CH684800A5 - Verfahren zur Kornfeinung von Aluminium-Gusslegierungen, insbesondere Aluminium-Silizium-Gusslegierungen. - Google Patents
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Description
1
CH 684 800 A5
2
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kornfei-nung von Aluminium-Gusslegierungen, insbesondere Aluminium-Silizium-Gusslegierungen, durch keimbildende Zusätze phosphorhaltiger Substanzen zur Schmelze.
Je nach Erstarrungstyp und Erstarrungsablauf kann bei Aluminiumlegierungen ein grobkörniges Gefüge auftreten, welches geringere Festigkeit und Duktilität aufweist als feinkörniges Gefüge. Durch keimbildende Zusätze zur Schmelze kann ein feinkörniges Gefüge mit besseren mechanischen Eigenschaften und verbesserter Giessbarkeit erzielt werden. Die zugesetzten Kornfeinungsmittel reagieren in der Schmelze nach komplexen Vorgängen und wirken als Fremdkeime.
Die Kornfeinung bei übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen erfolgt durch Phosphorzusatz. Es handelt sich hierbei um die Feinung des primär ausgeschiedenen Siliziums durch Aluminium-phosphidkeime. Der Phosphorzusatz erfolgt als Phosphorpentachiorid, in Form von roten Phosphor und Hexachlorethan enthaltenden Präparaten oder als Kupfer- bzw. Eisenphosphid.
Bei untereutektischen und elektischen Alumini-um-Silizium-Legierungen wird durch die sog. Veredelung des lamellaren oder körnigen eutektischen Gefüges ein fein ausgebildetes Eutektikum erreicht. Die Veredelung erfolgt durch Zusatz von Natrium oder Strontium zur Schmelze und bewirkt eine Feinung des eutektisch ausgeschiedenen Siliziums. Entscheidend für das Auftreten der lamellaren bzw. körnigen Gefügestruktur sind die Abkühlungsgeschwindigkeit und das Vorhandensein bestimmter Elemente in geringer Konzentration. So ist für das körnige Gefüge ein geringer Phosphorgehalt massgebend.
Die Zugabe von Phosphor zur Schmelze in Form von Phosphorpentachiorid oder roten Phosphor enthaltenden Präparaten führt nicht immer zur gewünschten Feinkörnigkeit des Siliziums. Ein Zusatz als Kupfer- oder Eisenphosphid ist dann nicht möglich, wenn Kupfer bzw. Eisen als Begleitelemente unerwünscht sind.
Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist.
Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass der Schmelze Galliumphosphid zugesetzt wird.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Zugabe von Galliumphosphid eine erheblich verbesserte Kornfei-nungswirkung sowohl bezüglich der primär ausgeschiedenen Siliziumpartikel bei übereutektischen als auch der eutektisch ausgeschiedenen Siliziumpartikel bei untereutektischen und eutektischen Legierungen erzielt wird, was zu einer wesentlichen Verbesserung der Giessbarkeit und der mechanischen Eigenschaften der Legierungen führt.
Zur Sicherstellung des gewünschten Kornfei-nungseffekts erfolgt der Zusatz von Galliumphosphid bevorzugt in einer Menge, die einer auf die Schmelze bezogenen Zugabe von 3 bis 250
ppm Phosphor entspricht. Hierbei genügt bei untereutektischen und eutektischen Legierungen bereits eine Menge von etwa 5 bis 30 ppm Phosphor. Bei übereutektischen Legierungen ist eine höhere Menge erforderlich, die mit steigendem Siliziumgehalt entsprechend der Verfügbarkeit einer höheren Keimzahl ebenfalls ansteigt. Sie liegt in der Praxis bevorzugt zwischen etwa 30 und 150 ppm Phosphor und beträgt bei Kolbenlegierungen mit einem Siliziumgehalt von etwa 13 bis 17 Gew.-% beispielsweise 70 bis 80 ppm Phosphor.
Es hat sich herausgestellt, dass der Zusatz von Galliumphosphid zu anderen Kornfeinungs- und/ oder Veredeiungszusätzen eine additive Wirkung zeigt und insbesondere Veredelungsvorgänge nicht störend beeinflusst.
Die Zugabe von Galliumphosphid zur Schmelze kann auf die bekannten Arten der Zugabe von Kornfeinungsmitteln erfolgen, also beispielsweise in reiner Form oder in Form Gailiumphosphid-haltiger Substanzen als Tabletten oder als Vorlegierung in Draht- oder Masselform. Als Vorlegierung kann eine Aluminium-Galliumphosphid- oder eine Aluminium-Silizium-Galliumphosphid-Legierung eingesetzt werden, wobei die Vorlegierung auch auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt sein kann. Der Anteil an Galliumphosphid in der Vorlegierung liegt bevorzugt zwischen etwa 2 und 50 Gew.-%, insbesondere zwischen etwa 3 und 10 Gew.-%.
Unter Aluminium-Silizium-Gusslegierungen werden im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung Aluminium-Gusslegierungen mit Silizium als Hauptlegierungselement verstanden. Der Begriff Alumini-um-Silizium-Gusslegierungen beinhaltet somit auch Legierungen mit weiteren Legierungselementen, speziellen Zusätzen sowie handelsüblichen Verunreinigungen und umfasst sowohl Primär- als auch Umschmelzlegierungen. Der Siliziumgehalt von Aluminium-Silizium-Gusslegierungen liegt je nach Anwendungsgebiet zwischen etwa 2 und 25 Gew.-%.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
In einem Induktionsofen wurden 70 kg einer Legierung des Typs AISi17Cu4Mg mit der Zusammensetzung (Gew.-%)
Si
16,2
Fe
0,2
Cu
4,4
Ti
0,1
Mg
0,6
Al
Rest bei 760°C erschmolzen. Zu einem Teil der Schmelze erfolgte eine Zugabe von 70 ppm P als GaP in reiner Form. Nach einer Abstehzeit von 90 min wurden beide Schmelzen zu Rundbolzen von 30 mm Durchmesser vergossen. Von den erhaltenen Bolzen wurden metallographische Schliffproben angefertigt und der Partikeldurchmesser der primär ausgeschiedenen Siliziumteilchen bestimmt. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser betrug bei
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4
der Legierung ohne GaP-Zusatz 60 um, bei der Legierung mit GaP-Zusatz 21 um.
Beispiel 2
In einem Induktionsofen wurden 40 kg einer Legierung des Typs AISi12Mg(Sr) mit der Zusammensetzung (Gew.-%)
Si 10,8 Sr 0,04
Mg 0,2 Ai Rest bei 730°C erschmolzen. Zu einem Teil der Schmelze erfolgte eine Zugabe von 8 ppm P als GaP in reiner Form. Nach einer Abstehzeit von 60 min wurden von beiden Schmelzen 12 mm dicke Aufgussproben der Dimension 13 cm x 13 cm hergestellt. An den erhaltenen Proben wurde auf der Oberfläche der Partikeldurchmesser der eutektischen Körner bestimmt. Die durchschnittliche Korngrösse betrug bei der Legierung ohne GaP-Zusatz 2,7 mm, bei der Legierung mit GaP-Zusatz 0,7 mm.
Claims (10)
1. Verfahren zur Kornfeinung von Aluminium-Gusslegierungen, insbesondere Aluminium-Silizium-Gusslegierungen, durch keimbildende Zusätze phosphorhaltiger Substanzen zur Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze Galliumphosphid zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz von Galliumphosphid in einer auf die Schmelze bezogenen Menge entsprechend 3 bis 250 ppm Phosphor erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz bei untereutektischen und eutektischen Legierungen einer auf die Schmelze bezogenen Menge von 5 bis 30 ppm Phosphor entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz bei übereutektischen Legierungen einer auf die Schmelze bezogenen Menge von 30 bis 150 ppm Phosphor entspricht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass neben Galliumphosphid weitere Kornfeinungs- und/oder Veredelungszusätze zugegeben werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Galliumphosphid der Schmelze in reiner Form oder in Form von Gallium-phosphid-haltiger Substanzen zugesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Galliumphosphid der Schmelze in Tablettenform zugesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Galliumphosphid der Schmelze als Aluminium-Galliumphosphid- oder Alu-minium-Silizium-Galliumphosphid-Vorlegierung zugesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Galliumphosphid in der Vorlegierung 2 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 10 Gew.-%, beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz von Galliumphosphid als Vorlegierung zur Schmelze in Draht- oder Masselform erfolgt.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| CA2080888A1 (en) | 1993-04-24 |
| DE59208814D1 (de) | 1997-09-25 |
| ATE157127T1 (de) | 1997-09-15 |
| EP0539328A1 (de) | 1993-04-28 |
| NO300466B1 (no) | 1997-06-02 |
| ES2108101T3 (es) | 1997-12-16 |
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| US5250125A (en) | 1993-10-05 |
| EP0539328B1 (de) | 1997-08-20 |
| NO924075D0 (no) | 1992-10-21 |
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