DE102020201388A1 - Cast material from an aluminum alloy - Google Patents
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Abstract
[Aufgabe] Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Gussblock bereitzustellen, der sich durch eine verfeinertes Gefüge, gute mechanischen Eigenschaften, mäßige Härte und hohe elektrische Leitfähigkeit auszeichnet, wodurch ein Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung zur Verfügung gestellt wird, das als Schmiedematerial von Aluminiumlegierungen verwendet werden kann.[Mittel der Lösung] Das Gussmaterial enthält Si: 9 - 11 Gew%, Fe: weniger als 0,5 Gew%, Cu: 0,7 - 1,1 Gew%, Mn: weniger als 0,09 Gew%, Mg: 0,3 - 0,7 Gew%, Cr: weniger als Weniger als 0,05 Gew%, Ni: weniger als 0,05 Gew%, Zn: weniger als 0,25 Gew%, Ti: 0,005 - 0.06 Gew%, ferner noch eines von Sr, Sb, Ca oder Na als Sr: 0,01 - 0,1 Gew%, 0,1 Gew%, Sb: 0,03 - 0,2 Gew%, 0,2 Gew%, Ca: 0,003 - 0,02 Gew%, Na: 0,003 - 0,02 Gew%, und besteht als Rest aus AI und unvermeidlichen Verunreinigungen.[Object] The object of the invention is to provide an ingot which is characterized by a refined structure, good mechanical properties, moderate hardness and high electrical conductivity, thereby providing an aluminum alloy casting material used as an aluminum alloy forging material [Means of the solution] The casting material contains Si: 9-11% by weight, Fe: less than 0.5% by weight, Cu: 0.7-1.1% by weight, Mn: less than 0.09% by weight , Mg: 0.3-0.7 wt%, Cr: less than less than 0.05 wt%, Ni: less than 0.05 wt%, Zn: less than 0.25 wt%, Ti: 0.005-0.06 % By weight, furthermore one of Sr, Sb, Ca or Na as Sr: 0.01-0.1% by weight, 0.1% by weight, Sb: 0.03-0.2% by weight, 0.2% by weight , Ca: 0.003-0.02 wt%, Na: 0.003-0.02 wt%, and the remainder consists of Al and unavoidable impurities.
Description
FachgebietArea of Expertise
Die Erfindung betrifft ein Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung als Material zum Schmieden.The invention relates to a casting material made of an aluminum alloy as a material for forging.
Stand der TechnikState of the art
Da Schmiedeprodukte aus Aluminiumlegierungen niedrigen Verarbeitungsgeschwindigkeiten unterliegen und der Bereich von den mechanischen Eigenschaften und dem Gefüge stark beeinflusst wird, ist ein Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung mit vorzüglichen mechanischen Eigenschaften entwickelt worden (siehe Patentschrift 1).Since forged products made of aluminum alloys are subject to low processing speeds and the range is strongly influenced by the mechanical properties and structure, a cast material made from an aluminum alloy with excellent mechanical properties has been developed (see patent document 1).
Patentschrift 1: Offenlegungsschrift
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Das Aluminiumgussmaterial aus dem Stand der Technik weist jedoch das Problem auf, dass im Zentrum des Gussmaterials grobes Gussgefüge durch die langsame Kühlung verbleibt und die mechanische Festigkeit sowie die 0,2% Dehngrenze erniedrigt, es sei denn, es handelt sich um ein nur mit einem dünnen Durchmesser durch Strangguss hergestelltes Material.However, the aluminum casting material from the prior art has the problem that coarse casting structure remains in the center of the casting material due to the slow cooling and the mechanical strength and the 0.2% proof stress are reduced, unless it is only with one Thin diameter material made by continuous casting.
Der Erfindung hat die Aufgabe, ein Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, das ein feineres Gussgefüge zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften gewährleistet und eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist.The object of the invention is to provide a casting material made of an aluminum alloy, which ensures a finer casting structure to improve the mechanical properties and has a higher electrical conductivity.
Maßnahmen zur Lösung der AufgabeMeasures to solve the task
Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, weist die Erfindung die folgenden Merkmale auf:
- [1] Si: 9 - 11 Gew%, Fe : weniger als 0,5 Gew%, Cu: 0,7 - 1,1 Gew%, Mn: weniger als 0,09 Gew%, Mg: 0,3 - 0,7 Gew%, Cr: weniger als 0,05 Gew%, Ni: weniger als 0,05 Gew%, Zn: weniger als 0,25 Gew%, Ti: 0,005 - 0,06 Gew% , und des Weiteren eines von Sr, Sb, Ca oder Na, als Sr: 0,01 - 0,1 Gew%, Sb: 0,03 - 0,2 Gew%, Ca: 0,003 - 0,02 Gew%, Na: 0,003 - 0,02 Gew%, wobei der Rest aus AI und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, wobei das Gussmaterial aus der Aluminiumlegierung eine Zugfestigkeit von mehr als 330 N/mm2, eine 0,2% Dehngrenze von mehr als 250 N/mm2, eine Dehnung von mehr als 4%, eine Rockwellhärte (HRB) von mehr als 65 und weniger als 82, sowie eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 40% IACS aufweist.
- [2] Das Gussmaterial der Aluminiumlegierung gemäß der Beschreibung [1] enthält B: 0,0002 - 0,01 Gew%.
- [3] Dem Gussmaterial der Aluminiumlegierung gemäß der Beschreibung [1] oder [2] wurde in der Schmelze Ti und eines von Sr, Sb, Ca oder Na gleichzeitig hinzugefügt.
- [4] Das Schmiedematerial besteht aus dem Gussmaterial der Aluminiumlegierung gemäß der Beschreibung [1] bis [3].
- [5] Das Schmiedematerial ist aus dem Gussmaterial der Aluminiumlegierung gemäß der Beschreibung [1] bis [3] hergestellt.
- [1] Si: 9-11% by weight, Fe: less than 0.5% by weight, Cu: 0.7-1.1% by weight, Mn: less than 0.09% by weight, Mg: 0.3-0 , 7% by weight, Cr: less than 0.05% by weight, Ni: less than 0.05% by weight, Zn: less than 0.25% by weight, Ti: 0.005-0.06% by weight, and further one of Sr, Sb, Ca or Na, as Sr: 0.01-0.1% by weight, Sb: 0.03-0.2% by weight, Ca: 0.003-0.02% by weight, Na: 0.003-0.02 % By weight, the remainder consisting of Al and inevitable impurities, the casting material made of the aluminum alloy having a tensile strength of more than 330 N / mm 2 , a 0.2% proof stress of more than 250 N / mm 2 , an elongation of more than 4%, a Rockwell hardness (HRB) of more than 65 and less than 82, and an electrical conductivity of more than 40% IACS.
- [2] The casting material of the aluminum alloy as described [1] contains B: 0.0002-0.01% by weight.
- [3] The casting material of the aluminum alloy as described [1] or [2] was melted with Ti and one of Sr, Sb, Ca or Na simultaneously.
- [4] The forging material consists of the cast material of the aluminum alloy according to the description [1] to [3].
- [5] The forging material is made of the cast material of the aluminum alloy according to the description [1] to [3].
Vorteil der ErfindungAdvantage of the invention
Nach der oben erwähnten Beschreibung [1], verbleibt, wenn der Zusammensetzung die vorbestimmte Menge von Si, Cu und Mg hinzugefügt wird und Fe, Mn, Cr, Ni, und Zn in unter vorbestimmten Maximalgehalten liegenden Mengen in der Komposition gehalten werden, und des Weiteren eine vorbestimmte Menge von Ti und eine vorbestimmte Menge eines von Sr, Sb, Ca oder Na addiert wird, im Zentrum des Gussmaterials, das durch eine langsame Abkühlgeschwindigkeit charakterisiert wird, ein feines Gussgefüge mit sehr guten mechanischem Eigenschaften hinsichtlich Zugfestigkeit, 0,2% Dehngrenze und Dehnung, wobei ein Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung mit einer mäßigen Härte als Schmiedematerial aus einer Aluminiumlegierung entsteht. Da das Material eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt, wird auch die Wärmestrahlung erhöht, so dass das Material für solche elektrisch leitfähigen Komponenten verwendet werden kann, die unter Bedingungen mit hohen Umgebungstemperaturen verwendet werden oder mit guten mechanischen Eigenschaften gewünscht werden.According to the above-mentioned description [1], when the predetermined amount of Si, Cu and Mg is added to the composition and Fe, Mn, Cr, Ni, and Zn are held in the composition in amounts lower than predetermined maximum, and the Furthermore, a predetermined amount of Ti and a predetermined amount of one of Sr, Sb, Ca or Na are added, in the center of the casting material, which is characterized by a slow cooling rate, a fine casting structure with very good mechanical properties in terms of tensile strength, 0.2% Yield strength and elongation, whereby a cast material made of an aluminum alloy with moderate hardness is created as a forging material made of an aluminum alloy. Since the material has a high electrical conductivity, the heat radiation is also increased, so that the material can be used for such electrically conductive components that are under Conditions with high ambient temperatures are used or are desired with good mechanical properties.
Nach der oben erwähnten Beschreibung [2] wird durch ein Gefüge, das die vorbestimmte Menge von B enthält, ein verbessertes Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung mit einem feineren Gussgefüge und verbesserten mechanischen Eigenschaften gewonnen.According to the above-mentioned description [2], a structure containing the predetermined amount of B is used to obtain an improved casting material made of an aluminum alloy with a finer casting structure and improved mechanical properties.
Nach der oben erwähnten Beschreibung [3] wird Ti und eines von Sr, Sb, Ca oder Na gleichzeitig in die Schmelze hinzugefügt, wodurch das Gussgefüge feiner als das Gefüge des Gussmaterials aus Aluminiumlegierungen wird, das durch die bisherige Verarbeitung hergestellt wurde, so dass ein Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung mit verbesserten mechanischen Eigenschaften entsteht.According to the above-mentioned description [3], Ti and one of Sr, Sb, Ca or Na are added into the melt at the same time, whereby the casting structure becomes finer than the structure of the casting material made of aluminum alloys, which was produced by the previous processing, so that a Cast material made of an aluminum alloy with improved mechanical properties.
Nach der oben erwähnten Beschreibung [4] und [5] kann ein Aluminium-Schmiedeprodukt mit verbesserten Eigenschaften gewonnen werden, obwohl es mit einer niedrigen Verarbeitungsgeschwindigkeit hergestellt wurde. According to the above-mentioned description [4] and [5], a forged aluminum product with improved properties can be obtained even though it was manufactured at a low processing speed.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Nachfolgend werden die Ausführungsformen des Gussmaterials aus einer Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung beschrieben.The embodiments of the cast material made of an aluminum alloy according to the invention are described below.
Das Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung enthält eine bestimmte Menge von Si, Cu, Mg und Ti, wobei der Gehalt von Fe, Mn, Cr, Ni und Zn weniger als die vorbestimmte Menge beträgt, und enthält des Weiteren eines von Sr, Sb, Ca oder Na, wobei der Rest aus AI und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.The aluminum alloy casting material contains a certain amount of Si, Cu, Mg and Ti, the content of Fe, Mn, Cr, Ni and Zn being less than the predetermined amount, and further contains one of Sr, Sb, Ca or Well, with the rest of AI and inevitable impurities.
Es ist vorteilhaft, dass das Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung mehr als eine vorbestimmte Menge von B enthält.It is advantageous that the aluminum alloy casting material according to the invention contains more than a predetermined amount of B.
Nachfolgend wird die Bedeutung jedes Elements, das im Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung enthalten ist, erklärt.The following explains the meaning of each element contained in the aluminum alloy casting material.
Der Gehalt von Si beträgt 9 - 11 Gew%. Si hat den Effekt, die Abriebfestigkeit zu erhöhen. Wenn die Si-Menge ihre Minimumgrenze unterschreitet, ist die Wirkung zu schwach. Wenn Si die Maximalmenge überschreitet, verschlechtert sich die Verarbeitungsfähigkeit während des Schmiedens und in der Verformung.The Si content is 9-11% by weight. Si has the effect of increasing the abrasion resistance. If the amount of Si falls below its minimum limit, the effect is too weak. If Si exceeds the maximum amount, the workability deteriorates during forging and deformation.
Der Gehalt von Fe beträgt weniger als 0,5 Gew%. Fe erhöht die Wärmebeständigkeit ohne Verschlechterung der mechanischen Festigkeit. Wenn die Menge an Fe die obere Grenze überschreitet, erniedrigt sich die mechanische Festigkeit, weil es die Kristallisation fördert.The Fe content is less than 0.5% by weight. Fe increases the heat resistance without deteriorating the mechanical strength. If the amount of Fe exceeds the upper limit, the mechanical strength lowers because it promotes crystallization.
Der Gehalt von Cu beträgt 0,7 - 1,1 Gew%. Cu wirkt sowohl hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit als auch hinsichtlich der mechanischen Festigkeit. Wenn die Cu-Menge die Minimumgrenze unterschreitet, erniedrigt sich die mechanische Festigkeit. Wenn die Menge von Cu die obere Grenze überschreitet, verschlechtert sich die Korrosionsbeständigkeit.The Cu content is 0.7-1.1% by weight. Cu is effective in terms of both corrosion resistance and mechanical strength. If the amount of Cu falls below the minimum limit, the mechanical strength lowers. If the amount of Cu exceeds the upper limit, the corrosion resistance deteriorates.
Der Gehalt von Mn soll weniger als 0,09 Gew% betragen, ferner Cr weniger als 0,05 Gew% betragen, und Ni weniger als 0,05 Gew% betragen. Jedes dieser Elemente kann die mechanischen Eigenschaften (insbesondere Schmiedefähigkeit) herabsenken, wenn es seine Obergrenze überschreitet.The content of Mn is said to be less than 0.09% by weight, Cr to be less than 0.05% by weight, and Ni to be less than 0.05% by weight. Each of these elements can lower the mechanical properties (especially forgeability) if it exceeds its upper limit.
Der Gehalt von Mg soll 0,3 - 0,7 Gew% betragen. Mg erhöht die mechanische Festigkeit. Wenn Mg die untere Grenze unterschreitet, verschlechtert sich die mechanische Festigkeit. Wenn die Menge von Mg die obere Grenze überschreitet, vermehrt sich die Kristallisation der intermetallischen Verbindungen.The Mg content should be 0.3-0.7% by weight. Mg increases mechanical strength. If Mg falls below the lower limit, the mechanical strength deteriorates. When the amount of Mg exceeds the upper limit, the crystallization of the intermetallic compounds increases.
Der Gehalt von Zn soll weniger als 0,25 Gew% betragen. Zn verbessert die mechanische Festigkeit. Wenn der Gehalt von Zn die obere Grenze überschreitet, verschlechtert sich die Korrosionsfestigkeit.The Zn content should be less than 0.25% by weight. Zn improves mechanical strength. If the content of Zn exceeds the upper limit, the corrosion resistance deteriorates.
Der Gehalt von Ti soll zwischen 0,005 - 0,06 Gew% liegen. Ti führt durch die Verfeinerung der Gussgefüge oder die Verfeinerung der eutektischen Al-Si Kristalle zu einer Verbessrung der Schmiedefähigkeit. Wenn der Gehalt von Ti die untere Grenze unterschreitet, wird der obige Effekt nicht verwirklicht. Wenn der Gehalt von Ti die obere Grenze überschreitet, verschlechtert sich die Zähigkeit durch eine Entstehung von groben Verbindungen von Al-Si-Ti. Auch wenn eines von Sr, Sb, Ca oder Na in die Schmelze gleichzeitig eingefügt wird, ist es möglich, die mechanische Festigkeit durch die Verfeinerung des Schmiedeblockgefüges zu verbessern.The content of Ti should be between 0.005 - 0.06% by weight. Ti leads to an improvement in the forgeability through the refinement of the cast structure or the refinement of the eutectic Al-Si crystals. If the content of Ti falls below the lower limit, the above effect will not be realized. If the content of Ti exceeds the upper limit, toughness deteriorates due to coarse formation Compounds of Al-Si-Ti. Even if one of Sr, Sb, Ca or Na is inserted into the melt at the same time, it is possible to improve the mechanical strength by refining the forging block structure.
Obwohl B optional hinzugefügt wird, soll die Menge 0,0002 - 0,01 Gew% betragen. B wirkt zum Verfeinern des Gefüges des Schmelzblocks. Wenn die Menge von B die untere Grenze unterschreitet, kann das Eintreten des oben erwähnten Effekts kaum erwartet werden. Wenn die Menge von B die obere Grenze überschreitet, entsteht eine Verbindung von TiB2, so dass die Lebenserwartung des Spanwerkzeugs verkürzt wird. Auch wenn Ti und eines von Sr, Sb, Ca oder Na gleichzeitig in die Schmelze eingefügt werden, wird das Gussgefüge verfeinert, so dass die mechanische Festigkeit verbessert werden kann.Although B is optionally added, the amount should be 0.0002-0.01% by weight. B acts to refine the structure of the melting block. If the amount of B falls below the lower limit, the above-mentioned effect can hardly be expected to occur. If the amount of B exceeds the upper limit, a bond of TiB 2 is formed , so that the life expectancy of the cutting tool is shortened. Even if Ti and one of Sr, Sb, Ca or Na are inserted into the melt at the same time, the cast structure is refined so that the mechanical strength can be improved.
Da man Sr, Sb, Ca und Na wahlweise hinzufügen kann, soll man davon eines einfügen. Der Gehalt beträgt jeweils Sr: 0,01 - 0,1 Gew%, Sb: 0,03 - 0,2 Gew%, Ca: 0,003 - 0,02 Gew%, Na: 0,003 - 0,02 Gew%. Jedes Element hat den Effekt der Verbesserung der Al-Si Legierung und ist insbesondere zur Verbesserung der Verfeinerung des eutektischen Si vorteilhaft. Bleibt jedes Element unterhalb der unteren Grenze, so kann vorstehender Vorteil nicht erwartet werden. Wenn der jeweilige Gehalt die obere Grenze überschreitet, kann die Fließeigenschaft der Schmelze verschlechtert werden und damit Schwindungshohlraum entstehen. Auch wenn entweder Ti alleine oder Ti und B zusammen in die Schmelze gleichzeitig hinzugefügt werden, wird das Gussgefüge verfeinert und es verbessert sich nicht nur die mechanische Eigenschaft sondern auch die elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu der ohne die Hinzufügung hergestellten Aluminiumlegierung.Since you can add Sr, Sb, Ca and Na, you should add one of them. The content is Sr: 0.01-0.1% by weight, Sb: 0.03-0.2% by weight, Ca: 0.003-0.02% by weight, Na: 0.003-0.02% by weight. Each element has the effect of improving the Al-Si alloy and is particularly advantageous for improving the refinement of the eutectic Si. If each element remains below the lower limit, the above advantage cannot be expected. If the respective content exceeds the upper limit, the flow properties of the melt can be deteriorated and shrinkage cavities can be created. Even if either Ti alone or Ti and B together are added to the melt at the same time, the cast structure is refined and not only the mechanical property but also the electrical conductivity improve compared to the aluminum alloy produced without the addition.
Aus den optional hinzugefügten Elementen Sr, Sb, Ca oder Na ist es vorteilhaft, Sr zu wählen. Sb hat einen schwächeren Effekt hinsichtlich der Verfeinerung als Sr. Ca kann den Entgasungseffekt und die Korrosionsfestigkeit verschlechtern und die Entstehung von Poren verursachen. Na verursacht die Verminderung der Lebensdauer des Ofenmaterials, zudem ist der Verlust beim Schmelzen größer als bei Sr und es leidet die Massenproduktivität, weil der Effekt nach der Zugabe nicht lange andauert.It is advantageous to choose Sr from the optionally added elements Sr, Sb, Ca or Na. Sb has a weaker refinement effect than Sr. Ca can deteriorate the degassing effect and the corrosion resistance and cause the formation of pores. Na causes a reduction in the life of the furnace material, the loss on melting is greater than that of Sr and mass productivity suffers because the effect does not last long after the addition.
Eine beim eutektischen Punkt von 9 - 12% Si gehaltene Al-Si Legierung lässt mit der Hinzufügung von Ti und B die Verbesserung der mechanischen Festigkeit durch Verfeinerung der Gussgefüge kaum erwarten, ferner wird es kaum eine Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit geben. Wird hingegen eines von Sr, Sb, Ca oder Na hinzugefügt, entsteht eine Unterkühlung aufgrund der Zusammensetzung, was den eutektischen Punkt zu einem übereutektischen Punkt verschiebt. Durch diesen Effekt verändert sich das eutektische Gefüge zum untereutektischen, wodurch der Vorteil bei gleichzeitigem Hinzufügen von Ti und B größer wird. Wenn Ti und eines von Sr, Sb, Ca oder Na gleichzeitig hinzugefügt werden, führt dies daher zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der elektrischen Leitfähigkeit, was einen größeren Vorteil bedeutet.An Al-Si alloy kept at the eutectic point of 9 - 12% Si, with the addition of Ti and B, can hardly be expected to improve the mechanical strength by refining the cast structure, and there will hardly be any improvement in the electrical conductivity. On the other hand, if one of Sr, Sb, Ca or Na is added, hypothermia arises due to the composition, which shifts the eutectic point to a hypereutectic point. As a result of this effect, the eutectic structure changes to the under-eutectic, which increases the advantage when adding Ti and B at the same time. Therefore, when Ti and one of Sr, Sb, Ca or Na are added at the same time, the mechanical properties and the electrical conductivity are improved, which means a greater advantage.
Deshalb ist es vorteilhaft, Ti und eines von Sr, Sb, Ca oder Na in die Schmelze gleichzeitig hinzuzufügen, es ist des Weiteren noch vorteilhafter, wenn B gleichzeitig addiert wird. Wenn diese Elemente vor dem Gießen in die Schmelze gleichzeitig eingefügt werden, kann die beste Leistungsfähigkeit zur Verfeinerung des Materials erlangt werden. Da das oben erwähnte verfeinernde Material im Verlauf der Zeit eine verringerte Leistungsfähigkeit zur Verfeinerung aufweist, wird es der Verfeinerung des Gussgefüges nicht dienen, wenn eines davon vorher hinzugefügt wird.Therefore, it is advantageous to add Ti and one of Sr, Sb, Ca or Na into the melt at the same time, it is furthermore advantageous if B is added at the same time. If these elements are inserted into the melt at the same time before casting, the best performance for refining the material can be achieved. Since the above-mentioned refining material has a reduced refining performance over time, it will not serve to refine the cast structure if one of them is added beforehand.
Deshalb ist es bei der gleichzeitigen Hinzufügung des Verfeinerungsmaterials von Ti und B sowie eines von Sr, Sb, Ca oder Na vorteilhaft, wenn man es als Stabmaterial durch einen Stabzulieferer hinzufügt. Für die gleichzeitige Hinzufügung braucht man zwei Stabzulieferer, aber bei der Benutzung von zwei Stabzulieferern kann man die Geschwindigkeit des Hinzufügens präzise einstellen und gezielt die Gewichtprozente zur Hinzufügung des Verfeinerungsmaterials kontrollieren.Therefore, when adding the refining material of Ti and B and one of Sr, Sb, Ca or Na at the same time, it is advantageous to add it as a rod material by a rod supplier. Two rod suppliers are required for the simultaneous addition, but when using two rod suppliers, the speed of addition can be precisely adjusted and the weight percentages for the addition of the refining material can be specifically controlled.
Hinsichtlich der Vorrichtung zum gleichzeitigen Hinzufügen ist ein GBF-Ofen (Gas bubling filter) am vorteilhaftesten. Bei der Hinzufügung in den GBF-Ofen ergibt sich der Vorteil, dass damit die Einschlüsse, welche im Stabmaterial vorhanden sind, entfernt werden können, weil durch den Dreheffekt aufgrund des Rotors vom GBF ein Umrühren stattfindet, und die im Stabmaterial eingeschlossenen feinen Metallverbindungen homogen fein verteilt werden. Es ist auch ein Vorteil der Hinzufügung mit dem Stabmaterial, dass die Größe der verfeinerten zwischen den Metallen vorhandenen Verbindungen, wie Al3Ti sowie TiB2, die bei der Herstellung des Stabmaterials durch Abkühlung und Erstarrung entstehen, kleiner als das Grundmetall sind.In terms of the simultaneous addition device, a gas bubling filter (GBF) is most advantageous. When added to the GBF furnace, there is the advantage that the inclusions that are present in the rod material can be removed because the GBF rotates due to the rotating effect, and the fine metal compounds enclosed in the rod material are homogeneously fine be distributed. It is also an advantage of the addition with the rod material that the size of the refined compounds between the metals, such as Al 3 Ti and TiB 2 , which are produced in the production of the rod material by cooling and solidification, are smaller than the base metal.
Nachfolgend wird die Herstellung des Gussmaterials aus einer Aluminiumlegierung und des aus diesem produzierten Schmiedematerials erklärt.In the following, the production of the cast material from an aluminum alloy and the forging material produced from it is explained.
Zunächst soll durch Schmelzherstellungsverfahren eine Schmelze aus einer Aluminiumlegierung hergestellt werden. First of all, a melt is to be produced from an aluminum alloy using a melt manufacturing process.
Die zur Verfeinerung hinzuzufügenden Ti und B sowie eines von Sr, Sb, Ca oder Na sollen dabei zur Erzielung des vollständigen Effektes der Verfeinerung bei einer Schmelztemperatur von 740°C ± 30°C hinzugefügt werden. Der vorstehend erwähnte Effekt kann dabei über einer Temperatur von 770°C nicht erzielt werden. Auch kann der Effekt nicht erzielt werden, wenn die Temperatur tiefer als 710°C ist.The Ti and B to be added for refinement and one of Sr, Sb, Ca or Na should be added to achieve the full effect of the refinement at a melting temperature of 740 ° C ± 30 ° C. The above-mentioned effect cannot be achieved above a temperature of 770 ° C. The effect can also not be achieved if the temperature is lower than 710 ° C.
Es ist vorteilhaft, Ti und B gleichzeitig hinzuzufügen, deshalb sollen diese Elemente in Form einer Vorlegierung von Al-Ti-B eingebracht werden.It is advantageous to add Ti and B at the same time, so these elements should be introduced in the form of a pre-alloy of Al-Ti-B.
Auch ist es vorteilhaft, Sr, Sb, Ca und Na in die Al-Vorlegierung einzubringen.It is also advantageous to introduce Sr, Sb, Ca and Na into the Al master alloy.
Da das Verfeinerungsmittel je nach Zeitverlauf den Effekt der Verfeinerung einbüßt, ist es vorteilhaft, wenn man es während des Prozessschrittes kurz vor dem Gießen einbringt.Since the refinement agent loses the effect of the refinement depending on the passage of time, it is advantageous if it is introduced during the process step shortly before pouring.
Das Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung entsteht aus dem kontinuierlichen Gussprozess der behandelten Schmelze der Aluminiumlegierung.The casting material from an aluminum alloy is created from the continuous casting process of the treated melt of the aluminum alloy.
Unter den praktischen Gussbedingungen sind die Abkühltemperaturen, welche je nach dem Gussdurchmesser verschieden sind, wichtig, so sollte man die Abkühlgeschwindigkeit schneller als 0,1 °C/s wählen. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit langsamer als diese Bedingung ist, löst sich das hinzugefügte Material nicht in Feststofflösung, so dass der angestrebte Vorteil nicht erreicht wird. Folglich kann der Effekt zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch die Verfeinerung des Gussgefüges nicht in ausreichendem Maße erzielt werden.Under the practical casting conditions, the cooling temperatures, which vary depending on the casting diameter, are important, so the cooling rate should be chosen faster than 0.1 ° C / s. If the cooling rate is slower than this condition, the added material will not dissolve in the solid solution, so the intended benefit will not be achieved. As a result, the effect of improving the mechanical properties by refining the cast structure cannot be obtained sufficiently.
Es ist vorteilhaft, den Gussdurchmesser zwischen φ100 und φ203 zu halten.It is advantageous to keep the casting diameter between φ100 and φ203.
Dabei ergibt der Herstellungsprozess durch ein Verfahren der Haubenblockherstellung unter Gasdruck eine gute Qualität des Gussblocks. Denn dieser Prozess ermöglicht durch die Zuführung von Gases zwischen Kopf und Gussform die Erstarrung des Gussblocks ohne Berührung der Gussform, nur mit Wasserkühlung.The manufacturing process results in a good quality of the casting block by a process of hood block production under gas pressure. Because this process enables the solidification of the casting block without touching the casting mold, only with water cooling, by supplying gas between the head and the casting mold.
Das Stranggussmaterial nach dieser Ausführungsform kann als das Schmiedematerial verwendet werden. Es ist auch möglich, das extrudierte Stranggussmaterial als Schmiedematerial zu verwenden.The continuous casting material according to this embodiment can be used as the forging material. It is also possible to use the extruded continuous casting material as a forging material.
Es ist auch zu empfehlen, das Stranggussmaterial zu homogenisieren, um das inhomogene Gefüge aus der kristallisierten Entmischung beim Gussprozess zu beseitigen.It is also recommended to homogenize the continuous casting material in order to eliminate the inhomogeneous structure from the crystallized segregation during the casting process.
Das Stranggussmaterial wird anschließend in einer bestimmten Länge geschnitten und als Schmiedematerial zum Schmieden verwendet, um daraus Schmiedeprodukte zu gewinnen.The continuous casting material is then cut to a certain length and used as forging material for forging in order to obtain forged products therefrom.
Die Eigenschaften der Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung sind: Zugfestigkeit mehr als 330 N/mm2, 0,2% Dehngrenze mehr als 250 N/mm2, Dehnung mehr als 4%, Rockwellhärte (HRB) mehr als 65 und weniger als 82, elektrische Leitfähigkeit mehr als 40% IACS.The properties of the aluminum alloy according to the invention are: tensile strength more than 330 N / mm 2 , 0.2% proof stress more than 250 N / mm 2 , elongation more than 4%, Rockwell hardness (HRB) more than 65 and less than 82, electrical Conductivity more than 40% IACS.
Da das Material mit der elektrischen Leitfähigkeit von mehr als 40% IACS eine hohe Wärmestrahlung aufweist, kann man dieses als Material zur Benutzung in von hohen Gebrauchstemperaturen beherrschten Umgebungen verwenden. Ferner erlaubt die gute elektrische Leitfähigkeit die Verwendung an elektroleitfähigen Materialien. Sammelschienen erfordern gute mechanische Eigenschaften und elektrische Leitfähigkeit. Deshalb wird im Allgemeinen als Sammelschiene Kupfermaterial verwendet, aber die Aluminiumlegierung stellt eine Alternative dar. Besonders das Material gemäß der Erfindung hat bessere mechanische Eigenschaften und bessere elektrische Leitungsfähigkeit, es ist somit zu erwarten, dass dieses leichter und wirtschaftlicher als Kupfermaterial ist.Since the material with the electrical conductivity of more than 40% IACS has a high level of thermal radiation, it can be used as a material for use in environments controlled by high operating temperatures. Furthermore, the good electrical conductivity allows the use on electroconductive materials. Busbars require good mechanical properties and electrical conductivity. Therefore, copper material is generally used as the busbar, but the aluminum alloy is an alternative. In particular, the material according to the invention has better mechanical properties and better electrical conductivity, so it is to be expected that it is lighter and more economical than copper material.
AusführungsbeispielEmbodiment
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele gemäß der Erfindung erklärt.The exemplary embodiments and comparative examples according to the invention are explained below.
Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzungen der Ausführungsbeispiele und diejenigen der Vergleichsbeispiele.
[Tabelle 1]
Bei jedem Ausführungsbeispiel und jedem Vergleichsbeispiel wurden zunächst die Hauptelemente wie Si, Cu und Mg eingeschmolzen.In each exemplary embodiment and each comparative example, the main elements such as Si, Cu and Mg were first melted down.
Danach wurde die Schmelze in den Halteofen transferiert und eine gewisse Zeit gehalten. Um ein Gefüge, dem die Verfeinerungsmittel Ti, Sr, oder B hinzugefügt sind, zu erhalten, haben wir bei einer Schmelztemperatur von 750°C die Al-Ti-B- und Al-Sr-Vorlegierungen durch einen Stabzulieferer in die Schmelze im GBF-Ofen hinzugefügt.The melt was then transferred to the holding furnace and held for a certain time. In order to obtain a structure to which the refining agents Ti, Sr, or B are added, we melted the Al-Ti-B and Al-Sr master alloys into the melt in the GBF- at a melting temperature of 750 ° C. Oven added.
Im gleichen GBF-Ofen erfolgte die GBF-Behandlung, und nach der GBF-Behandlung wurde die Schmelze durch die Traufe umgegossen, um sie mittels Haubenblockherstellungsprozess abzugießen. Die Behandlung der Schmelze bedeutet die Beseitigung des in der Schmelze vorhandenen Aluminiumoxids und des Wasserstoffgases. Die aus dem Halteofen abgegossene Schmelze wird der GBF-Behandlung unterzogen, wobei die gereinigte Schmelze von dem Boden in den oberen Abschnitt des GBF-Ofens bewegt und dann in die Gießmaschine eingegossen wird.The GBF treatment was carried out in the same GBF furnace, and after the GBF treatment, the melt was poured through the eaves to be poured off using the hood block manufacturing process. The treatment of the melt means the removal of the aluminum oxide and the hydrogen gas present in the melt. The melt poured from the holding furnace is subjected to the GBF treatment, whereby the cleaned melt is moved from the bottom into the upper section of the GBF furnace and then poured into the casting machine.
Der Durchmesser der Gussstange betrug φ203 mm, und die restlichen Gussbedingungen zum Gießen waren: Gusstemperatur: 710 °C und Gussgeschwindigkeit: 100 mm/min.The diameter of the cast rod was φ203 mm, and the remaining casting conditions for casting were: casting temperature: 710 ° C and casting speed: 100 mm / min.
Von dem dadurch erlangten Gussmaterial haben wir die Probestücke aus dem Zentrum des Gussmaterials entnommen und für jedes Probestück die mechanischen Eigenschaften, die Härte und die elektrische Leitfähigkeit geprüft.From the cast material obtained in this way, we removed the test pieces from the center of the cast material and checked the mechanical properties, hardness and electrical conductivity for each test piece.
Zur Prüfung der mechanischen Eigenschaften fertigten wir die Form des Probestücks nach ASTMR3, temperten jedes Probestück nach T6 und prüften es entgegen der der Stranggussrichtung orthogonalen LT-Richtung hinsichtlich der Zugfestigkeit (N/mm2), der 0,2% Dehngrenze (N/mm2) und der Dehnung (%). Jedes Beispiel wurde mit n=3 gemessen und dadurch wurde der Durchschnittswert kalkuliert. Die gemessene Härte ist eine Rockwellhärte (Symbol: HRB) geprüft nach JIS Z2245:2005 (Prüfmethode zur Messung der Rockwellhärte) unter Bedingungen jeweils nach Skala: „B“, Druckstück: Stahlkugel von 1,5875 mm und Prüfgewicht 980,7 N. Die elektrische Leitfähigkeit wurde an dem gerade getemperten Gussmaterial der Aluminiumlegierung gemessen, die Einheit war dabei % IACS (International Annealed Copper Standard).To test the mechanical properties, we produced the shape of the test piece according to ASTMR3, tempered each test piece according to T6 and tested it against the LT direction orthogonal to the continuous casting direction with regard to tensile strength (N / mm 2 ), the 0.2% proof stress (N / mm 2 ) and the elongation (%). Each example was measured with n = 3 and thereby the average value was calculated. The measured hardness is a Rockwell hardness (symbol: HRB) tested according to JIS Z2245: 2005 (test method for measuring the Rockwell hardness) under conditions in each case according to the scale: "B", pressure piece: steel ball of 1.5875 mm and test weight 980.7 N. The Electrical conductivity was measured on the just tempered casting material of the aluminum alloy, the unit being% IACS (International Annealed Copper Standard).
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Wie vorstehend erwähnt geht klar hervor, dass durch die von der Erfindung vorgegebenen für ein bestimmtes Gefüge geeigneten Gussbedingungen ein Gussmaterial mit einer Zugfestigkeit von mehr als 330 N/mm2, einer 0,2% Dehngrenze von mehr als 250 N/mm2, einer Dehnung von mehr als 4% und einer Härte (HRB) von mehr als 65 und weniger als 82 hergestellt wird, und somit gute mechanische Eigenschaften erreicht werden, und das Gussmaterial aus der Aluminiumlegierung eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 40% IASC erreicht.As mentioned above, it is clear that the casting conditions specified by the invention suitable for a particular structure are a casting material with a tensile strength of more than 330 N / mm 2 , a 0.2% proof stress of more than 250 N / mm 2 Elongation of more than 4% and a hardness (HRB) of more than 65 and less than 82 is produced, and thus good mechanical properties are achieved, and the casting material made of the aluminum alloy has an electrical conductivity of more than 40% IASC.
Möglichkeiten der industriellen AnwendungenPossibilities of industrial applications
Das Gussmaterial aus einer Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung kann als Ausgangsmaterial für ein Schmiedematerial jeglicher Art verwendet werden.The aluminum alloy casting material according to the invention can be used as a raw material for a forging material of any kind.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
Die vorliegend verwendeten Fachbegriffe und Ausdrücke sind ausschließlich zum Zwecke der Erläuterung verwendet worden und sollen nicht limitierend ausgelegt werden. Keine Äquivalente sind von den hier gezeigten und beschriebenen Merkmalen ausgeschlossen, ferner soll jede Variante innerhalb der Ansprüche der Erfindung als umfasst verstanden werden.The technical terms and expressions used here have been used exclusively for the purpose of explanation and should not be interpreted as limiting. No equivalents are excluded from the features shown and described here, and each variant within the claims of the invention is to be understood as encompassed.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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