DE2221295B2 - Verfahren zur Verfeinung des Siliziums, Magnesiumsilizids und/oder Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in bzw. von AlSi- bzw. AlSiMg-Legierungen und AlMgSi-Legierungen - Google Patents
Verfahren zur Verfeinung des Siliziums, Magnesiumsilizids und/oder Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in bzw. von AlSi- bzw. AlSiMg-Legierungen und AlMgSi-LegierungenInfo
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Description
Die vorgelegte Verfahrensweise ist ohne Parallele, da der Stand der Technik verbietet, die zur Gefügefeinung
zugesetzten Bestandteile nachträglich wieder zu entfernen oder in ihrer Konzentration wesentlich
zu mindern.
Die erfindungsgemäß erzielte Gefügefeinung und/ oder Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
wird wesentlich verstärkt, wen η Elemen te der Schmelze
zugesetzt werden, die in dieser verbleiben, wie z. B. das Element Bor, solche der 4. Nebengruppe, besonders
Titan und Zirkonium oder der 5. Hauptgruppe wie Antimon und Wismut oder 5. Nebengruppe, vorzugsweise
Niob bzw. 6. Nebengruppe und von der 7. Nebengruppe ein Zusatz von Mangan, jedes Element
allein oder kombiniert mit dem Verfahren der intensiven Entgasung, wobei vorgenannte Elemente
offensichtlich eine zusätzliche Änderung der \V:i>seistoffgleichgewichte
mit fortschreitender Temperaturminderung der Schmelze bewirken. In besonderem
Maße tragen in Verbindung mit der genannten intensiven Entgasung die Elemente Titan. Zirkonium und
Mangan zur Intensivierung eines Gefiige- und Kornfeinungseffektes bzw. der Verbesserung der technologischen
Eigenschaften bei. was. wie zahlreiche Untersuchungen zeigten, nicht selbstverständlich ist: Gefüge-
und Kornfeinung sind nicht aneinander gebunden. und sehr oft wurde bei feinerem Gefüge eine Kornvergröberung
gefunden, Beispiel der Schmelzen ohne Mangan- und vir, Titanzusatz, oder Titan- bzw.
Zirkoniumzusätzen, das aber verfeinert wird durch intensive Entgasung bei dann gleichzeitiger Gefügefeinung.
Es besteht absolute Vergleichbarkeit des Verhaltens der AlSi- bzw. AlSiMg-Legierungen mit den AlMgSi-Legierungen,
während bei ersteren Legierungen des Silizium gefeint werden muß. ist bei letzteren Legierungen
das Mg2Si zu feinen. Auch bei der Legierungsgruppe
AlMgSi werden intensivere Entgasungen erzielt, wenn übergattierte Elemente der gleichen Gruppen
des periodischen Systems gemäß des genannten Verfahrens entfernt werden und vorzugsweise die
anderen obengenannten Elemente gleichzeitig zugesetzt wurden.
Bei allen aufgeführten Verfahren hat sich gezeig!.
daß eine Verminderung der Elemente in der Schmelze durch Halogenide zur maximalen Gefügefeinung führt.
wenn vorzugsweise eine Ubergattierung der Elemente von mindestens 0,10% erfolgt, wobei die obere Grenze
der Ubergattierung durch die maximale Löslichkeit der Elemente bei Gießtemperatur festgelegt ist und
die Dauer beispielsweise einer Behandlung mit Halogenen abhängt von der eingeleiteten Menge Min.
Da eine nahezu stöchiometrisch exakte Umsetzung erfolgt, auch bei sehr hoher Dosierung pro Minuten.
und hierdurch auch keine Geruchsbelästigung auftritt, kann die Bchandlungszeit wesentlich unter die
der vorgelegten Beispiele gesenkt und der Mindestzusatz zur intensiven Entgasung auf wesentlich höhere
Gehalte gebracht werden.
Sowohl die Gattierung von Erdalkalimetallen als auch Lanthaniden sind zweckmäßig bei Temperaturen
um 750''C vorzunehmen. Die Temperaturen für beispielsweise eine Halogcnbehandlung liegt bei
der Gießtemperatur, vorzugsweise über 700 C. Salze oder Verbindungen der Elemente, die nicht aus der
Schmelze entfernt werden sollen, sind vorzugsweise mit beispielsweise einer Halogenbehandlung gleichzeitig
einzubringen. Vorlegierungen der in der Schmelze zu belassenden Bestandteile sollen di<
Verbindungen dieser vorzugsweise in feinst verteil te Form enthalten und werden vor der entgasender
Behandlung zugesetzt. Die aus den abschließen aufgerührten Zahlentafcln I bis 18 und A b b. I bis 6(
erzielten Ergebnisse stellen den Beleg für vorgenannt! Ausführungen dar.
Es ist noch zu vermerken, daß pro Minute etwi 30 g Cl-, eingeleitet wurden, jede Schmelzeinhei
betrug etwa 100 kg. Das erstrebte Ziel ist immei eine hohe Gefügefeinung und eine gleichzeitige Anhe
bung der technologischen Eigenschaften. Dort, wi die intensive Entgasung gleichgültig ob über Cl
oder durch Vakuum in beschriebener Weise fehlt ist keines der Ziele auch nicht einzeln erreichbar.
Die A b b. 1 und 2 zeigen das Produktionsergebnii der Zylinderkopfproduktion ohne erfindungsgemäßi:
Yerfahrensanv»endung. Die grobe Ausbildung de; Mg2Si ist typisch für diesen Legierungstyp. Die
Abb. 3 bis 6 mit den zugehörigen Analysen ir
Zahlentafel 1 lassen erkennen, daß eine Verfeineruni; des Gefüges durch die Umsetzung des Magnesiums
mit dem eingeleiteten Halogen zugleich mit dem Maiiganzusatz oder ähnlich die Wasserstofflöslichkeii
in der Schmelze herabsetzenden Elementen erzielt wurde, die absolut mit der Feinung des Siliziums
nach P a c ζ vergleichbar ist. Während der Halogenbehandlung wurden bei dem vorgelegten Beispiel
0.25% Magnesium mit dem Halogen umgesetzt und vorher übergattiert.
Die Analysen in Zahlentafel I weisen aus. daß die unterschiedlichen Korngrößen allein vom Titangchall
abhängen und ein feines Gefüge hier nicht im Zusammenhang mit einem feinen Korn steht.
Das Beispiel an AISi 7 Mg-Legierungen nach Zahlentafel
2 und den Abb. 7 bis 12 veranschaulicht den Effekt, der allein durch die Umsetzung vom übergatiicrtcn
Magnesium zu MgCI2 schon nach einer Verlängerung der im Werk des Anmelden; seit mehr
als 15 Jahren geübten intensiven Chlorierung von 4 Minuten auf 12 Minuten, endlich auf 36 Minuten.
auftritt. Hierzu ist auszuführen, daß die bei 36 Minuten erzielte sehr gute Feinung auch nach Einleiten größerer
Mengen Cl2 in der Zeiteinheit in wesentlich kürzeren Zeiten erreichbar ist. Der erzielte hohe Dehnungsgewinn ist typisch für die Gefügefeinung. Eine mit
steigender Halogenanwendung aufgetretene Kornvergröberungist
auf die technologischen Eigenschaften ohne Einfluß. In jedem Falle sind 0,01% Mg pro
Minute Chlorierung übergattiert worden. Unter Vernachlässigung üblicher Analysenfehler wurden bei
36 Minuten Einleiten von Chlor etwa 0,36% Mg umgesetzt.
Das Beispiel nach Zahlcnlafcl 3 mit gleicher Legierung
wie in Zahlentafel 2 dient der Demonstration über die Wirkung schon kleiner Mengen andersartiger
Zusätze, wie sie bei diesem Legierungstyp nur im äußersten Falle sowohl in den USA als auch neuerdines
in Europa zugelassen werden. So soll der Mn-Gehalt (LN 29 531. Werkstofflcistungsblatt 3.2374)
zwischen 0 und 0,10% liegen. Eine bewußte Zugattierung
dieses Elementes ist somit nicht vorgesehen. Auch sind die in der LN 29 531 verlangten technologischen
Eigenschaften an besonders beanspruchten Stellen nur mit besonderen formtechnischen Hilfen
zu erreichen. Das Ergebnis zeigt, daß schon nach einer Halogenbehandlung von 36 Minuten eine Gefüge-
aber auch Kornfeinung erhallen wird, die
deutlich von den Ergebnissen nach Zuhleinafel 2
abweicht, einzig und allein durch eine bewußte Gattierung von 0,1% Mn.
Die Untersuchung von zusätzlichen 0,1 % Titanzusätzen
— siehe die vori rgehenderi Zahlentafeln nebst Abbildungen — sind in der Zahlentafel 4 nebst
Abb. 19 bis 24 festgehalten. Nach der Titan-Gattierung und dor intensiven Entgasung schon ab4 Minuten
wird deutlich gezeigt, daß zwar schon hierbei hervorragende Werte erreicht werden, aber erst bei Gefügefeinung
nach 36 Minuten Chlorierung und wie beim Mangan-Zusatz überraschend auch erst dann auftretender
Kornfeinung maximale Festigkeitswerte erhalten werden.
In Zahlentafel 5 nebst A. b b. 25 bis 28 sind die Ergebnisse gemäß vorher geschilderter Arbeitsweise
mitteis eines über ZrCl4 eingebrachten Zr-Zusatzes
enthalten. Das Zinntetrachlorid wurde während der Halogenbehandlung gleichzeitig zugesetzt. Die Feinung
des Siliziums ist hervorragend, die technologisehen Eigenschaften stiegen entspreche.id. Wie beim
Titan-Zusatz wird erst eine hohe Kornfeinunu nach intensivster Langzeit-Chlorierung erzielt, obwohl auch
bei intensiver 4-Minuten-Chlorierung schon beachtliche
Werte vorliegen.
Die Kombination von Mangan -I- Titan und mit
dem beanspruchten Verfahren gearbeitet ist in der Zahlentafel 6 nebst A bb. 29 bis 34 festgehalten worden.
Das Ergebnis ist im unteren Bereich der Chlorierung in bezug auf die technologischen Eigenschaften nicht
schlecht, doch wird ab Verdreifachung der Chlorierungsdauer in bezug auf die Gefugefeinung dieses
Ergebnis interessant. Im Gegensatz zu den Daten, die mit Titan und Mangan allein vorliegen, ist bei der
Kombination beider Elemente eine Vergröberung des
Korns nach Langzeitchlorierung und eine schon bei 12 Minuten Cl2 bessere Gefügefeinung als den übrigen
vorgenannten Beispielen gefunden worden. Es scheint sicher zu sein, daß die Grobkoni bildung nach längerer
Chlorierung auf eine keimärmere Schmelze hindeutet und die Zr-behandelte Schmelze die Ausnahmestellung
des Zirkons verdeutlicht. Das zeigt auch das Beispiel in Zahlentafel 7 und Abb. 35 bis 38. in der die
Kombination Mangan + Titan + Zirkonium beschrieben ist.
I m Beispiel nach Zählertafel 8 und den A b b. 3ί
und 40 ist ein Versuch mit einer Kombinatior Bor + Titan über Bor-Titan-Salz, welches gleichzeitig
während der Chlorierung zugegeben wurde mit einer hervorragenden Gefügefeinung belegt, die
technologischen Eigenschaften sind entsprechend hoch.
Weitere Untersuchungen geben die Zahlentafeln 5 bis IS mit den Abb. 41 bis 60 wieder. Diese Bei-
ίο spiele dienen mit Ausnahme der Zahlentafel 18 nebsl
A b b. 59 und 60 lediglich als Beleg für die erzielbarer Steigerungen der technologischen Eigenschaften bei
insgesamt im Rahmen der Normen liegenden Dehnungswerte. Die hohen Streckgrenzen- und Brinell-
härtewerte wie sie in Zahlentafel 2 bis 4 und 6 bei vergleichbarer Verfahrensweise mit 12 Minuten Chlorierung
nicht erreicht wurden, gestatten zugunsten höherer Dehnungen ohne Schwierigkeiten eine Milderung
der Anlnßbehandlung. Rei einer Verlängerung
der entgasenden Behandlung gemäß der Erfindung werden. bessere Ergebnisse gefunden und ebenfalls
die Gefügefeinung erhalten, insbesondere bei dei Kombination der einzelnen wirksamen Elemente
beispielsweise durch einen Zusatz von Calcium gleichzeitig in Gegenwart von Magnesium, wie das abschließende
Beispiel nach Zahlentafel 18, Abb. 5S und 60. zeigt.
Bei einer hervorragenden Gefügefeinung sind neber
auch sehr hohen Streckgrenzwerten noch beachtliche Dehnungswerte gefunden worden. Das Calcium wurde
vollständig umgesetzt. Beim Vergleich mit der Zahlentafel 2 und den übrigen ist der Schluß berechtigt, da£
in dieser Gruppe nach höheren Perioden zu eine mindestens ebenso vorzügliche Gefügefeinung mög-Hch
wird und in noch höherem Maße bei noch stärkerer Entgasung bzw. höherer Umsetzung bzw. Minderung
der übergattierten Elemente führend dei Entgasung.
Abschließend ist zum Effekt der Erfindung zu sagen daß durch die gleichzeitige Entfernung von über gattierten Elementen oder deren Minderung währenc der intensiven Behandlung eine wirksamere Entgasung als bisher geschaffen wurde. Es ist eine hervorragende Gefugefeinung erzielbar, doch schon ehe sie auftritt sind hervorragende Festigkeitswerte erreichbar.
Abschließend ist zum Effekt der Erfindung zu sagen daß durch die gleichzeitige Entfernung von über gattierten Elementen oder deren Minderung währenc der intensiven Behandlung eine wirksamere Entgasung als bisher geschaffen wurde. Es ist eine hervorragende Gefugefeinung erzielbar, doch schon ehe sie auftritt sind hervorragende Festigkeitswerte erreichbar.
JL
t, -
A b b. 1 und 2
Ausbildung des Mg^Si in der AlMg5Si I Cu !-Legierung Hy 511. Stegpartien zweier gleichartig in Kokille gc
gossener Zylinderköpfe. Mn-Gehalt 0.20 bis 0,30%.
Claims (8)
1. Verfahren zur Verfeinung des Siliziums und/ oder Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
von AlSi-Legierungen durch Chlorieren, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Intensiventgasung
vor der Chlorierung mehr als 0,1% eines oder mehrerer der Elemente der Erdalkalimetalle
und/oder der Lanthaniden der Schmelze beigegeben und dann bis zur Entfernung dieser beigegebenen Elemente chloriert wird.
2. Verfahren zur Gefügefeinung und/oder Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von
AlSiMg-Legierungen oder AlMgSi-Legierungen durch Chlorieren, dadurch gekennzeichnet, daß
zwecks Intensiventgasung vor der Chlorierung mehr ais 0.1% eines oder mehrerer der Erdalkalimetalle,
ausgenommen Magnesium, und/oder der Lanthaniden der Schmelze beigegeben und dann
bis zur Entfernung dieser beigegebenen Elemente chloriert wird.
3. Verfahren zur Gefügefeinung und/oder Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von
AlSiMg-Legierungen oder AlMgSi-Legierungen durch Chlorieren, bei dem vor der Chlorierung Magnesium
im Überschuß zu dem in der Endanalyse angestrebten Wert der Schmelze beigegeben und
dann bis zur Entfernung dieses Überschusses chloriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gesamtzeit für Entgasung und Chlorierung bis zur Entfernung des Überschusses mehr als das
Dreifache der Zeit beträgt, die zur technischen Entgasung notwendig ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder gleichzeitig
mit der Intensiventgasung eines oder mehrere der Elemente der vierten Nebengruppe, vorzugsweise
Titan und Zirkonium, und/oder der fünften Nebengruppe, vorzugsweise Niob, der sechsten Nebengruppe
und/oder der fünften Hauptgruppe, vorzugsweise Antimon und/oder Wismut, und/oder
Nickel und/oder Kobalt und/oder Bor und/oder Mangan bis zu einer Höchstmenge zugegeben wird,
die durch die Löslichkeit dieser Elemente einzeln oder in Kombination bei Gieß temperatur definiert
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente über ihre Salze zugegeben
werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß d:e Elemente über Vorlegierungen
zugegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus exothermen Gemischen
in der Schmelze freigesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß vor der Intensiventgasung
Elemente, die die Wasserstofflöslichkeit im Metallfluß verringern, bis zu einer Höchstmenge
zugesetzt werden, die durch die Löslichkeit dieser Elemente im Schmelzfluß definiert ist.
Seit 1920 ist das Verfahren nach A. P a c ζ bekannt, die AlSi-Legierungen mit Natrium oder Verbindungen
des Natriums besonders mit Fluor zu feinen. Neuere Verfahren erlauben diese Feinung durch Barium,
Strontium oder Calcium. Das erstere Verfahren ist mit einer beim Vergießen dieser Legierungen mitunter sehr
störenden Oxydation verbunden, beim zweiten Verfahren wird sie unterbunden durch Beryllium-Zusätze,
wie sie bei der Leichtmetallschmelzung zuerst beim
ίο Vergießen der Magnesiumlegierungen angewendet
wurden. Bei beiden Verfahrensweisen ist typisch, daß die zur Feinung zugesetzten Elemente keine nachträgliche
Schmelzbehandlung gestatten, sofern sie eine Reaktion mit diesen oder deren Minderung verursachen
würde. Es besteht in der Fachwelt die Meinung, daß mit dem Verlust an Natrium, Barium, Strontium
oder Calcium eine unerwünschte Gefügevcrgröberung konform verläuft und Behandlungen auszuschließen
sind, die einen solchen Verlust verursachen. Ein wesentlicher Nachteil bei der Schmelzung dieser Legierungen
besteht somit darin, daß unter keinen Umständen eine sehr aktive entgasende Schmelzbehandlung mit Halogenen
oder ähnlich wirkenden Medien oder auch eine Vakuumbehandlung vorgenommer, werden können.
durch die das das Si feinende Element der Schmelze entzogen wird. Hierdurch ist die Wirksamkeit von nach
dem Stand der Technik angegebenen Mindestmengen zur Feinung des Siliziums in Mengen von 0.001%
unvertretbar, die bei Schmelzbehandlungen mit aktiver Entgasung auftreten.
über die Wirkungsweise dieser sogenannten Veredelungsverfahren
sind zahlreiche Arbeiten erschienen mit einander widersprechenden Deutungen über den
Zusammenhang der Legierungselemente,beispielsweise Natrium mit dem Wasserstoff der Schmelze. Bei abschließenden
Untersuchungen wurde dann angenommen, daß der in der AlSi-Legierung verbliebene Wasserstoff
in keinem Zusammenhang mit der Gefüuefeinung steht. In einer anderen Arbeit wird die Theorie
aufgestellt, daß ein Höchstmaß der Sättigung an Legierungselementen
nur bei stark an Wasserstoff ver armten Schmelzen möglich ist und intensiv entgaste
Schmelzen danach mit einem feindispersen Gefüge erstarren.
Ferner ist bekannt, dem entstehenden Magnesiumverlust bei der Chlorierung oder Vakuumbehandlung
von Aluminium-Kupfer-Silizium-Magnesium-Guß legierungen durch Ubergattierung des Magnesium;
Rechnung zu tragen.
ils wurde nun gefunden, daß eine sehr intensive Ent
gasung zu erzielen ist. wenn durch Einbringen vor Halogenen oder deren Verbindungen in die Schmelzi
vorher zugattierte bzw. übergattierte Bestandteile de Erdalkalimetalle oder der Lanthaniden während de
Entgasung vermindert oder entfernt werden, wodurcl eine Gefügefeinung und/oder Verbesserung der me
chanischen Eigenschaften erhalten werden kann, di< derjenigen nach A. P a c ζ vergleichbar ist. Diese
intensive Effekt der Entgasung ist gebunden an die ge nannte Verarmung der vorbezeichneten Legierungs
bestandteile und kann kurzzeitig nicht in gleiche Weise ohne die gänzliche oder teilweise gleichzeitig
Umsetzung oder Entfernung der zugegebenen EIe mente, beispielsweise durch das Einleiten von Haloge
nen oder Einbringen von Halogenverbindungen, ei reicht werden. Analog hierzu muß eine Vakuumbe
handlung angewendet werden, bei der entsprechenden Siedekurven zu verfahren ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722221295 DE2221295B2 (de) | 1972-04-29 | 1972-04-29 | Verfahren zur Verfeinung des Siliziums, Magnesiumsilizids und/oder Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in bzw. von AlSi- bzw. AlSiMg-Legierungen und AlMgSi-Legierungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722221295 DE2221295B2 (de) | 1972-04-29 | 1972-04-29 | Verfahren zur Verfeinung des Siliziums, Magnesiumsilizids und/oder Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in bzw. von AlSi- bzw. AlSiMg-Legierungen und AlMgSi-Legierungen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2221295A1 DE2221295A1 (de) | 1973-11-15 |
DE2221295B2 true DE2221295B2 (de) | 1974-03-28 |
Family
ID=5843749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19722221295 Pending DE2221295B2 (de) | 1972-04-29 | 1972-04-29 | Verfahren zur Verfeinung des Siliziums, Magnesiumsilizids und/oder Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in bzw. von AlSi- bzw. AlSiMg-Legierungen und AlMgSi-Legierungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2221295B2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NO174165C (no) * | 1992-01-08 | 1994-03-23 | Elkem Aluminium | Fremgangsmåte ved kornforfining av aluminium samt kornforfiningslegering for utförelse av fremgangsmåten |
CN104498757A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-04-08 | 贵州安吉航空精密铸造有限责任公司 | Zl116铝合金砂型铸造锑变质处理方法 |
-
1972
- 1972-04-29 DE DE19722221295 patent/DE2221295B2/de active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2221295A1 (de) | 1973-11-15 |
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