HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine hochfeste und hochduktile
Aluminiumgußlegierung, die aufgrund einer insbesondere
durch die Verwendung von besonderen Bestandteilen und die
Steuerung einer Abkühlgeschwindigkeit erfolgenden
Verbesserung des Gefüges einer Aluminiumgußlegierung die
Herstellung eines der Endabmessung nahen Erzeugnisses
ermöglicht, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Stand der Technik
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Im Fall einer rasch erstarrten Al-Legierung werden deren
mechanische Eigenschaften stark von der Formgebung und
Größe der Körner beeinflußt. In den letzten Jahren hat
dies zu einer Entwicklung geführt, bei der auf die
Abkühlgeschwindigkeit geachtet wurde. In diesem Fall sind
die bedeutenden Eigenschaften, die von Al-Legierungen als
Konstruktionswerkstoff gefordert werden, Festigkeit und
Duktilität. Allerdings sind diese Eigenschaften im
allgemeinen unvereinbar, und es wurde als schwierig
erachtet, gleichzeitig für beide Eigenschaften hohe Werte
zu erzielen.
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Bei dem Verfahren der raschen Erstarrung ist im einzelnen
eine Festigung wirksam, bei der Kristallausscheidungen
ausgenutzt werden, um die Festigkeit zu erhöhen. Jedoch
führt dies im allgemeinen zu einer erheblich verringerten
Duktilität. Hochfeste Al-Legierungen schließen
stellvertretend beispielsweise eine mittels Pulvermetallurgie
hergestellte Legierung ein, wie sie in der JP-A-1-275732
offenbart ist. Wenngleich die Festigkeit erhöht ist,
weisen die Eigenschaften dieser Legierung eine Tendenz
auf, die Duktilität zu senken.
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In der EP-A-0564815 ist eine walzgegossene ("roll cast")
Aluminiumlegierung offenbart, wobei jedoch kein
zweifaches Kristallkorngefüge offenbart ist, bei dem die
intermetallischen Körner einen durchschnittlichen
Durchmesser von nicht mehr als 1 um und die α-Aluminiumkörner
einen durchschnittlichen Durchmesser von nicht mehr als
10 um aufweisen.
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Bei einer mittels Pulvermetallurgie hergestellten
hochfesten Al-Legierung beträgt die Bruchdehnung
üblicherweise nicht mehr als mehrere Prozent, wobei die
Bruchdehnung einer mittels Pulvermetallurgie hergestellten Al-
Legierung, die einen hohen Si-Gehalt aufweist, allenfalls
1 bis 2% beträgt.
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Bei der Pulvermetallurgie sind zudem die Kosten für die
Pulverherstellung hoch, wobei darüber hinaus für die
Markteinführung die Schritte Massenfertigung, Formen und
dergleichen notwendig sind, was natürlich zu erhöhten
Kosten führt.
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Demgegenüber weist ein dehnbares Material ("elongative
material") bezüglich Festigkeit und Duktilität die
ausgewogensten Eigenschaften auf. In den letzten Jahren
wurde jedoch bei den Eigenschaften dieses Materials
bislang keine deutliche Verbesserung erzielt. Um
überlegene Eigenschaften zu entwickeln, sollten eine
thermomechanische Behandlung und andere Verfahren erfolgen,
wodurch wahrscheinlich die Herstellungskosten erhöht
werden.
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Aus diesem Grund ist in erster Linie wünschenswert, die
Festigkeit und Duktilität eines preiswerten Gußmaterials
auf das Niveau der dehnbaren Materialien zu steigern.
Allerdings weist ein Gußmaterial, das das preiswerteste
Material zu sein scheint, aufgrund der nachstehenden
Ursachen insofern ein Problem auf, als die Festigkeit
viel geringer als bei den Materialien ist, die mittels
des Verfahrens der raschen Erstarrung und des
pulvermetallurgischen Verfahrens hergestellt wurden.
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Im Fall der Ausscheidungsfestigung
(Dispersionsfestigung), die am üblichsten und wirksamsten ist, sollte zur
Festigkeitsentwicklung zunächst ein größerer Anteil einer
festigenden Kristall- oder Ausscheidungsphase homogen und
fein verteilt erzeugt werden. Allerdings ist die
festigende Phase brüchig und ist es darüber hinaus
wahrscheinlich, daß die Grenzfläche der festigenden Phase und der
Al-Matrix bricht, was eine geringere Duktilität zur Folge
hat. Um die gewünschte Duktilität zu gewährleisten,
sollten deswegen Einbußen bei der Festigkeit in Kauf
genommen werden.
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Die einzige Vorgehensweise, die sowohl eine Verbesserung
der Festigkeit als auch der Duktilität zu ermöglichen
scheint, ist eine Festigung durch Gefügefeinung. Um eine
merkliche Verbesserung der Eigenschaften zu erzielen,
sollte die Feinung deutlich sein. Dies erfordert eine
sehr hohe Abkühlgeschwindigkeit. Schließlich sollte sich
die obengenannte Vorgehensweise auf das
pulvermetallurgische Verfahren stützen, was wie vorstehend erläutert zu
sehr hohen Herstellungskosten führt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine hochfeste
und hochduktile Aluminiumgußlegierung bereitzustellen,
die ein Gußmaterial ist, das keine thermomechanische
Behandlung erfordert und das eine gute Ausgewogenheit
zwischen Festigkeit und Duktilität auf einem Niveau
aufweist, das mit dem eines dehnbaren Materials
vergleichbar ist, indem mittels Liquisol-Abschreckung der
obengenannten Aluminiumlegierung eine einzigartige
Verbindungsphase ausgebildet wird und die Bildung einer
optimalen Mischphase der einzigartigen Verbindungsphase
und einer Al-Phase untersucht wird.
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In Anbetracht der Tatsache, daß die herkömmlichen
Verfahren der raschen Erstarrung und Pulvermetallurgie eine
sehr hohe Abkühlgeschwindigkeit erfordern, ist es eine
weitere Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstigeres
Verfahren zur Herstellung einer hochfesten und
hochduktilen Aluminiumgußlegierung bereitzustellen, indem optimale
Legierungsbestandteile und eine optimale
Abkühlgeschwindigkeit ausgenutzt werden und die Anordnung von
Al-Körnern und die Kohärenz mit der Verbindungsphase
untersucht werden.
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Die obengenannte Aufgabe kann durch eine hochfeste und
hochduktile Aluminiumgußlegierung und ein Verfahren zu
deren Herstellung gelöst werden, die wie folgt ausgeführt
sind.
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(1) Hochfeste und hochduktile Aluminiumgußlegierung, die
durch ein Gefüge gekennzeichnet ist, das feine Körner aus
α-Al mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von
nicht mehr als 10 um umfaßt, die von einem Netzwerk aus
einer Verbindung aus einem Metall auf Al-Lanthanid-Basis
mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von nicht
mehr als 1 um umgeben sind, wobei die α-Al-Körner eine
Domäne ausbilden.
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(2) Hochfeste und hochduktile Aluminiumgußlegierung gemäß
Punkt (1), wobei die Domäne eine Ansammlung von α-Al-
Körnern umfaßt, die durch Abkühlung der
Aluminiumlegie
rung, die eine durch die allgemeine Formel AlaLnbMc
dargestellte Zusammensetzung aufweist, bei einer
Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von 150ºC/s bis 350ºC/s
gefeint, gespalten und in einer einzigen Richtung
angeordnet wurden, wobei Ln mindestens ein aus Y, La, Ce, Sm,
Nd, Hf, Nb und Ta ausgewähltes metallisches Element ist,
M mindestens ein aus V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Ti,
Mo, W, Ca, Li, Mg und Si ausgewähltes metallisches
Element ist und a, b, c auf das Gewicht bezogen jeweils
75% ≤ a ≤ 95%, 0,5% ≤ b < 15% und 0,5% ≤ c < 15%
betragen.
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(3) Hochfeste und hochduktile Aluminiumgußlegierung gemäß
Punkt (1), wobei die Aluminiumlegierung eine
Zusammensetzung aufweist, die durch die allgemeine Formel
AlaLnbMc dargestellt ist, und die Verbindung aus einem
Metall auf Al-Lanthanid-Basis eine ultrafeine Verbindung
aus einem Metall auf Al-Lanthanid-Basis mit einem
durchschnittlichen Korndurchmesser von nicht mehr als 1 um
ist, wobei Ln mindestens ein aus Y, La, Ce, Sm, Nd, Hf,
Nb und Ta ausgewähltes metallisches Element ist, M
mindestens ein aus V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Ti, Mo,
W, Ca, Li, Mg und Si ausgewähltes metallisches Element
ist und a, b, c auf das Gewicht bezogen jeweils 75% ≤ a
≤ 95%, 0,5% ≤ b < 15% und 0,5% ≤ c < 15% betragen.
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(4) Verfahren zur Herstellung einer hochfesten und
hochduktilen Aluminiumgußlegierung, das durch die Schritte
Schmelzen einer durch die allgemeine Formel AlaLnbMc
dargestellten Aluminiumlegierung gemäß Punkt (2) oder (3)
und Gießen der Schmelze bei einer Abkühlgeschwindigkeit
im Bereich von 150ºC/s bis 350ºC/s in eine Form, die eine
der Endabmessung des Erzeugnisses nahe Formgebung
aufweist, gekennzeichnet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer
Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung der
Erfindung.
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Fig. 2 zeigt in Form eines Diagramms den Zusammenhang
zwischen dem Formdurchmesser und der Zugfestigkeit gemäß
der Erfindung.
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Fig. 3 zeigt in Form eines Diagramms den Zusammenhang
zwischen dem Formdurchmesser und der Bruchdehnung gemäß
der Erfindung.
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Fig. 4 zeigt in Form eines Diagramms den Zusammenhang
zwischen dem Formdurchmesser und der Vickershärte gemäß
der Erfindung.
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Fig. 5 zeigt eine typische Darstellung des
erfindungsgemäßen Metallgefüges.
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Fig. 6 zeigt ein Beispiel des Verlaufs von
Röntgenbeugungsergebnissen bei dem erfindungsgemäßen
Gußmaterial.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bei dem erfindungsgemäßen Material leiten sich die hohe
Festigkeit und die hohe Duktilität aus dem folgenden
Mechanismus her, der einem besonderen zweiphasigen
Feingefüge zugeschrieben werden kann. Im einzelnen können
diese mittels 1 Mischkristallfestigung und Feinung der
α-Al-Phase, 2 Feinung durch Spaltung von Ausscheidungen
der α-Al-Phase und 2 Festigung durch eine Kombination
der α-Al-Phase mit einer ausgeschiedenen Verbindungsphase
erreicht werden. Hinsichtlich der Wirkungsweise der
erfindungsgemäßen Zusatzelemente fördert das Ln-Element
zudem dank seines großen Atomradius die
Mischkristallfestigung der α-Al-Phase aufgrund des Größeneffekts und
fördert gleichzeitig einen Nichtgleichgewichtszustand der
Verbindung. Demgegenüber bewirkt das M-Element wie im
Fall der herkömmlichen Al-Legierung eine Feinung und eine
Verbesserung der Festigkeit.
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Das technische Merkmal der Erfindung ist, die Bildung
eines zweiphasigen Gefüges aus gefeinten und gespaltenen
α-Al-Körnern und einer Al-Ln-M-Verbindung zu erzielen.
Wenn der durchschnittliche Durchmesser der α-Al-Körner
10 um überschreitet, kann keine Kornfeinungswirkung
erzielt werden, was eine nicht zufriedenstellende
Festigkeit und Duktilität zur Folge hat. Wenn der
durchschnittliche Korndurchmesser der Al-Ln-M-Verbindung 1 um
überschreitet, wird die durch eine feine Ausscheidung an
Subkorngrenzen erzielte Feinungswirkung vermindert,
wodurch es unmöglich wird, die bei der Erfindung
beabsichtigte Festigkeit und Duktilität zu erreichen.
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Das wichtigste technische Merkmal der Erfindung ist, daß
indem der wechselseitige Effekt der obengenannten
Elemente, der Abkühlgeschwindigkeit und (der Anteil) der
Zusatzelemente ausgenutzt wird, der Randbereich der
feinen α-Al-Körner nach Art eines Netzwerks von der
Al-Ln-M-Verbindung umgeben ist und die α-Al-Körner
gleichzeitig eine Domäne ausbilden. Die Ausscheidung
findet von einem übersättigten Zustand aus mit einer sehr
hohen Geschwindigkeit entlang der Subkörner statt, wobei
aufgrund dessen, daß die Orientierung zu der
ursprünglichen Orientierung identisch bleibt, die Ordnung in
einem sehr weiten Bereich auftritt, wodurch eine Domäne
mit einer Netzwerkstruktur ausgebildet wird.
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Falls der Anteil an zugegebenen metallischen Elementen,
d.h. Ln und M, weniger als 0,5 Gew.-% oder nicht weniger
als 15 Gew.-% beträgt, erweist es sich für die Verbindung
als schwierig, die feinen α-Al-Körner nach Art eines
Netzwerks zu umgeben und als eine
Nichtgleichgewichts
phase vorzuliegen. Ln ist vorzugsweise "Mm
(Mischmetall)", was eine Legierungsmischung aus
Lanthanidelementen ist. Dies ist in Anbetracht der
Herstellungskosten vorteilhafter.
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Wenn die Abkühlgeschwindigkeit geringer als 150ºC/s ist,
erweist es sich als schwierig, aus dem übersättigten
Zustand heraus augenblicklich Ausscheidungen zu bilden.
Das heißt, daß die Ausbildung eines Zustands hoher
Energie an Subkorngrenzen nicht möglich ist, wodurch es
sich als unmöglich erweist, eine stabile
Nichtgleichgewichtsphase auszubilden. Bei einem herkömmlichen
Gießsystem handelsüblichen Ausmaßes beträgt die
Obergrenze der Abkühlgeschwindigkeit etwa 300ºC/s.
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Dank eines einzigartigen zweiphasigen Feingefüges, bei
dem der Randbereich von α-Al-Körnern nach Art eines
Netzwerks von einer metallischen Verbindung auf
Al-Lanthanid-Basis (Al-Ln-M-Verbindung) umgeben ist,
weist die erfindungsgemäße Aluminiumgußlegierung, obwohl
sie ein Gußmaterial ist, eine Zugfestigkeit und
Bruchdehnung auf, die gleich oder höher als bei dehnbaren
Materialien sind.
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Wenn eine Al-Legierung mit einer bestimmten
Zusammensetzung bei einer bestimmten Abkühlgeschwindigkeit
hergestellt wird, tritt bei der Erfindung des weiteren an
den Subkorngrenzen in α-Al-Körnern nach Art eines
Netzwerks eine Kristallisation oder Ausscheidung einer
ultrafeinen Verbindung auf, die eine Zusammensetzung aus
Al-Ln-M aufweist. Es wird angenommen, daß die
Ausscheidung innerhalb der Domäne auftritt. Zur Zeit ist es
jedoch unmöglich, zu beurteilen, ob die intergranulare
Schicht im Randbereich der Domäne durch Kristallisation
oder durch Ausscheidung gebildet wird. Dank des
obengenannten Effekts wird die Kornstruktur jedoch erheblich
gefeint, so daß die Legierung sogar im Gußzustand eine
hohe Festigkeit und Bruchdehnung aufweist.
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Die Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf
die folgenden Bespiele und Vergleichsbeispiele
beschrieben.
Beispiele
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Mittels des folgenden Herstellungsverfahrens wurden
Gußmaterialien als erfindungsgemäße Beispiele
hergestellt. Zur Herstellung von Grundlegierungen wurden
Ausgangsmaterialien, die derart abgewogen wurden, daß sie
die in Tabelle 1 angegebenen vorbestimmten
Zusammensetzungen ergaben, in einem Lichtbogenschmelzofen
aufgeschmolzen. Eine schematische Darstellung eines Geräts zur
Durchführung der Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Bei
diesem Gerät wird die auf diese Weise hergestellte
Grundlegierung in eine Quarzdüse 3 gebracht und mit Hilfe
einer Hochfrequenzspule 2 aufgeschmolzen, um eine
Legierungsschmelze 4 zu erzeugen, die von der Spitze der
Quarzdüse 3 aus in eine Kupferform 1 gegossen wird.
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Die Grundlegierung wurde bei diesen Beispielen in eine
geeignete Größe geschnitten, in die (in Fig. 1 gezeigte)
Quarzdüse 3 hineingegeben und mittels eines
Hochfrequenzschmelzverfahrens geschmolzen. Nach Beendigung des
Aufschmelzens wurde die Grundlegierungsschmelze zur
Herstellung eines Gußmaterials 5 in die Form 1 aus reinem
Kupfer eingegossen, indem der Gegendruck von Ar-Gas
ausgenutzt wurde (anstelle des Ar-Gases können auch
andere Inertgase verwendet werden).
Tabelle 1
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Die Temperatur der Metallschmelze wurde bei diesen
Beispielen nicht gemessen. Ein zu starkes Erhitzen führt
zwischen der Quarzdüse und der Metallschmelze eine
Reaktion herbei, so daß die Möglichkeit besteht, daß das
sich ergebende Gußmaterial eine zu der beabsichtigten
Zusammensetzung unterschiedliche Zusammensetzung
aufweist. Bei diesen Beispielen wurden die Bedingungen für
das Hochfrequenzgerät und die Haltezeit nach dem
Aufschmelzen konstant gehalten, wobei mittels einer
chemischen Analyse festgestellt wurde, daß unter diesen
Bedingungen zwischen der Düse und der Metallschmelze
keine Reaktion auftrat.
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Um in einem Gußmaterial das Auftreten von Defekten
aufgrund einer Oxidation des Gußmaterials und eines
Gaseinschlusses zu verhindern, erfolgten zudem das
Schmelzen und Gießen in einer Kammer mit einer
Vakuumatmosphäre derart, daß nach einer Evakuierung auf ein
Niveau von 10&supmin;³ Pa bis 3·10&sup4; Pa ein hochreines Ar-Gas
(99,99%) eingeleitet wurde.
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Der Durchmesser der an der Düsenspitze befindlichen
Öffnung zum Ausstoß der Metallschmelze betrug 0,3 mm,
wobei der Ausstoßdruck 1,8·10&sup5; Pa betrug.
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Die Form bestand aus reinem Kupfer, und für jede
Zusammensetzung wurden zylinderförmige Gußmaterialien mit
jeweils einem Durchmesser und einer Länge von 10 mm ·
50 mm, 6 mm · 50 mm und 4 mm · 50 mm hergestellt. Die
Abkühlgeschwindigkeit, die unter den obengenannten
Gießbedingungen anhand der Temperaturänderung der
Metallschmelze in der Form bestimmt wurde, betrug 149ºC für den
Durchmesser von 10 mm und 350ºC für den Durchmesser von
4 mm.
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Die Abkühlgeschwindigkeit für den Durchmesser von 6 mm
konnte aufgrund von durch das Gerät auferlegten
Beschrän
kungen nicht bestimmt werden.
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Die mechanischen Eigenschaften der Gußmaterialien wurden
mittels der folgenden Prüfung unter den angegebenen
Bedingungen ermittelt.
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- Zugfestigkeitsversuch (Instron-Prüfgerät):
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paralleler Abschnitt: 2 mm (Durchmesser) · 10 mm
(Länge)
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Traversengeschwindigkeit: 1 mm/min
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n = 7
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- Messung der Vickershärte: Last 5 kgf
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Das Gefüge wurde mittels Röntgenbeugung und einer
Untersuchung mit einem Transmissionselektronenmikroskop
(einschließlich EDX) analysiert.
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Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 1 als die mechanischen
Eigenschaften gegeben. Die Zugfestigkeit und die
Bruchdehnung der Gußmaterialien gemäß den Beispielen 1 bis 8,
deren Zusammensetzung und Abkühlgeschwindigkeit (für die
Durchmesser von 6, 4 mm) in den in dieser Patentanmeldung
beanspruchten Schutzbereich fallen, waren etwa zweimal
höher als bei den herkömmlichen Gußmaterialien* (*: JIS-
AC7B-T6-Werkstoff: Zugfestigkeit von 294 MPa,
Bruchdehnung von 10%). Die Ausgewogenheit zwischen der
Zugfestigkeit und der Bruchdehnung ist gleich oder besser
als bei dem als hochfestes dehnbares Material bekannten
Extra Super Duralumin** (**: JIS-7075-T6-Werkstoff:
574 MPa, 11%).
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Es sollte ausdrücklich erwähnt werden, daß das
erfindungsgemäße Material die in Tabelle 1 gegebenen
Eigenschaften selbst als F-Material aufweist, das keiner
thermomechanischen Behandlung unterzogen wurde. (*, **.
Metals Handbook, überarbeitete 5. Auflage, herausgegeben
von The Japan Institute of Metals)
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Im allgemeinen ist es wahrscheinlich, daß die Festigkeit
einer Metallegierung mit steigender Abkühlgeschwindigkeit
zunimmt. Daß die Hochfestigkeitseigenschaft des
erfindungsgemäßen Materials allerdings nicht nur auf einer
hohen Abkühlgeschwindigkeit fußt, geht aus den
Ergebnissen der Vergleichsbeispiele Nr. 11 bis 14 hervor. Dies
sind die Ergebnisse von Gußmaterialien, die mit Ausnahme
dessen, daß die Zusammensetzungen außerhalb des Bereichs
der Zusammensetzung lagen, der in den beanspruchten
Schutzbereich der Erfindung fällt, auf die gleiche Weise
wie bei den erfindungsgemäßen Beispielen hergestellt
wurden. Obwohl bei den Vergleichsbeispielen 11 und 12 das
Stoffsystem gleich dem der erfindungsgemäßen Beispiele
ist, unterschieden sich die prozentualen
Zusammensetzungen von denen, die in den in dieser Patentanmeldung
beanspruchten Schutzbereich fallen.
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Die Ergebnisse der Beispiele und Vergleichsbeispiele
wurden für jede Eigenschaft grafisch aufgetragen und sind
in Fig. 2 bis Fig. 4 gezeigt. Bei sämtlichen
Eigenschaften sind die Eigenschaftswerte für die Zusammensetzungen
der erfindungsgemäßen Beispiele beträchtlich erhöht,
falls der Formdurchmesser nicht mehr als 6 mm beträgt,
wobei dies einer Abkühlgeschwindigkeit entspricht, die in
den in dieser Patentanmeldung beanspruchten Schutzbereich
fällt. Im Gegensatz dazu wird für die
Vergleichszusammensetzungen selbst dann, wenn der Formdurchmesser
vermindert ist, keine deutliche Änderung der Eigenschaften
beobachtet. Bei den Zusammensetzungen der
erfindungsgemäßen Beispiele verursacht eine Änderung der
Bedingungen, bei der die Abkühlgeschwindigkeit verringert wird,
d.h. bei der Verwendung einer Form mit einem Durchmesser
von nicht weniger als 10 mm (herkömmlicher Formguß),
keine deutliche Eigenschaftsänderung. Das heißt, daß bei
den erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzungen
erheb
liche Verbesserungen der Eigenschaften erzielt werden
können, wenn der Formdurchmesser gemäß dem
erfindungsgemäßen Gießverfahren weniger als 10 mm
(Abkühlgeschwindigkeit: nicht weniger als 150ºC/s) beträgt.
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Eine Untersuchung des Gefüges ergab, daß bei der
erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung eine
Abkühlgeschwindigkeit, die in den in dieser Patentanmeldung
beanspruchten Schutzbereich fällt, zur Ausbildung eines
einzigartigen Gefüges führt, das zu den Verbesserungen der
Eigenschaften beiträgt. Eine schematische Darstellung des
Gefüges der erfindungsgemäßen Legierung ist in Fig. 5
gezeigt. Das erfindungsgemäße Material weist ein
zweiphasiges Feingefüge aus einer α-Al-Kornphase und einer
ausgeschiedenen Verbindungsphase auf, wobei die
Verbindungsphase die α-Al-Phase nach Art eines Netzwerks
umgibt. Anhand dieser ausführlichen Untersuchung wurde
festgestellt, daß die α-Al-Phase eine Domäne ausbildet,
in der mehrere bis mehrere zehn oder mehr Körner dieselbe
Orientierung aufweisen.
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Die Größe einzelner Körner der α-Al-Phase beträgt
durchschnittlich 0,2 bis mehrere um, wobei dies für
Gußmaterialien eine sehr kleine Korngröße ist. Es ist
anzunehmen, daß obwohl eine einzelne Domäne ursprünglich
durch ein einzelnes Korn (in der Größenordnung von um)
gebildet wurde, bei der Erstarrung die bevorzugte
Ausscheidung der Verbindung an Subkorngrenzen innerhalb des
Korns die Ausbildung des obengenannten Gefüges zur Folge
hat, wobei die Feinung der α-Al-Phase gefördert wird.
Falls die Zusammensetzung außerhalb des in dieser
Patentanmeldung beanspruchten Schutzbereichs liegt, liegen die
Kristalle und Ausscheidungen in herkömmlichen Formen vor
(abhängig von Zusammensetzung und Abkühlgeschwindigkeit
dendritische, stengelförmige, äquiaxiale oder andere
Formen), die nicht unmittelbar zur Feinung von α-Al
beitragen.
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Eine EDX-Analyse bei einer TEM-Untersuchung ergab, daß
die Verbindungsphase eine Zusammensetzung Al-Mm (La, Ce,
usw.)-M-(O) aufweist. Sauerstoff (0) wurde bei der
Analyse der Matrix ebenfalls erfaßt, wobei es sich dabei
möglicherweise um Rauschen handelt. Auf den ersten Blick
sieht es danach aus, als ob die Verbindung eine
intergranulare Schicht ist und die Netzwerkform zur Feinung
von α-Al beiträgt. Eine Untersuchung bei einer hohen
Vergrößerung ergab, daß die Verbindung präzise
ausgedrückt in Form einer Ansammlung von ultrafeinen (mehrere
zehn bis mehrere hundert nm großen) Körnern vorliegt.
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Die Verbindung wurde dann mittels Röntgenbeugung
analysiert, wobei die Ergebnisse in Fig. 6 gezeigt sind. Bei
der Röntgenbeugung ließen sich für die Verbindung mit
Ausnahme eines Maximums bzw. Peaks bei einem d-Wert von
etwa 4,16 Å alle beobachteten Maxima Al zuordnen. Auch
bei der Elektronenstrahlanalyse unter Verwendung des TEM
wurden lediglich Punkte festgestellt, die der
Röntgenbeugung entsprachen, und konnte die Phase nicht
identifiziert werden. Bei dem obengenannten Stoffsystem wurde
jedoch in der JCPDS-Kartei keine Verbindung mit einem der
Röntgenbeugung entsprechenden d-Wert gefunden. Diese
Tatsachen zeigen, daß die Möglichkeit besteht, daß die
Verbindung eine noch nie dagewesene
Nichtgleichgewichtsphase bildet. Anhand der Ergebnisse einer
Elektronenstrahlanalyse wurde festgestellt, daß die Verbindung eine
sehr gute Kohärenz mit der α-Al-Matrix aufwies.
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Wie vorstehend erläutert wurde, verbessert im allgemeinen
das Vorhandensein eines hohen Anteils an Ausscheidungen
durch Ausscheidungsfestigung und Verbundfestigung die
Festigkeit, senkt aber wahrscheinlich die Duktilität.
Bezüglich des erfindungsgemäßen Materials wird jedoch
angenommen, daß eine hohe Festigkeit ohne
Beeinträchtigung der Duktilität entwickelt werden kann, da die
Ausscheidungsphase sehr fein ist und darüber hinaus eine
gute Kohärenz mit der Matrix aufweist.
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Die nicht von dem in dieser Patentanmeldung beanspruchten
Schutzbereich abgedeckten kristallisierten Materialien
wie beispielsweise Al&sub4;Ce und Al&sub4;La, die sich wie
vorstehend erläutert von dem erfindungsgemäßen Material
hinsichtlich der Kristallisationsform und dem
Korndurchmesser unterscheiden, werden zu Gleichgewichtsphasen.
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Die Ausscheidungen weisen bei der erfindungsgemäßen
Aluminiumlegierung eine sehr gute Kohärenz mit der α-Al-
Matrix auf, wodurch gleichzeitig eine Verbesserung der
Festigkeit und eine Verbesserung der Duktilität erreicht
werden können. Dies wiederum ermöglicht es, trotz der
Tatsache, daß es sich um ein Gußmaterial handelt, eine
hochfeste und hochduktile Aluminiumgußlegierung, die eine
gleich hohe oder höhere Zugfestigkeit und Bruchdehnung
als ein dehnbares Material aufweist, sowie ein Verfahren
zu deren Herstellung bereitzustellen. Dank der
obengenannten Vorteile kann auf die herkömmliche
thermomechanische Behandlung verzichtet werden und kann direkt ein der
Endabmessung nahes Erzeugnis hergestellt werden.