DE1170654B

DE1170654B - Use of an aluminum alloy for the production of self-hardening die castings

Info

Publication number: DE1170654B
Application number: DEM36185A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing August Buckeley
Original assignee: METALLWERK OLSBERG GmbH
Current assignee: METALLWERK OLSBERG GmbH
Priority date: 1957-12-16
Filing date: 1957-12-16
Publication date: 1964-05-21

Description

Verwendung einer Aluminiumlegierung zur Herstellung von selbstaushärtenden Druckaußstücken Es besteht die allgemeine Aufgabe, im Druckgußverfahren aus Aluminiumlegierungen Gegenstände herzustellen, an die der Gebrauch bezüglich Härte und Festigkeit besondere Anforderungen stellt, bei denen der Gebrauch z. B. eine Härte von 100 bis 120 kg/mm2, eine Festigkeit von 25 bis 30 kg/mm2 sowie ausgezeichnete Festigkeits- und Härtewerte auch im warmen Zustand von etwa 300° C und gegebenenfalls mehr verlangt. Diese Forderungen bestehen beispielsweise und insbesondere für Bügeleisensohlen aus Aluminiumlegierungen, wo die genannten Festigkeitseigenschaften, darüber hinaus auch im heißen Zustand bei Temperaturen von etwa 300° C noch ausgezeichnete Härte verlangt werden, damit z. B. die Bügeleisensohle beim Bügelvorgang an Reißverschlüssen, Knöpfen, Haken und anderen metallischen Teilen des zu bügelnden Gutes nicht beschädigt wird, sondern im Gebrauch vollständig glatt bleibt.Use of an aluminum alloy for the production of self-hardening Pressure fittings There is the general task in the die casting process from aluminum alloys Manufacture objects to which the use is special in terms of hardness and strength There are requirements in which the use z. B. a hardness of 100 to 120 kg / mm2, a strength of 25 to 30 kg / mm2 as well as excellent strength and hardness values also in the warm state of about 300 ° C and possibly more required. These demands consist for example and especially for iron soles made of aluminum alloys, where the stated strength properties, also in the hot state Excellent hardness is still required at temperatures of around 300 ° C, so that z. B. the soleplate when ironing on zippers, buttons, hooks and other metallic parts of the item to be ironed is not damaged, but remains completely smooth in use.

Als Druckgußlegierungen sind zunächst Aluminiumlegierungen im wesentlichen folgenden Aufbaus bekannt: 10 bis 13% Silicium, bis zu 4,501o Kupfer, Rest Aluminium mit den üblichen Verunreinigungen bei sehr geringen Magnesiumgehalten von unter und wesentlich unter 0,10/0. Aus derartigen Legierungen im Druckgußverfahren hergestellte Gegenstände besitzen aber für viele Zwecke und insbesondere als Bügeleisensohlen nicht ausreichende Festigkeit und Härte, und zwar auch dann nicht, wenn mehr oder weniger komplizierte Wärmebehandlungen zum Zwecke der Härtung oder Aushärtung durchgeführt werden. - Legierungen des grundsätzlichen Aufbaus aus Silicium und Kupfer sind auch mit höheren Magnesiumgehalten von 1% und mehr bekannt. Derartige Legierungen mit erhöhtem Magnesiumgehalt sind jedoch als Druckgußlegierungen nicht zu verwenden, und zwar aus mehreren Gründen nicht: Eine der bekannten Legierungen mit erhöhtem Magnesiumgehalt neigt zur Warmrissigkeit und Versprödung, eine andere der genannten Legierungen eignet sich deshalb nicht, weil die erforderliche Härte und Festigkeit nur durch besondere Wärmebehandlung erzielt werden kann, nämlich dadurch, daß die Legierung zur Härtung einer Lösungsglühung unterworfen wird. Lösungsglühungen sind jedoch bei Druckgußstücken nicht möglich, da sich dann aus der unvermeidlich vorhandenen Luft Gasblasen auf der Gußstückoberfläche bilden. Diese bekannten Legierungen des grundsätzlichen Aufbaus aus 10 bis 13'% Silicium und bis zu 4,5% Kupfer bei einem schwankenden Gehalt an Magnesium, Rest Aluminium mit den üblichen Verunreinigungen und zum Teil auch unerläßlichen Nickelgehalten von rund 1% finden vor allem als Kolbenlegierungen und Lagermetalle Verwendung, nicht aber zur Herstellung von Druckgußstücken hoher Härte.First of all, aluminum alloys are essentially used as die-cast alloys The following structure is known: 10 to 13% silicon, up to 4,501o copper, the remainder aluminum with the usual impurities with a very low magnesium content of less than and well below 0.10 / 0. Manufactured from such alloys by die casting However, objects have many purposes and in particular as iron soles insufficient strength and hardness, even if more or less complicated heat treatments carried out for the purpose of hardening or hardening will. - Alloys of the basic structure of silicon and copper are also known with higher magnesium contents of 1% and more. Such alloys with increased magnesium content, however, are not to be used as die-cast alloys, and for several reasons not: One of the known alloys with increased Magnesium content tends to become hot cracks and embrittlement, another of those mentioned Alloys are not suitable because they have the required hardness and strength can only be achieved by special heat treatment, namely that the Alloy is subjected to a solution heat treatment for hardening. Are solution heat treatments However, this is not possible with die castings, as the inevitably present Air will form gas bubbles on the surface of the casting. These well-known alloys of the basic structure of 10 to 13% silicon and up to 4.5% copper in one fluctuating magnesium content, the remainder aluminum with the usual impurities and partly also indispensable nickel contents of around 1% are found mainly as Piston alloys and bearing metals use, but not for the production of die castings high hardness.

Im übrigen kennt man Aluminiumlegierungen zur Herstellung von Druckgußstücken, die entweder Kupfer und Silicium, aber kein Magnesium enthalten, oder aber Sand- und Kokillengußlegierungen, die zwar Kupfer und Magnesium, jedoch kein oder nur geringe Mengen Silicium enthalten.In addition, one knows aluminum alloys for the production of die castings, which contain either copper and silicon, but no magnesium, or sand- and chill casting alloys, which, although copper and magnesium, but no or only contain small amounts of silicon.

Als Legierung, die zwar Kupfer und Silicium, aber kein Magnesium enthält, kennt man beispielsweise eine solche mit 2 bis 5,5% Kupfer und 3 bis 15% Silicium und auch solche mit niedrigeren Gehalten an Silicium.As an alloy that contains copper and silicon but no magnesium, one knows, for example, one with 2 to 5.5% copper and 3 to 15% silicon and also those with lower levels of silicon.

Als Legierung mit Kupfer- und Magnesiumgehalten, ohne Siliciumzusatz, kennt man solche mit etwa 3 bis 5,5 % Kupfer und 0,2 bis 1,5 % Magnesium.As an alloy with copper and magnesium content, without the addition of silicon, we know those with about 3 to 5.5% copper and 0.2 to 1.5% magnesium.

Bei allen diesen letztgenannten Legierungstypen ist im übrigen zur Erzielung hoher Härte und Festigkeit eine Wärmebehandlung durch Lösungsglühung kurz unterhalb des Soliduspunktes und Abschrecken erforderlich. Durch diese Lösungsglühung soll die spröde Kupfer-Aluminium-Verbindung CuAl, in der Grundmasse gelöst und das Silicium von der Nadel-und Plattenform in eine rundliche und feiner verteilte Form übergeführt werden. Solche Lösungsglühungen sind jedoch sehr aufwendig und bei Druckgußteilen wegen Verziehens und Bläsenbildung nicht durchführbar.In all of these last-mentioned types of alloys, for the rest To achieve high hardness and strength, a heat treatment by solution heat treatment for a short time below the solidus point and quenching required. Through this solution annealing should the brittle copper-aluminum compound CuAl, dissolved in the base mass and that Silicon from the needle and plate shape into a rounded and finely divided shape be transferred. However, such solution annealing is very expensive and involves die-cast parts not feasible due to warping and bubble formation.

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß die bekannten Aluminiumgußlegierungen stets geringere Zusätze jeweils an Magnesium, Kupfer oder Silicium aufweisen und außerdem stets zum Zwecke der Aushärtung einer besonderen Wärmebehandlung zu unterziehen sind.In summary, it can be stated that the known cast aluminum alloys always have lower additions of magnesium, copper or silicon and In addition, they must always be subjected to a special heat treatment for the purpose of hardening are.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Legierung des grundsätzlichen Aufbaus aus 10 bis 13% Silicium und einigen Prozent Kupfer, Rest Aluminium mit den üblichen Verunreinigungen und einem Gehalt an Magnesium so einzurichten, daß sie ohne besondere Wärmebehandlung für die Herstellung von selbst aushärtenden Druckgußstücken mit hoher Härte, insbesondere für die Herstellung von Bügeleisensohlen mit hoher Härte, auch im erwärmten Zustand von etwa 300° C und mehr, geeignet ist.The invention has set itself the task of an alloy of the fundamental Build up from 10 to 13% silicon and a few percent copper, the rest To set up aluminum with the usual impurities and a content of magnesium in such a way that that they can be used for the production of self-hardening without any special heat treatment Die-castings with high hardness, especially for the manufacture of iron soles with high hardness, even when heated to about 300 ° C and more, is suitable.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Aluminiumlegierung aus 10 bis 139/o Silicium, 3 bis 70.'o Kupfer, über 0,1 bis unter 0,8% Magnesium, Rest Aluminium einschließlich der üblichen Verunreinigungen zur Herstellung von selbstaushärtenden Druckgußstücken hoher Gebrauchshärte von z. B. 100 bis 120 kg/mm`=. Insbesondere ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer Legierung des genannten Aufbaus mit durch Wahl des Siliciumgehaltes eutektisch oder naheutektisch eingestelltem Gefüge für den genannten Zweck. Dabei kann ein zusätzlicher Zinkgehalt bis zu 10% betragen. Vorteilhaft ist es auch, die Legierung durch einen Natriumzusatz in üblicher Höhe, d. h. bis zu 0,05%, zu veredeln.The subject of the invention is the use of an aluminum alloy of 10 to 139 / o silicon, 3 to 70% copper, over 0.1 to under 0.8% magnesium, the remainder aluminum including the usual impurities for the production of self-hardening die castings of high working hardness z. B. 100 to 120 kg / mm` =. In particular, the subject matter of the invention is the use of an alloy of the above-mentioned structure with a structure adjusted to be eutectic or near-eutectic by the choice of the silicon content for the stated purpose. An additional zinc content can be up to 10%. It is also advantageous to refine the alloy by adding sodium in the usual amount, ie up to 0.05%.

Spezieller ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer Aluminiumlegierung aus 10 bis 13114 Silicium, 3 bis 7% Kupfer, einem Gehalt an Magnesium zwischen 0,1 und 0,8%, gegebenenfalls Zink bis 10%, Rest Aluminium und übliche Verunreinigungen für die Herstellung von Bügeleisensohlen durch Druckguß.More particularly, the invention relates to the use of an aluminum alloy from 10 to 13114 silicon, 3 to 7% copper, a magnesium content between 0.1 and 0.8%, optionally zinc up to 10%, the remainder aluminum and usual impurities for the manufacture of iron soles by die casting.

Überraschenderweise besitzen die erfindungsgemäßen Legierungen im Rahmen der eingangs angegebenen Gehaltsgrenzen hinreichende Härte und Festigkeit ohne besondere Wärmebehandlung. So werden durch die Verwendung der genannten Legierungen dem Druckguß Anwendungsgebiete erschlossen, die sich dem Druckguß mangels geeigneter Legierungen und mangels Aushärtungsmöglichkeiten bisher verschlossen haben.Surprisingly, the alloys according to the invention have im Sufficient hardness and strength within the content limits specified at the beginning without special heat treatment. Thus, through the use of the alloys mentioned the die casting areas of application opened up, which the die casting for lack of suitable Alloys and have so far closed due to the lack of hardening options.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei der erfindungsgemäßen Legierung die Warmhärte mit dem Kupfergehalt steigt. Bei der erwähnten, erfindungsgemäßen Einstellung des Eutektikums ergeben sich die für den Druckguß erwünschten Vorteile bezüglich der Dünnflüssigkeit einerseits sowie die Warmfestigkeit der erfindungsgemäßen Legierung andererseits. Endlich sei noch erwähnt, daß Festigkeit und Härte günstig sich dadurch beeinflussen lassen, daß die Legierung nach dem Guß einer beschleunigten Abkühlung unterworfen wird. Der Abkühlvorgang kann auch in mehreren Stufen durchgeführt werden, beispielsweise so, daß bis auf etwa 100° C beschleunigt und danach ohne besondere Beeinflussung des Abkühlvorganges abgekühlt wird.It should also be noted that in the alloy according to the invention the hot hardness increases with the copper content. When mentioned, according to the invention Adjustment of the eutectic results in the advantages desired for die casting with regard to the thin liquid on the one hand and the heat resistance of the invention Alloy on the other hand. Finally it should be mentioned that strength and hardness are favorable can be influenced by the fact that the alloy is accelerated after casting Is subjected to cooling. The cooling process can also be carried out in several stages be, for example, so that accelerated up to about 100 ° C and then without special influence on the cooling process is cooled.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Verwendet man eine Legierung der folgenden Richtanalyse Cu ........ 3,42 Mn ........ 0,39 Zn ........ 1,08 Mg ... .. . . . 0,44 Si ......... 11,32 Pb ......... 0,13 Fe ........ 0,70 Sn ......... 0,08 Ni ........ 0,21 Ti ......... 0,04 so erhält man für die unveredelte Legierung eine Zugfestigkeit von 22 bis 25 kgImm2, eine Dehnung von 0 bis 1,7, d. h. eine mittlere Dehnung von 0,6%, eine Härte nach dem Auslagern (in Brinell) von 110 bis 118 kg/mm2, eine Härte nach 46stündigem Glühen von 270c C (d. h. einer für die Abnahme üblichen Probeglühung) von 93 bis 94 kg/mm'. Schreckt man die genannte Legierung direkt nach dem Guß ab, so ergeben sich eine Festigkeit von 25 bis 29 kg/mm', eine Dehnung von 0 bis 1,7, d. h. eine mittlere Dehnung von 0,8%, eine Härte nach Auslagerung von 112 bis 126 kg/mm2 und nach der erwähnten 46stün= digen Glühung auf 270° C eine Härte von 83 bis 85 kg/mm2.The following examples illustrate the invention. If an alloy of the following standard analysis is used Cu ........ 3.42 Mn ........ 0.39 Zn ........ 1.08 Mg ... ... . . 0.44 Si ......... 11.32 Pb ......... 0.13 Fe ........ 0.70 Sn ......... 0.08 Ni ........ 0.21 Ti ......... 0.04 The result for the unrefined alloy is a tensile strength of 22 to 25 kgImm2, an elongation of 0 to 1.7, ie an average elongation of 0.6%, and a hardness after aging (in Brinell) of 110 to 118 kg / mm2 , a hardness after annealing for 46 hours of 270c C (ie a test annealing customary for acceptance) of 93 to 94 kg / mm '. If the said alloy is quenched immediately after casting, the result is a strength of 25 to 29 kg / mm ', an elongation of 0 to 1.7, ie an average elongation of 0.8%, a hardness after aging of 112 up to 126 kg / mm2 and after the aforementioned 46-hour annealing at 270 ° C a hardness of 83 to 85 kg / mm2.

Die obengenannte Legierung kann durch Natriumzusätze veredelt werden. Dann ergeben sich ohne Abschreckung eine Zugfestigkeit von 24 bis 26 kg,/mm22, eine Dehnung von 0 bis 1,7, d. h. eine mittlere Dehnung von 0,80!o, eine Härte nach Auslagerung von 110 bis 118 kg/ 'mm-' und nach der 46stündigen Erwärmung auf 270`C eine Härte von 87 kg/mm2.The above-mentioned alloy can be refined by adding sodium. Then, without quenching, a tensile strength of 24 to 26 kg / mm22, an elongation of 0 to 1.7, i.e. an average elongation of 0.80! O, a hardness after aging of 110 to 118 kg / 'mm-' and after 46 hours of heating to 270`C a hardness of 87 kg / mm2.

Durch Abschreckung verändern sich diese Werte wie folgt: Zugfestigkeit .... . .... 29 bis 32 kg mm' Dehnung ............ 1,20/0 Härte nach der Auslagz- rung . . . . . . . . . ..... 115 bis 128 kg'mm2 Härte nach der mehr- fach angegebenen 46stündigen Glühung 82 bis 84 kg mm= Erhöht man bei der angegebenen Legierung den Kupfergehalt auf etwa 5,60/0, so erhält man eine Härte nach Auslagerung von 129 bis 140 kg/mm2 und nach der angegebenen Wärmebehandlung eine Härte von 100 bis 104 kg/mm-° für die veredelte Legierung. Glüht man 10 Stunden bei 300° C, so beträgt die Härte immer noch 91 kg/mm2.Deterrence changes these values as follows: Tensile strength ..... .... 29 to 32 kg mm ' Elongation ............ 1.20 / 0 Hardness after exposure tion. . . . . . . . . ..... 115 to 128 kg'mm2 Hardness after the times specified 46-hour annealing 82 to 84 kg mm = If the copper content of the specified alloy is increased to about 5.60 / 0, the hardness after aging of 129 to 140 kg / mm2 and, after the specified heat treatment, a hardness of 100 to 104 kg / mm- ° for the refined alloy . If you anneal for 10 hours at 300 ° C, the hardness is still 91 kg / mm2.

Claims

Claims: 1. Use of an aluminum alloy from 10 to 13% silicon, 3 to 7% copper, above 0.1 to below 0.80 / 0 magnesium, the remainder aluminum including the usual impurities for making self-curing Die castings of high working hardness of z. B. 100 to 120 kg / mm2.

2. Use an alloy according to claim 1 with eutectic or by choosing the silicon content Near-eutectic structure for the purpose specified in claim 1.

3. Use an alloy according to claim 1 or 2 with a zinc content of up to 10% for the in Claim 1 stated purpose.

4. Use of an alloy according to one of the claims 1 to 3 with a common, refining sodium addition of up to 0.05% for the in Claim 1 stated purpose.

5. Using an aluminum alloy from 10 bis 13% silicon, 3 to 70% copper, a magnesium content between 0.1 and 0.8%, optionally zinc up to 10%, the remainder aluminum and usual impurities for the Manufacture of iron soles by die casting. Considered publications: German Patent No. 459 132; British Patent No. 173,746; Chemical Zentralblatt (East German edition), 1949 1, p. 1032; Metal Industry, Vol. 81, Issue from 4.7.52, pp. 6 to 9; Metallurgia, Vol. 51 (1955 1), pp. 24 to 28.