CH162195A - Verfahren zum Modifizieren der Struktur und Verbessern der mechanischen Eigenschaften von Aluminium oder aluminiumhaltigen Legierungen. - Google Patents

Description

  Verfahren zum     Modifizieren    der Struktur und Verbessern der mechanischen  Eigenschaften von Aluminium oder aluminiumhaltigen Legierungen.    Gegenstand vorliegender Erfindung ist  ein Verfahren zum Modifizieren der Struk  tur und Verbessern der mechanischen Eigen  schaften von Aluminium oder     aluminium-          haltigen    Legierungen, die sich insbesondere  für die Verwendung als Konstruktionsmetall,  wobei hohe Anforderungen bezüglich Zug  festigkeit,     Duktilität,    Streckgrenze und  Schwingungsfestigkeit gestellt werden, eig  nen.

   Das Verfahren beruht auf der Erkennt  nis, dass solche Metalle eine Verbesserung  ihrer mechanischen Eigenschaften, zum Bei  spiel durch     Erhöhung    der Dispersion ihrer  Struktur erhalten können. Man hat wohl ins  besondere für die Herstellung hochwertiger  Aluminium - Silizium - Legierungen bereits  Veredelungsverfahren benutzt, welche auf  der Einführung eines     Alkalimetalles,    wie  Natrium, oder von     Alkaliverbindungen,    wie       Natriumfluorid,        Natriumhydroxyd    und der-    gleichen in die geschmolzene Ausgangs  legierung beruhen. Man hat auch bereits       vorgeschlagen,    dieses Verfahren auf nicht       silizierte    Aluminiumlegierungen anzuwen  den.

   Dabei wurde aber     festgestellt,    dass  sich zur     Beeinflussung    des Gefüges der  Aluminiumlegierungen nur solche Alkali  verbindungen eignen, die sich bei der  Schmelztemperatur unter     Abscheidung    des  freien     Alkalimetalles,    zum Beispiel des  Natriums,     zersetzen.    Dementsprechend wur  den als     Alkaliverbindungen    die     Fluoride,     die Hydrate, die Oxyde und dergleichen vor  geschlagen.

   Man hat auch bereits Alkali  karbonate hierfür verwendet, musste jedoch  die Erfahrung machen, dass die Zersetzungs  temperatur dieser Stoffe erst bei wesentlich  erhöhter Temperatur liegt, so dass die mit       Akalikarbonat    veredelten Legierungen auf  Grund der hohen Behandlungstemperatur      andere ungünstige     Erscheinungen,    zum Bei  spiel erhöhte     Porosität,    aufwiesen.  



  Das Verfahren gemäss vorliegender Erfin  dung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass  man das schmelzflüssige Aluminium     bezw.     die aluminiumhaltigen Legierungen mit  einem Stoffgemisch behandelt, welches ein       Fluorid,    das für sich allein eine Verbesserung  nicht bewirkt und ein     Alkalikarbonat    ent  hält.

   Derartige     Fluoride    sind zum Bei  spiel die     Doppelfluoride    der     Alkalimetalle,     wie     Natriumaluminiumfluorid,        Natriumsilieo-          fluorid,    weiterhin     Erdalkalifluoride,    wie       Kalziumfluorid,        Bariumfluorid    und dann       Aluminiumfluorid,        Magnesiumfluorid    und  schliesslich auch     Fluoride    der Schwermetalle,  wie     Maganfluorid    und dergleichen.

   Während  diese     Fluoride,    wenn sie allein verwendet  werden, keine veredelnde Wirkung zeigen,  hat sich überraschenderweise ergeben, dass sie  im Gemisch mit     Alks,likarbonat    bei der nor  malen Behandlungstemperatur von etwa 900  zersetzt werden und anderseits     Alkalikarbo-          nat    zersetzen und so eine gegenüber dem bis  herigen Verfahren erhöhte Wirkung auf die  Dispersion des Metallgefüges ausüben. Es ist  im einzelnen nicht bekannt, worauf die er  höhte     Kombinationswirkung    gerade derar  tiger durch Reaktion miteinander sich zer  setzender Gemische von     Fluoriden    und Kar  bonaten beruht.

   Es     wird    lediglich vermutet,  dass die Bildung von     Alkalifluoriden    unter  gleichzeitiger     Entwicklung    von Kohlensäure  für die gemäss Erfindung eintretenden Wir  kungen massgeblich ist.  



  Auch die erfindungsgemäss im Gemisch  mit     Fluorid    zu verwendenden     Alkalikar-          bonate        können        einzeln    oder im Gemisch       miteinander    benutzt werden. Unter die  sen     Alkalikarbonaten    ist zum Beispiel das       Lithiumkarbonat        besonders    hervorzuheben,  weil es auf die Dispersion von Legierungs  bestandteilen,     wie    Eisen, Kupfer und der  gleichen einen grossen Einfluss auszuüben  vermag.  



  Die bisher insbesondere bei Schrott  legierungen zur     Reinigung    der Schmelzen von  nichtmetallischen Verunreinigungen, sowie    zum Lösen der     Aluminiumoxyde    gebräuch  lichen Salzgemische, wie     Alkalichloride    und       Kalziumfluoride,        wirken    nicht im Sinne vor  liegender Erfindung. sondern bewirken ledig  lich eine mechanische Reinigung und sind  daher nur als     Flussmittel    oder Decksalze an  zusprechen.  



  Bei höher schmelzenden     aluminium-          haltigen    Legierungen, wie Aluminium  bronzen, aluminiumhaltigen Stahlsorten oder  Aluminium enthaltenden     Edelmetallegie-          rungen    erfolgt die Verwendung des Stoff  gemisches zweckmässig ohne weiteren Zusatz.  Bei Behandlung von Aluminiumschmelzen  und Aluminiumlegierungen mit hohem Alu  miniumgehalt hat es sich dagegen als vor  teilhaft     erwiesen,    zu dem Stoffgemisch  noch Zusätze von Substanzen zu geben, die  die Schmelztemperatur des Gemisches herab  setzen.

   Hierbei kommen in erster Linie       Alkalichloride,    zum Beispiel ein Gemisch von  60 Teilen     Kaliumchlorid    und     40,    Teilen       Natriumchlorid,    von dem etwa 30 Teile zu  100 Teilen der     Fluorid-Karbonat-Mischung     zugesetzt werden, in Frage. Auch     Borate    und  andere an sich bekannte     Flussmittel    können  vorteilhaft     Verwendung    finden.  



  Besonders vorteilhaft ist die Anwendung  des Stoffgemisches beispielsweise zur Er  höhung der Dispersion von Aluminium  Siliziumlegierungen, bei denen, abgesehen  von     Silizium    auch andere     Legierungsbestand-          teile,    wie Eisen und gegebenenfalls Kupfer,  in fein verteilte Form gebracht werden kön  nen. Es hat sich bisher gezeigt, dass der  Eisengehalt sowohl in     ternären,    wie     mehr-          stoffigen    Aluminium - Silizium - Legierungen  sehr niedrig gehalten werden muss, das heisst  möglichst nicht über     0,6%    steigen soll, da  sich sonst eine nachteilige Beeinflussung der  Dehnung bemerkbar macht.

   Das Verfahren  nach der Erfindung hat nun den erheblichen  Vorteil, dass es die Herstellung     hochwertiger     Legierungen nicht von Voraussetzungen, wie  Mengengehalt, Verwendbarkeit bestimmter  Metalle und dergleichen überhaupt     bezw.    in  einem Masse abhängig macht, wie es bei den  bisher bekannten Veredlungsverfahren der      Fall ist.

   Während beispielsweise die Erzie  lung einwandfreier, eisenhaltiger     Alumi-          nium-Silizium-Legierungen    früher zur Vor  aussetzung hatte, dass der Eisengehalt     0,6 X0     womöglich nicht übersteigt, und hierdurch  erhebliche Anteile des erzeugten Rohalumi  niums, keine     Verwendung    finden konnten,  lässt das Verfahren gemäss der Erfindung so  gar den doppelten Eisengehalt zu und macht  unter anderem dadurch erhebliche, bisher  nicht brauchbare Mengen von     Ausga.ngsma-          terialien    für die Herstellung hochwertiger  Legierungen verwendbar.  



  Auch die insbesondere für leicht kon  struierte Flugzeugmotoren wegen ihrer hohen  Schwingungsfestigkeit     bevorzugten    Alumi  niumlegierungen mit     12-13%    Silizium und  zirka. 0,8% Kupfer, sowie gegebenenfalls 0;2  bis 0,5% Mangan können durch die Behand  lung mit dem Stoffgemisch stark verbessert  werden. Insbesondere wird die bei diesen  kupferhaltigen Legierungen sich bemerkbar  machende erhöhte Neigung zur Porenbildung  unterdrückt, so dass sie in stärkerem Masse  auch zur Fabrikation von Zylinderblöcken,  Zylinderköpfen und dergleichen geeignet  werden, wozu sie auf Grund ihrer hohen  Härte, guten     Bearbeitbarkeit    und hohen       Elastizitätsbrenze    andern Legierungen gegen  über den Vorzug verdienen.

   Auch hierbei  kann der Kupfergehalt die bisher übliche  Grenze von 0,8% erheblich überschreiten und  dadurch die besonders gewünschte Schwin  gungsfestigkeit, sowie die Beständigkeit gegen       Verziehungen    noch bedeutsam erhöht werden.  Das Verfahren eignet sich auch sehr gut  zur Behandlung     hochsiliziumhaltiger    Legie  rungen, welche vor allem mit Gehalten von  über     1,5%,    also zum Beispiel 20' bis 30% Sili  zium für die Herstellung von Zylinderkolben  und ähnlichen Konstruktionsteilen Anwen  dung finden.  



  Die Ausübung des Verfahrens soll anhand  des nachstehenden Beispiels näher erläutert  werden.  



  Eine etwa 13% Silizium enthaltene Alu  miniumlegierung mit einem Eisengehalt von  1,14% wurde mit einem aus 5 Teilen Kal-         ziumfluorid    und 6,51 Teilen Natriumkarbonat  (das heisst also etwa im     stöchiometrischen     Verhältnis zueinander) bestehenden Gemisch,  welches nach Zusammenschmelzen pulveri  siert worden war, versetzt. Der Anteil an die  sem Gemisch betrug etwa 11/2 ö vom Ge  wicht der behandelten Legierung. Nach dem  Erstarren zeigte die Legierung :eine feine  Verteilung aller     Legierungskomponenten    und  ergab bei der mechanischen Prüfung eine  Festigkeit von über 20     kg/mm@    und eine  Dehnung von 5 bis 6%. Die verwendeten  Mengen des Gemisches betragen im allgemei  nen etwa 0,5 bis 3%.  



  Die Anwendung des     Verfahrens    kann  auch im unmittelbaren Anschluss an die elek  trolytische     Darstellung    des Hüttenalumi  niums oder aluminiumhaltiger Legierungen  erfolgen. Hierbei wird so vorgegangen, dass  den gebräuchlichen     Fluoriden,    zum Beispiel       Kryolith    enthaltenden Elektrolyten, ein ent  sprechender Anteil     Alkalikarbonat    zugesetzt  wird, so dass hierbei das Stoffgemisch unter  Benutzung eines bereits vorhandenen flüs  sigen     Elektrolytsalzes    gebildet wird.

   Dieses  reagiert dann mit dem     Alkalikarbonat    und  die so behandelten Legierungen zeigen die  gleichen günstigen Eigenschaften, wie wenn  die Behandlung unabhängig von der Elektro  lyse in einem besonderen Verfahren erfolgt  ist.  



  Als weitere Beispiele für Stoffgemische,  wie sie gemäss dem Verfahren der Erfindung  verwendet werden können, seien folgende  genannt  <I>Beispiel I:</I>    Von der Mischung: :50     gr        Kalium-          und    .50     gr        Natriumchlorid    8     gr          Kalziumfluorid    5     gr     Natriumkarbonat 6,5     gr       <I>Beispiel</I>     II:       Von der Mischung:

    42     gr        Natrium-Aluminium-Fluorid     und 32     gr        Natriumkarbönat        1,8,5        gr     von 50     gr    Natrium- und 50     gr          Kaliumchlorid    8     gr         <I>Beispiel</I>     III:

            Natriumchlorid        20,5%          Kaliumchlorid        20,5%          Kalziumfluorid   <B>92,5,6%</B>  Natriumkarbonat 33,4%    Während bisher - bei der     Dimensionierung     eines Zusatzes an freiem     Alkalimetall    mit  grosser Vorsicht     verfahren        werden    musste und  die angewendeten Mengen höchstens bis zu  0,1% betragen durften, da andernfalls starke  Porenbildung auftrat,

   kann man besonders  bei der Verbesserung     siliziumhaltiger    Alumi  niumlegierungen     mittelst    des neuartigen  Stoffgemisches eine Kombination der Ver  edelungsverfahren     mittelst    Stoffgemisch  einerseits und der Behandlung mit Na  trium anderseits auch unter Verwendung er  höhter     Natriumzusätze    durchführen. Schmilzt  man zum Beispiel das Stoffgemisch und  steckt das Natrium durch das flüssig ge  wordene Salz hindurch in die Legierung ein,  so gelingt auch bei erhöhtem Zusatz von  Natrium, zum Beispiel bis zu 0,6%, eine  Dispersion der Legierungsbestandteile, ohne  dass die bisher beobachtete Porenbildung auf  tritt.

   Hierdurch wird einmal erreicht, die  Struktur der     siliziumhaltigen    Aluminium  legierungen mit     .Siliziumgehalten    von 5 bis  15% noch viel feiner zu gestalten als bisher  bekannt war. Dadurch wird .eine wesentliche  Besserung der Dehnung erreicht. So zeigt  zum Beispiel eine     Gusslegierung    mit 13%  Silizium, die mit 0,1%     Natriumzusatz    ver  edelt wurde, eine Dehnung von zirka 7%,  während sie nach Veredelung mit     einem    Zu  satz von 0,3% in Gegenwart des     erfindungs-          ,gemässen    verwendbaren Stoffgemisches eine  Dehnung von etwa 10% aufweist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zum Modifizieren der Struktur und Verbessern der mechanischen Eigen schaften von Aluminium oder aluminium- haltigen Legierungen, dadurch gekennzeich net, dass man die schmelzflüssigen Metalle mit einem Stoffgemisch behandelt, das ein Fluorid, welches an sich eine Verbesserung nicht bewirkt und ein Alkalikarbonat ent hält. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach elektrolytischer Herstellung von Aluminium oder seiner Legierungen einem noch vorhandenen fluoridhaltigen Elektrolyten Alkalikar- bonat zugesetzt wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die geschmolzenen Metalle zunächst mit einem Stoffgemisch aus Fluorid und Alkalikarbonat behandelt werden, und dass nachher metallisches Natrium in Mengen bis 0,6-% durch das gechmolzene Salz hindurch in das Metall eingeführt wird. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch ein Silicofluorid enthält. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Fluorid und Karbo nat annähernd im stöchiometrischen Ver hältnis verwendet werden. 5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet,- dass zur Erniedrigung der Schmelztemperatur des Stoffgemisches noch Flussmittel zugesetzt werden. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 5y dadurch ,gekennzeichnet, dass dem Stoffgemisch 30% eines Gemi sches von 60 Teilen Haliumchlorid und 40 Teilen Natriumchloiid zugesetzt wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man Aluminium-Sili- zium-Legierungen mit Siliziumgehalten über 1,5% der Behandlung unterwirft. B.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, da_ss man Aluminium- Silizium-Legierungen mit mehr als 0;6% Eisen der Behandlung unterwirft. 9. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man Aluminium- Silizium-Legierungen mit mehr als 0,8% Kupfer der Behandlung unterwirft.