DE2214213C2 - Verwendung einer Aluminium-Gußlegierung für Käfigläufer-Induktionsmotoren - Google Patents

Description

Die Rotorleiter von Käfigläufer-Induktio.nsmotoren werden im allgemeinen aus Aluminium hergestellt In Fällen, in denen hohe Anlaufdrehmomente gefordert werden, werden Aluminiumlegierungen mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit verwendet, wobei die Rotorleiter in jedem Falle durch Spritzguß oder Dauerformguß hergestellt werden.

Die für diesen Zweck bisher verwendeten Aluminiumlegierungen sind Aluminium-Silizium-Legierungen, AIuminhjm-SiiizJum-Kupfer-Legierungen und andere Legierungen, jedoch haben diese Legierungen nicht alle Erwartungen erfüllt, weil sie einen oder mehrere Nachteile, wie unerwünscht hohe Leitfähigkeit, schlechte Gießfähigkeit und schlechte mechanische Dehnung aufwiesen.

Es ist ferner unter der Bezeichnung Hydronalium eine Aluminium-Magnesium-Legierung bekannt, die vergießbar ist und die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit besitzt und die infolgedessen für die Herstellung verschiedener Gußteile verwendet worden ist, die in korrodierenden Umgebungen benutzt werden. Diese Legierung besitzt jedoch sehr schlechte GieBeigenschaften, insbesondere in Bezug auf die Dünnflüssigkeit beim Gießen, und es ergeben sich mit dieser Legierung zahlreiche Probleme bei der Herstellung.

Es ist auch eine Legierung auf Aluminiumbasis bekannt (DE-OS 16 08 198), die aus 0,2 bis 0,7% Zirkonium, 0,1 -034% Chrom, 0,3-1,5% Mangan und Rest Aluminium besteht und eine hohe Wärmebeständigkeit besitzt.

Ferner ist die Nützlichkeit quaternärer AIMnCrTi-Gußlegierungen mit gegebenenfalls Zirkonium wegen ihrer Preiswürdigkeit, der guten Gießbarkeit, dem Fehlen von Mikrorissen nach dem Schrumpfen, der hohen Korrosionsbeständigkeit und der guten mechanischen Eigenschaften einschließlich der Warmfestigkeit bekannt (Zeitschrift »Aluminium«, 39, (Juni 1963), Seiten 366-369).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aluminium-Gußlegierung der vorgenannten Art anzugeben, die speziell für die Herstellung von Rotorieitern für Käfigläufer*Induktionsmotoren verwendbar ist. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die Verwendung von Aluminium-Gußlegierungen aus 0,1—5% Mangan und 0,1-1% Titan und 0,1-1% Chrom und/oder 0,1 -1 % Zirkonium, Rest Aluminium für die Herstellung von Rotorleitern für Käfigläufer-Induktionsmotoren.

Derartige Legierungen besitzen außer einer guten Gießfähigkeit und einer hohen Korrosionsbeständigkeit sowie guten mechanischen Eigenschaften eine niedrige elektrische Leitfähigkeit, das sind alles Eigenschaften, welche die Legierungen für die Herstellung von Rotorleitern für Käfigläufer-Induktionsmotoren besonders geeignet machen.

Mangan bewirkt eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, der Gießeigenschaften und der mechani schen Eigenschaften der Aluminium-Legierung, und es bewirkt femer eine Erniedrigung der elektrischen Leitfähigkeit der Legierung, Es ist aber festgestellt worden, daß bei einem Zusatz von Mangan in einer Menge von weniger als 0,1% dessen Wirksamkeit bezüglich der Verringerung der Leitfähigkeit und der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit unzureichend ist. Wenn andererseits die zugesetzte Menge größer als 5,0% ist, hat sich gezeigt, daß das Mangan die ο Neigung hat, aus der Legierung als Mangan-Verbindungen auszuscheiden. Ferner ist ein Ansteigen der Leitfähigkeit und eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften beobachtet worden. Infolgedessen liegt der für einen Zusatz geeignete Bereich für Mangan zwischen 0,1 bis 5,0%.

Chrom bewirkt eine Erniedrigung der Leitfähigkeit und eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Aluminium-Legierungen. Es ist jedoph festgestellt worden, daß bei einem Zusatz an Chrom in einer Menge weniger als 0,1 % diese Wirkung gering ist, während bei einem Zusatz von Chrom in einer Menge von mehr als 1,0% die Verringerung der Leitfähigkeit aufhört und die Gießeigenschaften, insbesondere die Dünnflüssigkeit, schlecht werden. Infolgedessen liegt der Bereich geeigneter Zusätze an Chrom zwischen 0,1 bis 1,0%.

Zirkonium verbessert die Gießeigenschaften (die Zeit der Dünnflüssigkeit/Fließlänge) von Aluminium-Legierungen und es bewirkt eine Verringerui.g der Leitfähigkeit Wenn es jedoch in einer Menge zugesetzt wird, die unterhalb 0,1% liegt, sind diese Wirkungen nicht deutlich erkennbar. Wenn die zugesetzte Menge größer als 1,0% ist, tritt eine Ausscheidung an Zirkonium ein, und es ergibt sich eine Neigung in Richtung auf die entgegengesetzte Wirkung, nämlich einer Erhöhung der Leitfähigkeit und einer Verringerung der Korrosionsbeständigkeit Infolgedessen kann gesagt werden, daß der geeignete Bereich eines Zusatzes an Zirkonium zwischen 0,1 bis 1,0% liegt Titan bewirkt eine starke Erniedrigung der Leitfähig keit von Aluminium-Legierungen, wenn es in Kombina tion mit Chrom oder Zirkonium oder mit beiden zugesetzt wird. Jedoch ist eine zugesetzte Menge an Titan von weniger als 0,1% nicht besonders wirksam bezüglich einer Erniedrigung der Leitfähigkeit, während bei einer zugesetzten Menge von mehr als 1,0% sich eine Sättigung dieser Wirkung einstellt. Infolgedessen liegt ein geeigneter Bereich eines Zusatzes an Titan zwischen 0,1 bis 1,0%.

Es ist festgestellt worden, daß eine erfindungsgemäß

so zu verwendende Aluminium-Legier.-ng, die die oben angegebenen Zusatzelemente in den angegebenen Mengen enthält, eine elektrische Leitfähigkeit in der Größenordnung von 15 bis 40% IACS besitzt und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, au«gezeichne te Gießeigenschaften und mechanische Eigenschaften aufweist.

Dadurch, daß eine erfindungsgemäß zu verwendende gießfähige Aluminiumlegierung eine Leitfähigkeit in der Größenordnung von 15 bis 40% IACS hat, also einen beträchtlichen Leitfähigkeitsbereich umfaßt, ist es möglich, die Leitfähigkeit einer Aluminium-Legierung zum Gießen von Rotoren mit Schlitzen einer bestimmten Form für Käfigläufer-Induktionsmotoren in einem weiten Bereich zu wählen, so daß Motoren mit verschiedenen Anlaufdrehmoment-Charakteristiken hergestellt werden können und damit eine wesentliche Rationalisierung in der Herstellung von elektrischen Motoren erreichbar ist.

Um die Art und die Nützlichkeit der Erfindung noch genauer zu erläutern, werden die folgenden spezifischen praktischen Beispiele und Ergebnisse votj Aluminium-Legierungen angegeben, die bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung darstellen. Es ist selbstverständlich, daß diese Beispiele nur zur Erläuterung gegeben werden und die Erfindung nicht beschränken.

Beispiele (Legierungen (1) bis (6))

Sechs Legierungen mit jeweils verschiedener chemischer Zusammensetzung, die aber innerhalb der Zusammensetzung der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung liegt, sind hergestellt worden. Die Zusammensetzungen (Gewichts-%) dieser Legierungen 1 bis 6 sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Legierung

Zusammensetzung (%) Cr Mn Ti

Zr

Al

0,46
0,48
0,49
0,12

0,11

4,00
3,98
3,97
0,53
0,32
0,31

0,49

0,22
0,28

0,29
0,26

0,11
0,21
0,10

Rest Rest Rest Rest Rest Rest Diese AIuminiHm-L,egjerungen wurden in folgender Weise hergestellt. Die Bezeichnung JIS ist die Abkürzung for Japanese Industrial Standard.
In einem Schmelztiegel mit Aluminium hoher Reinheit wurden die verschiedenen Legierungs-Elemente in den angegebenen Mengen eingegeben durch Verwendung entsprechender Mutter-Legierungen zu dem JIS Aluminium-Grundmetall, Jede der sich ergebenden Mischungen wurde geschmolzen un-Ί in

to eine Form für Zugfestigkeitsproben No. 4, JIS Z 2201 (Zugfestigkeitsproben für Metalle) gegossen.

Von jeder Legierung wurden Zugfestigkeitsproben No. 4 und Proben (jede 10 χ 10 χ 150 mm) für die Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeit hergestellt, und es wurden die Zugfestigkeit und die Leitfähigkeit gemessen.

Ferner wurde jede Legierung zur Untersuchung der Gießeigenschaften in eine Graphitform für eine Zentrifugal-Flüssigkeits-Untersuchung gegossen, und es wurde die FHeßlänge gemessen, indem die Legierung bei einer Temperatur von 760°C vergossen wurde. Zusätzlich wurde jede Legierung einer Prüfung auf Rißanfälligkeit unterzogen durch Anwendung des Ringgußverfahrens, und es wurde dann die Probe auf das Auftreten von Rissen untersucht Jede Legierung wurde außerdem auf das äußere Aussehen hin untersucht Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle 2 zusammengefaßt

Tabelle

Legierung

Leitfähigkeit (% IACS)

Zugfestigkeit (N/mm²)

Dehnung

Fließlänge (mr.i)

Ergebnis der Rißuntersuchung

15,6
16,3
17,0
27,0
31,2
35,8

12,0
12,5
11,6
11,0
10,5
9,8

8,5
14,0
10,0
36,0
38,0
38,0

500
460
430
940
980
960

gut
gut.
gut
gut
gut
gut

Die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse lassen erkennen, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen einen weiten Bereich der Leitfähigkeit einnehmen und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweisen, wie es sich insbesondere aus den angegebenen Dehnungen ergibt, und daß die Legierungen ebenfalls ausgezeichnete Gießeigenschaften auf' weisen, wie es sich aus den Ergebnissen der Untersuchung für die FHeßlänge und der Rißuntersuchung ergibt.

Außerdem wurde eine Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit bei den angegebenen Legierungen durchgeführt, die ausgezeichnete Ergebnisse gezeigt hat, welche die Korrosionsfestigkeit von Hydronalium übersteigen.

Es können also die erfindungsgemäß zu verwendenden gießfähigen Aluminiumlegierungen vorteilhaft in der Herstellung von beispielsweise Rotorleitern von Käfigläufer-Induktionsmotoren verwendet werden und ferner auch für Gußgegenstände, die in korrodierenden Atmosphären benutzt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Verwendung von Aluminium-Gußlegierungen aus 0,1 bis 5% Mangan und 0,1 -1 % Titan und 0,1 -1 % Chrom und/oder 0,1 — 1% Zirkonium, Rest Aluminium für die Herstellung von Rotorleitern für Käfigläufer-Induktionsmotoren,