DE2719129C2

DE2719129C2 -

Info

Publication number: DE2719129C2
Application number: DE2719129A
Authority: DE
Inventors: Richard James Neptune N.J. Us Gennone; Robert Decker E. Greenville Pa. Us Sturdevant
Original assignee: KB Alloys Inc
Current assignee: KB Alloys Inc
Priority date: 1977-01-28
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1990-07-12
Also published as: GB1583083A; FR2378870B2; AU512023B2; AU2495877A; JPS5394211A; FR2378870A2; DE2719129A1; NO771788L; NL7705438A; IT1116633B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Kontrolle des Gefüges in Aluminium-Silizium-Legierungen. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Mischung und ein Verfahren zum Modifizieren des eutekti schen Aluminium-Silizium-Bestandteils von eutektischen und untereutektischen Aluminium-Silizium-Gußlegierungen aus Teilchen einer Strontiumverbindung und Aluminiumpulver.

Der Bedarf einer Beigabe von Strontium zu anderen Metallen, um die Eigenschaften dieser Metalle zu modifizieren oder zu verbes sern, wird in der Metallurgie schon lange anerkannt. So ist beispielsweise bekannt, wie in der US-PS 33 74 086 beschrieben, daß Strontium in verschiedenen Eisenlegierungen, ein wirksames Impfmittel ist, um Gußeisen Duktilität zu verleihen. Ein anderes Beispiel, die Zugabe von schweren Metallen, wie beispielsweise von Übergangselementen, zu Bädern aus geschmolzenem Aluminium, ist in der US-PS 35 92 637 beschrieben.

Genauer gesagt ist Strontium, entweder für sich oder in Form einer Strontium-Aluminium-Mischung, als hochwertiges und bestän diges Modifiziermittel des eutektischen Aluminium-Silizium- Bestandteiles des eutektischen Aluminium-Silizium-Bestandteils von eutektischen und untereutektischen (d. h. weniger als 12,6 Gew.-% Silizium) Aluminium-Silizium-Gußlegierungen bekannt. Entsprechend der CA-PS 8 29 816 und K. Alker et al. "Experiences with the Permanent Modification of Al-Si Casting Alloys" veröf fentlicht in "Aluminium", 48 (5), 362-367 (1972), verbessert die Verwendung von Erdalkalimetallen (beispielsweise Strontium) als Modifiziermittel für Aluminium-Silizium-Legierungen die Schmelzeigenschaften dieser Legierungen, insbesondere, wenn diese Legierungen an oder nahe der eutektischen Zusammensetzung sind, der Zusammensetzung, bei der der Schmelzpunkt der Legierung am niedrigsten ist. Aus der US-PS 34 66 170 ist es bekannt, Al-Si- Legierungen mit 5 bis 14% Silizium zu modifizieren, indem in die Legierungsschmelze 0,001 bis 2% Strontium in Form seiner Verbin dungen eingeführt werden, die auch mit feinkörnigen reduzierenden Metallen wie Aluminium vermischt sein können. Die Mischungen können dabei auch in gepreßter Form vorliegen. Die Herstellung einer Mischung, die beispielsweise ca. 10 Gew.-% Strontium und 90 Gew.-% Aluminium enthält, weist die Nachteile auf, daß das Strontiummetall, das dem geschmolzenen Aluminium zur Bildung einer Mischung beigegeben wird, nicht nur teuer ist, sondern auch oxidiert, wenn es der Luft ausgesetzt wird und beim Schmelzen in Kontakt mit geschmolzenem Aluminium in Umgebungstemperatur brennt. Es besteht daher auf dem Gebiet der Aluminium-Silizium- Gußlegierungen ein Bedarf an einem strontiumhaltigen Hilfsmittel, das diese Nachteile nicht aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte strontiumhaltige Mischung zur Modifizierung von eutektischen und untereutektischen Aluminium-Silizium-Gußlegierungen zu schaffen.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Modifi zierung des Gefüges von eutektischen und untereutektischen Aluminium-Silizium-Gußlegierungen durch Beigabe einer verbesser ten strontiumhaltigen Mischung zu schaffen.

Nach der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend genannten Aufgaben dadurch gelöst, daß die Strontiumverbindung ein Stron tiumsilizid mit mehr als 55 bis 60% Strontium und der Rest, abgesehen von zufälligen Verunreinigungen, Silizium ist, wobei bis zu 10 Gew.-% Calcium, Eisen, Barium, Kohlenstoff, Mangan, Zirkonium und/oder Titan als Verunreinigung vorhanden sein können, und daß der Strontiumgehalt der Mischung zwischen 3 und 37 Gew.-% der Mischung beträgt.

Gegenstand des älteren Patentes 26 25 939 ist eine im wesentli chen entsprechende Mischung, die jedoch ein Strontiumsilizid mit 15 bis 55 Gew.% Strontium enthält. Es wurde gefunden, daß der Strontiumgehalt des Strontiumsilizids mit Vorteil bis auf 60 Gew.% Strontium erhöht werden kann und die übrigen Bedingungen im wesentlichen beibehalten werden können.

Die Mischung nach der Erfindung enthält vorzugsweise zwischen ca. 10 und 30 Gewichtsprozent der Strontiumverbindung (ausgedrückt als Gewichtsprozent Strontium), wobei der Rest aus Aluminiumpul ver besteht. Die Verunreinigungen gelangen im allgemeinen als zufällige Verunreinigungen im strontiumhaltigen Material in die Mischung. Sie sollen jeweils nur in solchen Mengen vorliegen, die die Eigenschaften der sich ergebenden Mischung nicht nachteilig beeinflussen. So kann beispielsweise Calcium in der Mischung nach der vorliegenden Erfindung in Mengen vorhanden sein, die zwischen 0 bis ca. 1 Gew.-% schwanken. In manchen Fällen verbes sert das Vorhandensein von Calcium innerhalb des genannten Rahmens und insbesondere in einer Menge von ca. 0,1 bis 1 Gew.-%, die Wirksamkeit der Mischung nach der vorliegenden Erfindung.

Die Mischung nach der vorliegenden Erfindung kann dadurch herge stellt werden, daß Partikel der Strontiumverbindung mit Alumini umpulver innig vermischt werden, entweder mit oder ohne darauf folgende Kompaktierung bei herkömmlichen Drücken zur Komprimie rung von Metallpulvern, um zweckmäßig ausgebildete Preßlinge zur Beigabe zu geschmolzenen Silizium-Aluminium-Gußlegierungen zu bilden. Es ist vorteilhaft, wenn beide Bestandteile der Mischung vor der Verfestigung eine Partikelgröße entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,84 mm oder kleiner und vorzugsweise eine Partikelgröße entsprechend einer lichten Maschenweite von weniger als 0,15 mm haben, um optimale Ergebnisse zu erzielen, unabhängig davon, ob die Mischung in loser oder kompakter Form verwendet werden soll, wobei die Teilchen der beiden Komponenten gleiche oder verschiedene Teilchengröße haben können. In vielen Fällen kann die Partikelgröße kleiner 0,044 mm sein. Im allgemei nen gilt, daß es vorteilhaft ist, bei abnehmendem Gehalt am aluminiumhaltigen Material mit kleineren Partikelgrößen zu arbeiten, insbesondere dann, wenn die Mischung zum Gebrauch in kompakter Form bestimmt ist, um den ganzen Nutzen aus der Binde fähigkeit des aluminiumhaltigen Bestandteils zu ziehen.

Das nach der Erfindung verwendete Strontiumsilizid wird weder als eine gewöhnliche Legierung noch als eine wirkliche ionische oder kovalente Verbindung, sondern als eine Mischung angesehen, die eine "intermetallische Verbindung" aus Strontium und Silizium darstellt. Das zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignete Strontiumsilizid ist ein Strontiumsilizid, das mehr als 55 bis 60 Gewichtsprozent Strontium und dem Rest Silizium enthält, wobei bis zu 10 Gewichtsprozent mitgeführte Verunrei nigungen wie Calcium, Eisen, Barium, Kohlenstoff, Mangan, Titan und Zirkonium vorhanden sein können. Beispielsweise enthält Strontiumsilizid, SrSi₂, eine bekannte Verbindung, 61 Gewichts prozent Strontium und 39 Gewichtsprozent Silizium. Eine Prüfung der Struktur von handelsüblichem Strontiumsilizid durch Röntgen strahlbrechung ergibt, daß das Strontium vorwiegend in Form von SrSi₂ vorhanden ist. Strontiumsilizid, das weniger als 61 Ge wichtsprozent Strontium enthält, ist daher durch einen Strontium gehalt in Form von SrSi₂ zusammen mit einem Si-Überschuß gekenn zeichnet.

Ein typisches Verfahren zur Herstellung eines Stronti umsilizids ist in der US-PS 33 74 086 beschrieben.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird han delsüblich reines Aluminiumpulver mit Strontiumsilizid-Pulver vermischt, um eine Mischung zu bilden. Wenn die vermengte physi kalische Mischung von Strontiumsilizid und Aluminium in Brikett form oder eine ähnliche Form kompaktiert werden soll, umfaßt das Aluminiumpulver in der Mischung vorzugsweise ein Minimum von ca. 10 Gewichtsprozent der gesamten Zusammensetzung, um ein geeigne tes Bindemittel zur Kompaktierung zur Verfügung zu haben.

Um das Gefüge von eutektischen und untereutektischen Aluminium- Silizium-Gußlegierungen erfindungsgemäß zu modifizieren, wird die vorgenannte Mischung der zu modifizierenden Legierung beigegeben, während diese in geschmolzenem Zustand ist. Die Mischung kann in kompakter Form als Briketts beigegeben werden, oder in loser Form, wie es durch Verwendung von Säcken (beispielsweise Plastik säcken) oder anderen geeigneten Behältern zur Aufbewahrung von vorbestimmten Mengen der Mischung zweckmäßig erreicht werden kann. Wenn in der vorgenannten Weise verfahren wird, wird die Mischung vorzugsweise unterhalb der Oberfläche der zu modifizie renden geschmolzenen Aluminium-Silizium-Legierung durch herkömm liche Tauch- oder Immersionsvorrichtungen und -techniken einge führt. Die Dichte der Mischung ist ein Faktor, der bei der Ausbildung der Mischung in kompakter Form berücksichtigt werden muß, und diese Eigenschaft kann, falls gewünscht, durch eine vernünftige Einstellung der relevanten Parameter, beispielsweise Zusammensetzung, Kompressionsdruck und Partikelgröße kontrolliert werden. Wenn gepreßte Stücke verwendet werden, ist es vorteil haft, sehr hohe Verfestigungsdichten zu vermeiden, um die besten Lösungsverhältnisse zu gewinnen. Im allgemeinen werden Dichten zwischen ca. 65 bis 90% der maximalen theoretischen Dichte (d. h. der Dichte der vollständig legierten Bestandteile der Mischung) bevorzugt (vgl. US-PS 35 92 637, Spalte 12, Zeilen 47-52). Im allgemeinen können Verfestigungsdrücke in der Größe von 350 kg/cm² bis 3500 kg/cm² verwendet werden. Es wird der Alumi nium-Silizium-Gußlegierung eine solche Menge Mischung beigegeben, daß eine modifizierende Menge von Strontium in die Legierung eingeführt wird. Diese Strontiummenge kann in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Legierung und dem Grad der gewünschten Modifizierung variieren. Im allgemeinen ist die verwendete Menge der Mischung so groß, daß zwischen 0,005 bis 0,4 Gew.-% Strontium in die Aluminium-Silizium-Legierung eingeführt werden.

Zusätzlich zu der Tatsache, daß die Kosten für die vorstehend beschriebenen Siliziumverbindungen im Bereich zwischen ca. 1/2 bis zu 1/40 der Kosten von Strontiummetall (zur Herstellung einer Strontium-Aluminium-Gußlegierung) liegen, oxidiert oder brennt das Strontiumsilizid, das zur Herstellung der Mischung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht merklich, wenn die Zusammensetzung entweder in loser oder kompakter Form den ge schmolzenen Silizium-Aluminium-Gußlegierungen beigegeben wird.

Claims

1. Mischung zum Modifizieren des eutektischen Bestandsteils von eutektischen und untereutektischen Aluminium-Silizium- Gußlegierungen aus Teilchen einer Strontiumverbindung und Aluminiumpulver, dadurch gekennzeichnet, daß die Strontium verbindung ein Strontiumsilizid mit mehr als 55 bis 60 Gew.-% Strontium und der Rest, abgesehen von zufälligen Verunreinigungen, Silizium ist, wobei bis zu 10 Gew.-% Calcium, Eisen, Barium, Kohlenstoff, Mangan, Zirkonium und/oder Titan als Verunreinigung vorhanden sein können, und daß der Strontiumgehalt der Mischung zwischen 3 und 37 Gew.-% der Mischung beträgt.

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen der Strontiumverbindung und des Aluminiumpulvers kleiner 0,84 mm sind.

3. Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich bis zu 1 Gew.% Calcium enthält.

4. Verfahren zum Modifizieren des eutektischen Bestandteils von eutektischen und untereutektischen Aluminium-Silizium- Gußlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß der geschmolze nen Aluminium-Silizium-Gußlegierung die Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer solchen Menge beige geben wird, daß zwischen 0,005 und 0,4 Gew.% Strontium in diese Legierung eingeführt werden.