DE2505612A1

DE2505612A1 - Verfahren zum herstellen einer kriechfesten aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE2505612A1
Application number: DE19752505612
Authority: DE
Inventors: Friedrich Pr Erdmann-Jesnitzer; Mehment Dr Ing Yueksel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1975-02-11
Filing date: 1975-02-11
Publication date: 1976-08-26

Description

Verfahren zum Herstellen einer kriechfesten Aluminiumlegierung I)ie Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer kriechfesten Aluminiumlegierung, die vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, für Zylinderköpfe von Brennkraftmaschinen Einsatz finden soll.
Das Verfahren soll sich zur Herstellung einer großen Zahl von Aluminiumlegierungen eignen, beispielsweise derjenigen Knet- und Gußlegierungen, die in DIN 1725 angeführt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Nitrid und/oder eine chemische Bindung zu Stickstoff enthaltende Aluminium-Vorlegierung über den schmelzflüssigen Zustand hergestellt und dann diese dem zu veredelnden, im schmelzflüssigen Zustand befindlichen Hauptbestandteil der Legierung zugegeben wird, und daß im Laufe des Verfahrens Zirkonium und/oder Titan zugegeben wird.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist also darin zu sehen, daß zunächst eine beispielsweise Nitrid enthaltende Aluminium-Vorlegierung hergestellt und dann diese dem Hauptbestandteil der Legierung zugegeben wird, worunter eine Aluminiumschmelze-oder eine Aluminium-Hauptlegierung zu verstehen ist. Dabei wird im Traufe des Verfahrens, also entweder bei der Herstellung der Vorlegierung oder dem Hauptbestandteil der Legierung, also der erwähnten Aluminiumschmelze oder Aluminiumlegierung, vor dem Zugeben der Vorlegierung oder aber der nach dem Zugeben der Vorlegierung zu dem Hauptbestandteil vorliegenden Legierung Zirkonium und/oder Titan als Legierungselement zugegeben. Dadurch entsteht Zirkonium- bzw. Titannitrid in feiner Dispersion bzw. in dispersionsähnlicher Verteilung, z.B. auch eine nicht stöchiometrische chemische Bindung, die nach Erstarrung kohärent im Aluminium-Mischkristallgitter und/oder an dessen Kornfrequenzen eingebaut ist. Hierdurch wird die Kriechneigung des Gefüges-auch bei hohen Temperaturen, wie sie beispielsweise in Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen auftreten, erheblich verringert.
Wie erfindungsgemäß angestellte Untersuchungen gezeigt haben, hat die alleinige Zugabe von Zirkonium (bzw. Titan) zu Aluminium oder Aluminiumlegierungen nicht die gewünschte Wirkung der Erhöhung der Kriechfestigkeit, sondern kann vielmehr auch zu einer Verringerung dieser Eigenschaft führen. Wichtig für die Kriechfestigkeitseigenschaften ist, wie erfindungsgemäß erkannt wurde, die Nitridbildungsmöglichkeit, d.h. Nitrid im allgemeinen Sinne des Wortes, wobei die erhöhte Kriechfestigkeit durch sich bildendes Zirkoniumnitrid bzw.
Titannitrid und/oder Bindungen dieser Art in relativ feiner Verteilung oder in homogener Verteilung sichergestellt wird.
Zur Aufstickung hat sich eine Stickstoffatmosphäre mit einem Uberdruck zwischen 10 und 100 atü als günstig erwiesen. Zirkonium und/ oder Titan wird man zweckmäßigerweise in solcher Menge zusetzen, daß die nach Zugabe der Vorlegierung zum Hauptbestandteil, also der Aluminiumschmelze bzw. der zu veredelnden Aluminiumlegierung, vorliegende Legierung 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozente an Zirkonium bzw. Ditan enthält.
Den Ausgang für die Vorlegierung kann eine Aluminiumlegierung mit zumindest ungefähr 5 bis 20 Gewichtsprozenten Zirkonium bzw. Titan bilden, die aufgestickt wird. Wie bereits dargelegt, kann jedoch die Vorlegierung von Zirkonium bzw. Titan frei sein, wenn diese Elemente in der zu veredelnden Hauptlegierung enthalten sind bzw der nach der Zugabe der Vorlegierung vorliegenden Legierung zugeführt werden.
Beispiel 1: In einer Druckkammer, die zuvor mit Stickstoff durchgespült wurde, wird eine Schmelze mit der Zusammensetzung der Hauptlegierung, hier Al Si 6 Cu 4, unter einem Stickstoffiruck von 20 atü bei 12000 C in zwei Stunden weitgehend zu Nitrid verwandelt. Diese aufgestickte Legierung wird einer Schmelze der Hauptlegierung bei 9000 C zugegeben und die entstandene Schmelze 1 1/2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Dann wird der Legierung Al Zr 5 zugeführt und die so 0 behandelte Legierung 1 Stunde auf 800 C gehalten. Diese Legierung wird dann abgekühlt und bei 7000 C in vorgewärmte Stahlkokillen vergossen.
Beispiel 2: In einer Druckkammer, die zuvor evakuiert und mit Stickstoff durchgespült wurde, wird eine Schmelze mit der Zusammensetzung von zumindest ungefähr 20 Gewichtsprozent Zirkonium, Rest Aluminium, unter einem Stickstoffdruck von 20 atü bei 14000 C 1/2 Stunde lang aufgestickt, so daß der Zirkonium-Anteil der Schmelze mit dem Stickstoff reagiert. Dadurch entsteht eine Zirkoniumnitrid und/oder Zirkonium-Stickstoff-Bindungen enthaltende Schmelze, wobei im Yalle der genannten Bindungen nicht zwingend eine stöchiometrische Zusammenfügung von Zirkonium und Stickstoff bzw. Zirkonium und Stickstoff und Aluminium vorliegt. Die beschriebene Vorlegierung wird in die im schmelzflüssigen Zustand befindliche Hauptlegierung, beispielsweise Al Si 6 Cu 4, bei ober- und unterhalb 9000 C liegenden Temperaturen eingebracht und die danach vorliegende Legierung bei 9000 C über 5 1/2 Stunden Dauer auf Temperatur gehalten. Nach anschließender Abkühlung auf 7000 C wird diese Legierung in vorgewärmte Stahlkokillen ve rgas sen.

Claims

aasPRiicHE

1. Verfahren zum Herstellen einer kriechfesten ffiuminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Nitrid und/oder eine chemische Bindung zu Stickstoff enthaltende Aluminium-Vorlegierung über den schmelzflüssigen Zustand hergestellt und dann diese dem zu veredelnden, im schmelzflüssigen Zustand befindlichen Hauptbestandteil der Legierung zugegeben wird, und daß im Laufe des Verfahrens Zirkonium und/oder Titan zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor legierung einer Aluminiumschmelze zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Vorlegierung einer Hauptlegierung zugegeben wird.

4.. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Vorlegierung eine Schmelze bereits mit der Zusammensetzung der zu veredelnden Hauptlegierungsunter Überdruck in einer Stickstoffatmosphäre aufgestickt und dann der Hauptlegierung zugegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu veredelnden Hauptlegierung Zirkonium und/oder Titan zulegiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zugabe der Vorlegierung zur Hauptlegierung Zirkonium und/oder Titan zulegiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Vorlegierung in einer Schmelze sowohl mit der Zusammensetzung des Hauptbestandteils der Legierung als auch mit Zirkonium und/oder Titan unter Überdruck in einer Stickstoffatmosphäre Zirkonium- bzw. Titannitrid und/oder chemische Bindungen von Zirkonium bzw. Titan zu Stickstoff gebildet werden.

8. Verfahren nach; Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der korlegierung eine -Aluminiumlegierung mit zumindest J ungefähr 5 b2s 20 Gewichtsprozenten Zirkonium bzw. Titan aufgestickt wird. -

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Vorlegierung eine Stickstoffatmosphäre mit einem Überdruck von 10 bis 100 atü angewendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Zirkonium und/oder Titan in solcher Menge zugesetzt wird, daß die nach Zugabe der Vorlegierung vorliegende Legierung 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent einzeln oder gemeinsam davon enthält.