehnung in Funktion des Magnesiumgehaltes. Die Kurven lassen erkennen, dass die Festigkeitswerte mit steigendem Magnesiumgehalt zunehmen und dass diese Zunahme im Bereich der Magnesium- gehalte zwischen 0 und 0,0211h, am steilsten ist.
Eine Legierung, die zum Unterschied von den Legierungen gemäss der Erfindung keinen Magne- siumgehalt aufweist und im übrigen 8,25 % Si, 9,96 % Zn, 0,01% Cu, 0,01% Cr, 0,
23 % Fe, 0,03 % Mn und 0,04 % Pb enthält, zeigte vergleichs- weise bei der Prüfung :eine Zugfestigkeit von 24,2 kg/mm2, eine Dehnung b5 von 7,0 0/a und eine Härte HB von 76 kg/mm2.
Bei den Angaben der Zugfestigkeit und Dehnung für die Legierungsbeispiele 8-10 wurde aus jeweils Die Giessfähigkeit, gemessen an der Auslauflänge von Giessspiralen und beurteilt an Probeabgüssen in Kokille, ist etwa gleich der der Legierung G-AISi10Mg. Werte für die Spirallängen werden bei untenstehen- den Beispielen angeführt.
Diese Legierung hat obendrein den Vorteil, dass sie schmelztechnisch sehr unempfindlich ist und dichte Abgüsse liefert. Mitunter ist es sehr günstig, zurr Zwecke der Kornfeinung des: Siliziums die Schmelze vor dem Giessen mit Natrium und/oder natriumspendenden Mitteln zu behandeln.
Legierun gen dieser Gattung sind vorzüglich spanabhebend bearbeitbar, so dass diesbezüglich noch ein weiterer Vorteil gegenüber der Legierung G-AlSilOM <B>g</B> besteht. 3 Proben der höchste Wert angenommen. Die Härte werte sind der Durchschnitt aus jeweils 3 Versuchen.
Die bei den Legierungsbeispielen 1, 2, 4, 5 und 6 angegebenen Giessspirallängen wurden bei 720 C ermittelt. Der folgenden Tabelle können zum Ver- ,gleich die unter genau gleichen Bedingungen, eben falls bei 720 C, bei bekannten Legierungen erhal tenen Giessspiralen entnommen werden.
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Bezeichnung <SEP> Spirallänge
<tb> cm
<tb> G-AISi10Mg <SEP> (10,1% <SEP> Si, <SEP> 0,5 <SEP> % <SEP> Mg) <SEP> 124,0
<tb> G-AlSi7Mg <SEP> (7 <SEP> <B>)</B>/o <SEP> Si, <SEP> 0,6 <SEP> % <SEP> Mg) <SEP> 111,0
<tb> G-AlSi6Cu3 <SEP> (6,36 <SEP> % <SEP> Si, <SEP> 2,9 <SEP> % <SEP> Cu) <SEP> 115,0