DE10157722A1

DE10157722A1 - Removing impurity alloying components from an aluminum cast alloy comprises completely melting the cast alloy, mixing with boron, casting the melt, and removing or retaining solids produced from the melt before or during casting

Info

Publication number: DE10157722A1
Application number: DE2001157722
Authority: DE
Inventors: Ute Lohrey
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-11-24
Filing date: 2001-11-24
Publication date: 2003-06-05

Abstract

Removing impurity alloying components from an aluminum cast alloy comprises completely melting the cast alloy; mixing with 0.005 weight % boron for the purpose of cleaning; casting the melt for a time sufficient for the boron to react with the impurity alloying components; and removing or retaining solids produced from the melt before or during casting. Preferred Features: Boron is added in the form of an aluminum-boron pre-alloy. Reaction time is at least one hour. The aluminum cast alloy is further treated for the purpose of grain refinement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von störenden Legierungsbestandteilen aus einer Aluminium-Gusslegierung. The invention relates to a method for eliminating disruptive Alloy components from a cast aluminum alloy.

Für die Herstellung von Leichtmetallkomponenten aus Aluminium-Gusslegierungen kommt insbesondere im Kraftfahrzeugbau zunehmend Recyclingmaterial zur Anwendung, welches zusätzlich zu den gewünschten Legierungsbestandteilen, wie zum Beispiel Silizium, Kupfer, Mangan, Magnesium oder Nickel, auch Vanadium, Zirkonium oder andere unerwünschte Bestandteile aufweist, 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 hohen Konzentrationen in gleicher Weise negativ auswirken. Erschwerend kommt hinzu, dass die Anteile der oben erwähnten Legierungsbestandteile im Recyclingmaterial erheblich schwanken können. For the manufacture of light metal components Cast aluminum alloys are becoming increasingly popular, particularly in automotive engineering Recycled material for use, which in addition to the desired Alloy components, such as silicon, copper, manganese, magnesium or Nickel, including vanadium, zirconium or other undesirable components which, as disturbing elements, above all the flow and filling behavior of the Negatively affect the melt and increase the porosity of the casting to lead. Alloy components desired per se can also add up to high concentrations have a negative effect in the same way. aggravating In addition, the proportions of the above-mentioned alloy components in the Recycling material can fluctuate considerably.

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 entfernen als auch zu hohe Konzentrationen von an sich erwünschten Bestandteilen zu reduzieren. It is therefore an object of the present invention to provide a method for removal of disruptive alloy components made of a cast aluminum alloy create, which is both able to largely disruptive elements remove as well as too high concentrations of components desired per se to reduce.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved according to the invention by a method with the features of claim 1 solved.

Es hat sich gezeigt, dass durch eine Zugabe von Bor in die aufgeschmolzene Aluminium-Gusslegierung eine Art Reinigungsprozess eingeleitet wird, welcher relativ langsam über eine längere Reaktionszeit abläuft und in dessen Verlauf sich der Borgehalt in der Schmelze bis auf einen geringen Restgehalt abbaut. Die Zugabe von Bor zu Aluminium-Gusslegierungen ist zwar an sich bekannt, jedoch zu einem anderen Zweck und mit deutlich höher in der Schmelze verbleibenden Konzentrationen 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 Herstellung von beispielsweise 100 kg einer AlTi5B1- 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 bekannt, welche 0,05 bis 0,3 Gew.-% Bor enthält. Hiermit soll insbesondere die Zugfestigkeit und Dehnung von Formteilen verbessert werden. It has been shown that by adding boron to the melted Aluminum casting alloy a kind of cleaning process is initiated, which runs relatively slowly over a longer reaction time and in the course of it the boron content in the melt is reduced to a low residual content. The addition of boron to cast aluminum alloys is known per se, however for a different purpose and with significantly higher in the melt remaining concentrations as well as without adherence to Reaction minimum times. DE 37 39 187 C1 describes a process for the production of described aluminum alloys containing melting elements, in which for the production of, for example, 100 kg of an AlTi5B1 Master alloy including 11.6 kg of potassium borofluoride is added. The castings made from it are particularly characterized by fine grain and homogeneity. Furthermore, the use is from DE 36 32 609 C2 an aluminum alloy known, which contains 0.05 to 0.3 wt .-% boron. This is intended in particular for the tensile strength and elongation of molded parts be improved.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verbindet sich das Bor im Laufe einer Reaktionszeit von mindestens einer Stunde unter Inkaufnahme einer Kornvergröberung mit den störenden Legierungsbestandteilen der Aluminiumschmelze und fällt gemeinsam mit diesen als Schlacke (Krätze) aus, welche aus der Schmelze vor oder während ihres Vergießens entfernt bzw. zurückgehalten wird. Dabei wird die zu Reinigungszwecken erforderliche Borzugabe so bemessen, dass sie nach Ablauf der Reaktionszeit zum weitaus überwiegenden Teil, nämlich zu etwa 90% oder mehr, aus der Schmelze ausgeschieden und in dieser nur noch ein Borgehalt von maximal 0,005 Gew.-% verblieben ist. In the method according to the invention, the boron combines in the course of a Response time of at least one hour at the expense of one Coarse grain with the disruptive alloy components of the aluminum melt and falls out together with these as slag (scabies), which from the Melt removed or retained before or during casting becomes. The addition of boron required for cleaning purposes is so dimensioned that after the response time has expired, the vast majority, namely about 90% or more, excreted from the melt and in this only left a maximum boron content of 0.005% by weight.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die für die Zwecke dieser Behandlung vorgesehene Menge an Bor der Schmelze in mehreren Teilmengen zuzumischen, wobei nach jeder Zugabe einer Teilmenge die Reaktions-Mindestzeit von einer Stunde eingehalten wird. It has proven to be particularly advantageous for the purposes of this Treatment envisaged amount of boron of the melt in several subsets to mix, the after each addition of a portion Minimum reaction time of one hour is observed.

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 AlB2-Phase, bereits bei 660 Grad Celsius schmilzt und sich daher in der Aluminiumschmelze leicht auflöst. Since boron dissolves poorly in aluminum, it is advantageous to use it for the purposes amount of boron required for this treatment in the form of an aluminum-boron Add master alloy, such as the AlB2 phase, already at 660 degrees Celsius melts and therefore easily melts in the aluminum dissolves.

Nach Ablauf des obengenannten Reinigungsprozesses kann dann die Aluminium-Gusslegierung einer weiteren, an sich bekannten Schmelzebehandlung zum Zwecke der Kornfeinung unterzogen werden; hierbei kommen ebenfalls Aluminium-Vorlegierungen zur Anwendung, wie zum Beispiel AlTi5B1. After the cleaning process mentioned above, the Cast aluminum alloy of a further melt treatment known per se be subjected to grain refinement; here also come Aluminum master alloys for use, such as AlTi5B1.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben:
Zugrundegelegt wurde eine Aluminium-Sekundärlegierung 226 nach DIN, welche 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. The invention is described in more detail below using an exemplary embodiment:
An aluminum secondary alloy 226 in accordance with DIN was used as a basis, which was melted at around 760 degrees Celsius and mainly contained vanadium, zirconium and chromium, but also an excessive proportion of titanium.

In einer ersten Versuchsreihe wurden dieser Schmelze 0,012 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 unverändert blieb. Der Borgehalt in der Schmelze war auf 0,0031 Gew.-% zurückgegangen. In a first series of tests, this melt was 0.012% by weight boron in Form mixed with an aluminum-boron master alloy. After a response time of more than three hours then the respective proportion of the above Interfering elements measured. The proportion of vanadium and zirconium was in the melt by an average of 30% each and that of titanium by an average of 35% decreased while the percentage of chromium remained unchanged. The boron content in the melt was 0.0031% by weight declined.

In einer zweiten Versuchsreihe wurden der gleichen Ausgangsschmelze nacheinander zwei Teilmengen von jeweils 0,025 Gew.-% Bor, ebenfalls in Form einer Aluminium-Bor-Vorlegierung, beigemischt, wobei jeweils nach Zugabe einer Teilmenge eine Reaktionszeit von mehr als 20 Stunden abgewartet und dann der jeweilige Anteil der oben genannten Störelemente gemessen wurde. In a second series of experiments, the same starting melt was used successively two aliquots of 0.025 wt .-% boron, also in form an aluminum-boron master alloy, mixed, after each addition a response time of more than 20 hours in a subset and then the respective proportion of the above-mentioned interference elements was measured.

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. Der Borgehalt in der Schmelze hatte sich dabei auf 0,0005 Gew.-% abgebaut. 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. Der Boranteil war weiterhin gering. After adding the first portion and a reaction time of 24 hours the proportion of vanadium in the melt was reduced by an average 50% and that of zirconium and chrome by 33% each. The share of Titan was down about 60%. The boron content in the melt had degraded to 0.0005% by weight. After adding the second subset on boron and another waiting time of 24 hours, the Share of vanadium by a total of 90% compared to the initial value and that of zirconium and chrome by 60% each. The titanium portion had decreases by more than 90% after the second cleaning procedure. The Boron content was still low.

Beim Vergießen zeigte die Schmelze ein deutlich verbessertes Füll- und Fließverhalten und an den fertigen Gussteilen konnte eine merklich erhöhte Gussqualität und insbesondere eine wesentlich geringere Gussporosität nachgewiesen werden. When casting, the melt showed a significantly improved filling and Flow behavior and on the finished castings could noticeably increase Casting quality and in particular a much lower casting porosity be detected.

Claims

1. A method for eliminating disruptive alloy components from an aluminum casting alloy, characterized by the following steps:

a) complete melting of the cast aluminum alloy,

b) admixing boron up to a maximum boron content remaining in the melt for the purposes of cleaning of 0.005% by weight after

c) residence of the melt until casting for a minimum period of time required for the boron to react with the disruptive alloy components and

d) removal or retention of solids formed from the melt before or during their casting.

2. The method according to claim 1, characterized by repeated admixing of boron portions to the melt with each the melt then remains for the duration of the reaction time.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that melt the boron in the form of an aluminum-boron master alloy is admixed.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a response time of at least one hour is observed.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the cast aluminum alloy after the reaction time of another, known melt treatment for the purpose of grain refinement is subjected.

6. The method according to claim 5, characterized in that the melt for the purpose of grain refinement after the reaction time a titanium-boron master alloy is mixed.