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Kaltaushärtende Aluminiumgußlegierung Die Erlmdung betrifft eine kaltaushärtende
Aluminiumgaßlegierung mit hoher Festigkeit.
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Es ist eine Sandgaßaluminiumlegierung mit 10% Silizium- und 1011/o
Zinkgehalt, ohne Magnesiumgehalt, Rest Aluminium, bekannt.
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Es ist ferner bekannt, zur Verbesserung der Gießbarkeit, insbesondere
von Aluminiumgaßlegierungen mit einem Gehalt von 2 bis 4 O/o Kupfer, 2 bis
8 % Zink und 2 bis 8 11/o Sflizium, einen Zusatz von 0,2 bis
1 % Magnesium und 0,05 bis 0,3 %, Zirkonium vorzusehen. Weitere Aluminiumgaßlegierungen
und deren Eigenschaften sind durch die Angabe von DIN-Normen bekannt.
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Es ist auch ein Wärmebehandlungsverfahren für Aluminiumgaßstücke bekannt,
die zwischen 2 und 5,5 % Kupfer und zwischen 3 und 15% Silizium enthalten
und bei dem die Gußstücke auf einer Temperatur von etwas weniger als 5201 C
gehalten werden. Weitere Bestandteile der Legierung der Gußstücke können geringfügige
Mengen, beispielsweise 0,250/0, oder wesentliche Mengen, wie zwischen
5 und 150h, Zink und bzw. oder geringfügige Mengen an Magnesium, vorzugsweise
weniger als 1,011h, sein.
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Die Wärmebehandlung dient zum Lösen des intergranularen CuAl 2 und
zur Erzielung einer feinen Verteilung und mehr oder weniger ausgeprägten Rundung
der Siliziumkristalle.
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Keine dieser bekannten Aluminiumlegierungen mit Si-, Zu- und Mg-Gehalt
ist kaltaushärtbar, und sofern ein Magnesiumgehalt überhaupt vorgesehen ist, dient
dieser nicht zur Erzielung einer Aushärtbarkeit ohne Erwärmung, sondern im Gegenteil
einer Verbesserung der Gießeigenschaften oder sogar einer Verbesserung der Bearbeitbarkeit.
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Bei solchen Legierungen ist auch der Zusatz von mindestens 2#% Kupfer
bzw. von 0,05 bis 1 % Chrom bekannt.
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Gemäß der Norm
(DIN 1725, Blatt 2 vom Jahr
1959) haben
bekannte Aluminiumgußlegierungen hoher Festigkeit folgende Zusammensetzungen und
Festigkeitseigenschaften in Kokillenguß.
| Hauptlegierungs- |
| Kurzzeichen bestandteile Zustand Zugfestigkeit Härte HB |
| außer Aluminium |
| Gewichtsprozent k97mM2 kg/MM2 |
| G-AlSilOMg .............. Si 9 bis
11 unbehandelt 20 bis 26 65 bis 85 |
| t Mg 0,2 bis 0,4 ausgehärtet 24 bis 32 85 bis
115 |
| G-AIS3Mg ............... Si 4,5 bis
6 unbehandelt 16 bis 20 60 bis 75 |
| Mg 0,5 bis 0,8 ausgehärtet 26 bis
30 90 bis 110 |
| Si 5 bis 6 |
| G-AlSi5Cul .............. Cu 1 bis
1,5 unbehandelt 18 bis 23 70 bis 85 |
| Mg 0,3 bis 0,6 ausgehärtet 23 bis
30 85 bis 115 |
| Mg 2 bis 4 unbehandelt 15 bis 20 50 bis
60 |
| Si 0 bis 1,3 ausgehärtet 22 bis 33 65
bis 90 |
| G-A1M910 ................ Mg 9 bis 11 Sandguß
25 bis 32 80 bis 90 |
| homogenisie- |
| rungsgeglüht |
| für Kokillenguß keine Angaben, |
| da nur sehr beschränkt geeignet |
| Hauptlegierungs- |
| Kurzzeichen bestandteile Zustand Zugfestigkeit Härte HB |
| außer Aluminium |
| Gewichtsprozent kg7mml! kg/mmt |
| Cu 4 bis 5 unbehandelt keine Angaben |
| G-A1CU4T . ............... Ti 0,1 bis
0,3 ausgehärtet 33 bis 40 1 95 bis 110 |
| Cu 4 bis 5 unbehandelt keine Angaben |
| G-AICU4MM9 ............ Mg 0,15 bis 0,30 ausgehärtet
33 bis 42 100 bis 120 |
| i Ti 0,1 bis 0,3 1 |
| Außerdem gibt es noch ein, rung e rm e zd |
| , Alummiumgußlegie die in d r No nicht nthalten
ist trot ein aber aus |
| gedehnte Verwendung in der Industrie findet. Nachstehend werden
die wichtigsten Daten angeführt- |
| Hauptlegierungs- |
| Kurzzeichen bestandteile Zustand Zugfestigkeit Härte HR |
| außer Aluminium |
| Gewichtsprozent kg/mm.2 kg(mm2 |
| Kokillenguß |
| G-A1Zn5Mgl ............. Zn 4,5 bis 6 unbehandelt
26 bis 30 60 bis 90 |
| Mg 0,5 bis 1,2 nach 30 Tagen |
| i Lagerung |
Man erkennt aus diesem überblick, daß die Legierungen der Norm die eingangs definierte
hohe Festigkeit nach einer als Aushärtung bezeichneten Wärmebehandlung erreichen.
Prinzipiell besteht diese Aushärtung in einer Wännebehandlung bei 480 bis
5301 C während mindestens
3 Stunden mit anschließendem Abschrecken
in Wasser und einer nachfolgenden Warmauslagerung bei
150 bis
1700 C
während
10 bis
16 Stunden. Diese Wärmebehandlung macht in der Industrie
eigene Anlagen erforderlich. Die Kosten der Aushärtung betragen mindestens
15 % vom Preis des Metalls. Ohne Aushärtung haben diese Legierungen jedoch
eine wesentlich niedrigere Festigkeit.
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Die zuletzt genannte Legierung G-A1Zn5Mgl erreicht auch schon hohe
Festigkeitswerte im Gußzustand nach einer Auslagerung bei Raumtemperatur während
etwa 30 Tagen, ein Vorgang, den man als Selbstaushärtung bezeichnet. Allerdings
bereitet diese Legierung beim Gießen in Kokille erhebliche Schwierigkeiten wegen
ihrer Neigung zu Warmrissen.
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Für schwierigen Kokillenguß von Gußstücken mit komplizierten und verwickelten
Formen ist mit Ab-
stand vor den anderen vor allem die zuerst genannte Legierung
G-AlSilOMg gießtechnisch geeignet, wobei aber außer der notwendigen künstlichen
Aushärtung noch der Nachteil einer mangelhaften spanabhebenden Bearbeitbarkeit besteht.
Besonders die Legierungen G-AlMg10, G-AlCu4Ti und G-AICu4TiMg sind nur sehr schwer
gießbar.
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Es besteht somit der technische Bedarf an einer Alurniniumgußlegierung,
die ebensogut gießfähig ist wie G-AISHOMg und hohe Festigkeitswerte gemäß oben angeführter
Definition ohne künstliche Aushärtung erreicht.
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Nach der Erfindung ist eine kaltaushärtende Aluminiumgußlegierung
mit hoher Festigkeit dadurch gekennzeichnet, daß sie außer 6 bis 120/9 Silizium
mehr als 8 bis 14"/o, Zink sowie einen Zusatz von bis zu 1,2% Magnesium und
als Rest Aluminium, einschließlich der üblichen Verunreinigungen, enthält.
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Es wurde dabei ermittelt, daß auch eine Verringerung des Magnesiumgehaltes
unter 0,2% möglich ist, wobei zwar die Festigkeitseigenschaften in tragbaren Grenzen
geringer sind, jedoch alle sonstigen Vorteile der neuen Gußlegierung, wie gute Gießfähigkeit
und vorzügliche Bearbeitbarkeit, bestehen bleiben. Es sind " solche Legierungen
mit einem Magnesiumgehalt von weniger als 0,211/o Magnesium ebenfalls noch von technischer
Bedeutung.
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Die Verunreinigungen liegen in den etwa gleichen Grenzen, wie sie
bei Alurniniumlegierungen der Norm üblich und erlaubt sind. Die üblichen Höchstgehalte
an Verunreinigungen, wie sie bei Aluminiumlegierungen der Gattung G-AlSiCu auftreten,
sind wie folgt: Fe ....................... 1,0
Ni ......................
0,3
Pb ....................... 0,3
Ti ....................... 0,15
Sn ...................... 0,1
sonstige Verunreinigungen einzeln
................ 0,05110 insgesamt .............. 0,15% Es wurde festgestellt,
daß ein Kupfergehalt schon bis zu einem Gehalt von 2 Gewichtsprozent Cu die Festigkeitseigenschaften
verbessert. Das gleiche gilt von Zusätzen von Chrom, vorzugsweise in der Größenordnung
bis 0,3%, die obendrein stabilisierend bei spannungskorrosionsfördernden Einflüssen
wirken.
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Derartige Legierungen geben bei Kokillenguß nach einer Auslagerung
von etwa 8 Tagen bei Raumtemperatur ohne jegliche Wärmebehandlung, gemessen
an gesondert gegossenen Kokillenstäben, folgende Festigkeitswerte: Zugfestigkeit,
kg/mm2 ......... 27 bis 35
Dehnung 3." % ............... 1,5
bis 3,5
Brinellhärte HB 10/2,5, kg/mm2 100 bis 130
Die
Gießfähigkeit, gemessen an der Auslauflänge von Gießspiralen und beurteilt an Probeabgässen
in Kokille, ist etwa gleich der der Legierung
G-AISUOMg. Werte für
die Spirallängen werden bei untenstehenden Beispielen angeführt.
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Die Legierungsgattung ist obendrein dadurch ausgezeichnet, daß sie
schmelztechnisch sehr unempfindlich ist und dichte Abgüsse liefert. Mitunter ist
es sehr günstig, zum Zwecke der Komfeinung des Siliziums die Schmelze vor dem Gießen
mit Natrium und/oder natriumspendenden Mitteln zu behandeln. Legierungen dieser
Gattung sind vorzüglich spanabhebend bearbeitbar, so daß diesbezüglich noch ein
weiterer Vorteil gegenüber der Legierung G-AlSilOMg besteht.
| Beispiele |
| Nr. Hauptlegierungsbestandteile in % ige Zugfestigkeit
Dehnung ö5 Härte HB Gießspirale |
| Si Zu Mg Sonst kg/Innl# o/' kg/nun2 Länge,
cm |
| 1 7,07 10,5 0,59 30,3 2,5 117 123,5 |
| 2 8,00 9,99 0,61 30,6 2,2 115 128,5 |
| 3 6,55 9,90 0,58 Cu 0,50, Cr 0,10, 29,1 2,7
100 - |
| 4 6,75 14,00 0,62 Fe 0,45, Nlu 0,2, 31,4
3,0 128 127,0 |
| 5 7,04 10,0 0,59 Pb 0,15 33,2 2,8 120
135,0 |
| 6 11,0 9,89 0,60 31,0 2,0 112 138,0 |
| 7 8,50 10,40 0,55 32,8 3,1 125 - |
| 8 8,25 9,96 0 Cu 0,01 24,2 7,0 76 - |
| 9 7,85 10,04 0,02 Cr 0,01 25,6
5,0 82 - |
| 10 7,80 10,10 0,07 Fe 0323 27,8 4,0
91,7 - |
| 11 8,05 9,95 0,17 Mn 0:,03 29,6 2,1
100,0 - |
| Pb 0,04 |
Die Festigkeitswerte der Legierungsbeispiele
8 bis
11 (niedrige Mg-Gehalte)
wurden nach einer Woche Auslagerung bei Zimmertemperatur gemessen. Die Figur zeigt
schematisch die auf Grund der Legierungsbeispiele
8 bis
11 bestimmten
Kurven für die Zugfestigkeit, die Brinellhärte und die Bruchdehnung bei Magnesiumgehalten
von unter 0,2%. Die Kurven lassen erkennen, daß die Festigkeitswerte mit steigendem
Magnesiumgehalt zunehmen und daß diese Zunahme im Bereich der Magnesiumgehalte zwischen
0 und 0,02% am steilsten ist.
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Bei den Angaben der Zugfestigkeit und Dehnung für die Legierungsbeispiele
8 bis 11 wurde aus jeweils drei Proben der höchste Wert angenommen.
Die Härtewerte sind der Durchschnitt aus jeweils drei Versuchen. Bei den Legierungsbeispielen
1 bis 7 wurden die GießspiraHängen angegeben. Der folgenden Tabelle
können zum Vergleich die unter genau gleichen Bedingungen ebenfalls bei
7200 C bei bekannten Legierungen erhaltenen Gießspiralen entnommen werden.
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Bezeichnung Spirallänge G-AlSilOM9 (10,1 % Si0, 5
% Mg) .... 124,0 cm G-AISUMg (7 % Si, 0,6 % Mg) .......
111,0 cm G-AISi6C0 (6,3 6 % Si, 2,9 0/, Cu) .... 115,0
cm