DE2521045C2 - Aluminium-Gußlegierung für Anwendungen bei hohen Temperaturen - Google Patents

Description

besteht

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 0,2 bis 0,7% Antimon enthält

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß sie zusätzlich 0,25 bis 0,5% Nickel enthält

Die Erfindung betrifft Aluminium-Gußlegierungen, die zum Herstellen von Klimageräten, Kraftstoffsystem-Teilen und anderen Erzeugnissen, die bei hohen Temperaturen bis 400⁰C eingesetzt werden, verwendet werden können.

Diese Legierung besitzt gleichzeitig günstige Kennwerte für Wärmebeständigkeit, Luftdichte und Fertigung.

Am effektivsten kann sie beim Herstellen von komplizierten Gußstücken, beispielsweise von Wärmeaustauscher-Gehäusen, die einem erhöhten Innendruck einer Flüssigkeits- oder Gasphase bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind, verwendet werden.

Aus der DE-PS 4 79 528 sind Aluminium-Cer-Legierungen bekannt, die aus 3 bis 12% Cer und 2 bis 20% Kupfer bzw. aus 2 bis 12% Cer und 1 bis 8% Silizium sowie aus Mischkristalle bildenden Komponenten, beispielsweise Magnesium, Zink oder hochschmelzenden Elementen, wie z. B. Titan, Molybdän und Wolfram, bestehen.

In der Patentschrift ist angegeben, daß diese Legierungen verbesserte Festigkeitseigenschaften haben, was jedoch als nicht für alle genannten Legierungsbereiche zutreffend angesehen werden muß, weil ein Kupfergehalt bis zu 20% und ein Cer-Gehalt bis zu 12% die Verformbarkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Legierung verschlechtern.

Es ist eine Legierung auf Aluminiumbasis mit 11% Mischmetall und 2% Si, 1,5% Cu, 1,25% Ni, 1% Mn, 0,3% Cr und 0,02% Ti bekannt (Metall Progress, Bd. 61 [Juni 1952], S. 162-166), die wegen der wechselnden Zusammensetzung des Mischmttalls keine reproduzierbaren Eigenschaften besitzt.

Es ist eine weitere Legierung auf Aluminiumbasis bekannt, die aus 8,5 bis 10% Mischmetall, 1,5 bis 2,0% Cu, 1,2 bis 2,2% Si, 0,7 bis 0,9% Mn, 0,1 bis 0,3% Cr, 0,1 bis 0.2% Ti. 0.1 bis 0,3% Zr und 1,0 bis 2,0% Fe besteht.

Diese Legierungen fanden keine industrielle Verwendung zum Gießen von Formstücken, welche bei hohen Temperaturen und Drücken eingesetzt werden, da ihre Festigkeitseigenschaften neuzeitliche Ansprüche nicht befriedigen.

In der letzten Zeit wurden Legierungen auf Aluminiumbasis erforderlich, welche bessere Fertigungseigenschaften besitzen, die zum Herstellen von Klimageräten, Kraftstoffsystem-Teilen und anderen

ι ο Erzeugnissen, die bei hohen Temperaturen und Drücken eingesetzt werden, unumgänglich sind. Die Verwendung von Formguß macht verbesserte Legierungen mit feinem Gefüge erforderlich, welches durch entsprechende Wahl der Legierungskomponenten erreicht wird.

Außerdem soll die Legierung, welche zum Gießen von Kraftstoffsystem-Teilen bestimmt ist, hohe Luftdichte und Wärmebeständigkeit gewährleisten, da diese Teile hohen Drücken einer Flüssigkeits- oder Gasphase bei Temperaturen bis 400⁰C ausgesetzt sind.

Zur Zeit sind keine Legierungen vorhanden, welche gleichzeitig allen Anforderungen entsprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Legierung auf Aluminiumbasis mit solch einer Zusammensetzung zu schaffen, daß erhöhte Wärmebeständigkeit und Luftdichte bei Eteibehaltung der Gießeigenschaften der Legierung gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Aluminium-Gußlegierung der im Anspruch 1 genannten Zusammensetzung gelöst.

Die erfindungsgemäße Legierung besitzt solche Gießeigenschaften, daß sie zum Gießen von Formstükken mit komplizierter Gestalt verwendet werden kann.

Durch das Einführen von Cer, Kupfer und Silizium in

Mengen, welche eine quai:ernäre Phase aus AlCeSiCu bilden, wird eine hohe Duuerstandfestigkeit sichergestellt.

Durch das Einführen von Mangan und Kupfer in den beanspruchten Mengen, mit denen eine AI^M^Cu-Phase gebildet wird, die die Mikroheterogenität der

An Mischkristallkörner erzeugt, wird eine höhere Festigkeit bei Temperaturen von 20⁰C bis 400⁰C gewährleistet. Die Legierung mit der erwähnten Zusammensetzung besitzt eine erhöhte Wärmebeständigkeit und Luftdichte bei guten Gießeigenschaften.

Zweckmäßigerweise enthält die Legierung 0,2 bis 0,7% Antimon. Das Vorhandensein von Antimon in der Legierung ermöglicht es, die Härte der Legierung zu erhöhen und die spanabhebende Bearbeitung zu verbessern.

■-,o Es ist zulässig, daß die Legierung 0,25 bis 0,5% Nickel enthält. Der Nickelgehalt in der Legierung erhöht deren Härte bei hohen Temperaturen.

Die Legierung kann Vanadium, Titan, Chrom und Molybdän als zulässige Beimengungen enthalten, deren Gesamtgehalt 0,2% nicht überschreitet.

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehende Beispiele angegeben.

„o Beispiel 1

Die Legierungen wurden in elektrischen Tiegelöfen erschmolzen. Zuerst wurden die vorgesehenen Mengen an Aluminium und an Vorlegierungen aus Aluminium_h5 Silizium, Aluminium-Mangan und Aluminium-Zirkonium eingeschmolzen. Nach dem Niederschmelzen der Beschickung wurde die Schmelze durchgemischt und auf eine Temperatur von 750°C erwärmt. Bei dieser

Temperatur wurde eine Aluminium-Cer-Vorlegierung zugegeben und die Schmelze sorgfältig durchgemischL Dann wurde die Temperatur auf 720° C gesenkt und eine Vorlegierung aus Aluminium-Kupfer und Magnesium eingeführt Bei einer Temperatur von 710° C wurde die Schmelze mittels trockenen Manganchlorids raffiniert Danach wurde die Schmelze bei einer Temperatur von 690° C in Blockform vergossen.
Die Legierung bestand aus

5,0% Cer,

23% Kupfer,

1,2% Silizium,

1,0% Mangan,

0,1% Zirkonium,

0,2% Magnesium und

Rest Aluminium mit Titan und Vanadium in einer Gesamtmenge von 0,1 % als Beimengung.

10

Die Festigkeitseigenschaften der Legierung bei einer Temperatur von 20°C und bei erhöhten Temperaturen (350° C bzw. 400° C) sind wie folgt:

a„ = 170 N/mm²

25

δ = 2,3%
σ ftf = 55 N/mm²

Legierungszusammensetzung:

6,0% Ce, 3,5% Cu, 3,0% Si, 2,0% Mn, 0,5% Zr, 03% Mg, 0,5% Ni, Rest Aluminium mit 0,05% Cr als Beimengung.

Die Festigkeitseigenschaften der Legierung bei einer Temperatur von 20° C und bei erhöhten Temperaturen (350° C und 400° C) sind wie folgt:

a_B = 190 N/mm² δ = 1,0%

= 60 N/mm² a\Z ■= 35 N/mm²

Beispiel 4

Die Legierung wurde entsprechend dem Beispiel 1 erschmolzen, nur wurden vor dem Raffinieren Nickel und Antimon zusammen mit Magnesium zugegeben.

σ I₀₁, = Dauerfestigkeit bei erhöhten
Temperaturen

Beispiel 2

Die Legierung wurde entsprechend dem Beispiel 1 erschmolzen, nur wurde vor dem Raffinieren Antimon zusammen mit Magnesium zugesetzt.

Legierungszusammensetzung:

4,0% Ce,

2,0% Cu,

1,0% Si,

0,7% Mn,

0,05% Zr,

0,1% Mg,

0,2% Sb,

Rest Aluminium mit Vanadium und Chrom in einer Gesamtmenge von 0,08% als Beimengung.

Die Festigkeitseigenschaften der Legierung bei einer Temperatur von 20°C und bei erhöhten Temperaturen (350°C und 400°C) sind wie folgt:

a_H = 150 N/mm²

δ = 1,6%

σ |δη° = 55 N/mm²

σΖ° = 35 N/mm²

Beispiel 3

Die Legierung wurde entsprechend dem Beispiel 1 erschmolzen, nur wurde vor dem Raffinieren Nickel zusammen mit Magnesium zugesetzt.

in Legierungszusammensetzung:

5,5% Ce, 4,0% Cu, 2,0% Si, 1,3% Mn, ^J) 0,15% Zr,

0,25% Mg, 0,25% Ni, 0,7% Sb, Rest Aluminium mit Vanadium, Titan, Chrom und Molybdän in einer Gesamtmenge von 0,2% als Beimengungen.

Die Festigkeitseigenschaften der Legierung bei einer Temperatur von 20° C und bei erhöhten Temperaturen (35O°C und 400°C) sind wie folgt:

a„ = 180 N/mm²

ö = 1,5%

σΐϋίΓ = 55 N/mm²

afS: = 35 N/mm²

Beispiel 5

In analoger Weise zu Beispiel 4 wurde eine Legierung folgender Zusammensetzung erschmolzen:

5,0% Ce, 2,0% Cu, 1,0% Si, 1,0% Mn, 0,1% Zr, 0,3% Mg. 0,5% Sb, 0,3% Ni,

Rest Aluminium mit Vanadium, Titan, Chrom und Molybdän in einer Gesamtmenge von 0,18% als Beimengungen.

Die Festigkeitseigenschaften der Legierung bei einer Temperatur von 20° C und bei erhöhten Temperaturen (350⁰C und 400° C) sind wie folgt:

σ_Β = 150N/mnr
δ = 1,8%

350° 100

400° 00

55 N/mm² 35 N/mm²

5 Mit der erfindungsgemäßen Legierung können beim Herstellen von Klimageräten Kraftstoffsystem-Teilen und anderen Erzeugnissen Stahlteile ersetzt und hierdurch Konstruktionsgewichtr gesenkt und der Arbeitsaufwand beim Herstellen der Teile vermindert ίο werden.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Aluminium-Gußlegierung mit Cer, Kupfer, Silizium, Mangan, Magnesium und Zirkonium für Anwendungen bei "anperaturen bis 400⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

4,0 bis 6,0% Cer,
2,0 bis 4,0% Kupfer,
1,0 bis 3,0% Silizium,
0,7 bis 2,0%Mangan,
0,05 bis 03% Zirkonium,
0,1 bis 03% Magnesium
und Aluminium als Rest mit zulässigen Beimengungen in einer Gesamtmenge von höchstens 0,2%