EP0967294A1 - Behandlung einer Aluminiumlegierungsschmelze - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for reducing the susceptibility to Aluminum alloy melt with a content of at least 2.5% by weight Magnesium against scratching.
- a metal melt that is ready to be cast is kept at a melt temperature of, for example, 750 ° C. for more than 50 hours.
- Aluminum-magnesium alloys with a higher magnesium content tend to scratch after longer periods of inactivity.
- the presence of magnesium in the melt means that the protective oxide skin, which normally prevents oxidation of the aluminum, becomes permeable and the reaction of the aluminum with oxygen can take place.
- a cauliflower-like scab is formed on the melt, which mainly consists of spinel (MgO ⁇ Al 2 O 3 ).
- This process is further intensified by lid heating furnaces, since the temperature of the metal bath surface is very high due to the radiant heat of the heating rods in the lid and convection in the metal bath is prevented by temperature stratification. Due to the increase in gravity, magnesium accumulates in the vicinity of the melt surface and leads to an additional intensification of this effect.
- the scab that forms is very hard, has a cauliflower-like morphology, and sinks to the bottom of the crucible, so that the entire oven can be contaminated if not scraped off early enough. The higher the melt temperature, the earlier the scratching starts.
- the invention is therefore based on the object by alloying Measures a higher scratch resistance for aluminum-magnesium alloys bring about than this with a beryllium additive after the State of the art is possible.
- the melt 0.02 to 0.15 wt .-% vanadium and less than 60 ppm beryllium is added.
- the melt is preferably 0.05 to 0.13% by weight of vanadium, in particular 0.07 to 0.12 wt .-% vanadium added.
- an addition is sufficient from 25 to 50 ppm beryllium, preferably 25 to 35 ppm beryllium.
- the Magnesium content in the melt lower than 3.5 wt .-%, so less than 25 ppm beryllium is required to provide high resistance to scratching achieve. With lower requirements for the tendency to scratch, it can even the addition of beryllium can be dispensed with.
- the method of production according to the invention is particularly preferred of die-cast alloys.
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Verminderung der Anfälligkeit einer Aluminiumlegierungsschmelze mit einem Gehalt von mindestens 2.5 Gew.-% Magnesium gegen Verkrätzung wird der Schmelze 0.02 bis 0.15 Gew.-% Vanadium und weniger als 60 ppm Beryllium zugegeben. Durch den Zusatz von Vanadium kann die Beryllium-Zugabe reduziert und gleichzeitig der Verkrätzungswiderstand der Schmelze erhöht werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Anfälligkeit einer
Aluminiumlegierungsschmelze mit einem Gehalt von mindestens 2.5 Gew.-%
Magnesium gegen Verkrätzung.
Bei einem Betriebsunterbruch in einer Giesserei, beispielsweise über Feiertage
oder über ein Wochenende, kann es vorkommen, dass eine an sich giessfertige
Metallschmelze während mehr als 50 h auf einer Schmelzetemperatur von
beispielsweise 750°C gehalten wird. Aluminium-Magnesium-Legierungen mit
höherem Magnesiumgehalt neigen nach längeren Abstehzeiten zur Verkrätzung.
Die Anwesenheit von Magnesium in der Schmelze bewirkt, dass die
schützenden Oxidhaut, die eine Oxidation des Aluminiums im Normalfall verhindert,
durchlässig wird und die Reaktion des Aluminiums mit Sauerstoff ablaufen
kann. Auf der Schmelze bildet sich eine blumenkohlartige Krätze, die
vorwiegend aus Spinell (MgO · Al2O3) besteht. Durch Deckelheizungsöfen wird
dieser Vorgang weiter verstärkt, da die Temperatur der Metallbadoberfläche
bedingt durch die Strahlungswärme der Heizstäbe im Deckel sehr hoch ist und
eine Konvektion im Metallbad durch Temperaturschichtung verhindert wird.
Aufgrund der Schwerkraftseigerung reichert sich Magnesium in der Nähe der
Schmelzeoberfläche an und führt zu einer zusätzlichen Verstärkung dieses
Effektes. Die sich bildende Krätze ist sehr hart, hat eine blumenkohlartige Morphologie
und sinkt auf den Tiegelboden ab, so dass der ganze Ofen kontaminiert
werden kann, wenn nicht früh genug abgekrätzt wird. Die Verkrätzung
setzt umso früher ein, je höher die Schmelzetemperatur ist.
Es ist bekannt, dass die Verkrätzung von Aluminium-Magnesium-Legierungen
durch Zulegieren von Beryllium abgemildert wird, aber nicht ganz vermieden
werden kann. Es wurde beobachtet, dass der Berylliumgehalt in einer Aluminium-Magnesium-Legierung
in der Schmelze mit der Zeit abnimmt und offenbar
beim Unterschreiten einer kritischen Berylliumkonzentration eine rasche Krätzebildung
auf der Schmelze einsetzt. Eine erhöhte Berylliumzugabe zur Metallschmelze
ist wegen der karzinogenen Eigenschaften von Beryllium unerwünscht
und sollte deshalb möglichst vermieden werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch legierungstechnische
Massnahmen einen höheren Verkrätzungswiderstand für Aluminium-Magnesium-Legierungen
herbeizuführen als dies mit einem Berylliumzusatz nach dem
Stand der Technik möglich ist.
Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass der Schmelze 0.02
bis 0.15 Gew.-% Vanadium und weniger als 60 ppm Beryllium zugegeben wird.
Überraschend hat sich gezeigt, dass durch Zulegieren von Vanadium die krätzevermindemde
Zugabe von Beryllium in erheblich kleinerer Menge erfolgen
kann als ohne Vanadiumzugabe.
Bevorzugt wird der Schmelze 0.05 bis 0.13 Gew.-% Vanadium, insbesondere
0.07 bis 0.12 Gew.-% Vanadium zugegeben.
Bei einem Gehalt von mehr als 3.5 Gew.-% Magnesium genügt eine Zugabe
von 25 bis 50 ppm Beryllium, vorzugsweise 25 bis 35 ppm Beryllium. Liegt der
Gehalt von Magnesium in der Schmelze tiefer als 3.5 Gew.-%, so sind weniger
als 25 ppm Beryllium erforderlich, um einen hohen Verkrätzungswiderstand zu
erzielen. Bei geringeren Anforderungen an die Verkrätzungsneigung kann sogar
auf eine Berylliumzugabe verzichtet werden.
Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der
Herstellung von Gusslegierungen mit
Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung
von Druckgusslegierungen eingesetzt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Je ca. 50 kg einer Aluminium-Magnesium-Legierung mit unterschiedlichem Beryllium- und Vanadiumgehalt wurden in einem Tiegel im Induktionsofen aufgeschmolzen.
Anschliessend wurde der Tiegel in einen Widerstandsofen überführt
und dort bei einer Temperatur von 750°C gehalten. Die chemischen Analysen
(in Gew.-%) der untersuchten Chargen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Die Chargen 1, 3 und 4 weisen einen erfindungsgemässen Vanadiumgehalt
auf, die Charge 2 liegt mit ihrem Vanadiumgehalt ausserhalb des erfindungsgemässen
Bereichs.
In bestimmten Zeitabständen wurden von den verschiedenen Chargen zur Bestimmung
der chemischen Zusammensetzung Proben genommen. Des weiteren
wurde die Schmelzeoberfläche in bestimmten Zeitabständen beobachtet,
um den Zeitpunkt der verstärkten Krätzebildung zu bestimmen. Tabelle 2 zeigt
die Zeit bis zur Verkrätzung der Schmelze in Abhängigkeit vom Beryllium- und
Vanadiumgehalt der Legierung. Die Ergebnisse deuten daraufhin, dass zumindest
bei den untersuchten Aluminium-Magnesium-Legierungen mit hohem Magnesiumgehalt
eine geringe Menge Beryllium neben dem erfindungsgemässen
Anteil an Vanadium in der Schmelze vorhanden sein muss, damit ein hoher
Verkrätzungwiderstand erzielt werden kann. Andererseits genügt bei einer Zugabe
von Vanadium im erfindungsgemässen Bereich bereits ein Berylliumgehalt
von etwa 25 ppm, um den Verkrätzungswiderstand erheblich zu verbessern.
Charge | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Zn | Ti | Be | V |
1 | 2.36 | 0.08 | 0 | 0.78 | 5.31 | 0 | 0.002 | 0.13 | 0.0011 | 0.072 |
2 | 2.30 | 0.08 | 0 | 0.74 | 5.69 | 0 | 0.01 | 0.11 | 0.0043 | 0.0052 |
3 | 2.37 | 0.08 | 0 | 0.79 | 5.28 | 0 | 0.002 | 0.12 | 0.0026 | 0.080 |
4 | 2.38 | 0.08 | 0 | 0.78 | 5.27 | 0 | 0.002 | 0.08 | 0.0026 | 0.072 |
Charge | Be-Gehalt [ppm] | V-Gehalt [Gew.-%] | Zeit bis zur Verkrätzung [h] |
1 | 11 | 0.072 | 68 |
2 | 43 | 0.005 | 63 |
3 | 26 | 0.080 | 158 |
4 | 26 | 0.072 | 139 |
Claims (6)
- Verfahren zur Verminderung der Anfälligkeit einer Aluminiumlegierungsschmelze mit einem Gehalt von mindestens 2.5 Gew.-% Magnesium gegen Verkrätzung,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schmelze 0.02 bis 0.15 Gew.-% Vanadium und weniger als 60 ppm Beryllium zugegeben wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze 0.05 bis 0.13 Gew.-% Vanadium, vorzugsweise 0.07 bis 0.12 Gew.-% Vanadium zugegeben wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze bei einem Gehalt von mehr als 3.5 Gew.-% Magnesium 25 bis 50 ppm Beryllium, vorzugsweise 25 bis 35 ppm Beryllium zugegeben wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze bei einem Gehalt von weniger als 3.5 Gew.-% Magnesium weniger als 25 ppm Beryllium zugegeben wird.
- Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Gusslegierungen mit2.5 bis 7 Gew.-% Magnesiummax. 2.5 Gew.-% Silliziummax. 1.6 Gew.-% Manganmax. 0.2 Gew.-% Titanmax. 0.3 Gew.-% Eisenmax. 0.2 Gew.-% Kobaltweniger als 60 ppm Beryllium0.02 bis 0.15 Gew.-% Vanadium
- Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 5 zur Herstellung von Druckgusslegierungen.
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