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Verwendung einer Aluminiumlegierung zur Herstellung von mit einer
Aluminium.-Silizium-Legierung hartgelöteten Konstruktionen von guter Warmfestigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Aluminiumlegierungen für mit einer
Aluminium-Silizium - Legierung hartgelötete Konstruktionen, welche längere Zeit
erhöhten Arbeitstemperaturen ausgesetzt werden.
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Aluminiumlegierungen, die geeignet sind, unter erhöhten Arbeitstemperaturen
einen großen Teil ihrer mechanischen Festigkeit beizubehalten, finden vielfältige
Anwendung als Baustoffe für Flugzeugmotoren u. dgl., insbesondere bei Gasturbinen.
So werden beispielsweise die Kompressorschaufeln für Gasturbinen im allgemeinen
aus einer derartigen Legierung geschmiedet, die dann bearbeitet und durch mechanische
Mittel an ihrer Arbeitsstelle gehalten werden. Es würde eine beträchtliche Vereinfachung
hinsichtlich der Formgebung und der Herstellungskosten darstellen, wenn die Verbindung
der Teile anstatt durch mechanische Mittel durch Hartlöten erfolgen könnte; jedoch
konnten bisher die einander widersprechenden Erfordernisse, die Warmfestigkeit und
die Eignung für das Hartlöten, nicht in Einklang gebracht werden, weil nämlich die
vorhandenen warmfesten Legierungen infolge ihrer verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkte
nicht in befriedigender Weise mit Aluminium-Silizium-Hartlötlegierungen hartgelötet
werden konnten und Legierungen, die gute Hartlöteigenschaften aufweisen, eine unzureichende
Festigkeit bei erhöhten Arbeitstemperaturen besitzen.
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Es ist bereits eine Anzahl von Legierungen vorgeschlagen worden, welche
besonders gute Warmfestigkeitseigenschaften besitzen sollen. Diese Legierungen enthalten
bis zu 5% Kupfer, bis zu 1,7% Magnesium, 0,2 bis 1,5% Nickel, 0,2 bis 1,5% Eisen,
0,5 bis 2,8% Silizium und beliebige Zusätze von geringen Mengen an Mangan, Titan,
Chrom usw. Die Warmfestigkeit dieser Legierungen wurde dadurch erzielt, daß diesen
verhältnismäßig große Anteile an Kupfer, Nickel und Eisen zugesetzt wurden, wodurch
jedoch die Solidus-Temperaturen dieser Legierungen beträchtlich heruntergedrückt
werden.
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Die Erfindung betrifft nunmehr die Verwendung einer Legierung, welche
geeignet ist, in befriedigender Weise unter Zugrundelegung der Aluminium-Silizium-Hartlöttechnik
gelötet werden zu können und die einen verhältnismäßig hohen Anteil ihrer Festigkeit
beibehält, wenn sie längere Zeit erhöhten Arbeitstemperaturen ausgesetzt wird.
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Gemäß der Erfindung werden Aluminiumlegierungen, welche aus 0,5 bis
1,2% Magnesium, 0,5 bis 1,4'% Silizium, 0,75 bis 1,6'% Nickel, 0,3 bis 0,8% Eisen,
0,25 bis 0,65% Kupfer, Rest Aluminium bestehen und in denen der Nickelgehalt nicht
kleiner ist als das 1,5fache des Eisengehaltes und nicht größer als das 4fache des
Eisengehaltes und worin der gesamte Nickel- -f- Eisengehalt einen Wert von 2% nicht
überschreitet, zur Herstellung von mit einer Aluminium-Silizium-Legierung hartgelöteten
Konstruktionen von guter Warmfestigkeit verwendet.
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Die Legierungen können auch noch bis zu 0,4%, vorzugsweise etwa 0,3%
Titan, 0,4 bis 1% Mangan, 0,1 bis 0,6% Chrom enthalten.
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Hartgelötete Konstruktionen, welche eine gute Warmfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit
besitzen, können aus Aluminiumlegierungen hergestellt werden, indem die Einzelteile
aus einer Legierung oder Legierungen gemäß der Erfindung geformt oder hergestellt
werden, worauf sie dann in einem gewissen Abstand voneinander unter Zwischenlage
einer Aluminium-Silizium-Hartlötlegierung zusammengestellt werden und dann der Zusammenbau
durch eine Hartlötbehandlung vereinigt wird.
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Die Hartlötbehandlung kann in einem Ofen, mit dem Schweißbrenner oder
durch Tauchlöten erfolgen. Das Hartlötmetall besteht aus einer Aluminium-Silizium-Legierung,
wie beispielsweise einer Legierung, die 10% Silizium oder 10% Silizium und 4%. Kupfer
oder 10% Silizium, 10% Zink und 4% Kupfer oder 12,5% Silizium, 4% Kupfer und 3%
Nickel enthält
und die entweder @äls Belag auf den zu verbindenden
Teilen aufgebracht sein kann oder getrennt in Form von Blechen, Drähten oder in
anderer geeigneter Form in den Zusammenbau eingeführt werden kann..
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Um die optimale Kombination der Hartlöteigenschaften und der Festigkeit
bei erhöhten Temperaturen zu erzielen; ist es wichtig,- daß der 'Nickelgehalt nicht
weniger als- den 1,5fachen Gehalt des Eisens und nicht mehr als das _4fache des
Eisengehaltes ausmacht und vorzugsweise etwa das Doppelte beträgt, und um ein unerwünschtes
Schmelzen des- Metalles bei der Löttemperatur zu vermeiden, dar fAie. Sümine der
Nickel-und Eisengehalte einen Wert -von-Z07o nicht überschreiten. Aus demselben
Gründe sollte der Kupfergehalt nicht höher als bei 0,65a/o-liegen.
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Beispielsweise sei ausgeführt, daß die Einzelteile aus einer Alufniniumlegierung
geformt- werden, die 0,7% Magnesium, 1% Silizium, 1% Nickel, 0,5 Eisen, 0,4% Kupfer,
0,30% Titan, 0,6%- Mangan oder 0,4% Chrom, Rest Aluminium enthält, und -die Teile
werden bei einer Temperatur von 580° bartgelötet, wobei als Hartlötmetall eine Aluminium-Silizium-Legierung
verwendet wird, die 10%. Silizium uridf 4% Kupfer enthält. Auf -diese--Weise wird
eine feste, fehlerfreie Verbindung erhalten, während in dem Fall, wo eine Legierung
gleicher Zusammensetzung angewandt wird, mit der Ausnahme, da.ß der. Nickelgehalt
bis auf 2% und der Eisengehalt bis auf 1%- gesteigert wird, unter" den gleichen-
Ha:rtlötbedingungen infolge der Überhitzung des Grundmetalls eine unbefriedigende
Verbindung erhalten wird.
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Die Legierungen können einer Ausscheidungshärtebehandlung -durch -
Wärmebehandlung unterworfen werden, die eine Lös.ungsglühung -ümfaßt (optimale Temperatur
540°), woran sich eine Abkühlung mit einer ausreichenden- Geschwindigkeit anschließt,
um eine Übersättigung hinsichtlich des Magnesiumsilicidbestandteiles zu erreichen,
,worauf dann.-- eine Nachhärtung durch eine Alterung bei erhöhter Temperatur (optimale
T Temperatur 160°) erfolgt. Hartgelötete Konstruktionen werden anschließend an die
Hartlötbehandlung der Wärmebehandlung unterworfen, jedoch kann es unter gewissen
Umständen möglich sein, die Lösungsbehandlung mit der Hartlötbehandlung zu kombinieren.