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Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen Im Hauptpatent
sind Aluminium-Silizium-Legierungen mit 5 bis 2o % Silizium und gegebenenfalls Zusätzen
von insbesondere Mangan, Magnesium, Kupfer, Nickel usw. beschrieben, die durch einen
Phosphorgehalt unter 0,000r8 ± 0,00005 0/agekennzeichnet sind. Diese
Legierungen zeichnen sich durch eine lamellare Gefügebildung aus sowie durch verbesserte
Festigkeitseigenschaften im Vergleich mit den Legierungen mit höherem Phosphor-Behalt.
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Das Hauptpatent betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher
lamellarer Aluminium-Silizium-Legierungen, das darin besteht, die Legierungen im
Schmelzfluß durch phosphorentziehende Mittel in solchen Mengen bei solchen Temperaturen
und so lange zu behandeln, daß der Phosphorgehalt die angegebenen Grenzen unterschreitet.
Als phosphorentziehende Mittel sind hierbei Alkalifluorid oder alkalifluoridhaltige
Salzgemische vorgeschlagen, die nach den Beispielen bei 80o bis iooo° zur Einwirkung
auf die Aluminium-Silizium-Legierungen gebracht werden: Es war dann weiter festgestellt
worden, daß man die Herabsetzung des Phosphorgehaltes auch dadurch bewirken kann,
daß man die Legierungsschmelze bei Temperaturen oberhalb des Liquiduspunktes
der
Aluminium-Silizium-Legierung und seiner als Legierungskomponenten zugesetzten oder
als Verunreinigung anwesenden Metallkomponenten, bei Legierungen mit 5 bis 15 %
Silizium vorzugsweise unterhalb 65o°, bei etwa flutektischen Legierungen mit 8 bis
13 0/a Silizium vorzugsweise bei 6oo° und darunter, mit einem geschmolzenen Salz
behandelt. Hierfür eignen sich Salze und Salzgemische, die bei der Arbeitstemperatur
in der Hauptmenge vorzugsweise ganz flüssig sind, mt-#z-de'in °Aluminium nicht reagieren
und keinen störenden Bestandteil in die Legierung liefern, vorzugsWeise- solche,
die sich infolge ihres spezifischen Gewichtes gut vom Metall abtrennen lassen.'
Die Behandlung erfolgt beispielsweise mit Gemichen von Alkali- oder Erdalkalichloriden,
jedoch sind auch andere Salze verwendbar.- Nach der Salzbehandlung, die durch Erschütterung,
beispielsweise mit Schall oder Ultraschall, unterstützt werden kann, wird abgekratzt
und gegebenenfalls die Salzbehandlung mehrfach wiederholt mitPortionen von je etwa
i %, bezogen auf die Metallschmelze.
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Es wurde nun gefunden,- daß die notwendige Entfernung des Phosphors
aus den Legierungen auch dadurch herbeigeführt werden kann, daß die Legierungsschmelze
bei Temperaturen oberhalb des Liquiduspunktes, bei Legierungen mit 5 bis 15 0/0
vorzugsweise unterhalb 65o°, bei Legierungen mit 8 bis 13 % Silizium vorzugsweise
bei etwa 6oo° oder darunter, mit Gasen oder Stoffen, die sich bei der angewendeten
Temperatur im Gaszustand befinden oder Gase entwickeln, behandelt wird. Diese -Behandlung
wird vorzugsweise so lange durchgeführt, bis die notwendige Senkung des Phosphorgehaltes
unter die im Hauptpatent angegebenen Grenzen erreicht ist, andernfalls muß das erhaltene
Produkt, das noch höhere Phosphorgehalte besitzt, mit reinerem Produkt legiert werden,
um den erforderlichen Reinheitsgrad zur Erlangung des lamellaren Gefüges zu erhalten,
oder eine Nachreinigung gemäß Hauptpatent oder mittels anderer Salze, wie oben angegeben,
oder durch Filtration der phosphorreichen Anteile aus der flüssigen Legierung über
ein körniges Filterbett unter Druck oder Vakuum erfolgen.
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Die Behandlung erfolgt im gleichen Temperaturgebiet wie im vorstehenden
für die Salzbehandlung beschriebenen, und zwar derart, daß beispielsweise bei etwa
eutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen in die vorzugsweise etwa 6oo° heiße
Legierungsschmelze das Gas vorteilhaft am Boden des Schmelzgefäßes eingeleitet wird,
so daß es vorzugsweise fein verteilt durch die Schmelze perlt. Von Zeit zu Zeit
wird die sich an der Oberfläche bildende Krätze entfernt, wobei möglichst sorgfältige
Entfernung vorteilhaft ist.
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Als Gase eignen sich beispielsweise Kohlensäure, Stickstoff und Chlor..
Eine Schmelze einer Aluminiumlegierung mii etwa 13 % Silizium und geringen Verunreinigungen
an Eisen, in der ein Phosphorgehalt von o,ooo67 % festgestellt wurde, enthielt mach
einer Behandlungsdauer von 30 Minuten mit Chlor nur noch o,oooi8 % Phosphor,
nach istündiger Behandlung nur noch 0,00007 % Phosphor. Die Legierung dieser Schmelze
zeigte lamellares Gefüge.
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Die Behandlung mit Stickstoff führte bei einer ähnlichen Legierung,
in der der Phosphorgehalt vor der Behandlung o,ooo68 % betrug, nach 30 Minuten Behandlung
mit Stickstoff zu einem Phosphorgehalt von o,ooo28 %, nach istündiger Behandlung
zu einem Phosphorgehalt von 0,00007 0/0. Die vergossene Legierung zeigte
lamellares Gefüge.
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Auch die Festigkeitseigenschaften wurden durch die Gasbehandlung verbessert.
Aus der nachstehenden Tabelle sind die Werte für Streckgrenze, Zugfestigkeit und
Dehnung für das Ausgangsmaterial und das behandelte Material zu ersehen, die bei
Kokillengußstücken, bei iooo° vergossen, erhalten wurden
| Tabelle i |
| Behand- Streck- Zug- |
| Gas Jungs- grenze festig- Dehnung |
| Bauer keit |
| stunden kg/mm2 kg/mm2 °% |
| Unbehandelt . 9,8 213 4,0 |
| 12 . . . . . . . . . . I 9;2 23,2 5,6 |
| N2 .......... r 12,4 26,3 7,6 |
| N2 .......... Il/, 12,5 25,7 6,2 |
Die erforderliche Zeit zur Herabsetzung des Phosphorgehaltes unter die im Hauptpatent
angegebenen Grenzen läßt sich durch Steigerung des Verteilungsgrades des Gases in
der Schmelze verkürzen. Die Wirkung des Gases kann auch durch Erschütterung der
Schmelze unterstützt werden. Hierzu sind alle bekannten Mittel anwendbar, beispielsweise
Schall und Ultraschall.
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Eine besonders feine Verteilung des zur Einwirkung zu bringenden Gases
kann beispielsweise bei Wasserstoff dadurch herbeigeführt werden, daß die Schmelze
bei höherer Temperatur mit Wasserstoff gesättigt wird und dann der Gasaustritt bei
Senkung der Temperatur in das erfindungsgemäß erforderliche Temperaturgebiet in
besonders feiner Verteilung erfolgt. Es kann hierbei vorteilhaft sein, die Temperatur
kurzzeitig unter den Soliduspunkt zu senken, da hierbei ein besonders starker Gasaustritt
erfolgt, und dann wieder aufzuschmelzen, um das Gas völlig zu beseitigen. Es kann
durch Gasnachspülung, gegebenenfalls auch mit anderem Gas, oder durch Wiederholung
der Gasaufnahme und Entgasung die- Gasbehandlung zu dem angestrebten Ziele geführt
werden, falls der Phosphorgehalt nicht durch einmalige derartige Wasserstoffbehandlung
erniedrigt wird.
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Die Gasbehandlung kann auch so durchgeführt werden, daß man einen
bei Behandlungstemperatur gasförmigen Stoff in die Schmelze einbringt. Dieser wird
vorzugsweise fest oder flüssig in die Schmelze eingebracht und dafür gesorgt, daß
der verdampfende Stoff vorzugsweise vom Grund der Schmelze her durch diese hindurchperlt.
Es kann durch bekannte Vorrichtungen, beispielsweise Tauchsieb, für geeignete Einbringung
und Vertei-
Jung des Stoffes gesorgt werden. Als solcher Stoff eignet
sich .insbesondere Aluminiumchlorid, bei dem beispielsweise nachportionsweisemEinbringen
von insgesamt etwa 5 % Salz, bezogen auf die Metallmenge, der Phosphorgehalt einer
Aluminiumlegierung mit 13 °/a Silizium von 0,00054 auf unter o.oooo5 erniedrigt
wurde. Die Festigkeitswerte, die durch diese Behandlung erzielt wurden, sind aus
Tabelle II zu ersehen:
| Tabelle II |
| Salz- Zug- |
| zusatz Streck- festig- Dehnung |
| Gas in ;'o der grenze keit |
| Metall- |
| menge kg-mm2 kgj'mm2 °,'" |
| Unbehandelt . 9,8 21,5 4,0 |
| A1C13........ 5 11,9 26,o 8,4 |
Es ist möglich, die erfindungsgemäße Behandlung mit Gasen oder Gase entwickelnden
Stoffen mit der eingangs beschriebenen Salzbehandlung und/oder der im Hauptpatent
beschriebenen Fluoridbehandlung und/oder einer Filtration der flüssigen Legierung
über ein körniges Filterbett unter Druck oder Vakuum zu kombinieren. Auch eine gleichzeitige
Behandlung mit mehreren dieser Mittel ist möglich. Die Kombination der Gasbehandlung
mit einer Salzbehandlung ist insbesondere vorteilhaft bei der besonders beschriebenen
Wasserstoffbehandlung, bei der durch die Salzbehandlung gleichzeitig völlige Entgasung
beschleunigt wird.
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Die Behandlung kann an der fertigen Legierung oder an der Aluminium-Silizium-Legierung
vor Zugabe der weiteren Bestandteile erfolgen. Die Zulegierung von Magnesium wird
insbesondere bei gleichzeitiger Verwendung von Salz neben der Gasbehandlung und
auch bei der Anwendung von Aluminiumchlorid vorzugsweise erst nach der Phosphorentfernung
vorgenommen.
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Bei späterer Zulegierung weiterer Komponenten ist selbstverständlich
darauf zu achten, daß dies ohne Störung des Gefüges nur erfolgen kann, wenn bei
der Zulegierung der weiteren Komponenten der Phosphorgehalt nicht über das im Hauptpatent
zulässige Maß steigt. Vorzugsweise ist die Aluminium-Silizium-Legierung, der die
übrigen erwünschten Komponenten bereits zugesetzt sind, dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu unterwerfen. Komponenten, die durch die Gasbehandlung eine unerwünschte Veränderung
erfahren, sind selbstverständlich erst nach der Gasbehandlung zuzuführen. Eine eventuell
erwünschte Veredelungsbehandlung mit Natriumfluorid od. dgl. erfolgt erst nach der
Behandlung zur Entfernung des Phosphors.