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Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Aluminium-Silizium-Legierungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus
Aluminium-Silizium-Legierungen, die 2o bis 9o% Silizium und als Rest Aluminium enthalten.
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Solche Legierungen sind ihrer Zusammensetzung nach an sich bekannt.
Gegenstände aus diesen Legierungen wurden bisher jedoch durch Schmelzen der Bestandteile
und durch Gießen in die gewünschte Form hergestellt. Weiterhin sind Verfahren zum
Herstellen von Gegenständen aus Legierungen bekannt, welche durch. Pressen und Sintern
hergestellt werden. So. ist z. B. ein Verfahren zum Herstellen von Hartkörpern für
Werkzeuge, insbesondere Ziehsteine; aus Karbiden, Siliziden, Boriden, Aluminiumoxyd
oder Gemischen von diesen bekannt, bei welchem die fein gepulverten Ausgangsstoffe
in hochfeuerfesten Preßformen bei gleichzeitiger Anwendung mechanischen Druckes
von mindestens. ioo kg/cm2 auf eine unterhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur
erhitzt werden.
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Es ist auch ein Verfahren: zum Behandeln von aluminiumhaltigen Körpern
bekannt, bei
welchem Aluminium und Magnesium oder die Legierung
in feinverteilter Form mit einer oder mehreren pulverförmigen Verbindungen, Oxyden,
N itriden des gleichen oder eines anderen Leichtmetalls innig vermischt, das Gemisch
unter Anwendung von Druck gepreßt und sodann in indifferenter Atmosphäre gesintert
wird.
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Weiterhin ist ein Verfahren zum Herstellen von Preßkörpern aus Pulvern,
wie Kupfer, Bronze, Aluminium oder Gemischen solcher Metallpulver mit anderen Bestandteilen,
z. B. Graphit, für Lagerschalen und Stromabnehmer bekannt, bei welchem der Preßling
durch Erhitzen im Vakuum verfestigt wird, während das Vakuum dabei fortlaufend so
niedrig gehalten wird, daß Einschlüsse und Adsorptionsschichten bereits vor Eintritt
einer stärkeren Sinterung aus dem Preßling entfernt werden.
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In der Technik des Gießens von Aluminium-Silizium-Legierungen mit
beträchtlichen Gehalten an Silizium wächst die Schwierigkeit der Herstellung gesunder
und brauchbarer Gußstücke mit jedem Zusatz des Legierungselements Silizium. Übersteigt
der Siliziumgehalt der Legierung etwa :2o'/9, so wird es immer schwieriger, brauchbare
Gußstücke herzustellen. Obwohl Aluminiumlegierungen mit mehr als 200/0 Silizium
sehr wertvolle Eigenschaften haben, war ihre Verwendung durch die Schwierigkeiten
des Vergießens stark eingeschränkt.
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Gegenüber dem Gießen von Aluminium-Silizium-Legierungen schafft die
Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von, Gegenständen aus Aluminium-Silizium-Legierungen,
die 2o bis go% Silizium und als Rest Aluminium enthalten, wonach das Aluminiumpulver
mit pulverförmigem Silizium gemischt und das Gemisch durch Pressen und Sintern verformt
wird. Das Pressen und Sintern der pulverförmigen Bestandteile der Legierung kann
entweder gleichzeitig oder aufeinanderfolgend vorgenommen werden.
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Es kann auch die Mischung aus Aluminiumpulver mit pulverförmigem Silizium
zu einem Vorwerkstück von der Endform des Gußstückes nahekommender Form gepreßt
werden, aus der dann der gewünschte Fertiggegenstand durch Bearbeitung hergestellt
wird.
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Diese gepreßten und homogenisierten Erzeugnisse haben gegenüber den
zur Zeit im Handel erhältlichen Aluminium-Silizium-Legierungen, nämlich solchen,
welche weniger als z4o/o Silizium enthalten, ein geringeres spezifisches Gewicht,
einen geringeren Wärmedehnungskoeffizienten als er bisher bei irgendwelcher aluminiumreichen
oder magnesium reichen Leichtlegierung erzielbar war, sowie j eine sehr hohe Druckfestigkeit
bei erhöhten i i Tenil),i-aturen. Durch Zusatz anderer metallisclier Bestandteile,
z. B. von Magnesium und Beryllium, zur Preßmischung kann man das sl>ezifisclie Gewicht
noch weiter vermindern, ohne die geringe Wärmedehnung oder hohe Druckfestigkeit
der Ausgangsmischung erheblich zu beeinträchtigen. Ferner kann man durch Zusatz
anderer metallischer Bestandteile. wie Eisen, -Mangan u. dgl., die Eigenschaften
des gepreßten Aluminium-Silizium-Gemisches verändern oder beeinflussen, um die Eigenschaften
des Preßproduktes mannigfachen Zwecken anzupassen.
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Dabei entstehen beim Zusatz der Elemente, die in geschmolzenem oder
festem Zustand unvermischbar oder unlöslich sind, keine Schwierigkeiten, wie es
bei der sonst üblichen Herstellung durch Schmelzen und Gießen der Fall ist, da die
Körnchen der verschiedenen pulverförmigen Elemente sorgfältig miteinander vermischt
und zu einer zusammenhängenden festen Masse gepreßt werden.
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Bei der Ausführung der Erfindung wird eine berechnete Menge von Metallpulver
in einer der gewünschten endgültigen Zusammensetzung entsprechenden Zusammensetzung
mechanisch oder mit der Hand gründlich gemischt. Mit zunehmender Feinheit des Pulvers
wird eine innigere Legierungswirkung möglich. Das Pulver sollte feiner sein, als
etwa 256 Siebmaschen je cm2 entspricht (d.o Maschen des amerikanischen Normalsiebes).
Zur Erzielung eines Erzeugnisses von bestmöglichen Eigenschaften werden. vorzugsweise
Pulver entsprechend einer Feinheit von z225 Maschen je cm2 (9o Maschen des -.\-o:rmalsiebes)
oder von noch größerer Feinheit verwendet. Ein gutes reines Pulver ist besonders
erwünscht, das so frei wie möglich von Schmutz od. dgl. sein sollte. Die Pulvermischung
wird in eine Preßform gebracht und darin zu einem massiven homogenen Brikett oder
Werkstück gepreßt, das gegebenenfalls noch einer maschinellen Fertigbearheitung
unterworfen werden kann. Die Preßfortnen für die Mischungen von Aluminiumpulver
und Siliziumpulver werden vorzugsweise erwärmt, um den Druck zu verringern. der
zur Herstellung eines gesunden, dichten, homogenen Erzeugnisses nötig ist. Drei
Maßnahmen wirken zusammen, um das Erzeugnis zu verbessern, nämlich die Wahl der
Temperatur, des Druckes und der Dauer des Druckes. Eine Erhöhung der Temperatur,
Steigerung des Druckes oder Verlängerung der Druckeinwirkung ergibt eine gesündere,
dichtere und homogenere Legierung. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung
wird bei erhöhten Temperaturen gearbeitet, Hauptsächlich um die Anwendung von hohen
Drücken einzuschränken, aber auch wegen der
Feststellung, daß erhöhte
Temperaturen ein besseres Werkstück ergeben. Die verwendeten Temperaturen haben
zwar keine kritischen Werte, doch wird gemäß der Erfindung vorzugsweise in einem
Temperaturbereich von etwa 2oo°' C bis dicht unterhalb der Temperatur gearbeitet,
bei welcher der beim Legieren der zerkleinerten Mischung gebildete tiefstschmelzende
Bestandteil schmilzt oder zu schmelzen beginnt. Innerhalb dieser Temperaturen werden
vorzugsweise Drücke in der Größenordnung von etwa 1760 bis: 1o 55o kg je cm2 verwendet,
die man auf die in der Preßform eingeschdossene Metallpulvermischung verschieden
lange. Zeit wirken läßt, deren Dauer sich umgekehrt mit Temperatur und Druck ändert.
Werden z. B. die Formen auf etwa 4oo° C erhitzt, so braucht ein Druck von 703o kg/cm2
nicht länger als etwa 2 Minuten zu wirken, um ein gesundes, dichtes, homogenes Erzeugnis
zu ergeben. Andererseits. sollte bei 2oo° C ein Druck von 7030 kg/cm2 etwa
2 Stunden einwirken.
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Nach dem Herausnehmen des Körpers'aus der Form kann er gemäß der Erfindung
durch eine Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur homogenisiert und in seinen physikalischen
Eigenschaften weiter verbessert werden. Diese Temperatur sollte vorzugsweise dicht
an oder unmittelbar unter dem Schmelzpunkt des tiefstschmelzenden Bestandteils der
gepreßten Mischung liegen, jedoch ergeben auch schon Temperaturen von nur etwa 300°
C vorzügliche Werte.
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In der nachfolgenden Zahlentafel sind zwei Vergleichsreihen. von Legierungen
mit 400/0 Silizium und 6o% Aluminium und mit 30% Silizium und 70 0/0 Aluminium wiedergegeben,
welche einerseits geschmolzen und gegossen und andererseits gemäß der Erfindung
gepreßt und gesintert sind.
Das geringe spezifische Gewicht der geschmolzenen und gegossenen Legierungen gemäß
vorstehender Tabelle erklärt sich dadurch, daß gegossene Legierungen. mit den angegebenen
Prozentgehalten in technisch brauchbarer Form praktisch nicht herstellbar sind und
da,ß die bei den Versuchen als die bestmöglich erhaltenen gegossenen, Legierungen
porös waren.
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Die aus 300/0 Siliziumpulver und 70'/0 Aluminiumpulver bei etwa 4o0°
C gepreßte Legierung gemäß vorstehender Tabelle hat eine Streckgrenze von 1995 kg/cm2,
nach 24stündiger Wärmebehandlung bei etwa 555° C eine Streckgrenze von 232o kg/cm2.
Die Streckgrenze wurde aus der Kraft berechnet, die ausreicht; um beim Zusammendrücken
eine Verkürzung um 5'10 zu verursachen.
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Die gepreßten Legierungen zeichnen sich auch durch eine hohe Druckfestigkeit
bei erhöhten Temperaturen aus, und es ist ein Werkstoff von geringem spezifischem
Gewicht, geringer Wärmedehnung und hoher Druckfestigkeit geschaffen, das ist eine
Vereinigung von Eigenschaften, die dort sehr erwünscht ist, wo der Werkstoff zu
einem Teil geformt
wird, der bei erhöhten Temperaturen unter Druckbeanspruchungen
arbeiten muß. -Die gemäß dem Verfahren hergestellten Gegenstände eignen sich für
verschiedene ' Anwendungsgehiete der Technik; gemäß der Erfindung werden sie beispielsweise
zur Herstellung von Kolben von. Brennkraftmaschinen verwendet.