DE19800425A1 - Stückige Silicium-Aluminium-Vorlegierung, deren Herstellung und Verwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine stückige Silicium-Aluminium-Vorlegierung, ein Verfahren zur Herstellung der Vorlegierung und deren Verwendung.

Aluminium-Silicium-Legierungen haben einen relativ großen Markt erobert und dabei große technische Bedeutung erlangt. Ihr breites Anwendungsgebiet umfaßt deren Verwendung bei der Herstellung von Aluminium-Gußstücken in Gießereien, beim Umschmelzen von Aluminium oder bei der Herstellung von Aluminium-Knetlegierungen. Die meisten Leichtmetall-Gußteile, aber auch Halbzeuge, bestehen aus derartigen Legierungen.

Die erwähnten Legierungen und Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt, da Aluminium und Silicium im geschmolzenen Zustand in jedem beliebigen Verhältnis mischbar sind (Gmelin, Syst. Nr. 35 "Aluminium" Teil A, Abt. II, S. 536; Hansen, second edition, S. 132). So erfolgt das Legieren von Aluminium mit Silicium üblicherweise durch gemeinsames, chargenweises Aufschmelzen beider Elemente oder durch Zugabe von Silicium zum geschmolzenen Aluminium. Jedoch bereitet das Auflösen von stückigem Silicium in Aluminiumschmelzen durch lange Lösungszeiten oder aber Temperaturen über 900°C Probleme, da in beiden Fällen erhöhte Energieverbräuche sowie hohe Oxidationsraten auftreten. Zudem verursachen Temperaturen über 750°C eine starke Wasserstoffaufnahme der Schmelze. Ideal wären daher Auflösetemperaturen von 750°C und darunter sowie verkürzte Lösezeiten.

Verwendet man zum Zwecke des Legierens um verkürzte Lösungszeiten zu erreichen feinkörniges Silicum, so steigen diese Silicium-Partikel allerdinges infolge von mit Luft gefüllten Poren auf und werden größtenteils verschlackt.

Bislang wird das Auflegieren von Aluminium mit Silicium in technischem Maßstab durch Einbringen von Aluminium-Silicium-Vorlegierungen durchgeführt, wobei diese Vorlegierungen meist bis zu 25 Gew.-% Silicium enthalten. Beim Einsatz solcher Vorlegierungen ist jedoch in Kauf zu nehmen, daß 75 Gew.-% Aluminium mitgeschleppt werden. Außerdem ist dieses Verfahren sehr kostenaufwendig, da zunächst stückiges Silicium-Metall hergestellt und dieses mit Aluminium zu einer Vorlegierung zusammengeschmolzen werden muß und schließlich erst diese Vorlegierung mit den genannten Nachteilen eingesetzt werden kann. Diese Mängel legten daher nahe, zum Auflegierung des Aluminiums mit Silicium solche Vorlegierungen zu verwenden, die mehr als 50 Gew.-% Silicium enthalten.

Aus der österreichischen Patentschrift A8873/68 geht hervor, daß die Verwendung von Silicium-Legierungen mit Gehalten von 0,5 bis 50 Gew.-% Aluminium zum Zwecke der Reduktion von Strontium bzw. Barium sowie deren siliciumhaltigen Legierungen bekannt ist. Versucht man tatsächlich eine derartige Vorlegierung mit 0,5 bis 50 Gew.-% Aluminium herstellen, und versucht man ferner, mit ihrer Hilfe ein gleichmäßiges Auflegieren von Aluminium mit definiertem Siliciumgehalt in engen Grenzen zu erreichen, so zeigen sich sehr große Schwierigkeiten, weil diese Vorlegierungen in der Regel Seigerungen in erheblichem Ausmaß aufweisen, wenn der Aluminiumgehalt 20 Gew.-% übersteigt. Mit derartigen Vorlegierungen einen gezielten Siliciumgehalt einzustellen, ist somit kaum möglich. Senkt man zur Umgehung dieses Problems den Aluminiumgehalt auf unter 10 Gew.-%, so benotigt man wieder zu lange Auflösezeiten.

Es hat sich daher die Aufgabe gestellt, zur Überwindung der genannten Mängel des Standes der Technik Silicium-Vorlegierungen mit einem Aluminiumgehalt von 10 bis 30 Gew.-% in stückiger Form zu entwickeln, die direkt während der Silicium-Metallproduktion erzeugt werden können, die sich unterhalb 750°C noch ausreichend schnell in Aluminiumschmelzen auflösen werden und mit deren Hilfe ein definierter Siliciumgehalt in Aluminium eingestellt werden kann.

Gelöst wurde diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß man stückige Silicium-Aluminium-Vorlegierungen herstellt, deren Einzelstücke einen Aluminiumgehalt haben, der nicht mehr als 2 Prozentpunkte vom Sollwert abweicht. Dies wird durch seigerungsarmes Gießen und Erstarren gewährleistet. Man gießt zum Beispiel dünne Platten mit weniger als 20 mm, bevorzugt 15 mm Dicke oder einen wesentlich dickeren Block lagenweise. Die Gußformate werden dann auf 5 bis 100 mm Stückgröße gebrochen. Die Verwendung derartig hergestellter Bruchstücke erlaubt ein zuverlässiges Auflegieren von Aluminiumschmelzen mit Silicium, weil die Lösezeiten auch unterhalb 750°C kurz sind und hohe Ausbeuten erreicht werden. Erfindungsgemäß können aber auch Formate mit deliniertem Gewicht gegossen werden wie zum Bespiel Masseln, die in ungebrochenen Zustand zum Legieren verwendbar sind, weil jedes Stück den gleichen Siliciumeintrag in die Aluminiumschmelze bietet.

Verwendung findet die Vorlegierung gemäß vorliegender Erfindung als Zusatz zu Aluminiumschmelzen. Überraschenderweise benötigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte stückige Silicium-Vorlegierung mit nur 20 Gew.-% Aluminium zum vollständigen Auflösen in der Aluminiumschmelze nur ca. ein Viertel der Auflösezeit von reinem Silicium. Dabei erfolgt die Zugabe der Vorlegierung erfindungsgemaß bei Temperaturen der Aluminiumschmelze von 750°C und darunter.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Vorzüge der erfindungsgemäßen stückigen Vorlegierung verdeutlichen.

Beispiele

Zunächst wurden 4 Silicium-Vorlegierungen mit einem Gehalt von 5, 10, 20 bzw. 30 Gew.-% Aluminium hergestellt und als Vergleich eine Vorlegierung mit 75 Gew.-% Aluminium. Die 20 Gew.-% Aluminium enthaltenden Legierung wurde in einem Stück (Blockguß) sowie lagenweise zu einem Block vergossen außerdem wurde eine 10 mm dicke Platte hergestellt. Eine weitere Schmelze wurde mit Wasser granuliert. Anschließend wurden die Vorlegierungen nach dem Erkalten in Stücke von ca. 20 bis 30 mm Kantenlänge gebrochen und in einer Aluminiumschmelze von 750°C aufgelöst.

Eine weitere 30 Gew.-% Aluminiumhaltige Legierung wurde zu einer Massel mit einem Stückgewicht von 1 kg vergossen und in gleicher Weise verfahren.

Die Tabelle zeigt neben den zugehörigen Ergebnissen die Resultate aus Löseversuchen mit auf 30 bzw. 20 mm Kantenlänge gebrochenem technischem Silicium, das bei 750°C und 900°C der Aluminiumschmelze zugegeben worden ist. Die Versuche verdeutlichen außerdem, daß sich gebrochenes technisches Silicium bei 750°C oder darunter nur relativ langsam in einer Aluminiumschmelze auflöst; erst bei 900°C wurden auch für reines Silicium kurze Auflösezeiten erreicht.

Die Silicium-Aluminium-Vorlegierung mit 20 bis 30 Gew.-% Aluminium und ca. 20 mm Kantenlange der Bruchstücke zeigte wie die gegossene Platte kurze Auflösezeiten, eine 10 Gew.-% Aluminium enthaltende Vorlegierung benötigte mittlere Lösungszeiten. Die als Schmelze in Wasser granulierte, 20 Gew.-% Aluminium enthaltende Vorlegierung erreicht die mit den im Block- bzw. Lagenguß hergestellten Legierungen erzielten kurzen Auflosezeiten nicht und führt letzendlich auch zu den geringsten Silicium-Ausbeuten. Im Vergleich zu den 20 bis 30 Gew.-% Aluminium enthaltenden Vorlegierungen vergrößerte eine Vorlegierung mit 75 Gew.-% Aluminium ihre Auflösegeschwindigkeit nur noch unwesentlich.

Sind die Legierungen mit 20 bis 30 Gew.-% Aluminium seigerungsarm hergestellt worden, so wurden im Aluminium gleichmaßige Siliciumgehalte bei hohen Ausbeuten erreicht, sofern die Stücke größer als 10 mm waren. Die Vorlegierungsmassel löste sich in relativ kurzer Zeit bei einer Siliciumausbeute von 98% auf.

Claims (5)

1. Stückige Silicium-Aluminium-Vorlegierung mit einem Aluminiumgehalt von 10 bis 30 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt in jedem Stück nicht mehr als 2 Prozentpunkte vom Nennwert abweicht.

2. Verfahren zur Herstellung entsprechender Vorlegierungen gemaß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergießen der Blöcke lagenweise durchgeführt wird.

3. Verfahren zur Herstellung entsprechender Vorlegierungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Platten mit einer maximalen Dicke von 20 mm, bevorzugt von 15 mm gegossen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierungen auf eine Stückgröße von 5 bis 100 mm gebrochen werden.

5. Verwendung der Vorlegierungen gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese zum Auflegieren von Aluminiumschmelzen unterhalb von 750°C eingesetzt werden.