NO141943B - Fremgangsmaate for behandling av aluminiumstoepelegeringer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for behandling

av aluminium-støpelegeringer, av typen Al-Si- og Al-Cu-leger-

inger, i flytende-fast-fase-form som kortvarig har lav visko-

sitet som en væske, hvor den opprinnelige faste legering opp-

varmes til en temperatur mellom solidus- og likvidus-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-

vis 40% av blandingen og den faste dendrittfase har begynt å

utvikle seg til kuleform.

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.

Et stoff kalles tiksotropt når dets viskositet ikke er konstant,

men avhenger av bevegelser som det tvinges til å utføre. Dette er eksempelvis tilfelle med leire av typen bentonitt eller kvikksand.

Det er allerede forsøkt å utnytte denne tiksotrope oppførsel

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

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.

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.

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 .

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.

Foreliggende oppfinnelse, som unngår ulempene ved den tidligere teknikk og betraktelig utvider bruksområdet, går følgelig ut på

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

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.

Dimensjonene for disse kuler avhenger av finheten av den opp-rinnleige dendritt-struktur, men ligger i alminnelighet mellom ca. 100 og 400 mikrometer.

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.

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.

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.

Produkter av metall-legeringer, og særlig av lettmetall-legeringer

på grunnlag av aluminium, fremstillet i henhold til oppfinnelsen,

fra sylinderformede emner støpt i sand, i kokille eller ved kontinuerlig eller halv-kontinuerlig støping, kan brukes i press-støpemaskiner.

Etter å være ført inn i maskin-beholderen, oppfører de seg som

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,

altså i helt flytende tilstand.

i Disse produkter kan likeledes tilpasses alle fremgangsmåter for

i formgivning ved støping hvor det som en overgang skaffes en tilstand med lav viskositet, i likhet med flytende tilstand,

f.eks. ved hjelp av mekanisk vibrering.

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.

Stykkene blir mere kompakte og er uten porer.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen skal forklares nærmere

ved hjelp av vedføyde figurer og de følgende eksempler.

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

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.

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.

Eksempel 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.

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.

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

av stemplet, oppførte seg derimot helt som en væske. Under

hele innsprøytingen ble det opprettholdt et trykk som helt kunne sammenlignes med det som brukes for et flytende metall.

Det stykket som ble oppnådd ved denne fremgangsmåte var således fullgodt og hadde en pen overflate.

Eksempel 2.

Det ble kontinuerlig støpt en rund barre med en diameter på

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

ble kappet opp i emner med en lengde på 100 mm som likeledes ble dreiet ned til en diameter på 55 mm.

I en vannrett koldkammer-press-støpemaskin med 400 tonn lukke-trykk var det anbragt samme form som i eksempel 1.

Det avkappede emne ble forvarmet til 630°C og holdt der i en time, tilsvarende en flytende fraksjon på ca. 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.

Eksempel 3.

Samme emne som i eksempel 2 ble forvarmet en time til 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.

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.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for behandling av aluminium-støpelegeringer, av typen Al-Si- og Al-Cu-legeringer, i flytende-fast-fase-form som kortvarig har lav viskositet som en væske, hvor den opprinnelige faste legering oppvarmes til en temperatur mellom solidus- og likvidus-temperaturene og holdes der i en tid som ligger mellom noen få minutter og noen få timer, karakterisert ved at varmebehandlingen fortsettes uten omrøring inntil den flytende fase i fast-flytende-blandingen utgjør mer enn 35%, fortrinnsvis 40% av blandingen og den faste dendrittfase har begynt å utvikle seg til kule-form.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at legeringen, etter be-handlingen, blir kjølet til en temperatur under solidus-temperaturen og deretter varmet opp igjen uten omrøring til en temperatu- - som ligger mellom solidus- og likvidus-temperaturene, slik at - blandingen opprettholder sin faste utvendige form, men med tiksotrope egenskaper.