DE2514355A1

DE2514355A1 - Verfahren zur verbesserung der vergiessbarkeit von metallegierungen

Info

Publication number: DE2514355A1
Application number: DE19752514355
Authority: DE
Inventors: Serge Bercovici
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1974-04-04
Filing date: 1975-04-02
Publication date: 1975-10-09
Also published as: CH602928A5; FR2266748A1; DD117486A5; SE420801B; CH603805A5; NL7503992A; GB1499934A; LU69788A1; SU722494A3; GB1502114A; CA1047223A; FR2266749A1; NL182416C; BE827497A; ZA752151B; JPS5615455B2; ES436217A1; JPS50136209A; DE2514355C3; ES436216A1

Description

Verfahren zur Verbesserung der Vergießbarkeit von

Metallegierungen

Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Vergießbarkeit oder anderen Formgebung in flüssigem Zustand von Metalllegierungen, insbesondere Leitmetallegierungen, speziell Aluminiumlegierungen, wobei die Legierungen durch eine Wärmebehandlung in eine Mischphase fest/flüssig überführt werden, die vorübergehend sich wie eine Flüssigkeit mit geringer Viskosität verhalten.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß Metallegierungen sich wie echte Flüssigkeiten geringer Viskosität verhalten können, wenn man die festen Legierungen auf eine Temperatur erwärmt, die zwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur liegt und zwar so lang, daß der Anteil an flüssige Phase zumindest etwa 35 i> beträgt. Die benötigte Zeit hierfür liegt zwischen einigen Minuten und mehreren Stunden.

Diese niedere Viskosität bewirkt ein leichtes Fließen der Legierung. Dies gilt insbesondere unter einem gewissen Druck von außen auf die Legierung, wie sie beispielsweise

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in einer Vorrichtung zum Spritzgießen, Druckgießen oder dergleichen zur Einwirkung gelangt. Dieses Verhalten der Legierungen ähnelt sehr der Thixotropie, die man bei verschiedenen Stoffen beobachten kann und die sich für eine Formgebung aus dem flüssigen Zustand nutzbar machen läßt.

Eine Substanz wird als thixotrop bezeichnet, wenn ihre Viskosität nicht gleichbleibend, sondern bewegungsabhängig ist. Beispiele für thixotrope Stoffe sind verschiedene Tone, insbesondere Bentonit oder auch Treib- oder Schwimmsande.

Es wurde bereits versucht, das thixotrope Verhalten bestimmter Metallegierungen nutzbar zu machen. In der ER-PS 2 141 Φ?9 wird ein Verfahren beschrieben, nach dem ein fest-flüssiges Metallgemisch vergossen werden soIL und das Metallgemisch bis zur Verflüssigung erhitzt und anschließend abgekühlt wird, so daß eine gewisse Verfestigung eintritt, jedoch das Gemisch unter energischer Bewegung (Rühren) flüssig gehalten werden kann, wobei in diesem Gemisch der Anteil an flüssiger Phase bis etwa 65 Gew.-^ betragen kann. In der festen Phase liegen einzelne degenerierte oder modifizierte Dendriten bzw. Kugeln vor. Dieses fest-flüssige Gemisch soll thixotrope Eigenschaften besitzen. Wird bei Konstanthaltung der Temperatur die Bewegung des Metallgemisches abgebrochen, so nimmt das Metall eine feste Konsistenz an unter erneuter Bewegung erlangt es jedoch wieder die Viskosität einer Flüssigkeit.

Wird das fest-flüssig-Gemisch von einer Temperatur T abgekühlt und im Rahmen eines üblichen Gießverfahrens zur Erstarrung gebracht, so wird es sofort wieder thixotrop aufgrund seiner kugeligen Primärphase, wenn es wieder auf die Temperatur T gebracht wird. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch in der Praxis nur sehr schwierig durchführbar. Das Schmelzgefäß muß nicht nur dauernd gedreht werden, sondern es sind auch zwei gegenläufige Rührschaufeln oder dergleichen für eine ausreichende Bewegung der Schmelze •erforderlich.

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Dies stellt erhebliche Probleme technologischer Art dar, wenn große Chargen, hochschmelzender legierungen verarbeitet werden sollen, die gegenüber den meist angewandten Werkstoffen korrodierend wirken.

Nach dieser Patentschrift hat man bereits versucht, den thixotropen Zustand insbesondere bei Aluminiumlegierungen der Spezifikation A380 (8,5 £ Si, 3,5 % Cu) auf einfache ■Weise zu erreichen, zum Beispiel durch Aufwärmen auf eine Temperatur bis nur noch 40 # feste Phase vorliegen (etwa 555°C). Die Versuche haben jedoch offensichtlich nicht den gewünschten Erfolg erbracht (Die Casting Engineer, Bd.17, Nr. 4,1973,Seite 51).

Durch das erfindungsgemäße Verfahren sollen nun die Nachteile des bekannten Verfahrens vermieden werden und die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens in weitem Umfang gestatten. Nach der Erfindung wird eine legierung in eine Mischphase fest-flüssig überführt, die unter äußerer Kraft— einwirkung vorübergehend in den flüssigen Zustand übergeht und bei Aufhören dieser Kräfteinwirkung umgehend in den festen Zustand übergeht, so daß ein "Gießen in einer 3?orm" wie mit einer üblichen Schmelze ausführbar wird. Zur Durchführung des erfindungsgemäßeη Verfahrens wird die legierung auf eine Temperatur zwischen der Solidustemperatur und der liquidustemperatur gebracht und zwar derart lang, daß der Gewichtsanteil an flüssiger Phase mindestens 40 $ ausmacht. Die benötigte Zeit liegt zwischen einigen Minuten und mehreren Stunden, vorzugsweise zwischen 5 und 60 min. Während dieser Zeit beginnt das primäre dendritische Gefüge sich in ein kugeliges Gefüge umzuwandeln. Die Korngröße dieses Kugelgefüges hängt ab von der Feinheit des dendritschen Gefüges um liegt im allgemeinen zwischen 100 und 400 mn.

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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßeη Verfahrens können die Grenzen für das Verhältnis der flüssigen zu der festen Phase etwas von der Legierungszusammensetzung abhängen. In gewissem Umfang hängen sie auch ab von der Weiterverarbeitung der Gießlinge. Eine Aluminiumlegierung mit 40 bis 50 % flüssiger Phase zeigt das äußere Aussehen eines Feststoffes, Sie läßt sich mit minimalen Vorkehrungen handhaben. Ein heftiger Stoß oder ein Fall kann jedoch zu einem Zusammenbruch des Gefüges führen. Beträgt der Anteil an flüssiger Phase etwa 80 $ so ist die Konsistenz pastenförmig, das Material läßt sich weniger gut handhaben. Dies besagt jedoch nicht, daß man ein solches pastöses Material nicht auch in üblichen Anlagen formen könnte.

Stellt man fest, daß durch nicht richtig eingestellte Temperatur das Verhältnis der flüssigen zur festen Phase nicht dem angestrebten Verhältnis entspricht, so kann man ohne weiteres dieses Verhältnis durch Temperaturerhöhung oder Erniederung wunschgemäß einstellen, wobei jedoch das Material entsprechend lang bei dieser Temperatur gehalten werden sollte.

Es wurde weiter festgestellt, daß - wenn man eine erfindungsgemäß wärmebehandelte Legierung unter die Solidustemperatur abkühlt und sie dann neuerlich auf eine Temperatur zwischen Solidus- und Liquidustemperatur (zumindest 35 fo flüssige Phase) erwärmt - sie unmittelbar ihre thixotropen Eigenschaften wieder erlangt. Dies beweist, daß eine permanente Veränderung des Gefüges stattgefunden hat und ein neues Gefüge gebildet wurde.

Die erfindungsgemäß vorbehandelten Leichtmetallegierungen, insbesondere auf der Basis von Aluminium in Form einer zylindrischen durch Sandguß, Kokillenguß oder gegebenenfalls halbkontinuierlichem Strangguß erhaltenen Luppen kann man

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in Druckgießanlage ti weiter verarbeiten. In den Speisebehältern der Gießmaschinen ^erhalten sich die erfindungsgemäß vorbehandelten Legierungen wie eine Flüssigkeit sobald sie unter Druck gesetzt werden. Dieses halbflüssige Gemisch kann nun in alle Details der Form eindringen ohne daß dafür eine höhere Preßkraft benötigt wird als beim üblichen Spritzgießen der gleichen Legierungszusammensetzung bei einer Temperatur über der Liquidustemperatur.

Grundsätzlich kann man die erfindungsgemäß vorbehandelten Legierungen für alle Gießverfahren heranziehen, bei denen vorübergehend ein Zustand geringer Viskosität erforderlich ist, der beispielsweise durch mechanische Schwingungen hervorgerufen werden kann.

Die Anwendung der erfindungsgemäß vorbehandelten Legierungen in üblichen Druckgußverfahren bietet verschiedene Vorteile. Der Verschleiß der Gießformen ist geringer als bei höherer Gießtemperatur der Legierungen, die Haftung des Gießlings an der Form ist geringer, die Semperaturänderungen sind geringer und somit auch die Temperaturwechselbeanspruchung der Form» Die Leistung kann erhöht werden weil weniger "Wärme abgeführt v/erden muß und darüber hinaus ist die Qualität der Gießlinge hinsichtlich Kompaktheit und fehlender Porosität besser.

Die Mikrophotographien und die Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.

Die Mikrophotographien nach Fig, 1 (50 X) zeigt das Gefüge einer Aluminiumlegierung AS9U3 (9 $ Si, 3 i° Cu), die in üblicher V/eise in einer Kokille vergossen wurde. Das dendritische Gefüge ist deutlich erkennbar.

Die Mikrophotographie der Fig. 2 zeigt das Gefüge der gleichen Legierung jedoch nach der erfindungsgemäßen Vorbehandlung, nämlich 1 h bei 580⁰C ( etwa 70 fo flüssige Phase).

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Aus der" zweiten Mikrophotographie entnimmt man, daß die Aluminiumdendriten sich praktisch zu gleichmäßigen kugeligen Gefügebestandteilen umgewandelt haben.

Das Aussehen des Gefüges nach 3?ig. 2 kann man in gewisser Weise vergleichen mit einem angefeuchteten Sand,der zwar einen beträchtlichen Anteil flüssiger Phase enthält, jedoch eine solche Konsistenz besitzt, daß er seine Form beibehält und mit Vorsicht dieser geformte Sand gehandhabt werden kann.

Beispiel 1

Es wurde in üblicher Weise eine Aluminiumlegierung AS9U3 (9,2 fa Si, 3,1 ί° Ou, 0,8 <fo Ie) zu Stangen mit einem Durchmesser von 63 mm vergossen und diese Stangen zu Knüppeln von 100 mm Länge geschnitten, die schließlich auf einem Durchmesser von 55 mm geschält wurden.

Auf einer horizontalen Druckgießmaschine mit kalter Kammer und einer Schließkraft von 400 t wurde eine Form zur Herstellung von Hütchen mit einem Durchmesser von 80 mm und einer Dicke von 2 mm montiert.

Ein erster Knüppel wurde auf 580⁰C erwärmt (etwa 70 f* flüssige Phase) und sofort in obiger Druckgießmaschine verarbeitet. Erhalten wurde unter diesen Bedingungen ein unvollkommen .ausgebildetes Werkstück, dessen Oberflächenqualität sehr schlecht ist. Außerdem benötigte man einen höheren Preßdruck als bei einer Metallschmelze. Diese hier verarbeitete Legierung besaß keinerlei thixotrope Eigenschaften·

Ein anderer Knüppel wurde ebenfalls auf 580⁰G erwärmt und bei dieser Temperatur 2 h gehalten bevor er in die Gießmaschine aufgegeben wurde. In diesem Fall verhielt sich die Legierung in der Gießmaschine wie eine Flüssigkeit» Der benötigte Preßdruck entsprach dem bei der Verarbeitung einer Metallschmelze

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angewandten Druck. Die Verarbeitung insgesamt war einwandfrei und ebenso auch die Oberflächenqualität.

Beispiel 2

Aus einer Aluminiumlegierung A-U4SG- (0,2 % Pe, 4,3. # Cu, 0,75 io Si, 0,5 % Mg, 0,6 % Mn) wurde ein Stab von 63 mm Durchmesser stranggegossen und in 100 mm lange Knüppel geteilt, die auf 55 mm geschält wurden. Diese geschälten Knüppel wurden wieder einer Druckgießmaschine zugeführt.

Bin Knüppel wurde auf 630 ö erwärmt und 1 h bei dieser !Temperatur gehalten (etwa 45 fi flüssige Phase). Unmittelbar darauf wurde der Knüppel in die Gießmaschine gebracht und vergossen. Die Legierung verhielt sich vollständig wie eine Flüssigkeit. Der Preßdruck entsprach dem Druck zum Spritzgießen üblicher Metallschmelzen. Die Verarbeitung gelang ohne Schwierigkeiten und die Oberflächenqualität war ausgezeichnet.

Beispiel 3

Einen Knüppel nach Beispiel 2 wurde 1 h auf 65O⁰C erwärmt (etwa 45 i° flüssige Phase), auf Raumtemperatur abgekühlt, nochmals auf die gleiche Temperatur erwärmt und unmittelbar der Druckgießmaschine zugeführt.

Der Preßdruck entsprach auch hier dem für den Abguß einer Metallschmelze erforderlichen. Man erhielt fehlerfreie G-ießlinge mit ausgezeichneter Oberflächengüte.

Patentansprüche 8143

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbesserung der Vergießbarkeit von Metallegierungen, insbesondere Leichtmetallegierungen speziell von Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung zur Ausbildung einer halbfesten fest-flüssig-Mischphase mit zumindest 35» vorzugsweise zumindest 40 $> flüssiger Phase einige Minuten bis einige Stunden, vorzugsweise 5 bis 60 Minuten auf einer Temperatur zwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur halt.

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η η -

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch zeichnet, daß man die Legierung auf eine beliebige Temperatur unterhalb der Solidustemperatur abkühlt und dann erneut auf eine Temperatur zwischen Solidustemperatur und ~- Liquidustemperatur erhitzt.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, vor dem Druckoder Spritzgießen.

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