DE2333198A1

DE2333198A1 - Verbesserungen bei aluminiumlegierungen (sprueh-guss)

Info

Publication number: DE2333198A1
Application number: DE19732333198
Authority: DE
Inventors: Keith Graham Latimer; David Munson; Peter John Read; Terence David Reynolds
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1972-06-30
Filing date: 1973-06-29
Publication date: 1974-01-31
Also published as: GB1431895A; CA986720A; FR2190553A1; US3899820A; FR2190553B1; IT989488B; SE397543B

Description

4 098 n/wa

Alcan Research and Development Limited, Montreal

Kanada

Verbesserungen bei Aluminiumlegierungen (Sprüh-Ctass)

Die Erfindung bezieht sioh auf die Herstellung von AIuminiumlegierungsgegenständen hoher Heisefestigkeit, Zn dem erfindungsgemässen Verfahren werden diese Gegenstände durch Anwendung ein·« Spriih-uussverfaltrens hergestellt«

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ORIGINAL INSPECTSD

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welches unter Bildung einer Abscheidung von Aluminiumlegierungströpfchen durchgeführt wird, worin der Legierungsbestandteil, welcher ein oder mehrere Metalle sein können, entweder in übersättigter fester Lösung oder in Form eines Niederschlags von aussergewöhnlich feinen Teilchen gehalten wird. Die Masse der durch den Sprüh-Gussvorgang erzeugten verfestigten Tröpfchen wird sodann unter Erzeugung eines Gegenstandes verdichtet, der hohe mechanische Festigkeit undeine Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Temperaturerweichung aufweisen kann.

Der Sprüh-Gussvorgang hat die Atomisierung und nachfolgende Kühlung eines Stroms der geschmolzenen Legierung durch Stickstoff- oder andere geeignete Gasströme hoher Geschwindigkeit zur Folge. Gemäss der Erfindung werden die atomisierten Metalltröpfchen auf ein bewegtes Substrat getragen, wo sie Infolge der anfänglichen Gaskühlung und der Sekundärkühlung durch das Substrat abgeflacht werden und sich nahezu äugenglioklich verfestigen. Die Bedingungen, um eine übersättigte Abscheidung oder eine Abscheidung zu erhalten, die eine Dispersion feiner (<1/Um) Teilchen enthält, sind:

1. Die Legierung solfce oberhalb ihrer Liquidustemperatur sprüh- bzw. äerstüubungsgegossen werden.

2· Die anfängliche Schmelztemperatur sollte ausreichend gering und die Gasgeschwindigkeit und Fliessgeschwindigkeit derart sein, dass das Gas genügend Hitze abführt, um die Temperatur der Metalltröpfohen unterhalb die Temperatur zu verringern, bei der normalerweise die Verfestigung beginnen :*rürde«

ORIGINAL INSPECTED

3. Das Substrat sollte genügend kalt und in der Lage sein, eine ausreichende Wärmemenge zu adsorbieren« um erheblich zur Kühlung der Abscheidung beizutragen.

Wenn diese Bedingungen erfüllt werden, verfestigt sich jedes Tröpfchen individuell bei Abscheidung und die noch zu beschreibenden Legierungszusätze werden weithin in der übersättigten festen Lösung erhalten, oder als sehr feine (<1 /um) Teilchen dispergiert. Die aus diesem Vorgang resultierende Abscheidung ist porös und weist eine geringe Festigkeit auf und erfordert eine Verfestigung durch Heissbearbeitung.

Die Aufgabe der Heissbearbeitung (die in Form von Heisswalzen, Heissextrusion, Heisspressen, Heisschmieden oder Explosionsverformung erfolgen kann) ist die folgendes

a) Die Porosität auszuschalten;

b) Die ursprünglichen Grenzen der abgeflachten Tröpfchen aufzubrechen, um diese zusammenzuschweissen;

c) Eine gewisse Abscheidung der sehr feinen Teilchen der geeigneten intermetallischen Phase (einschliess-Iich der metastabilen Phasen) hervorzurufen, deren Natur von der Legierungszusammensetzung abhängig ist.

Die Wirkung von sowohl (a) und (b) besteht in einer Verbesserung der Homogenität und somit einer Verbesserung der Duktilität und Festigkeit* Die Wirkung von (c) besteht

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in der Erzeugung einer Struktur bzw. eines Gefüges, das eine sehr.feine Dispersion von sehr kleinen intermetallischen Verbiridungsteilchen enthält. -Durch diese Struktur bzw. Gefüge,- wird die aussergewöhnliche Kombination der Eigenschaften, wie hohe mechanische Festigkeit, hohe Widerstandsf äh-igkeit gegenüber Temperatur-erweichung und hoher Elastizitätsmodul bestimmt.

Die Auswahl der Legierungselemente ist durch die Notwendi-gkeit der Erzielung von (a) den vorstehend erwähnten maximalen Eigenschaften und (b) die Leichtigkeit des Sprüh-Giessens und der Verfestigung bestimmt.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsgegenstandes, der eine hohe Heissfestigkeit aufweist zur Verfügung gestellt, das da-durch gekennzeichnet ist, dass man einen Jm wesentlichen homogenen Körper aus geschmolzenem Metall verwendet, der aus Aluminium und 0.05 bis 25 % Legierungsbestandteilen be- steht, wobei die Menge des Legierungsbestandteilesjäie Gleichgewichtsfestlöslichkeit (equilibrium solid solubility) übertrifft, der Maximalwert der Gleichgewichtsfestlöslichkeit 2 % darstellt, der Legierungsbestandteil eine niedrige Diffusionsgeschwindigkeit in Aluminium aufweist , dass man einen Strom von Tröpfchen des geschmolzenen Metalls in einem Gasstrom, vorzugsweise Stickstoff oder Argon, oder in einigen Fällen Luft, einstellt, wobei die Tröpfchen einen durchschnittlichen Durchmesser in dem Bereich von 50 /um bis 1 mm aufweisen, die Tröpfchen gegen ein Substrat richtet, die Tröpfchen des geschmolzenen Metalls um zumindest 50⁰C während des Flugs unterkühlt, so dass sie beim Auftreffen auf das Substrat

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sehr rasoh verfestigt werden, um dde Legierungsbestandteil in übersättigter fester Lösung oder in der Form von Teilchen einer Grosse, die 1 /Um nicht übersteigt, in dem Aluminium zu halten, und die Masse der Tröpfchen durch Heissbearbeitung bei einer Temperatur in dem Bereich von 200 bis 500⁰C verdichtet.

Es ist bevorzugt, die Projektion der Tröpfchen derart durchzuführen, dass die Tröpfchen um etwa 20O⁰C unterkühlt werden. Die Bezeichnung "unterkühlte Tröpfchen" bedeutet hier, dass die Metalltröpfchen, während sie in dem Flüssigkeitszustand verbleiben, auf eine Temperatur abgekühlt werden, die unter dem normalen Schmelzpunkt des Metalles liegt. Es wird geschätzt, dass unter diesen Bedingungen die Einzeltröpfcheh mit einer Geschwindigkeit von zumindest 10^ °C/Sek. und tatsächlich bis zu oder sogar« über KP °C/Sek. bei ihrem Übergang von dem Flüssigkeitszustand in den Festzustand bei Auftreffen auf das Substrat abgekühlt werden.

Die Tröpfchen werden gegen ein Substrat projeziert bzw. geschossen, welches eine bezüglich der Quelle der Tröpfchen bewegte Oberfläche darstellt, um auf dem Substrat einen Streifen bzw. ein Band zusammenhaftender verfestigter Tröpfchen auszubilden. Der Streifen, bzw. das Band wird sodann vorzugsweise von dem Substrat zwecks Verfestigung abgetrennt.

Der Legierungsbestandteil wird vorzugsweise durch eines oder mehrere der folgenden Elemente Ti, V, Cr, Mo, Fe, Co, Ni, Zr, Nb und Mo gebildet. Es ist bevorzugt, dass zumindest ein Element in annähernd der Menge vorliegen

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sollte, die zur Bildung eines Eutektikums mit Aluminium erforderlich ist.

Die Legierungszusätze werden derart gewählt, dass sie

(1) eine sehr geringe feste Löslichkeit in Aluminium und

(2) sehr geringe Diffusionsgeschwindigkeiten in Aluminium, bis zu zumindest 400°C aufweisen. Diese Erfordernisse stellen sicher, dass die Niederschläge, wenn sie gebildet werden, stabil und gegenüber Veränderungen bei erhöhten Temperaturen wi-derstandsfähig sind. Die Interesse beanspruchenden Legierungselemente sind hauptsächlich die Ubergangsmetalle Ti, V, Cr, Mn, Pe, Co, Ni, Zr, Nb und Mo. Der Gesamtzusatz von einem oder mehreren dieser Metalle beträgt vorzugsweise drei bis 15 %· Die Liquidustemperatur der resultierenden Legierung sollte nicht über etwa 150O⁰C hinausgehen, da sonst die Wärmemenge übermässig gross wird, deren Abführung durch das Gas zur Sicherstellung einer schnellen Verfestigung der Tröpfchen beim Aufprall auf das Substrat erforderlich ist.

Zusätzlich zu den vorstehend genannten Elementen liefert die Gegenwart anderer Legierungselemente, insbesondere von Silizium, in etwa 12 Gew.# bei Zusatz mit einem oder mehreren der anderen Elemente dadurch eine starke Legierung, dass eine erhöhte Zahl von silikonhaltlgen intermetallischen Verbindungsteilchen zur Verfügung gestellt wird. , obwohl Silizium selbst wegen seiner hohen Diffusiunsgeschwindigkeit ziemlich ungeeignet ist. Beispielsweise erhöht die Zugabe von 12 % Si zu einer Al-4# Fe-Legierung die Festigkeit durch Erhöhung der Zahl der intermetalli schen Teilchen.

Aluminiumlegierungen einer dem Eutektikum .nahen Zusammen-

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setzung, wie Legierungen, die 12 % Si oder 6 % Ni enthalten, sind für das SprUh-Giessen besonders bevorzugte Legierungen, da die Liquidustemperatur relativ niedrig liegt. Eine Legierung mit 5 bis 7 % Ni, vorzugsweise 5*5 bis 6,5· % Ni, mit Zusätzen von einem oder mehreren der vorstehend erwähnten Übergangselemente, ist besonders günstig. Daher wird die von den Tröpfchen durch das Gas zur Erzielung einer Unterkühlung erforderliche Wärmemenge auf einem Minimum gehalten. Darüber hinaus scheinen die Kontraktionsbeanspruchungen während der Verfestigung niedrig zu sein, da die Abscheidungen dieser Legierungen eine geringere Neigung zur Aufkräuselung von dem Substrat während es Sprüh-Giessens zeigen.

Es ist festgestellt worden, dass diese wünschenswerten Merkmale (niedrige Liquidustemperatur und flache Abscheidung) in ternären Legierungen oder solchen höherer Ordnung, die entweder 12 #Si oder 6 % Ni enthalten, weithin beibehalten werden, selbst wenn die anderen Elemente, wenn sie in binären Legierungen vorliegen, Schwierigkeiten durch Erzeugung von ausgeprägter Aufkräuselung der Abscheidung hervorrufen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Gegenstände aus Aluminiumlegierung hoher Festigkeit durch sogenanntes "splat"-Giessen (splat-casting) zu erzeugen, bei welchem Verfahren die Metalltröpfchen einer raschen Abkühlung durch das Aufschiessen auf ein abgekühltes Substrat unterworfen werden. Die Metallteilchen werden keinem massgeblichen UnterkUhlungsgrad während des Fluges unterworfen, was zur Folge hat, dass nahezu die Gesamtheit des ursprünglichen Wärmegehaltes der Tröpfchen durch das Substrat absorbiert wird. Daher ist lediglich die Bildung einer

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dünnen Tropfehenabscheidung möglich, die einen gewünschten feinen Niederschlag unlöslicher Legierungsbestandteile aufweist. Jeglicher Versuch zur Bildung einer dickeren Metallschicht durch das "splat"-Giesseh führt zu einem re-1 ativ groben'Niederschlag. Als Ergebniss kann das "splat"-Giessen lediglich zur Bildung einer Schicht von Teilchen angewandt werden, welche kontinuierlich von dem Substrat entfernt werden und welche nachfolgend durch die Pulvermetallurgie zu Gegenständen verformt werden.

Im Gegensatz hierzu erlaubt das erfindungsgemässe Verfahren die Ausbildung einer relativ dicken Abscheidung, beispielsweise bis zu einer Dicke von 2 cm, aus Tröpfchen, die einen hohen Gehalt an Legierungsbestandteilen in übersättigter Lösung oder in Form eines ashr feinen Niederschlags aufweisen. Es kann jedoch, nur durch genaue Einstellung der Beziehung zwischen der Gaszufuhr und der Zufuhr des geschmolzenen Metalls zu der Sprühdüse erreicht werden, um sicherzustellen, dass die Metalltröpfchen auf dem Substrat in einem geeigneten unterkühlten (jedoch noch flüssigen) Zustand auftreffen. Wenn die Metalltröpfchentemperatur beim Auftreffen auf das Substrat zu hoch ist, werden sich die Tröpfchen beim Aufprall nicht augenblicklich verfestigen und die Verfestigung wird verzögert. Dies wird durch eine relativ grobe Struktur in der Abscheidung nachgewiesen.

Wenn andererseits die Tröpfchen einer zu starken Kühlung durch das Gas unterworfen werden, wird eine zu grosse Zahl von im allgemeinen kugelförmigen verfestigten Tröpfchen in der Abscheidung vorliegen, die eine Verfestigung

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,vor dem Aufprall auf dem Substrat anzeigen. Derartige Tröpfchen weisen eine grobe Struktur auf, da sie keiner sehr raschen Abkühlung beim Übergang von dem flüssigen zu dem festen Zustand unterworfen worden sind. Im Gegensatz hierzu erscheinen die unter richtigen Bedingungen abgeschiedenen Tröpfchen infolge ihres Aufpralls auf dem Substrat als abgeflacht und sind von groben Sekundärphäsenteilchen relativ frei und können tatsächlich eine besonders merknalslose Struktur aufweisen.

Somit gestattet die visuelle Untersuchung der Abscheidung unter einem Mikroskop geeigneter Auflösung eine Bestimmung der Richtigkeit der Sprühbedingungen.

In einer zur Versprühung von verschiedenen geschmolzenen Aluminiumlegierungen unter den bereits vorstehend erläuterten Bedingungen bestimmten VersuchfSfolge wurde eine Reihe von binären und ternären Legierungen auf ein Substrat gesprüht, welches entweder luftgekühlt (A. C.) oder wassergekühlt (W. C. ) war. Der durch das Sprühgiessverfahren gebildete lose, verfestigte Streifen wurde sodann durch Warmwalzen bei einer Temperatur in dem Bereich von 250 bis 45O°C verfestigt bzw. verdichtet. Der verfestigte Streifen wurde . sodann weiter durch Kaltwalzen reduziert. Die mechanischen physikalischen Eigenschaften des Streifens in dem verfestigten Zustand und in dem kaltgewalzten Zustand wurden sodann gemessen. Diese Werte sind zusammen mit der Temperatur der Schmelze vor dem Sprühguss und den Warmverfestigungs- und Kaltwalzbedingungen in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst.

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Tabelle 1

	Legierung	6.0 % Ni	Sprüti-Guss	Scnmelz- tempera« tur ⁰C	Fabrikation	Qriginal- dicke mm	m	Total- reduk-· tion %	^:	Nr. der Durch gänge {passes)	Kaltwalzen	i
•	•		■ >		¹ Walzverfestigung	10.25		83	7	dicke mm	Total reduktion
	Zusammen setzung	12.0 % Ni	W.C. · A.C,	750	Bandtem- pe'ratur	9.9 " ·	dicke mm	79	6	0.47	73
		5.4 % Co	•		250	10.5	1.73	80	5	0.59	72
CA O «Ο OEk	■ ·'·	W;C.	800	300	10.5	2.06	80	6	0.55	74
α> cn				350	8.0	• 2.13	79		0.55	74
«χ» M	A.C.	920- 1000	400	7.6	2.12	78	6	0.47	72 :
O		1000	2Q0	10.1	1.68	82	8	0.44	74
	A.C.	350	7.85	1.67	78	0.44	76
	A.C.	400	7.30	1.84	76	0.45 ·	74
		400	8.00	1.75	77	0.45	75
	450	■8.25	1.77	78	0.46
	400	1.82*		0.46
^50	1.81

- 10a-

GJ O CD coco cn

	U.T.S. MN/m²	Dehn.	Zugeigenschaften	■U.T.S. MN/m²	Dehn. %
	447	11 1/2		361	7 1/2
walzverfestigter Zustand	410	16 1/2·	Kaltwalzzustand	444	10 1/2
0.2 % P. S. MN/m²	404	15 1/2	0.2 % P.S. MN/m²	421	8 1/2.
4or	385	14 1/2	340	423	9
364	441 '	12	408	444	7 1/2
352 ■·	419	12 1/2	381	46ο	7 1/2
.-	342	16 1/2	378	400	6 1/2
377	461	10 1/2	4θΟ	517	7
367	373	12 1/2	417	445	7 1/2
292	451	9	343	438	11 1/2
388	419	12	440	414	13 1/2
308	361
413	4θ4
391	*371

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CjJ GJ CJ

Tabelle 1

	co σ	Legierung	Sprüh-Guss	Schmelz tempera tur ⁰C	Fabrikation	Original dicke , mm	dicke mm	Total- reduk- •tion %	Kaltwalzen	Nr. der Durch gänge (passes)	' End dicke . ram	Total reduktion *	-
	9885/			940	Walzverfestigung	7.07	1.55 .	78	7	0.40	74	1x> **> 58 00 CO
	κ>	Zusammen setzung	W.O. Qd er A.C.	975 ■	Bandtem peratur,	7.35	L'36	81	7	O.36	73
[	σ> ο	5.2 % Mn	W.C.	920- 980	400	7.4	1.66	78	9	O.45	73
	5.3 % Mn	A.C.	-	45O	7.4	1.66	78	6	0.44	73
	6.0 % Ni 3.5 #Fe	W.C.	750	400	12.2	2.06	83	8	O.58	72
	6.Ö f, Ni 5.2 % Pe	A.C.	870- 900	450	II.90	2.11	82	7	O.56	73
6.3# Ni 12.0$ Si	A.C.	350	13.25	2.72	79	7	1.01	63
4.2 Jt Pe 13.8 % Si	A.C.	400	IO.63	2.29	78 .	-
	350	10.55	2.12 *	80	-
350	IQ.1	2.I8	78	0.93
400
350

- IJLa-

	. walzverfestigter Zustand	U.T.S. MN/m²	Dehn.	4	Kaltwalzzustand	U.T.S. MN/m²	Dehn. (El.)	7
Zugeigenschaften	0,2 g P. S. MN/m²	358	13	5	0.2 % P.S. MN/m²	420	4 1/2
332.	339	12 1/2·	T	394	404	5
305 ■	360	13		378	428	5
333 '	325	16 1/2	407	382	6
295	558	4	348	580	5 1/2
518	508	7 1/2	549	552	9
445	-	-	505	■417	4.1/2
-	549	352	-	- ,
422	491	-	-	-
396	479 ■	„-	520
387	428

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Tabelle

ca ο u>

Legierung	Sprüh-Guss	Schmelz tempera tur ⁰C	Fabrikation	Original dicke mm	End dicke mm	Total reduk tion %	Kaltwalzen	Nr. der Durch gänge (passes)	dicke mm	Total reduktion %
		950	Walzverfestigung	10.25 •	2.82	73	6	0.77	73
Zusammen setzung	W.C. otfer A.C.	980	J3andtem- peratur	6.63	• 1.75	74	8	0.44	74
5.9? »i 2.0* Fe- 0.8 JiCo	W. C.	980	400	7.00	I.65	76	8	0.40	76.
b.4J6 Ni X.95^ Fe 2.0Si Mn	A.C. i	900	400	9.98	2.30	77	7	O.56	75
b.4$ Ni 1.9* Fe 2.0% Mn	A.C.	900	450	10.25	2,50	76	0.61	76
6.2# Mi 2.2# Cr	W.C.	350
6.2.g Ni 2-.2Ji Cr	W. C.	400

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Ca) GJ

Zugeigenschaften	walzverfestigter Zustand	U.T.S. MN/m²	Dehn.	Kaltwalzzustand	U.T.S. MN/ra²	Dehn.
0.2 % P. S. MN/m²	528	4 •	0.2 % P.S. MN/m²	558	8
498	518	7	490	532	• ⁸
466 .·	448	101/2	458	518	9
354	536	101/2	456	537	7
455	474	12	498	550	7 1/2
4θ4	472

Ca) GJ

Es können allgemeine Feststellungen bezüglich der Wirkung des Sprühgiessens und der Pertigungsbedingungen auf die Zugeigettschaften aus Tabelle 1. -getroffen werden:

a) Innerhalb des Temperaturbereiches für adequate Walzverfestigung erhöhte sich die Festigkeit mit dem Abfall der Walzverfestigungstemperatur. Dies

- war wahrscheinlich auf eine Kombination von Verarbeitungs-Härtung (work-hardening) und ein Minimum der Vergröberung des Niederschlags zurückzuführen.

b) Mit einem Anstieg der Walzverfestigungstemperatur trat eine Erhöhung der Bruchdehnung bzw. Längsstrekkung auf.

c) Das Kaltwalzen des walzverfestigten Materials führte zu einer Neigung zur Erhöhung seiner Festigkeit und zur Abnahme der Dehnung, wobei das Ausmass von Legierung zu Legierung wechselte. Im Fall von 5·^ % Co trat eine leichte offensichtliche Erweichung des Materials beim Kaltwalzen axt.

Obwohl gezeigt worden ist, dass ternäre Legierungen hauptsächlich gegenüber .binären Legierungen bevorzugt sind, kann es sein, dass kleine Zusätze vieler Elemente gegenüber grösseren Zusätzen einiger weniger Elemente bevorzugt sein würden, da auf diese Weise ein grösserer Gesamtbruchteil der Legierungselemente hinzugegeben werden kann, bevor die Liquidustemperatur für ein erfolgreiches Sprühgiessen zu hoch wird.

Ein wichtiger Punkt der die Sprüh-Gusslegierungen der Erfindung betrifft besteht darin, dass sie auf Basis von relativ unreinem Aluminiummetall aufgebracht werden .können.

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Jegliche sogenannte Verunreinigungen werden in die feste Lösung während des Sprüh-Giessens hineingenommen werden und zu der allgemeinen Festigkeit des verarbeiteten Materials beitragen. Dies wird durch die guten Eigenschaften der sprühgegossenen Legierungen, die Eisen und Silizium enthalten veranschaulicht, welche die beiden in Aluminium geringer Reinheit am häufigsten vorliegenden Elemente darstellen.

In einer weiteren Versuchsfolge wurde die Wirkung der Temperatur auf die Härte des Sprüh-Gusses und der verfestigten Legierungsgegenstände gemäss der Erfindung gemessen und mit der Wirkung der Temperatur auf eine D19S-Legierung (entspricht B. S. 14-72:HF16) verglichen, die die folgende Zusammensetzung besitzt: 2.5 % Cu, 1.55 % Mg, 1.1 % Fe, 1.2 % Ni und 0.06 % Ti, wobei der Rückstand Aluminium handelsüblicher Reinheit dar&ellt. Die D19S-Legierung weist die beste Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturerweichung unter Jeglichen, üblicherweise angewandten handelsüblichen Knet- bzw. Reckaluminiumlegierungen auf. In den beigefügten Fig. 1 und 2 sind die Härte und die Enddehnungsspannung der Versuchsstücke bei Raumtemperatur, nachdem diese während einer Woche -auf der angegebenen Temperatur gehalten worden waren, aufgezeichnet. Die Versuchsstücke wurden durch das vor> stehend erläuterte Sprüh-Gussverfahren erzeugt und werden mit der D19S-Legierung im voll ausgehärteten (Τβ) Zustand in Vergleich gesetzt. Sie werden auch mit einer sprüh-gegossenen, walzverfestigten Al-12#3i-Legierung (welche nicht in den Rahmen der Erfindung fällt) verglichen. Es wird ersichtlich, dass die binären und ternären sprüh-gegossenen, walzverfestigten Legierungen auf Grundlage der Übergangselemente gegenüber einer Er-

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weichung bei Aussetzung von Temperaturen in dem Bereich von 200 bis 40O⁰C während einer Woche wesentlich widerstandsfähiger als die bekannte Dl9S-Legierung sind.

Die in Tabelle 1 und den Fig. 1 und 2 dargestellten Eigenschaften stellen nicht notwendigerweise das Äusserste dar, das selbst für Legierungen mit der gleichen Zusammensetzung erreicht werden könnte.

In der folgenden Tabelle 2 sind die für den Elastizitätsmodul und die Dichte nach der Walzverfestigung für gewisse,

in den Fig. 1 und 2 gezeigten Legierungen erhaltenen Werte im Vergleich zu denen der D19S-Legierung angegeben.

Tabelle 2

Legierungszusammen setzung %	Elastizitätsmo dul GN/m2	Dichte Mg/m?
6 Ni	79	2.84
5 Co	78	2.86
5 Mn	87	2.80
4 Fe	79	2.78
12 Ni	87	3.02

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Portsetzung Tabelle 2

6 Ni 4 Fe	87	2.92
4 Pe 12 Si	79	2.78
Auf herkömmliche Weise erzeugte D19s-Legierung	79	2.78

Eine Vorrichtungsform zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in Fig. 3 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt.

Die zu 3prüh-vergiessende, geschmolzene Legierung wird kontinuierlich in einen Schmelztiegel 1, der ein Zulieferungsrohr 2 aufweist, eingeführt. Das Zulieferungsrohr 2 weist eine Bohrung von 3 mm auf und ist durch eine Reihe von 12 Gasdüsen J>, von denen Jede einen Durchmesser von 2 mm aufweist, umgeben. Den Düsen 3 wird durch ein Versorgungsrohr 4 Stickstoff mit einem Druck von etwa 5.6 Atmosphären (80 psi) zugeführt.

Das Substrat in Form eines Stahlstreifens wurde in einer Entfernung von 350 mm (etwa 14 inch) von dem Zulieferungsrohr 2 angeordnet und mit einer derartigen Geschwindigkeit, dass sich eine Abscheidung von etwa 20 mm Dicke bildete, vorwärtsbewegt. Unter diesen Bedingungen betrug die Teilchengrösse des Metalls (im Flug als kugelförmiges Tröpfchen angesehen) etwa I80.Mikron und es wird angenommen, dass es von einer Ausgangsteraperatur von 850⁰C um

309 8-8 5/12^0

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zwischen 300 und jj6o C vor dem Auf treffen auf das Substrat abgekühlt worden ist , so dass eine Unterkühlung um 110 bis 170 C resultierte. Die Abkühlung der geschmolzenen Tröpfchen durch das Stickstoffgas wird hauptsächlich in der unmittelbaren Nachbarschaft der Zulieferungsrohrdüse 2 bewirkt, wo das Gas am kühlsten und der Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Gas und dem geschmolzenen Metall am höchsten ist. Bei einer vorgegebenen Vorrichtung kann die Teilchengrösse der Metalltröpfchen und das Ausmass der Unterkühlung durch eine Erhöhung oder eine Abnahme des Gaszuführungsdrucks -variiert werden. Wie bereits angegeben, kann die Richtigkeit der Unterkühlungsbedingungen der Tröpfchen durch eine visuelle Kontrolle der Abscheidung beurteilt werden, wobei zur Verbesserung der Abscheidung geeignete Korrekturen im erforderlichen Mass durchgeführt werden können.

Um die Bedeutung der Einstellung des gewünschten Unterkühlungsausmasses während des Fluges zu veranschaulichen, wurde die Legierung Al-Ni-6#-Fe-4# unter zwei verschiedenen Bedingungen- versprüht: (a) unter den gleichen Bedingungen wie in den vorstehend angeführten Beispielen un-

■3
ter Verwendung von 1.1. nr Stickstoff pro kg versprühtes

Metall (18 Fuss^/lb) und (b) 0.5 bis 0.6 nr⁵ Stickstoff pro kg versprühtes Metall (8 bis 10 FussVlb). Im letzteren Fall wurde anhand einer Überprüfung der Struktur der Abscheidung festgestellt, dass die Tröpfchen einer zu geringen (sofern überhaupt) Unterkühlung vor dem Auftreffen auf das Substrat ausgesetzt waren, da die Abscheidung nicht das Bild einer Schicht aus verfestigten abgeflachten Tröpfchen zeigte. Infolge dieses Mangels an Unterkühlung wies der Niederschlag einen groben Charakter auf und die Festigkeit der Abscheidung nach der Heissverfestigung und

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Λ*

Kaltwalzung war, wie aus der folgenden Tabelle 3 hervorgeht, relativ schlecht.

Tabelle 3

Struktur	Annäherndes Gas/Metall verhältnis . . m-ykg (Kubikfuss/lb)	Zugeigenschaften des gewalzten Blechs	U.T.S. MN/m2	Dehnung %
gut	1.1 (18)	0.2 % Prüfbe anspruchung MN/m²	583
schlecht	0.5-0.6(8-10)	550	415	2
350

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsgegenstandes, der eine hohe Heissfestigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass man einen im wesentlichen homogenen Körper aus geschmolzenem. Metall verwendet, der aus Aluminium und 0.05 bis 25 # Legierungsbestandteilen besteht, wobei die Menge des Legierungsbestandteiles die Glelchgewichtsfestlöslichkeit (equilibrium solid solubility) übertrifft, der Maximalwert der Gleichgewichtsfestlöslichkeit 2 % darstellt, der Legierungsbestandteil· .. eine niedrige Diffusionsgeschwindigkeit in Aluminium aufweist., dass man einen Strom von Tröpfchen des geschmolzenen Metalls in einem Gasstrom, vorzugsx weise Stickstoff oder Argon, oder in einigen Fällen Luft, einstellt, wobei die Tröpfchen einen durchschnittlichen Durchmesser in dem Bereich von 50 /um bis 1 mm aufweisen, die Tröpfchen gegen ein Substrat richtet, die Tröpfchen des geschmolzenen Metalls um zumindest 50°C während des Flug* unterkühlt, so dass sie beim Auftreffen auf das Substrat sehr rasch verfestigt werden, um die Legierungsbestandteil in übersättigter fester Lösung oder in der Form von Teilchen einer Grosse, die 1 /um nicht übersteigt in dem Aluminium zu halten, und die Masse der.Tröpfchen durch Heissbearbeitung bei einer Temperatur in dem Bereich von 200 bis 500⁰C verdichtet.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchen um 110 bis
170⁰C unterkühlt werden.

3· Verfahren nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine Gesamtmenge von 3 bis 15 % der Übergangsmetalle Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Nb und Mo enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung bis zu 12 % Si enthält.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Legierung zur Erleichterung des SprUhgjessens eine nahezu
eutektische Zusammensetzung aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung etwa 6 % Ni oder 12 % Si enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine ternäre Legierung darstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die ternäre Legierung 5 bis 7 ^ Ni enthält.

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