Aluminium-Gusslegierung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aluminium-Gusslegierung. Die neue Legierung ist durch einen Gehalt von 4,6,0 0/0 Kupfer und mindestens 0,05 o/o Silber gekennzeichnet, wobei der Rest vorwiegend Aluminium ist.
Die erfindungsgemässe Aluminium-Gusslegierung kann zur Herstellung von Gussstücken mit hoher Zugfestigkeit und hoher Streckgrenze bei Zimmertemperatur und erhöhten Temperaturen sowie hoher Dehnung und hoher Widerstandsfestigkeit gegen Spannungskorrosion verwendet werden.
Es besteht seit langem ein Bedarf an hochfesten Alu- miniuralegierungen, nicht nur als Ersatz für teure, hochfeste Aluminiumteile, die durch Schmieden, Pressen, Kaltwalzen und maschinelle Bearbeitung hergestellt werden, sondern auch zur Lösung komplizierter Konstruktionsprobleme. Aluminium-Gusslegierungen für Gussteile sind verfügbar, aber ihre Festigkeit lag bisher erheblich unter derjenigen von bearbeiteten Blechen und Barren, bearbeiteten Schmiedestücken und dgl.
Zurzeit wird die Aluminium-Gusslegierung Nr. 356 viel verwendet, sie hat jedoch für viele Konstruktionserfordernisse keine ausreichende Festigkeit. Aluminiumlegierungen 195 und 357 werden ebenfalls verwendet, aber sie erreichen ebenfalls nicht die Zugfestigkeit und die Streckgrenze, die für viele hochfeste Aluminiumteile verlangt werden. Einige wenige Aluinirium-Gusslegie- rungen für Spezialzwecke, wie Tens 50 , APM und NA 222 , und Versuchslegierungen, wie ST60 und M710 , wurden verwendet, um verhältnismässig hohe Festigkeiten zu erhalten. Für APM z.
B. wird ein Gehalt von 4 bis 5 O/o Kupfer, ca. 0,3 o/o Magnesium und Spuren von Titan, Silizium und Eisen angegeben, und diese Legierung kann so bearbeitet werden, dass sie eine Zugfestigkeit von ca. 3160 kg/cm2, eine Streckgrenze von ca. 2110 kg/cm2 und eine Dehnung von 5 bis 10 o/o aufweist. Das Kupfer in der Aluminium-Gusslegierung gibt der Legierung insbesondere Festigkeit, erhöht aber ihre Anfälligkeit für Spannungskorrosion.
Die vorliegende Erfindung liefert nun eine verbesserte Aluminium-Gusslegierung, bei der es praktisch keine Spannungskorrosionsprobleme gibt und aus der Guss-Stücke mit einer absoluten Zugfestigkeit von über 4900 kg/cm2 und einer Streckgrenze von über 4200 kg/cm2 bei Zimmertemperatur sowie einer Dehnung von 4 bis 10 0/o hergestellt werden können. Dar über hinaus können beim üblichen Kokillenguss Eigenschaften wie 4570 kg/cm2 Zugfestigkeit, 3870 kg/cm2 Streckgrenze und 8 O/o Dehnung garantiert werden und beim Sandformguss ohne Kokillen können ausnahmslos 4220 kg/cm2 Zugfestigkeit, 3520 kg/cm2 Streckgrenze und 3 O/o Dehnung in den Guss-Stücken erzielt werden.
Solche Werte sind sonst im allgemeinen nur bei Alu- minium-Schmiedestücken erzielbar. Die erfindungsgemässe Aluminium-Gusslegierung übertrifft daher alle bisher bekannten Gusslegierungen in ihren Festigkeitseigenschaften.
Darüber hinaus kann gezeigt werden, dass in einer bevorzugten Ausführungsform der neuen Legierung die guten Festigkeitseigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen erhalten bleiben. Zum Beispiel zeigen Messwerte von Guss-Stücken bei 260 OC eine absolute Zugfestigkeit von über 2320 kg/cm2, eine Streckgrenze von über 2250 kg/cm2 und eine Dehnung von mindestens 14 0/0. Sogar bei 316 "C können die erfindungsgemässen Legierungen eine Zugfestigkeit von über 1340 kg/cm2, eine Streckgrenze von über 1340 kg/cm2 und eine Dehnung von ca. 16 O/o aufweisen. Dies ist ein Vorzug gegenüber den meisten Aluminiumlegierungen, die bei diesen erhöhten Temperaturen praktisch ihre gesamte Festigkeit verlieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform schwankt der Kupfergehalt zwischen 4,7 und 5,3 0/0 und der Silbergehalt zwischen 0,40 und 1,0 e/o. Das Silber verbessert offensichtlich die Verteilung des Kupfers in der Legierung, verbessert dadurch ihre Festigkeit und wirkt der Anfälligkeit der Aluminiumlegierung für Spannungskorrosion, verursacht durch den hohen Kupfergehalt, entgegen. Der Silberzusatz kann auch beträchtlich über 1 0/o erhöht werden, ohne dass die physikalischen Ei genschaften ungünstig beeinflusst werden.
Da Silber jedoch ein teures Metall ist, werden durch einen Zusatz von mehr als 1 /0 oder sogar von mehr als 0,7 O/o die Kosten der Legierung überflüssigerweise erhöht, ohne ihre physikalischen Eigenschaften oder ihre Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion sinnvoll zu verbessern
Die Zugfestigkeit, die Streckgrenze und die Dehnung können weiter verbessert werden, wenn man der Legierung 0,5 bis 4,0 0/0 Zink - vorzugsweise 1,0 bis 3,0ovo - zusetzt. Die Zugfestigkeit wird gewöhnlich durch den Zusatz einer verhältnismässig kleinen Menge von Magnesium im Bereich von 0,15 bis 0,4 O/o, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 o/o, ebenfalls erhöht.
Titan ist insbesondere vorteilhaft, um in der Legierung eine Feinkomstruktur, die für eine erfolgreiche Lösungsglühung wichtig ist, sicherzustellen. Die zugesetzte Menge kann von 0,15 bis 0,7 o/o variieren, sie liegt vorzugsweise zwischen 0,20 0/o und 0,30 0/o. In einigen Fällen hält man den Titanzusatz insbesondere an der unteren Grenze; die zugesetzte Menge wird gewöhnlich erhöht, wenn die Legierung umgeschmolzen wird, da dies die Kornstruktur verbessert.
Der Siliziumgehalt wird gewöhnlich unterhalb von 0,15 ovo gehalten, um Verzundern zu vermeiden, und der Eisengehalt wird im allgemeinen unter 0,15 O/o gehalten, darnit die Legierung auf die Wärmebehandlung richtig anspricht. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse können beide, Silizium und Eisen, insbesondere unter 0,03 o/o gehalten werden.
Zur Herstellung der Legierung ist ein Zusatz von Bor nicht wesentlich; aber im allgemeinen sollte eine kleine Menge Bor, im Bereich von 0,001 O/o bis 0,01 O/o zugesetzt werden, wenn die Legierung umgeschmolzen wird, um die Kornstruktur zu verbessern.
Der Mangan-, Molybdän- und Cergehalt soll möglichst unterhalb von 0,30/0 liegen. Der Chromgehalt soll unterhalb von 0,5 O/o liegen.
Die breiten und engen Bereiche der Mengenangaben der Komponenten und ein Beispiel für die Zusammensetzung der erfindungsgemässen Legierung sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
Tabelle
Breiter Bereich Enger Bereich Beispiel Elemente (Gew.-O/o) (Gew.-O/o) (Gew.-O/o) Kupfer 4,2-6,0 4,7-5,3 4,9 Silber 0,05-3,0 0,40-1,0 0,60 Titan 0,15-0,7 0,20-0,30 0,25 Silizium (max.) 0,15 0,03 Null Eisen (max.) 0,15 0,03 Null Bor 0,001-0,01 0,001-0,01 0,002 Mangan (max.) 0,3 0,3 Null Molybdän (max.) 0,3 0,3 Null Cer (max.) 0,3 0,3 Null Chrom (max.) 0,5 0,3 Null Andere (max. jed.) 0,05 0,05 Null Andere (max. total) 0,15 0,15 Null Aluminium Rest Rest Rest Zink (fakultativ) 0,5-4,0 1,0-3,0 2,0 Magnesium (fakultativ) 0,15-0,4 0,20-0,30 0,24
Beispiel für die Herstellung einer erfindungsgemässen Legierung:
:
Ca. 34,0 kg Rückläufer (Giesslingköpfe von früheren Schmelzen, die umzuschmelzen sind) werden mit ca.
22,7 kg hochreinem Aluminium (99,8 O/o bis 99,99 O/o reines Aluminium) und ca. 1,81 kg Aluminium-Titan Vorlegierung (5 o/o Titan, Rest Aluminium) in einem Karborundtiegel in einem gasbeheizten Ofen niedergeschmolzen. Zur Temperaturkontrolle dienen ein Chro meiQR AlumelÖR Thermoelement1 und ein Potentiometer. Nach Erreichen einer Temperatur von 704 OC werden 1,25 kg Elektrolytkupfer und 0,15 kg Silber zugegeben. Falls Zink zuzugeben wäre, würde man es mit dem Kupfer und dem Silber zusammen zugeben. Nachdem die Metalle gelöst sind, werden weitere 20,4 kg Rückläufer von früheren Schmelzen in den Tiegel gegeben, um eine Zusammensetzung der Legierung innerhalb der in der obigen Tabelle angegebenen Bereiche zu erhalten.
Wenn die Temperatur wieder 704 "C erreicht hat, wird durch ein Graphitrohr Stickstoff durch die Schmelze geblasen, um schädliche Gase, wie z. B. Wasserstoff, der durch Zersetzung von Feuchtigkeitswasser entstanden ist, zu entfernen; die Temperatur lässt man dabei auf 760 OC ansteigen. Dann werden ca. 0,227 kg Aluminium-Titan-Bor-Legierung (5 o/o Titan, 1 o/o Bor, der Rest im wesentlichen Aluminium) zugegeben und anschliessend 0,816 kg reines Magnesium. Man macht eine Probe, um zu sehen, ob noch Wasserstoff im Metall gelöst ist, und wenn die Probe positiv ausfällt, wird das Durchblasen von Stickstoff forgesetzt, bis eine negative Probe erzielt wird.
Man gibt dann etwa 0,0455 kg Kornverfeinerer (eine Mischung von 2 Teilen Titankaliumfluorid mit einem Teil Kaliumborfluorid) zu der Schmelze, und nachdem man mindestens 10 Minuten gewartet hat und wenn die Giesstemperatur von ca. 718 OC bis ca. 774 OC (abhängig von Form und Grösse der Guss-Stücke) erreicht ist, giesst man die Schmelze in eine Giessform und eine Probestabform und stellt einen für die chemische Analyse bestimmten Block her. Eine Giesstemperatur von 746 "C ist für eine ganze Reihe von Teilen geeignet.
Eine zu geringe Giesstemperatur macht sich in schlechteren mechanischen Eigenschaften bemerkbar.
Nach einer Variante dieses Schmelzverfahrens, die ebenfalls erfolgreich angewendet wurde, kann man, wenn die Temperatur 704 OC erreicht hat, 28 35 g Hexachloräthanpillen pro 68,0 kg Metall in die Schmelze stossen, um Spuren eventuell vorhandenen Natriums zu entfernen. Für denselben Zweck kann auch Chlorgas verwendet werden. Anschliessend werden gewöhnlich das Magnesium und die Aluminium-Titan-Bor-Legierung zugegeben. Nach Abschäumung der Schmelze kann der Kornverfeinerer zugegeben werden und Stickstoff wird in der Regel durch die Schmelze geblasen, bis eine Probe ergibt, dass das Metall frei von Gas ist. Zu derselben Zeit wird die Temperatur üblicherweise auf 746 "C bis 760 CC erhöht.
Die bevorzugten Giesstemperaturen sind gleich, unabhängig davon, welche der beiden Schmelzverfahren angewendet wird.
Vorzugsweise wird eine Giessform aus wasserfreiem Sand verwendet. Natürlich ist gebundener Sand ebenfalls geeignet und auch synthetischer Sand kann verwendet werden, er verursacht jedoch häufig Gasaufnahme durch Reaktion zwischen dem Metall und der Feuchtigkeit des Sandes.
1 Warenzeichen der Hoskins Mfg. Co., Detroit, USA.
Die Gussiegierung kann dann in einem eiektrischen Tauchabschreckofen einer Wärmebehandlung unterworfen werden, wobei das Guss-Stück gewöhnlich drei bis acht Stunden auf 527 CC bis 538 "C erwärmt wird. Das Guss-Stück wird dann im allgemeinen in Wasser, dessen Temperatur nicht über 54 cm liegt, abgeschreckt. Das Abschrecken bewirkt manchmal eine Verbiegung des Gussteils, das in einer Presse oder mit einem Plastikoder Holzhammer wieder gerichtet wird. Danach wird das gegebenenfalls während der nächsten 3 Stunden gerichtete Guss-Stück im allgemeinen 8 bis 20 Stunden bei 138 CC bis 171 CC einer Auslagerung unterworfen.
Der Zweck des Abschreckens ist es, die Lösung intakt zu halten. Die Abschreckung soll insbesondere so schnell und drastisch wie möglich erfolgen, ohne dass Spannungsrisse verursacht werden. Abschreckung der Legierung bei 543 CC ergibt gewöhnlich Risse in den Guss Stücken, selbst bei kleinen Teilen. Abschreckung der Legierung bei 538 CC gibt vor allem keine Risse bei Probestäben der Legierung, aber es verursacht leichte Oberflächenrisse in einigen Bezirken von komplexen Guss Stücken. Abschrecken der Legierung bei 535 "C kann bei stark abgeschreckten, komplizierten Guss-Stücken Risse verursachen, während dieselben, nicht abgeschreckten Guss-Stücke keine aufweisen.
Abschrecken der Legierung bei 529 0C verursacht im allgemeinen keine Risse, nicht einmal in Guss-Stücken bis zur,50 m Länge. Folglich schreckt man die erfindungsgemässe Legierung vorzugsweise bei 529 CC ab, auch wenn das Lö sungsglühen bei 529 OC oder 538 CC durchgeführt wird.
In diesem Fall kann die Temperatur vor dem Abschrekken vorzugsweise auf ca. 529 CC vermindert werden.
Aus der Legierung gefertigte Teile mit einer Länge von 254 bis 381 mm und einer Wandstärke von 6,4 bis 19 mm können bei 535 CC ohne Rissbildung abgeschreckt werden. Die Wassertemperatur ist vorzugsweise nicht über 49 oC und Abschrecken in Wasser von Zimmertemperatur scheint die Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion zu erhöhen.
Der Zweck der Wärmebehandlung ist es, vor allem die kupferreiche Verbindung, die sich während des Entgasens der Legierung um die aluminiumreiche Grundmasse abgeschieden hat, aufzulösen, ohne das Schmelzen irgendeiner Verbindung zu verursachen. Die Temperatur und Dauer der Wärmebehandlung kann unter Berücksichtigung der Grösse, der Form und der Dicke der Guss-Stücke bestimmt werden, um eine praktisch vollständige Auflösung des Eutektikums in der Grundmasse zu erreichen; dies wird durch mikrographische Untersuchung kontrolliert.
Im allgemeinen reicht eine Vergütungszeit von ca.
5 Stunden für Teile von 63 mm Stärke aus. Eine Vergütung im Bereich von 529 bis 538 CC liefert in der Regel befriedigende Ergebnisse, wobei die besten Ergebnisse erzielt werden können, wenn innerhalb eines Fünf Stunden-Zyklus zwei bis drei Stunden lang eine Temperatur von 535 CC erreicht wird. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, die Temperatur eine Stunde auf 529 "C, dann drei Stunden auf 535 "C und schliesslich wieder eine Stunde auf 529 CC zu halten.
Guss-Stücke, die nicht grösser als 381 X 381 mm und nicht dicker als 19 mm sind, können in befriedigender Weise vergütet werden, indem man die Teile fünf Stunden auf 535 "C erhitzt. Kleinere Guss-Stücke in der Grösse von ca. 203 X 25 X 13 mm können ungefähr 4 Stunden auf 538 CC erhitzt werden. Die Teile werden gewöhnlich ausgelagert, um die Kupferverbindung auszufällen, mit anschliessendem Härten der Legierung. Die Temperatur und Dauer der Auslagerung hängen von den gewünschten Eigenschaften ab. Verlängerung der Zeit und Erhöhung der Temperatur verbessern insbesondere die Streckgrenze. Verminderung der Zeit und Temperatur ergibt höhere Dehnung. Eine erhöhte Schlagfestigkeit kann durch längere Auslagerung bei niedriger Temperatur, z.
B. mindestens fünf Tage lang bei Zimmertemperatur, erhalten werden, dabei ist jedoch die Streckgrenze niedriger. Ca. 24stündige Auslagerung der Legierung bei 160 "C liefert im allgemeinen sehr stabiles Material, das sich im Laufe der Zeit nicht verändert und das ausserdem eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion zeigt. Bei der höheren Temperatur von 171 "C wird die Auslagerung in der Regel schneller erreicht, allerdings erkauft durch Verlust einiger Prozent an Dehnung. Eine erfindungsgemässe Legierung mit annehmbar gut ausgeglichenen physikalischen Eigenschaften kann durch Auslagerung bei 146 OC erhalten werden.
Eine bevorzugte Art der Wärmebehandlung eines Guss-Stücks, z. B. einer Strebe für ein Flugzeugfahrgestell, besteht vorzugsweise im folgenden: 1 Stunde bei 529 C, 3 Stunden bei 535 0C und dann wieder 1 Stunde bei 535 CC Lösungsglühen; Abschreckung innerhalb von 5 Sekunden mit Wasser auf Zimmertemperatur und 24stündiges Lagern des Guss-Stückes bei Zimmertemperatur; dann 20stündige Auslagerung bei 160 CC.
Die Ergebnisse der mechanischen Prüfungen, durchgeführt mit Proben der erfindungsgemässen Legierungen, die nach allgemein üblichen Arbeitsverfahren zur Förderung der allmählichen, gerichteten Erstarrung verfertigt wurden, liegen im folgenden Bereich: Zugfestigkeit 4290 bis 4937 kg/cm2; Streckgrenze (nach 0,2 ovo Offset-Methode) 3480 bis 5430 kg/cm2 und Dehnung 6 bis 17 0/0.
Die chemische Zusammensetzung der Proben, bestimmt durch chemische Analyse, schwankt innerhalb der folgenden Grenzen:
Element Gew.-O/o
Kupfer 4,74-5,55
Magnesium 0,20-0,31
Titan 0,22-0,28
Silber 0,5F0,61 Silizium-Eisen Null
Aluminium Rest
Die erfindungsgemässe Legierung hat vor allem einen hohen Kupfergehalt, um einen höheren Gehalt an der Verbindung CuAl2 zu erzielen. Diese Verbindung muss insbesondere während der Wärmebehandlung in Lösung gebracht werden.
Ihre Löslichkeit nimmt gewöhnlich mit steigender Temperatur zu, was möglicherweise eine Erklärung für die Tatsache liefert, dass bei dem Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Legierung die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 529 bis 538 CC durchgeführt werden kann, anstelle von 50g521 C wie für die herkömmliiche 195-Aluminiumlegierung oder 524*530 OC wie für die APM-Aluminiumlegierung üblich.
Die Analyse eines anderen Prüfstabes ergab folgende Zusammensetzung:
Element Gew.-O/o
Kupfer 4,73
Silber 0,61
Magnesium 0,21
Eisen Null
Silizium Null
Mangan 0,01
Titan 0,27
Chrom Null
Nickel 0,02
Aluminium Rest
Versuche haben gezeigt, dass man die besten Eigenschaften erzielen kann, wenn der Kupfergehalt zwischen ca. 4,7 und 5,3 o/o liegt.
Zum Beispiel zeigen in derselben Weise vergütete Prüfstäbe, die sich innerhalb der einzelnen Reihen nur durch den Kupfergehalt unterscheiden, folgende Dehnungseigenschaften:
Reihe Nr. 1 Reihe Nr. 2 Kupfer (Gew.-O/o) 4,20 4,75 4,75 5,75 Zugfestigkeit (kg/cm2) 3020 4080 4360 3940 Streckgrenze (kglcm2) 1830 2460 2950 2320 Dehnung ( /o) 13 14 7,5 2,0
Reihe Nr. 3 Reihe Nr. 4 Kupfer (Gew.-o/o) 5,25 5,75 3,2 5,0 Zugfestigkeit (kg/cm2) 4290 4080 3750 4750 Streckgrenze (kg/cm2) 3090 2670 3320 4260 Dehnung ( /o) 5,5 4,0 8,0 5,5
Reihe Nr.
5 Kupfer (Gew.-9/o) 5,0 6,0 Zugfestigkeit (kg/cm2) 4200 3880 Streckgrenze (kg/cm2) 3540 3750 Dehnung (9/o) 4,4 1,2
Man betrachtet Magnesium gelegentlich als unerwünschten Bestandteil von hochfesten Aluminium Kupfer-Legierungen. In passender Dosierung jedoch kann es die Streckgrenze der erfindungsgemässen Legierung verbessern. Zum Beispiel zeigen in derselben Weise vergütete Prüfstäbe, die sich innerhalb der Reihe nur durch den Magnesiumgehalt unterscheiden, folgende Dehnungseigenschaften:
Reihe Nr. 1 Magnesium (Gew.-e/o) 0,19 0,20 0,38 0,48 Zugfestigkeit (kg/cm2) 4530 4970 4950 2110 Streckgrenze (kg/cm2) 3940 4670 4740 Dehnung (0/o) 5,5 3,0 2,5 0,5
Der Prüfstab mit 0,48 O/o Magnesium zeigte vor allem ziemliche Verzunderung.
Vorzugsweise liegt der Ma- gnesiumgehalt zwischen 0,20 und 0,30 O/o und wie durch obiges Beispiel gezeigt wird, scheint dieser Bereich die Zugfestigkeit und die Streckgrenze um ca. 10 0/0 zu verbessern.
Elementares Silber wird der Legierung zugesetzt, da es die mechanische Festigkeit der Legierung verbessert und die Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion erhöht. Die mechanische Festigkeit der Legierung kann schon durch Zusatz von 0,2 o/o Silber verbessert werden. Bei Zusatz von 0,4 bis 1,5 o/o Silber zeigt die Legierung im wesentlichen Ikeine Spannungskorrosion. Die mechanische Festigkeit scheint bei 0,5 o/o Silberzusatz am besten zu sein, ist jedoch gewöhnlich geringfügig vermindert, wenn der Silberzusatz auf 3,0 O/o erhöht wird.
Der Einfluss von Silber auf die Legierungseigenschaften wird durch die folgenden Reihen von Prüfstäben gezeigt:
Reihe Nr. 1 Silber (Gew.- /o) Null 0,60 Zugfestigkeit (kg/cm2) 4180 4850 Streckgrenze (kg/cm2) 3130 4020 Dehnung (O/o) 6,0 8,5
Reihe Nr. 2 Silber (Gew.- /o) Null 0,20 0,30 0,70 Zugfestigkeit (kg/cm2) 4220 4710 4710 4780 Streckgrenze (kg/cm2) 3520 4290 4150 4260 Dehnung ( /o) 4,4 2,5 5,0 4,6
Eine dritte Reihe hat ausserdem unterschiedliche Magnesiumgehalte; es zeigt sich trotzdem, dass ein hoher Silbergehalt keinen schädlichen Einfluss auf die Zugfestigkeit hat.
Reihe Nr. 3 Silber (Gew.- /o) 0,60 1,1 1,6 2,1 2,6 Magnesium (Gew.-e/o) 0,19 0,20 0,15 0,15 0,19 Zugfestigkeit (kg/cm2) 4530 4470 4350 4350 4490 Streckgrenze (kg/cm2) 3940 3970 3380 3280 3370 Dehnung ( /o) 5,5 4,5 10,0 8,0 8,0
Zink, wenn es in bevorzugten Mengen zwischen
1,0 und 3,00/0 zugesetzt wird, kann die Festigkeit be trächtlich erhöhen, wie durch die folgenden Versuchs ergebnisse bewiesen wird:
Reihe Nr. 1 Zink (Gew.-o/o) Null 1,0 2,0 3,0 4,0 Zugfestigkeit (kg/cm2) 4550 4780 5080 5110 4850 Streckgrenze (kg/cm2) 3960 4060 4490 4510 4590 Dehnung ( /o) 5,0 9,0 5,0 5,0 2,0
Titan ist ein guter Kornverfeinerer.
Der bevorzugte Bereich von 0,20 bis 0,30 O/o Titangehalt ergibt vor allem ein Feinkorn in der Legierung, das während des Lösungsglühens die erforderliche Verteilung des Kupfers in der Legierung erleichtert, mit dem Ergebnis, dass Guss-Stücke hergestellt werden können, die viel stärker sind als Guss-Stücke aus bekannten Aluminium-Gusslegierungen. Ein darüber hinaus gehender Titanzusatz scheint keinen Gewinn an Festigkeit zu bringen und die Dehnung sinkt im allgemeinen, wenn die Legierung reicher an Titan wird. Das zeigt sich an der folgenden Reihe von Prüfstäben:
Reihe Nr. 1 Titan (Gew.- /o) 0,24 0,39 0,54 0,69 Zugfestigkeit (kg/cm2) 4200 41,70 4250 4230 Streckgrenze (kg/cm2) 3540 3520 3590 3750 Dehnung ( /o) 4,4 4,2 4,2 3,0
Die anderen in der Legierung vorhandenen Elemente sind insbesondere Verunreinigungen.
Zwei von ihnen, Silizium und Eisen, sind gewöhnlich als Verunreinigungen im Hüttenaluminium vorhanden und sind für die erfindungsgemässe Legierung schädlich. Deshalb sollte ihre Menge niedriger gehalten werden als in den bekannten 195- und APM-Aluminiumlegierungen. Im allgemeinen sollten der Eisen- und Siliziumgehalt unter 0,15 O/o und vorzugsweise sogar unter 0,03 O/o gehalten werden.
Zum Beispiel zeigen zwei Reihen von Prüfstäben die folgenden Werte:
Reihe Nr. 1 Reihe Nr. 2 Silizium 0,15 Null 0,15 0,15 Eisen 0,16 Null 0,16 0,65 Zugfestigkeit (kg/cm2) 4640 4850 4200 3160 Streckgrenze (kg/cm2) 3660 4020 3540 2490 Dehnung ( /o) 2,5 8,5 4,4 2,0
Alle in den obigen Reihen angegebenen Prüfergebnisse wurden erhalten mit Standardprüfstäben mit einer verjüngten Zone von 12,7 mm Durchmesser und 52,7 mm lang, gegossen in Sandformen, ohne Kokillen.
Die Ergebnisse einer Reihe können nicht ohne weiteres mit denen von anderen Reihen verglichen werden, da die Reihen sich auch durch andere Variablen unterscheiden.
Unter den anderen Elementen, die der Legierung zugesetzt werden können, sind einige sehr schädlich, einige weniger schädlich, andere haben keinen Einfluss oder verbessern möglicherweise die Eigenschaften der Legierung etwas.
0,30 0/o Cadmium verursacht während der Wärmebehandlung insbesondere eine starke Verzunderung und Risse unter vollständigem Verlust der Festigkeit und der Dehnung.
0,02 0/o Natrium, Kalzium und Lithium bewirken vor allem eine Verminderung der Zugfestigkeit um 10 bis 20 o/o und eine Verminderung der Dehnung um 30 bis 40 O/o, wobei Gussnarben in den Prüfstäben auftreten.
0,005 o/o Zinn hat gewöhnlich keinen Einfluss auf die Eigenschaften der Legierung, aber zusammen mit 0,005 o/o Wismut kann es während der Wärmebehandlung starke Verzunderung und das Auftreten von Rissen bewirken.
0,005 0/o Antimon bewirkt im allgemeinen eine 100/obige Verminderung der Zugfestigkeit und eine ähnliche Verminderung der Dehnung.
0,25 /0 Chrom und 0,25 ovo Molybdän können ein geringfügiges Ansteigen der Zugfestigkeit hervorrufen.
Bei 0,50 o/o Molybdängehalt ist insbesondere eine geringfügige Abnahme der Zugfestigkeit zu verzeichnen, während Chrom in diesem Bereich keinen bemerkenswerten Einfluss zeigt. Mangan, Nickel und Cer, jedes zu 0,30 O/o, haben gewöhnlich keinen spürbaren Einfluss auf die Eigenschaften der Legierung. Zirkon zu 0,25 O/o kann eine geringfügige Abnahme der Zugfestigkeit bewirken.
PATENTANSPRUCH 1
Aluminium-Gusslegierung, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 4,2 bis 6,0 o/o Kupfer und mindestens 0,05 O/o Silber, wobei der Rest vorwiegend Aluminium ist.
UNTERANSPRÜCHE
1. Legierung gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie 4,7 bis 5,3 /o Kupfer enthält.
2. Legierung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie nicht mehr als 3,0 o/o, vorzugsweise 0,4 bis 1,0 /o Silber und ausserdem 0,15 bis 0,4 0/o, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 O/o Magnesium oder 0,5 bis 4,0 O/o, vorzugsweise 1,0 bis 3,0 o/o Zink und ferner weniger als 0,15 0/o, vorzugsweise weniger als 0,03 /o Silizium oder Eisen und 0,15 bis 0,7 o/o eines Kornverfeinerers, vorzugsweise Titan, enthält.
3. Legierung nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dehnung von mindestens 8 o/o, eine Streckgrenze von mehr als 2250 kg/cm2 und eine Zugfestigkeit von mehr als 2320 kg/cm2 bei einer Temperatur von 260 OC aufweist.
4. Legierung gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie 4,2 bis 6,0 o/o Kupfer, bis zu 3,0 o/o Silber und ausserdem 0,15 bis 0,4 O/o Magnesium, ferner 0,5 bis 4,0 /o Zink und bis zu 0,7 o/o Titan enthält.
5. Legierung gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie 4,2 bis 6,0 o/o Kupfer und 1,0 bis 3,0 O/o Zink enthält.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung der Aluminium-Gusslegierung nach Patentanspruch I zur Herstellung von Gussstücken mit hoher Zugfestigkeit und hoher Streckgrenze bei Zimmertemperatur und erhöhten Temperaturen sowie hoher Dehnung und hoher Widerstandsfestigkeit gegen Spannungskorrosion.
UN1,ERANSPRÜCHE
6. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Legierung 4,7 bis 5,3 o/o Kupfer enthält.
7. Verwendung nach Patentanspruch II zur Herstellung von Guss-Stücken mit einer Streckgrenze von mehr als 2250 kg/cm2, einer Zugfestigkeit von mehr als 2320 kg/cm2 und einer Dehnung von 14 ovo bei einer Temperatur von 260 OC.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.