NO141943B

NO141943B - PROCEDURE FOR TREATMENT OF ALUMINUM CASTLE ALLOYS

Info

Publication number: NO141943B
Application number: NO75751115A
Authority: NO
Inventors: Serge Bercovici
Original assignee: Pechiney Aluminium
Priority date: 1974-04-04
Filing date: 1975-04-02
Publication date: 1980-02-25
Also published as: CH602928A5; FR2266748A1; DD117486A5; SE420801B; CH603805A5; NL7503992A; GB1499934A; LU69788A1; SU722494A3; GB1502114A; CA1047223A; FR2266749A1; NL182416C; DE2514355A1; BE827497A; ZA752151B; JPS5615455B2; ES436217A1; JPS50136209A; DE2514355C3

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for behandling The present invention relates to a method for treatment

av aluminium-støpelegeringer, av typen Al-Si- og Al-Cu-leger- of aluminum casting alloys, of the type Al-Si and Al-Cu alloys

inger, i flytende-fast-fase-form som kortvarig har lav visko- ings, in liquid-solid-phase form that briefly has a low visco-

sitet som en væske, hvor den opprinnelige faste legering opp- sited as a liquid, where the original solid alloy

varmes til en temperatur mellom solidus- og likvidus-tempera- heated to a temperature between the solidus and liquidus tempera-

turene og holdes der i en tid som ligger mellom noen få minutter og noen få timer, og det særegne ved fremgangsmåten består i at varmebehandlingen fortsettes uten omrøring inntil den flytende fase i fast-flytende-blandingen utgjør mer enn 35%, fortrinns- the trips and is held there for a time that is between a few minutes and a few hours, and the peculiarity of the method is that the heat treatment is continued without stirring until the liquid phase in the solid-liquid mixture makes up more than 35%, preferably

vis 40% av blandingen og den faste dendrittfase har begynt å show 40% of the mixture and the solid dendritic phase has begun to

utvikle seg til kuleform. develop into a ball shape.

Den lave viskositet, som bevirker en lett flyting, viser seg hovedsakelig når det utøves en ytre påkjenning, f.eks. i inn-sprøytningsinnretningen i en press-støpemaskin. Legeringen vil da oppføre seg på meget nær samme måte som såkalte tiksotrope stoffer og dette forhold kan utnyttes i de fleste fremgangsmåter for forming i flytende tilstand. The low viscosity, which causes an easy flow, mainly manifests itself when an external stress is applied, e.g. in the injection device in a compression molding machine. The alloy will then behave in very close to the same way as so-called thixotropic substances and this ratio can be used in most methods for forming in a liquid state.

Et stoff kalles tiksotropt når dets viskositet ikke er konstant, A substance is called thixotropic when its viscosity is not constant,

men avhenger av bevegelser som det tvinges til å utføre. Dette er eksempelvis tilfelle med leire av typen bentonitt eller kvikksand. but depends on movements that it is forced to perform. This is, for example, the case with clay of the bentonite or quicksand type.

Det er allerede forsøkt å utnytte denne tiksotrope oppførsel Attempts have already been made to exploit this thixotropic behavior

av visse metall-legeringer. Det franske patent nr. 2 141 979 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av en fast-flytende blanding for støping av en metall-masse, hvor det vesentlige består i at temperaturen i metall-massen heves inntil den kommer of certain metal alloys. The French patent no. 2 141 979 describes a method for producing a solid-liquid mixture for casting a metal mass, where the essential thing is that the temperature in the metal mass is raised until it

i flytende tilstand og å kjøle for å fremkalle en viss frysing av væsken og å røre den flytende faste blanding kraftig inntil ca. 65 vekt% an den blanding som derved fremkommer er i flytende form og omfatter enkeltstående degenererte dendritter eller noduler. Denne flytende-faste blanding har, i henhold til patentet tikstropiske egenskaper. Hvis røringen sluttes mens temperaturen holdes konstant, har metall-badet en konsistens som ligger nær konsistensen for et fast stoff, men under virk-ningen av tilstrekkelig røre-kraft, gjenvinner den en viskositet som ligger nærmere viskositeten for en væske. in the liquid state and to cool to induce some freezing of the liquid and to stir the liquid solid mixture vigorously until approx. 65% by weight of the resulting mixture is in liquid form and comprises individual degenerated dendrites or nodules. According to the patent, this liquid-solid mixture has thixotropic properties. If stirring is stopped while the temperature is kept constant, the metal bath has a consistency close to that of a solid, but under the action of sufficient stirring force, it regains a viscosity closer to that of a liquid.

Hvis den samme flytende-faste blanding kjøles til under en temperatur T, samtidig som det sørges for frysing ved støping på hvilken som helst måte, vil produktet på grunn av den spesielle struktur i primærfasen som er frosset i form av kuler, igjen bli tiksotrop såsnart den igjen bringes opp på denne temperatur T. If the same liquid-solid mixture is cooled to below a temperature T, while providing for freezing by casting in any way, the product, due to the special structure of the primary phase frozen in the form of spheres, will soon become thixotropic again it is again brought up to this temperature T.

Den fremgangsmåte som er beskrevet i patentet egner seg ikke for industriell bruk. Den digel hvor produktet fremstilles må nemlig dreie seg om sin akse og metallbadet må røres ved hjelp av to skovler som dreier seg i motsatte retninger. Det er klart at den praktiske fremstilling av disse materialer byr på store vanskeligheter ved behandling av store mengder legeringer som har høyt smeltepunkt og som angriper de vanlige mekaniske konstruksjons-materialer . The method described in the patent is not suitable for industrial use. The crucible in which the product is produced must rotate on its axis and the metal bath must be stirred using two paddles that rotate in opposite directions. It is clear that the practical production of these materials presents great difficulties when processing large quantities of alloys which have a high melting point and which attack the usual mechanical construction materials.

Patentinnehaverne har gjort forsøk på å oppnå denne tiksotrop-tilstand, spesielt for barrer av legering A 380 som er en aluminiumlegering med 8,5% silisium og 3,5% kobber, ved hjelp av enkle midler, f.eks. gjenoppvarming til en temperatur som skulle svare til 40% fast fase, nemlig ca. 555°C, men uten hell, jfr. Die Casting Engineer, vol. 17, nr. 4, 1973, side 51. The patentees have attempted to achieve this thixotropic state, particularly for ingots of alloy A 380 which is an aluminum alloy with 8.5% silicon and 3.5% copper, by simple means, e.g. reheating to a temperature that should correspond to 40% solid phase, namely approx. 555°C, but without success, cf. Die Casting Engineer, vol. 17, No. 4, 1973, page 51.

Foreliggende oppfinnelse, som unngår ulempene ved den tidligere teknikk og betraktelig utvider bruksområdet, går følgelig ut på The present invention, which avoids the disadvantages of the prior art and considerably expands the field of use, is therefore based on

en fremgangsmåte som gjør det mulig å oppnå en metall-legering i tilstand av blandine av faste faset og flytende fase i et slikt forhold at denne legering i en overgang kan gå over i flytende tilstand når det på den utøves et utvendig trykk, i det øyeblikk a method which makes it possible to obtain a metal alloy in a state of mixture of solid phase and liquid phase in such a ratio that this alloy can transition into a liquid state when an external pressure is applied to it, at the moment

den formgis i en form og øyeblikkelig gjenfinne sin faste tilstand så snart trykket opphører. Ved denne fremgangsmåte bringes legeringen opp på en temperatur som ligger mellom solidus- og likvidus-temperaturen og slik at den forholdsvise vektmengde flytende fase er minst lik 40% og fortrinnsvis minst lik 60%, og holde denne temperatur i en tid som ligger mellom noen minutter og noen timer og fortrinnsvis mellom 5 og 60 minutter, slik at den primære dendritt-struktur er i det minste begynt å utvikle seg mot en kule-form. it is formed into a mold and instantly regains its solid state as soon as the pressure ceases. In this method, the alloy is brought up to a temperature that lies between the solidus and liquidus temperatures and so that the relative amount by weight of the liquid phase is at least equal to 40% and preferably at least equal to 60%, and this temperature is maintained for a time that lies between a few minutes and a few hours and preferably between 5 and 60 minutes, so that the primary dendritic structure has at least begun to develop towards a spherical shape.

Dimensjonene for disse kuler avhenger av finheten av den opp-rinnleige dendritt-struktur, men ligger i alminnelighet mellom ca. 100 og 400 mikrometer. The dimensions of these spheres depend on the fineness of the up-and-down dendrite structure, but are generally between approx. 100 and 400 micrometers.

Grensene for forholdet mellom flytende og fast fase under ut-øvelsen av oppfinnelsen varieres noe med den type legering som foreligger. De er likeledes avhengig av kravene til håndtering av de behandlende produkter. En legering på grunnlag av aluminium, behandlet i henhold til oppfinnelsen og som inneholdt 40-50% flytende fase, ser utvendig ut som et fast stoff. De kan håndteres med litt forsiktighet. Et voldsomt støt, et fall kan medføre at den faller sammen. Ved henimot 80% flytende fase er tilstanden nærmest grøtformet og den egner seg mindre godt til å håndteres, med det er dog intet i veien for at den føres inn i en støpemaskin-beholder i denne tilstand. The limits for the ratio between liquid and solid phase during the practice of the invention are varied somewhat with the type of alloy present. They are also dependent on the requirements for handling the treating products. An alloy based on aluminium, treated according to the invention and which contained 40-50% liquid phase, externally looks like a solid substance. They can be handled with some care. A violent impact, a fall can cause it to collapse. At around 80% liquid phase, the state is almost mushy and less suitable for handling, although there is nothing to prevent it being fed into a casting machine container in this state.

Hvis det forøvrig, som følge av en feilaktig temperaur skulle merkes at forholdet mellom flytende og fast fase ikke er det som var ønsket, er det intet i veien for å endre dette forhold ved gjenomoppvarmning eller gjenkjøling av produktet og, holde den nye temperatur i tilstrekkelig tid. If, by the way, as a result of an incorrect temperature, it should be noticed that the ratio between liquid and solid phase is not what was desired, there is nothing to prevent this ratio from being changed by reheating or recooling the product and, keeping the new temperature at a sufficient time.

Det har også vist seg at hvis en legering som er behandlet i henhold til oppfinnelsen kjøles til en vilkårlig temperatur under solidus, og den deretter gjenoppvarmes til en temperatur som ligger mellom solidus- og likvidus-temperaturene tilsvarende en forholdsvis vektmengde flytende fase på over 35% vil denne legering straks gjenvinne sine tiksotropiske egenskaper, noe som beviser at det ikke har vært noen permanent endring i strukturen og tilsynekomst av en ny struktur. It has also been shown that if an alloy treated according to the invention is cooled to an arbitrary temperature below the solidus, and it is then reheated to a temperature that lies between the solidus and liquidus temperatures corresponding to a relative weight amount of liquid phase of more than 35% this alloy will immediately regain its thixotropic properties, which proves that there has been no permanent change in structure and appearance of a new structure.

Produkter av metall-legeringer, og særlig av lettmetall-legeringer Products of metal alloys, and especially of light metal alloys

på grunnlag av aluminium, fremstillet i henhold til oppfinnelsen, on the basis of aluminum, manufactured according to the invention,

fra sylinderformede emner støpt i sand, i kokille eller ved kontinuerlig eller halv-kontinuerlig støping, kan brukes i press-støpemaskiner. from cylindrical blanks cast in sand, in a mold or by continuous or semi-continuous casting, can be used in press-casting machines.

Etter å være ført inn i maskin-beholderen, oppfører de seg som After being brought into the machine container, they behave as

en væske når stemplet begynner å utøve sitt trykk. Blandingen av fast og flytende fase kan da fylle alle enkeltheter i en form uten at den kraft som utøves ved hjelp av stemplet er vesentlig større enn den som foreligger ved innsprøyting av samme legering bragt opp på en temperatur som er høyere enn likvidus, a liquid when the piston begins to exert its pressure. The mixture of solid and liquid phase can then fill all details in a mold without the force exerted by means of the piston being significantly greater than that which exists when injecting the same alloy brought up to a temperature higher than liquidus,

altså i helt flytende tilstand. i.e. in a completely liquid state.

i Disse produkter kan likeledes tilpasses alle fremgangsmåter for i These products can likewise be adapted to all procedures for

i formgivning ved støping hvor det som en overgang skaffes en tilstand med lav viskositet, i likhet med flytende tilstand, in shaping by casting, where a state with low viscosity, similar to a liquid state, is obtained as a transition,

f.eks. ved hjelp av mekanisk vibrering. e.g. by means of mechanical vibration.

Like overfor vanlig press-støping har den nye fremgangsmåte flere fordeler: Mindre slitasje på press-støpte former på grunn av at temperaturen i den innsprøytede metall er lavere, tendensen til kle-bing avtar, høyden av varmeutveksling avtar også og dermed varme-støtene i formen. - Økning i fremstillingstakten på grunn av nedsettelsen av den varmemengde som skal føres bort, idet en del av metallet allerede er frosset i det øyeblikk det føres inn i formen. Compared to normal pressure casting, the new method has several advantages: Less wear on pressure-cast forms due to the fact that the temperature of the injected metal is lower, the tendency to sticking decreases, the height of heat exchange also decreases and thus the heat shocks in the shape. - Increase in the rate of production due to the reduction of the amount of heat to be removed, as part of the metal is already frozen at the moment it is introduced into the mold.

Stykkene blir mere kompakte og er uten porer. The pieces become more compact and are without pores.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen skal forklares nærmere The method according to the invention shall be explained in more detail

ved hjelp av vedføyde figurer og de følgende eksempler. using the attached figures and the following examples.

Fig. 1 viser, med forstørrelse 50, en legering AS9U3, nemlig aluminium, med 9% silisium, og 3% kobber, kokillestøpt på vanlig måte. Dendritt-mønstret er klart synlig. Fig. 2 viser samme legering holdt i en time på 580°C, i henhold til oppfinnelsen, noe som svarer til en vektkonsentrasjon på Fig. 1 shows, with magnification 50, an alloy AS9U3, namely aluminium, with 9% silicon and 3% copper, die-cast in the usual way. The dendrite pattern is clearly visible. Fig. 2 shows the same alloy held for one hour at 580°C, according to the invention, which corresponds to a weight concentration of

ca. 70% flytende fase. Det vil ses at dendritt-nettverket i aluminiumet er praktisk talt forsvunnet og er erstattet av kuler med jevn form og fordeling. about. 70% liquid phase. It will be seen that the dendrite network in the aluminum has practically disappeared and has been replaced by spheres of uniform shape and distribution.

Strukturen i fig. 2 kan sammenlignes med strukturene i en formet fuktig sand, som selv om den inneholder en betydelig prosent-verdi flytende fase, allikevel bevarer en konsistens som er tilstrekkelig til å fastholde den form den har fått og til å håndteres med forsiktighet. The structure in fig. 2 can be compared to the structures of a shaped moist sand, which, although it contains a significant percentage of liquid phase, still retains a consistency sufficient to retain the shape it has acquired and to be handled with care.

Eksempel 1. Example 1.

På vanlig måte ble det kontinuerlig støpt en rund barre av legering AS9U3 som består av aluminium, med 9,2% silisium, 3,1% kobber og 0,8% jern, med en diameter på 63 mm. Denne barre ble kappet opp i emner med en lengde på 100 mm og deretter dreiet ned til en diameter på 55 mm. In the usual way, a round ingot of alloy AS9U3 consisting of aluminium, with 9.2% silicon, 3.1% copper and 0.8% iron, with a diameter of 63 mm was continuously cast. This bar was cut into blanks with a length of 100 mm and then turned down to a diameter of 55 mm.

I en vannrett koldkammer-press-støpemaskin med lukke-trykk på 400 tonn, var det anbragt en form for fremstilling av små hette-formede stykker med en diameter på 80 mm og en tykkelse på 2 mm. In a horizontal cold chamber press molding machine with a closing pressure of 400 tonnes, a mold for the production of small cap-shaped pieces with a diameter of 80 mm and a thickness of 2 mm was placed.

Et første emne ble forvarmet til en temperatur på 580°C. Ved denne temperatur var ca. 70% av legeringen i flytende tilstand. Dette emne ble straks ført inn i støpemaskin-beholderen og inn-sprøytningen begynte. Under disse forhold ble der oppnådd et stykke som bare var delvis godt og hvis overflate-tilstand var meget dårlig. Dessuten var det trykk som ble utøvet ved hjelp av stemplet høyere enn det som trengtes for flytende metall. Metallet hadde således' ikke tiksotropi-egenskaper. Et annet emne som ble holdt på samme temperatur 580°C i to timer og deretter ført inn i maskin-beholderen og sprøytet inn i formen ved hjelp A first blank was preheated to a temperature of 580°C. At this temperature, approx. 70% of the alloy in liquid state. This blank was immediately fed into the molding machine container and injection molding began. Under these conditions, a piece was obtained which was only partially good and whose surface condition was very poor. Moreover, the pressure exerted by the piston was higher than that required for liquid metal. The metal thus had no thixotropy properties. Another blank which was kept at the same temperature 580°C for two hours and then brought into the machine container and injected into the mold using

av stemplet, oppførte seg derimot helt som en væske. Under of the piston, on the other hand, behaved completely like a liquid. Under

hele innsprøytingen ble det opprettholdt et trykk som helt kunne sammenlignes med det som brukes for et flytende metall. throughout the injection, a pressure comparable to that used for a liquid metal was maintained.

Det stykket som ble oppnådd ved denne fremgangsmåte var således fullgodt og hadde en pen overflate. The piece obtained by this method was thus perfectly good and had a nice surface.

Eksempel 2. Example 2.

Det ble kontinuerlig støpt en rund barre med en diameter på A round ingot with a diameter of was continuously cast

63 mm av en aluminiumlegering, A-U4SG, med 0,2% jern, 4,3% kobber, 0,75% silisium, 0,5% magnesium og 0,60% mangan. Denne barre 63 mm of an aluminum alloy, A-U4SG, with 0.2% iron, 4.3% copper, 0.75% silicon, 0.5% magnesium and 0.60% manganese. This barre

ble kappet opp i emner med en lengde på 100 mm som likeledes ble dreiet ned til en diameter på 55 mm. was cut into blanks with a length of 100 mm which were likewise turned down to a diameter of 55 mm.

I en vannrett koldkammer-press-støpemaskin med 400 tonn lukke-trykk var det anbragt samme form som i eksempel 1. In a horizontal cold-chamber press-casting machine with 400 tonnes of closing pressure, the same mold as in example 1 was placed.

Det avkappede emne ble forvarmet til 630°C og holdt der i en time, tilsvarende en flytende fraksjon på ca. 45%. The cut-off blank was preheated to 630°C and held there for one hour, corresponding to a liquid fraction of approx. 45%.

Emnet ble deretter øyeblikkelig ført inn i beholderen i trykk-støpemaskinen og sprøytet inn ved hjelp av stemplet. Metallet oppførte seg under innsprøytningen fullstendig som en væske. Stempeltrykket kunne sammenlignes med det som ble brukt ved inn-sprøytning av samme flytende legering. Det stykke som ble oppnådd var fullgodt og hadde et utmerket overflateutseende. The blank was then immediately fed into the container in the die-casting machine and injected by means of the plunger. The metal behaved completely like a liquid during injection. The piston pressure could be compared to that used when injecting the same liquid alloy. The resulting piece was perfectly fine and had an excellent surface appearance.

Eksempel 3. Example 3.

Samme emne som i eksempel 2 ble forvarmet en time til 630°C The same item as in example 2 was preheated for one hour to 630°C

slik at det viste seg ca. 45% flytende fase, deretter kjølet til værelsestemperatur, deretter gjenoppvarmet til 630°C og ført inn uten opphold i beholderen i den samme trykk-støpemaskin og sprøytet inn i formen. so that it turned out approx. 45% liquid phase, then cooled to room temperature, then reheated to 630°C and introduced without delay into the container in the same die-casting machine and injected into the mold.

Det trykk som trengtes var det samme som for innsprøyting av samme legering i flytende tilstand, og det stykke som ble oppnådd var feilfritt og hadde et utmerket utseende. The pressure required was the same as for injecting the same alloy in the liquid state, and the piece obtained was flawless and had an excellent appearance.

Claims

1. Process for treating aluminum casting alloys, of the type Al-Si and Al-Cu alloys, in liquid-solid-phase form which briefly has a low viscosity as a liquid, where the original solid alloy is heated to a temperature between the solidus and liquidus temperatures and held there for a time between a few minutes and a few hours, characterized in that the heat treatment is continued without stirring until the liquid phase in the solid-liquid mixture constitutes more than 35%, preferably 40% of the mixture and the solid dendritic phase has begun to develop into a spherical shape.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the alloy, after the treatment, is cooled to a temperature below the solidus temperature and then heated again without stirring to a temperature that lies between the solidus and liquidus temperatures, so that - the mixture maintains its fixed external shape, but with thixotropic properties.