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**.
Cast aluminum alloy
The present invention relates to a cast aluminum alloy. The new alloy is characterized by a content of 4.6.0% copper and at least 0.05% silver, the remainder being predominantly aluminum.
The aluminum casting alloy according to the invention can be used to produce castings with high tensile strength and high yield strength at room temperature and elevated temperatures as well as high elongation and high resistance to stress corrosion.
There has long been a need for high strength miniature aluminum alloys not only to replace expensive, high strength aluminum parts made by forging, pressing, cold rolling, and machining, but also to solve complex design problems. Cast aluminum alloys are available for castings, but their strength has previously been significantly below that of machined sheets and bars, machined forgings, and the like.
Cast aluminum alloy No. 356 is widely used at present, but it does not have sufficient strength for many design needs. Aluminum alloys 195 and 357 are also used, but they also do not achieve the tensile strength and yield strength required for many high strength aluminum parts. A few special-purpose aluminum cast alloys, such as Tens 50, APM and NA 222, and test alloys such as ST60 and M710, were used in order to obtain relatively high strengths. For APM e.g.
B. a content of 4 to 5 o / o copper, about 0.3 o / o magnesium and traces of titanium, silicon and iron is given, and this alloy can be processed so that it has a tensile strength of about 3160 kg / cm2, a yield point of approx. 2110 kg / cm2 and an elongation of 5 to 10 o / o. The copper in the cast aluminum alloy gives the alloy strength in particular, but increases its susceptibility to stress corrosion.
The present invention now provides an improved aluminum cast alloy, in which there are practically no stress corrosion problems and from the cast pieces with an absolute tensile strength of over 4900 kg / cm2 and a yield point of over 4200 kg / cm2 at room temperature and an elongation of 4 up to 10 0 / o can be produced. In addition, properties such as 4570 kg / cm2 tensile strength, 3870 kg / cm2 yield point and 8 O / o elongation can be guaranteed with conventional chill casting, and with sand mold casting without chills, 4220 kg / cm2 tensile strength, 3520 kg / cm2 yield point and 3 O / o Elongation can be achieved in the cast pieces.
Such values can generally only be achieved with aluminum forgings. The aluminum cast alloy according to the invention therefore exceeds all previously known cast alloys in terms of their strength properties.
In addition, it can be shown that in a preferred embodiment of the new alloy, the good strength properties are retained even at elevated temperatures. For example, measured values of castings at 260 OC show an absolute tensile strength of over 2320 kg / cm2, a yield point of over 2250 kg / cm2 and an elongation of at least 14 0/0. Even at 316 ° C., the alloys according to the invention can have a tensile strength of more than 1340 kg / cm2, a yield point of more than 1340 kg / cm2 and an elongation of about 16%. This is an advantage over most of the aluminum alloys that are used in these increased temperatures lose practically all of their strength.
In a preferred embodiment, the copper content varies between 4.7 and 5.3% and the silver content between 0.40 and 1.0 e / o. The silver obviously improves the distribution of the copper in the alloy, thereby improving its strength and counteracting the susceptibility of the aluminum alloy to stress corrosion caused by the high copper content. The addition of silver can also be increased considerably above 10% without adversely affecting the physical properties.
However, since silver is an expensive metal, an addition of more than 1/0 or even more than 0.7% increases the cost of the alloy unnecessarily without any meaningful improvement in its physical properties or its resistance to stress corrosion
The tensile strength, the yield point and the elongation can be further improved if 0.5 to 4.0% zinc - preferably 1.0 to 3.0% - is added to the alloy. The tensile strength is usually also increased by the addition of a relatively small amount of magnesium in the range from 0.15 to 0.4 o / o, preferably 0.2 to 0.3 o / o.
Titanium is particularly advantageous in order to ensure a fine-grain structure in the alloy, which is important for successful solution heat treatment. The amount added can vary from 0.15 to 0.7 o / o, it is preferably between 0.20 0 / o and 0.30 0 / o. In some cases the titanium addition is kept particularly at the lower limit; the amount added is usually increased when the alloy is remelted as this improves the grain structure.
The silicon content is usually kept below 0.15 ovo to avoid scaling and the iron content is generally kept below 0.15 ovo in order for the alloy to respond properly to the heat treatment. For best results, both silicon and iron, especially, can be kept below 0.03 o / o.
The addition of boron is not essential for the production of the alloy; but generally a small amount of boron, in the range of 0.001 O / o to 0.01 O / o, should be added when the alloy is remelted to improve the grain structure.
The manganese, molybdenum and cerium content should be below 0.30 / 0 if possible. The chromium content should be below 0.5%.
The broad and narrow ranges of the quantities of the components and an example of the composition of the alloy according to the invention are listed in the following table:
table
Wide range Narrow range Example elements (weight-O / o) (weight-O / o) (weight-O / o) copper 4.2-6.0 4.7-5.3 4.9 silver 0 .05-3.0 0.40-1.0 0.60 titanium 0.15-0.7 0.20-0.30 0.25 silicon (max.) 0.15 0.03 zero iron (max. ) 0.15 0.03 zero boron 0.001-0.01 0.001-0.01 0.002 manganese (max.) 0.3 0.3 zero molybdenum (max.) 0.3 0.3 zero cerium (max.) 0 , 3 0.3 zero chromium (max.) 0.5 0.3 zero other (max. Each) 0.05 0.05 zero other (max. Total) 0.15 0.15 zero aluminum balance balance balance zinc (optional) 0.5-4.0 1.0-3.0 2.0 Magnesium (optional) 0.15-0.4 0.20-0.30 0.24
Example for the production of an alloy according to the invention:
:
Approx. 34.0 kg of returns (casting heads from earlier melts that are to be remelted) are weighed down with approx.
22.7 kg of high-purity aluminum (99.8 o / o to 99.99 o / o pure aluminum) and approx. 1.81 kg of aluminum-titanium master alloy (5 o / o titanium, remainder aluminum) in a carborundum crucible in a gas-heated one Furnace melted down. A Chrome meiQR AlumelÖR thermocouple1 and a potentiometer are used to control the temperature. After a temperature of 704 ° C. has been reached, 1.25 kg of electrolytic copper and 0.15 kg of silver are added. If zinc were to be added, it would be added together with the copper and silver. After the metals are dissolved, an additional 20.4 kg of reclaims from previous melts are added to the crucible to obtain a composition of the alloy within the ranges given in the table above.
When the temperature has reached 704 "C again, nitrogen is blown through the melt through a graphite tube in order to remove harmful gases such as hydrogen, which is formed by the decomposition of moisture water; the temperature is left at 760 ° C Then about 0.227 kg of aluminum-titanium-boron alloy (5 o / o titanium, 1 o / o boron, the remainder essentially aluminum) are added and then 0.816 kg of pure magnesium. A sample is made to see whether there is still hydrogen dissolved in the metal, and if the sample is positive, the nitrogen bubbling is continued until a negative sample is obtained.
About 0.0455 kg of grain refiner (a mixture of 2 parts of titanium potassium fluoride with one part of potassium borofluoride) is then added to the melt, and after waiting at least 10 minutes and when the casting temperature has risen from approx. 718 OC to approx. 774 OC (depending on Shape and size of the cast pieces) is reached, the melt is poured into a casting mold and a sample mold and a block intended for chemical analysis is produced. A casting temperature of 746 "C is suitable for a wide range of parts.
If the casting temperature is too low, the mechanical properties are poor.
According to a variant of this melting process, which has also been used successfully, when the temperature has reached 704 OC, 28 35 g hexachloroethane pills per 68.0 kg metal can be pushed into the melt in order to remove traces of any sodium present. Chlorine gas can also be used for the same purpose. Then the magnesium and the aluminum-titanium-boron alloy are usually added. After the melt has been skimmed, the grain refiner can be added and nitrogen is usually blown through the melt until a sample shows that the metal is free of gas. At the same time, the temperature is usually increased to 746 "C to 760 CC.
The preferred casting temperatures are the same regardless of which of the two melting processes is used.
A casting mold made of anhydrous sand is preferably used. Of course, bound sand is also suitable, and synthetic sand can also be used, but it often causes gas uptake by reaction between the metal and the moisture in the sand.
1 trademark of Hoskins Mfg. Co., Detroit, USA.
The casting alloy can then be subjected to a heat treatment in an electric immersion quenching furnace, the casting usually being heated for three to eight hours to 527 ° C. to 538 ° C. The casting is then generally immersed in water whose temperature does not exceed 54 cm Quenching sometimes causes the casting to bend, which is straightened in a press or with a plastic or mallet. Thereafter, the cast, which may have been straightened over the next 3 hours, is generally 8 to 20 hours at 138 CC to 171 CC subject to outsourcing.
The purpose of the deterrent is to keep the solution intact. In particular, the quenching should take place as quickly and drastically as possible without causing stress cracks. Quenching the alloy at 543 CC usually cracks the castings, even on small parts. Quenching the alloy at 538 CC mainly does not crack the alloy specimens, but it does cause slight surface cracks in some districts of complex castings. Quenching the alloy at 535 "C can crack heavily quenched intricate castings while those same unquenched castings have none.
Quenching the alloy at 529 ° C. generally does not crack, even in castings up to .50 m in length. Consequently, the alloy according to the invention is preferably quenched at 529 CC, even if the solution annealing is carried out at 529 OC or 538 CC.
In this case, the temperature can preferably be reduced to approx. 529 ° C. before quenching.
Parts made from the alloy with a length of 254 to 381 mm and a wall thickness of 6.4 to 19 mm can be quenched at 535 CC without cracking. The water temperature is preferably not above 49 oC and quenching in water at room temperature appears to increase the resistance to stress corrosion.
The purpose of the heat treatment is primarily to dissolve the copper-rich compound that has deposited around the aluminum-rich matrix during the degassing of the alloy, without causing any compound to melt. The temperature and duration of the heat treatment can be determined taking into account the size, shape and thickness of the cast pieces in order to achieve practically complete dissolution of the eutectic in the matrix; this is checked by micrographic examination.
In general, a remuneration period of approx.
5 hours for parts 63 mm thick. A temper in the range of 529 to 538 CC usually gives satisfactory results, with the best results being achieved if a temperature of 535 CC is reached for two to three hours within a five hour cycle. A preferred embodiment consists in maintaining the temperature at 529 ° C. for one hour, then at 535 ° C. for three hours and finally again at 529 ° C. for one hour.
Cast pieces that are no larger than 381 X 381 mm and no thicker than 19 mm can be satisfactorily tempered by heating the parts to 535 "C for five hours. Smaller cast pieces about 203 in size X 25 X 13 mm can be heated to 538 ° C for approximately 4 hours. The parts are usually aged to precipitate the copper compound, followed by hardening of the alloy. The temperature and duration of the aging depend on the properties desired. Extension of time and increase The temperature improves, in particular, the yield strength. Reducing the time and temperature results in higher elongation. Increased impact resistance can be achieved by prolonged exposure to low temperatures, e.g.
B. at least five days at room temperature, but the yield strength is lower. Approx. Aging the alloy for 24 hours at 160 "C generally provides a very stable material that does not change over time and which also shows high resistance to stress corrosion. At the higher temperature of 171" C, aging is usually reached faster, however, at the cost of losing a few percent of elongation. An alloy according to the invention with acceptably well balanced physical properties can be obtained by aging at 146.degree.
A preferred way of heat treating a casting, e.g. B. a strut for an aircraft chassis, preferably consists of the following: 1 hour at 529 ° C., 3 hours at 535 ° C. and then again for 1 hour at 535 ° C. solution heat treatment; Quenching within 5 seconds with water at room temperature and storing the casting for 24 hours at room temperature; then aged for 20 hours at 160 CC.
The results of the mechanical tests, carried out with samples of the alloys according to the invention, which were produced by generally customary working methods to promote the gradual, directional solidification, are in the following range: tensile strength 4290 to 4937 kg / cm2; Yield strength (according to the 0.2 ovo offset method) 3480 to 5430 kg / cm2 and elongation 6 to 17 0/0.
The chemical composition of the samples, determined by chemical analysis, fluctuates within the following limits:
Element weight o / o
Copper 4.74-5.55
Magnesium 0.20-0.31
Titanium 0.22-0.28
Silver 0.5F0.61 Silicon Iron Zero
Aluminum rest
The alloy according to the invention has above all a high copper content in order to achieve a higher content of the compound CuAl2. This connection must be brought into solution especially during the heat treatment.
Their solubility usually increases with increasing temperature, which possibly provides an explanation for the fact that in the process for the production of the alloy according to the invention the heat treatment can be carried out in a temperature range of 529 to 538 ° C. instead of 50 ° to 521 ° C. as for the conventional 195 -Aluminum alloy or 524 * 530 OC as usual for the APM aluminum alloy.
The analysis of another test rod resulted in the following composition:
Element weight o / o
Copper 4.73
Silver 0.61
Magnesium 0.21
Iron zero
Silicon zero
Manganese 0.01
Titanium 0.27
Chrome zero
Nickel 0.02
Aluminum rest
Tests have shown that the best properties can be achieved when the copper content is between approx. 4.7 and 5.3 o / o.
For example, test bars tempered in the same way, which differ within the individual series only in terms of the copper content, show the following elongation properties:
Row No. 1 Row No. 2 Copper (weight o / o) 4.20 4.75 4.75 5.75 Tensile strength (kg / cm2) 3020 4080 4360 3940 Yield strength (kglcm2) 1830 2460 2950 2320 Elongation (/ o) 13 14 7.5 2.0
Row No. 3 Row No. 4 Copper (o / o by weight) 5.25 5.75 3.2 5.0 Tensile strength (kg / cm2) 4290 4080 3750 4750 Yield strength (kg / cm2) 3090 2670 3320 4260 Elongation (/ o) 5.5 4.0 8.0 5.5
Row no.
5 copper (weight-9 / o) 5.0 6.0 tensile strength (kg / cm2) 4200 3880 yield point (kg / cm2) 3540 3750 elongation (9 / o) 4.4 1.2
Magnesium is sometimes viewed as an undesirable component of high-strength aluminum-copper alloys. In a suitable dosage, however, it can improve the yield strength of the alloy according to the invention. For example, test bars tempered in the same way, which differ within the series only in terms of the magnesium content, show the following elongation properties:
Row No. 1 Magnesium (weight e / o) 0.19 0.20 0.38 0.48 Tensile strength (kg / cm2) 4530 4970 4950 2110 Yield point (kg / cm2) 3940 4670 4740 Elongation (0 / o) 5.5 3.0 2.5 0.5
The test rod with 0.48% magnesium showed, above all, considerable scaling.
The magnesium content is preferably between 0.20 and 0.30% and as shown by the above example, this range appears to improve the tensile strength and the yield point by approximately 10%.
Elemental silver is added to the alloy because it improves the mechanical strength of the alloy and increases its resistance to stress corrosion. The mechanical strength of the alloy can be improved by adding 0.2% silver. With the addition of 0.4 to 1.5% silver, the alloy shows essentially no stress corrosion. Mechanical strength appears to be best at 0.5 o / o silver addition, but is usually slightly reduced when the silver addition is increased to 3.0 o / o.
The influence of silver on the alloy properties is shown by the following series of test bars:
Row No. 1 silver (wt / o) zero 0.60 tensile strength (kg / cm2) 4180 4850 yield point (kg / cm2) 3130 4020 elongation (o / o) 6.0 8.5
Row No. 2 Silver (wt / o) Zero 0.20 0.30 0.70 Tensile strength (kg / cm2) 4220 4710 4710 4780 Yield strength (kg / cm2) 3520 4290 4150 4260 Elongation (/ o) 4.4 2.5 5.0 4.6
A third row also has different magnesium contents; Nevertheless, it can be seen that a high silver content has no detrimental effect on tensile strength.
Row No. 3 Silver (wt / o) 0.60 1.1 1.6 2.1 2.6 Magnesium (wt / o) 0.19 0.20 0.15 0.15 0, 19 Tensile strength (kg / cm2) 4530 4470 4350 4350 4490 Yield point (kg / cm2) 3940 3970 3380 3280 3370 Elongation (/ o) 5.5 4.5 10.0 8.0 8.0
Zinc when it is in preferred amounts between
1.0 and 3.00 / 0 is added, the strength can be increased considerably, as is proven by the following test results:
Row No. 1 Zinc (weight o / o) Zero 1.0 2.0 3.0 4.0 Tensile strength (kg / cm2) 4550 4780 5080 5110 4850 Yield point (kg / cm2) 3960 4060 4490 4510 4590 Elongation ( / o) 5.0 9.0 5.0 5.0 2.0
Titanium is a good grain refiner.
The preferred range of 0.20 to 0.30 O / o titanium content primarily results in a fine grain in the alloy which facilitates the necessary distribution of the copper in the alloy during solution heat treatment, with the result that castings can be produced, which are much stronger than cast pieces made of known aluminum casting alloys. An addition of more titanium does not appear to bring any gain in strength and the elongation generally decreases as the alloy becomes richer in titanium. This can be seen in the following series of test rods:
Row No. 1 Titanium (weight / o) 0.24 0.39 0.54 0.69 Tensile strength (kg / cm2) 4200 41.70 4250 4230 Yield strength (kg / cm2) 3540 3520 3590 3750 Elongation (/ o ) 4.4 4.2 4.2 3.0
The other elements present in the alloy are particularly impurities.
Two of them, silicon and iron, are usually present as impurities in primary aluminum and are harmful to the alloy of the present invention. Therefore, their amount should be kept lower than in the well-known 195 and APM aluminum alloys. In general, the iron and silicon content should be kept below 0.15% and preferably even below 0.03%.
For example, two rows of test bars show the following values:
Row No. 1 Row No. 2 Silicon 0.15 Zero 0.15 0.15 Iron 0.16 Zero 0.16 0.65 Tensile Strength (kg / cm2) 4640 4850 4200 3160 Yield Strength (kg / cm2) 3660 4020 3540 2490 Elongation (/ o) 2.5 8.5 4.4 2.0
All test results given in the above series were obtained with standard test bars with a tapered zone of 12.7 mm in diameter and 52.7 mm in length, cast in sand molds, without chill molds.
The results of one series cannot easily be compared with those of other series because the series also differ in other variables.
Among the other elements that can be added to the alloy, some are very harmful, some less harmful, and others have no effect or may improve the properties of the alloy somewhat.
0.30% cadmium causes particularly severe scaling and cracks during the heat treatment, with a complete loss of strength and elongation.
0.02% sodium, calcium and lithium mainly reduce the tensile strength by 10 to 20% and the elongation by 30 to 40%, with casting scars appearing in the test bars.
0.005 o / o tin usually has no effect on the properties of the alloy, but together with 0.005 o / o bismuth it can cause severe scaling and cracking during heat treatment.
0.005% antimony generally causes a 100% reduction in tensile strength and a similar reduction in elongation.
0.25 / 0 chromium and 0.25 ovo molybdenum can cause a slight increase in tensile strength.
At 0.50 o / o molybdenum content, a slight decrease in tensile strength is particularly evident, while chromium shows no noticeable influence in this area. Manganese, nickel and cerium, each at 0.30%, usually have no noticeable effect on the properties of the alloy. Zirconia at 0.25% can cause a slight decrease in tensile strength.
PATENT CLAIM 1
Cast aluminum alloy, characterized by a content of 4.2 to 6.0 o / o copper and at least 0.05 o / o silver, the remainder being predominantly aluminum.
SUBCLAIMS
1. Alloy according to claim I, characterized in that it contains 4.7 to 5.3 / o copper.
2. Alloy according to claim I, characterized in that it does not contain more than 3.0 o / o, preferably 0.4 to 1.0 / o silver and also 0.15 to 0.4 0 / o, preferably 0.2 up to 0.3 o / o magnesium or 0.5 to 4.0 o / o, preferably 1.0 to 3.0 o / o zinc and further less than 0.15 o / o, preferably less than 0.03 / o silicon or iron and 0.15 to 0.7 o / o of a grain refiner, preferably titanium.
3. Alloy according to claim 1 or dependent claim 1, characterized in that it has an elongation of at least 8 o / o, a yield point of more than 2250 kg / cm2 and a tensile strength of more than 2320 kg / cm2 at a temperature of 260 OC .
4. Alloy according to claim I, characterized in that it contains 4.2 to 6.0 o / o copper, up to 3.0 o / o silver and also 0.15 to 0.4 o / o magnesium, furthermore 0, Contains 5 to 4.0 / o zinc and up to 0.7 o / o titanium.
5. Alloy according to claim 1, characterized in that it contains 4.2 to 6.0 o / o copper and 1.0 to 3.0 o / o zinc.
PATENT CLAIM II
Use of the aluminum casting alloy according to claim I for the production of castings with high tensile strength and high yield strength at room temperature and elevated temperatures as well as high elongation and high resistance to stress corrosion.
UN1, CLAIMS
6. Use according to claim II, characterized in that the alloy used contains 4.7 to 5.3 o / o copper.
7. Use according to claim II for the production of cast pieces with a yield point of more than 2250 kg / cm2, a tensile strength of more than 2320 kg / cm2 and an elongation of 14 ovo at a temperature of 260 OC.
** WARNING ** End of DESC field could overlap beginning of CLMS **.