DE2514355C3 - Verfahren zur Verbesserung der Vergießbarkeit von Metallegierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Vergießbarkeit von Legierungen, insbesondere Leichtmetallegierungen, speziell von Aluminiumlcgierungen.

Aus der FR-PS 21 41 979 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Vergießbarkeit von Legierungen bekannt, wonach die Legierung auf Schmelztemperatur Tf erhitzt wird und dann die Schmelze unter heftigem Rühren auf eine Temperatur 7zwischen den Liquiduspunkt T_L und dem Soliduspunkt 7* abgekühlt wird. Zwischen Liquidus- und Soliduspunkt erhält die Legierung einen halbflüssigen Zustand durch zunehmende Auskristallisation. Diese halbfeste fest-flüssig Mischphase kann bis zu 65% feste Phase enthalten und läßt sich umgehend in eine Gießmaschine überführen.

Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist nichl nur der erhöhte Wärmebedarf zum Einschmelzen der gesamten Legierung und die Einrichtungen für die geregelte Abkühlung der Schmelze, sondern auch die Tatsache, daß während dieses Abkühlens die Schmelze dauernd in Bewegung gehalten werden muß. Mit anderen Worten muß das Schmelzgefäß dauernd gedreht werden und sich innerhalb des Schmelzgefäßes Rührorgane in entgegengesetzter Drehrichtung bewegen. Dies stellt — wie leicht ersicntlich — ein erhebliches Problem dar. wenn man bedenkt, daß große Chargen von hochschmelzenden Legierungen verarbeitet werden sollen und sich derartig heiße Schmelzen auf die Werkstoffe für die Auskleidung des Schmelzgefäßes sehr korrodierend auswirken und die mit der Schmelze verbundenen hohen Temperaturen höchste Anforderungen an die Mechanik des Schmclzgcfäües und der Rührerstellt.

Aufgabe der Erfindung ist nun die Wärmebehandlung von Vormaterial für Gießmaschinen, das sich unter der Preßkrafl während des Druckgießens, Spritzgießens oder Stranggießens wie echte Flüssigkeiten mit geringer Viskosität verhält; also unter Druck leicht fließt, wie eine Metallschmelze, andererseits aber sich wie normales Halbzeug handhaben läßt-, das also eine Art Thixotropic zeigt.

Die Erfindung geht nun aus von einem Verfahren zur Verbesserung der Vergießbarkeit von Metallegierungen als Vormaterial für Gießmaschinen, die mittels Preßkraft arbeiten, insbesondere Leichtmetallegierungen, spc/.icil von Aluminiumlegierungen, durch Erhitzen auf eine Temperatur Γ zwischen der Solidustemperatur Tv und der Liquidustem->eratur Ti. unter Ausbildung einer halbfesten fest-flüssig-Mischphase mit zumindest 35, vorzugsweise zumindest 40% flüssiger Phase. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung in Knüppel- oder Stangenform einige Minuten bis t'nige Stun-Ii den, vorzugsweise 5 bis 60 min. auf der Temperatur T hält.

Das erfindungsgemäßc Verfahren weist gegenüber obigem bekannten Verfahren den Vorteil auf, daß kein Rührgefäß benötigt wird, daß die Legierung nicht bis ■> zur Schmelze erhitzt werden muß und daß doch gleichzeitig die Gießverfahren mit einer Preßkraft durchgeführt werden können, wie man sie für Schmelzen allgemein anwendet, man jedoch nicht die Nachteile der Handhabung einer Schmelze in Kauf ι« nehmen muß, sondern die Vorteile der Handhabung eines quasi festen Körpers genießen kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die so vorbehandelten Knüppel oder Stangen in üblicher Weise abgekühlt werden können und dann ■"> unbegrenzt lagerfähig sind. Sie können dann zu beliebiger Zeit wieder auf die Temperatur T aufgewärmt und daan unmittelbar der Gießmaschine zugeführt werden.

Das thixotrope Verhalten der Legierung bei dem i<> erfindungsgeinäßen Verfahren beruht im wesentlichen darauf, daß das ursprünglich dendritische Gefüge in ein kugligcs Gefüge umgewandelt wird. Wird die erfindungsgcmäU vorbehandelte Legierung mit kugelförmigem Gefüge abgekühlt, gelagert und dann für die Γι Verarbeitung wieder aufgewärmt, so gehl sie sofort nach Erreichen der Temperatur T wieder in den erwünschten ihixotropen halbfesten Zustand über.

Voraussetzung zur Erreichung dieses kugeligen Gefügcs aus dem primären dcrK'f'iischen Gefüge ist es, ■κι daß die Temperatur Tausreichend lang nach vollständigem Durchwärmen des Knüppels oder der Stange aufrechterhallen wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß es nichl ausreicht, den Knüppel auf die Temperatur Tzu bringen und durchzuwärmen, sondern er muß eine J'. entsprechende Zeil auf dieser Temperatur gehalten werden, damit das dendritische Gefüge ausreichend Zeit für die Umwandlung in das kugelige Gefüge hat. Die Korngröße dieses kugeligen Gefüges hängt von der Feinheit des ursprünglichen dendritischen Gefüges ab '·» und liegt im allgemeinen zwi· rhen I00und400 μίτι.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Grenzen für das Verhältnis der flüssigen zu der festen Phase etwas von der Legierungszusammensetzung abhängen. In gewissem Umfang >} hängt sie auch ab von der Weilerverarbeitung der Gicßlinge. 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 Gefügcs führen. Beträgt der Anteil an flüssiger Phase etwa 80%, so ist die Konsistenz pastenförmig, das Material läßt sich weniger gut handhaben. Dies besagt jedoch nichl, daß man ein solches paslöses Material nichl auch in üblichen °' Anlagen formen könnte.

Stellt man fest, daß durch nicht richtig eingestellte Temperatur das Verhältnis der flüssigen /ur fester l'hasL- nicht dem angestrebten Verhältnis entspricht, se

kann man ohne weiteres dieses Verhältnis durch Temperaturerhöhung oder -erniedrigung wunschgemäß einstellen, wobei jedoch das Material entsprechend lang bei dieser Temperatur gehalten werden sollte.

Es wurde weiter festgestellt, daß — wenn man die Legierung von der Temperatur Turner die Solidustemperatur Ts abkühlt und sie dann neuerlich auf T 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 von durch Sandguß, Kokillenguß oder gegebenenfalls halbkontinuierlichen Strangguß erhaltenen Knüppeln oder Stangen kann man in Druckgießanlagen weiter verarbeiten. In dem Speisebehälter der Gießmaschine verhalten sich die erfindungsgemäß vorbchandelten Legierungen wie eine Flüssigkeit, sobald sie unter Druck gesetzt werden. Dieses halbflüssige Gemisch kann nun alie Details der Form ausfüllen, ohnu' daß dafür eine höhere Preßkraft benötigt wird als beim üblichen Spritzgießen der gleichen Legierungszusammensetzung bei einer Temperatur über der Liquidustemperatur.

Grundsätzlich kann man erfindungsgemäß vorbehandelte 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 Temperaturänderungen sind geringer und somit auch die Temperaturwechselbcanspruchung der Form. Die Leistung kann erhöht werden, weil weniger Wärme abgeführt werden muß, und darübcrhinaus ist die Qualität der Gießlinge hinsichtlich Oberflächengüte, Kompaktheit und fehlender Porosität besser.

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

Die Mikrophotographie nach Fi g. I (50 X) zeigt das Gefüge einer Aluminiumlegierung AS9U3 (9% Si 3% Cu), die in üblicher Weise in einer Kokille vergossen wurde. Das dendritische Gefüge isi deutlich erkcr.nbar.

Die Mikrophotographie der F i g. 2 /eigi das Gefüge der gleichen Legierung, jedoch nach der erlindungsgemäßen Vorbehandlung, nämlich 1 h bei 580'¹C (etwa " 70% flüssige Phase).

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

Das Aussehen des Gefüges nach F i g. 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 srine Form beibehält und dieser geformte Sand ^w mit Vorsicht gehandhabt werden kann.

Beispiel 1

Es wurde in üblicher Weise eine Aluminiumlegierung AS9U3 (9,2% Si, 3,1% Cu, 0,8% Fc) zu Stangen - 0 ^h'· 63 mm — vergossen ur.d diese Stangen zu Knüppeln von 100 mm Länge geschnitten, die schließlich auf 0 55 mm Beschält wurden

Auf einer horizontalen Druckgießmaschine mit kalter Kammer und einer Schließkraft von 4001 wurde eine Form zur Herstellung von Hütchen, 0 80 mm, Dicke 2 mm, montiert.

Ein erster Knüppel wurde auf 580⁰C erwärmt (etwa 70% flüssige Phase) und sofort nach dem Durchwärmen in obiger Druckgießmaschine verarbeitet Erhalten wurde ein unvollkommen ausgebildetes Werkstück, dessen Oberflächenqualität sehr schlecht war. Außer-

i" dem benötigte man eine höhere Preßkraft als bei einer Metallschmelze. Die Legierung besaß keinerlei thixotrope Eigenschaften.

Ein zweiter Knüppel wurde ebenfalls auf 580° C erwärmt und nach dem Durchwärmen bei dieser

ι > Temperatur noch 2 h gehalten, bevor er in die Gießmaschine aufgegeben wurde. In diesem Fall verhielt sich die Legierung in der Gießmaschine wie eine Flüssigkeit. Die benötigte Preßkraft entsprach der bei der Verarbeitung einer Me>allschmelze. Die

.ή Verarbeitung insgesamt war einwovdfrei und ebenso auch die Oberflächenqualität.

Beispiel 2

Aus einer Aluminiumlegierung A-U4SG (0,2% Fe, -'-. 4,3% Cu, 0,75% Si, 0,5% Mg, 0,6% Mn) wurde ein Stab — 63 mm 0 — stranggegossen und in 100 mm lange Knüppel geteilt, die auf 55 mm geschält wurden. Diese geschälten Knüppel sollten in einer Druckgießmaschine verarbeitet werden.

i" Ein Knüppel wurde auf 630°C erwärmt und 1 h bei dieser Temperatur gehalten (etwa 45% flüssige Phase), worauf der Knüppel in die Gießmaschine gebracht und vergossen wurde. Die Legierung verhielt sich wie eine Flüssigkeit. Die Preßkraft entsprach der beim Spritzgiei'· ßen üblichen Metallschmelze. Die Verarbeitung gelang ohne Schwierigkeiten und die Oberflächenqualität war ausgezeichnet.

Beispiel 3

»ι -Tm Knüppel nach Beispiel 2 wurde 1 h auf 630⁰C gehalten (etwa 45% flüssige Phase), auf Raumtemperatur abgekühlt, nochmals auf die gleiche Temperatur erwärmt und dann unmittelbar der Druckgießmaschine zugeführt.

■*'< Die Preßkraft entsprach auch hier der für den Abguß einer Metallschmelze erforderlichen. Man erhielt fehlerfreie Gießlinge mit ausgezeichneter Oberflächengüte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Vergießbarkeit von Metallegierungen als Vormaterial für Gießmaschinen, die mittels Preßkraft arbeiten, insbesondere Leichtmetallegierungen, speziell von Aluminiumlegierungen, durch Erhitzen auf eine Temperatur Tzwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur unter Ausbildung einer halbfesten fest- ι flüssig-Mischphase mit zumindest 35. vorzugsweise zumindest 40% flüssiger Phase, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung in Knüppel- oder Stangenform einige Minuten bis einige Stunden, vorzugsweise 5 bis 60 Minuten, auf der Temperatur TMIt.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man dann die Legierung unter die Solidustemperatur abkühlt und dann vor der Aufgabe in die Druckgießmaschine erneut auf die Temperatur T ^