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LEGIERUNG AUF ALUMINIUMBASIS Die vorliegende Erfindung betrifft Legierungen
auf Aluminiumbasis, die zum Herstellen von Klimageräten, Kraftstoffsystemteilen
und anderen Erzeugnissen, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, verwendet
werden können.
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Diese Legierung besitzt gleichzeitig hohe Kennwerte für Wärmebeständigkeit,
Luftdichte und Fertigungseigenschaften.
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Am effektivsten kann sie beim Herstellen von komplizierten Formstücken,
beispielsweise von Wärmessustauschergehäusen, die einem erhöhten Innendruck einer
Plüssigkeits-oder Gasphase bei hohen Temperaturen in der Größenordnung von 400°C
ausgesetzt sind, verwendet werden.
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Aus dem Deutschland-Patent Nr. 479528 sind Legieruneire gen auf Aluminiumbasis
bekannt, von denen in Gewichtsprozenten
3 bis 12 Zerium und 2 bis
20 Kupfer enthält, während die andere 2 bis 12 Zerium und 1 bis 8 Silizium sowie
eine feste Lösung bildende Komponenten, beispielsweise Magnesium, Zink oder schwerschmelzende
Elemente wie z. B. Titan, Molybdän und Wolfram, enthält.
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Im Patent ist angegeben, daß diese Legierungen verbesserte Festigkeitseigenschaften
haben.
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Legierungen ar Aluminiumbasis, welche Kupfer, Zerium und Silizium
in den angegebenen Mengen enthalten, können jedoch ausreichend hohe Fertigungs-
und Festigkeitseigenschaften nicht gewährleisten.
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Ein Gehalt an Kupfer bis zu 20 Gew. und an Zerium bis zu 12 Gew.%
vermindert; die Plastizität der Legierung und verschlechtert ihre Korrosionsbeständigkeit.
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Es ist eine Legierung auf Aluminiumbasis bekannt (Fachzeitschrift
"Metall Progress", USA, Bd. 61, Nr. 6, S. 162 bis 166), die dietabile chemische
Zusammensetzung besitzt (weil das Mischmetall ein Abfallstoff bei der Uranprduktion
ist).
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Daher hat die Legierung verminderte Festigkeitseigenschaften(3ruchfestigkeit
von 9,0 bis 13,0 kp/mm2, Dehnung von 0s5 bis 1,5%).
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Es ist auch eine Legierung auf Aluminiumbasis bekannt, die in Gewichtsprozenten
enthält: Mischmetall von
8,5 bis 10,0; Kupfer von 1,5 bis 2,0; Silizium
von 1,2 bis 2,2; Mangan von 0,7 bis 0,9; Chrom von 0,1 bis 0,3% Titan von 0,1 bis
0,2; Zirkonium von 0,1 bis 0,3 und Eisen von 1,0 bis 2,0. Die Legierung besitzt
ebenfalls verminderte Festigkeitseigenschaften (Bruchgrenze von 12,0 bis 14,0 kp/mm2
und Dehnung von 0,8 bis 2,0%).
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Diese Legierungen fanden keine industrielle Verwendung zum GieBen
von Formstücken, welche bei hohen Temperaturen und Drücken eingßsetzt werden, da
ihre Festigkeitseigenschaften neuzeitliche Ansprüche nicht befriedigen.
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In der letzten Zeit wurde das Erzeugen von Legierungen auf Aluminiumbasis
erforderlich, welche bessere Fertigungseigenschaften besitzen, die zum Herstellen
von Elimageräten, Kreftstoffsystemteilen und anderen Erzeugnissen, die bei hohen
Temperaturen und Drücken eingesetzt werden, unumgänglich sind.
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Die Verwendung von Formguß macht eine verbesserte Legierung mit durch
Verfeinern ihrer Struktur erhöhten Gießeigenschaften erforderlich, welche durch
entspechende Wahl der zur Legierungszusammensetzung gehörigen Komponenten erreicht
wird.
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Außerdem soll die Legierung, welche zum Gießen von Kraftstoffsystemteilen
bestimmt ist, hohe Luftdichte und Wärmebeständigkeit gewährleisten, da diese Teile
hohen
Drücken einer Flüssigkeits- oder Gasphase bei hohen Temperaturen in der Größenordnung
von 40000 ausgesetzt sind.
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Zur Zeit sind keine Legierungen vorhanden, welche gleichzeitig allen
aufge2ählten Anforderungen entsprechen.
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Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die ererwähnten Schwarigkeiten
zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hegierung auf Aluminiumbasis
mit solch einer Zusammensetzung der in ihr befindlichen Komponenten zu schaffen,
welche der Legierung erhöhte Wärmebeständigkeit und Luftdichte bei Beibehaltung
der Gießeigenschaften der Legierung gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird durch Schaffen einer Legierung auf Aluminiumbasis
gelöst, die Zerium, Kupfer, Silizium, Mangan und Zirkonium enthält und in der erfindungsgemäß
außer den erwähnten Komponenten noch Magnesium enthalten ist, wobei die Komponenten
in ihr in folgenden, in Gewichtsprozenten angegebenen Mengen vorhanden sind: Zerium
von 4,0 bis 6,0 Kupfer von 2,0 bis 4,0 Silizium von 1?0 bis 3?0 Mangan von 0?7 bis
2,0 Zirkonium von 0,05 bis 0,5 Magnesium von 0,1 bis 0,3 Rest Aluminium und Beitnengungen.
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Die erfindungsgemäße Legierung besitzt ausreichend hohe Gießeigenschaften,
so daß sie zum Gießen von Formstücken mit einer komplizierten Gestalt verwendet
werden kann.
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Die Erfinder haben festgestellt, daß durch das Einführen<in die
erfindungsgemäße LegierungVvon Zerium, Eupfer und Silizium # in Mengen, welche das
Bilden einer quarternären Phase aus Al, Ce, Si, Cu gewährleisten, die sich in Form
eines festen Gerüstes anordnet, eine hohe Dauer-Standfestigkeit der Legierung sichergestellt
werden.
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Die Erfinder haben auch festgestellt, daß das Sinführen # in die
Legierun a von Mangan und Kupfer # in den erwähnten Verhältnissen, bei denen eine
Phase (Al12Mn2Cu) gebildet wird, die die Mikroheterogenität der Körner der festen
Lösung erzeugt, höhere Festigkeitseigenschaften bei Temperaturen von 2000 bis zu
einer Größenordnung von 40000 gewährleistet.
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Die Legierung mit der erwähnten Zusammensetzung besitzt eine erhöhte
Wärmebeständigkeit und Luftdichte bei ausreichend hohen Gießeigenschaften.
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Ein Vermindern des Gehaltes an Komponenten, die in der erfindungsgemäßen
Legierung enthalten sind, hat eine geringere Wärmebeständigkeit zur Folge.
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Ein Vergrößern des Gehaltes an Komponenten, die in der erfindungsgemäßen
Legierung enthalten sind, hat eine geringere Plastizität der Legierung zur Folge.
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Zweckmäßigerweise enthält die Legierung 0,2 bis 0,7 Gew.% antimon.
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Das Vorhandensein von Antimon in der Legierung ermöglicht es, die
Härte der Legierung zu erhöhen und ihre Bearbeitbarkeit beim Spanabheben zu verbessern.
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Es ist zulässig, daß die Legierung 0,25 bis 0,5 Gew.% Nickel enthält.
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Der Nickelgehalt in der Legierung erhöht deren Härte bei hohen Temperaturen.
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Die Legierung kann Vanadium, Titan, Chrom und Molybdän als Beimengungen
enthalten, aeren Gesamtgehalt 0,2 Gew.% nicht überschreitet.
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Ein Gehalt an Beimeningenvon mehr als 0,2 Gew.% verschlechtert die
Fertigungseienschaften der Legierung.
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Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend Beispiele möglicher
Verhältnisse der in der erfindungsgetnäßen Legierubgauf Aluminiumbasis enthaltenen
Komponenten beschrieben.
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Beispiel 1 Zum Zubereiten der Legierung wurden elektrische Tiegelschmelzöfen
verwendet.
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In den Tiegel wurden ein 3eschicKungsgut mit der vorgesehenen Gewichtsmenge
von Aluminium und die vorgegebene Menge einer Ligatur aus schwerschmelzenden Metallen
(Aluminium-Silizium, Aluminium-Mangen, Aluminium-Zirkonium) eingegeben.
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Nach dem Niederschmelzen des Beschickungsgut;es wurde die Schmelze
durchgemischt und auf eine Temperatur von 7500C erwärmt. Bei dieser Temperatur wurde
in die Schmelze eine Aluminium-Zerium-Ligatur eingeführt und die Schmelze sorgfältig
durchgemischt. Dann wurde die Temperatur auf 7200C gesenkt und eine Ligatur aus
Aluminium-Kupfer und Magnesium eingeführt.
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Bei einer Temperatur von 71000 wurde die SonmQlze mittels trockenen
Manganchlorids raffiniert. Danach wurde die Schmelze bei einer Temperatur von 6900C
in Blockformen vergossen.
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Die erhaltene Legierung enthielt in Gewichtsprozenten; Zerium 5,0
Kupfer 2,3 Silizium 1,2 Mangan 1,0 Zirkonium 0,1 Magnesium 0,2 Aluminium Rest Beimengungen
Titan und Vanadium in einer Gesamtmenge von 0,1.
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Festigkeitseigenschaften der Legierung bei einer Temperatur von 2000
und bei erhöhten Temperaturen (350°C und 4000C) sind wie folgt: = 17,0 kp/mm # =
2,3% 100 = 5,5 kp/mm², wobei G - Bruchgrenze # - Dehnung t° -#1002 - Dauerfestigkeit
bei erhöhten Temperaturen sind.Beispiel 2 Zum Zubereiten das Beschickung wurden
analge Komponenten zu den im Beispiel 1 angegebenen Komponenten verwendet, es wurde
nur vor dem Raffinieren Zusammen mit Magnesium Antimon eingeführt.
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Der Prozeß beim Erschmelzen der Legierung verlief analog dem im Beispiel
1 beschriebenen Prozeß.
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Die erhaltene Legierung enthielt in Gewichtsprozentent Zerium 4,0
Kupfer 2,0 Silizium 1,0 Mangan 0,7 Zirkonium 0,05-Magnesium 0?1 Antimon 0s2
Aluminium
Rest Beimengungen Vanadium und Chrom in einer Gesamtmenge von 0,08.
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Festigkeitseigenschaften der Legierung bei einer Temperatur von 2000
und bei erhöhten Temperaturen (3500C und 400°C) sind wie folgt: B = = 15,0 kp/mm2
# = 1,6% #100350° = 5,5 kp/mm² #100700° = 3,5 kp/mm² Beispiel 3 Komponenten Zum
Zubereiten des Beschickungsguts wurden analoge zu den im Beispiel 1 angegebenen
Komponenten verwendet, es wurde nur vor dem Raffinieren zusammen mit Magnesium Nickel
eingeführt.
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Der Prozeß beim Erschmelzen der Legierung verlief analog dem im Beisniel
1 beschriebenen Prozeß.
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Die erhaltene Legierung enthielt in Gewichtsprozenten: Zerium 6,0
Kupfer 3,5 Silizium 3,0 Mangan 2,0 Zirkonium 0,5 Magnesium 0,3 Nickel 0,5 Aluminium
Rest
Beimengungen Chrom in einer Menge von 0,05.
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Festigkeitseigenschaften der Legierung bei einer Temperatur von 20°C
und bei erhöhten Temperaturen (3500C und 400°C) sind wie folgt: = " 19,0 kp/mm2
# = 1,0% #100350° = 6,0 kp/mm² #100400° = 3,5 kp/mm².
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Beispiel 4 (Komponenten Zum Zubereiten des Beschickungsguts wurden
analoge zu den im Beispiel 1 angegebenen Komponenten verwendet, es wurden nur vor
dem Raffinieren zusammen mit Magnesium Nickel und Antimon eingeführt.
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Der Prozeß beim Erschmelzen der Legierung verlief analog dem im Beispiel
1 beschriebenen Prozeß.
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Die erhaltene Legierung enthielt in Gewichtsprozenten: Zerium 5,5
Kupfer 4,0 Silizium 2,0 Mangan 1,3 Zirkonium 0,15 Magnesium 0,25 Nickel 0,25 Antimon
0,7
Aluminium Rest Beimengungen Vanadium, Titan, Chrom und Molybdän
in einer Gesamtmenge von 0,2.
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Festigkeitseigenschaften der Legierung bei einer Temperatur von 20°C
und bei erhöhten Temperaturen (350°C und 400°C) sind wie folgt: #8 = 18,0 kp/mm²
# = 1,5% #100350° = 5,5 kp/mm² #100400° = 3,5 kp/mm².
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Beispiel 5 Komponente Zum Zubereiten des Beschickungsguts wurden
analoge zu den im Beispiel 4 angegebenen Komponenten verwendet.
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Der Prozeß beim Erschmelzen der Legierung verlief analog dem im Beispiel
1 beschriebenen Prozeß.
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Die erhaltene Legierung enthielt in Gewichtsprozenten: Zerium 5,0
Tupfer 2,0 Silizium 1,0 Mangan 1,0 Zirkonium 0,1 Magnesium 0,3 Antimon 0,5 Nickel
0,3 - -
Aluminium Rest Beimengungen Molybdän, Titan und Vanadium
in einer Gesamtmenge von 0,18, Festigkeitseigenschaften der Legierung bei einer
Temperatur von 200C und bei erhöhten Temperaturen (3500C und 400°C) sind wie folgt:
= = 15 kp/mm2 # = 1,8% #100350° = 5,5 kp/mm² #100400° = 3,5 kp/mm².
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Die erfindungsgemäße Legierung auf Aluminium basis erleichtert4bedeutend2das
Gießen von Formstücken mit einer komplizierten Gestalt und gewährleistet gleichzeitig
auareichende Wärmebeständigkeit und Luftdichte derselben.
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Versuche haben gezeigt, daß die Verwendung der erfindungsgemäßen
Legierung zum Herstellen von Klimageräten, Kraftstoffsystemteilen und anderen Erzeugnissen,
die bei hohen Temperaturen (bis 400°C) und hohen Drücken eingesetzt werden, es ermöglichte,
Stahlteile durch Teile aus der erfindungsgemäßen Legierung zu ersetzen sowie hierdurch
das Konstruktionsgewicht zu senken und den Arbeitsaufwand beim Herstellen der Teile
zu vermindern.
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Die erfindungsgemäße Legierung kann für Einzelteile von graftstoffsystemen,
Klimaanlagen, für unterschiedliche Wärmeaustauschgeräte und allgemein für Erzeugnisse
verwendet werden, die bei hohen Temperaturen (bis 400°C) und hohen Innendrücken
durch Gase und Flüssigkeiten eingesetzt; werden.