DE3208702A1 - Process for producing heat-resistant dispersion-hardened aluminium alloys - Google Patents
Process for producing heat-resistant dispersion-hardened aluminium alloysInfo
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Abstract
Description
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG WARMFESTER DISPERSIONSGEHÄRTETERPROCESS FOR THE MANUFACTURING OF WARM RESISTANT DISPERSION HARDENED
ALUMIN TUMLEG lERUNGEN Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von warmfesten dispersionsgehärteten, auch bei hohen Temperaturen duktilen Aluminiumlegierungen.ALUMINUM CONVERSIONS The invention relates to a method for the production of heat-resistant, dispersion-hardened materials, even at high temperatures ductile aluminum alloys.
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.Such a method has become known from DE-PS 12 48 302. In this case, a metal disilicide or silicon and a are used to melt aluminum Disilicide-forming metal added and a proportion of 2 to 12% by volume of the metal disilicide generated in the alloy and then the alloy by dividing it into granules with a speed> 5000C / s and cooled the granulate by rolling or Extrusion processed into semi-finished products.
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.The major disadvantage of this and other known methods of manufacture the desired aluminum alloys is that to achieve the required fine distribution of the silicides heat the melt both high and very quickly must freeze.
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.The required high solidification rates are achieved only by dividing the melt into fine droplets and spraying it against cooled surfaces will. A granulate is obtained from which only through a series of further process steps, like cold compaction, extrusion and Forging, work pieces made can be. An immediate production of molded parts or cast blocks for the manufacture of semi-finished products by rolling or extrusion is not possible.
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.In addition, the production of the granules in the technical Scale still encounters considerable difficulties because of the sprayed particles the melt tend to stick to the cooling surfaces. To provide flawless Cooling surfaces, the production must be interrupted again and again, so that the production significant amounts of granules is very expensive.
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.There has therefore long been a need for a method with the heat-resistant, dispersion-hardened molded parts that are ductile even at high temperatures or blocks for semi-finished products from aluminum alloys can be made without that the detour via granulation of the melt must be taken. Of this The problem was set out in the present invention.
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.To solve the problem, it is proposed that in a melt of 0.5 Up to 19% by weight silicon, the remainder aluminum including common, unavoidable impurities, 0 at less than 900 C silicide-forming metals such as Cr, Ti, Th, Ce, V, Nb, Ta, W, Zr or Mo in the form of alkali fluoride compounds or as a mixture of metal fluoride compounds with alkali compounds and then add the melt within no more than 30 minutes to cast into moldings or blocks.
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.In this way, moldings or blocks for semi-finished products can be produced in which the silicide-forming metals in the required fine and uniform Distribution exist without the otherwise necessary extremely high solidification rates be respected have to. The procedure also has the advantage that the aluminum melt does not have to be overheated as much as in the case of the previously known Process for dissolving the refractory, silicide-forming metals required is.
Das Verfahren gestattet also die unmittelbare Herstellung von Formkörpern oder Gußblöcken in sehr wirtschaftlicher Weise.The process therefore allows moldings to be produced directly or ingots in a very economical way.
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.Since the melting temperature can be kept lower, i.e. not must be increased above the specified addition temperature, there is also the advantage the energy saving the further improvement that the melt to a lesser extent Gases, especially hydrogen, absorbs, which has an unfavorable effect on the quality of the material would.
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.Another advantage of the method according to the invention is that that instead of the silicide formers added in metallic form in the conventional process whose compounds are added, which are much cheaper.
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 particular, however, the proposed method is advantageous because because now workpieces can be produced directly as cast parts, i.e. with a substantial less processing effort and significantly better output, measured as weight of the finished part to the weight of raw materials used. This affects of course also very favorably on the energy required to manufacture the workpieces.
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.In FIG. 1, the method according to the invention is once again the conventional one Processes compared in the form of a flow chart, showing the advantages mentioned are apparent to the person skilled in the art without further explanation.
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.Metals like V, Nb, Ta, Cr, Mo or W can also be in the form of a mixture from oxides and alkali or alkaline earth oxides be admitted. Further it is possible to use the metals as alkali vanadates, niobates, tantalates, chromites, -Molybdates or -wungstates or as mixtures of these compounds with alkali or to add alkaline earth oxides.
Metalle wie V, Nb, Ta, Mo und W können auch allein als Oxide zugegeben werden.Metals such as V, Nb, Ta, Mo and W can also be added alone as oxides will.
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.Preferably the metals become less at a temperature of zero added than 800 C to the melt. It is particularly advantageous if the melt is cast within no more than 10 minutes after the addition of the metals. According to the invention, the silicide-forming metals should be added in such an amount that they are essentially completely set as silicides and that the aluminum alloy does not contain more than 12% free silicon.
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.As particularly suitable for the production of thermal and / or mechanical The following alloys have proven to be highly loaded pistons for reciprocating engines: a) Al + 5% Cr + 3% Si b) Al + 2% V + 3% Si c) Al + 4 8 V + 5% Si Will a Requires reduced thermal expansion of the piston, the three mentioned Alloys further silicon are added, each up to 12% additional to the specified quantities.
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".The chromium is used in a particularly advantageous manner as chromium trifluoride added in a mixture with alkali and alkaline earth fluoride. A particularly cheap one The form of addition for the vanadium is the technically pure vanadium pentoxide in the form of "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.In cast form, these materials surpass conventional ones Piston cast alloys based on AlSil2CuNiMg with regard to heat resistance (static and dynamic) and thermal shock resistance quite considerably. Will the silicide-containing Extruded alloys, so is their superiority over the extruded AlSil2CuNiMg even bigger.
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1982
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Cited By (2)
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