DE1271996C2 - Verfahren zur Waermebehandlung von Guss aus reinen Aluminium-Silizium-Legierungen mit geringem Magnesiumzusatz fuer elektrotechnische Zwecke - Google Patents

Verfahren zur Waermebehandlung von Guss aus reinen Aluminium-Silizium-Legierungen mit geringem Magnesiumzusatz fuer elektrotechnische Zwecke

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    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
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Description

Zahlentafel Siliziumgehalte
in Al 99.5
in% 		0,3 2 1 i 4 6 12,5
Leitfähigkeit in
m/Ohm ■ mm2 ...		 32 28 27 26 24 22
30
Zahlreiche Untersuchungen belege·', daß Metalle mit höchster spezifischer elektrischer Leitfähigkeit möglichst arm an Verunreinigungen sein nüssen. Diese Forderung muß auch bei Legierungen, deren Verwendung gleichzeitig festigkeitsbedingt ist, erfüllt werden, um eine Widerstandserhöhung zu vermeiden. Hierbei entstehen je nach Verwendungszweck und Fabrikationsart Schwierigkeiten. Für die Erzeugung von Gußteilen aus Legierungen liegen diese Schwierigkeiten längst nicht mehr in der Verwendung reinster Basismetalle, auch nicht in der Auswahl der geeigneten Legierungspartner, deren Zulegieren abhängig wird vom guten Formfüllungsvermögen und den verlangten ausreichenden Festigkeiten, sondern in dem Umstand, daß mit diesen Legierungsbestandteilen die elektrische Leitfähigkeit oft in solchem Maße verändert wird, daß die Verwendbarkeit von hieraus hergestelltem Formguß für elektrotechnische Zwecke höchst fraglich wird. Das gilt in gleichem Maße für Schwer- und Leichtmetall-Legierungen.
So wird durch Zusatz von 12°/O Silizium die elektrische Leitfähigkeit von Aluminiumguß mit 34 m/ AL· Empfehlung zur Erhöhung der Leitfähigkeit um eine bis zwei Einheiten soll nach einet Homogenisierung 6 Stunden bei 300° C angelassen werden, was einer Weichglühung entspricht.
An anderer Stelle wird eine elektrische Leitfähigkeit für die Legierungen G — Al Si 13 Mg (ausgehärtet) zwischen 20 und 32 m/Ohm - mm2 angegeben, jedoch keine Regel zur Erzielung hoher Leitfähigkeiten.
Die vorgenannte Anlaßbehandlung stellt den einzigen Hinwe. zur Erhöhung der Leitfähigkeiten dar.
Durch einen Magnesiumzusatz von 12°/„ wird die Leitfähigkeit von Aluminium ven 31 m/Ohm · mm3 auf 10,4 m/Ohm · mm2 ;rniedrigt. Bei Gattierungen noch weiterer Elemente wird die elektrische Leitfähigkeit weiter herabgesetzt.
Sämtliche Empfehlungen beschränken sich somu auch in neuerer Zi'it auf eine Stabilisierung der Werkstoffe und völlige Verarmung des Mischkristalls, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen, wobei kein Wert auf besondere Festigkeitseigenschaften gelegt wurde. Dadurch wird der Einsatz von GuOteilen beeinträchtigt.
Zufolge den an die mechanischen Eigenschaften gestellten Anforderungen an für elektrotechnische Zwecke verwendbare Werkstoffe kam. 'licht auf die üblichen Legierungsbestandteile verzichtet werden, deren interessanteste im Aluminium das Silizium, Magnesium und Kupfer sind, wobei ersteres zur Verbesserung der Fließfähigkeit unentbehrlich ist. In Kombinationen mit Magnesium wird nach Homogenisierung eine Aushärtbarkeit erzielt, die der Legierungsgruppe Al Si Mg technische Überlegenheit über andere verschafft, Hei diesem Legierungstyp liegen nach den Untersuchungen der Erfinder auch bei Anwendung reinster Ausgangsmetalle die elektrischen Leitfähigkeiten noch nicht hoch genug, um dessen Einsatz in der Elektroindustrie zu sichern. Die an nachstehenden Legierungen an Kokillengußteilen erzielten Werte zeigen das in der Zahlentafel 2 eindeutig.
Zahlentafel 2
Nr. Cu Mg Si \nalyse, %■ Fe Zn Ti in/Ohm · mm* HB
0,01 I 0,50 5,1 Mn 0,06 22,1 kp/mm1
1 0,01 ' 0,25 5,2 η. b. 0,05 77
2 0,01 0,4,7 3,3 0,02 0,04 — 23,9
3 0,01 ' 0,28 3,5 η. b. 0,05 0,02 0,01 25,5 76,3
4 0,02 70,7
Die Ergebnisse in Zahlentafel 2 erweisen, daß die Forderung nach höheren Leitfähigkeiten nicht ausschließlich durch die Erniedrigung des Si-Gehaltes befriedigend gelöst wird. Durch den gleichzeitigen Zusatz von Magnesium wird eine weitere Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit verursacht.
1 27 L 996 3I 4
Die Nachprüfung des angelassenen Werkstoffs ergab die Werte nach Zahlentafel 3. Die erzielte elektrische Leitfähigkeit ist mit einer starken Erniedrigung der Brinellhärte verbunden.
Zahlentafel 3
Legierung
Nr.
Thermische Behandlung
Cu Mg A
Si		 nalyse, ·
Mn 		/.
Fe		 Zn Ti λ
m/Ohm · mms 		HB
kp/mm
0,01 j 0,50 5,1 n. b. 0,06 — 29,9 48
0,01 j 0,25
ι 		5,2 0,02 0,05 — — 29,1 45
homogenisiert +- 12 Stunden bei 220°C angelassen
im Gußzustand 24 Stunden bei 32O°C angelassen
Untersuchungen an Aluminium-Magtiesium-Sili- 15 vorliegenden Untersuchungen in Zahlentafel 4 gelingt zium-Knetlegierungen zeigen eine maximale Wider- aber di* Heraufsetzung der elektrischen Leitfähigkeit star.dserniedrigung bei Anlaßtemperaturen von 330° C, ohne Schwierigkeiten über einen Wert yon JO m/Ohm · also nach starker Verarmung des Mischkristalls. Bei weihender Erweichung des Werkstoffs wird die ele-'ische Leitfähigkeit von 19 m/Ohm-mm2 ledig- ao ,uf 27 mm/Uhm · mm2 erhöht. idere Untersuchungen an Aluminium -t>.agne-ι -Knetlegierungen mit 10°,0 Magnesium zeigten lach technisch uninteressanten Anlaßzeiten von , r als 5000 Stunden an vorher homogenisierten as hen eine Verbesserung '<er elektrischen Leitfähigkt ■·. Die maximale WideiStandserniedrigung ist bei
mm3, außerdem ohne den Härteabfall nach Zahlentafel 3.
Zahlentafel 4
·::; ι m gleichzeitig auftretenden Härtemaximum um so fr-jher erreicht, je höher die Anlaßtemperaturen waren, ^1.. h bei Legierungen mit 8% Magnesium. Beim
HiUieanstieg werden die sonstigen mechanischen Eigenschaften stark gemindert. In Abhängigkeit von de- steigenden Temperatur werden bei kürzerer Dauer οϊr Anlaßbehandlung mikroskopisch kleine Ausseidungen sichtbar. Bei 150 C fällt im Härteanstieg ü.i Zugfestigkeit auf weniger als 50°/0, die Dehnung auf etwa 15°/„ ihres ursprünglichen Wertes herab.
Der Erfindung lag zugrunde, für Aluminium-Sili-/tum-Legierunr;?n mit Si-Gehalten bis etwa I3°,o und geringem Magnesiunuusatz Glühbehandlungen zu *o linden, deren Ergebnisse irn Gegensatz zu den AIuminium-Magneiium-Knetlegierungen zwischen einem totalen Abfall der Festigkeiten und ihren Ursprungsfestigkeiten liegen (s. auch Zahlentafel 3 mit den stark erniedrigten Härtewerten). Dabei sollen die elektrischen Leitfähigkeitswerte über 27 m/Ohm · mm2 und die Härten nicht unter 60 kp/mm2. vorzugsweise 80 kp/ mm2, abfallen.
Die erreichten Werte zeigt die Zahlentafel 4. Mit einer Verlängerung der Glühzeiten und Anwendung 50 der üblichen niedrigen aber auch höheren Anlaßtemperaturen wurde das Ergebnis von elektrischen Leitfähigkeiten über 27 m/Ohm mm2 schon nach 48 Stunden Anlassen bei 175 C erzielt, wobei im Gegensatz zu bekannten Lntersuchungen (s. auch Zahlen- 55 Kokillenguß aus der Legierung.! noch die Festigkeit tafel 3) Härtewerte von 102 kp/mm' Brinell vorliegen. gemäß Zählertafel 5 erzielt werden. Trägt man sämtliche gefundene Werte in Abhängigkeit von der Anlaßdauer auf (s. A b b. 1 bis 3), wird ersichtlich, daß außerdem bei höheren Anlaßtemperaturen von 200° C die halbe Dauer einer Glühbehandlung 5o bei 175° C ausreicht (s. Abb. 3).
Die unuehandelten Legierungen nach Zahlentafel 2 zeigten trotz hoher Reinheit des zur Herstellung verwendeten Aluminiums noch ungenügende elektrische Leitfähigkeit. Die Al Si !^-Legierungen nach DIN 1725 erreichen im ausgehärteten Zustand bestenfalls nur 22 m/Ohm · mm2, und zwar sowohl die im Si-Gehalt hoch- als auch niedriglieg-,pden Legierungen. Nach den
Warmauslagerung nach ;. kp/mm:
Homogenisierung ni/Ohnvniin2
Legierung I 122
12 Stunden bei 175 C .... 24,9 114
24 Stunden bei 175 C 25,9 116
48 Stunden bei 175 C .... 27,4 102
96 Stunden bei 175 C 27.9 65
48 Stunden bei 200 C .... 30,0 59
96 Stunden bei 200 C 30,1
Legierung 2 82
48 Stunden bei 175 C .... 28,2 82
96 Stunden bei 175 C .... 29,5 63
48 Stunden bei 200 C .... 30,4 57
96 Stunden bei 200 C .... 30,5
Legierung 3 90
48 Stunden bei 175 C .... 28,1 91
96 Stunden bei 175 C 21U 70
48 Stunden bei 200 C .... 31,0 60
96 Stunden bei 200 C .... 31,2
Legierung 4 84
48 Stunden bei 175 C .... 29,2 82
96 Stunden bei 175 C .... 30,8 63
48 Stunden bei 200 C .... 32,0 58
96 Stunden bei 200 C .... 32,1
Nach 48 Stunden Anlassen bei 200' C könnt-; an
ZahieiiMfel 5
Homogenisiert und während 48 Stunden bei 200'C angelassen
<)0,2 15,4 kp/mm2 20,5 kp/mm1 10,1 63 kp/mm-
<T N
HB
1
Die Untersuchungen fanden ihre Fortsetzung Grenztemperaturen, die höher lagen. Das Ergebnis zeigt die Zahlentafel 6.
Zahlcntafel 6 ;. HB
Warmauslagerung nach m/Ohm· mm* kp/mm1
Homogenisierung
Legierung 1 24,7 80
15 Minuten bei 25O"C ... 26,1 68
30 Minuten bei 25O"C ... 28,2 70
1 Stunde bei 250"C ... 28,0 52
3 Stunden bei 25OÜC ... 29,8 51
12 Stunden bei 25O°C ...
Legierung 2 26,4 76
15 Minuten bei 25O"C ... 27,0 70
30 Minuten bei 250°C ... 28,7 66
1 Stunde bei 25O'C ... 30,0 54
3 Stunden bei 25O°C ... 30,1 44
12 Stunden bei 25O°C ...
Legierung 4 26,9 75
15 Minuten bei 250°C ... 29,0 69
30 Minuten bei 250°C ... 29,2 54
1 Stunde bei 25O°C ... 30,5 55
3 Stunden bei 25O°C ... 31,7 40
12 Stunden bei 25O"C ...
Zahlentafel 7
Warmauslagerung nach /. HB
Homogenisierung m/Ohm · min1 kp/mm1
Legierung 1
12 Stunden bei 150°C ... 23,5 82
24 Stunden bei 150"C ... 23,9 103
48 Stunden bei 150C ... 25,8 110
96 Stunden bei 150" C ... 26,5 112
120 Stunden bei 150" C ... 27,1 117
Legierung 3
24 Stunden bei 150 C ... 25,9 103
48 Stunden bei 150 "C ... 26,6 112
96 Stunden bei 150" C ... 27,7 112
120Stunden bei 150°C ... 28,3 117
Die Abgrenzung der niedrigen.Temperaturen um 150°C zeigen die Versuche in Zahlentafel 7.
Die charakteristischen Ergebnisse sind insgesamt in den A b b. 1 bis 3 festgehalten worden. Es ist deutlich erkennbar, daß es möglich ist, neben hoher Härte zugleich hohe elektrische Leitfähigkeit zu erhalten.
A b b. 1: Härte und Leitfähigkeit der Al-Si-Mg-Legierungen 1 bis 4 (Kokillenguß, homogenisiert und angelassen entsprechend Zahlentafel 4), in Abhängigkeit von der Anlaßdauer dargestellt;
A b b. 2: Härte der Al-Si-Mg-Legierungen 1 bis 4, Kokillenguß, homogenisiert und angelassen), gegenüber der Leitfähigkeit aufgetragen;
Abb. 3: Härte und Leitfähigkeit der Al-Si-Mg-Lc gierung 1 (homogenisierter Kokillenguß) bei Anlaß temperaturen von 150, 175, 200 und 2500C in Abhän gigkeit von der Anlaßdauer dargestellt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Ohm · ram1 auf ungefähr 22 m/Ohm · mm' erniedrigt Andere Untersuchungen wiederum zeigen einen Abfall der Leitfähigkeit durch Silizium gemäß Zahlentafel 1.
    Verfahren zur Wärmebehandlung von Gußteilen aus reinen, weitgehend mangan-, zink- und titanfreien Aluminium-Silizium-Legierungen mit geringem Magnesiumzusatz (max. 0,5Vo) zwecks Erzielung einer elektrischen Leitfähigkeit von 27 bis 32 m/Ohm · mm2 und einer Brinellhärte von mindestens 60kp/mm2 ? vorzugsweise 80kp/mm2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußteile nach einer Homogenisierungsbehandlung angelassen werden, und zwar bei Temperaturen oberhalb 150° C und nicht über 250° C, bei letzterer Temperatur mindestens 30 Minuten und höchstens 3 Stunden, bei der erstgenannten Temperatur mindestens 06 Stunden, vorzugsweise bei 1751C mindest.'.s 48Stunden oder bei 200° C nicht unter 1 Stunde. ao
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