DE3927057A1

DE3927057A1 - Prodn. of passivated near-eutectic aluminium-silicon alloy - comprises adding pre-alloy contg. strontium to melt just before tapping to reduce contact-time and hydrogen pick-up

Info

Publication number: DE3927057A1
Application number: DE19893927057
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dietz; Wolfgang Dr Vogel
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Current assignee: Vaw Aluminium AG
Priority date: 1989-08-16
Filing date: 1989-08-16
Publication date: 1991-02-21
Also published as: NO903095L; ES2020730A6; NO903095D0

Abstract

A quasi Al-Si alloy is rendered passive by adding a prealloy contg. Sr to the alloy directly before the melt is tapped into the mould at a turbulent part of the melt flow. The prealloy is added in the casting channel with the time between alloy addition and tapping being 0.1-5 min. The ratio of Sr (in wt.%) to the (in ml/100g) in the prealloy is min. 5. The H2 content in the prealloy is max. 1.5 ml/100 g. The prealloy is in the form of a wire and is added to the melt continuously or discontinuously. The Sr content in the prealloy is 3-20 wt.% and the prealloy contains fine grained elements. The quasi-eutectic alloy contains 5-14 wt.% Si and the final alloy contains 0.01-0.08 wt.% Sr. ADVANTAGE - By considerably reducing the contact time between alloy melt and Sr-contg. prealloy prior to casting the H2 pick-up is reduced thereby reducing the amt. of final porosity. The resulting pores produced are also finely dispersed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußteilen aus einer naheutektischen AlSi-Legierung, die durch Zugabe einer Strontium enthaltenden Vorlegierung auf Alu miniumbasis veredelt wird.The present invention relates to a method for manufacturing of castings from a near eutectic AlSi alloy, the by adding a strontium-containing master alloy on aluminum minium base is refined.

Es ist bereits bekannt, naheutektische AlSi-Legierungen zur Her stellung von Gußteilen durch Zugabe von Strontium in Form von AlSr-Vorlegierungen zu veredeln. Die Zugabe dieser Vorlegie rungen erfolgt bisher direkt im Gieß- bzw. Warmhalteofen. Sr- haltige Aluminiumschmelzen nehmen jedoch in einem erheblich stärkeren Umfang Wasserstoff auf, als dies bei Sr-freien Alu miniumschmelzen der Fall ist. In der verhältnismäßig langen Ver weilzeit im Ofen (ca. 2 bis 5 Stunden) nimmt die Sr-haltige AlSi-Schmelze daher große Mengen an Wasserstoff aus der Ofen atmosphäre (Luft bzw. Verbrennungsabgase) auf. Im Verlauf der Erstarrung nach dem Abguß kommt es durch Ausscheidung des ge lösten Wasserstoffs zur Ausbildung einer hohen Porosität und unerwünscht groben Poren in den Gußteilen. Dies kann zu Festig keitsminderung, Rißanfälligkeit, Oberflächenfehlstellen sowie Problemen bei spanender Bearbeitung der Gußteile führen. Werden derart hergestellte Zwischenprodukte, wie z.B. Masseln, umge schmolzen, besteht die Gefahr einer erneuten Aufnahme des be reits ausgeschiedenen Wasserstoffs. Die genannten Nachteile können bisher nur durch aufwendige Maßnahmen, wie z.B. Anwendung von Schutzgas oder eine zusätzliche Entgasungsstufe (z.B. Vaku umentgasung mit Argonspülung) zwischen Veredelung und Abguß weitgehend vermieden werden.It is already known to produce near-eutectic AlSi alloys provision of castings by adding strontium in the form of To refine AlSr master alloys. The addition of this template Up to now, stanchions have been carried out directly in the casting or holding furnace. Sr- Containing aluminum melts, however, take on considerably more hydrogen than Sr-free aluminum minimum melting is the case. In the relatively long ver the time in the oven takes about 2 to 5 hours AlSi melt therefore large amounts of hydrogen from the furnace atmosphere (air or combustion gases). In the course of Solidification after the casting occurs due to the excretion of the ge dissolved hydrogen to form a high porosity and undesirable coarse pores in the castings. This can be too hard reduction, susceptibility to cracks, surface imperfections and Problems with machining the castings. Will intermediate products thus prepared, e.g. Ingots, vice melted, there is a risk that the be already excreted hydrogen. The disadvantages mentioned Up to now, this has only been possible through complex measures, e.g. application of protective gas or an additional degassing stage (e.g. vacuum degassing with argon purge) between finishing and casting largely avoided.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Ver fahren zur Herstellung von Gußteilen aus Sr-veredelten AlSi- Legierungen zu entwickeln, bei dem die Wasserstoffaufnahme deutlich eingeschränkt wird. Dabei soll eine geringe Gesamt porosität bei gleichzeitig feiner Porigkeit in den Gußstücken erzielt werden können, ohne die Notwendigkeit aufwendiger Zusatzmaßnahmen. Das neue Verfahren soll zudem eine einfache Dosierung der AlSr-Vorlegierung bei gleichbleibender Qualität der Gußstücke erlauben.The object of the present invention is a simple Ver drive for the production of castings from Sr-refined AlSi- To develop alloys in which the hydrogen absorption is significantly restricted. It is said to be a low total porosity combined with fine porosity in the castings can be achieved without the need for more elaborate Additional measures. The new process is also intended to be simple Dosage of the AlSr master alloy with constant quality allow the castings.

Die Aufgabe wird gelöst durch das kennzeichnende Merkmal des Hauptanspruches. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungs gemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.The task is solved by the characteristic feature of Main claim. Preferred embodiments of the Invention according to the method result from the subclaims.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Sr-haltige Vorle gierung auf Aluminiumbasis der Schmelze erst kurz vor dem Abguß zugegeben. Dadurch wird die Kontaktzeit der reaktiven Sr-ver edelten AlSi-Schmelze mit der umgebenden Atmosphäre erheblich verkürzt. Die Wasserstoffaufnahme der Schmelze bleibt dement sprechend gering. Die Gesamtporosität der erstarrten Gußstücke wird damit deutlich verringert, die verbleibenden Poren sind zudem sehr fein verteilt.According to the method of the invention, the Sr-containing Vorle Aluminum-based alloying of the melt only shortly before casting admitted. The contact time of the reactive Sr-ver AlSi melt with the surrounding atmosphere significantly shortened. The hydrogen absorption of the melt remains demented speaking small. The total porosity of the solidified castings is significantly reduced, the remaining pores are also very finely divided.

Der Ort für die Zugabe der AlSr-Vorlegierung wird vorteilhafter weise so gewählt, daß die Zeit zwischen der Zugabe und dem Abguß der Legierung (= Kontaktzeit der Sr-haltigen Schmelze mit der umgebenden Atmosphäre) zwischen 0,1 und 5 min beträgt. Die un tere Grenze wird dabei im wesentlichen bestimmt durch Auflö sungsgeschwindigkeit der in fester Form zugegebenen Vorlegie rung, die obere Grenze durch die maximal tolerierte Wasserstoff aufnahme der Schmelze.The location for adding the AlSr master alloy becomes more advantageous chosen so that the time between the addition and the pouring the alloy (= contact time of the Sr-containing melt with the surrounding atmosphere) is between 0.1 and 5 min. The un The lower limit is essentially determined by resolution speed of the solid solution added in solid form tion, the upper limit by the maximum tolerated hydrogen absorption of the melt.

Unter diesen Bedingungen ist die für die Auflösung der Vorlegie rung zur Verfügung stehende Zeit extrem kurz. Es muß daher für einen intensiven Kontakt zwischen der festen Vorlegierung und der Schmelze gesorgt werden. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch Zugabe der Vorlegierung in einem Bereich turbulent strö mender Schmelze, vorzugsweise im Bereich der Gießrinne zwischen Gießofen und Gießform bzw. -kokille. In diesem Fall ist eine ausreichend hohe Auflösungsgeschwindigkeit der Vorlegierung gewährleistet. Gleichzeitig wird eine sehr homogene Verteilung der Vorlegerungsbestandteile in der Schmelze vor dem Abguß erreicht. Under these conditions is that for the dissolution of the sublegia time available is extremely short. It must therefore be for intensive contact between the solid master alloy and the melt are taken care of. This is achieved according to the invention turbulent flow in one area by adding the master alloy mender melt, preferably in the area of the trough between Casting furnace and mold or mold. In this case it is sufficiently high dissolution rate of the master alloy guaranteed. At the same time, a very homogeneous distribution of the charge components in the melt before the casting reached.

Um den Wasserstoffeintrag durch das Vorlegierungsmaterial niedrig zu halten, werden vorzugsweise gasarme Vorlegierungen eingesetzt. Bei vorgegebenem Sr-Gehalt in der zu veredelnden Legierung bzw. im Gußteil richtet sich die zuzugebende Vorle gierungsmenge nach dem Sr-Gehalt in der Vorlegierung. Ist der Sr-Gehalt der Vorlegierung hoch, die zuzugebende Menge also gering, kann ein höherer Wasserstoffgehalt in der Vorlegierung toleriert werden als in umgekehrtem Fall. Günstige Ergebnisse werden insbesondere dann erzielt, wenn in der Vorlegierung das Verhältnis von Sr-Gehalt (angeg. in Gew.-%) zum H₂-Gehalt (angeg. in ml/100 g) 5 ist. Unabhängig vom Sr-Gehalt sollte der H₂-Gehalt der Vorlegierung einen Wert von 1,5 ml/100 g nicht überschreiten.Low-gas master alloys are preferably used to keep the hydrogen input through the master alloy material low. For a given Sr content in the alloy to be refined or in the casting, the amount of pre-alloy to be added depends on the Sr content in the master alloy. If the Sr content of the master alloy is high, ie the amount to be added is small, a higher hydrogen content in the master alloy can be tolerated than in the opposite case. Favorable results are achieved in particular if the ratio of Sr content (given in% by weight) to H ₂ content (given in ml / 100 g) is 5 in the master alloy. Regardless of the Sr content, the H ₂ content of the master alloy should not exceed 1.5 ml / 100 g.

Eine sehr einfache, genaue Dosierung der Vorlegierung kann erzielt werden, wenn die Zugabe in Drahtform erfolgt. Für kontinuierlichen Guß, wie z.B. Strangguß wird der Vorlegierungs draht vorzugsweise kontinuierlich in die Schmelze eingeführt. Beim chargenweisen Gießen, z.B. von Masseln, hat es sich als günstig erwiesen, die Vorlegierung in Form von Drahtabschnitten zwischen den einzelnen Gießvorgängen in die Gießrinne zu legen. Länge und Anzahl der Drahtabschnitte sind dabei so bemessen, daß sich der gewünschte Sr-Gehalt in der zu veredelnden Schmelze bzw. im fertigen Gußteil einstellt. Die Zugabe in Drahtform för dert die schnelle, gleichmäßige Auflösung und homogene Vertei lung der Vorlegierungsbestandteile in der Schmelze. Eine gleich bleibende Qualität der Gußteile ist damit gewährleistet.A very simple, accurate dosage of the master alloy can can be achieved if the addition is made in wire form. For continuous casting, e.g. Continuous casting becomes the master alloy wire preferably introduced continuously into the melt. In batch casting, e.g. of ingots, it has proven to be proved to be favorable, the master alloy in the form of wire sections between the individual pouring processes in the trough. The length and number of wire sections are dimensioned so that the desired Sr content in the melt to be refined or in the finished casting. The addition in wire form for changes the fast, uniform resolution and homogeneous distribution development of the master alloy components in the melt. An equal This ensures the permanent quality of the castings.

Der Sr-Gehalt der eingesetzten Vorlegierung liegt vorzugsweise zwischen 3 und 20 Gew.-%. Zusätzlich können kornfeinende Elemen te, wie z.B. Titan oder Bor, in den Vorlegierungen enthalten sein.The Sr content of the master alloy used is preferably between 3 and 20% by weight. In addition, grain-refining elements such as Titanium or boron, contained in the master alloys be.

Als AlSi-Legierung für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere Al-Legierungen mit 7 bis 12 Gew.-% Si. Die nach diesem Verfahren veredelten AlSi-Legierungen bzw. die da raus hergestellten Gußteile weisen vorzugsweise Sr-Gehalte zwischen 0,01 und 0,08 Gew.-% auf. Suitable as AlSi alloy for the method according to the invention in particular Al alloys with 7 to 12 wt .-% Si. The AlSi alloys or the castings made therefrom preferably have Sr contents between 0.01 and 0.08% by weight.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The method according to the invention is described below using a Embodiment explained in more detail.

Ausgangsmaterial war eine AlSi10-Legierung. Als Vorlegierungs material wurde ein AlSr10-Legierungsdraht mit einem Wasser stoffgehalt von 1,4 ml/100 g verwendet. Die flüssige Ausgangs legierung wurde aus einem 10-t-Ofen über eine Gießrinne in eine Gießwanne eingeleitet. Von der Gießwanne wurde die Legierung auf Masselformen verteilt. Bei jedem Kippvorgang wurden ca. 43 kg vergossen. Die für einen Endgehalt von 0,05 Gew.-% Sr in der veredelten Legierung notwendige Menge AlSr10 wurde in ent sprechenden Drahtabschnitten (ca. 0,3 m Länge) in die Gießrinne unmittelbar vor der Gießwanne gelegt. Zwischen den Kippvorgängen erfolgt die Auflösung der Drahtabschnitte in der turbulent flie ßenden Legierungsschmelze. Anschließend wurde die Schmelze in die Masselformen abgegossen. Proben zur Wasserstoffanalyse wurden aus der Gießwanne entnommen. Der Wasserstoffgehalt der Proben wurde mittels Heißextraktion bestimmt. Die Porosität in den Masseln wurde gemessen als Porenoberfläche pro Einheits fläche des Masselquerschnittes (in %). Zudem wurde der mittlere Porendurchmesser ermittelt. Die so erhaltenen Meßwerte sind in Tabelle 1 den entsprechenden Vergleichswerten bei Zugabe des Vorlegierungsmaterials in den Gießofen unter sonst gleichen Bedingungen gegenübergestellt.The starting material was an AlSi10 alloy. As a master alloy material was an AlSr10 alloy wire with water substance content of 1.4 ml / 100 g used. The liquid output alloy was poured from a 10-ton furnace into a through a trough Pouring trough initiated. The alloy was on from the tundish Spread forms. With each tipping process approx. 43 kg shed. The for a final content of 0.05 wt .-% Sr in the The required amount of refined alloy AlSr10 was in ent speaking wire sections (approx. 0.3 m in length) into the trough placed directly in front of the tundish. Between the tipping processes the wire sections are dissolved in the turbulent flow alloy melt. The melt was then in poured the ingot molds. Samples for hydrogen analysis were removed from the tundish. The hydrogen content of the Samples were determined using hot extraction. The porosity in the ingots were measured as the pore surface area per unit Area of the cross section (in%). In addition, the middle Pore diameter determined. The measured values thus obtained are in Table 1 the corresponding comparison values when adding the Master alloy material in the casting furnace under otherwise the same Conditions compared.

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 1 zeigt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem herkömmlichen Verfahren. H₂-Aufnahme, Porosität und mittl. Porendurchmesser werden deutlich vermindert.Table 1 shows the advantages of the method according to the invention over the conventional method. H ₂ absorption, porosity and mean. Pore diameters are significantly reduced.

Analoge Vergleichsversuche unter Einsatz eines AlSr3,5-Legie rungsdrahtes mit einem Wasserstoffgehalt von 0,4 ml/100 g erbrachten ähnlich gute Ergebnisse zugunsten des neuentwickelten Verfahrens.Analog comparative tests using an AlSr3.5 alloy guidewire with a hydrogen content of 0.4 ml / 100 g achieved similarly good results in favor of the newly developed Procedure.

Claims

1. A process for the production of castings from a near-Uutical AlSi alloy which is refined by adding a strontium-containing aluminum-based master alloy, characterized in that the strontium-containing alloy is added immediately before casting in a region of turbulent flowing melt.

2. The method according to claim 1, characterized in that the The master alloy is added to the pouring trough.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the time between the addition of the Vorle alloy and the cast is 0.1 to 5 min.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the ratio of Strontium content (expressed in% by weight) to the hydrogen content (given in ml / 100 g) is greater than or equal to 5.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the hydrogen content of the master alloy maximum 1.5 ml / 100 g (measured by hot extraction) is.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the master alloy is supplied in the form of wire will give.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the addition of the master alloy discontinuous is done.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the addition of the master alloy is continuous Lich done.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the strontium content of the master alloy is between 3 and 20% by weight.

10. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the master alloy grain refining elements contains.

11. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the near-eutectic AlSi alloy 5 to 14 wt .-% Si contains.

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the strontium content of the refined AlSi alloy is between 0.01 and 0.08% by weight.