DE1483229C2 - Verwendung von AlMgSi-GuB-Legienuigen für Zylinderköpfe - Google Patents
Verwendung von AlMgSi-GuB-Legienuigen für ZylinderköpfeInfo
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- DE1483229C2 DE1483229C2 DE1483229A DEH0057070A DE1483229C2 DE 1483229 C2 DE1483229 C2 DE 1483229C2 DE 1483229 A DE1483229 A DE 1483229A DE H0057070 A DEH0057070 A DE H0057070A DE 1483229 C2 DE1483229 C2 DE 1483229C2
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von AlMgSi-Guß-Legierungen für Zylinderköpfe.
Als Folge der höheren Anforderungen an die
verschiedensten Konstruktionen in der Gegenwart werden auch die metallischen Werkstoffe stärker
beansprucht. Diese größeren Belastungen der Werkstoffe treten bei niedrigen und höheren Temperaturen
auf. Änderungen in der Zusammensetzung der Legierungen wurden daher notwendig. Einige Legierungen,
darunter die warmfesten Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen, stellen eine Ausnahme dar. Sie werden
seit Jahrzehnten mit der gleichen früheren Zusammensetzung vergossen.
Versuche zur Verbesserung der AIuminium-Magnesium-Silizium-Legierungen
sind vor fast drei Jahrzehnten durchgeführt worden. Diese Untersuchungen betrafen
besonders die Verbesserung der Aushärtbarkeit von Legierungen mit 3% Magnesium und 0,8% Silizium.
Durch einen Zusatz von Cer konnte das Magnesiumsilizid verfeinert werden. Mit weiteren Zusätzen von 0,8%
Zink und 0,8% Mangan, die gemeinsam mit Cer legiert wurden, gelang eine weitere Verbesserung, die allerdings
nicht so deutlich wie die durch den Zusatz von Cer war. Diese Legierung fand bis in die jüngste Zeit keine
Verwendung.
An anderer Stelle sind später umfangreiche Untersuchungen über die Verwendung von gepreßten Aluminium-Magnesium-Silizium-
Legierungen durchgeführt worden, um sowohl die quasibinären als auch ternären und untereutektischen Zusammensetzungen für warmfeste Zwecke nutzbar zu machen. Diese Versuche sind
nicht fortgesetzt worden, obgleich auch hier die den Aluminium-Magnesium-Legierungen eigene hohe
| 35 | Zahlentafel 1 | Si-Gehalte | Nicht an Si gebundenes Magnesium |
Ungefährer Soliduspunkt im System AIMe |
| Gesamt-Mg | (°/o) | (%) | CQ | |
| 40 | (0/0) | 0,6 1,0 1,5 |
2,97 2,27 1,41 |
604 617 635 |
| 4 4 4 |
0,6 1,0 1,5 |
3,77 3,07 2,21 |
592" 603 615 |
|
| 45 | 4,8 4,8 4,8 |
0,6 1,0 1,5 |
4,47 3,77 2,91 |
580 592 605 |
| 50 | 5,5 5,5 5,5 |
0,6 1,0 1,5 |
5,97 5,27 4,41 |
557 568 581 |
| 7,0 außer. 7,0 halb 7,0 DIN 1725 |
||||
Die nicht genormte Legierung mit 7% Magnesium wurde für nachfolgende Vergleiche mit aufgeführt.
Zur Verbesserung des genannten Legierungstyps wurden zahlreiche Untersuchungen durchgeführt. Diese
Untersuchungen stützen sich auf die Arbeitshypothese, daß die Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen
für hohe Beanspruchungen, insbesondere thermischen Wechselbeanspruchungen, aufeinander abgestimmte
Magnesium- und Siliziumgehalte besitzen müssen und die nicht an Silizium gebundenen freien Magnesium-Gehalte
die Löslichkeit des Magnesiums im Aluminium bei Raumtemperatur nicht unbegrenzt überschreiten dürfen.
Besonders die Verwendung dieses Legierungstyps für Zylinderköpfe gab Anlaß zur Überlegung, daß eine
Rißbildung durch die im Verbrennungsraum vorherrschenden Temperaturen bei höheren Magnesiumgehalten
früher einsetzt, weshalb eine Herabsetzung des Magnesiumgehaltes auf niedrigere Konzentrationen
auch für eine Heraufsetzung des Soliduspunktes der Legierungen von Vorteil sein mußte.
Zahlreiche Untersuchungen wurden gleichzeitig neben der Untersuchung vom Einfluß der Magnesiumgehalte
zur Ermittlung der Einflüsse verschiedener Legierungselemente durchgeführt. Die Schmelzen wurden
vor dem Vergießen einer intensiven Entgasung unterzogen und zusätzlich nur solche Elemente
zulegiert, durch deren Zusatz nach bekannten Untersuchungen die Löslichkeit für Wasserstoff nicht erhöht
wurde. Die Soliduspunkte im System Aluminium - Magnesium — Silizium sollten außerdem nicht maßgeblich
Zahlentafel 2
erniedrig ind zusätzlich die Gefügefeinung verbessert
werden.
Es wurde gefunden, daß beim Vergießen der Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen in 3000C
warmen Kokillen gemäß der Luftfahrt-Norm LN 29 531, eine um so feinere Verteilung des Mg2Si erhalten
wird, je kleiner der nicht an Silizium gebundene Magnesium-Gehalt der Legierung ist, und durch einen
erhöhten Mangan-Gehalt in Abwesenheit von Cer und
ίο Zink ein noch feineres Mg2Si erhalten wird, das bei
niedrigem Mg-Gehalt erst bei sehr hoher Vergrößerung mikroskopisch als feinste Ausscheidung erkannt wird.
Der Einfluß von Mangan auf die mechanischen Werte ist demzufolge bei Raumtemperatur und höheren
Temperaturen überragend. Die Zerreißproben wurden vorher in der bekannten Weise einer Stabilisierungsglühung
unterzogen.
Chargen- Analyse in %
Mg
Si
Mn
Fe
Prüfung bei 20" C kp/mm2 c
ÖO,2 öS i
Prüfung bei 300° C
kp/mm2 kp/mm2 0A
kp/mm2 kp/mm2 0A
HB pö,2 tfff="- *δ:
Prüfung bei 400° C
kp/mm2 —%"
kp/mm2 —%"
. 00,2 OB <5s
3,6
3,2
5,2
5,4
6,5
6,6
| 1,04 | 0,22 0,31 | 7,6 | 17,9 | 7,4 | 55 | 6,1 | 8,4 | 78,0 | 2,8 | 4,3 | 46,0 |
| 7,9 | 16,3 | 4,8 | 53 | 6,1 | 8,9 | 63,8 | 2,8 | 4,7 | 84,0 | ||
| 5,5 | 8,4 | 44,4 | |||||||||
| Mittelwert | 7,7 | 17,1 | 6,1 | 54 | 5,9 | 8,6 | 62,1 | 2,8 | 4,5 | 65,0 | |
| 0,93 | 0,98 0,3 | 6,9 | 20,8 | 14,3 | 57 | 6,4 | 9,7 | 42,4 | 4,1 | 6,2 | 78,0 |
| 7,1 | 20,7 | 14,9 | 55 | 4,9 | 9,1 | 36,4 | |||||
| 5,6 | 9,0 | 35,4 | |||||||||
| Mittelwert | 7,0 | 20,7 | 14,6 | 56 | 5,6 | 9,3 | 38,1 | 4,1 | 6,2 | 78,0 | |
| 1,02 | 0,93 0,3 | 10,3 | 22,2 | 7,1 | 64 | 8,2 | 11,7 | 30,6 | 4,1 | 6,2 | 84,0 |
| 10,0 | 21,0 | 6,0 | 64 | 6,4 | 11,0 | 25,8 | |||||
| 7,6 | 10,5 | 25,4 | |||||||||
| Mittelwert | 10,1 | 21,6 | 6,5 | 64 | 7,4 | 11,1 | 27,3 | 4,1 | 6,2 | 84,0 | |
| 1,02 | 0,93 0,38 | 12,9 | 26,5 | 8,5 | 69 | 9,7 | 13,6 | 71,4 | 5,3 | 7,8 | konnte |
| nicht b. | |||||||||||
| werd. | |||||||||||
| 12,1 | 26,9 | 10,8 | 72 | 10,7 | 13,4 | 33,2 | 5,3 | 7,8 | 83,4 | ||
| 6,2 | 11,0 | 41,2 | |||||||||
| Mittelwert | 12,5 | 26,7 | 9,6 | 70 | 8,9 | 12,7 | 48,6 | 5,3 | 7,8 | 83,4 | |
| 1,10 | 0,22 0,23 | 12,9 | 23,2 | 5,1 | 72 | 8,7 | 14,1 | konnte | 4,1 | 6,7 | 85,2 |
| nicht b. | |||||||||||
| werd. | |||||||||||
| 13,1 | 23,5 | 5,3 | 72 | 10,1 9,9 9,6 |
14,7 12,7 13,8 |
25,6 ion |
|||||
| Mittelwert | 13,0 | 23,3 | 5,2 | 72 | 9,9 | 13,9 | lo,U 21,8 |
4,1 | 6,7 | 85,2 | |
| 1,17 | 0,9 0,36 | 13,7 | 23,2 | 4,0 | 74 | 9,2 | 14,6 | 24,8 | 5,1 | 7,9 | 97,0 |
| 13,7 | 24,2 | 4,9 | 76 | 9,4 | 13,6 | 18,0 | |||||
| 9,5 | 14,0 | 18,6 | |||||||||
| Mittelwert | 13,7 | 23,5 | 4,4 | 75 | 20,5 | 5,1 | 7,9 | 97,0 |
Der Zusatz von Mangan soll nicht über die im System Aluminium—Mangan bekannte maximale feste Löslichkeit
hinaus erfolgen, aber auch nicht unter 0,6% liegen.
Die Verfeinerung des Mg2Si durch Mangan hat keine
Gemeinsamkeit mit der Einformung der spießigen, nadeligen Eisenaluminide durch Mangan in Aluminium-Silizium-Legierungen
mit geringen Magnesium-Gehalten von Null bis zu etwa 0,6%. Zwar kann in Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen mit Fe-Gehalten
von 1,25%, derartige Gehalte treten in solchen Gußlegierungen üblicherweise dann als Verunreinigungen
auf, wenn Schrott mit zwangsläufig hohen Beimengungen zugegeben wird, und die zu den
zulässigen Verunreinigungen nach DIN 1725 vom Juni 1959, Druckguß-Legierungen, Blatt 2, Seite 8, zählen,
nach der die Legierungen GD-AlMg 9 und GD-AlMg 8 (Cu) 0,6 bis 1,2% Eisen enthalten können, durch höhere
Mangan-Gehalte das Mg2Si verfeinert werden, nicht aber wie bei Aluminium-Silizium-Legierungen eine
so Einformung des Eisenaluminids zu einer Mehrstoff-Verbindung erfolgen. Die Legierungen haben niedrigere
Dehnungs- und Festigkeitswerte, wie die Zahlentafel 3 zeigt.
Die bei Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen nach Zahlentafel 3 gefundene spießige Ausbildung des Eisenaluminids wird auch bei den ternären Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierungen mit etwa 13% Silizium und 6% Magnesium durch einen erhöhten Zusatz von Mangan nicht aufgehoben. Diese Untersuchungen
Die bei Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen nach Zahlentafel 3 gefundene spießige Ausbildung des Eisenaluminids wird auch bei den ternären Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierungen mit etwa 13% Silizium und 6% Magnesium durch einen erhöhten Zusatz von Mangan nicht aufgehoben. Diese Untersuchungen
bo zeigen bezüglich der Festigkeitswerte ebenfalls keinen herausragenden technischen Fortschritt bei einer
Kombination mit Mangan, aber auch, daß bei einer Anwendung desselben in Gegenwart großer Mengen
Silizium und größerer Mengen Magnesium die Wirkung des Mangans nicht derjenigen in Aluminium-Silizium-Legierungen
mit bis zu 0,6% oder ohne Magnesium vergleichbar ist. Siehe Zahlentafel 4.
| Analyse in °/o Mg Si |
1,35 | 13,57 | 5 | Mn Fe | 14 | 16,1 18,8 17,4 |
16,9 17,0 16,9 |
83 | 229 | Prüfung bei 300c kp/mm2 00,2 OB |
9,5 8,9 9,2 |
7,6 7,6 |
6 | Prüfung bei 400° kp/mm2 00,2 OB |
4,8 sä 5,0 |
5,0 5,0 |
C % ÖS |
|
| 3,85 | 1,10 | 13,11 | 0,21 0,29 Mittelwert |
17,1 15,4 16,2 |
16,8 17,2 17,0 |
5,3 5,3 5,3 |
10,7 9,9 10,3 |
9,2 9,2 |
3,1 2,8 2,9 |
6,5 6,5 |
4,2 4,2 |
79,0 81,0 80,0 |
||||||
| Zahlentafel 3 | 3,8 | 1,05 | 12,95 | Mn Fe | 0,75 0,2 Mittelwert |
Prüfung bei 20° kp/mm2 00,2 Ob |
22,7 22,5 22,6 |
12,2 11,6 11,9 |
C °/o |
kp/mm2 HB |
6,3 4,8 5,5 |
12,6 11,6 12,1 |
8,8 8,8 |
C % 'h |
3,6 3,6 |
6,7 6,7 |
6,4 6,4 |
65,0 65,0 |
| Chargen- Nr. |
5,3 | 1,14 . | 12,62 | 0,25 1,25 Mittelwert |
0,22 1,3 Mittelwert |
8,8 8,9 8,8 |
18,5 18,5 18,5 |
13,7 14,8 14,2 |
2,8 4,3 3,6 |
57 58 57 |
8,4 8,5 8,3 |
13,1 11,6 12,3 |
8,4 8,4 |
41,8 47,2 44,5 |
4,1 4,1 |
7a
7a |
5,8 5,8 |
98,2 98,2 |
| 851 | 5,5 | 0,92 | 0,9 1,25 Mittelwert |
0,83 1,3 Mittelwert |
9,4 9,3 9,3 |
19,2 22,8 21,5 |
3,0 2,1 2,5 |
64 62 63 |
9,4 7,6 8,5 |
14,2 13,8 14,0 |
12,2 8,6 10,4 |
4,2 4,2 |
ea 6,2 |
73,4 73,4 |
||||
| 857 | 6,85 | 1,06 | 0,22 1,14 Mittelwert |
10,8 10,5 10,6 |
18,8 17,8 18,3 |
4,8 5,0 4,9 |
71 71 71 |
9,4 9,4 9,4 |
14,7 14,5 14,2 |
42,0 33,8 37,9 |
3,6 3,6 |
7,9 7,9" |
64,6 64,6 |
|||||
| .853 | 7,0 | 0,82 1,00 Mittelwert |
10,3 10,6 10,4 |
3,1 2,9 3,0 |
67 72 69 |
9,2 9,2 9,2 |
7,8 8,8 7,3 |
4,1 4,1 |
83,2 83,2 |
|||||||||
| 859 | Zahlentafel 4 | Analyse in % Mg Si |
0,22 1,12 Mittelwert |
12,4 12,4 12,4 |
Prüfung bei 20° kp/mm2 Ö0.2 OB |
2,4 4,5 3,4 |
76 76 76 |
Prüfung bei 300° kp/mm2 Oq2 OB |
12,8 17,0 14,9 |
Prüfung bei 400° kp/mm2 002 0B |
||||||||
| 855 | Chargen- Nr. |
6,0 | 0,87 1,20 . Mittelwert |
14,1 13,9 14,0 |
9,6 9,5 9,5 |
1,8 1,3 1,5 |
84 90 87 * |
3,8 3,8 |
4,2 3,2 4,9 |
2,4 2,4 |
C % <5s |
|||||||
| 861 | 888 | 6,5 | _ | 10,9 10,5 10,7 |
5,6 5,6 |
2,7 2,7 |
20,0 20,0 |
|||||||||||
| 886 | 5,25 | 10,9 10,6 10,7 |
C o/o <5s |
kp/mm2 HB |
3,0 3,0 |
C % |
2,9 2,9 |
20,0 20,0 |
||||||||||
| 889 | 5,6 | 10,8 10,5 10,6 |
3,0 2,8 2,9 |
60 58 59 |
6,3 6,3 |
11,6 11,6 |
3,2 3,2 |
3,0 3,0 |
||||||||||
| 887 | 2,0 2,4 2,2 |
66 69 67 |
11,2 11,2 |
τα
τα |
||||||||||||||
| 1,1 0,8 0,9 |
71 69 70 |
1,8 1,8 |
||||||||||||||||
| 1,4 1,8 1,6 |
71 72 71 |
3,4 3,4 |
||||||||||||||||
Nach diesen Untersuchungen war daher überraschend, daß bei sehr hohen Magnesium-Gehalten von
etwa 9 bis 10% und Silizium-Gehalten von etwa 3% bei nicht an Silizium gebundenen freien Magnesium-Gehalten
zwischen 3 und 4% auch bei höheren Eisen-Gehalten von 1,20%, wie sie häufig nach der üblichen
Zuführung von Schrott auftritt, keine Eisennadeln mehr auftraten, sofern höhere Mangan-Gehalte zugesetzt
wurden.
Allerdings sind in Gegenwart hoher Mengen Eisen von 1,20% keine wesentlichen Änderungen der
Festigkeitswerte verursacht worden. Bei den Legierungen mit niedrigen Eisen-Gehalten wird durch die
Mangan-Gattierung neben einer starken Gefügefeinung ein damit in Zusammenhang stehender beachtlicher
Anstieg der Festigkeitswerte verzeichnet. Die Zahlentafel 5 zeigt die Verbesserung der Festigkeitswerte durch
Mangan an Legierungen, die etwa auf der Schmelzrinne zwischen den ternären magnesium- und siliziumreichen
Eutektika des Systems Aluminium - Silizium - Magnesium und vorzugsweise auf der magnesiumreichen Seite
liegen und Silizium-Gehalte unter dem des quasibinären Eutektikums mit 13% Mg2Si enthalten. Vorzugsweise
sind Silizium-Gehalte zwischen 2,5 und 4% und höchstens 11% Magnesium in Gegenwart von Mangan
zu legieren.
Die Untersuchungen wurden auf Legierungen mit Magnesium in der Legierung enthalten. Die Bearbeitbarkeit
von Gußteilen aus diesen Legierungen ist schlechter.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird deshalb die Verwendung von AlMgSi-Guß-Legierungen, bestehend
aus 0,6 bis 4,5% Silizium, 2,5 bis 11% Magnesium, Rest Al mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen
mit der Maßgabe, daß im Rahmen der angegebenen Bereiche das Verhältnis von Magnesium
zu Silizium so aufeinander abgestimmt ist, daß 1 bis 4,5% des Magnesiums nicht an Silizium gebunden
vorliegen, 0,6 bis 1,8% Mangan, Rest Aluminium mit den Silizium-Gehalten von 2% und Magnesium-Gehalten
von 4% ausgedehnt. Die starke Verfeinerung des Mg2Si durch Mangan wird ebenfalls erzielt (s. Zahlentafel 6).
Bei etwa 4% Magnesium und 2% Silizium ist nur noch eine Menge von 0,55% nicht an Silizium gebundenes
üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen, sowie bis zu 0,6% Kupfer als zulässige Beimengung als
hochfester, im Bestandteil Mg2Si gefeinter Werkstoff für thermisch wechselbeanspruchte Zylinderköpfe,
vorgeschlagen, die bei einer thermischen Wechselbeanspruchung zwischen 100 bis 3000C binnen 120 Sekunden
mehr als 1050 Lastwechsel bis zum Durchriß aushalten und gut bearbeitbar sein müssen.
Weitere Ergebnisse wurden erhalten bei der Nachprüfung
des Einflusses von Nickel, das ähnlich wie das
Mangan bei Gehalten von etwa 1% im Aluminium im Schmelzfluß die niedrigste Wasserstofflöslichkeit zeigt
und deshalb ebenfalls für Legierungsversuche ausgewählt wurde. Es wurde gefunden, daß im Gegensatz zum
Kupfer durch 1,5% Nickel ein sehr feines Magnesiumsi- 5 lizid erhalten wird und der das Magnesiumsilizid
vergröbernde Einfluß des Kupfers in Gegenwart von Nickel aufgehoben wird. Die Untersuchung der
Festigkeitseigenschaften im Zerreißversuch zeigte, daß die stabilisierten Legierungen bei Überschreitung der io
Zahlentafel 5
Mg-Gehalte von 4% nur noch niedrige Dehnungswerte besitzen und die Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen
in Gegenwart von Nickel und/oder größeren Mengen als 0,2% Kupfer unter 4% Magnesium besitzen
müssen (s. Zahlentafel 7).
Es wird deshalb weiterhin vorgeschlagen, die erfindungsgemäße Verwendung einer AlMgSi-Legierung
in der vorstehenden Zusammensetzung mit der Maßgabe, daß diese bis 2% Ni enthält.
| Chargen- Analyse in % | Mg | Si | Mg | Si | Si Mn | Mn | Fe | 0,24 | 0,30 | 0,32 | 1,20 | 1,12 | Ni | Prüfung bei 20s | Cu | OB | Fe | 0,42 | 0,4 | 0,34 | 0,37 | 0,29 | 0,29 | 'C | o/o | kp/mm2 | ob | OB | C | Prüfung bei 300° | ob | C | Prüfung bei 400° C | OB | 002 | o/o | OB | o/o | OB | o/o |
| Nr. | 9,7 | 3,1 | 3,95 | 2,0 | 1,17 0,27 | 0,28 | 0,2 | kp/mm2 | 26,0 | 0,41 | Ö5 | HB | 20,8 | 17,8 | kp/mm2 | 12,8 | % | kp/mm2 | 6,1 | 4,1 | <55 | 7,7 | 05 | 5,8 | 05 | |||||||||||||||
| Mittelwert | Mittelwert | Mittelwert | Mittelwert | Mittelwert | 00,2 | 22,9 | Mittelwert | Mittelwert | Mittelwert | Mittelwert | Mittelwert | 3,4 | 9,2 | 20,7 | 17,6 | O02 | 13,6 | 05 | 002 | 43,4 | 74,8 | 89,4 | ||||||||||||||||||
| 871 | Mittelwert | 0,32 | 0,88 | 0,30 | 1,03 | 14,9 | 24,4 | Mittelwert | 1,45 | 1,2 | 1,25 | 2,1 | 92 | 20,7 | 17,7 | 8,4 | 13,2 | 27,4 | 3,6 | 6,1 | 4,4 | 31,8 | 7,7 | 5,8 | ||||||||||||||||
| 9,44 | 2,7 | 4,2 | 1,9 | 1,15 0,25 | 0,85 | 14,9 | 27,5 | — | 2,7 | 92 | 23,0 | 18,6 | 9,2 | 16,2 | 24,0 | 8,5 | 4,9 | 37,4 | 7,5 | 74,8 | 6,5 | 89,4 | ||||||||||||||||||
| 14,9 | 27,2 | 2,8 | 95 | 22,1 | 18,6 | 8,8 | 15,6 | 25,7 | 3,6 | 28,0 | 61,6 | 7,3 | n.b. | |||||||||||||||||||||||||||
| 873 | Mn | 18,1 | 27,3 | Fe | 2,4 | 98 | 22,5 | 18,6 | 12,2 | 15,9 | 35,4 | 4,8 | 8,5 | 4,9 | 27,2 | 7,5 | 6,9 | 96,0 | ||||||||||||||||||||||
| - 8,6 | 3,3 | Zahlentafel 7 | 1,0 0,24 | 0,24 | 18,2 | 19,8 | 0,39 | 2,6 | 96 | 22,3 | 11,2 | 132=-- | 13,6 | 27,6 | -61.6 — | 8,0 | 96,0 | |||||||||||||||||||||||
| Char- | Analyse in % | 18,1 | 20,3 | 1,8 | 80 | 21,8 | lt,7 | 11,7 | 24,5 | 4,8 | Prüfung bei 300° C | 16,8 | 34,6 | |||||||||||||||||||||||||||
| 947 | gen- Nr. |
• 11,9 | 20,0 | Mittelwert | 2,0 | 78 | 22,0 | % | 9,2 | 12,8 | 25,0 . | ■ | - | kp/mm2 | 8,6 | 8,0 | ||||||||||||||||||||||||
| 8,8 | 3,6 | Mg | 1,03 0,23 | 1,00 | 12,1 | 25,3 | 1,9 | 79 | 20,4 | Ö5 | 8,2 | 13,9 | 30,0 | 002 Ob | 12,7 | - | 5,9 | 34,6 | ||||||||||||||||||||||
| 862 | 3,7 | 12,0 | 25,4 | 3,0 | 83 | 20,4 | 4,1 | 8,7 | 13,1 | 27,5 | - | 5,8 10,5 | 49,6 | 87,6 | ||||||||||||||||||||||||||
| 948 | 14,0 | 25,3 | 2,6 | 87 | 20,4 | 5,0 | 9,2 | 13,5 | 19,6 | - | 5,8 10,1 | 44,0 | 5,9 | |||||||||||||||||||||||||||
| 9,25 | 3,1 | 1,08 0,23 | 13,8 | 24,2 | 2,8 | 85 | 24,0 | 4,5 | 9,6 | 14,3 | 23,6 | 7,4 | 5,8 10,3 | 46,8 | - | 6,5 | 87,6 | |||||||||||||||||||||||
| 863 | 5,5 | 13,9 | 25,8 | 3,5 | 101 | 23,4 | 4,4 | 9,4 | 14,3 | 21,8 | — | 8,2 12,4 | 40,8 | 83,6 | 100,0 | |||||||||||||||||||||||||
| 872 | 16,0 | 25,0 | 3,1 | 91 | 23,7 | 4,8 | 9,4 | 14,6 | 26,6 | 4,1 | 7,4 | 9,4 13,4 | 33,8 | 6,5 | ||||||||||||||||||||||||||
| 9,7 | 2,75 | 1,12 0,25 | Cu | 15,6 | 23,5 | 3,3 | 96 | 24,8 | 4,6 | 9,2 | 17,6 | 15,2 | 8,1 | 8,6 12,9 | 37,3 | 83,6 | 7,2 | 100,0 | ||||||||||||||||||||||
| 864 | 7,0 | 1,5 | 15,8 | 24,8 | 2,3 | 108 | 25,5 | 2,6 | 9,3 | 14,9 | 19,7 | 4,1 | 9,9 14,3 | 21,6 | 65,2 | 131,2 | ||||||||||||||||||||||||
| 874 | 18,4 | 24,1 | 2,4 | 98 | 1,9 | 13,5 | 16,2 | 5,2 | 5,1 | 8,1 | 9,6 13,8 | 21,4 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Zahlentafel 6 | 17,9 | 2,3 | 103 | 2,2 | 8,1 | 6,6 | 9,8 14,1 | 65,2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chargen- Analyse in % | 865 | 3,4 | 1,35 | 18,1 | 8,0 | 10,8 | 5,9 | 5,1 | Prüfung bei 300° C | 6,7 10,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Nr. | Prüfung bei 20° | 8,9 | kp/mm2 kp/mm2 | 5,8 10,1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| kp/mm2 | 8,4 | HB | 6,2 10,3 | o/o | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 940 | 866 | 5,6 | 1,5 | 00,2 | 5,6 | % | 54 | 8,9 12,7 | 05 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 8,2 | 6,0 | •5? | 55 | 8,9 13,6 | 39,2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8,1 | 5,8 | 5,5 | 54 | 8,9 13,1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 944 | 867 | 7,1 | ' | 8,1 | 3,8 | 5,4 | 58 | 9,9 15,2 | 39,2 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 8,6 | 4,1 | 5,4 | 62 | 10,1 145 | 52,0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8,8 | 5,0 | 60 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| . | 8,7 | 4,8 | 52,0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4,9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Prüfung bei 20° C | Prüfung bei 400° C | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| kp/mm2 | kp/mm2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ' 002 | kp/mm2 | 002 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10,2 | HB | 3,3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10,1 | 67 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10,1 | 69 | 3,3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 11,4 | 68 | 3,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 11,7 | 72 | 3,7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 11,5 | 74 | 3,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 14,4 | 73 | 4,8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 14,2 | 80 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 14,3 | 83 | 4,8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8,6 | 81 | 3,1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8,6 | 61 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8,6 | 60 | 3,1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 11,1 | 60 | 3,8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10,9 | 76 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 11,0 | 74 | 3,8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 14,4 | 75 | 4,1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 14,4 | 85 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 87 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
030 216/2
14 ÖJ 9
Die vorliegenden Ergebnisse wurden auf die Verwendung dieser AlMgSi-Legierungen für Zylinderköpfe
übertragen, die auf einem Prüfstand wechselnden Erwärmungen und Abkühlungen in ihren hochbeanspruchten
Partien unterworfen wurden, bis eine Rißbildung auftrat. Die thermische Wechselbelastung
zwischen 100 und 3000C bis zur Rißbildung und Durchriß galt als Gradmesser für die Belastbarkeit der
Legierungen.
Die Abbildung gibt unter anderem die thermische ι ο Wechselbelastungs-Prüfung von Zylinderköpfen aus der
gebräuchlichen Legierung AlMg 5 Si 1 Cu 0,5 gemäß Zahlentafel 8 wieder. Diese Zylinderköpfe sind einer
sich über mehrere Monate erstreckenden Zeit der normalen Produktion entnommen worden. Es wurde
eine mittlere Zahl der thermischen Wechselbelastungen von 716 bis zum Anriß bzw. eine von 769 bis zum
Durchriß gefunden.
Üblicherweise wurde bisher eine Legierung nach DIN
10
1725 (1959), Blatt 2, verwendet. Demgegenüber kamen Zylinderköpfe, die aus einem Werkstoff gemäß der
Erfindung gegossen wurden und ein feines Gefüge zeigten, wobei das Gefüge der Legierungen mit
niedrigen und höheren Magnesium-Gehalten, ähnlich wie in den Kokillengußprobestäben nach LN 29 531
ausgebildet war, in gleicher Weise zur Prüfung. Die Abbildung und Zahlentafel 9 enthält die thermischen
Wechselbelastungszahlen. Den Untersuchungen kann entnommen werden, daß mit gegenüber der gebräuchlichen
Legierung vergleichbarem Silizium-Gehalt und der üblichen Beimengung von 0,5% Cu die Legierungen
mit hohen Magnesium-Gehalten eine wesentlich geringere Laufzeit auch bei zusätzlicher Mangan-Gattierung
besitzen und bei einem Vergleich mit den Ergebnissen zur gebräuchlichen Legierung, siehe Abbildung und
Zahlentafel 8 und 9, die höher manganhaltigen Legierungen eine deutliche Verbesserung aufweisen.
=3
•ng
H c
IU
-C
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
| \ O \o |
X | -^- - - · | \ 0 |
| T \ % Mg gesamt 5,5 % Mg gesamt 4,55 \ I |
I | o\ | |
| % Mg gesamt 5,14 DIN 1725:4—5,5% |
% Mg gesamt 7,4 | ||
| o\ | |||
| O | O Mittelwert | ||
| \ | |||
O
0,98—1,00% Si 0,89—0,92% Mn 0,50—0,55% Cu 0,15% Ti
0,33—0,45% Fe 0,004% Be Rest AI % Mg nicht an Si gebunden
Sonstige Legierungsbestandteile:
Sonstige Legierungsbestandteile:
Xhach DIN 1725
0,94—0,99% Si
0,36% Mn
0,52—0,55% Cu
0,52—0,55% Cu
n.b.%Ti
0,43—0,45% Fe
0,43—0,45% Fe
n.b.% Be
Rest AI
DIN 1725
0,5—1,5% Si
0—0,5% Mn
0—0,6% Cu
0—0,20% Ti
0—0,20% Ti
—0,5% Fe
— Be
Rest Al
Der Diagrammverlauf in der Abbildung zeigt eine fast
lineare Abhängigkeit zwischen thermischer Lastwechselzahl und Magnesium-Gehalten und daß eine max.
Verbesserung gemäß Erfindung um 100% möglich ist. Die Legierung Nr. 3 in Zahlentafel 9 und in der
Abbildung besitzt einen freien Magnesium-Gehalt von etwa 5,7%, die Legierung Nr. 2 einen solchen von 3,77%
und die Legierung Nr. 1 nur 2,85%. Die Legierungen Nr. 4 und 5 in Zahlentafel 9 enthalten nur etwa 0,9%
freies Magnesium. Die Legierung 5 zeigt nach Zulegieren von Mangan eine wesentlich höhere thermische
Belastbarkeit, der Vergleich mit den Legierungen der Zahlentafel 8 gibt Aufschluß über die nach Erniedrigung
des freien Magnesium-Gehaltes erzielte hohe thermische Belastbarkeit Der freie Magnesium-Gehalt der
Legierungen 4 und 5 liegt mit 0,9% sehr niedrig. Die
Zahlentafel 8
Bearbeitbarkeit dieser Legierungen war auf einer Taktstraße schlechter. Die freien Magnesium-Gehalte
sollen 1% nicht unterschreiten.
Sämtliche Untersuchungen zeigen, daß die freien Magnesium-Gehalte der Aluminium-Magnesium-Legierungen
zur Erzielung einer hohen Belastbarkeit, besonders einer thermischen Wechselbelastung, zwischen
1 und 4,5, vorzugsweise 1 bis 3,0% liegen sollen.
Bei Verwendung einer Legierung im Sinne vorliegender Erfindung soll der Silizium-Gehalt mindestens 1%
betragen, wobei der Herstellungsablauf einen Knetvorgang einschließt.
Vorteilhaft ist bei erfindungsgemäßer Verwendung der AlMg-Si-Legierungen, diese vor dem Vergießen
intensiv zu entgasen.
Versuchs-Nr.
Analyse in °/o
Mg Si
Mn
Fe
Thermische Wechselbelastung Anriß Durchriß
| 1 . | 5,06 |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 | |
| 5 | 5,19 |
| 6 | |
| 7 | |
| 8 | |
| 9 | 5,16 |
| 10 | |
| 11 | |
| 12 | |
| 13 | |
| 14 | |
| 15 | |
| 16 | |
| Mittelwert | 5,14 |
0,94
0,99
0,95
0,36
0,36
0,36
0,45 -—rr-. _.
0,44
0,43
| n.b. | 709 |
| 639* | 670 |
| 894 | 960 |
| 940 | 1050 |
| 450 | 640 |
| 775 | 877 |
| 707 | 872 |
| 574 | 736 |
| 640 | 663 |
| n.b. | 760 |
| 830 | 880 |
| n.b. | 650 |
| n.b. | 720 |
| n.b. | 660 |
| n.b. | 671 |
| n.b. | 800 |
0,96
0,36
0,44
-716
-769
(n.b.= Nicht genau bestimmbar.)
Zahlentafel 9
Nr. Analyse in %
Mg Si
Mn
Cu
Fe Ti
Be
Thermische Wechselbelastung Anriß Durchriß
| 1 | 4,55 | 0,99 | 0,91 | 0,50 | 0,42 | 0,15 | 0,004 | 1450 1350 |
1600 1500 |
| 2 | 5,5 | 1,00 | 0,92 | 0,50 | 0,32 | 0,15 | 0,004 | 800 1200 |
890 1224 |
| 3 | 7,4 | 038 | 0,89 | 0,55 | 0,33 | . 0,15 | 0,003 | n.b. n.b. |
168 335 |
| 4 | 4,4 | 2,08 | 0,02 | 0,17 | 0,20 | 0,15 | 0,004 | 1040 930 n.b. |
1160 1030 1100 |
| 5 | 4,3 | 1,88 | 0,78 | 0,15 | 0,21 * |
0,15 | 0,004 | 1380 1380 1360 |
1590 1420 1410 |
(n. b. r= Nicht genau bestimmbar.)
Claims (4)
1. Verwendung von AlMgSi-Guß-Legierungen, bestehend aus 0,6 bis 4,5% Silizium, 2,5 bis 11%
Magnesium, mit der Maßgabe, daß im Rahmen der angegebenen Bereiche das Verhältnis von Magnesium
zu Silizium so aufeinander abgestimmt ist, daß 1 bis 4,5% Magnesium nicht an Silizium gebunden
vorliegen, 0,6 bis 1,8% Mangan, Rest Aluminium mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen,
sowie bis zu 0,6% Kupfer als zulässige Beimengung, als hochfester, im Bestandteil Mg2Si
gefeinter Werkstoff für thermisch wechselbeanspruchte Zylinderköpfe, die bei einer thermischen
Wechselbeanspruchung zwischen 100 bis 3000C
binnen 120 Sekunden mehr als 1050 Lastwechsel bis zum Durchriß aushalten und gut bearbeitbar sein
müssen.
2. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1, die bis 2% Nickel enthält,
für den Zweck nach Anspruch 1.
3. 'Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1 und 2 mit der Maßgabe,
daß der Siliziumgehalt mindestens 1% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1, wobei der Herstellungsablauf
einen Knetvorgang einschließt.
4. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 3, die vor dem
Vergießen intensiv entgast worden ist, für den Zweck nach Anspruch 1.
Warmfestigkeit festgestellt wurde, die durch andere Legierungselemente noch verbessert werden konnte.
Diese und andere zahlreiche Untersuchungen haben zur Verwendung von Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen
geführt, die 2 bis 5,5% Magnesium, 0 bis 1,5% Silizium, 0 bis 0,5% Mangan und 0 bis 0,20% Titan
enthalten. Für warmfeste Zwecke, hauptsächlich Zylimlerköpfe,·., kam eine Aluminium-Legierung mit der
vorfüllen Gießereien -gewählten, fast gleichartigen
Zusammensetzung 4,8 bis 5,5% Magnesium, 0,8 bis 1,2% Silizium, 0 bis 0,6% Kupfer und den obigen Mangan-Gehalten
zur Auslieferung. Je nach Vereinbarung mit dem Verbraucher sind diesen Legierungen zur Hintanhaltung
der Oxydation noch geringe Mengen Beryllium zugesetzt worden. Diese Legierungen sind in der DIN
1725 vom Juni 1959, Blatt 2, vorgeschlagen.
Aus der deutschen Patentschrift 7 47 355 sind Legierungen, bestehend aus 4 bis 12% Magnesium, 0,5
bis 5% Silizium, je 0,2 bis 5% Kupfer und/oder Nickel, Rest Aluminium, bekannt, die weiterhin Eisen, Kobalt,
Mangan, Chrom, Molybdän, Titan und Cer einzeln bis zu 3,5%, insgesamt bis 7%, enthalten können.
Die anmelduBgsgemäße Verwendbarkeit gezielt
ausgewählter Legierungen 1st daraus jedoch nicht zu entnehmen.
Sowohl die Toleranz für die Magnesium- als auch Siliziumgehalte dieser Legierungen erlauben die verschiedensten
Kombinationen, so daß recht unterschiedliche Mengen Magnesiumsilizid gebildet werden können
und nicht an Silizium gebundenes Magnesium in den Legierungen angetroffen wird, wie durch die Zahlentafel
1 gezeigt ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1483229A DE1483229C2 (de) | 1965-09-03 | 1965-09-03 | Verwendung von AlMgSi-GuB-Legienuigen für Zylinderköpfe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1483229A DE1483229C2 (de) | 1965-09-03 | 1965-09-03 | Verwendung von AlMgSi-GuB-Legienuigen für Zylinderköpfe |
Publications (2)
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|---|---|
| DE1483229B1 DE1483229B1 (de) | 1973-12-13 |
| DE1483229C2 true DE1483229C2 (de) | 1980-04-17 |
Family
ID=7159614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1483229A Expired DE1483229C2 (de) | 1965-09-03 | 1965-09-03 | Verwendung von AlMgSi-GuB-Legienuigen für Zylinderköpfe |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE1483229C2 (de) |
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Family Cites Families (3)
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| GB367831A (en) * | 1929-12-04 | 1932-02-22 | Metallgesellschaft Ag | Process for improving aluminium alloys which are resistant to corrosion by seawater |
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-
1965
- 1965-09-03 DE DE1483229A patent/DE1483229C2/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE1483229B1 (de) | 1973-12-13 |
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| B1 | Publication of the examined application without previous publication of unexamined application | ||
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