DE1167539B

DE1167539B - Cold aging cast aluminum alloy

Info

Publication number: DE1167539B
Application number: DESCH23672A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wolfgang Thury
Original assignee: KARL SCHMIDT METALLSCHMELZWERK
Current assignee: KARL SCHMIDT METALLSCHMELZWERK
Priority date: 1957-10-07
Filing date: 1958-03-06
Publication date: 1964-04-09

Description

Kaltaushärtende Aluminiumgußlegierung Die Erlmdung betrifft eine kaltaushärtende Aluminiumgaßlegierung mit hoher Festigkeit.Cold-hardening cast aluminum alloy The explanation relates to a cold-hardening one Aluminum gas alloy with high strength.

Es ist eine Sandgaßaluminiumlegierung mit 10% Silizium- und 1011/o Zinkgehalt, ohne Magnesiumgehalt, Rest Aluminium, bekannt.It is a sandgas aluminum alloy with 10% silicon and 1011 / o Zinc content, without magnesium content, remainder aluminum, known.

Es ist ferner bekannt, zur Verbesserung der Gießbarkeit, insbesondere von Aluminiumgaßlegierungen mit einem Gehalt von 2 bis 4 O/o Kupfer, 2 bis 8 % Zink und 2 bis 8 11/o Sflizium, einen Zusatz von 0,2 bis 1 % Magnesium und 0,05 bis 0,3 %, Zirkonium vorzusehen. Weitere Aluminiumgaßlegierungen und deren Eigenschaften sind durch die Angabe von DIN-Normen bekannt.It is also known to improve the castability, in particular of aluminum gas alloys with a content of 2 to 4% copper, 2 to 8 % zinc and 2 to 8 11 / o silicon, an addition of 0.2 to 1 % magnesium and 0.05 to 0.3%, zirconium to be provided. Other aluminum gas alloys and their properties are known from the specification of DIN standards.

Es ist auch ein Wärmebehandlungsverfahren für Aluminiumgaßstücke bekannt, die zwischen 2 und 5,5 % Kupfer und zwischen 3 und 15% Silizium enthalten und bei dem die Gußstücke auf einer Temperatur von etwas weniger als 5201 C gehalten werden. Weitere Bestandteile der Legierung der Gußstücke können geringfügige Mengen, beispielsweise 0,250/0, oder wesentliche Mengen, wie zwischen 5 und 150h, Zink und bzw. oder geringfügige Mengen an Magnesium, vorzugsweise weniger als 1,011h, sein.A heat treatment process is also known for aluminum gas pieces which contain between 2 and 5.5% copper and between 3 and 15% silicon and in which the cast pieces are kept at a temperature of slightly less than 5201.degree . Other constituents of the alloy of the castings can be minor amounts, for example 0.250 / 0, or substantial amounts, such as between 5 and 150h, of zinc and / or minor amounts of magnesium, preferably less than 1.011h.

Die Wärmebehandlung dient zum Lösen des intergranularen CuAl 2 und zur Erzielung einer feinen Verteilung und mehr oder weniger ausgeprägten Rundung der Siliziumkristalle.The heat treatment serves to dissolve the intergranular CuAl 2 and to achieve a fine distribution and more or less pronounced rounding of silicon crystals.

Keine dieser bekannten Aluminiumlegierungen mit Si-, Zu- und Mg-Gehalt ist kaltaushärtbar, und sofern ein Magnesiumgehalt überhaupt vorgesehen ist, dient dieser nicht zur Erzielung einer Aushärtbarkeit ohne Erwärmung, sondern im Gegenteil einer Verbesserung der Gießeigenschaften oder sogar einer Verbesserung der Bearbeitbarkeit.None of these known aluminum alloys with Si, Zu and Mg content can be cold-hardened and, if a magnesium content is provided at all, serves this not to achieve hardenability without heating, but on the contrary an improvement in the casting properties or even an improvement in the machinability.

Bei solchen Legierungen ist auch der Zusatz von mindestens 2#% Kupfer bzw. von 0,05 bis 1 % Chrom bekannt.In the case of such alloys, it is also known to add at least 2% copper or 0.05 to 1 % chromium.

Gemäß der Norm (DIN 1725, Blatt 2 vom Jahr 1959) haben bekannte Aluminiumgußlegierungen hoher Festigkeit folgende Zusammensetzungen und Festigkeitseigenschaften in Kokillenguß. Hauptlegierungs- Kurzzeichen bestandteile Zustand Zugfestigkeit Härte HB außer Aluminium Gewichtsprozent k97mM2 kg/MM2 G-AlSilOMg .............. Si 9 bis 11 unbehandelt 20 bis 26 65 bis 85 t Mg 0,2 bis 0,4 ausgehärtet 24 bis 32 85 bis 115 G-AIS3Mg ............... Si 4,5 bis 6 unbehandelt 16 bis 20 60 bis 75 Mg 0,5 bis 0,8 ausgehärtet 26 bis 30 90 bis 110 Si 5 bis 6 G-AlSi5Cul .............. Cu 1 bis 1,5 unbehandelt 18 bis 23 70 bis 85 Mg 0,3 bis 0,6 ausgehärtet 23 bis 30 85 bis 115 Mg 2 bis 4 unbehandelt 15 bis 20 50 bis 60 Si 0 bis 1,3 ausgehärtet 22 bis 33 65 bis 90 G-A1M910 ................ Mg 9 bis 11 Sandguß 25 bis 32 80 bis 90 homogenisie- rungsgeglüht für Kokillenguß keine Angaben, da nur sehr beschränkt geeignet Hauptlegierungs- Kurzzeichen bestandteile Zustand Zugfestigkeit Härte HB außer Aluminium Gewichtsprozent kg7mml! kg/mmt Cu 4 bis 5 unbehandelt keine Angaben G-A1CU4T . ............... Ti 0,1 bis 0,3 ausgehärtet 33 bis 40 1 95 bis 110 Cu 4 bis 5 unbehandelt keine Angaben G-AICU4MM9 ............ Mg 0,15 bis 0,30 ausgehärtet 33 bis 42 100 bis 120 i Ti 0,1 bis 0,3 1 Außerdem gibt es noch ein, rung e rm e zd , Alummiumgußlegie die in d r No nicht nthalten ist trot ein aber aus gedehnte Verwendung in der Industrie findet. Nachstehend werden die wichtigsten Daten angeführt- Hauptlegierungs- Kurzzeichen bestandteile Zustand Zugfestigkeit Härte HR außer Aluminium Gewichtsprozent kg/mm.2 kg(mm2 Kokillenguß G-A1Zn5Mgl ............. Zn 4,5 bis 6 unbehandelt 26 bis 30 60 bis 90 Mg 0,5 bis 1,2 nach 30 Tagen i Lagerung Man erkennt aus diesem überblick, daß die Legierungen der Norm die eingangs definierte hohe Festigkeit nach einer als Aushärtung bezeichneten Wärmebehandlung erreichen. Prinzipiell besteht diese Aushärtung in einer Wännebehandlung bei 480 bis 5301 C während mindestens 3 Stunden mit anschließendem Abschrecken in Wasser und einer nachfolgenden Warmauslagerung bei 150 bis 1700 C während 10 bis 16 Stunden. Diese Wärmebehandlung macht in der Industrie eigene Anlagen erforderlich. Die Kosten der Aushärtung betragen mindestens 15 % vom Preis des Metalls. Ohne Aushärtung haben diese Legierungen jedoch eine wesentlich niedrigere Festigkeit.According to the standard (DIN 1725, sheet 2 of 1959) , known high-strength aluminum casting alloys have the following compositions and strength properties in permanent mold casting. Main alloy Abbreviation components Condition Tensile strength Hardness HB except aluminum Weight percent k97mM2 kg / MM2 G-AlSilOMg .............. Si 9 to 11 untreated 20 to 26 65 to 85 t Mg 0.2 to 0.4 hardened 24 to 32 85 to 115 G-AIS3Mg ............... Si 4.5 to 6 untreated 16 to 20 60 to 75 Mg 0.5 to 0.8 hardened 26 to 30 90 to 110 Si 5 to 6 G-AlSi5Cul .............. Cu 1 to 1.5 untreated 18 to 23 70 to 85 Mg 0.3 to 0.6 hardened 23 to 30 85 to 115 Mg 2 to 4 untreated 15 to 20 50 to 60 Si 0 to 1.3 hardened 22 to 33 65 to 90 G-A1M910 ................ Mg 9 to 11 sand casting 25 to 32 80 to 90 homogenizing annealed no information for permanent mold casting, as it is only suitable to a limited extent Main alloy Abbreviation components Condition Tensile strength Hardness HB except aluminum Weight percent kg7mml! kg / mmt Cu 4 to 5 untreated no information G-A1CU4T . ............... Ti 0.1 to 0.3 hardened 33 to 40 1 95 to 110 Cu 4 to 5 untreated no information G-AICU4MM9 ............ Mg 0.15 to 0.30 hardened 33 to 42 100 to 120 i Ti 0.1 to 0.3 1 There is also a, rung e rm e zd , Alummiumgußleglegie which is not included in the No is trot on but off finds extensive use in industry. The most important data are listed below- Main alloy Abbreviation components Condition Tensile strength Hardness HR except aluminum Weight percent kg / mm. 2 kg (mm2 Chill casting G-A1Zn5Mgl ............. Zn 4.5 to 6 untreated 26 to 30 60 to 90 Mg 0.5 to 1.2 after 30 days i storage It can be seen from this overview that the alloys of the standard achieve the high strength defined at the beginning after a heat treatment called hardening. In principle, this hardening consists of a heat treatment at 480 to 5301 C for at least 3 hours with subsequent quenching in water and subsequent artificial aging at 150 to 1700 C for 10 to 16 hours. This heat treatment makes it necessary for industry to have its own systems. The cost of curing is at least 15 % of the price of the metal. Without age hardening, however, these alloys have a significantly lower strength.

Die zuletzt genannte Legierung G-A1Zn5Mgl erreicht auch schon hohe Festigkeitswerte im Gußzustand nach einer Auslagerung bei Raumtemperatur während etwa 30 Tagen, ein Vorgang, den man als Selbstaushärtung bezeichnet. Allerdings bereitet diese Legierung beim Gießen in Kokille erhebliche Schwierigkeiten wegen ihrer Neigung zu Warmrissen.The last-mentioned alloy G-A1Zn5Mgl already achieves high strength values in the as-cast state after aging at room temperature for about 30 days, a process known as self-hardening. However, this alloy causes considerable difficulties when it is cast in a permanent mold because of its tendency to hot cracks.

Für schwierigen Kokillenguß von Gußstücken mit komplizierten und verwickelten Formen ist mit Ab- stand vor den anderen vor allem die zuerst genannte Legierung G-AlSilOMg gießtechnisch geeignet, wobei aber außer der notwendigen künstlichen Aushärtung noch der Nachteil einer mangelhaften spanabhebenden Bearbeitbarkeit besteht. Besonders die Legierungen G-AlMg10, G-AlCu4Ti und G-AICu4TiMg sind nur sehr schwer gießbar.For difficult gravity die castings with complicated and intricate shapes especially the first-mentioned alloy G-AlSilOMg is by far the front of the other casting technology suitable but where except for necessary artificial curing is still the disadvantage of poor machinability. The alloys G-AlMg10, G-AlCu4Ti and G-AICu4TiMg in particular are very difficult to cast.

Es besteht somit der technische Bedarf an einer Alurniniumgußlegierung, die ebensogut gießfähig ist wie G-AISHOMg und hohe Festigkeitswerte gemäß oben angeführter Definition ohne künstliche Aushärtung erreicht.There is therefore a technical need for a cast aluminum alloy, which is pourable just as well as G-AISHOMg and has high strength values according to the above Definition achieved without artificial hardening.

Nach der Erfindung ist eine kaltaushärtende Aluminiumgußlegierung mit hoher Festigkeit dadurch gekennzeichnet, daß sie außer 6 bis 120/9 Silizium mehr als 8 bis 14"/o, Zink sowie einen Zusatz von bis zu 1,2% Magnesium und als Rest Aluminium, einschließlich der üblichen Verunreinigungen, enthält.According to the invention, a cold-hardening cast aluminum alloy with high strength is characterized in that it contains, in addition to 6 to 120/9 silicon, more than 8 to 14 "/ o, zinc and an addition of up to 1.2% magnesium and the remainder aluminum, including the common impurities.

Es wurde dabei ermittelt, daß auch eine Verringerung des Magnesiumgehaltes unter 0,2% möglich ist, wobei zwar die Festigkeitseigenschaften in tragbaren Grenzen geringer sind, jedoch alle sonstigen Vorteile der neuen Gußlegierung, wie gute Gießfähigkeit und vorzügliche Bearbeitbarkeit, bestehen bleiben. Es sind " solche Legierungen mit einem Magnesiumgehalt von weniger als 0,211/o Magnesium ebenfalls noch von technischer Bedeutung.It was found that a reduction of the magnesium content below 0.2% is possible, although the strength properties are lower within acceptable limits, but all other advantages of the new cast alloy, such as good castability and excellent machinability, remain. They are "those alloys with a magnesium content of less than 0.211 / o magnesium also still technically significant.

Die Verunreinigungen liegen in den etwa gleichen Grenzen, wie sie bei Alurniniumlegierungen der Norm üblich und erlaubt sind. Die üblichen Höchstgehalte an Verunreinigungen, wie sie bei Aluminiumlegierungen der Gattung G-AlSiCu auftreten, sind wie folgt: Fe ....................... 1,0 Ni ...................... 0,3 Pb ....................... 0,3 Ti ....................... 0,15 Sn ...................... 0,1 sonstige Verunreinigungen einzeln ................ 0,05110 insgesamt .............. 0,15% Es wurde festgestellt, daß ein Kupfergehalt schon bis zu einem Gehalt von 2 Gewichtsprozent Cu die Festigkeitseigenschaften verbessert. Das gleiche gilt von Zusätzen von Chrom, vorzugsweise in der Größenordnung bis 0,3%, die obendrein stabilisierend bei spannungskorrosionsfördernden Einflüssen wirken.The impurities are within roughly the same limits as are customary and permitted for aluminum alloys according to the standard. The usual maximum levels of impurities, as they occur in aluminum alloys of the type G-AlSiCu, are as follows: Fe ....................... 1.0 Ni . ..................... 0.3 Pb ....................... 0, 3 Ti ....................... 0.15 Sn ..................... 0.1 other impurities individually ................ 0.05110 in total .............. 0.15% It was found that a copper content of up to 2 percent by weight Cu improves the strength properties. The same applies to additions of chromium, preferably in the order of magnitude of up to 0.3%, which also have a stabilizing effect in the event of stress corrosion-promoting influences.

Derartige Legierungen geben bei Kokillenguß nach einer Auslagerung von etwa 8 Tagen bei Raumtemperatur ohne jegliche Wärmebehandlung, gemessen an gesondert gegossenen Kokillenstäben, folgende Festigkeitswerte: Zugfestigkeit, kg/mm2 ......... 27 bis 35 Dehnung 3." % ............... 1,5 bis 3,5 Brinellhärte HB 10/2,5, kg/mm2 100 bis 130 Die Gießfähigkeit, gemessen an der Auslauflänge von Gießspiralen und beurteilt an Probeabgässen in Kokille, ist etwa gleich der der Legierung G-AISUOMg. Werte für die Spirallängen werden bei untenstehenden Beispielen angeführt.Such alloys give the following strength values in chill casting after aging for about 8 days at room temperature without any heat treatment, measured on separately cast chill bars: tensile strength, kg / mm2 ......... 27 to 35 elongation 3. "% . .............. 1.5 to 3.5 Brinell hardness HB 10 / 2.5, kg / mm2 100 to 130 The pourability, measured by the outlet length of pouring spirals and assessed on test emissions in a mold , is roughly the same as that of the alloy G-AISUOMg. Values for the spiral lengths are given in the examples below.

Die Legierungsgattung ist obendrein dadurch ausgezeichnet, daß sie schmelztechnisch sehr unempfindlich ist und dichte Abgüsse liefert. Mitunter ist es sehr günstig, zum Zwecke der Komfeinung des Siliziums die Schmelze vor dem Gießen mit Natrium und/oder natriumspendenden Mitteln zu behandeln. Legierungen dieser Gattung sind vorzüglich spanabhebend bearbeitbar, so daß diesbezüglich noch ein weiterer Vorteil gegenüber der Legierung G-AlSilOMg besteht. Beispiele Nr. Hauptlegierungsbestandteile in % ige Zugfestigkeit Dehnung ö5 Härte HB Gießspirale Si Zu Mg Sonst kg/Innl# o/' kg/nun2 Länge, cm 1 7,07 10,5 0,59 30,3 2,5 117 123,5 2 8,00 9,99 0,61 30,6 2,2 115 128,5 3 6,55 9,90 0,58 Cu 0,50, Cr 0,10, 29,1 2,7 100 - 4 6,75 14,00 0,62 Fe 0,45, Nlu 0,2, 31,4 3,0 128 127,0 5 7,04 10,0 0,59 Pb 0,15 33,2 2,8 120 135,0 6 11,0 9,89 0,60 31,0 2,0 112 138,0 7 8,50 10,40 0,55 32,8 3,1 125 - 8 8,25 9,96 0 Cu 0,01 24,2 7,0 76 - 9 7,85 10,04 0,02 Cr 0,01 25,6 5,0 82 - 10 7,80 10,10 0,07 Fe 0323 27,8 4,0 91,7 - 11 8,05 9,95 0,17 Mn 0:,03 29,6 2,1 100,0 - Pb 0,04 Die Festigkeitswerte der Legierungsbeispiele 8 bis 11 (niedrige Mg-Gehalte) wurden nach einer Woche Auslagerung bei Zimmertemperatur gemessen. Die Figur zeigt schematisch die auf Grund der Legierungsbeispiele 8 bis 11 bestimmten Kurven für die Zugfestigkeit, die Brinellhärte und die Bruchdehnung bei Magnesiumgehalten von unter 0,2%. Die Kurven lassen erkennen, daß die Festigkeitswerte mit steigendem Magnesiumgehalt zunehmen und daß diese Zunahme im Bereich der Magnesiumgehalte zwischen 0 und 0,02% am steilsten ist.The type of alloy is also distinguished by the fact that it is very insensitive to the melting process and provides tight castings. Sometimes it is very beneficial to treat the melt with sodium and / or sodium donating agents before casting in order to refine the silicon. Alloys of this type are excellently machinable, so that in this respect there is another advantage over the alloy G-AlSilOMg. Examples No. Main alloy constituents in% owned tensile elongation œ5 hardness HB casting spiral Si To Mg Otherwise kg / innl # o / ' kg / nun2 length, cm 1 7.07 10.5 0.59 30.3 2.5 117 123.5 2 8.00 9.99 0.61 30.6 2.2 115 128.5 3 6.55 9.90 0.58 Cu 0.50, Cr 0.10, 29.1 2.7 100 - 4 6.75 14.00 0.62 Fe 0.45, Nlu 0.2, 31.4 3.0 128 127.0 5 7.04 10.0 0.59 Pb 0.15 33.2 2.8 120 135.0 6 11.0 9.89 0.60 31.0 2.0 112 138.0 7 8.50 10.40 0.55 32.8 3.1 125 - 8 8.25 9.96 0 Cu 0.01 24.2 7.0 76 - 9 7.85 10.04 0.02 Cr 0.01 25.6 5.0 82 - 10 7.80 10.10 0.07 Fe 0323 27.8 4.0 91.7 - 11 8.05 9.95 0.17 Mn 0: .03 29.6 2.1 100.0 - Pb 0.04 The strength values of alloy examples 8 to 11 (low Mg contents) were measured after one week of aging at room temperature. The figure shows schematically the curves determined on the basis of alloy examples 8 to 11 for the tensile strength, the Brinell hardness and the elongation at break with magnesium contents of less than 0.2%. The curves show that the strength values increase with increasing magnesium content and that this increase is steepest in the range of magnesium contents between 0 and 0.02%.

Bei den Angaben der Zugfestigkeit und Dehnung für die Legierungsbeispiele 8 bis 11 wurde aus jeweils drei Proben der höchste Wert angenommen. Die Härtewerte sind der Durchschnitt aus jeweils drei Versuchen. Bei den Legierungsbeispielen 1 bis 7 wurden die GießspiraHängen angegeben. Der folgenden Tabelle können zum Vergleich die unter genau gleichen Bedingungen ebenfalls bei 7200 C bei bekannten Legierungen erhaltenen Gießspiralen entnommen werden.For the data on tensile strength and elongation for alloy examples 8 to 11 , the highest value was assumed from three samples in each case. The hardness values are the average of three tests. In the case of alloy examples 1 to 7 , the casting spiral slopes were specified. For comparison, the following table shows the casting spirals obtained under exactly the same conditions, also at 7200 C for known alloys.

Bezeichnung Spirallänge G-AlSilOM9 (10,1 % Si0, 5 % Mg) .... 124,0 cm G-AISUMg (7 % Si, 0,6 % Mg) ....... 111,0 cm G-AISi6C0 (6,3 6 % Si, 2,9 0/, Cu) .... 115,0 cmDescription Spiral length G-AlSilOM9 (10.1 % Si0, 5 % Mg) .... 124.0 cm G-AISUMg (7 % Si, 0.6 % Mg) ....... 111.0 cm G -AISi6C0 (6.3 6 % Si, 2.9 0 /, Cu) .... 115.0 cm

Claims

Claims: 1. Cold-hardening cast aluminum alloy with high strength, characterized in that, in addition to 6 to 121% silicon, it contains more than 8 to 1419 / o zinc and an addition of up to 1.211 / eMagnesium and the remainder aluminum, including the usual impurities .

2. Aluminum alloy according to spoke 1, characterized in that it also contains less than 211 / o copper. 3. Aluminum casting alloy according to claim 1, characterized in that it also contains up to 0.3 percent by weight of chromium. Documents considered: Patent No. 9286 of the Office for Invention and Patents in the Soviet Occupation Zone of Germany; British Patent No. 173,746. U.S. Patent No. 2,584,772; H. Havemann and A. Schrader, Atlas Metallographicus, Vol. III, Part 2, Plate 55.