CH491202A - Aluminiumlegierung - Google Patents

Description

  Aluminiumlegierung    Die Erfindung betrifft eine     Aluminiumlegierung    mit  verbesserten Gusseigenschaften und ein Verfahren zu  ihrer Herstellung.  



  Die Eigenschaften     eutektischer        Aluminium-Silicium-          legierungen,    die durch Zusatz von Natrium modifiziert  worden sind, sind     allgemein    bekannt und derartige Legie  rungen     finden    weitverbreitete Anwendung zum Herstellen  von Gussstücken.

   Diese Legierungen besitzen jedoch be  stimmte Nachteile für dieses Anwendungsgebiet, die darin  bestehen, dass sich die Viskosität erhöht und somit  die     Fliessfähigkeit        abnimmt    mit Zunahme des     Natrium-          gehaltes    der Legierung, sowie die Legierung schnell die  modifizierenden Eigenschaften bedingt durch den Ver  lust an Natrium aus der Schmelze durch Verflüchtigen  verliert, weiterhin die Legierung     veränderliche        Giessei-          genschaften    bedingt durch veränderliche Oberflächen  spannung und     Fliesseigenschaften    zeigt.

   Die     Legierung     neigt somit zur Ausbildung von Schrumpfhohlräumen  im     Innern    eines Gussstückes und zeigt insbesondere ver  änderliches Schrumpfen von Ansatz zu Ansatz der Le  gierung.  



  Die in der normalen Weise mit Natrium modifizierte       Aluminium-Siliciumlegierung    weist eine Oberflächen  spannung auf, die sich im Bereich von 600-800     Dyn/cm     verändert und schnell auf höhere Werte ansteigt, sobald  das Natrium aus der Schmelze verflüchtigt wird. Weiter  hin ist die Ausbildung übermässig dicker und zäher       Krätzefilme    auf den Schmelzen bei dieser Legierungs  klasse, insbesondere wo die Menge an Natrium über  0,020 0/0 liegt, allgemein bekannt.  



  Die der Erfindung     zugrundeliegende    Aufgabenstel  lung besteht somit darin, dass eine Aluminiumlegierung  geschaffen wird, die verbesserte Gusseigenschaften auf  Grund einer arteigenen niedrigen und praktisch kon  stanten Oberflächenspannung aufweist, bedingt durch  erhöhte und praktisch konstante Fliesseigenschaften, und  ausgeprägt verringerte Neigung zur     Krätzebildung    be  sitzt.  



       Erfindungsgemäss    kann diese Aufgabe dadurch ge  löst werden, dass man den Zusatz an oberflächenaktiven    Substanzen steuert, durch die sich eine Modifizierung  und Verbesserung der Oberflächenspannung, der     Fliess-          fähigkeit    und der     Krätzebildung    der Legierungen ergibt,  wie sie zurzeit zum Herstellen von Gussstücken ange  wendet werden.

   Die Aluminiumlegierung gemäss der  Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie 10-15       Gew.-1/o        Silicium,        0,003-0,040        Gew.-%        Natrium        und          insgesamt        höchstens    1     Gew.-%        mindestens        eines        der     folgenden Zusatzstoffe enthält:     Lithium,    Titan, Wismut,  Blei oder seltene Erdmetalle.  



  Vorzugsweise enthält die erfindungsgemässe     Legie-          rung        0,003-0,040        %        Lithium,        wobei        die        Menge        jedes          der        Zusatzstoffe        nicht        grösser        als        0,50        %        ist.     



  Vorzugsweise beläuft sich der     Siliciumgehalt    auf       11,5-13        %,        der        Natriumgehalt        auf        0,005-0,020        %,        der          Lithiumgehalt        auf        0,005-0,015        %,

          wobei        bezüglich        der     Verunreinigungen Eisen vorzugsweise in einer Menge       von        nicht        mehr        als        0,40        %        und        Kupfer,        Magnesium,     Mangan, Zink, Nickel, Chrom,     Zinn,        Calcium,        Vana-          dium,

      Gallium und Bor in einer Menge von vorzugsweise       nicht        über        0,10        %        vorliegen.     



  Das erfindungsgemässe     Verfahren    zur Herstellung  dieser Legierung ist dadurch gekennzeichnet, dass man       einer        Aluminilum-Siliciumlegierung,        die        10-15        %        Sili-          cium    enthält, 0,003-0,040     0lo    Natrium und mindestens  einen der folgenden Zusatzstoffe einverleibt:

       Lithium,     Titan, Wismut, Blei oder ein seltenes Erdmetall, wobei  die Menge jedes der Zusatzstoffe     nicht    grösser als       0,50        %        und        die        Gesamtmenge        der        Zusatzstoffe        nicht          grösser        als        1,0        %        ist.     



  Die Zusätze von Natrium und/oder     Lithium    können  entweder in Metallform oder als chemische Verbin  dungen, wie z. B. Natrium und/oder     Lithiumsalze,    er  folgen, wobei das Natrium- und     Lithiumzusatzmittel     in die geschmolzene     Aluminium-Siliciumlegierung    ent  weder nacheinander oder gleichzeitig in einem kombi  nierten Zusatz eingeführt werden kann. .  



  Bei dem Verfahren kann ebenfalls der Zusatz eines  oder mehrerer der folgenden Elemente vor oder nach      dem Zusatz des Natriums und     Lithiums    oder äquivalen  ten Produktes erfolgen: Titan, Wismut, Blei, die seltenen       Erdmetallelemente    und irgendeine Legierung oder che  misches Äquivalent derselben in individuellen Mengen       bis        zu        0,50        %,        wobei        die        Gesamtmenge        nicht        über          1,0        %        liegt,

          und        die        bevorzugte        Menge        jedes        Bestand-          teils        beläuft        sich        auf        0,005        %.        Legierungen        der        obigen     Zusammensetzungen zeigen eine     modifizierte    Struktur  mit wesentlich geringeren Zusatzmengen an Natrium,  als sie bisher für die Modifizierung angewandt worden  sind,

   und die     modifizierte    Struktur wird über eine er  hebliche Zeitspanne nach dem Verflüchtigen des Na  triums aus der Schmelze aufrecht erhalten.  



  Da die Oberflächenspannung einen wesentlichen  Einfluss auf die     Modifizierungswirkungen    und somit auf  die Art der Verfestigung hat, die ihrerseits die Ausbil  dung von Schrumpfhohlräumen verursacht, bieten die  erfindungsgemässen Legierungen verbesserte     Giesseigen-          schaften    im Vergleich zu den Legierungen nach dem  Stande der Technik.

   Auf Grund des geringen Natrium  zusatzes leiden diese Legierungen nicht an der ausge  prägten     Viskositätserhöhung,    wie sie mit Legierungen  nach dem Stande der Technik auftritt, wenn Natrium in       Mengen        von        mehr        als        0,010        %        zugesetzt        wird.        Dieser     Faktor kombiniert mit geringer Oberflächenspannung  ermöglicht eine verbesserte und konstante     Fliessfähig-          keit    der Legierung.

   So zeigt diese Legierungsklasse nor  malerweise eine Fliessfähigkeit, wie sie durch die     Fliess-          länge    bedingt durch Schwerkrafteinwirkung längs eines  Kanals von 12,7-15,2 cm gemessen wird (während die  erfindungsgemässe Legierung eine konstante Fliesslänge  von 25,4-28 cm besitzt). Diese erhöhte     Fliessfähigkeit     unterstützt wesentlich das Ausfüllen von verwickelten  Hohlräumen in der Giessform, und zwar insbesondere  diejenigen, die dünne     Qurschnitte    aufweisen, und un  terstützt das Zuführen der     Legierung    des     Verfestigens,     wodurch das Ausbilden von     Schrumpfhohlräumen    ver  ringert wird.  



  Bezüglich des     Ausbildens    von Schrumpfhohlräumen  ergibt sich ein Mass für diese Neigung bei einer Le  gierung durch den     Mittellinien-Zuführungswiderstand          (CFR).    Die normale     Legierung    dieser Klasse besitzt  einen veränderlichen     CFR    von 75-95     0/\o    in Abhängig  keit von dem     Natriumgehalt    und der Oberflächenspan  nung,

   während die erfindungsgemässe Legierung einen       konstanten        CFR        von        65%        unabhängig        von        dem        Na-          triumgehalt    ermöglicht. Dieser niedrige und konstante       CFR    ist eine Folge der geringen und konstanten Ober  flächenspannung, der verbesserten Fliessfähigkeit und  dem Aufrechterhalten der modifizierenden Eigenschaf  ten in jeder Legierung.

   Wiederum ermöglicht der nied  rige     Natriumgehalt    und die hohe Oberflächenaktivität  der     Lithium-        und/oder    anderen Zusatzmittel eine ausge  prägte     Verringerung    der     Krätzebildung.     



       Ausf        ührun,-sbeispiel     Eine spezifische erfindungsgemässe Legierung weist  die folgende Zusammensetzung auf:  
EMI0002.0078     
  
    Silicium <SEP> 12,20 <SEP> 0l0
<tb>  Eisen <SEP> 0,18 <SEP> 0/0
<tb>  Natrium <SEP> <B>0,0080/0</B>
<tb>  Lithium <SEP> 0,005       Der restliche Anteil besteht aus Aluminium und den  üblichen     Verunreinigungen.       Diese Legierung weist eine Zerreissfestigkeit von       1,99        t/cm=        auf        und        zeigt        eine        Dehnung        von        10,

  5        %        vor     dem Bruch. Diese Legierung wird     Laboratoriumtests     unterworfen, die dazu dienen, die     Giesseigenschaften     der Metalle auszuwerten. Es werden die folgenden Er  gebnisse erzielt:  
EMI0002.0093     
  
    Fliessfähigkeit <SEP> 27,4 <SEP> cm <SEP> Fliesslänge
<tb>  Oberflächenspannung <SEP> 545 <SEP> Dyn/cm
<tb>  Mittellinien-Beschickungs  widerstand <SEP> 64 <SEP> 0/0       Nachdem 1 Stunde lang bei 700  C gehalten worden ist,  wird gefunden, dass die Mikrostruktur vollständig mo  difiziert worden ist.  



  Es werden zwei weitere erfindungsgemässe Legie  rungen, die im folgenden als  Legierung A  und  Le  gierung B  bezeichnet sind, praktischen Giesstests unter  normalen Produktionsbedingungen unterworfen und mit  einer herkömmlichen Gusslegierung verglichen, die im  folgenden als  Legierung C  gekennzeichnet ist.

   Die Zu  sammensetzungen dieser Legierungen sind im folgenden  angegeben:  
EMI0002.0094     
  
    Bestandteil <SEP> Legierung <SEP> A <SEP> Legierung <SEP> B <SEP> Legierung <SEP> C
<tb>  Silicium <SEP> 12,30 <SEP> 0/0 <SEP> 12,10 <SEP> 0/0 <SEP> 12,50 <SEP> 0/0
<tb>  Eisen <SEP> 0,21 <SEP> 0l0 <SEP> 0,28 <SEP> 0/0 <SEP> 0,28 <SEP> 0/0
<tb>  Natrium <SEP> <B>0,0091/0</B> <SEP> 0,0040/0 <SEP> 0,018 <SEP> 0/<B>0</B>
<tb>  Lithium <SEP> 0,0041/0 <SEP> <B><I>0,005010</I></B> <SEP> -       Die Ergebnisse der Tests zeigen, dass die Legie  rungen  A  und  B  bei niedrigeren Temperaturen des  geschmolzenen Metalls (etwa 50  C niedriger) als die  Legierung  C  gegossen werden konnten, wobei immer  noch eine äquivalente Füllung der Giessform aufrecht  erhalten wird, und die     resultierende    erhöhte Produktion,

    wie sie mit der     Legierung     A  und  B  bedingt durch  die verbesserten Gusseigenschaften erreicht wird,     be-          läuft        sich        auf        angenähert        15        %.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Aluminiumlegierung mit verbesserten Gusseigen- schaften, dadurch gekennzeichnet, dass sie 10-15 Gew.- 'o Silicium, 0,003-0,040 Gew.-% Natrium und insge- samt höchstens 1 Gew.-% mindestens eines der folgen- den Zusatzstoffe enthält:

   Lithium, Titan, Wismut, Blei oder seltene Erdmetalle. Il. Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumle gierung gemäss Patentanspruch I, dadurch gekenn- zeichnet, dass man dem Aluminium 10-15 % Silicium, 0,003-0,040 0;'o Natrium und mindestens einen der fol genden Zusatzstoffe einverleibt:

   Lithium, Titan, Wismut, Blei oder ein seltenes Erdmetall, wobei die Menge jedes der Zusatzstoffe nicht grösser als 0,50 0,lo und die Ge samtmenge der Zusatzstoffe nicht grösser als 1,0 0/'o ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Legierung nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Menge jedes Zusatzstoffes nicht grösser als 0,50 0,/o ist. 2.

   Legierung nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass sie aus 10-15 % Silicium, 0,003- 0,040 % Natrium und 0,003-0,

   040 % Lithium und im übrigen aus Aluminium mit allfälligen Verunreinigungen besteht. 3.

   Legierung nach Patentanspruch I oder Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Eisen in einer Menge von nicht mehr als 0,40 % enthält. 4.

   Legierung nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Legierung Kupfer, Magnesium, Mangan, Zink, Nickel, Chrom, Zinn, Calcium, Vana- dium, Gallium oder Bor in einer Menge von nicht mehr als je 0,10 % enthält. 5.

   Legierung nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass sie ausser Aluminium 12,30 % Sili- cium, 0,21 % Eisen, 0,009 % Natrium und 0,004 0,

   10 Lithium enthält. 6. Legierung nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass sie neben Aluminium 12,10 0/a Sili- cium, 0,28 '/o Eisen, 0,004 % Natrium und 0,005010 Lithium enthält. 7. Legierung nach Unteranspruch 5 oder 6, da durch gekennzeichnet, dass die Legierung aus den ge nannten Elementen besteht. B.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Aluminiumschmelze mit 0,003-0,040 Gew.-% Natrium und vor, während oder nach dem Natriumzusatz mit mindestens einem der fol genden Elemente in Mengen von jeweils bis zu 0,50 0/0 und insgesamt nicht mehr als 1,

   0 % versetzt: Lithium, Titan, Wismut, Blei oder ein seltenes Erdmetall, und dass man der Legierung 10-15 0,lo Silicium einverleibt.

   <I>Anmerkung des</I> Eidg. <I>Amtes für geistiges Eigentum:</I> Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentan spruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Ein- klang stehen, so sei daran erinnert, dass gemäss Art. 51 des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sach lichen Geltungsbereich des Patentes massgebend ist.