DE2263268B2 - Verfahren zur herstellung von aluminium-blei-legierungen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von aluminium-blei-legierungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Blei-Legierung mit Anteilen
von etwa 3 bis 26% Blei, insbesondere für die Verwendung als Lagerwerkstoff.
Lagerwerkstoffe auf der Basis von Aluminium mit hohen Anteilen von Zinn haben sich in der Praxis
bewährt. Analog zur Entwicklungsrichtung bei anderen Lagerlegierungen, das Zinn möglichst durch das
preislich günstigere Blei zu ersetzen, ist man auch bereits bestrebt gewesen, Aluminium-Blei-Legierungen
mit Anteilen von etwa 3 bis 26% Blei als Lagerwerkstoff zu benutzen (DT-OS 19 13 168). Solche Lagerwerkstoffe
stellen aber tatsächlich keine echte Legierungen dar. Vielmehr ist das Blei in Form von Ausscheidungen in der
Aluminiummatrix angeordnet. Wenn eine möglichst feine, gleichmäßig verteilte Anordnung der Bleiausscheidungen
in der Aluminiummatrix erreicht werden könnte, ist zu erwarten, daß solche Werkstoffe
hervorragende Gleiteigenschaften aufweisen. Außerdem sind solche Werkstoffe aufgrund ihres erheblich
geringeren Preises wesentlich wirtschaftlicher als die bisher zu diesem Zweck eingesetzten Aluminium-Zinn-Legierungen.
Es ist jedoch bisher kein geeignetes Verfahren bekannt, wirklich als Lagerstofl brauchbarer
Aluminium-Blei-Legierungen im technischen Maßstab herzustellen.
Es ist zwar bereits dazu vorgeschlagen worden, Aluminium und Blei getrennt voneinander zu schmelzen,
und beide Schmelzen in freiem Fall zusammenzugießen und auf eine gekühlte Fläche fallenzulassen
(DT-OS 15 33 254). Hierdurch lassen sich aber, wie die Praxis zeigt, nur relativ grobe Verteilungen des Bleis in
der Aluminiummatrix erreichen. Durch die bekannte Mischungslücke in flüssigem Zustand zwischen Alut dnium
und Blei, müßten die nach diesem bekannten Verfahren zusammengeführten, getrennten Schmelzen
sehr weit über ihren Schmelzpunkt hinaus erhitzt werden, damit sie sich beim Zusammenführen überhaupt
vermischen.
Dies erhöht aber die technischen Schwierigkeiten, insbesondere im Hinblick auf die bei Temperaturen
oberhalb des Schmelzpunktes stark hervortretenden hohen Affinität des Aluminiums zu den verschiedensten
anderen Elementen, insbesondere Sauerstoff. Hierdurch war es bisher nicht möglich, dieses Verfahren in der
Praxis in technischem Maßstab durchzuführen.
Es ist auch ein Vorschlag bekannt geworden, wonach eine Aluminium-Biei-Schmelze zunächst intensiv gemischt
und dann kontrolliert abgekühlt, und während des Abkühlens, insbesondere beim Durchlaufen der
Mischungslücke äußerer Kraftwirkung, beispielsweise Schwerkraft- oder Zentrifugenwirkung unterworfen
wird (US-PS 34 10 331). Diese Arbeitsweise ist außerordentlich schwierig und führt vor allem nicht zu einer
gleichmäßigen Verteilung, sondern zu einer Steigerung, die sich durch die äußere Krafteinwirkung während des
kontrollierten Abkühlens nur steuern, aber nicht beheben I3ßt.
Es ist auch bereits zur Herstellung von Aluminium-Blei-Legierungen
vorgeschlagen worden, die Schmelzen von Aluminium und Blei getrennt in einer Stickstoffatmosphäre auf ein Stahlblech aufzusprühen
(FR-PS 2095 384). Das Versprühen erfolgt durch Verdüsen mit Stickstoff. Die Schmelzen werden durch
den Gasstrom in feinste Tröpfchen zerteilt und so rasch abgekühlt, daß sie beim Auftreffen auf das Stahlblech
nahezu erstarrt sind. Es resultiert daher keine ausreichende Bindung mit der Unterlage und ein
poriges Gefüge. Tröpfchen der erforderlichen Feinheit (Durchmesser in der Größenordnung von μίτι) lassen
sich mit diesem Verfahren nicht aufschleudern. Sie sind bereits vor dem Auftreffen völlig, oder zumindest
weitgehend erstarrt. Daher ist auch die Einlagerung von μηι-feinen Bleiteilchen in eine Aluminiummatrix auf
diese Weise nicht realisierbar. Außerdem bedarf es einer hochreinen Schutzgasatmosphäre und eines
hochreinen Schutzgases als Treibmittel. Dies hebt aber den Preisvorteil des Bleis gegenüber Zinn wieder auf.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Blei-Legierungen
mit Anteilen von 3 bis 26% Blei, insbesondere für die Verwendung als Lagerwerkstoff,
zu schaffen, das sich ohne weiteres auch in technischem Maßstab durchführen läßt und zu gleichmäßiger, feiner
Verteilung der Bleiausscheidungen in der Aluminiummatrix führt. Dabei soll der durch das Blei gegebene
Preisvorteil gegenüber Zinn erhalten bleiben.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schmelze der Legierungsbestandteile auf
eine Temperatur oberhalb der Mischungslücke aufgeheizt und in an sich bekannter Weise durch Absaugen
und rotierendes Abschleudern in kleine Schmelzentröpfchen verteilt wird, die durch sehr rasches Erstarren
in Granulatform gebracht werden.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß für die Gewinnung einer Al'minium-Blei-Legierung aus der
Schmelze der Legierungsbestandteile unter Sicherstellung einer gleichmäßigen, feinen Verteilung des
ausgeschiedenen Bleis in der Aluminiummatrix es nicht
genügt, die Schwereseigerung auszuschließen. Alle bisher bekannten Versuche und Vorschläge für das
Gewinnen von Aluminium-Blei-Legierung durch Abkühlen
einer Legierungsschmelze find daran gescheitert,
daß nur die Verhinderung der Schwereseigerung in Betracht gezogen wurde. Vielmehr wurde im Rahmen
der Erfindung erkannt, daß bei der sehr hohen Diffusionsgeschwindigkeit von geschmolzenem Aluminium
und Blei innerhalb der Mischungslücke ein sehr schnelles Koagulieren des geschmolzenen Bleis in
geschmolzenem Aluminium in Art einer Ostwald-Reifung eintritt, die sich durch mechanische Einwirkung
bzw. Krafteinwiikung nicht beeinflussen läßt Erst durch
das gemäß der Erfindung vorzunehmende sehr rasche Erstarren ist es möglich, die Schmelze so schnell
einzufrieren, daß Seigerung und Koagulation noch nicht zur Ausbildung grober Bleiteilchen führen können.
Im Verfahren gemäß der Erfindung wird eine an sich für die Herstellung anderer Aluminium-Legierungen *>
bekannte Arbeitsweise zum Verteilen der Schmelze in kleine Schmelzetröpfchen und zum sehr raschen
Erstarren dieser Schmelzetröpfchen in Granulatform benutzt (vgl. DT-AS 12 85 098, DT-OS 19 23 658). Bei
der Anwendung dieser bekannten Arbeitsweise für die Herstellung von Aluminium-Blei-Legierungen kommt
gegenüber den bisher bekannten Anwendungsweisen die erhebliche Erschwernis hinzu, daß die gemeinsame
Schmelze der Legierungsbestandteile auf eine Temperatur oberhalb der Mischungslücke zu erhitzen ist. Es
hat sich aber überraschend herausgestellt, daß trotz der in der Schmelze einzustellenden, sehr hohen Temperaturen
keine nennenswerte Oxydation an den erzeugten Granulatteilchen auftritt, und auch beim Abschleudern
der Schmelzetröpfchen mit so stark erhöhter Temperatür selbst in normale. Wasserdampf enthaltende,
atmosphärische Luft keine Wasserstoffversprödung auftrat, wenn sie an der Oberfläche der Schmelze selbst
verhindert wurde. Völlig überraschend wurde jetzt festgestellt, daß auch in den Schmelzetröpfchen, selbst
wenn sie einen Durchmesser von weit über einem Millimeter aufweisen, keinerlei Schwereseigerung von
Blei im erstarrten Granulat zu finden waren.
Zudem ermöglicht das beschriebene Verfahren ein zügiges und kontinuierliches Arbeiten. Das kontinuierlieh
anfallende Granulat kann direkt zu Blechen oder stranggepreßtem Halbzeug weiterverarbeitet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Schmelzetröpfchen in freiem Flug zu sehr raschem
Erstarren in Form von länglich-rundem Granulat gebracht. Das auf diese Weise an Luft erzeugte
länglich-runde Granulat weist eine metallisch glänzende Oberfläche auf und läßt sich hervorragend direkt zu
Blechen verwalzen oder zu Strangpreßbolzen verdichten und anschließend strangpressen. Durch das relativ
kleine Verhältnis der Teilchenoberfläche zum Teilchenvolumen und der überraschend geringen Oxydhaut ist
der Anteil an AI2O3 nicht störend. Würde man versuchen, durch Verdüsen wesentlich kleinere Schmelzetröpfchen
zu bilden, dann würde dies nicht zuletzt durch das wesentlich größere Verhältnis von Teilchenoberfläche
zu Teilchenvolumen zu einem erheblich größeren und störenden Anteilen AI2O3 führen.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die Schmelzetröpfchen zum Aufprallen auf
gekühlte Flächen gebracht, an denen sie sich zu dünnen, flockenartigen Granulatteilchen auseinanderziehen und
sehr rasch erstarren. Die auf diese Weise erzeugten, sehr rasch erstarrten Blättchen zeigen extrem feine und
gleichmäßig verteilte Bleiausscheidungen in der Aluminiummatrix. Die Oberflächenqualität ist auch beim
Arbeiten an feuchter Luft hervorragend. Das flockenartige Granulat kann direkt ohne Schwierigkeiten zu
Blech verwalzt oder verdichtet und stranggepreßt werden.
Nach dem Walzen oder Strangpressen kann bei jeder der beiden Ausführungsformen eine Wärmebehandlung
angeschlossen werden, um eine gewünschte Vergröberung der extrem feinen Bleiausscheidungen zwecks
Einstellung optimaler Gleiteigenschaften des Lagerwerkstoffes zu erreichen.
Im Rahmen der Erfindung ist es notwendig, die hoch erhitzte Schmelze zur Vermeidung von Bleiverlusten
durch Abdampfen und zur Verhinderung der Wasserstoffversprödung mit einem Schutzsalz abzudecken.
Dies ist im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich, da der zur Durchführung der an sich bekannten
Arbeitsweise bereits vorgeschlagene Saugheber (vgl. DT-AS 12 85 098 bzw. DT-OS J 9 23 658 und DT-OS
20 49 458) ein ausreichend langes Ansaugrohr tragen kann, das durch die aufschwimmende Schutzsalzschicht
hindurchführt und die Schmelze aus tieferen Bereichen absaugt.
Durch die Erfindung wird eine sehr gleichmäßige Verteilung extrem feiner Bleiausscheidungen in der
Aluminiummatrix erreicht, da hierzu die erforderliche hohe Abkühlungsgeschwindigkeit der hoch erhitzten
Aluminium-Blei-Schmelze gewährleistet ist, während sich bei den bekannten Verfahren, insbesondere auch
beim Gieß-Walz-Verfahren (DT-OS 15 33 254 und 19 13 168) allenfalls Abkühlungsgeschwindigkeiten der
Größenordnung 103 Grad/sec realisieren lassen und beim Verdüsen der Schmelze etwa 105 Grad/sec
erreichbar sind, werden im Verfahren gemäß der Erfindung Abkühlungsgeschwindigkeiten der Größenordnung
106 Grad/sec benutzt.
In der Zeichnung zeigt zur Erläuterung der Erfindung
F i g. 1 ein Temperatur-Mischungsdiagramm für Aluminium und Blei,
F i g. 2 eine schaubildliche Wiedergabe einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung,
F i g. 3 eine schaubildliche Wiedergabe einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung
in Seitenansicht und
F i g. 4 eine schaubildliche Wiedergabe der Ausführungsform des Verfahrens gemäß F i g. 3 in Draufsicht.
Wie F i g. 1 zeigt, liegt das Aluminium in festem Zustand bis zur Temperatur des aluminiumseitigen
Eutektikums, nämlich bis 658,5° vor. Oberhalb von 658,5° und 1,5% Bleigehalt liegen Aluminium und Blei in
zwei getrennten flüssigen Phasen vor, bis zu der in F i g. 1 gezeigten (am oberen Rand des Diagramms
unterbrochenen) Entmischungskurve. In Fig. 1 ist die Entmischungskurve aluminiumseitig oberhalb 1000°
und bleiseitig oberhalb 1100° gestrichelt dargestellt,
weil sie in diesen Bereichen noch nicht mit der erforderlichen Genauigkeit wissenschaftlich ermittelt
werden konnte. Oberhalb der Entmischungskurve ist die Legierung mischbar, stellt also eine echte Mischung von
Aluminium- und Blei-Atomen dar.
Durch die Erfindung soll der oberhalb der Entmischungskurve der F i g. 1 liegende Zustand der Legierungsschmelze
weitestgehend eingefroren werden. Je breiter dabei das zu durchlaufende Temperaturintervall
ist, in welchem Aluminium und Blei in getrennten flüssigen Phasen vorliegen, und je langsamer dieser
Temperaturintervall durchlaufen wird, umso größer, d. h. gröber werden aufgrund der Diffusionsvorgänge
naturgemäß die in die Aluminiummatrix eingeschlossenen Teilchen von ausgeschiedenem Blei.
Wie das Diagramm der F i g. 1 ferner zeigt, erhöht sich die Temperatur, bei der Aluminium und Blei
mischbar werden, auf dem aluminiumseitigen Ast der Entmischungskurve sehr stark mit zunehmendem
uleigehalt. Dies bedeutet, daß auch das beim Einfrieren des Mischungszustandes zu durchlaufende Temperaturintervall
mit zunehmendem Bleigehalt erheblich größer wird. Außerdem wird naturgemäß die Affinität des
Aluminiums zu anderen Elementen, insbesondere Sauerstoff, Wasserstoff u. dgl mit zunehmender Temperatur
erheblich stärker.
Fig.2 zeigt ein Schema für eine Ausführungsmöglichkeit
der Erfindung. In eine Aluminium-Blei-Schmelze 1, die sich in echtem Legierungs- bzw. Mischungszustand
befindet, ist von oben her ein Zentrifugalheber 2 eingetaucht, der durch einen Motor 3 in schnelle
Drehbewegung versetzt wird. Die Schmelze 1 ist, wie dargestellt, mit einer Schutzschicht 4 aus geschmolzenen
Salzen abgedeckt. Der Saugheber 2 greift mit seinem langen Schaft durch diese Schutzschicht 4 in die
Schmelze 1 und schleudert an seinem oberen Teil die angesaugte Schmelze in Form von Schmelzetröpfchen 5
ringsum symmetrisch zu seiner vertikalen Drehachse, etwas schräg nach oben, radial nach außen, wie dies
durch die in F i g. 2 gezeigten Bahnen angedeutet ist. Während ihres freien Fluges erkalten die Schmelzetröpfchen
5 sehr schnell und zwar mit einer mittleren Geschwindigkeit bis zu 105 Grad/sec. Die Schmelzetröpfchen
5 erstarren dabei zu länglich-runden Granulatteilchen, die, wie dargestellt, in ringsumlaufenden
Rinnen 6 aufgefangen und zur Weiterverarbeitung abgeführt werden.
Im Beispiel der Fig.3 und 4 wird vom gleichen Grundaufbau der Vorrichtung ausgegangen, jedoch mit dem Unterschied, daß anstatt der in Fig. 1 vorgesehenen Auffang- und Abtransportrinne 6 ringsum angeordnete Kühlflächen 7 vorgesehen sind. Die Schmelzetröpfchen 5 treffen schräg zur Flugrichtung auf diese Kühlflächen 7 und werden dadurch sehr schnell abgekühlt, wobei sie sich blättchenförmig oder flockenförmig entlang der Kühlflächen formen und dadurch ein flockenförmiges Granulat 8 ergeben, das wiederum aufgefangen und zur Weiterverarbeitung abtransportiert wird. Die auf diese Weise erzielbare Abkühlgeschwindigkeit ist noch höher als im Fall der Fig. 1, beispielsweise bis zu IO7 Grad/sec. Wie F i g. 4 durch die voll ausgezogene und die gestrichelte Darstellung zeigt, ist es möglich, die Kühlflächen 7 in ihrer Winkelstellung bezüglich der von dem Saugheber 2 ausgehenden Radien auf den für den jeweiligen Anwendungsfal! günstigsten Wert einzustellen. Dieser günstigste Wert läßt sich durch Versuche empirisch ermitteln.
Im Beispiel der Fig.3 und 4 wird vom gleichen Grundaufbau der Vorrichtung ausgegangen, jedoch mit dem Unterschied, daß anstatt der in Fig. 1 vorgesehenen Auffang- und Abtransportrinne 6 ringsum angeordnete Kühlflächen 7 vorgesehen sind. Die Schmelzetröpfchen 5 treffen schräg zur Flugrichtung auf diese Kühlflächen 7 und werden dadurch sehr schnell abgekühlt, wobei sie sich blättchenförmig oder flockenförmig entlang der Kühlflächen formen und dadurch ein flockenförmiges Granulat 8 ergeben, das wiederum aufgefangen und zur Weiterverarbeitung abtransportiert wird. Die auf diese Weise erzielbare Abkühlgeschwindigkeit ist noch höher als im Fall der Fig. 1, beispielsweise bis zu IO7 Grad/sec. Wie F i g. 4 durch die voll ausgezogene und die gestrichelte Darstellung zeigt, ist es möglich, die Kühlflächen 7 in ihrer Winkelstellung bezüglich der von dem Saugheber 2 ausgehenden Radien auf den für den jeweiligen Anwendungsfal! günstigsten Wert einzustellen. Dieser günstigste Wert läßt sich durch Versuche empirisch ermitteln.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zum Herstellen von A'.uminium-Blei-Legierungen
mit Anteilen von etwa 3 bis 26% Blei, insbesondere für die Verwendung als Lagerwerkstoff,
wobei die Schmelze der Legierungsbestandteile auf eine Temperatur oberhalb der Mischungslücke
erhitzt und aus der bei solcher Temperatur vorliegenden einzigen Schmelzenphase unter raschem
Abkühlen unter möglichst weitgehendem Einfrieren des Einphasenzustandes vergessen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die hoch erhitzte und zur Vermeidung von Bleiverlusten
durch Abdampfen und zur Verminderung von Wasserstoffversprödung mit einer Schutzschicht
abgedeckte Schmelze durch Absaugen unterhalb der Schutzschicht und an sich bekanntes rotierendes
Abschleudern in kleine Schmelzetröpfchen verteilt wird, deren rasches Erstarren im freien Flug
zumindest eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Schmelzetröpfchen während ihres
freien Fluges zum Erstarren gebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzetröpfchen auf dem freien
Flug schräg zur Flugrichtung zum Auftreffen auf gekühlte Flächen gebracht werden, an denen sie sich
unter Erstarren zu dünnen flockenartigen Granulatteilchen auseinanderziehen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat direkt zu
Blechen verwalzt oder verdichtet und zu Halbzeug stranggepreßt wird.
35
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DE19722263268 DE2263268B2 (de) | 1972-12-23 | 1972-12-23 | Verfahren zur herstellung von aluminium-blei-legierungen |
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DE2263268A1 DE2263268A1 (de) | 1974-07-04 |
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ID=5865372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19722263268 Ceased DE2263268B2 (de) | 1972-12-23 | 1972-12-23 | Verfahren zur herstellung von aluminium-blei-legierungen |
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GB (1) | GB1454909A (de) |
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- 1973-12-21 AT AT1078873A patent/AT328757B/de not_active IP Right Cessation
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AT328757B (de) | 1976-04-12 |
FR2211533A1 (de) | 1974-07-19 |
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BHV | Refusal |