DE1284632B - Verwendung einer Al-Si-Ni-Gusslegierung - Google Patents
Verwendung einer Al-Si-Ni-GusslegierungInfo
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Description
1 2
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung sili- 5,5 % Nickel, 0,5 bis 0,85% Eisen, 0,2 bis 0,65% Mazium-
und nickelhaltiger Aluminium-Guß-Legierun- gnesium, 0 bis 1% Kupfer, 0 bis 1% Blei, 0 bis 0,5%
gen bei höheren Temperaturen. Titan, 0 bis 0,1 % Natrium und 0 bis 0,03 % Bor, Rest
Die bekannten Aluminiumlegierungen besitzen eine Aluminium einschließlich erschmelzungsbedingter VerReihe
von charakteristischen Eigenschaften, wie ge- 5 unreinigungen für Gegenstände mit guter Warmfestigringes
Gewicht und gute Verschleißfestigkeit, unter- keit vorgeschlagen.
liegen jedoch einem wesentlichen Festigkeitsverlust, Vorzugsweise besteht die zu verwendende Legierung
wenn sie auf höhere Temperaturen erhitzt werden, so aus 11,5 bis 12% Silizium, 4,7 bis 5,2% Nickel, 0,55
daß ihre Festigkeit bei 315° C bereits unzulässig niedrig bis 0,7 % Eisen, 0,25 bis 0,6 % Magnesium und 0,5 bis
ist, vor allem wenn die Legierungen im Gebrauch über io 1 % Kupfer.
einen langen Zeitraum auf erhöhte Temperaturen er- Die Legierung ist besonders geeignet für Kokillen-
hitzt worden sind. Da diese im allgemeinen als Guß- guß. Im Kokillenguß- bzw. Spritzgußverfahren herlegierungen
verwendet werden, müssen sie eine gute gestellte Legierungen besitzen ein ternäres eutektisches
Vergießbarkeit, Zerspanbarkeit, eine angemessene Mikrogefüge aus «-Aluminium und eutektischen SiIi-Zähigkeit
bei Raumtemperatur sowie eine Festigkeit 15 zium- und Nickel-Aluminiden. Sofern es sich um eine
besitzen, die nicht nur bis zu Temperaturen von 315° C eutektische Zusammensetzung handelt, ist die Vergießausreichend
ist, sondern auch dann bestehenbleibt, barkeit der Legierung besonders gut. wenn das Gußstück-über eine längere Zeit auf eine Der Siliziumgehalt darf jedoch nicht unter 11 % üe-
derartige Temperatur erhitzt worden ist. gen oder 13 % übersteigen, da außerhalb dieser Ge-
Eine weiterhin benutzte Aluminiumlegierung ist ao haltsgrenze liegende Siliziumgehalte nicht das charaknickelfrei
und besteht aus 3 % Kupfer, 1 °/o Magnesium teristische ternäre Mikrogefüge ergeben und die Le-
und 9,5 % Silizium, Rest Aluminium, ist jedoch bei gierung daher nicht die optimale Vergießbarkeit, die
300° C und mehr nicht stabil. Ihre Festigkeit fällt auf hohe Festigkeit und Stabilität bei erhöhten Temperatueinen
unbrauchbar niedrigen Wert, wenn sie derartigen ren sowie eine angemessene Duktilität und Zähigkeit
Temperaturen über eine längere Zeit hin ausgesetzt 25 bei Raumtemperatur besitzt. Die Legierung muß minworden
ist. destens 4,5 % Nickel und wenigstens 0,5 % Eisen ent-
Es sind auch Aluminiumlegierungen mit Silizium, halten, um hohe Festigkeit und Stabilität bei hohen
Kupfer und Magnesium sowie Nickel — zwecks Er- . Temperaturen zu gewährleisten. Nickelgehalte über
höhung der Warmfestigkeit — bekannt. So enthält eine 5,5 % führen zur Bildung nadeiförmiger primärer
aus der schweizerischen Patentschrift 142 802 bekannte 3° Nickelaluminide, die die Duktilität und Zähigkeit bei
Aluminiumlegierung 7 bis 15% Silizium, 0,2 bis 3% Raumtemperatur beeinträchtigen. 0,85 %übersteigende
Magnesium, 0,5 bis 7% Nickel und 0,3 bis 7% Kupfer Eisengehalte begünstigen die Bildung grobkörniger
sowie die üblichen Verunreinigungen. Nickel führt je- Nickel-Eisen-Aluminide im Mikrogefüge und beein-
doch zu dem beträchtlichen Nachteil, daß die Legie- trächtigen daher die Duktilität und Zähigkeit der Le-
rung bei Raumtemperatur spröde wird. Aus diesem 35 gierung bei Raumtemperatur.
Grund lag der Nickelgehalt in der Praxis bislang stets Darüber hinaus muß die Legierung wenigstens 0,2 %
unter 4%· Magnesium enthalten, um eine angemessene Festigkeit
In der britischen Patentschrift 996 804 ist eine Alu- bei Raumtemperatur sicherzustellen, doch führen Maminiumlegierung
mit guter Zähigkeit bei Raumtempe- gnesiumgehalte über 0,65% bei Legierungen mit dem
ratur beschrieben, in welcher der Gehalt des als Ver- 40 erfindungsgemäßen Nickelgehalt zu einer Beeinträchunreinigung
vorliegenden Eisens begrenzt und mit den tigung der Duktilität bei Raumtemperatur. Kupfer
Gehalten an Nickel, Silizium, Kupfer und Magnesium wirkt sich insbesondere im Bereich von 0,5 bis 1 %
in Beziehung gesetzt ist. Eine solche Aluminiumlegie- verbessernd auf die Festigkeit bei Raumtemperatur
rung besteht aus 5 bis 25 % Silizium, 4 bis 9 % Nickel, aus, besitzt jedoch nur eine geringe Wirkung in bezug
bis je 1 % Kupfer und/oder Magnesium bei einem Ge- 45 auf die Stabilität und Festigkeit, wenn die Legierung
samtgehalt an Kupfer und Magnesium von 0,2 bis 2% längere Zeit einer Temperatur von etwa 315°C aus-
sowie Eisen mit einem Gehalt, der kleiner ist als gesetzt ist; die guten Eigenschaften bei dieser Tempera-
I _ 0 1 (o/ Ni) — 0 02 (0I Si) tur wer^en durch die anderen Komponenten der Le-
' 4-Ό 05 Γ2 - (0I Cu 4- °/ Me)I gierung sichergestellt.
T ' L Wo^u-r Io ^m 50 Sowohl Titan als auch Bor bedingen eine Verfeinerung
Nun kommt jedoch Eisen in der Praxis in sämtlichen der Korngröße im Gußzustand. Die bevorzugten Geim
industriellen Maßstab hergestellten Aluminium- halte dieser Elemente liegen, wenn eines von beiden
legierungen vor, so daß besondere Maßnahmen er- enthalten ist, bei 0,1 bis 3 % Titan und 0,005 bis 0,03 %
griffen werden müssen, um den Eisengehalt auf dem vor- Bor.
erwähnten niedrigen Niveau zu halten. Darüber hin- 55 Geringe Bleigehalte verbessern die Zerspanbarkeit
aus ist die 0,2-Grenze dieser Aluminiumlegierungen _ der zu verwendenden Legierung, doch darf der Bleimit
niedrigem Eisengehalt bei 315° C nach einem län- gehalt 1% nicht übersteigen und beträgt vorzugsweise
geren Glühen bei 315° C nicht ausreichend hoch". nicht mehr als das im Hinblick auf die Zerspanbarkeit
Die erfindungsgemäße Verwendung der Legierung erforderliche Mindestmaß.
basiert auf der überraschenden Feststellung, daß eine 60 Vorzugsweise wird die Schmelze vor dem Gießen
Aluminiumlegierung die obenerwähnten guten Eigen- mit 0,1 bis 0,2 % Natrium geimpft, da auf diese Weise
schäften ohne den Nachteil besonderer Maßnahmen das eutektische Gefüge verfeinert wird, was sich
zur Erniedrigung des Eisengehaltes besitzt, wenn die wiederum günstig auf die Zähigkeit bei Raumtempe-Elemente
Silizium, Nickel, Eisen und Magnesium inner- ratur auswirkt. Somit können bis 0,1% Natrium in
halb besonders enger kritischer Grenzen gehalten wer- 65 der Legierung vorliegen.
den. Unter den üblichen Verunreinigungen sollten Man-
Erfindungsgemäß wird daher die Verwendung einer gan und Chrom je 0,3 % nicht übersteigen bzw. so
Aluminiumlegierung mit 11 bis 13 % Silizium, 4,5 bis niedrig wie möglich gehalten werden, da sie zur Bildung
schädlicher Aluminide in der Legierung führen. Geringe
Gehalte an Zink können vorliegen, doch sollte der Zinkgehalt so niedrig wie möglich liegen und 1 %
nicht übersteigen.
In der Praxis ist es vorteilhaft, die Legierung im Kokillenguß herzustellen und die Gußstücke 7 bis
9 Stunden bei 177 bis 2320C zu glühen. Nach einer
derartigen Wärmebehandlung besitzt die Legierung eine Streckgrenze von mindestens 4,85 kp/mm2, selbst
wenn sie 1000 Stunden bei 315°C gehalten worden ist, sowie eine angemessene Zähigkeit bei Raumtemperatur.
Diese Zähigkeit (mindestens 0,2% Dehnung unter Belastung) macht es möglich, daß die Legierung
ohne Bruch bis zu ihrer Streckgrenze belastet werden kann. Die Legierung besitzt darüber hinaus, sofern sie
in Kokillen vergossen und wärmebehandelt ist, bei Raumtemperatur eine Streckgrenze von mindestens
17,60 kp/mma. Im allgemeinen wird die Streckgrenze bei Raumtemperatur mit fallender Glühtemperatur
und die Zähigkeit bei Raumtemperatur mit steigender ao Glühtemperatur erhöht. Eine Wärmebehandlung bzw.
-beaufschlagung bei Temperaturen unter 315° C wirkt
sich nicht auf die Festigkeit und Zähigkeit bei 3150C aus. ;.:.
Die erfindungsgemäß zu verwendende' Legierung wird nachfolgend an Hand einiger Ausführungsbeispiele
des näheren erläutert:
Drei Legierungen wurden in einem Induktionsofen erschmolzen, durch Spülen mit einem Stickstoff-Chlor-Gasgemisch
entgast und anschließend bei etwa 732 0C in Gußeisenkokillen vergossen, die auf etwa 26O0C erwärmt
worden waren. Vor dem Gießen wurde die Schmelze mit 0,1 % Natrium geimpft. Die Zusammensetzung
der Versuchslegierungen ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle I.
Legierung | Si | Ni | Fe | Cu | Mg | Al |
(7o) | (7o> | (%) | (7o) | (1Vo) | ||
1 | 11,5 | 5 | 0,6 | 0,9 | 0,25 | Rest |
2 | 11,5 | 5 | 0,64 | 0,93 | 0,56 | Rest |
3 | 11,5 | 5 | 0,6 | <0,03 | 0,24 | Rest |
. Auf Größe gegossene Probestücke wurden 8 Stunden geglüht, und zwar aus den Legierungen 1 und' 2 bei
2040C und aus der Legierung 3 bei 177 0C, und anschließend
bei Raumtemperatur untersucht. Weitere Probestücke wurden 1000 Stunden bei 3150C geglüht
und alsdann bei 315°C untersucht. Die Versuche erstreckten
sich auf die Bestimmung der- Zugfestigkeit,
0,2-Grenze und Dehnung an 50-mm:Stücken| wobei
die Dehnung unter Last bei Raumtemperatur und nach dem Bruch bei erhöhter Temperatur bestimmt wurde.
Zugfestigkeit (kp/mm2) |
Prüft | Tabelle II | Zugfestigkeit (kp/mm2) |
Prüfung bei 3150C 0,2-Grenze (kp/mma) |
Dehnung (0Io) |
|
Legie rung |
22,36 21,37 21,94 |
Dehnung (%) |
9,21 9,49 8,86 |
4,99 5,20 5,41 |
9,5 8 5 |
|
1 2 3 |
0,3 0,3 0,3 |
|||||
mg bei Raumtemperatur Streckgrenze | (kp/mm2) j |
||||||
18,84 i 20,04 I 18,70 |
Die Bedeutung der engen Gehaltsgrenzen ergibt 40 jedoch hinsichtlich ihrer Zusammensetzung von den
sich aus Versuchen mit Legierungen, die in derselben erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen wie
Weise wie die Legierungen 1 bis 3 hergestellt wurden, folgt abwichen:
Legierung | Si (7o) |
Ni (7o) |
Fe (7o) |
Cu (7o) |
Mg OVo) |
Al |
A | 11,5 | 5 | 0,15 | <0,03 | 0,26 | Rest |
B | 11,5 | 5 | 0,13 | 0,93 | 0,54 | Rest |
C | 12 | 2,5 | 0,6 | 1 | 1 | Rest |
D | 11,5 | 7,5 | 0,5 | 0,5 | 0,3 | Rest |
Die Ergebnisse der an diesen Legierungen durchgeführten Prüfungen ergeben sich aus der nachfolgenden
Tabelle IV:
Zugfestigkeit | Prüfung bei Raumtemperatur | Dehnung | Zugfestigkeit | Prüfung bei 315° C | Dehnung | |
Legie rung |
(kp/mma) | (7o) | (kp/mma) | 0,2-Grenze | (7o) | |
24,19 | 1 | 6,54 | (kp/mm2) | 18 | ||
A | 23,27 | 0,4 | 8,01 | 3,80 | 6 | |
B | 25,31 | 0.5 | 8,23 | 4,50 | 9 | |
C | 18,91 | <0,2 | — | 4,15 | — | |
D | — | |||||
Streckgrenze | ||||||
(kp/mm2) | ||||||
16,24 | ||||||
19,76 | ||||||
17,58 | ||||||
— | ||||||
Keine der Legierungen der Tabelle III besitzt zufriedenstellende
Eigenschaften; so enthielt Legierung A nur 0,15 % Eisen und besaß nach dem etwa IQOO-stündigen
Glühen bei 315° C eine 0,2-Grenze von nur 3,8 kp/mm2. Die Legierung B mit ähnlich niedrigem
Eisengehalt von 0,13% enthielt 0,93% Kupfer; obgleich ihre Streckgrenze bei Raumtemperatur höher
lag als diejenige der Legierung A, war ihre 0,2-Grenze niedriger als die der Vergleichslegierung 2. Die Legierung
C enthielt nur 2,5 % Nickel, ihre 0,2-Grenze war daher völlig unzureichend. Der Nickelgehalt der
Legierung D lag mit mehr als 5,5 % zu hoch, so daß
diese Legierung eine unzureichende Duktilität bei Raumtemperatur besaß und bereits vor Erreichen der
0,2-Grenze brach.
Die Legierungen lassen sich vorzugsweise als Werkstoff
für Kolben, Zylinderköpfe, Motorblöcke, Bootsarmaturen sowie für Ventilkörper und Brückengeländer
und deren Teile verwenden.
30
Claims (5)
1. Verwendung einer Legierung aus 11 bis 13% Silizium, 4,5 bis 5,5% Nickel, 0,5 bis 0,85 % Eisen,
0,2 bis 0,65% Magnesium, 0 bis; 1 % Kupfer, 0 bis
1% Blei, 0 bis 0,5% Titan, 0 bis 0,1% Natrium und 0 bis 0,03 % Bor) Rest Aluminium einschließlich
erschmelzungsbedingter Verunreinigungen im wärmebehandelten Zustand als Werkstoff für Gußstücke,
die, wie Kolben für Verbrennungskraftmaschinen, bei Raumtemperatur eine Dehnung von mindestens 0,2% und nach einem 1000-stündigen
Glühen bei 315aC eine 0,2-Grenze von mindestens; 4,85 kp/mmabei 315 ° Cbesitzen müssen,
2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, die jedoch aus 11,5 bis 12% Silizium, 4,7 bis 5,2%
Nickel, 0,55 bis 0,7 % Eisen, 0,25 bis 0,6% Magnesium und 0,5 bis 1 % Kupfer, Rest Aluminium einschließlich
erschmelzungsbedingter Verunreinigungen besteht, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die 7 bis 9 Stunden bei 177 bis 232° C geglüht
worden ist, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren natriumfreie Schmelze
mit 0,1 bis 0,2% Natrium geimpft worden ist, für den Zweck nach Ansprach 1.
5. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2 als Werkstoff für Kokillenguß
für den Zweck nach Anspruch 1.
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