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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 Eutektikums
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 Eütektikums frei ist von primären Ausscheidungen, sind
in der körnigen Legierung primäre Siliziumkristalle anwesend.
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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 Schmelzfluße'lektrol@yse 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 Lichtbogenofen hergestellt, dann
zeigt das Gefüge des Eutektikums stets eine körnige Form. Auch bei der Herstellung
von Alüminium-Silizium-Legierungen durch Zusammenschmelzen der einzelnen Legierungskomponenten.
scheidet sieh fast regelmäßig das Eutektikum in körniger Form aus.
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Wie umfangreiche Untersuchungen gezeigt haben, ist die lamellare Struktur
des Eutektikums der Aluminium-Silizium-Legierungen von besonderer Bedeutung sowohl
für die eutektischen als auch für die untereutektisehen 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 lämellare Ausbildung
des Eutektikums in diesen veredelten Aluminium-Silizium-Legierungen nicht mehr erkennbar
ist, so ist die ein lamellares Gefüge auf-,veisende Aluminium-Silizium-Legierung
im veredelten Zustand durch eine höhere Dehnung ausgezeichnet als die entsprechend
veredelte Legierung mit ursprünglich körnig ausgebildetem Eutektikum. So zeigte
z. B. eine veredelte eutektischeAluminium-Silizium-Legierung mit ursprünglich körnig
ausgebildetem Eutektiktim eine Dehnung von 6,2°/o, während eine veredelte eutektische
Aluminium-Silizium-Legierung mit ursprünglich lamellar ausgebildetem Eutektikum
eine .Dehnung von i i,2 % aufwies. Wird diese Veredlungsbehandlung 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.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, mit dessen Hilfe es
gelingt, Aluminium-Silizium-Legierungen mit in körniger Form ausgeschiedenem oder
sich ausscheidendem 'Eutektikum in solche mit lamel:lar ausgeschiedenem bzw. sich
ausscheidendem Eutektikum umzuwandeln und dadurch die Dehnungswerte dieser Legierungen
in veredeltem Zustand in nennenswerter Weise zu verbessern.
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Dieses Verfahren besteht darin, daß die das Eutektikum in körniger
Form aufweisenden Aluminium-Silizium-Legierungen im schmelzflüssigen Zustand mit
den Halogeniden der Alkalien, Erdalkalien und Erdinetal'le, deren Doppelsalzen oder
deren Mischungen in innige Berührung gebracht werden.
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Von den hierfür in Betracht- kommenden Salzen oder Doppelsalzen sind
beispielsweise die Chloride und Fluoride des Kaliums und Natriums, des Magnesiums,
Kalziums und Aluminiums sowie die Doppelsalze Kryolith und :Chiolith zu nennen.
Von wesentlicher Bedeutung ist, daß die Halogentide nur in solchen Mengen zur Verwendung
gelangen, die mit den Aluminium-Silizium-Legerungen bei der ihrer Schmelztemperatur
entsprechenden Arbeitstemperatur solche chemischen Umsetzungen nicht eingehen, die
die erwünschte lamellare Struktur des Eutektikums der genannten Legierungen wieder
zerstören könnten. Die genannten. Salze bzw. deren Mischungen wählt man ferner derart,
daß deren Schmelzpunkt nicht über der vom Schmelzpunkt der Legierungen abhängigen
Arbeitstemperatur gelegen ist und deren spezifisches Gewicht zweckmäßigerweise geringer
ist als das der Metalllegierung, damit nach beendeter Behandlung derselben das Salz
von dem flüssigen Metall leicht abgezogen werden kann. Zur erfindungsgemäßen Behandlung
von z. B. eutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen hat sich beispielsweise eine
Mischung von 5o Gewichtsprozent Kaliumchlorid und 5o Gewichtsprozent Kryolith oder
Aluminiumchlorid als besonders vorteilhaft erwiesen. Die zur Behandlung der- Aluminium-Silizium-Legierungen
erforderliche Salzmenge hängt von der Art bzw. der -Zusammensetzung der zu verwendenden
Salze ab. So erfordert z. B. die erfindungsgemäße Behandlung einer eutektischen
Aluminium-Silizium-Legierung eine Menge des obengenannten Salzes von rund 3 Gewichtsprozent
des metallischen Einsatzes.
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Die :diesen bekannten Veredlungsverfahren zuzuführenden Legierungen.
werden bekanntlich durch Hinzufügen von. Reinaluminium zu einer auf thermischem
Wege erhaltenen, aus rund 6o °/o Aluminium und q.oo/o Silizium bestehenden Vorlegierung
hergestellt. Behandelt man diese übereutektische Vorlegierung in der erfindungsgemäßen
Weise, dann ist auch in den durch den Zusatz von Reinaluminiüm hergestellten eutektischen
und untereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen das Eutektikum in lamellarer
Form ausgeschieden..
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Die innige Berührung zwischen. Metall und Salz kann beispielsweise
.dadurch erzielt werden, daß das geschmolzene Metall mit den genannten Salzen, z.
B. durch. längeres Rühren, gemischt wird. Als vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen,
die Behandlung der Aluminium-Silizium-Legierung im kernlosen Induktionsofen vorzunehmen,
weil dieser eine so innige Durchmischung von Metall und Salz gestattet, daß die
Einwirkungsdauer des Salzes auf das Metallbad wesentlich abgekürzt werden kann.
'Für den Erfolg der Behandlung scheint neben der rotierenden Badbewegung die Vibration
der Metallschmelze nicht uriwesentlich zu sein, die sie, wie alle elektrisch leitenden
Stoffe, unter dem Einfluß des elektromagnetischen Wechselfeldes erfährt. Ebenso
dürfte dem Umstand Bedeutung beizumessen sein, daß die Metallschmelze infolge der
starken Aufwplbung der Badoberfläehe während der Rotation abwechselnd mit dem Salz
und der Luft in Berührung steht. Dabei bleibt das Salz als ringförmige Decke um
den von der rotierenden Schmelze gebildeten. unteren Teil der Kalotte liegen.
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Das Salz selbst kann sowohl- auf das schmelzflüssige Metall aufgebracht
als auch schon vor dem Einsatz des geschmolzenen Metalls in den Ofen eingebracht
werden. Schließlich kann auch; wenn mit verschiedenen Salzgemischen gearbeitet wird,
die eine Mischung -vor dem Eingießen der geschmolzenen Legierung in den Ofen eingebracht
und die Mischung auf die Bädoberfläche aufgebracht
werden. Benutzt
man zur Herbeiführung einer innigen Berührung zwischen Metallschmelze und Salz den
kernlosen Induktionsofen, so kann" in diesem Fall das Verfahren in 2o Minuten beendet
sein.
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Mit einigen der obengenannten Salze, wie z. B. Mischungen von Kryolith
mit Kalziumchlorid, Natriumchlorid oder Kaliumfluorid, sind zwar schon bisher Leichtmetallschmelzen
behandelt worden; diese Behandlung hatte aber lediglich die Aufgabe zu erfüllen,
die Metalle während des Eins- oder Umschmelzens oberflächlich vor der Oxydation
zu schützen (Abdecksalz) oder um die in den Metallschmelzen verteilten Oxyde und
Schlackenteilchen zu lösen bzw. in solche Verbindungen überzuführen (Reinigungssalz),
die von der Oberfläche der Metallschmelze leicht abgezogen werden können. D.aß aber
diese und ähnliche Salze befähigt sind, bei inniger und genügend langer Einwirkungsdauer
die Struktur des Eutektikums in den Aluminium-Silizium-Legierungen grundlegend zu
ändern, war bisher nicht bekannt.
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Ferner hat man flüchtige Fluori-de oder bei niedrigen Temperaturen
sublimierende Chloride in geschmolzene, thermisch reduzierte Aluminium-Silizium-Legierungen
eingebracht, um in diesen Legierungen vorhandene harte kristalline Einschlüsse möglichst
zu entfernen. Eine Umwandlung des. Gefüges des Eutektikums wurde aber dadurch nicht
erzielt.
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Der Unterschied des Verfahrens gemäß der Erfindung gegenüber dem bekannten
Verfahren zur Reinigung von Leichtmetallschmelzen mit Halogeniden wird durch die
Gegenüberstellung folgender Ausführungsbeispiele verständlich: i .Reinigen von Aluminium-S
ilizium-Legierungen Zoo kg einer geschmolzenen Aluminiumlegierung mit 13,2% Silizium,
0,43'/o Eisen, 0,360/a Mangan und 0,4% Titan wurden mit einer Mischung von i kg
Natriumchlorid, 1,5 kg Kaliumchlorid und o,6 kg Kryolith bei 750'° 5 Minuten durchgerührt
und 15 Minuten abstehen gelassen, worauf die die Verunreinigungen enthaltende Salzmischung
von der Badoberfläche abgezogen wurde. Die erstarrte Legierung zeigte das Eutektikum
in körniger Form.
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2. Erfindungsgemäße Behandlung der Aluminium-Silizium-Legierungen:
i5o kg der gemäß i gereinigten Legierung wurden in einen kernlosen Induktionsofen
eingebracht und auf die Schmelze ein Gemisch von 6,5 kg Kaliumchlorid und 6,5 kg
Kryolith bei 8oo'°' zur Einwirkung gebracht. Die entstandene Legierung zeigte das
Eutektikum in lamellarer Form.