DE1027407B - Verfahren zur Kornfeinung von Aluminiumlegierungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Kornfeinung von Aluminiumlegierungen Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Kornfeinu.n:g von Aluminiumlegierungen, insbesondere von magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen. Es ist bekannt, die Kornfeinung solcher Aluminiumlegierungen durch Einbringen aluminothermischer Gemische in die Schmelze zu bewirken. Als wirksame Kristalli,sationskeime haben sich. hierbei Titancarbid und Titandiborid erwiesen. Bei dem bekannten Verfahren besteht jedoch die Schwierigkeit, daß die keimbildenden Verbindungen in unterschiedlicher, häufig zu großer, jedoch nicht sehr wirkungsvoller Menge und Teilchengröße entstehen., da durch Zugabe neuer Gemische zu durch Metallrücklauf bereits mit Keimausgangsmaterial versehenen Schmelzen eine zu große und damit schädliche Anreicherung mit Legierungsbestandte,ilen Titan und bzw. oder Bor eintreten. kann. Die Einbringung von Kohlenstoff durch Einrühren von Grapbitpulver in die überhitzten Schmelzen bereitet ebenfalls große Schwierigkeiten.
• Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das Einbringen von Kohlenstoff in einer besonders wirksamen Form in solche Legierungen zu erleichtern und gleichzeitig zu gewährleisten, daß eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Kohlenstoffes in. der Schmelze erreicht und durch die Art des Einbringens eine reinigende Wirkung auf die Metallschmelzt ausgeübt wird. Dies wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, daß in der Schmelze Kohlenstoff in feinster Verteilung bei großer, wirksamer Oberfläche durch Zersetzung von in die Schmelze eingebrachten Kohlenstoffverbindungen erzeugt wird, vorzugsweise durch das Einleiten von bei der be- treffenden Temperatur gasförmigen Ko@h.lenstoffverbindung.en, z. B. Kohlenwasserstoffei,, Halogenkohle@nwasserstoffe;n, und insbesondere wasserstofffreien Halogenkohlenstoffen, wie Tetrachlorkohlenstoff.
• Es ist möglich, dien Kohlenstoff in die Titan und Bor in Spuren ,enthaltenden Legierungen z. B. durch Einleitung von Leuchtgas oder Methan oder anderen Koblanwasserstoffen einzubringen. Durch das Abbrennen von Leuchtgas wird jedoch Wasserdampf gebildet, der teilweise dissoziiert und zur Aufnahme von Wasserstoff durch die Schmelze führt. Daher sind von Wasserstoff freie Halogenkohlenstoffe vorzuzieWn. Als besonders geeignet hat sich Tetrachlorkohlenstoff erwiesen, dessen Dampf zweckmäßig über ein trockenes inertes Trägergas, wie Stickstoff, Chlor oder ein Edelgas, -in die Schmelze eingeleitet wird. Infolge des niedrigen Siedepunktes von 78° C und einer sehr geringen spezifischen Wärme lassen sich durch Vorwärmung des Stickstoffstromes erhebliche Anteile Tetraahlorkohienstoff verdampften und so in die Schmelze einleiten.
• Eine Gefährdung des Gießereipersonals durch Tetrachlorkohlenstoff tritt nicht ein, weil sein Dampf, der in einem feinperlenden Strom in die Schmelze eintritt, bei der Schmelztemperatur bzw. Gießtemperatur sofort in Kohlenstoff und Chlor zerlegt wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren bewährt sich nicht nur bei Rei.naluminium mit einem Gehalt von etwa 99,5% Al, 0,1 bis 0,2%Ti, 0,005 bis 0,011/a B und sonstigen bei diesen Legierungen vorkommenden Verunreinigungen, sondern auch in besonderem Maße bei A1 Mg-Legierungen, von dunen zwei markante Typen unter Angabe der zu empfehlenden Legierungszusammensetzung tierausgezogen werden: Beispiel 1 4,5 bis 5,51/o Mg, 0,1 bis 0,5'1/o Mn, 0,6 bis 1,5% Si, 0,1 bis 0,2% Ti, 0,005 bis 0,010/a B und die zulässigen Beimengungen: maximal 0,6% Fe, maximal 0,6% Cu, maximal 0,2% Zn.
• Beispiel 2 1 bis 2% Mg, 0,1 bis 0,4% Mn, 5 bis 6% Si, 0,1 bis 0,2'1/o Ti, 0,005 bis 0,01% B und, weitere zulässige Beimengungen wie im Beispiel 1 sowie alle übrigen G Al Mg-Legierungen der normmäßigen Zusammensetzung G A1 Mg 1- G Al Mg 10.
• Es hat sich gezeigt, das der auf diese Weise in feinster Verteilung bei großer Oberfläche entstehende atomare Kohlenstoff in hervorragender Weise zur Bildung der erwünschten Titan- und Borcarbid'keimeführt, während das abgespaltene Chlor neben dem ebenfalls durch die Schmelze perlenden Stickstoff oder einem sonstigen Trägergas zur Reinigung und Entgasung des geschmolzenen Metalls beiträgt. Auch wirkt die Durchwirbelüng in erwünschter Weise der durch das höhere spezifische Gewicht bedingten Seigerungsneigung der Keime entgegen. Zu diesen Zwecken können nach Ablauf der Reaktion in der Schmelze bis zur vollständigen Entgasung noch weitere Mengen Chlor eingeleitet werden.
• Um die Schwereseigerung der spezifisch schwereren Keimpartikeln zu vermeiden, empfiehlt es sich, größere in Warmhalteöferi abstdhendie Schmelzmengen in regelmäßigen Abständen mit trockenen Werkzeugen vorsichtig zu rühren, um sowohl das Absetzen der Keime als auch eine schädigende Gaseintragung durch Werkzeuge zu vermeiden.
• Bei praktischen Versuchen konnten Dampfreste von Tetrachlorkohlenstoff über der Schmelze in keinem Fall nachgewiesen werden, sondern nur geringe Reste von Chlorgas. Der überwiegende Teil der bei der Zersetzung des Chlorkohlenstoffs gebildeten sehr aktiven Chlormoleküle setzen sich mit dem in der Schmelze vorhandenen Magnesium zu Magnesiumchlorid um, teilweise auch mit dem Aluminium zu Aluminiumchlorid. Dies macht sich in einer entsprechenden Schlackenbildung auf der Oberfläche der Schmelze bemerkbar, die einen Schutz für den Vorgang bildet. Vor der weiteren Verarbeitung empfiehlt sich ein sorgfältiges Abkrammen der Schmelzen. Bei der Verarbeitung von Schmelzen mit geringem Magnesiumgehalt wird zweckmäßig der an sich geringe Magnesiumabbrand durch Zulegieren entsprechender Mengen von Magnesium kompensiert.
• Falls die Legierung neben dem Titangehalt nicht genügend Bor enthalten -sollte, oder das Bor in einer die Keimbildung erschwerenden Verbindung vorliegt, können zur besonderen Aktivierung der Keimbildung molekulare Borpartikeln dadurch erzeugt werden, daß Bor in Form von Borverbndungen, vorzugsweise flüchtigen Borhalogeniden, ebenfalls in die Schmelze eingeleitet wird, wobei die Entstehung der Moleküle durch Abflcheidung aus der Gasphase besonders begünstigt wird. Auch hier wird die keimbildende Wirkung durch gleichzeitige Abscheidung des Kohlenstoffs aus der Gasphase der eingeleiteten Chlorkohlenstoffe begünstigt. Gleiche Erfordernisse können für die andere keimbildende Komponente Titan vorliegen.
• Es ist an sich bekannt, Chlorkohlenstoff e zur Begasung von Schipelzen zu verwenden. Beispielsweise hat man Tetrachlorkohlenstoff mittels Kieselgurpatronen in Aluminiumschmelzen eingebracht. Dabei handelte es sich aber um die weder Titan noch Bor enthalten, so daß der Tetrakohlenstoff nur eine Entgasung oder eine Befreiung der Schmelze von Oxydbestandteilen bewirken kann. Die Erfindung besteht aber darin, in solchen Schmelzen, welche Titan und bzw. oder Bor enthalten, Kohlenstoff in feinster Verteilung bzw. in atomarem Zustand einzubringen, um dadurch die Bildung von Titancarbiden und Borca,rbiden als Kristallisationskeime für die Kornf.einung zu begünstigen.
• Die kornfeinende Behandlung wird zweckmäßig bei der üblichen Gießtemperatur durchgeführt. Wenn nach längerer Abstehzeit der Schmelze durch Erstarrung des Metalls eine gröbere Kornausscheidung stattfindet, kann :die durch das Einleiten von Kohlenstoffverbindungen bewirkte Feinungsbehandlung bei Gießtemperatur wiederholt werden.
• Es kann so viel oder mehr Kohlenstoff in die Schmelze eingeleitet werden, als zur stöchiometrischen Absättigun.g der zur Keimbildung erforderlichen Titan- und Bormengen benötigt wird. Bei den angegebenen Gehalten an Legierungsbestandteilen haben sich zur Bildung der erforderlichen Keime mindestens 50 ccm Tetrachlorkohlenstoff, bezogen auf 100 kg Schmelze, als besonders wirkungsvoll erwiesen, die über vorgewärmte Trägergase ohne Schwierigkeiten nach Überführung in die Dampfform in die Schmelze eingeführt -,werden können.
• 50 ccm Tetrachlorkohlenstoff entsprechen etwa 4 g hochaktivem Kohlenstoff mit besonders wirkungsvoller, großer Oberfläche durch feine Verteilung zur Bildung der Carbidkeime und 151 abspaltbarem Qhlor, bezogen auf Normaltemperatur O' C und 760 min Quecksilbersäule, das in ,der vorliegenden Form in besonders günstiger Weise zur Entgasung und Reinigung der Schmelze beiträgt.
• Die angegebene Mange umfaßt nicht die etwa zur Wiederholung des Verfahrens nach Patentanspruch 9 erforderliche Menge einer Kohlenstoffverbind.ung.
• Die nach der Erfindung behandelten Legierungen führen zu Gießereierzeugnissen, welche sich durch, besonders hohe Zugfestigk eitswerte auszeichnen. Probestäbe aus gegossenen Zylinderköpfen ergaben folgende Werte: Streckgrenze 12,5 kg/mm2; Zugfestigkeit 19,05 kg/mm2; Dehnung 2,79/0.
• In einem anderen. Fall wurde festgestellt, d.aß bei einer Gußlegierung, die ohne die nach der Erfindung vorgesehene Bethandlung an ausgearbeiteten Probestäben Zugfestigkeitswerte um 14 kg/mm2 aufwies, durch die Behandlung nach der Erfindung bei sonst gleicher Zusammensetzung die Zugfestigkeitswerte auf etwa 17 kg/mm2 gesteigert werden konnten.

Claims (10)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Korufeinung von Aluminiumlegierungen, insbesondere magniesiumhaltigen Aluminiumlegierungen, welche Bor oder bzw. und Titan oder bzw. und Verbindungen dieser Stoffe enthalten-, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schmelze Kohlenstoffe in, feinster Verteilung durch Zersetzung von in die Schmelze eingebrachten Kohlenstoffverb.ind.ungen erzeugt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffv.erbindungen, wie Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlenwasserstoffe, in gasförmigem Zustand fein verteilt in die Schmelze eingeleitet werden.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß wasserstofffreie Halogenkohlenstoffverbindungen, beispielsweise Tetrachlorkohlenätoff, in die Schmelze eingeleitet werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kahlenstoffverbind:ungen über Trägergase, wie Stickstoff, Chlor, Edelgase, eingeleitet werden, gegebenenfalls unter Erwärmung der Trägergase zwecks Anreicherung mit den Dämpfen der Kohlenstoffverbindu:ngen.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, d@aß eine Unterbilanz an für das Verfahren wesentlichen Legierungsbestandteilen, wie Titan, Bor, Magnesium, durch Zulegieren ausgeglichen wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß gemeinsam oder getrennt mit den Halogenkohlenstoffen auch Bor: verbindungen, vorzugsweise Borhalogenide, in die Schmelze eingebracht werden. 7.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf der Reaktion in der Schmelze zwecks vollständiger Entgasung in bekannter Weise Chlor in die Schmelze eingeleitet wird. B.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kornfeinende Behandlung bei der üblichen Gießtemperatur durchgeführt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Einbringen von Koh;lenstoffverbind.urngen bewirkte Meinungsbehandlung bei Gießtemperatur wiederholt wird, wenn nach längerer Abstelhzeit der Schmelze durch Seigerung der Keime oder Rückbildung der Kornfeinung eine gröbere Kornausscheidung bei der Erstarrung des Metalls stattfindet.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehr Kohlenstoff in die Schmelze eingebracht wird, als die unter stöchiom-etrischer Absättigung zur Keimbildung erforderliche Titan- und Bormenge benötigt.