Verfahren zur Herstellung einer vergütbaren Aluminiumlegierung und nach diesem Verfahren hergestellte Aluminiumlegierung. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer vergütbaren Aluminium legierung und eine nach diesem Verfahren hergestellte, vergütbare Aluminiumlegierung.
Aluminiumlegierungen haben ein weites Anwendungsgebiet als Konstruktionsteilefür Zwecke gefunden, woselbst in erster Linie geringes spezifisches Gewicht verlangt wird und hohe Festigkeit nur eine sekundäre Rolle spielt.
Es hat .sich jedoch eine stei gende Nachfrage nach Legierungen grösserer Festigkeit und welche auch korrosionsfest sind, ergeben. Es hat sich dann gezeigt, dass Aluminiummagnesiumlegierungen mit 5 bis <B>15%</B> Magnesium diesen Anforderungen in weitgehendem Masse entsprechen:, da sie eine ungewöhnlich hohe Streckgrenze und Er müdungsfestigkeit im Verein mit bemerkens werter Korrosionsfestigkeit aufweisen.
Zu folge -dieser Eigenschaften sind die Legie rungen für viele Zwecke geeignet, hingegen bestehen noch erhebliche Schwierigkeiten bei der Herstellung gewisser Arten von Guss- stücken und von gekneteten Produkten. Im besonderen hat es sieh :gezeigt, däss die ge schmolzenen Legierungen leicht oxydieren, und dass nicht befriedigende Gussstücke häu fig erhalten werden.
Es hat sich gezeigt, dass diesem Übelstand durch Zusatz einer geringen Menge von Kalzium zu dem ge schmolzenen Metall vor dem Giessen dessel ben abgeholfen werden kann. Die Verringe rung der Oxydation des flüssigen Metallex verbessert auch, wie sieh gezeigt hat, dessen Fliessvermögen, - was insbesondere von Be deutung für die Herstellung kompliziert ge formter Gussstüoke mittels Kokillen ist.
Man hat daher gedacht, dass die Schwierigkeiten bei der Herstellung solcher Gegenstände durch die erwähnte Verbesserung zufrieden stellend behoben werden.
Für viele Zwecke sind diese Legierungen in gegossenem oder bearbeitetem Zustand hinsichtlich. ihrer Festigkeit vollkommen zu- friedenstellend. Anderseits wird für andere Anwendungszwecke die mit der Leichtigkeit des Materials noch zu vereinbarende höchst mögliche Festigkeit des Materials erforder lich.
Es wurde gefunden, dass die Zugfestig keit und Streckgrenze von gegossenen oder gekneteten Aluminiummagnesiumlegierungen erheblich verbessert werden kann, wenn die selben durch eine gewisse Zeit erhöhter Tem peratur mit nachfolgendem Abschrecken oder raschem Abkühlen auf Raumtemperatur aus gesetzt werden.
Diese Verbesserung wird im allgemeinen bewirkt durch Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur innerhalb des -Bereiches von ungefähr 250 bis 450' C durch einen Zeitraum von wenigen Minuten bis zu einer Anzahl.
Stunden, abhängig von der Art des behandelten # Artikels, wonach die Legierung rasch auf eine wesentlich tie fere Temperatur abgekühlt wird. Es hat sich aber bald gezeigt, dass die Kalzium enthal tenden Legierungen einer solchen Vergü- tungsbehandlung nicht so leicht unterworfen werden können wie Legierungen ohne diesen Zusatz.
Diese Wirkung- des Kalziums ergab sich aus den geringeren Festigkeitswerten solcher Legierungen, sowie auch ihrer gerin geren Duktilität. Wenn man diesen nachtei ligen Effekt des Kalziums durch eine Ver ringerung der Menge desselben vermindern wollte, so führte dies nur zu einer Verringe rung der vorteilhaften Wirkungen dieses Elementes für die Eignung der Legierung zur Herstellung von Gussstücken. Ein- zu friedenstellender Kompromiss zur Erzielung verbesserter Giessfähigkeit und .der Erzie lung maximaler mechanischer Eigenschaften des vergüteten Artikels konnte bisher nicht erreicht werden.
Die Erfindung beruht auf der Ent deckung, da & die Gegenwart einer geringen Menge von zum Beispiel Zinn und/oder Blei in kalziumhaltigen Aluminiummagnesium-,
legierungen dem nachteiligen Einfluss des Kalziums auf die Vergütungseigenschaften dieser Legierungen vorteilhaft wirkte Gestützt auf diese Tatsachen betrifft die Erfindung ein Verfahren, gemäss welehem man 5 bis 15 % Magnesium, 0,01 bis 2,% Kalzium und 0,01 bis<B>1,295%</B> mindestens eines.
metallischen, zur Entgegenwirkung des nachteiligen Einflusses des Kalziums auf die Vergütungseigenschaften der Legierung geeigneten Bestandteils mit 81,75 und 94,98 % Aluminium zusammenschmilzt.
Der Zusatz von Blei und/oder Zinn ver ringert in keiner Weise die vorteilhafte Wirkung des Kalziums auf die Giesseigen schaften der Legierung; die Legierung kann ohne Schwierigkeit in Sand- oder in Kokil len oder Blockformen vergossen werden, und zwar ohne übermässige Oxydation des flüs sigen Metalles an dessen Berührungsstellen mit den Wänden der Gussform oder mit der Atmosphäre.
Für Zwecke vorliegender Er findung bilden die Elemente Blei und Zinn eine Gruppe von Substanzen, welche mit im . wesentlichen gleichem Resultat einander er setzen oder in Kombination verwendet wer den können. Falls beide Elemente verwendet werden, soll die Gesamtmenge nicht mehr als 1,2.5 % betragen.
Nach den Beobachtungen des Erfinders über die Struktur der Aluminiummagnesium- legierungen tritt .durch den Zusatz von Kal zium eine Veränderung ein, welche die Dif fusion des Magnesiums durch - die Alumi- niumgrundmasse hindurch erheblich hindert, wenn, die Legierung einer Vergütung (Er wärmen und Abschrecken) unterworfen wird. Der Erfinder vermutet, dass, Blei und Zinn eine grössere Affinität zu Kalzi<U>um</U> haben,
als Kalzium zu Magnesium und Aluminium aufweist. Infolge dieses Unter schiedes der relativen Affinität verhindert wahrscheinlich das Blei und Zinn die Bil- düng irgendeiner Substanz, welche .die Lö sung und die Diffusion des Magnesiums bei Hitzeeinwirkung verhindert.
Die bei ver güteten Aluminiummagnesiumlegierungen er zielte Festigkeit hängt von dem Ausmass des in Lösunggehens des Magnesiums ab und daher wirkt jedes der Lösung dieses Elemen tes eutgegenstehe@:
de Hindernis in Richtung einer Verminderung der Festigkeit der Legie- rung. Ob nun die vorangehend versuchte Er klärung für das Verhalten von Blei und Zinn in Beziehung auf Kalzium richtig sei oder nicht bleibe dahingestellt;
jedenfalls bleibt die Tatsache bestehen, dass durch Zu satz von Blei und/oder Zinn zu den hier be schriebenen Legierungen .deren mechanische Eigenschaften nach Vergütung erheblich ver bessert werden.
Der erzielte Vorteil ergibt sich klar durch Vergleich von vergüteten Legierungen mit und. ohne Zusatz von Blei und Zinn. Die in Tabelle I angeführten Legierungen enthalten ungefähr 10;% Magnesium und wurden in einer Sandform vergossen. Sie wurden nach folgend durch 16 Stunden auf 432 C er hitzt und dann im Wasser abgeschreckt.
EMI0003.0017
<I>Tabelle <SEP> 1:</I>
<tb> o% <SEP> der <SEP> Zusätze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Strec <SEP> Dehnung
<tb> Ca <SEP> I <SEP> Pb <SEP> I <SEP> Sn <SEP> kg <SEP> pro <SEP> mm2 <SEP> kgrenze <SEP> %
<tb> 0,05 <SEP> - <SEP> - <SEP> 24,66 <SEP> kg/mm2 <SEP> 15,14 <SEP> kg/mm.' <SEP> 4,7
<tb> 0,05 <SEP> 0,3 <SEP> - <SEP> 34,22 <SEP> " <SEP> 16,48 <SEP> " <SEP> 17,2
<tb> 0,05 <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 32,70 <SEP> 16,21 <SEP> 15,0
<tb> 0,05 <SEP> - <SEP> 0,3 <SEP> 32,72 <SEP> " <SEP> 15,38 <SEP> " <SEP> 15,7
<tb> 0,05 <SEP> - <SEP> 0,5 <SEP> 31,66 <SEP> 16,15 <SEP> " <SEP> 14,
8 Die Verbesserung der Vergütungsfähig keit von Blei und Zinn enthaltenden Legie rungen ergibt sich sofort aus der erhöhten Zugfestigkeit und aus den Dehnungswerten. Die Erhöhung der Dehnung ist eine beson ders wünschenswerte Eigenschaft, da viele vergütete Legierungen auf Aluminiumbasis weniger duktil und daher empfindlicher gegen Bruch bei Stossbeanspruchung sind.
Die Versuche haben ferner gezeigt, dass die Gegenwart von Blei und Zinn nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Legierungen verbessert, wenn dieselben unter den glei chen Bedingungen wie Legierungen vergütet werden, die solche Kalziumgegenmittel nicht enthalten, sondern.dass überdies gewünschten- falls die Dauer der Vergütung verkürzt werden kann und doch die Eigenschaften er halten werden, welche Blei und Zinn nicht enthaltende Legierungen aufweisen.
Die vorteilhaften Wirkungen von Blei und Zinn sind auch bei Legierungen, vorhan den, welche einen grösseren Prozentsatz Kal zium aufweisen. Die Legierungen gemäss Tabelle II enthalten dieselbe Menge Magne- sium wie die in Tabelle I angeführten. Sie wurden auch unter denselben Bedingungen hergestellt und vergütet.
Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Reihen liegt im Kalziumgehalt.
EMI0003.0041
<I>Tabelle <SEP> 1I:</I>
<tb> /o <SEP> der <SEP> Zusätze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung
<tb> Ca <SEP> I <SEP> Pb <SEP> I <SEP> Sn <SEP> kg <SEP> pro <SEP> mmq <SEP> Streckgrenze <SEP> <B>0/0</B>
<tb> 0,10 <SEP> - <SEP> - <SEP> I <SEP> 27,79 <SEP> kg/mm2 <SEP> .
<SEP> 16,13 <SEP> kg/mm' <SEP> 5,7
<tb> 0,10 <SEP> 0,6 <SEP> 33,91 <SEP> 15,59 <SEP> " <SEP> 16,2
<tb> 0,10 <SEP> - <SEP> 0,4
<tb> 32,71 <SEP> " <SEP> 16,43 <SEP> "
<tb> 13,7 Es ist ersichtlich, dass die Gegenwart von Zinn oder Blei dem Einfluss des Kalziums in ungefähr derselben Weise entgegenwirkt, obwohl eine grössere Menge Kalzium verwen- det würde. Es ist zweckmässig, mehr Blei oder Zinn bei Erhöhung des galziumgehal.. tes der Legierung - zu verwenden.
Während die genannten Vorteile im ganzen Bereich der früher erwähnten Legie rungen mit Magnesium.- und Kalziumzusät- zen erzielt werden, -hat es sich gezeigt, @dass die grössten Vorteile innerhalb des handels üblichen Bereiches von Magnesiumgehalten erzielt werden, nämlich von 6 bis 11 % Mag nesium.
Der Kalziumgehalt solcher Legie- rungen soll zweckmässig zwischen ungefähr <B>0,01</B> bis<B>0,5%</B> gehalten werden. Die vor zugsweisen Mengenverhältnisse von Zinn und/oder Blei liegen bei Legierungen mit solchen Bereichen von Magnesium. und Kal zium zwischen ungefähr 0,2.5 bis 0,75%.
Die Menge des Gegenmittels, welche bei einer bestimmten Legierung erforderlich ist, kann leicht durch Vorversuche festgestellt werden. Im allgemeinen kann gelten, dass die Menge mit dem Kalziumgehalt sich in gleicher Richtung ändert, derart, daB, bei grösserer Menge an Kalzium auch eine ent sprechend grössere Menge an Blei und/oder Zinn benötigt wird.
Die erfindungsgemässenLegierungen kön nen in .der in Giessereien, üblichen Weise legiert werden. Man hat nur die üblichen Vorsichtsmassnahmen zur Verhinderung von Überhitzung zu treffen,' die Legierung gründlich zu mischen und sie bei der rioh- tigen Temperatur zu gieBen.
Man kann Aluminium handelsüblicher Reinheit für die Herstellung der hier be schriebenen Legierungen verwenden. Es hat sich aber gezeigt, dass diese Legierungen bessere Eigenschaften aufweisen, wenn Alu minium verwendet wird, welches weniger als <B>0,3%</B> Verunreinigungen enthält.