DE1207092B

DE1207092B - Verwendung von im wesentlichen unlegiertem Aluminium bestimmter Zusammensetzung fuerGegenstaende mit verbesserter Zeitstandfestigkeit

Info

Publication number: DE1207092B
Application number: DEF27173A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Karl Ernst Mann
Original assignee: FUCHS FA OTTO
Current assignee: FUCHS FA OTTO
Priority date: 1958-12-02
Filing date: 1958-12-02
Publication date: 1965-12-16

Description

Verwendung von im wesentlichen unlegiertem Aluminium bestimmter Zusammensetzung für Gegenstände mit verbesserter Zeitstandfestigkeit Das Zeitstandverhalten von metallischen Werkstoffen bei erhöhten Temperaturen besitzt eine ständig steigende Bedeutung. Verwendung findet auch unlegiertes Aluminium technischen Reinheitsgrades, dessen Zeitstandfestigkeit bei Temperaturen von 400 bis 6001 C aber unbefriedigend ist und auch bei niedrigeren Temperaturen stark abfällt, wenn der Werkstoff mehr oder weniger längere Zeit in dem höheren Temperaturbereich beansprucht wurde.
Wie gefunden wurde, ist diese mangelhafte Eigenschaft auf das in Aluminium technischen Reinheitsgrades vorhandene Verhältnis von etwa 1,5: 1 der als übliche Verunreinigungen des Hüttenaluminiums zu wertenden Elemente Eisen und Silicium zurückzuführen. Versuche ergaben nämlich, daß ein aus Reinstaluminium durch Zusätze einiger zehntel Prozente Eisen hergestellter Werkstoff eine wesentlich verbesserte Zeitstandfestigkeit besitzt.
Für die Herstellung von Gegenständen mit verbesserter Zeitstandfestigkeit aus im wesentlichen unlegiertem Aluminium technischen Reinheitsgrades soll daher nach der Erfindung der Eisengehalt im Verhältnis zum Siliciumgehalt relativ hoch, und zwar mindestens 2 : 1, vorzugsweise mindestens 3 : 1, sein, wobei die absolute Eisenmenge im Werkstoff mindestens 0,3 % beträgt. Ein höherer absoluter Eisengehalt ergibt im übrigen dabei bessere Werte der Zeitstandfestigkeit als ein niedrigerer absoluter Eisengehalt.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verhältnisses von Eisen zu Silicium werden dem unlegierten Aluminium technischenReinheitsgrades einige zehntel Prozente Eisen zulegiert. Das schädliche Silicium kann aber auch bei einem analytisch ermittelten ungünstigeren Verhältnis von Eisen zu Silicium durch Zulegieren einiger zehntel Prozente Calcium oder Magnesium abgebunden werden.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von im wesentlichen unlegiertem Aluminium technischen Reinheitsgrades, dem einige zehntel Prozente Eisen oder zur Abbindung des Siliciums einige zehntel Prozente Calcium oder Magnesium zulegiert sind, so daß das Verhältnis von Eisen zu Silicium im Werkstoff mindestens 2: 1, vorzugsweise mindestens 3 - 1, ist, mit der Maßgabe, daß die absolute Eisenmenge im Werkstoff mindestens 0,311/o beträgt, zur Herstellung von Gegenständen, die gegenüber unlegiertem Aluminium technischen Reinheitsgrades eine verbesserte Zeitstandfestigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen sollen.
Die Zusammensetzung des erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoffs ist aus der Aluminiumecke des ternären Zustandsschaubildes AlFeSi bekannt.
Bekannt sind auch Alumim.umlegierungen mit erhöhter Wannfestigkeit mit wesentlichen Gehalten, und zwar 1 bis 7-% Eisen und gegebenenfalls 1,5 bis 9% Kobalt, 2 bis 7% Mangan und 2 bis TO/o Nickel, einzeln oder zu mehreren. über einen Siliciumgehalt dieser Legierungen ist aber nichts erwähnt.
Zur Herstellung von Aluminiumlegierungen, die sich durch hohe Wärinewiderstandsfähigkeit bei Temperaturen von wenigstens 2001 C auszeichnen sollen, z. B. Legierungen mit 6% Magnesium oder 1,7 1% Magnesium und 4,4 % Kupfer oder 1,3 % Magnesium, 2,3 % Kupfer und 1,2 % Nickel, wird nach einem weiter bekannten Vorschlag Aluminium verwendet, dessen Siliciumgehalt kleiner als 0,05 1/o, vorzugsweise kleiner als 0,01 O/e, ist. Diese bekannten magnesium-, kupfer- und nickelhaltigen Aluminiumlegierungen weisen bei geringen Gehalten von 0,004, 0,01 und 0,002% Silicium zwar auch Gehalte von 0,13, 0,21 und 1,46% Eisen auf. Es wurde aber nichts darüber offenbart, daß bei diesen Aluminiumlegierungen ein bestimmtes Verhältnis des Eisens zum Silicium aufrechterhalten werden soll und zur Erzielung der hohen Wärmewiderstandsfähigkeit der bekannten Legierungen von Bedeutung ist, so daß für den Fachmann auf Grund der Zusammensetzung der bekannten Legierungen kein Hinweis auf die erfindungsgemäße Lehre gegeben war. Außerdem wäre die Verwendung von Aluminium mit weniger als 0,05 bzw. 0,01% Silicium als Ausgangswerkstoff aufwendiger als die von normalem Hüttenaluminium.
Bekannt sind schließlich Untersuchungen über den Einfluß geringer Zusätze von Eisen und Silicium und anderen Elementen, wie Silber, Kupfer, Zink, Germanium, Mangan und Wolfram, auf die Rekristallisation eines 99,996%igen Aluminiums, wobei gefunden wurde, daß die Rekristallisation durch Silieium beschleunigt und durch Eisen verzögert wird. Abgesehen duvon, daß nicht offenbart wurde, wie sich ein gleichzeitiger Zusatz geringerer Mengen von Eisen und Silicium, geschweige denn ein solcher mit einem bestimmten Verhältnis des Eisens und Siliciums, auf die Rekristallisation auswirkt, ist die bestimmte Lehre nach der Erfindung durch die Ergebnisse der Untersuchungen für den Fachmann nicht nahegelegt.
Der Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Vergleichsbeispiele: Beispiel 1 Ein Stab aus unlegiertem Aluminium mit Gehalt von 0,21 % Fe und 0,14 % Si zeigte bei einer Dauerbelastung von 2 kg7mm2 bei 2501 C nach 50 Stunden, unterLastgemessen, eineGesamtdehnungvon0,081/o.
Wurde ein solcher Stab 24 Stunden bei 4001 C vorgeglüht, so ergab sich bei der Prüfung des Zeitstandverhaltens unter den gleichen Bedingungen schon nach einer Stunde eine Gesamtdehnung von weit mehr als 1 %. Beispiel 2 Ein Stab aus unlegiertem Aluminium mit Gehalten von 0,4011/o Fe und 0,090/9 Si wurde der Zeitstandprüfung unter der gleichen Dauerbelastung und bei der gleichen Temperatur, wie im Beispiel 1 angegeben, unterworfen. Sowohl ohne Vorglühung als auch nach 24stündiger Vorglühung bei 400' C wurde nach 50Stunden Belastungsdauer in beiden Fällen nur eine Gesamtdehnung von 0,1% gemessen.

Claims

. Patentanspruch: Verwendung von im wesentlichen unlegiertem Aluminium technischen Reinheitsgrades, dem einige zehntel Prozente Eisen oder zur Abbindung des Siliciums einige zehntel Prozente Calcium zulegiert sind, so daß das Verhältnis von Eisen zu Silicium im Werkstoff mindestens 2: 1, vorzugsweise mindestens 3: 1, ist, mit der Maßgabe, daß die absolute Eisenmenge im Werkstoff mindestens 0,3% beträgt, zur Herstellung von Gegenständen, die gegenüber unlegiertem Aluminium technischen Reinheitsgrades eine verbesserte Zeitstandfestigkeit bei erhöhten Temperaturen auft#,eisen sollen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 817 817; britische Patentschrift Nr. 133 372; Revue de M6tallurgie, Bd. 54 (1957, 11) S. 769 bis 773; . M. Hansen, Der Aufbau der Zweistofflegierungen, 1936, S. 407, 870; H. Hanemann und A. Schrader, Atlas Metallographicus, Bd. III, Teil 2 (Ternäre Legg. des Al.), S. 1.09 bis 115, Tafel 37, 38.