DE3022100A1

DE3022100A1 - Eisenaluminiumlegierungen, insbesondere, aber nicht ausschliesslich zur herstellung von widerstaenden im allgemeinen und fuer starkstrom im besonderen und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE3022100A1
Application number: DE19803022100
Authority: DE
Inventors: Giovanni Fusani
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-06-13
Filing date: 1980-06-12
Publication date: 1980-12-18
Also published as: ES492351A0; FR2458597B1; YU148880A; BE883510A; YU40599B; IT7912639A0; FR2458597A1; IT1124104B; ES8201224A1

Description

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Z/lI-4378r

12. Juni 1980

Giovanni FUSAUI
Via dei Colli 117 LA SPEZIA, Italien

Eisenaluminiumlegierungen, insbesondere, aber nicht ausschließlich zur Herstellung von Widerständen im allgemeinen und für Starkstrom im besonderen und Verfahren zur Herstellung derselben

Die vorliegende Erfindung betrifft Eisenaluitiiniurpiegierungen mit besonderen elektrischen Eigenschaften, die allgemein zur Herstellung von Widerstandselementen, insbesondere für Starkstrom dienen, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser besonderen Legierungen.

Der Widerstand und die magnetische Permeabilität eines Eisenmaterials hängt von den Eigenschaften seiner verschiedenen Entstehungsphasen ab, d.h. von der chemischen Zusammensetzung, der Homogenität, der Verteilung, der Form und dem Gleichgewichtszustand dieser Phasen. Im Falle von Aluminiumlegierungen hat Alumimium, das bei Raumtemperatur im

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Eisen bis zu 32% des Gewichts und 60% der ?itome löslich ist, besondere Einflüsse auf die Eigenschaften von Reineisen, die sich insbesondere auf den Widerstand und die magnetische Leitfähigkeit auswirken. Bei 20 Gewichtsprozent AL steigt der Wi-. derstand beispielsv/eise von 0,11 auf näherungsweise 1,8 ohm '£ "'-mm /m, wogegen die ursprüngliche magnetische Leitfähigkeit

Γ; , von ungefähr einhundert Einheiten bei Reineisen fast auf 1

j| abfällt, so daß man von "nicht magnetischen'' L,egi ;.-"^~en

sprechen kann. Andere besondere und beachtliche Einflüsse

b von Alumxnium auf Eisen bestehen xn exner Verrxngerung des

.ö spezifischen Gewichts (bis zu ungefähr 5 kg/dm"") un€ 2~r

Korrosionsfestigkeit (insbesondere bei hohan Temperaturen) wie auch der mechanischen Festigkeit und der Zunahme der Dehnbarkeit. Mit zunehmendem Aluminiumgehalt wird die Zugfestigkeit bei geringen Temperaturen verringert wegen der zunehmenden Verlagerung zu über der Raumtemperatur liegenden Temperaturen von der Elastizitätsgrenze«

Bei der Herstellung von Widerständen ist es demzufolge notwendig, den Aluminiumgehalt und den Zusatz besonderer Legierungselemente zu proportionieren, schädliche Verunreinigungen zu prüfen und den Schmelz-, Gieß- und Erstarrungsvorgang und die Bedingungen möglicher Wärmebehandlungen zu steuern sowie die Form und geometrischen Abmessungen der Widerstandselemente zu überwachen, um die vorteilhaften Einflüsse von Aluminium bestmöglich auszunutzen und andererseits die nachteilhaften Einflüsse von Aluminium unter Kontrolle zu halten.

Die angestrebten vorteilhaften Eigenschaften von Widerstandsmaterialien sind die folgenden: Hoher Widerstand, geringer Temperaturkoeffizient, sehr gute Widerstandsfähigkeit gegen Hocht emperaturkorros ion und gute Wider stiandsfä-

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higkeit gegen Wetterkorrosion, ausreichend große mechanische Widerstandsfähigkeit, insbesondere gegen thermische Ermüdung, geringes spezifisches Gewicht, große spezifische Wärme.

Das Fehlen von Ferromagnetismus in der Legierung ist ebenfalls wünschenswert, wenn auch nicht für den Gebrauch entscheidend.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung von Eisenaluminiumlegierungen im Hinblick auf die Optimierung der vorstehend genannten vorteilhaften Eigenschaften durch geeignete Berichtigungen der chemischen Zusammensetzungen und/oder des Gefügezustands durch Einwirken auf das Herstellungsverfahren.

Die erfindungsgemäßen Eisenaluminiumlegierungen, die insbesondere, aber nicht ausschließlich zur Herstellung von Widerständen im allgemeinen und für Starkstrom im besonderen vorgesehen sind, sind dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt in den Legierungen im Bereich von 3 bis 27% liegt und daß weitere Legierungselemente vorhanden sind, insbesondere Kohlenstoff, Silizium und Mangan, möglicherweise in Verbindung mit Kupfer, Nickel und Chrom, um die für diese Widerstände erforderlichen Eigenschaften zu erzielen, d.h. einen hohen Widerstand (bis zu 3,5 ohm mm /m), einen geringen Temperaturkoeffizient (höchstens 0,03% und üblicherweise 0,02 bis 0,03% für jedes Zentigrad), ein geringes spezifisches Gewicht (bis zu 5 kg/dm ) und eine ausreichende mechanische Widerstandsfestigkeit und Korrosionsfestigkeit (bis zu 1000 C).

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Eisenaluminiumlegierungen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmischung in einem Kupolofen oder allgemein in einem Verbrennungsofen behandelt und sodann in einem Elektroofen mit

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zusätzlichen Legierungselementen versetzt (und im Bedarfsfall entschwefelt) wird, was möglicherweise in Verbindung mit anderen Technilogien erfolgt, um die Qualität der Legierung zu verbessern.

Hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung der Legierungen ist die Zufügung von Kohlenstoffen einer der Hauptfaktoren. Wie die Erfahrung gezeigt hat, soll Kohlenstoff jedoch eher in der Form von Graphit als in der Form von Kar- \_r „"bid vorliegen, um den höchsten spezifischen Widerstand zu -- '- f-erzielen und gleichzeitig die Sprödigkeit und Härte zu ver-'' ⁱ meiden, die für Eisenaluminiumlegierungen mit einem Gehalt , - an Kohlenstoff typisch sind, der entweder vollständig ge-'löst oder nahezu in der Form von Zementit vorliegt.

' : Aus den vorstehenden Betrachtungen, die auf ausgedehnten ''".Versuchen des Anmelders beruhen, ergibt sich, daß es zur Er- * · zielung eines hohen spezifischen Widerstandes bei Fe-Al-C Legierungen hinsichtlich des Kohlenstoffgehaltes wünschenswert ist, daß sich dieser nahe dem eutektischen und dem elementaren Zustand befindet. J

Jedoch müssen ein schaumiger Graphit und eine poröse Schmelze vermieden werden und demzufolge müssen die Temperatur der Schmelze überwacht, Zuschlagstoffe beigefügt und der KühlVorgang der Schmelze beschleunigt werden.

Bei diesen Bedingungen können sich einige Karbide in der Legierung bilden, und es ist in diesem Fall am besten, die Schmelze zu glühen, damit die zusammengesetzten Kohlenstoffe in reinen Kohlenstoff und Ferrit zerfallen. Bei Roheisen mit 25% Al ergab beispielsweise ein Glühvorgang bei 920°C diesen Zerfall: Die Härte fiel von 400 auf 260 HB ab,

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und der spezifische Widerstand nahm um ungefähr 10% zu. Bei anderen Proben mit 24% Al nahm die Karte erwartungsgemäß ab, und der spezifische Widerstand stieg von 1,95 auf 2,60 ohm mm /m an. Roheisen mit 20% Al, das bei 650°C geglüht wurde, zeigte ein ähnliches Verhalten. Demzufolge kann kein Zweifel an der Zweckmäßigkeit bestehen, in einigen besonderen Fällen Widerstandselemente einer Wärmebehandlung mit der richtigen Auswahl von Zeitdauer und Temperatur zu unterwerfen, um den spezifischen Widerstand der Materialien zu vergrößern. Dar'iber-

-"· hinaus wird bei Legierungen mit einem hohen Gehalt an Aluminium (mehr als 12%) die Anwesenheit von stärker leitfänigen gewöhnlichen Gefügestrukturen unterdrückt. Wegen der Tatsache, daß Aluminium den Wärmeausdehnungskoeffizient von Eisen vergrößert, besteht die Gefahr eines Ermüdungsbruches, wenn r komplizierte Querschnitte und/oder sehr dicke Elemente häufigen Temperaturechwankungen infolge ihrer ungleichförmigen Arbeitsweise ausgesetzt sind. Es ist daher ausreichend, einen Aluminiumgehalt von 15% nicht zu überschreiten, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient auf einem Wert unter 16*10 cm/cm C gehalten v/erden muß (im Gegensatz zu 11,5·10~ bei Reineisen und 13,5·10~ bei Roheisen). Alle diese Vierte sind jedoch nur beispielhaft. Bei Pe-Al-C Legierungen mit einem Aluminiumgehalt von nahezu 15% ist das Roheisen "weiß" und demzufolge ^spröde und weniger widerstandsfähig. Es wurde daher eine Studie über die Auswirkung von Zuschlagstoffen ausgeführt mit dem Ergebnis, daß die Hinzufügung einiger Legierungselemente zur Beseitigung dieses Nachteils führt. In dieser Hinsicht hat Silizium eine besonders vorteilhafte Wirkung, das darüberhinaus den spezifischen Widerstand von Eisen verbessert. Bei einem Ausgangsgemisch von 14% Al war es durch Hinzufügen von 3,75% Si beispielsweise möglich, ein Gefüge zu erhalten, in dem Kohlenstoff hauptsächlich als Graphit vorlag. Der Dehnungskoeffizient betrug näherungsweise 15-10" , der spezifische Wi-

■"'■-derstand betrug 2,80 ohm mm /m. Die Härte (die ein Maß für den

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Graphitgehalt des Roheisens ist) betrug 210 HB, während sie bei der Legierung ohne Silizium 435 HB beträgt.

Der Widerstandstemperaturkoeffizient von Fe-Al Legierungen ist kleiner als der von Reineisen. Die Beifügung von Zuschlagstoffen kann diese Tatsache bis zu dem Punkt verstärken, daß der spezifische Widerstand sogar abnimmt, wenn die Temperatur des Materials zunimmt. Bei einem Ausgangsgemizjch mit 14,6% Al und 4,6% Si würde sich beispielsweise die chemische Widerstandsfähigkeit mit zunehmender Temperatur verringern. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ändert sich um -0,02% für jedes Zentigrad.

Die Form des Graphits hat im allgemeinen eine beträchtliche Ausv/irkung auf die Eigenschaften einer Eisenlegierung. Im Hinblick auf die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Widerstandselemente wurden daher Versuche beim Auf-^J schlag ausgeführt, der durch Verfeinern oder Umformen in Kugeln des Graphits erhalten wurde, wobei die technologischen Bedingungen der verschiedenen Vorgänge verändert wurden.

Zur Verfeinerung wurde beispielsweise ein geeigneter Prozentsatz an anderen alkalischen Metallen zu den Zuschlagstoffen aus einer Kalzium-Silizium-Verbindung hinzugefügt. Dabei wurde gefunden, daß die Hinzufügung von 0,6% Ca-Si, das mit 2% Barium angereichert war, eine beträchtliche Verringerung der Graphitlamellen im Guß zur Folge hat, die dünner und vereinzelter zu sein schienen. Die Verfeinerungsbehandlung, die mit anderen Zuschlagen erzielbar ist, beispiels v/eise durch die Einleitung von Stickstoff in der Form einer Eisenlegierung oder in Form von bei Wärme zerfallenden Gemischen erschien insbesondere für die Herstellung von Widerstandselementen mit großem Querschnitt geeignet. Hinsicht-

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lieh der Kugelbildung hat die Anwesenheit von Aluminium in der Legierung die Behandlung kompliziert. Es war daher notwendig, besondere Kugelbildungsstoffe auszusuchen. Es erschien insbesondere ratsam, Magnesium und seltene Erden hinzuzufügen, die üblicherweise in den Legierungen und v/eniger häufig im metallischen Zustand benutzt v/erden, um Graphit in Kugeln umzuwandeln/ insbesondere bei Legierungen mit höherem Äluminiumgehalt. Bei der Proportionierung der Kugelbildungsstoffe wurden die thermischen Bedingungen des Bades reguliert, und der Schwefelgehalt der Legierung wird geprüft. Bei der Hinzufügung von 0,3% eines Kugelbildungsstoffes, der aus 15% Mg und einer Fe-Ce-La Legierung von 35% TR zu gleichen Teilen besteht , in das Bad bei 1420 C und der schrittweisen Hinzufügung von Ca~Si war es bei einer Legierung mit 6% Al möglich, Gußteile mit feinem kugeligem Graphit zu erhalten, deren mechanische Eigenschaften besser waren als bei ähnlichen unbehandelten Legierungen. Die Querfestigkeit war 25% größer und die bei einer mechanischen Verformung aufgenommene Energie war um 55% größer.

Eine andere Verbesserung bei der Kugelbildung besteht im Warmverhalten der Legierung, die es ermöglicht, die Betriebstemperatur auf über 1000 C anzuheben.

Es wurde auch eine sogenannte "Duplexbehandlung" nach entsprechender Anpassung angewendet, in dem das Grundgemisch (Fe, C, Si, Mn) im Kupolofen ausgearbeitet und nachfolgend einer Endbehandlung und einer Glühbehandlung in einem Elektroofen zugeführt wurde. Erforderlichenfalls kann diese Behandlung mit dem vorstehend erwähnten Verfeinerungs- oder Kugelausbildungsvorgang kombiniert werden. Im Hinblick auf den verhältnismäßig großen Schwefelgehalt der vom Kupolofen abgestochenen Legierung wird das Bad zeitweise einer genauen Entschwefelung unterzogen, insbesondere, wenn die Legierung

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für den Kugelbildungsvorgang bestimmt ist. Bei diesem Vorgang werden wirtschaftliche Vorteile wie auch verbesserte elektrische und mechanische Eigenschaften erzielt.

Neben Kohlenstoff und Silizium, von denen einige vorteilhafte Wirkungen bereits vorstehend erwähnt wurden, kom- |men auch andere Zusätze im Hinblick auf einige Eigenschaften des zur Herstellung von Widerständen verwendeten Materials in Betracht, ohne daß jedoch der spezifische Widerstand der Legierung unter ein vertretbares Maß absinkt.

Folgende Elemente wurden experimentell untersucht: Nickel, Kupfer, Mangan, Chrom, Molybdän, Titan, Zirkon, Niob, Vanadium, Stickstoff, Magnesium und seltene Erden.

Neben der Verfeinerung des Graphits und der Steigerung des spezifischen Widerstandes der Legierung verbessert Nickel auch deren Zähigkeit beträchtlich.

Bei einem runden Probestück (20 mm Durchmesser) ergab sich ein Widerstand gegen eine dynamische Aufprallverformung von ungefäh~f/kqcm, was mit einem mechanischen Roheisen vergleichbar ist. Der Nickelgehalt kann vergrößert werden, um zähere Legierungen mit einem hohen spezifischen Widerstand von ungefähr 2 ohm mm /m zu erhalten, die keinen Ferromagnetismus auf v/eis en.

Hinsichtlich der Graphitisierung sind die Auswirkungen von Kupfer ähnlich denjenigen von Nickel, aber seine Zufügung soll auf einen kleinen Prozentsatz beschränkt sein wegen seiner Neigung in elementarer Form auszuscheiden. Da dieses Element der Oberfläche des Eisens in einer durchschnittlich korrosiven Umgebung eine dichte Rostschicht

i 1

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verleiht, welche die Zwischenschicht aus Metalloxid veredelt, wurden durch Hinzufügung von 0,5 bis 3% Cu in Fe-Al Legierungen Widerstände hergestellt, die wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit zum Einsatz in einer industriellen Umgebung bestimmt sind.

- Mangan zeigt vorteilhafte Wirkungen auf die Steigerung des spezifischen WiderStandes=

- Chrom unterstützt Aluminium gegen Hitzeoxidation, und es steigert die mechanische Festigkeit; seine Antigraphitisierungswirkung begrenzt seine Beimengung zu kohlenstoffreichen Legierungen auf einen kleinen Prozentsatz, oder die Beifügung von Graphitxsxerungselementen, insbesondere Nickel. Bei kohlenstoffarmen Fe-Al Legierungen kann der Chromgehalt auf 6% gesteigert werden, wobei das Korn im Bedarfsfall beispielsweise mit Stickstoff, Zirkon oder seltenen Erden verfeinert werden kann.

- Es wurden auch Versuche durch Beimengung von Molybdän unternommen, um die mechanische Festigkeit von Fe-Al Legierungen mit 0,5% Zuschlagen zu vergrößern. Die erhaltenen Widerstandselemente zeigen auch nach längerem Gebrauch bei hohen Temperaturen keine nennenswerten Verformungen.

Seine mäßige Antigraphitisierungswirkung wird mit geeigneten Legierungselementen korrigiert, wie z.B. Nickel. Titan, Zirkon/ Niob und Vanadium sind vergasende Elemente, die in begrenztem Gehalt eine Härtung der Matrix bewirken. Bei Kohlenstofflegierungen bewirken diese Elemente eine Verfeinerung des Graphits, solange sie in geringen Mengen vorliegen.

Bei Fe-Al Legierungen findet ihre Wirkung beispielsweise im Rohgußgefüge statt, wobei sie eine feine Gefügestruktur

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bewirken, wie dies beispielsweise beim Gießen einer Legierung mit 7% Al beobachtet wurde, bei der 0,5 oder 1% Ti dem Bad zugefügt wurden.

M ι h - Ein geringer Gehalt an Stickstoff hat sich im Versuch

1 , als vorteilhaft erwiesen zur Graphitverfeinerung oder zur || ϊ i Kornverfeinerung in Fe-Al und Pe-Al-Cr Legierungen.

1 , ' - Seltene Erden wurden untersucht, um einerseit. γΊ«

P ^? ' φ I Graphitform zu verändern, insbesondere hinsichtlich, der Ku- tt*

I '% ''- gelbildung und um andererseits den störenden Einfluß einiger Il

I *■% ^l> Verunreinigungen zu prüfen, soweit Sulfide in Bezug aUj. dr c Λ

^ ^ Zähigkeit der Legierung weniger schädlich werden. m

f , - Zur Steigerung der mechanischen Festigkeit der erfin-

ff dungs gemäßen Legierungen wurden auch Untersuchungen hinsicht-

I lieh der Auswirkungen von Phosphor- und Schwefelverunreini-

I "'' ■ gungen auf typische Eisenmaterialien angestellt, und es wur-

, de gefunden, daß es ausreicht, den Prozentsatz auf -0,10% I : bzw. -0,02% zu begrenzen,

₃ Um Elemente mit gleichförmigen Eigenschaften zu erhalten, und um sie von den üblichen Schmelz- und Gießvorgängen unabhängig zu machen, wurden Versuche gemacht, Fe-Al Legierungspulver mit und ohne zusätzliche Legierungselemente zu

1 sintern.

Es wurde beispielsweise eine Legierung mit 14% Al, 2% C, 3% Si und 0,5% Mn hergestellt und sodann auf mechanischem Wege pulverisiert. Das erhaltene Pulver wurde gesiebt, um grobe oder übermäßig feine Körner auszuscheiden, sodann mit einem Schmiermittel, wie z.B. stearinsaures Natr ium, vermischt und in einem Gesenk mit 3,5 t/cm gepreßt. Der Preßling aus dem Gesenk wird sodann in einer neutralen

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Atmosphäre bei 1000 C eine Stunde gesintert. Das erhaltene Material hat eine Dichte von näherungsweise Q kg/dm , einen spezifischen Widerstand von 2,8 ohm mm /m und eine ausreichende mechanische Festigkeit. Zur Vergrößerung des spezifischen Widerstandes wird das Pulver mit 5% SiÜEzum vermischt, das zu 99% in 1 mm Körnern vorliegt. Wach dem Sintern verkleiden die Körner mit der Eisenmatrix infolge einer Diffusionserscheinung, wobei sie jedoch ihre Identität bewahren. Das spezifische Gewicht wird auf näherungsweise

' 3

5,5 kg/dm verringert, und. der spezifische Widerstand wird

2
auf 3,2 ohm mm'/m gesteigert.

Kachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Legierung erläutert.

Beispiel 1

Ein erstes Beispiel der erfindungsgemäßen Legierung hat die nachfolgende Zusammensetzung (bezogen auf das Gewicht):

Al	6,5%
C	3 %
Si	3,5%
Mn	0,7%
Mo	0,4%

Ti, Zr und Va zusammen 0,2%

Die erhaltene Legierung hatte folgende Eigenschaften:

Spezifischer Widerstand 2,51 ohm mm /m Wärmeausdehnungskoeffizient 0,0003 Dichte 6,8 kg/dirT"

Formbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bis 700 C''

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Beispiel

Ein zweites Beispiel der erfir.dungsgemäßen Legierung hat die folgende Zusammensetzung (bezogen auf das Gewicht):

Al 7,5%

C 3 %

Si 4,5%

. _ ,-Mn 1,5%

'"' *_t-Cr 1,1% ·

,Mo 0,45% • Stickstoff urid seltene-Erden zusammen 0,08%

Die erhaltene Legierung hatte folgende Eigenschaften:

Spezifischer Widerstand 2,95 ohmpmv/m ' Wärmeausdehnungskoeffizient 0,0002 ^K Dichte ■; 6,6 kg/dm^J

Formbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bis 800 C -

Beispiel 3

Ein drittes Beispiel der erfindungsgemäßen Legierung hatte folgende Zusammensetzung (bezogen auf das Gewicht):

Al 7,5%

C 3 %

Si 4,5%

Fin 2 % ■

Cu .2, 5%

* ¹Mo 0,6%

έτί, Zr und Va zusammen 0,6%

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ft fc · C · 4 « · t ·

Die erhaltene Legierung hatte folgende Eigenschaften:

Spezifischer Widerstand 3,1 ohm mm /m Wärmeausdehnungskoeffizient 0,0002 Dichte 6,6 kg/dm

Formbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bis o00°C Beispiel 4

-- Ein viertes Beispiel der erf indungsgemäßen .Legierung hatte die folgende Zusammensetzung (bezogen auf ääs* Gewicht)

Al 7,4% C 3,1% Si 4,5% Mn 2,5% .Ni 4/0% Cr 1,2% 'Gu 2,8% Mo 0,5% Ti, Zr und Va zusammen 0,5%

Stickstoff und seltene Erden zusammen 0,2%

Die erhaltene¹ Legierung, hatte" f olgende? Eigehschaf^;ten!i

Spezifischer Widerstand 3,52 ohm mm /m VJärmeausdehnungskoef f izient 0 ,0002 Dichte 6,65 kg/dm³

Formbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bis 900°C

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- 14 -

Beispiel 2

Ein fünftes Beispiel der erfindungsgemäßen Legierung hatte die folgende Zusammensetzung (bezogen auf das Gev/icht):

Al 2,3%

C 2,0%

Si 5 %

I-in 2 %

-Mo 0?) 6%

Ti, Zr und Va zusammen 0,5%

Die erhaltenem-"Legierung, hatte folgende Eigenschaften:

Spezifischer Widerstand 2,85 ohm mm /m Wärmeausdehriungskpeffizient 0,0001 Dichte 5,7 kg/dm

Formbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit; bis 950. C-

Beispiel 6

• Ein sechstes Beispiel der erfindungsgemäßen Legierung hatte die folgende Zusammensetzung (bezogen auf das Gewicht):

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-Al 26 %

'C 1,5%

Si 5 %

Mn 2,2%

"'2STi 4 %

Cr 5 %

Mo 0,5%

^./stickstoff und seltene Erden)'zusammen 0,2%

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Die erhaltene Legierung hatte die folgenden Eigenschaften:

2 Spezifischer Widerstand 2,95 ohm mm /m Wärmeausdehnungskoeffizient 0,0001 Dichte 5,65 kg/dm

Formbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bis 950°C

Beispiel 7

Ein siebtes Beispiel der erfindungsgemäßen Legierung hat die folgende Zusammensetzung (bezogen auf das Gewicht)/

Al 25 %

C 1,8% Si 5,5% Mn 2,0% Cu 2,5%

Mo

Die erhaltene Legierung hatte die folgenden Eigenschaften:

2 Spezifischer Widerstand 3.1 ohm mm /m Wärmeausdehnungskoeffizient 0,0001 Dichte 5,6 kg/dm

Formbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bis 950⁰C

Beispiel 8

Ein achtes Beispiel der erfindungsgemäßen Legierung hat die folgende Zusammensetzung (bezogen auf das Gewicht)

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Al 27 %

C 2 %.

Si 5,3%

Mn 2,5%

.Ni 4,2%

Cr A-, 6%

Cu 2,6%

Mo 0,55%

Ti, Zr und Va zusammen 0,3%

Stickstoff und seltene Erden zusammen 0,2%

Die erhaltene Legierung hat die folgenden Eigenschaften=:

Spezifischer Widerstand 3,52 ohm mm /m Wärmeausdehnungskoeffizient 0,0001 Dichte 5,65 kg/dm

Formbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bis 1000°C

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Claims

9 Ψ • » - 17 - Patentansprüche

1. Eisenaluminiumlegierung, insbesondere, aber nicht ausschließlich zur Herstellung von Widerstandselementen im allgemeinen und für Starkstrom im besonderen mit einem sp<~- ,-zifischen Widerstand von 2,5 bis 3,5 ohm mm /m und einem "'Wärmeausdehnungskoeffizient nicht größer als 0,03% und im allgemeinen zwischen 0,015 bis 0,03%, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Aluminium zwischen 3 und 27% beträgt, daß darüberhinaus folgende Legierungselemente vorhanden sind:

Kohlenstoff 1,0 bis 5,0 % Silizium 1,0 bis 9,0 %

Mangan 0,5 bis 6,0%

und daß v/eitere Legierungselemente zugefügt werden können, bestehend aus Kupfer (0,4 bis 3,0%), Wickel (1 bis 8%) und Chrom (0,4 bis 6,0%), v/obei Nickel und Chrom gemeinsam vor-■liegen, wogegen Kupfer einerseits und Chromnickel andererseits entweder getrennt oder gemeinsam vorliegen.

2. Eisenaluminiumlegierung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß gemäß einer abgewandelten Ausführungsform ^:eines der Legierungselemente Molybdän mit einem Gewichtsanteil von 0,3 bis 2,0% ist, wobei diese Elemente die Aufgabe haben, die mechanische Wärmewiderstandsfähigkeit zu vergrös-

s em.

3. Eisenaluminiumlegierung, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß einer abgewandelten Ausführungsform Titan, Zirkon und Vanadium als v/eitere Legie-

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rungselemente entweder einzeln der gemeinsam mit einem Ge-

wichtsanteil von 0,1 bis 3,0% vorliegen.

4. Eisenaluminiumlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß einer abgewandelten Ausführungsform Stickstoff, Magnesium
und seltene Erden als weitere Legierung.-elemente entweder
einzeln oder gemeinsam mit einem Gewichtsverhältnis von

■;-^! f«'P'0,05'bis 1,0% in der Legierung enthalten sind._!% *.. . | ,- , _#

MX"":'. BrM Wiv .-.-■■ ■ ^m-.** V ■ ■■ ;s

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5. Eisenaluminiumlegierung gemäß Anspruch;! un<a_flpnem _%

^f , 1 ^-^:oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gefefiriz^chnet,,) : -■ * ΐ tekaß Aluminium mit einem Gewichtsverhältnis von 3 f is Äentg - J I Halten ist und daß die Legierungselemente die foltend|*f sih^

■·-■ -^_n, % Kohlenstoff 2,0 bis 5,0 % \

" , j|_;? ,, Silizium 2,0 bis 9,0 %

^l I Mangan 0,5 bis 3,0 %

'_? ^ Wodurch ein spezifischer Widerstand von 2,5 ohm mm /m er- ₄ '■ ' ehalten wird. -■

^Ii 6. Eisenalumirtiumlegierung nach Anspruch 5, gekenn-
^ _fi ^ ^zeichnet durch folgende weitere Legierungselemente':

ί , ^ Nickel 2,0 bis 4,0 %

- \ " : Chrom 0,8 bis 1,5 %

*[ , ^wodurch ein spezifischer Widerstand von 2,95 ohm mm²/m er-

η _r^| ^halten wird.

. . Ϊ I Ι¹ γ. Eisenaluminiumlegierung nach Anspruch 5, dadurch , Ϊ * .. 11% gekennzeichnet, daß ein weiteres Legierun^eel.fS^t Kupfer

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~ 19 -

mit einem Gewichteanteil von 1,5 bis 3% ist, wodurch der spe-

zifische Widerstand der Legierung 3,0 ohm mm /m ist.

ε. Eisenaluminiumlegierung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende weitere Legierungselemente:

Nickel 1,5 bis 6,0 %

Chrom 0,6 bis 2,5 %

Kupfer 1,5 bis 3,0 %

"wodurch der spezifische Widerstand der Legierung ,3,5 ohm ärtim /m beträgt.

9. Eisenaluminiumlegierung nach /Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, *§daß Aluminium mit einem Gewichtsanteil von 13 bis 27% ent— ,, ^halten ist und daß folgende v/eitere Legierungs el ementet ent— /halten sind:

Kohilenstoff 1,0 bis 3,0 % ^! h

* Silizium 1,0 bis 7,0 % '' %

% Mangan 0,5 bis 3,0 % ί

*"wodurch der spezifische Widerstand der Legierung 2,5 ohm

2
■·;,■■ mm /m beträgt.

10. Eisenaluminiumlegierung nach Anspruch 9, gekenn-,Ι -zeichnet durch folgende weitere Legierungselemente:

% I Nickel 1,0 bis 8,0 %

i Chrom 0,5 bis 6,0 % _s -

fei '

wodurch der spezifische Widerstand der Legierung 2,9.ohm .< ^

mm /m beträgt. >■ *

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11. Eisenaluminiumlegierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer ein v/eiteres Legierungselement mit einem Gewichtsanteil von 1,0 bis 3,0% ist, wodurch der spezifische Widerstand der Legierung 3,1 ohm mm /m erreicht.

12. Eisenaluminiumlegierung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende weitere Legierungselemente:

Nickel Chrom Kupfer

1,5 bis 6,0 % 0,6 bis 2,5 % 1,0 bis 3,0 %

wodurch der spezifische Widerstand der Legierung 3,5 ohm mm /m erreicht.

13. Verfahren zur Herstellung von Eisenaluminiumlegierungen nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsroheisen ausschließlich im Elektroofen be*r handelt wird, daß die Zufügung der Legierungselemente nacheinander gemäß der Affinität in einer zum Kohlenstoff hin abnehmenden Reihenfolge erfolgt, d.h. die Zementit bildenden (carburigenous) Elemente vor den Graphit bildenden (graphitogenous) Elementen, daß das Bad vor dem Abgießen einer Ent« gasungsbehandlung unterzogen wird, um die Menge der in der geschmolzenen Masse enthaltenen Gase, insbesondere Wasserstoff auf ein Mindestmaß zu verringern, und um (erforderlichenfalls ) Impfbehandlungen durchzuführenj um die Form und den Gehalt an Graphit in der Schmelze zu verändern, daß die Badtemperatur im Ofen 1400 bis 1500°C feeträgt und daß schließlich die Gießzeit weniger als

6 Minuten., vorzugsweise weniger als 4 Minuten beträgt.

14. Verfahren zur Herstellung von Eisenaluminiumlegierungen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das

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Ausgangsroheisen in einem Kupolofen behandelt v/ird und daß die Legierungselemente in einem Elektroofen zugeführt v/erden .

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang nach dem Gießen einer Glühbehand- ;lung bei einer Temperatur von 600 bis 1000 C unterworfen wird/ um innere Spannungen zu beseitigen und/oder eine maximale Graphitisierung des Graphits zu erzielen.

16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung vor dem Gießen einer Behandlung unterworfen v/ird, die eine Verfeinerung und/oder- Kugelbildung des Graphits bewirkt, um die mechanischen Eigenschaften der Legierung zu verbessern. »

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