DE2719129A1

DE2719129A1 - Strontiumhaltige grundzusammensetzung zur beigabe in eutektische und untereutektische silizium-aluminium- gusslegierungen

Info

Publication number: DE2719129A1
Application number: DE19772719129
Authority: DE
Inventors: Richard James Gennone; Robert Decker Sturdevant
Original assignee: Kawecki Berylco Industries Inc
Current assignee: KB Alloys Inc
Priority date: 1977-01-28
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1978-08-10
Also published as: JPS5394211A; FR2378870A2; NO771788L; DE2719129C2; AU2495877A; GB1583083A; IT1116633B; AU512023B2; NL7705438A; FR2378870B2

Description

PATENTANWÄLTE PUFF und BEIER STUTTGART

Dipl.-Cherri. Dr. Ruff Dip I.-Ing· J. Beier

Neckarstraße 5O D-7OOO Stuttgart 1 Tel.: CO711) 227O51* Telex 07-23412 erub d

27. April 1977-R/Bo

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Anmelder: Kawecki Berylco Industries, Inc.

Strontiumhaltige Grundzusammensetzung zur Beigabe in eutektische und untereutektische Silizium-Aluminium-Gußlegierungen

Die Erfindung bezieht sich auf die Kontrolle der Kornstruktur in Aluminium-Silizium-Legierungen. Insbesondere bezieht sie sich auf Grundzusammensetzungen zur Modifizierung der eutektischen Aluminium-Silizium-Komponente von eutektischen und untereutektischen Aluminium-Silizium-Gußlegierungen.

Der Bedarf einer Beigabe von Strontium zu anderen Metallen, um die Eigenschaften dieser Metalle zu modifizieren oder zu verbessern, wird in der Metallurgie schon lange anerkannt. Der dazu bekannte Stand der Technik, die damit verbundenen

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Probleme und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind in der früheren Anmeldung P 26 25 939.2 vom 10. Juni 1976 zusammengefaßt.

Nach der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend genannten Aufgaben dadurch gelöst, daß eine strontiumhaltige Grundzusammensetzung geschaffen werden kann, die ebenso wirksam ist wie die bekannten Strontium-Aluminium-Grundlegierungen bezogen auf Strontium-Einheit, indem eine innige Mischung gebildet wird, die a) Partikel eines strontiumhaltigen Materials des unten beschriebenen Typs und b) eines aluminiumhaltigen Materials enthält, wie es in *r früheren Anmeldung P 26 939.2 vom 10. Juni 1976 beschriebenist.

Das zur Verwendung bei der vorlegenden Erfindung geeignete "aluminiumhaltige Material" enthält Aluminiumpartikel (oder Aluminiumpulver), Partikel von Aluminiumlegierungen, die mit der Zusammensetzung nach der Erfindung vertraglich sind. Aluminium-Silizium-Legierungen), und Mischungen von Aluminiumpartikeln und anderen verträglichen Materialien. Aluminium-Silizium-Legierungen, die das "aluminiumhaltige Material" bilden können, umfassen untereutektische, eutektische und übereutektische Aluminium-Silizium-Legierungen. Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung können in gewissen, in der früheren Anmeldung beschriebenen Fällen auch, falls gewünscht, dadurch gelöst werden, daß der Bestandteil b) weggelassen wird und nur Partikel des strontiumhaltigen Materials verwendet werden.

Die Grundzusammensetzung nach der Erfindung enthält mindestens 3 Gewichtsprozent, zweckmäßig zwischen ca. 3 und ca. 37 Gewichtsprozent und vorzugsweise zwischen ca. 10 und 30 Gewichtsprozent strontiumhaltiges Material (ausgedrückt als

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Gewichtsprozent Strontium), wobei der Rest aus aluminiumhaltigem Material (Bestandteil b)), hergestellt ist. Der Ausdruck "Rest aluminiumhaltiges Material" soll auch aluminiumhaltiges Material und geringe Mengen anderer Elemente einschließen, die vorhanden sein können, wie die, die in der früheren Anmeldung genannt sind, ebenso Titan. Diese Elemente gelangen im allgemeinen als "zufällige Verunreinigungen" im strontiumhaltigen Material in die Grundzusammensetzung. Der Ausdruck "geringe Mengen" soll Mengen bezeichnen, die die Eigenschaften der sich ergebenden Grundzusammensetzung nicht nachteilig beeinflussen, wie dies näher in der früheren Anmeldung P 26 25 939.2 vom 10. Juni 1976 erklärt ist.

Eine Ausführungsform der Grundzusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung wird dadurch hergestellt, daß Partikel von strontiumhaltigern Material mit Partikeln von aluminiumhaltigem Material innig vermischt werden, entweder mit oder ohne darauffolgende Kompaktierung bei herkömmlichen Drücken zur Komprimierung von Metallpulvern, um zweckmäßig ausgebildete Presslinge zur Beigabe zu geschmolzenen Silizium-Aluminium-Gußlegierungen zu bilden, wie dies näher in der früheren Anmeldung beschrieben ist.

Das strontiumhaltige Material, wie der Ausdruck hier und in den Ansprüchen verwendet wird, ist Strontium-Silizium. Strontium-Silizium wird weder als eine gewöhnliche Legierung noch als eine wirkliche ionische oder covalente Verbindung, Bonden als eine Mischung angesehen, die ei^ne "intermetallische Verbindung¹ aus Strontium und Silizium darstellt,die als 'Btrontium-Silicid¹¹ bekannt ist. Eine Art eines zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeigneten Strontiumsilicids ist ein im Handel erhältliches Strontiumsilizium, das ungefähr zwischen ca. und 60 Gewichtsprozent Strontium, zwischen ca. 40 und 75

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Gewichtsprozent Silizium und bis zu 10 Gewichtsprozent mitgeführte Verunreinigungen wie Calcium, Eisen, Barium, Kohlenstoff, Mangan, Titan und Circon enthält. Beispielsweise enthält Strontiumsilicid, SrSip, eine bekannte Verbindung, 61 Gewichtsprozent Strontium und 39 Gewichtsprozent Silizium. Eine Prüfung der Struktur von handelsüblichem Strontium-Silizium durch Röntgenstrahlbrechung ergibt, daß das Strontium vorwiegend in Form von SrSi₂ vorhanden ist. Strontium-Silizium, das weniger als 61 Gewichtsprozent Strontium enthält, ist daher durch einen Strontiumgehalt in Form von SrSip zusammen mit einem Si-Überschuß gekennzeichnet. Ein typisches Verfahren zur Herstellung eines Strontium-Silizium, das bis zu 55 Gewichtsprozent Strontium enthält, ist in der US-PS 3 37^ 086 beschrieben. Ein Beispiel eines geeigneten Strontium-Siliziums erbringt ca. 42 bis 47 Gewichtsprozent Silizium, ca. 4 Gewichtsprozent Eisen und ca. 1 bis 3 Gewichtsprozent Calcium.

Das bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendete aluminiumhaltige Material ist vorzugsweise Aluminiumpulver. Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird handelsüblich reines Aluminiumpulver mit Strontium-Siliziumpulver vermischt, um eine Grundzusammensetzung zu bilden. Wenn die vermengte physikalische Mischung von strontiumhaltigern Material und aluminiumhaltigern Material in Brikettform oder eine ähnliche Form kompaktiert werden soll, umfaßt der aluminiumhaltige Bestandteil der Mischung vorzugsweise ein Minium von ca. 10 Gewichtsprozent der gesamten Zusammensetzung, um ein geeignetes Bindemittel zur Kompaktierung zur Verfügung zu haben.

Die verwendete Menge an aluminiumhaltigem Material kann jedoch so niedrig wie gewüischt sein, oder sogar weggelassen werden, da Strontiumsiliziumpartikel ohne Hilfe des aluminium-

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haltigen Materials kompaktiert werden können, insbesondere bei Drücken von mindestens ca. 700 kg/cm (10 000 p.s.i) und mit Partikelgrößen von kleiner als 0,15 mm (kleiner 100 mesh).

Um die Struktur von eutektischen und untereutektisehen Aluminium-Silizium-Gußlegierungen nach der Erfindung zu modifizieren, wird die vorgenannte Grundzusammensetzung der zu modifizierenden Legierung beigegeben, während diese in geschmolzenem Zustand ist, wie dies näher in der früher eingereichten Anmeldung P 26 25 939.2 beschrieben ist, auf deren Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Zusätzlich zu der Tatsache, daß die Kosten für die vorstehend beschriebenen Siliziumverbindungen im Bereich zwischen ca. 1/2 bis zu 1/40 der Kosten von Strontiummetall (zur Herstellung einer Strontium-Aluminium-Gußlegierung) liegen, oxidiert oder brennt das Strontiumsilizium, das zur Herstellung der Grundzusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht merklich, wenn die Zusammensetzung entweder in loser oder kompakter Form den geschmolzenen Silizium-Aluminium-Gußlegierungen beigegeben wird.

Die Vorteile der Grundzusammensetzung der Erfindung gegenüber vorher bekannten strontiumhaltigen Grundlegierungen sind in der Beschreibung und den Beispielen der früher eingereichten Anmeldung näher beschrieben.

Die heiligenden Figuren 1 und 2 zeigen Mikroaufnahmen von Aluminium-Silizium-Legierungen in 400-facher Vergrößerung. Eine nähere Beschreibung der Aufnahmen ist in der DT-OS 26 25 enthalten, auf die hier Bezug genommen wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE RUTF UNO BEIER STUTTGART

Dipl.-Chem. Dr. Ruff Dipl.-Ing. J. Βθιθγ

Neckarstraße OO D-7OOO StuttQart 1 Tel.: CO711) 227O5J· Telex O 7-23412 erub d

27. April 1977-R/Bo

Anmelder: Kawecki Berylco Industries, Ine,

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Ansprüche

1. Grundzusammensetzung zum Modifizieren da? eutektischen Komponente von eutektischen und unter-eutektischen Aluminium-Silizium-Gußlegierungen, gekennzeichnet durch eine Mischung aus

a) Partikeln eines strontiumhaltigen Materials, bestehend aus Strontium-Silizium, und

b) Partikeln eines aluminiumhaltigen Materials.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Grund Zusammensetzung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aluminiumhaltigen Materials aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumpartikeln und Partikeln einer Aluminium-Silizium-Legierung gewählt sind.

3. Grundzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel strontiumhaltigen Materials und aluminiumhaltigen Materials kleiner 0,84 mm (kleiner 20 mesh - Tyler) sind.

4. Grundzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Partikeln a) und b) zu Brikettform kompaktiert ist.

5. Grundzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strontium-Silizium ca. 15 bis 60 Gewichtsprozent Strontium, ca. 40 bis 75 Gewichtsprozent Silizium und den Rest als zufällige Verunreinigungen enthält und daß die Partikel aluminiumhaltigen Materials im wesentlichen aus Aluminiumpartikeln lestehen.

6. Grundzusammensetzung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Strontiumgehalt der Grundzusammensetzung zwischen ca. 3 und 37 Gewichtsprozent der Zusammensetzung beträgt.

7· Grundzusammensetzung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Strontiumgehalt der Grundzusammensetzung zwröhen ca. 10 und 30 Gewichtsprozent der Zusammensetzung beträgt.

8. Grundzusammensetzung nach Ansprüchen 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich bis zu ca. 1 Gewichtsprozent Calcium enthält.

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9. Verfahren zur Herstellung einer Grundzusammensetzung zum Modifizieren des eutektischen Bestandteils von eutektischen und untereutektischen Aluminium-Silizium-Gußlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Mischung aus

i) Partikeln eines strontiumhaltigen Materials, das im wesentlichen aus Strontium-Silizium besteht, und

ii) Partikeln eines aluminiumhaltigen Materials gebildet wird und

b) die in Schritt 2) gebildete Mischung bei einem

Kompressionsdruck zwischen 350 kg/cm bis 3500

ο
kg/cm kompaktiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aluminiumhaltigen Materials aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumpartikeln und Partikeln einer Aluminium-Silizium-Legierung gewählt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Partikel strontiumhaltigen Materials und Partikel aluminiumhaltigen Materials verwendet werden, die kleiner 0,84 mm sind.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strontium-Silizium verwendet wird, das ca. 15 bis 60 Gewichtsprozent Strontium, ca. 40 bis 75 Gewichtsprozent Silizium und den Rest in zufälligen Verunreinigungen enthält, und daß als Partikel aluminiumhaltigen Materials im wesentlichen aus Aluminium bestehende Partikel verwendet werden.

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13· Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundzusammensetzung hergestellt wird, deren Strontiumgehalt zwischen ca 3 und 37 Gewichtsprozent der Grundzusammensetzung liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundzusammeneetzung hergestellt wird, deren Strontiumgehalt zwischen ca. 10 und 30 Gewichtsprozent der Grundzusammensetzung beträgt.

15· Verfahren nach einem der Ansprüche 1.0 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundzusammeneetzung hergestellt wird, die zusätzlich bis zu ca. 1 Gewichtsprozent Calcium enthält.

16. Verfahren zum Modifizieren des eutektischen Bestandteile von eutektischen und untereutektisehen Aluminium-Silizium-Gußlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierung in geschmolzenem Zustand eine modifizierende Menge einer Grundzusammeneetzung beigegeben wird, die im wesentlichen aus Strontium-Silizium-Partikeln besteht.

17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Partikel strontiumhaltigen Materials, die kleiner 0,15 hub sind und in die form von Briketts bei einem Kompressions-

druck von mindestens ca. 700 kg/cm kompaktiert werden, verwendet werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17» dadurch gekennzeichnet, daß Strontium-Silizium verwendet wird, das ca. 15 bis 60 Gewichtsprozent Strontium, ca. 40 bis 75 Gewichtsprozent Silizium und den Rest in zufälligen Verunreinigungen enthält.

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19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge Grundzusammensetzving, die der geschmolzenen Aluminium-Silizium-Gußlegierung beigegeben wird, so groß gehalten wird, daß zwischen ca. 0,005 und 0,4 Gewichtsprozent Strontium in die Legierung eingebracht werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Strontium-Silizium-Partikel in Brikettform kompaktiert werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundzusammensetzung verwendet wird, die zusätzlich bis zu 1 Gewichtsprozent Calcium enthält.

22. Verfahren zum Modifizieren des eutektischen Bestandteils von eutektjachen und untereutektischen Aluminium-Silizium-Gußlegierungen, insbesondere nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierung in geschmolzenem Zustand eine modifizierende Menge einer Grundzusammensetzung beigegeben wird, die im wesentlichen aus einer Mischung von

a) Partikeln eines strontiumhaMgen, im wesenfliehen aus Strontium-Silizium bestehenden Materials und

b) Partikeln eines aluminiumhaltigen Materials besteht.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aluminiumhaltigen Materials aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumpartikeln und Partikeln einer Aluminium-Silizium-Legierung gewählt werden.

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24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß Partikel strontiumhaltigen Materials und Partikel aluminiumhaltigen Materials verwendet werden, die kleiner 0,84 mm sind.

25. Verfahren nach Anspruch 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge Grundzusammensetzung, die der geschmolzenen Aluminium-Silizium-Gußlegierung beigegeben wird, so groß ist, daß zwischen ca. 0,005 und 0,4 Gewichtsprozent Strontium in die Legierung eingebracht werden.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Partikeln a) und b) in Brikettform kompaktiert wird. .

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strontium-Silizium verwendet wird, das ca. 15 bis 60 Gewichtsprozent Strontium, ca. 40 bis 75 Gewichtsprozent Silizium und den Rest als zufällige Verunreinigungen enthält und daß als Partikel aluminiumhaltigen Materials im wesentlichen aus Aluminium bestehende Partikel verwendet werden.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27» dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundzusammensetzung verwendet wird, deren Strontiumgehalt zwischen ca. 3 und 37 Gewichtsprozent der Zusammensetzung liegt.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundzusammensetzung verwendet wird, deren Strontiumgehalt zwischen ca. 10 und 30 Gewichtsprozent der Zusammensetzung liegt.

30. Verfahren nach einem dfer Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundzusammensetzung verwendet wird, die zusätzlich bis zu ca. 1 Gewichtsprozent Calcium enthält.

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