DE3208702A1 - Verfahren zur herstellung warmfester dispersionsgehaerteter aluminiumlegierungen - Google Patents
Verfahren zur herstellung warmfester dispersionsgehaerteter aluminiumlegierungenInfo
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Classifications
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Description
- VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG WARMFESTER DISPERSIONSGEHÄRTETER
- ALUMIN TUMLEG lERUNGEN Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von warmfesten dispersionsgehärteten, auch bei hohen Temperaturen duktilen Aluminiumlegierungen.
- Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-PS 12 48 302 bekanntgeworden. Dabei wird zu einer Aluminiumschmelze ein Metalldisilizid oder Silizium und ein disilizidbildendes Metall zugegeben und ein Anteil von 2 bis 12 Volumen % des Metalldisilizids in der Legierung erzeugt und danach die Legierung durch Zerteilen in Granulat mit einer Geschwindigkeit > 5000C/s abgekühlt und das Granulat durch Walzen oder Strangpressen zu Halbzeug verarbeitet.
- Der große Nachteil dieses und anderer bekannter Verfahren zur Herstellung der angestrebten Aluminiumlegierungen besteht darin, daß man zur Erzielung der erforderlichen feinen Verteilung der Silizide die Schmelze sowohl hoch erhitzen als auch sehr schnell zur Erstarrung bringen muß.
- Die erforderlichen hohen Erstarrungsgeschwindigkeiten erreicht man nur, indem die Schmelze in feine Tröpfchen zerteilt und gegen gekühlte Flächen gesprüht wird. Man erhält ein Granulat, aus dem erst durch eine Reihe weiterer Verfahrensschritte, wie kalt Verdichten, Strangpressen und Schmieden, Werkstücke hergestellt werden können. Eine unmittelbare Herstellung von Formteilen oder Gußblöcken für die Herstellung von Halbzeugen durch Walzen oder Strangpressen ist nicht möglich.
- Hinzu kommt, daß auch die Herstellung des Granulats im technischen Maßstab noch auf erhebliche Schwierigkeiten stößt, weil die versprühten Partikel der Schmelze zum Ankleben an den Kühlflächen neigen. Zur Bereitstellung einwandfreier Kühlflächen muß die Produktion immer wieder unterbrochen werden, so daß die Herstellung nennenswerter Granulatmengen sehr aufwendig ist.
- Es besteht somit seit langem das Bedürfnis nach einem Verfahren, mit dem warmfeste, dispersionsgehärtete, auch bei hohen Temperaturen duktile Formteile oder Blöcke für Halbzeuge aus Aluminiumlegierungen hergestellt werden können, ohne daß der Umweg über eine Granulierung der Schmelze beschritten werden muß. Von dieser Aufgabenstellung ist bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen worden.
- Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, in eine Schmelze aus 0,5 bis 19 Gew.% Silizium, Rest Aluminium einschließlich üblicher, unvermeidlicher Verunreinigungen, 0 bei weniger als 900 C silizidbildende Metalle wie Cr, Ti, Th, Ce, V, Nb, Ta, W, Zr oder Mo in Form von Alkalifluoridverbindungen oder als Mischung aus Metall-Fluoridverbindungen mit Alkaliverbindungen zuzugeben und danach die Schmelze innerhalb von nicht mehr als 30 Minuten zu Formkörpern oder Blöcken zu vergießen.
- Auf diese Weise können Formkörper oder Blöcke für Halbzeuge hergestellt werden, in denen die silizidbildenden Metalle in der erforderlichen feinen und gleichmäßigen Verteilung vorliegen, ohne daß die sonst notwendigen extrem hohen Erstarrungsgeschwindigkeiten eingehalten werden müssen. Das Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß die Aluminiumschmelze nicht so hoch überhizt werden muß, wie dies bei dem vorbekannten Verfahren zur Lösung der hochschmelzenden, silizidbildenden Metalle erforderlich ist.
- Das Verfahren gestattet also die unmittelbare Herstellung von Formkörpern oder Gußblöcken in sehr wirtschaftlicher Weise.
- Da die Schmelztemperatur niedriger gehalten werden kann, d.h. nicht über die angegebene Zugabetemperatur erhöht werden muß, ergibt sich neben dem Vorteil der Energieeinsparung die weitere Verbesserung, daß die Schmelze in geringerem Maße Gase, insbesondere Wasserstoff, aufnimmt, was die Werkstoffqualität ungünstig beeinflussen würde.
- Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß anstelle der beim herkömmlichen Verfahren in metallischer Form zugegebenen Silizidbildner deren Verbindungen zugegeben werden, die wesentlich billiger sind.
- Insbesondere ist das vorgeschlagene Verfahren aber deswegen von Vorteil, weil nunmehr Werkstücke direkt als Gußteile herstellbar sind, d.h. mit einem wesentlich geringeren Bearbeitungsaufwand und erheblich besserem Ausbringen, gemessen als Gewicht des Fertigteils zu eingesetztem Gewicht an Rohstoffen. Dies wirkt sich selbstverständlich auch sehr günstig auf den Energiebedarf zur Herstellung der Werkstücke aus.
- In Figur 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren noch einmal dem herkömmlichen Verfahren in Form eines Fließschemas gegenübergestellt, woraus die genannten Vorteile für den Fachmann ohne weitere Erläuterungen ersichtlich sind.
- Metalle wie V, Nb, Ta, Cr, Mo oder W können auch in Form einer Mischung aus Oxiden und Alkali- oder Erdalkalioxiden zugegeben werden. Ferner ist es möglich, die Metalle als Alkalivanadate, -Niobate, -Tantalate, -Chromite, -Molybdate oder -Wolframate oder als Mischungen dieser Verbindungen mit Alkali- oder Erdalkalioxiden zuzugeben.
- Metalle wie V, Nb, Ta, Mo und W können auch allein als Oxide zugegeben werden.
- Vorzugsweise werden die Metalle bei einer Temperatur von 0 weniger als 800 C der Schmelze zugegeben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schmelze innerhalb von nicht mehr als 10 Minuten nach der Zugabe der Metalle vergossen wird. Erfindungsgemäß sollen die silizidbildenden Metalle in einer solchen Menge zugegeben werden, daß sie im wesentlichen vollständig als Silizide abgebunden sind und daß die Aluminiumlegierung nicht mehr als 12 % freies Silizium enthält.
- Als besonders geeignet zur Herstellung von thermisch und/oder mechanisch hochbelasteten Kolben für Hubkolbenmotoren haben sich folgende Legierungen erwiesen: a) Al + 5 % Cr + 3 % Si b) Al + 2 % V + 3 % Si c) Al + 4 8 V + 5 % Si Wird eine verringerte thermische Ausdehnung der Kolben verlangt, so kann den drei genannten Legierungen weiteres Silizium zugesetzt werden und zwar jeweils bis zu 12 % zusätzlich zu den angegebenen Mengen.
- Das Chrom wird in besonders vorteilhafter Weise als Chromtrifluorid in einer Mischung mit Alkali- und Erdalkalifluorid zugesetzt. Eine besonders günstige Zugabeform für das Vanadin ist das technisch reine Vanadiumpentoxid in Form von "flakes".
- In gegossener Form übertreffen diese Werkstoffe die herkömmlichen Kolben-Gußlegierungen auf Basis AlSil2CuNiMg hinsichtlich Warmfestigkeit (statisch und dynamisch) und Thermoschockbeständigkeit ganz erheblich. Werden die silizid-haltigen Legierungen stranggepreßt, so ist ihre Überlegenheit gegenüber der stranggepreßten AlSil2CuNiMg noch größer.
- Leerseite
Claims (7)
- PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von warmfesten, dispersionsgehärteten, auch bei hohen Temperaturen duktilen Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Schmelze aus 0,5 bis 19 Gew.% Silizium, Rest Aluminium einschließlich üblicher, unvermeidlicher Verunreinigun-0 gen bei weniger als 900 C silizidbildende Metalle, wie Cr, Ti, Th, Ce, V, Nb, Ta, W, Zr oder Mo in Form von Alkalifluoridverbindungen oder als Mischung aus Metall-Fluoridverbindungen mit Alkaliverbindungen zugegeben werden und daß danach die Schmelze innerhalb von nicht mehr als 30 Minuten zu Formkörpern oder Blöcken vergossen wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle wie V, Nb, Ta, Cr, Mo oder W in Form einer Mischung aus Oxiden und Alkali- oder Erdalkalioxiden zugegeben werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle als Alkali-Vandate, -Niobate, -Tantalate, -Chromite, -Molybdate oder -Wolframate oder als Mischungen dieser Verbindungen mit Alkali- oder Erdalkalioxiden zugegeben werden.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle, wie V, Nb, Ta, Mo, W als Oxide zugegeben werden.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle vorzugsweise bei einer Temperatur von weniger als 8000C der Schmelze zugegeben werden.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze vorzugsweise innerhalb von nicht mehr als 10 Minuten nach der Zugabe der Metalle vergossen wird.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die silizidbildenden Metalle in einer solchen Menge zugegeben werden, daß sie im wesentlichen vollständig als Silizid abgebunden sind und daß die Aluminiumlegierung nicht mehr als 12 % freies Silizium enthält.
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| US6261390B1 (en) * | 2000-05-15 | 2001-07-17 | Hsien-Yang Yeh | Process for nodulizing silicon in casting aluminum silicon alloys |
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1982
- 1982-03-11 DE DE19823208702 patent/DE3208702A1/de not_active Withdrawn
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| 8130 | Withdrawal |