DE902091C

DE902091C - Process for the treatment of aluminum-silicon alloys

Info

Publication number: DE902091C
Application number: DEV3972D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Paul Weiss
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Current assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Priority date: 1943-02-26
Filing date: 1943-02-26
Publication date: 1954-01-18

Description

Verfahren zur Behandlung von Aluminium-Silizium-Legierungen Das in den technisch brauchbaren Aluminium-Silizium-Legierungen ausgeschiedene Eutektikum tritt bekanntlich in zwei sich stark voneinander unterscheidenden Gefügeformen auf, und zwar entweder in sogenannter körniger oder in lamellarer Form. Während in ersterer das Eutektikum in Form von in der Grundmasse regellos angeordneten kurzen gezackten Ausscheidungen kristallisiert, ist die lamellare Struktur des Eutektikums durch die Ausscheidung des Siliziums als orientiert angeordnete Nadeln charakterisiert. Die Abb. i und 2 veranschaulichen diese beiden Arten der Ausbildung des Eutektikum,s an eutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen gleicher Zusammensetzung. Die Abb. i zeigt neben einer geringen Menge primär ausgeschiedenen Siliziums das körnige Eutektikum; die Abb.2 läßt dessen lamellare Form erkennen. Während also .die Legierung mit lamellarer Struktur des Eutektikums frei ist von primären Ausscheidungen, sind in der körnigen Legierung primäre Siliziumkristalle anwesend.Process for the treatment of aluminum-silicon alloys The in Eutectic precipitated from the technically useful aluminum-silicon alloys is known to occur in two very different structural forms, either in so-called granular or lamellar form. While in the former the eutectic in the form of short, jagged ones randomly arranged in the matrix If precipitates crystallize, the lamellar structure of the eutectic is through the precipitation of silicon is characterized as needles arranged in an oriented manner. Figs. I and 2 illustrate these two types of eutectic formation, see p of eutectic aluminum-silicon alloys of the same composition. Fig. In addition to a small amount of primarily precipitated silicon, i shows the granular silicon Eutectic; Fig.2 shows its lamellar shape. So while .the alloy with a lamellar structure the eutectic is free of primary excretions, are primary silicon crystals are present in the granular alloy.

Die ursächlichen Zusammenhänge, die bei der Herstellung dieser Legierungen zu der einen oder anderen Ausbildung des Eutektikums führen, sind bisher nicht bekannt. Bekannt ist lediglich, daß die im praktischen Betrieb nennenswerte Nachteile aufweisende Art der Herstellung -solcher Legierungen durch Schmelzflußelektrolyse meist zu Legierungen mit lamellar ausgebildetem Eutektikum führt. Wird diese Legierung jedoch durch die in wirtschaftlicher Weise vorzunehmende thermische Reduktion von Silizium- und Aluminiumoxyden mittels Kohle im Lichtbogenafen hergestellt, dann zeigt das Gefüge des Eutektikums stets eine körnige Form. Auch bei der Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen durch Zusammenschmelzen der eiinzelnen Legierungskomponenten scheidet sich fasst regelmäßgd.as Eutektikum inkörnigerForm aus.The causal relationships involved in the manufacture of these alloys lead to one or the other formation of the eutectic are not yet known. It is only known that the system has significant disadvantages in practical operation Type of production -such alloys by fused-salt electrolysis mostly to alloys with a lamellar eutectic. However, if this alloy is used by the economical thermal reduction of silicon and aluminum oxides produced by means of coal in the arc furnace, then shows the structure of the eutectic always a grainy one Shape. Also in the production of aluminum-silicon alloys when the individual alloy components melt together, it separates the eutectic in granular form regularly.

Wie umfangreiche Untersuchungen gezeigt haben, ist die lamellare Struktur des Eutektiküms der Aluminium-Silizium-Legierungen von besonderer Bedeutung sowohl für die eutektischen als auch für die untereutektischen Legierungen, die beide bekanntlich durch Einführung eines Alkalimetalls, wie z. B. Natrium, veredelt werden und in dieser Form unter dem Namen Silumin und Beta-Silumin (eingetragene Warenzeichen} bekannt sind. Wenn zwar auch sowohl die körnige als auch die lamellare Ausbildung des Eutektikums in diesen veredelten Aluminium-Silizium-Legierungen nicht mehr erkennbar ist, so ist die ein lamellares Gefüge aufweisende Aluminium-Silizium-Legierung im veredelten Zustande durch eine höhere Dehnung ausgezeichnet als die entsprechend veredelte Legierung mit ursprünglich körnig ausgebildetem Eutektikum: So zeigte z. B. eine ver=edelte eutektische Aluminium-Silizium-Legierung mit ursprünglich körnig ausgebildetem Eutektikum eine Dehnung von 6,20/0, während eine veredelte eutektische Aluminium-Siliz.ium-Legierung mit ursprünglich lamellar ausgebildetem Eutektikum eine Dehnung von ii,20/a aufwies. Wird diese Veredelungsbehandlung z. B, durch eine thermische Behandlung der Legierung wieder rückgängig gemacht, dann wird das Eutektikum der Aluminium-Silizium-Legierung jedoch wieder in lamellarer Form erhalten. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren, mit dessen Hilfe es gelingt, Aluminium-Silizium-Legerungen mit in körniger Form ausgeschiedenem oder sich ausscheidendem Eutektikum in solche mit lamellar ausgeschiedenem bzw. sich ausscheidendem Eutektikum umzuwandeln und dadurch die Dehnungswerte dieser Legierungen in veredeltem Zustande in nennenswerter Weise zu verbessern.As extensive research has shown, it is the lamellar structure the eutectic of the aluminum-silicon alloys is of particular importance both for the eutectic as well as for the hypoeutectic alloys, both of which are well known by introducing an alkali metal, such as. B. sodium, are refined and in this form under the name Silumin and Beta-Silumin (registered trademarks) are known. Even if both the grainy and the lamellar formation of the eutectic in these refined aluminum-silicon alloys is no longer recognizable is, the aluminum-silicon alloy with a lamellar structure is im refined states are distinguished by a higher elongation than the corresponding ones Refined alloy with originally grainy eutectic: So showed z. B. a refined eutectic aluminum-silicon alloy with originally granular eutectic an elongation of 6.20 / 0, while a refined one eutectic aluminum-silicon alloy with originally lamellar Eutectic had an elongation of ii, 20 / a. If this finishing treatment z. B, then reversed by a thermal treatment of the alloy However, the eutectic of the aluminum-silicon alloy becomes lamellar again Maintain shape. The present invention is now a method with whose help it succeeds in aluminum-silicon alloys with precipitated in granular form or excreting eutectic into those with lamellar excreted resp. to convert the excreted eutectic and thereby the elongation values of these To improve alloys in refined condition in a significant way.

Dieses Verfahren besteht darin, daß die das Eutektikum in körniger Form aufweisenden Aluminium-Silizium-Legierungen im schmelzflüssigen Zustande einer Behandlung mit den Elementen Arsen, Tellur oder Thorium oder mit solchen Verbindungen dieser Elemente unterworfen werden, aus denen diese von der :Metallschmelze bei der vom Schmelzpunkt der Aluminium-Silizium-Legierungen abhängigenArbeitstemperatur aufgenommen werden. Die zur erfindungsgemäßen Behandlung der Legierungen erforderliche Menge der genannten Zusatzstoffe, die einesteils von der Form, in der sie zur -Anwendung kommen, und anderenteils von der Art ihres Einbringens in die Metallschmelze abhängt, ist so zu bemessen, daß bei der üblichen Arbeitstemperatur höchstens o,5 % der genannten Elemente, gerechnet auf das Metallgewicht, von der Aluminium-Silizium-Legierung aufgenommen werden.This method consists in making the eutectic more granular Form having aluminum-silicon alloys in the molten state of a Treatment with the elements arsenic, tellurium or thorium or with such compounds These elements are subjected to making up these from the: molten metal at the working temperature depending on the melting point of the aluminum-silicon alloys be included. The one required for treating the alloys according to the invention Amount of the additives mentioned, some of which depend on the form in which they are used come, and partly depends on the way they are introduced into the molten metal, is to be dimensioned in such a way that at the usual working temperature a maximum of 0.5% of the specified Elements, based on the weight of the metal, from the aluminum-silicon alloy be included.

Diese genannten Stoffe können entweder direkt in die geschmolzene Legierung eingebracht oder auf die Schmelze aufgebracht und in diese eingerührt werden. Auch können die Zusatzstoffe mit z. B. in der Leichtmetallindustrie bekannten Deck- und Reinigungssalzen, wie z. B. Mischungen von Kryolith mit Natriumchlorid oder Kalziumchlorid, zusammen auf die Metallschmelze aufgegeben und mit dieser verrührt werden. Vorteilhaft ist jedenfalls, daß die genannten Elemente bzw. deren Verbindungen allein oder in Mischung mit den beispielsweise genannten Deck- und Reinigungssalzen bei der Arbeitstemperatur zwar schmelzen, aber noch nicht nennenswert verdampfen. Ferner wählt man nur solche Verbindungen der genannten Elemente, deren andere Bestandteile in Berührung mit der Metallschmelze Stoffe liefern, die entweder von dieser nicht aufgenommen werden oder deren Anwesenheit in der Legierung nicht erwünscht ist. So vermeidet man z. B. Eisenverbindungen der genannten Elemente, weil das Eisen bekanntlich von der Metallschmelze aufgenommen, die Aluminium-Silizium-Legierungen daher verunreinigt würden. Als für den genannten Zweck besonders geeignete Verbindungen haben sich z. B. die Oxyde der genannten Elemente erwiesen.These mentioned substances can either be melted directly into the Alloy introduced or applied to the melt and stirred into it will. The additives with z. B. known in the light metal industry Cover and cleaning salts, such as. B. Mixtures of cryolite with sodium chloride or calcium chloride, added together to the molten metal and stirred with it will. In any case, it is advantageous that the elements mentioned or their compounds alone or in a mixture with the cover and cleaning salts mentioned for example Melting at the working temperature, but not evaporating significantly. Furthermore, only those compounds of the elements mentioned and their other constituents are selected in contact with the molten metal deliver substances that either of this do not or whose presence in the alloy is not desired. So you avoid z. B. iron compounds of the elements mentioned, because the iron It is well known that the aluminum-silicon alloys are absorbed by the molten metal therefore would be contaminated. Compounds particularly suitable for the stated purpose have z. B. the oxides of the elements mentioned.

Die den bekannten Veredlungsverfahren zuzuführenden Legierungen werden bekanntlich durch Hinzufügen von Reinaluminium zu einer auf thermischem Wege erhaltenen, aus rund 6o% Aluminium und 4o % Silizium bestehenden Vorlegierung hergestellt. Behandelt man diese übereutektische Vorlegierung in der erfindungsgemäßen Weise, dann ist auch in den durch den Zusatz von Reinaluminium hergestellten eutektischen und untereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen das Eutektikum in lamellarer Form ausgeschieden.The alloys to be added to the known refining processes are known by adding pure aluminum to a thermally obtained, made of about 6o% aluminum and 4o% silicon existing master alloy. Treated if this hypereutectic master alloy is used in the manner according to the invention also in the eutectic and hypoeutectic produced by the addition of pure aluminum Aluminum-silicon alloys excreted the eutectic in lamellar form.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, das erfindungsgemäße Behandeln der Aluminium-Silizium-Legierungen gleichzeitig mit der an sich bekannten Veredlung dieser Legierungen durchzuführen. Hierbei hat es sich als günstig erwiesen, die genannten Elemente oder deren Verbindungen entweder vor oder zusammen mit den veredelnd wirkenden Stoffen, z. B. Natrium, zur Anwendung zu bringen. So zeigt z. B. eine in bekannter Weise veredelte magnesiumhaltige untereutektische Aluminium-Silizium-Legierung der Zusammensetzung 9,61% Silizium, 0,36% Mangan, 0,34% Magnesium, 0,40% Eisen und o,ii% Titan eine Zerreißfestigkeit von 27,1 kg/mm2, eine Streckgrenze von 21,8 kg/mm2; eine Härte von 95,1 kg/mm2 und eine Dehnung von 1,30/a. Wird der gleichen Legierung beim Veredeln Arsenpentoxyd in einer Menge von o,o6% des Gewichtes .der Legierung zugesetzt, so weist die in der Weise veredelte Legierung bei sonst gleichen Festigkeitseigenschaften eine Dehnung von 4,6% auf. Bei einem Zusatz von o,o6% Tellur in elementarer Form an Stelle des Arsenpentoxyds ergab sich eine Dehnung von 4,7 0/0.It has been shown to be particularly advantageous to use the inventive Treating the aluminum-silicon alloys simultaneously with that known per se To carry out refinement of these alloys. Here it has proven to be beneficial the elements mentioned or their compounds either before or together with the ennobling substances, e.g. B. sodium to bring to use. So shows z. B. a magnesium-containing hypoeutectic aluminum-silicon alloy refined in a known manner the composition 9.61% silicon, 0.36% manganese, 0.34% magnesium, 0.40% iron and o, ii% titanium a tensile strength of 27.1 kg / mm2, a yield strength of 21.8 kg / mm2; a hardness of 95.1 kg / mm2 and an elongation of 1.30 / a. Will be the same alloy when refining arsenic pentoxide in an amount of 0.06% of the weight of the alloy added, the alloy refined in this way has otherwise the same strength properties an elongation of 4.6%. With an addition of 0.06% tellurium in elemental form instead of arsenic pentoxide, there was an elongation of 4.7%.

Claims

PATENT APPLICATION: i. Process for the treatment of aluminum-silicon alloys, characterized in that the alloys are treated in the molten state with the elements arsenic, tellurium or thorium or with compounds of these elements from which they are removed from the metal melt at the working temperature up to a maximum of 0.5 % be included.

2. Procedure according to Claim i, characterized in that the aluminum-silicon alloys were included the oxides of the elements mentioned in claim i are treated.

3. Procedure according to claims i and 2, characterized in that the additives together with the cover and cleaning salts known for aluminum and its alloys in the molten metal are introduced. q .. method according to claims i to 3, characterized in that the additives are the aluminum-silicon alloys before or at the same time as the substances to be added for their refinement will.