NO762018L - - Google Patents

Description

Strontiumholdig stamlegering for tilset-

ning til eutektiske og hypoeutektiske støpelegeringer av silisium-aluminium.

Foreliggende oppfinnelse angår regulering av korn-størrelsen hos aluminium-silisium-legeringer (Al-Si-legeringer). Mer spesielt angår oppfinnelsen stamlegeringer for modifisering av den eutektiske aluminium-silisium-komponent i eutektiske og hypoeutektiske støpelegeringer av aluminium-silisium.

Fordelen ved å tilsette strontium til andre me-taller for å forandre eller forbedre deres egenskaper har lenge vært kjent på det metallurgiske område. Det beskrives således f.eks. i U.S. patent nr. 3.374.086 at strontium i form av forskjellige ferrolegeringer er et effektivt "podningsmetall"

for å gi støpejern større seighet. Som et annet eksempel beskrives tilsetning av tungmetaller, eksempelvis overgangs-metaller, til aluminiumsmelter i U.S. patent nr. 3.592.637.

Mer spesielt vet man at strontium enten alene eller i form av en strontium-aluminium-stamlegering eller -sammensetning, er et godt og permanent modifiseringsmiddel for den eutektiske aluminium-silisium-komponent i eutektiske og hypo-eutektiske støpelegeringer av aluminium-silisium (hypoeutektisk dvs. mindre enn 12,6 vekt-% silisium). I henhold til kanadisk patent nr. 829.816, U.S. patent nr. 3.466.170 og K.'Alker et al: "Experieneces with the Permanent Modification of Al-Si Casting Alloys", (erfaringer med permanent modifisering av Al-Si støpelegeringer) publisert i ALUMINUM 48 (5) 362-367 (1972) , forbedrer bruk av jordalkalimetaller (f.eks. strontium) i aluminium-silisiumlegeringer, støpeegenskapene hos sistnevnte, særlig når disse legeringene ligger på eller i nærheten av den eutektiske sammensetning, som som kjent er den sammensetning hvor legeringens smeltepunkt er lavest. Fremstillingen av en slik stamlegering, som f.eks. inneholder ca. 10 vekt-% strontium og 90 vekt-% aluminium er imidlertid forbundet med visse ulemper som består i at strontiummetall som settes til smeltet aluminium for å danne stamlegeringen ikke bare er kostbar men også oksy-derer i luft og forbrenner ved smelting i kontakt med aluminium-smelten i vanlig atmosfære. Det er derfor behov for en strontiumholdig tilsetning på området aluminium-silisium-støping som er uten disse ulemper.

Det tilveiebringes således i henhold til oppfinnelsen en forbedret strontiumholdig stamlegering for modifisering av eutektiske og hypoeutektiske støpelegeringer av aluminium-silisium.

På samme måten tilveiebringes en fremgangsmåte

for fremstilling av en slik stamlegering. I sammenheng med dette fremlegges en metode for modifisering av strukturen hos eutektisk og hypoeutektiske Al-Si-støpelegeringer, ved å tilsette nevnte forbedrede strontiumholdige stamsammensetning.

Man oppnår dette i henhold til foreliggende oppfinnelse med en strontiumholdig stamlegering som er like effektiv som kjente strontium-aluminium-s_tamlegeringer pr. strontiumenhet, ved å danne en omhyggelig blanding som består av a) partikler av strontiumholdig metall valgt blant strontium-forbindelser av den nedenfor beskrevne type og b) partikler av et aluminiumholdig materiale valgt blant partikler av aluminium, partikler av fysikalske blandinger av aluminiumpulver og magnesiumpulver, eller partikler av aluminium-magnesium-legeringer. Hensikten med foreliggende oppfinnelse kan også oppnås i visse tilfelle beskrevet senere, om ønsket, véd å utelate bestand-

del (b) og bare benytte partikler av strontiumholdig materiale. Særlig når det strontiumholdige materiale er strontium silisid kreves ikke bindevirkningen til komponent (b), hvis det benyttes tilstrekkelig trykk til å danne presselementene. Dette kan ikke sies for strontiumforbindelser av den type som beskrives i U.S. patent nr. 3.567.429, f,eks. strontiumkarbonat. I sistnevnte tilfelle krever foreliggende oppfinnelse bruk av aluminiumholdig materiale i bestanddel (b) og hvor magnesium er tilstede for å redusere strontiumforbindelsen til metallisk form.

Stamlegeringen i henhold til oppfinnelsen inneholder minst ca. 4 vekt-%, fortrinnsvis mellom ca. 3 og 55 vekt-% og helst mellom ca. 10 og 30 vekt-% strontiumholdig forbindelse (uttrykt som vekt-% strontium), hvor resten består av aluminiumholdig forbindelse (bestanddel (b)). Betegnelsen "resten aluminiumholdig forbindelse", skal omfatte mindre mengder av andre grunnstoffer som eventuelt er tilstede, slik som kalsium, jern, barium, karbon, mangan og sirkonium. Disse grunnstoffer vil vanligvis komme inn i stamblandingeh gjennom det strontiumholdige materiale. Betegnelsen " mindre mengder" betegner mengder som ikke på uheldig måte innvirker på egenskapene til den dannede stamblanding. Således kan f*eks. kalsium fore-ligge i stamlegeringen ifølge oppfinnelsen i mengder på

mellom 0 og 1 vekt-%. I enkelte tilfelle vil nærvær av kalsium i mengder innenfor dette område, og særlig mengder på 0,1 til 1 vekt-%, forbedre stamlegeringens virkning.

En form for stamlegering i henhold til oppfinnelsen fremstilles ved omhyggelig blanding av partikkelformet strontiumholdig forbindelse med partikkelformet aluminiumholdig forbindelse, enten med eller uten påfølgende pressing i vanlige metallpulver-presser, til vanlige metallpulver-press-elementer for tilsetning til smeltede legeringer av Si-Al.

Med fordel bør begge bestanddeler i stamlegeringen ha samme eller forskjellig partikkelstørrelse før pressing på ca. 20 mesh eller.finere og fortrinnsvis under 100 mesh Tyler Standard for å nå de beste resultater, uavhengig av om sammensetningen skal brukes i løs eller presset form. I mange tilfelle kan pattikkelstørrelsen være minus 325 mesh . Generelt er det en fordel å arbeide med mindre partikkelstørrelser ved synkende innhold av aluminiumholdig materiale, særlig når stamlegeringen skal brukes i presset form, for å oppnå de største fordeler ved den aluminiumholdige bestandelens bindingsevne..

Den strontiumholdige forbindelse , i den betyd-ning denne betegnelsen benyttes i foreliggende publikasjon,

er med fordel en strontiumforbindelse og fortrinnsvis strontium-silisid. En type strontiumsilisid som er egnet for bruk i henhold til oppfinnelsen er en strontiumsilisium-legering som finnes i handelen og som inneholder omtrent mellom ca. 15

og 55 vekt-% strontium, mellom ca. 40 og 75 vekt-% silisium og opp til 10 vekt-% tilfeldige forurensninger som kalsium,

jern, barium, karbon, mangan og sirkonium. En typisk fremgangsmåte for fremstilling av et slikt strontiumsilisid beskrives i nevnte U.S. patent nr. 3.374.086. Et eksempel på egnede strontium-silisium-innhold er ca. 42 til 47 vekt-% strontium, ca. 47 til 52 vekt-% silisium, ca. 4 vekt-% jern og ca. 1 til 3 vekt-% kalsium.

Andre strontiumforbindelser som er egnet for ut-førelse av oppfinnelsen er strontiumbksyd,:strontiumhydroksyd, strontiumoksalat og strontiumkarbonat.

Det aluminiumholdige materiale som benyttes for utførelse av oppfinnelsen kan være aluminiumpulver, blandinger av aluminium og magnesiumpulver, og pulveriserte aluminium-magnesium-legeringer. I henhold til en foretrukket utførelse kan aluminiumpulver tilblandes f.eks. med strontium-silisid-pulver til en stamblanding. Magnesium benyttes med fordel som delvis erstatning for aluminium for å tjene som reduksjons-midel for strontium-ion når den strontiumholdige bestanddel i stamlegeringen er en strontiumforbindelse som ikke er strontium-silisid. Når den fysikalske blanding av strontiumholdig materiale og aluminiumholdig materiale skal presses til brikettform eller lignende, bør den aluminiumholdige bestanddel i blandingen fortrinnsvis inneholde minst ca. 10 vekt-% aluminiumpulver for å danne et egnet bindemiddel under pressing.

Når det strontiumholdige materiale imidlertid er strontiumsilisid, kan mengden aluminiumholdig bestanddel være så lav som man ønsker eller utelates helt, siden strontium-silisidpartiklene kan presses uten hjelp av aluminiumholdig bestanddel, særlig ved trykk på minst 700 kg/cm 2 og med par-tikkelstørrelser på minus 100 mesh.

For modifisering av strukturen hos eutektiske

og hypo-eutektiske Al-Si-støpelegeringer i henhold til oppfinnelsen blir nevnte stamlegering tilsatt til støpelegeringen mens den er i smeltet tilstand. Stamlegeringen kan tilsettes i presset form som briketter eller i løs form f.eks. fra poser eller lignende (eksempelvis plastposer) eller andre for-bruksbeholdére som inneholder bestemte mengder stamlegering. Når tilsetningen benyttes i-sistnevnte form blir stamlegeringen med fordel innført under overflaten av den smeltede aluminium

silisium-legering som skal forbedres ved hjelp av vanlige dykkings-organer og -metoder. Stamlegeringens volumvekt er en faktor som må tas i betraktning ved sammensetning av legeringen i kompakt (presset) form, og denne egenskap kan reguleres om ønsket ved omhyggelig tilpasning av de aktu-

elle parametere, dvs. sammensetning, pressetrykk og partikkel-størrelse. Når man benytter briketter er det en fordel å unn-gå for høye volumvekter for å oppnå de beste oppløsnings-hastigheter. Vanligvis vil tettheter på mellom ca. 65 og 90% av den maksimalt teoretiske tetthet (dvs. egenvekten hos den fullt legerte stam-legering) foretrekkes. Se U.S. patent nr. 3.592.637, spalte 12, linje 47 til 52. Vanligvis kan man bruke trykk i området fra 350 - 3500 kg/cm 2.

Den mengde stamlegering som skal tilsettes aluminium-silisium-støpelegeringen bør være så stor at man inn-fører en modifiserende mengde strontium i legeringen. Denne strontiummengde kan variere avhengig av legeringens sammensetning og den ønskede påvirkning (forandring) av støpelegeringen. Generelt vil man tilsette stamlegeringvd en slik mengde at man innfører mellom 0,005 og 0,4 vekt-% strontium.

I tillegg til det faktum at strontium-silisid

og andre strontium-forbindelser beskrevet tidligere koster fra ca. halvparten til en firtiendedel av strontiummetall (for fremstilling av stamlegering av strontium-aluminium), vil hverken strontium-silisidet eller de andre strontiumforbindelser som brukes for sammensetning av stamlegeringen i henhold til oppfinnelsen i vesentlig grad forbrenne eller oksydere hår stamlegeringen tilsettes enten i løs eller presset form. til smeltede støpelegeringer av Si-Al.

Stamlegeringen i henhold til oppfinnelsen har en ytterligere fordel i forhold til tidligere kjente strontiumholdige stamlegeringer ved at det ikke er noen grenser for den relative forandring i mengdene av strontium og aluminium som kan tilsettes til støpelegeringer av Al-Si ved bruk av de fysikalske blandinger ifølge oppfinnelsen. Det er imidlertid oftest en fordel å blande bestanddelene i stamlegeringen slik at man får et strontiuminnh.old på mellom 3 og 55 vekt-%, fortrinnsvis 10 til 30 vekt-%.

Som tidligere angitt, kan ytterligere grunnstoffer finnes i stamlegeringen ved siden av strontium og aluminium. I enkelte tilfelle kan som nevnt kalsium tilsettes gjennom det strontiumholdige materiale i mengder på ca. 0,1 til 1 vekt-%.

De følgende eksempler skal illustrere oppfinnelsen uten å begrense sammensetningen til de anvendte stamlegeringer. Mengdeangivelser er på vektbasis, hvor intet annet er angitt.

Eksempel I

Strontium-silisid-pulver minus 10 0 Tyler mesh med en nominell sammensetning på 42 vekt-% strontium, 47 % silisium, 4 '% jern og 1 % kalsium blandes med minus 100 mesh teknisk rent aluminiumpulver i forholdet 31 deler strontium-silisium legering, til 69 deler aluminium. Etter grundig blanding av de to pulvere, presses blandingen under et trykk på 1,5 tonn/cm 2 til sylindriske briketter ca. 2,5 cm i diameter og 1,2 5 cm høye, som ved analyse inneholder ca. 13 % strontium, 15 % silisium, 1,2 % jern og 0,3 % kalsium, resten er vesentlige aluminium pluss forskjellige forurensninger. Disse briketter settes til en hypo-eutektisk støpelegering av Si-Al inneholdende 10% silisium, idet man tilsetter så mye briketter at man tilfører 0,08 % strontium i støpelegéringen. Ved undersøkelse av støpe-metallets struktur finner man at den eutektiske Si-Al-fase er effektivt forandret på samme måten som ved tilsetning av en like stor mengde strontium tilsatt i form av en strontium-aluminium-stamlegering. Det var intet som tydet på vesentlig strontiumtap ved oksydasjon eller forbrenning når strontiumet ble tilsatt i brikettform ifølge oppfinnelsen.

Ekse mpel II

2,3 8 deler 100 mesh strontium-silisidpulver bestående av ca. 42 % strontium, 47 % silisium, 4 % jern og 1 % kalsium blandes med 18,0 deler minus 100 mesh teknisk rent aluminiumpulver. Etter grundig blanding av de to pulvere ble

blandingen presset ved 420 kg/cm 2til sylindriske briketter ca. 2,5 cm i diameter og 6 mm høye inneholdende ca. 4,9 % strontium. Disse briketter ble tilsatt til en hypo-eutektisk støpelegering av Si-Al inneholdende 7 % silisium, og mengden av briketter som

ble tilsatt en hypoeutektisk støpelegering av Si-Al inneholdende 7 % silisium, og mengden av briketter som ble tilsatt innførte 0,04 % strontium i legeringen.

Den gunstige virkning ved tilsetning av en stamlegering til nevnte støpelegering inneholdende 7 % Si fremgår av fig. 1 og 2.

Man ser på fig. 1 et mikrofotografi (400 x for-størrelse) av ubehandlet hypoeutektisk legering av silisium-aluminium. De veldefinerte eutektiske kornene 1 vil som man ser være dispergert i det vesentlig rene aluminiumgitter 2. Denne type av mikrokrystalinsk struktur er uønsket på grunn av vanskelig maskinbearbeiding av støpeblokkene siden store og separate eutektiske aluminium-silisium partikler i legeringen vil gi kraftig slitasje av verktøyet.

Fig. 2 er.et mikrofotografi (400 x ) av aluminium-silisiumlegeringen etter tilsetning av stamlegeringen ifølge oppfinnelsen som beskrevet i eksempel II. Alle de eutektiske Al-Si partikler er modifisert til en kontinuerlig eutektisk Al-Si masse 3 som som omgir soner av vesentlig rent aluminium 4. Den modifisering som derméd er oppnådd ved tilsetning av

stamlegering til en hypoeutektisk aluminium-silisium-legering fører til bedre egenskaper hos legeringen, særlig med hensyn på maskineringsevne.

Claims (13)

1.. Stamlegering for modifisering av den eutektiske komponent i eutektiske og hypoeutektiske støpelegeringer av aluminium-silisium, karakterisert ved at stamlegeringen består av en blanding av :

(a) partikler av strontiumholdig materiale i det vesentlige bestående av strontium-silisid og (b) partikler av aluminiumholdig materiale som omfatter aluminium-partikler.

2. Stamlegering i henhold til krav 1, karakterisert ved at blandingen av partikler (a) og (b) presses til brikettform og aluminium-materialet inneholder mellom ca. 10 og 90 vekt-% aluminium.

3.S tamlegering som angitt i krav 1, karakterisert ved at stamlegeringens strontiuminnhold er mellom ca. 3 og 55 vekt-% .

4. Stamlegering som angitt i krav 1, karakterisert ved at det strontiumholdige materiale er et strontium-silisid som inneholder ca. 15 til 55 vekt-% strontium og ca. 40 til 75 vekt-% silisium, det aluminiumholdige materiale er aluminiumpulver, og strontiuminnholdet i stamlegeringen er mellom ca. 10 og 30 vekt-% av sammensetningen.

5. Stamlegering som angitt i krav .4, inneholdende i tillegg opp til ca. 1 vekt-% kalsium.

6. Fremgangsmåte for modifisering av den eutektiske bestanddel i eutektiske og hypo-eutektiske støpelegeringer av aluminium-silisium, karakterisert ved at man til nevnte legering i smeltet form setter en modifiserende mengde stamlegering inneholdende partikler av et strontiumholdig materiale, som omfatter strontium-silisid.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at mengden av stamlegeringen som tilsettes den smeltede Al-Si-støpelegering vil gi mellom ca. 0,00 5 og 0,4 vekt-% strontium i legeringen.

8. Fremgangsmåte for modifisering av den eutektiske komponent i eutektiske og hypo-eutektiske støpelegeringer av Al-Si, karakterisert ved at man til legeringen i smeltet form setter en modifiserende mengde stamlegering som består: av en blanding av: (a) partikler av strontiumholdig materiale som omfatter strontium-silisid, og (b) partikler av aluminiumholdig materiale som omfatter aluminiumpartikler.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at mengden stamlegering som tilsettes den smeltede støpelegering av Al-Si gir mellom 0,005 og 0,4 vekt-% strontium i legeringen.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at blandingen av partikler (a) og (b) presses til briketter og, det aluminiumholdige materiale inneholder mellom ca. 10 og 90 vekt-% aluminium.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at strontiuminnholdet i stamlegeringen er mellom ca. 3 og 55 vekt-% av stamlegeringen.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at det strontiumholdige materiale er strontium-silisid som inneholder ca. 15 til 55 vekt-% strontium og ca. 40 til 75 vekt-% silisium. det aluminiumholdige materiale er aluminiumpulver, og strontiuminnholdet i stamlegeringen er mellom ca. 10 og 30 vekt-% av stamlegeringen.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert ved at stamlegeringen inneholder i tillegg opptil ca. 1 vekt-% kalsium.