DE1533394B1

DE1533394B1 - Als zusaetze zu metallschmelzen zu verwendende cerarme oder cerfreie legierungen

Info

Publication number: DE1533394B1
Application number: DE19661533394
Authority: DE
Inventors: Bruno Dr Krismer; Otto Dr Smetana
Original assignee: Treibacher Chemische Werke AG
Current assignee: Treibacher Chemische Werke AG
Priority date: 1965-05-06
Filing date: 1966-04-18
Publication date: 1972-04-27
Also published as: FR1508095A; AT260557B

Description

Die Gebrauchseigenschaften vieler Metalle werden durch geringe Zusätze von Seltenen Erden (im folgenden SE) häufig bedeutend verbessert. Bekannt ist die durch SE-Zusätze erzielte Verbesserung der Warmfestigkeit und der Warmverformbarkeit von Chrom-Nickel-Stählen und von Magnesiumlegierungen.
Die SE werden den Metallen in der Regel als sogenanntes Mischmetall zugegeben, das etwas zur Hälfte aus der Cer und zu je einem Viertel aus Lanthan und Didym mit anderen SE besteht und das wesentlich billiger ist als die reinen SE-Metalle. Diese verhalten sich beim Zusetzen zu Metallen häufig nicht gleichartig; einzelne von ihnen ergeben spezifische Wirkungen, die in der Regel erst hervortreten, wenn der Anteil des betreffenden Elementes an den gesamten eingebrachten SE hoch ist. So erhöhen beispielsweise in Stählen Nd und Pr die Härtbarkeit, La und Fr die Kerbschlagzähigkeit, während Nd und Pr, teilweise auch La, die Warmsprödigkeit vermindern. Zusätze von La wirken kornverfeinernd. Aus diesen Beispielen geht auch hervor, daß die weitverbreitete Ansicht, wonach in Gemischen von SE-Metallen, insbesondere in Mischmetall, das Ce der eigentliche und sogar der allein wirksame Bestandteil sein soll, keineswegs immer zutrifft. Oft ist die Anwesenheit von Ce sogar unerwünscht. So eignen sich beispielsweise zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit cerfreies Neodym und/oder cerfreies Lanthan besser als die bekannten Modifikatoren, weil sie zu einer besonders stabilen Form des Kugelgraphites führen, die sogar nach dem Umschmelzen des Gußeisens erhalten bleibt (vgl. USA.-Patentschrift 3125 442). Auch die bedeutende Erhöhung der Warmkriechfestigkeit von Magnesiumlegierungen durch Zusätze von SE trifft nur ein, wenn diese cerfrei sind. Eine wesentliche Ursache für dieses Verhalten dürfte sein, daß das Cer sowohl in der dreials auch vierwertigen Oxydationsstufe auftreten kann, während die meisten anderen SE hierzu nicht befähigt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft Zusätze zu Metallschmelzen in Form von Legierungen, die aus 15 bis 70 Gewichtsprozent SE-Metallen und/oder Thorium (diese Elemente werden im folgenden mit der Abkürzung »M« bezeichnet); 6 bis 85 Gewichtsprozent Silizium, Rest neben herstellungsbedingten Verunreinigungen (im Falle des Zusatzes zu Eisen-oder Stahlbädern) Eisen und (im Falle des Zusatzes zu Leichtmetallbädern) Magnesium oder Aluminium bestehen, mit der Maßgabe, daß die Zusatzlegierungen weniger als 10 Gewichtsteile Cer je 100 Gewichtsteile SE -I- Thorium enthalten, und daß auf 1 Atom SE Thorium mindestens 2 Atome Silizium entfallen. Die SE umfassen die Elemente mit den Ordnungszahlen 57 bis 71. Didym (= Di) ist ein Gemisch von Praseodym und Neodym, das bei den folgenden Ausführungen als einziges Element zählt. Ce, La, Mischmetall und Di lassen sich verhältnismäßig einfach mittels Schmelzflußelektrolyse gewinnen; die Herstellung der anderen M-Metalle ist viel schwieriger und teurer. Sie gelingt aber leicht und mit geringen Kosten, wenn an Stelle der reinen Metalle deren Siliziumlegierungen hergestellt werden. Diese enthalten zwischen 6 und 85 Gewichtsprozent Si und 15 und 70 Gewichtsprozent M. Insbesondere können die Legierungen 35 bis 5001, M, 35 bis 5501, Si, < 2"/, Ca, Rest Fe und Verunreinigungen enthalten, wenn sie in Eisen- oder Stahlbäder eingebracht werden sollen. Ähnlich zusammengesetzt sind die zum Einsatz in Leichtmetallbäder bestimmten Legierungen, bei denen aber der Rest nicht aus Eisen, sondern aus Mg und/ oder A1 besteht. Der Rest kann auch ganz oder teilweise aus Ni, Co, Cr, Ti, Zr und Mn bestehen. Bevorzugt enthalten die Legierungen mindestens 50 Gewichtsteile eines einzigen M-Elementes, beispielsweise Didym, je 100 Gewichtsteile Gesamt-M. Eine andere vorteilhaft hergestellte Legierung enthält mindestens 80 Gewichtsteile La je 100 Gewichtsteile M und eine weitere mindestens 90 Gewichtsteile Th je 100 Gewichtsteile M. Solche angereicherte Legierungen ergeben die weiter obengenannten spezifischen Wirkungen.

Von besonderer Bedeutung ist das Einführen jener Lanthanide in Metalle, die einen hohen Einfangquerschnitt für Neutronen besitzen. Es sind dies vor allem die Elemente Sm, Eu, Gd und Dy. Vorteilhaft enthält diese Legierung mindestens 80, besser aber noch mindestens 95 Gewichtsteile der genannten Elemente je 100 Gewichtsteile M. In nachstehender Tabelle sind einige Beispiele der Zusammensetzung erfindungsgemäßer Legierungen angegeben, durch welche die Erfindung jedoch in keiner Weise eingeschränkt wird.

Beispiele

Zusammensetzung erfindungsgemäßer Legierungen

Bezeichnung

La- Nd- Di- 1 Di- La- Th-Silizium

Zusatz zu

Fe, g

Fe I Fe Fe I Leichtmetallen M Mg

Gewichtsprozent

M ............. 42 35 37 65 42 Th:35

Si ............. 51 32 44 32,5 49 20

Ca ............ 1,5 2 1 2,0 1,5 1,8

Fe . . . . . . . . .. . . . 5 30 18 0,5 0,2 0,2

Mg ............ 7,3 43

Je 100 M

Ce . . . . . . . . . . . 0,5 0,5 bis 5

La . . . . . . . . . . . 78 0,2 1,5 4 bis 10 78

Pr . . . . . . . . . . . 5 4,6 17 8 bis 13 5

Nd . . . . . . . . . . 11 91 75 43 bis 55 11

Di . . . . . . . . . . . 92 51 bis 68

Sm. . . . . . . . . . . 2 4,2 4 10 bis 25 2

Yt . . . . . . . . . . . 2 2 5 bis 12 2

Th .......... 99,5

Claims

Patentansprüche: 1. Als Zusätze zu Metallschmelzen zu verwendende cerarme oder cerfreie Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 15 bis 70 Gewichtsprozent Seltenen Erdmetallen und/oder Thorium, 6 bis 85 Gewichtsprozent Silizium, Rest, neben herstellungsbedingten Verunreinigungen, im Falle des Zusatzes zu Eisen- oder Stahlbädern Eisen und im Falle des Zusatzes zu Leichtmetallbädern Magnesium und/oder Aluminium besteht, mit der Maßgabe, daß sie weniger als 10 Gewichtsteile Cer je -100 Gewichtsteile (Seltene Erdmetalle -E- Thorium) enthält und in der auf ein Atom (Seltene Erden + Thorium) mindestens 2 Atome Silizium entfallen.
2. Legierung nach Anspruch 1 zur Verwendung als Zusatz in Eisen- oder Stahlbädern, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 35 bis 50 Gewichtsprozent (Seltene Erdmetalle -f- Thorium), 35 bis 55 Gewichtsprozent Silizium, 2 Gewichtsprozent Kalzium, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen besteht.
3. Legierung nach Anspruch 1 zur Verwendung als Zusatz in Leichtmetallbädern, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 35 bis 50 Gewichtsprozent (Seltene Erdmetalle + Thorium), 35 bis 55 Gewichtsprozent Silizium, < 2 Gewichtsprozent Kalzium, Rest Magnesium und/oder Aluminium besteht.
4. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 50 Gewichtsteile eines der Seltenen Erdmetalle je 100 Gewichtsteile (Seltene Erdmetalle - Thorium) enthält.
5. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 50 Gewichtsteile Dysprosium je 100 Gewichtsteile (Seltene Erdmetalle -f- Thorium) enthält.
6. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 80 Gewichtsteile Lanthan je 100 Gewichtsteile (Seltene Erdmetalle -f- Thorium) enthält.
7. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 90 Gewichtsteile Thorium je 100 Gewichtsteile (Seltene Erdmetalle -@- Thorium) enthält. B. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie vorzugsweise mindestens 95 Gewichtsteile eines oder mehrerer der Elemente Samarium, Europium, Gadolinium und Dysprosium je 100 Gewichtsteile (Seltene Erdmetalle -E- Thorium) enthält.