DE10127753A1

DE10127753A1 - Reinigung von Aluminium-Gusslegierungen

Info

Publication number: DE10127753A1
Application number: DE10127753A
Authority: DE
Inventors: Ute Lohrey
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-12-12

Abstract

Das Verfahren zur Beseitigung von störenden Legierungsbestandteilen aus einer Aluminium-Gusslegierung weist folgende Schritte auf: DOLLAR A - vollständiges Aufschmelzen der Aluminium-Gusslegierung, DOLLAR A - Zumischen von für die Zwecke dieser Behandlung maximal 0,010 Gew.-% Bor, DOLLAR A - Verweilen der Schmelze bis zum Vergießen für eine zur Reaktion des Bors mit den störenden Legierungsbestandteilen erforderliche Mindestdauer und DOLLAR A - Entfernen oder Zurückhalten entstandener Feststoffe aus der Schmelze vor oder während ihres Vergießens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von störenden Legierungs bestandteilen aus einer Aluminium-Gusslegierung.

Für die Herstellung von Leichtmetallkomponenten aus Aluminium-Gusslegie rungen kommt insbesondere im Kraftfahrzeugbau zunehmend Recyclingmateri al zur Anwendung, welches zusätzlich zu den gewünschten Legierungsbe standteilen, wie zum Beispiel Silizium, Kupfer, Mangan, Magnesium oder Ni ckel, auch Vanadium, Zirkonium oder andere unerwünschte Bestandteile auf weist, die als Störelemente vor allem das Fließ und Füllungsverhalten der Schmelze negativ beeinflussen sowie zu einer erhöhten Porosität des Gussteils führen. Auch an sich erwünschte Legierungsbestandteile können sich bei zu rohen Konzentrationen in gleicher Weise negativ auswirken. Erschwerend kommt hinzu, dass die Anteile der oben erwähnten Legierungsbestandteile im Recyclingmaterial erheblich schwanken können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Beseitigung von störenden Legierungsbestandteilen aus einer Aluminium-Gusslegierung zu schaffen, welches sowohl in der Lage ist, Störelemente weitgehend zu entfer nen als auch zu hohe Konzentrationen von an sich erwünschten Bestandteilen zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es hat sich gezeigt, dass durch eine Zugabe einer geringen Menge von Bor in die aufgeschmolzene Aluminium-Gusslegierung eine Art Reinigungsprozess eingeleitet wird, welcher relativ langsam über eine längere Reaktionszeit ab läuft. Die Zugabe von Bor zu Aluminium-Gusslegierungen ist zwar an sich be kannt, jedoch zu einem anderen Zweck und mit deutlich höheren Konzentratio nen sowie ohne Einhaltung von Reaktions-Mindestzeiten. So wird in der DE 37 39 187 C1 ein Verfahren zur Herstellung von hochschmelzende Elemente enthaltenden Aluminiumvorlegierungen beschrieben, bei welchem zur Herstel lung von beispielsweise 100 kg einer Al Ti5 B1-Vorlegierung unter anderem 11,6 kg Kaliumborfluorid zugegeben wird. Die daraus angefertigten Gussstücke zeichnen sich besonders durch Feinkörnigkeit und Homogenität aus. Weiterhin ist aus der DE 36 32 609 C2 die Verwendung einer Aluminiumlegierung be kannt, welche 0,05 bis 0,3 Gew.-% Bor enthält. Hiermit soll insbesondere die Zugfestigkeit und Dehnung von Formteilen verbessert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verbindet sich das Bor im Laufe einer Reaktionszeit von mindestens einer Stunde mit den störenden Legierungsbe standteilen der Aluminiumschmelze und fällt als Schlacke (Krätze) aus, welche aus der Schmelze vor oder während ihres Vergießens entfernt bzw. zurück gehalten wird.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die für die Zwecke dieser Be handlung maximal vorgesehene Menge an Bor von 0,010 Gew.-% in mehreren Teilmengen der Schmelze zuzuführen, wobei nach jeder Zugabe einer Teilmenge die Reaktions-Mindestzeit von einer Stunde eingehalten wird.

Da sich Bor in Aluminium nur schlecht löst, ist es von Vorteil, die für die Zwecke dieser Behandlung notwendige Menge an Bor in Form einer Aluminium-Bor- Vorlegierung zuzugeben, welche, wie zum Beispiel die Al B2-Phase, bereits bei 660 Grad Celsius schmilzt und sich daher in der Aluminiumschmelze leicht auflöst.

Nach Ablauf des obengenannten Reinigungsprozesses kann dann die Alumini um-Gusslegierung einer weiteren, an sich bekannten Schmelzebehandlung zum Zwecke der Kornfeinung unterzogen werden; hierbei kommen ebenfalls Aluminium-Vorlegierungen zur Anwendung, wie zum Beispiel Al Ti5 B1.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben:
Zugrundegelegt wurde eine Aluminium-Sekundärlegierung nach DIN 226, wel che bei etwa 760 Grad Celsius aufgeschmolzen wurde und als Störelemente vor allem Vanadium, Zirkonium und Chrom, aber auch einen zu hohen Anteil an Titan aufwies.

In einer ersten Versuchsreihe wurden dieser Schmelze 0,0015 Gew.-% Bor in Form einer Aluminium-Bor-Vorlegierung zugemischt. Nach einer Reaktionszeit von mehr als drei Stunden wurde dann der jeweilige Anteil der oben genannten Störelemente gemessen. Dabei war der Anteil an Vanadium und Zirkonium in der Schmelze um durchschnittlich jeweils 30% und derjenige von Titan um durchschnittlich 35% zurückgegangen, während der Anteil an Chrom unverän dert blieb.

In einer zweiten Versuchsreihe wurden der gleichen Ausgangsschmelze nach einander zwei Teilmengen von jeweils 0,0025 Gew.-% Bor, ebenfalls in Form einer Aluminium-Bor-Vorlegierung, beigemischt, wobei jeweils nach Zugabe einer Teilmenge eine Reaktionszeit von mehreren Stunden abgewartet und dann der jeweilige Anteil der oben genannten Störelemente gemessen wurde.

Nach Zugabe der ersten Teilmenge und einer Reaktionszeit von 24 Stunden reduzierte sich der Anteil an Vanadium in der Schmelze um durchschnittlich 50% und derjenige von Zirkonium sowie Chrom um jeweils 33%. Der Anteil an Titan war um etwa 60% zurückgegangen. Nach Zugabe der zweiten Teilmenge an Bor und einer nochmaligen Wartezeit von 24 Stunden reduzierte sich der Anteil an Vanadium um insgesamt 90% gegenüber dem Ausgangswert und derjenige von Zirkonium sowie Chrom um jeweils 60%. Der Titananteil hatte sich nach der zweiten Reinigungsprozedur um mehr als 90% verringert.

Beim Vergießen zeigte die Schmelze ein deutlich verbessertes Füll- und Fließ verhalten und an den fertigen Gussteilen konnte eine merklich erhöhte Guss qualität und insbesondere eine wesentlich geringere Gussporosität nachgewie sen werden.

Claims

1. Verfahren zur Beseitigung von störenden Legierungsbestandteilen aus einer Aluminium-Gusslegierung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) vollständiges Aufschmelzen der Aluminium-Gusslegierung,

b) Zumischen von für die Zwecke dieser Behandlung maximal 0,010 Gew.-% Bor,

c) Verweilen der Schmelze bis zum Vergießen für eine zur Reaktion des Bors mit den störenden Legierungsbestandteilen erforderliche Mindest zeitdauer und

d) Entfernen oder Zurückhalten entstandener Feststoffe aus der Schmelze vor oder während ihres Vergießens.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrmaliges Zumischen von Bor-Teilmengen zur Schmelze mit jeweils an schließendem Verweilen der Schmelze für die Dauer der Reaktionszeit.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze das Bor in Form einer Aluminium-Bor-Vorlegierung zuge mischt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reaktionszeit von mindestens einer Stunde eingehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminium-Gusslegierung nach Ablauf der Reaktionszeit einer weiteren, an sich bekannten Schmelzebehandlung zum Zwecke der Kornfeinung un terzogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze zum Zwecke der Kornfeinung nach Ablauf der Reaktionszeit eine Titan-Bor-Vorlegierung zugemischt wird.