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Aluminiumgusslegierung hoher Festigkeit
Es sind bisher eine ganze Reihe Aluminiumgusslegierungen bekannt, bei denen hohe Festigkeit erreichbar ist. Unter hoher Festigkeit soll im folgenden eine Zugfestigkeit von etwa 30 kp/mm2 und eine Brinellhärte von etwa 100 verstanden werden.
Gemäss der Norm (DIN 1725, Vorschlag März 1957, Zeitschrift Aluminium" (Düsseldorf, April 1957) Nr. 4, Seite 274-277) haben bekannte Aluminiumgusslegierungen hoher Festigkeit folgende Zusammensetzungen und Festigkeitseigenschaften in Kokillenguss.
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<tb>
<tb>
Kurzzeichen <SEP> Hauptlegierungs-Zustand <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Härte
<tb> bestandteile <SEP> ausser <SEP> kp/mm2 <SEP> HB
<tb> Aluminium, <SEP> Gew.-% <SEP> kp/mm2
<tb> G-AlSil0Mg <SEP> si <SEP> 9-11 <SEP> unbehandelt <SEP> 20-26 <SEP> 65-85 <SEP>
<tb> Mg <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 4 <SEP> ausgehärtet <SEP> 24-32 <SEP> 85-115 <SEP>
<tb> G-AlSi5Mg <SEP> Si <SEP> 4, <SEP> 5-6 <SEP> unbehandelt <SEP> 16-20 <SEP> 60-75 <SEP>
<tb> Mg <SEP> 0, <SEP> 5-0, <SEP> 8 <SEP> ausgehärtet <SEP> 26-30 <SEP> 90-110 <SEP>
<tb> G-AlSi5Cul <SEP> Si <SEP> 5-6 <SEP> unbehandelt <SEP> 18-23 <SEP> 70-85 <SEP>
<tb> Cu <SEP> 1-1,5 <SEP> ausgehärtet <SEP> 23 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 85 <SEP> -115
<tb> Mg <SEP> 0, <SEP> 3-0, <SEP> 6 <SEP>
<tb> G-AlMg3 <SEP> Mg <SEP> 2-4 <SEP> unbehandelt <SEP> 15-20 <SEP> 50-60 <SEP>
<tb> Si <SEP> 0-1,
<SEP> 3 <SEP> ausgehärtet <SEP> 22-33 <SEP> 65-90 <SEP>
<tb> G-AlMgl0 <SEP> Mg <SEP> 9-11 <SEP> Sandguss,
<tb> homogenisie-25-32 <SEP> 80-90 <SEP>
<tb> rungsgeglüht
<tb> Für <SEP> Kokillenguss <SEP> kerne <SEP> Angaben, <SEP> da <SEP> nur
<tb> sehr <SEP> beschränkt <SEP> geeignet.
<tb>
G-AlCu4Ti <SEP> Cu <SEP> 4-5 <SEP> unbehandelt <SEP> keine <SEP> Angaben
<tb> Ti <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP> ausgehärtet <SEP> 33 <SEP> - <SEP> 40 <SEP> 95 <SEP> -110
<tb> G-AlCu4TiMg <SEP> Cu <SEP> 4-5 <SEP> unbehandelt <SEP> keine <SEP> Angaben
<tb> Mg <SEP> 0,15-0,30 <SEP> ausgehärtet <SEP> 33 <SEP> - <SEP> 42 <SEP> 100 <SEP> -120
<tb> Ti <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP>
<tb>
Ausserdem gibt es noch eine Aluminiumgusslegierung, die in der Norm nicht enthalten ist, trotzdem aber ausgedehnte Verwendung in der Industrie findet. Nachstehend werden die wich- tigsten Daten angeführt.
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<tb>
<tb>
Kurzzeichen <SEP> Hauptleigierungs- <SEP> Zustand <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Härte
<tb> bestandteile <SEP> ausser <SEP> kp/mm2 <SEP> HB
<tb> Aluminium, <SEP> Gew.-/o <SEP> kp/mm <SEP>
<tb> G-AlZn5Mgl <SEP> Zn <SEP> 4, <SEP> 5-6 <SEP> Kokillenguss <SEP>
<tb> Mg <SEP> 0,5-1,2 <SEP> unbehandelt <SEP> 26 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 60 <SEP> - <SEP> 90
<tb> nach <SEP> 30 <SEP> Tagen
<tb> Lagerung.
<tb>
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Man erkennt aus diesem Überblick, dass die Legierungen der Norm die eingangs definierte hohe Festigkeit nach einer als Aushärtung bezeichneten Wärmebehandlung erreichen. Prinzipiell besteht diese Aushärtung in einer Wärme- behandlung'bei 480-5300 C während mindestens drei Stunden mit anschliessendem Abschrecken in Wasser und einer nachfolgenden Warmauslagerung bei 150-170 C während 10-16 Stunden.
Diese Wärmebehandlung macht in der Industrie eigene Anlagen erforderlich. Die Kosten der Aushärtung betragen mindestens 15 /o vom Preis des Metalles. Ohne Aushärtung haben diese Legierungen jedoch eine wesentlich niedrigere Festigkeit.
Die zuletzt genannte Legierung G-AlZn5Mgl erreicht auch schon hohe Festigkeitswerte im Gusszustand nach einer Auslagerung bei Raumtemperatur während etwa 30 Tagen, ein Vorgang, den man als Selbstaushärtung bezeichnet.
Allerdings bereitet diese Legierung beim Giessen in Kokille erhebliche Schwierigkeiten wegen ihrer Neigung zu Warmrissen.
Für schwierigen Kokillenguss von Gussstücken mit komplizierten und verwickelten Formen ist mit Abstand vor den andern vor allem. die zuerst genannte Legierung G-AISi10Mg giesstechnisch geeignet, wobei aber ausser der notwendigen künstlichen Aushärtung noch der Nachteil einer mangelhaft spanabhebenden Bearbeitbarkeit
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schwer giessbar.
Es besteht somit der technische Bedarf an einer Aluminiumlegierung, die ebenso gut giessfähig ist wie G-AISi10Mg und hohe Festigkeitswerte gemäss oben angeführter Definition ohne künstliche Aushärtung erreicht. Dieses Problem wurde durch die nachstehend beschriebene Erfindung gelöst.
Es wurde versucht, die vorzügliche selbstaushärtende Eigenschaft der Legierung G-AlZn5Mgl mit der vorzüglichen Giessfähigkeit der Legierung G-AISi10Mg zu kombinieren. Die Festigkeitseigenschaften wurden an gesondert gegossenen Kokillen-Zerreissstäben gemessen. Die Giessfähigkeit wurde in üblicher Weise nach der Auslauflänge einer in Formmasken abgegossenen Giessspirale und hernach an Hand praktischer Giessversuche beurteilt.
Zunächst wurde festgestellt, dass eine Zugabe von Silizium zu der Legierung G-AIZn5Mg1 die Folge hat, dass die Selbstaushärtung unterdrückt wird, die Dehnung sinkt und Legierungen ent-
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gen Legierungen ohne Zink. Die Giessfähigkeit wurde durch Zink nicht beeinträchtigt und lag etwas höher als bei einer Legierung ohne Zink.
Erfindungsgemäss wurde nun festgestellt, dass hohe Festigkeiten nach einer leichten Selbstaus- härtung ohne jegliche Wärmebehandlung erreichbar sind, wenn der Zinkgehalt in siliziumhältigen Aluminiumlegierungen 8-9 Gew.- /o überschreitet. Durch systematische Versuche über den Einfluss einzelner Legierungsbestandteile wurden schliesslich folgende optimalen Zusammensetzungen gefunden.
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ausser Aluminium
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<tb>
<tb> Silizium <SEP> 6-12"/o
<tb> Zink <SEP> 8--14 <SEP> 0/o <SEP>
<tb> Magnesium <SEP> 0, <SEP> 3- <SEP> 1, <SEP> 2"/ & <SEP>
<tb>
Alle übrigen Beimengungen bzw.
Verunreinigungen liegen in etwa den gleichen Grenzen, wie
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und erlaubt sind, entsprechend den folgenden Angaben :
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<tb>
<tb> Eisen <SEP> bis <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> Gew.-%
<tb> Nickel <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> " <SEP>
<tb> Blei <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Mangan <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> "
<tb> Titan <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 2
<tb> Zinn <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> " <SEP>
<tb>
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bis zu 2 Gew.- < '/oeigenschaften verbessert. Das gleiche gilt von kleinen Zusätzen von Chrom in der Grössenordnung bis 0, 3 Gew. -ofIJ, die gleichzeitig stabilisierend bei spannungskorrosionsfördernden Einflüssen wirken.
Derartige Legierungen geben bei Kokillenguss nach einer Auslagerung von etwa 8 Tagen bei Raumtemperatur ohne jegliche Wärmebehandlung, gemessen an gesondert gegossenen Kokillenstäben, folgende Festigkeitswerte.
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<tb>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Brinellhärte
<tb> kp/mm2 <SEP> d5O/0 <SEP> HB <SEP> 10/2, <SEP> 5 <SEP>
<tb> kp/mm2
<tb> 27-35 <SEP> 1, <SEP> 5-3, <SEP> 5 <SEP> 100-130 <SEP>
<tb>
Die Giessfähigkeit, gemessen an der Auslauflänge von Giessspiralen und beurteilt an Probeabgüssen in Kokille, ist etwa gleich der der Legierung G-AlSilOMg. Werte für die Spirallängen werden bei untenstehenden Beispielen angeführt.
Diese Legierungsgattung ist obendrein dadurch ausgezeichnet, dass sie schmelztechnisch sehr unempfindlich ist und dichte Abgüsse liefert. Mitunter ist es günstig, zum Zwecke der Kornfeinung des Siliziums die Schmelze vor dem Giessen mit natriumspendenden Mitteln zu behandeln.
Le-
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ein weiterer Vorteil gegenüber der Legierung G-AlSil0Mg besteht.
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Beispiele :
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<tb>
<tb> Nr. <SEP> Hauptlegierungsbestandteile <SEP> Gew.-e/o <SEP> Festigkeitseigenschaften
<tb> 8 <SEP> Tage <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Guss
<tb> Zugfestig-Dehnung <SEP> Härte <SEP> Spiralkeit <SEP> kp/mm2 <SEP> d5O/0 <SEP> RB <SEP> länge
<tb> kp/mm2 <SEP> cm
<tb> 1 <SEP> Si=7, <SEP> 07 <SEP> ; <SEP> Zn=10, <SEP> 5 <SEP> ; <SEP> Mg=0, <SEP> 59 <SEP> 30, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 117 <SEP> 123, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 2 <SEP> Si=8,00; <SEP> Zn=9,99; <SEP> Mg=0,61 <SEP> 30,6 <SEP> 2,2 <SEP> 115 <SEP> 128, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 3 <SEP> Si=6,55; <SEP> Zn=9,90; <SEP> Mg=0,58 <SEP> 29,1 <SEP> 2,7 <SEP> 100 <SEP> n. <SEP> b.
<tb>
4 <SEP> Si=6, <SEP> 75 <SEP> ; <SEP> Zn=14, <SEP> 0 <SEP> ; <SEP> Mg=0, <SEP> 62 <SEP> 31, <SEP> 4 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 128 <SEP> 127, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 5 <SEP> Si=7, <SEP> 04 <SEP> ; <SEP> Zn=10, <SEP> 0 <SEP> ; <SEP> Mg=0, <SEP> 59 <SEP> ; <SEP> Cu=0, <SEP> 48 <SEP> 33, <SEP> 2 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 120 <SEP> 135, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 6 <SEP> Si=11,0; <SEP> Zn=9,89; <SEP> Mg=0,60 <SEP> 31,0 <SEP> 2,0 <SEP> 112 <SEP> 138, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 7 <SEP> Si=8,50; <SEP> Zn=10,4; <SEP> Mg=0,55; <SEP> Cu=0,10 <SEP> 32,8 <SEP> 3,1 <SEP> 125 <SEP> n. <SEP> ib.
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Vergleichsweise werden die unter genau gleichen Bedingungen ebenfalls bei 720 C bei bekannten Legierungen erhaltenen Giessspirallängen angegeben.
Bezeichnung und Zusammensetzung Spirallänge cm
G-AlSi10Mg (10, 1% Si; 0,5% Mg) 124, 0
G-AlSi7Mg (7% Si; 0,6% Mg) 111, 0
G-AlSi6Cu3 (6,36% Si; 2,9% Cu) 115, 0
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochfeste und gut giessbare Aluminiumguss- legierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 6-12 Gew.-% Silizium, 8-14 Gew.-% Zink, 0, 3-1, 2Gew.-"/o Magnesium, Rest Aluminium und die üblichen Verunreinigungen, besteht.