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Verfahren zur Modifizierung von siliciumhaltigen Aluminiumlegierungen
Es ist bekannt, daß siliciumhaltige Aluminiumlegierungen durch Zusatz von Alkalimetallen
veredelt werden können. Die Veredelung besteht dabei in einer Verfeinerung des Gefüges,
die insbesondere auf einer Verkleinerung und feineren Verteilung der Siliciumpartikelchen
beruht. Während in Sand gegossene Legierungen, die keinen Zusatz von Alkalirnetall
erhalten haben, das Silicium in Form von größeren Platten oder Nadeln enthalten,
nimmt die gleiche Menge Silicium nach dem Zusatz von Kalium oder Natrium die Form
kleiner, gewöhnlich abgerundeter oder ovaler Teilchen an. Der Zusatz des -Alkalimetalls
erfolgt gewöhnlich in metallischer Form; er darf jedoch eine gewisse Menge nicht
übersteigen, da sonst Blasenbildung eintritt. Als oberste Grenze wird im allgemeinen
der Zusatz von o, i o/a genannt. Abgesehen von Alkalimetall sind auch schon Alkalifluoride,
insbesondere Natriumfluorid, zur Veredelung benutzt worden. Schließlich ist in der
Literatur aber auch schon der Gedanke offenbart, Natrium gleichzeitig mit anderen
Salzen zu verwenden.
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Die praktische Durchführung der Modifizierungsverfahren hat nun gezeigt,
daß bei der Modifizierung große Sorgfalt aufgewendet werden muß, um die günstigsten
Bedingungen zu erzielen. Eine zu hohe Bemessung des Natriumgehaltes bringt, wie
schon erwähnt, leicht eine Feinlunkerung in das Gußstück. Da nun wegen ,eines etwaigen
Sauerstoffgehaltes des Aluminiums und wegen des Abbrandes des eingeführten Natriums
nur schwer die theoretisch erforderliche Bemessung der Zusätze getroffen .werden
kann, lag das Bedürfnis vor, das an sich sehr handliche und bequeme Einbringen des
Natriumzusatzes zu verbessern. Die Natriumsalze, wie Natriumfluorid, ermöglichen
eine derartige Verbesserung, da hier das Natrium auf dem Wege chemischer Umsetzung
in das schmelzflüssige Bad eingeführt wird. Natriumfluorid allein ist jedoch nicht
unerheblich teurer als Aluminium, und man braucht eine erheblich größere Salzmenge
als das die .erforderliche Natriummenge enthaltende Natriumfluorid, um auf Grund
der Gleichgewichtskonstanten eine Umsetzung in erforderlichem Ausmaß herbeizuführen.
Außerdem muß die Temperatur bei der N atriumfluoridveredelungerheblich höher gewählt
werden, d. h. mindestens 85o°, um eine genügende Flüssigkeit des Veredelungssalzes
zu gewährleisten.
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Die früher noch erwähnte Gleichzeitigkeit des Zusatzes von Alkalifluorid
und Alkalimetall ändert wenig an den vorbeschriebenen Verhältnissen, da das Natrium
viel schneller wirkt als das Fluorid und außerdem bei
wesentlich
niedrigeren. Temperaturen einlegiert werden soll, weil sonst ein zu hoher Abbrand
erfelgt, Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Modifizierung von siliciumhaltigen
Aluminiumlegierungen, bei dem zunächst ein Decksalz auf die schmelzflüssige Legierung
aufgebracht und hierauf .erst das Alkalimetall in Anwesenheit der Deckschicht eingeführt
wird. Das Decksalz selbst kann dabei eine neutrale, saure oder basische .Verbindung
von Leicht- oder Schwermetallen sein. In erster Linie kommen ,die bekannten Flußmittel,
wie Chloride, Fluoride der Leichtmetalle, Karbonate und Oxyde der Alkalien bzw.
Erdalkalien, in . Frage. Das Decksalz wird geschmolzen, zweckmäßig mit der Schmelze
verrührt und nun das Alkalimetall, und zwar vorzugsweise metallisches Natrium, eingeführt.
In üblicher Weise wird dann das Schmelzbad noch einmal kräftig umgerührt, einige
Minuten abstehen gelassen und dann vergossen.
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Mit Hilfe dieses Verfahrens wird es in erster Linie möglich, gesunde,
blasenfreie Gußstücke mit sehr geringen Salz- und Natriummengen in erheblich feinerer
Weise zu veredeln als bisher.
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Als Ausführungsbeispiel sei angeführt, daß zunächst eine Aluminium-Silicium-Legierung
mit einem Siliciumgehalt von etwa i 3 % in gewöhnlicher Weise eingeschmolzen wird.
Darauf wird ein - Natriumfluorid, wie es bisher bereits zur Veredelung benutzt wurde,
auf das Schmelzbad gebracht und eingeschmolzen.. Hierbei genügt eine gegenüber den
bisherigen Mengen verringerte Zugabe in Höhe von etwa i bis 2 % des Gewichtes der
Schmelze.. Nachdem dieses Natriumfluorid mit der Schmelze verrührt ist, wird nun
Natriümmetall in einer Menge von o, i % des Gewichtes der Schmelze gleichfalls in
das Metalleingerührt. Die kombinierte Wirkung beider Verfahren ergibt ein wesentlich
besseres Ergebnis als das bisherige Veredelungsverfahren, was insbesondere wohl
darauf zurückzuführen ist, daß das Natriummetall erst dann der Schmelze zugeführt
wird, wenn das -vorher benutzte Deck- bzw.. Reinigungssalz schon aufgebracht
ist. Versuche haben gezeigt, daß die gleichen Ergebnisse nach den bisherigen Verfahren
nicht erzielt werden konnten. Insbesondere gibt die Behandlung mit o, i % Natrium
allein einen Guß, der von kleinen Blasen durchsetzt ist. Die Behandlung mit der
gleichen in Form von Natriumfluorid enthaltenen Natriummenge führt zu einer ungenügenden
Veredelungswirkung überhaupt, und auch das gleichzeitige Aufbringen der entsprechenden
Natrium- und Natriumfluoridmenge zeigt ungenügend veredelte Struktur.
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Die Verbesserung des Verfahrens geht so weit, daß jetzt sogar höhere
Natriummengen verwendet werden' können, ohne daß Bläschenbildung im Gefüge des fertigen
Gußstückes zu beobachten ist. Das hat besondere Bedeutung, weil der Zusatz des Natriums
auch eine Verschiebung des Eutektikums zur Folge hat. Während die unbehandelten
Legierungen ein Eutektikum zwischen i i und 12 Si-Gehalt aufweisen, steigert sich
bei Zusatz von o, i % Natrium der eutektische Si-Gehalt auf etwa i3%. Bei Anwendung
des Verfahrens der Erfindung lassen sich auch Natriurngehalte bis o,3% zusetzen
und damit das eutektische Gefüge bis zu i- % hinausdrücken, ohne daß die schädliche
Feinlunkerung beobachtet wird. Bei Zusatz von o,3% Natrium zu i3% Si enthaltende
Legierungen kann außerdem eine weitere Steigerung der Kornfeinheit erreicht werden.
So zeigt z. B. eine in Sand gegossene Legierung mit etwa 130/0 Si, die mit o, i
% Natrium veredelt wurde, eine Dehnung von 70/0, während sie nach Veredelung
durch Zusatz von 0,30/0 Natrium in Gegenwart eines Decksalzes eine Dehnung von i
o % besaß.