EP1090156B1 - Behandlung einer aluminiumlegierungsschmelze - Google Patents

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EP1090156B1 EP99928168A EP99928168A EP1090156B1 EP 1090156 B1 EP1090156 B1 EP 1090156B1 EP 99928168 A EP99928168 A EP 99928168A EP 99928168 A EP99928168 A EP 99928168A EP 1090156 B1 EP1090156 B1 EP 1090156B1
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Aluminium Rheinfelden GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
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    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of aluminum-magnesium cast alloys according to the preamble of claim 1.
  • 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 be scratched after longer periods of standing.
  • 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 proceed.
  • a cauliflower-like scab is formed on the melt, which mainly consists of spinel (MgO ⁇ Al 2 O 3 ) Metal bath is prevented by temperature stratification.
  • EP-A-0 594 509, JP-A-7 197 177 and EP-A-0 110 190 are wrought alloys with a vanadium content to achieve a recrystallization-inhibiting effect or to avoid a coarsening of the grain during homogenization is known.
  • the invention has for its object by alloying Measures a higher scratch resistance for aluminum-magnesium alloys bring about as this with a beryllium additive after the State of the art is possible.
  • the melt is preferred 0.02 to 0.05% by weight of vanadium added.
  • magnesium With a content of more than 3.5% by weight of magnesium, an addition is sufficient from 25 to 50 ppm beryllium, preferably 25 to 35 ppm beryllium. Is the Magnesium content in the melt lower than 3.5 wt .-%, so less than 25 ppm beryllium required to provide high resistance to scratching achieve. With lower requirements for the tendency to scratch, it can even no beryllium is added.
  • a preferred application of the method according to the invention lies in Manufacture of cast alloys with
  • the process according to the invention for production is particularly preferred of die casting alloys.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Magnesium-Gusslegierungen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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.
Aus US-A-5 540 791, EP-A-0 594 509, JP-A-7 197 177 und EP-A-0 110 190 sind Knetlegierungen mit einem Vanadiumgehalt zur Erzielung einer rekristallisationshemmenden Wirkung bzw. Zur Vermeidung einer Kornvergröberung bei der Homogenisierung bekannt.
Der Erfindung liegt 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 ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens sind gegenstand abhängiger Ansprüche.
Überraschend hat sich gezeigt, dass durch Zulegieren von Vanadium die krätzevermindemde Zugabe von Beryllium in erheblich kleinerer Menge erfolgen kann als ohne Vanadiumzugabe, wobei im allgemeinen die Zugabe von Vanadium in einer Menge von weniger als 0.05 Gew.-% auch bei Legierungen mit einem Gehalt von mehr als 5 Gew.-% Magnesium ausreicht.
Bevorzugt wird der Schmelze 0.02 bis 0.05 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 und 3 bis 6 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 <0.001 0.78 5.31 <0.001 0.002 0.13 0.0011 0.072
2 2.30 0.08 <0.001 0.74 5.69 <0.001 0.01 0.11 0.0043 0.0052
3 2.37 0.08 <0.001 0.79 5.28 <0.001 0.002 0.12 0.0026 0.080
4 2.38 0.08 <0.001 0.78 5.27 <0.001 0.002 0.08 0.0026 0.072
5 2.47 0.11 <0.001 0.70 6.29 <0.001 0.006 0.13 0.0033 0.021
6 2.13 0.09 <0.001 0.70 5.61 <0.002 0.005 0.15 0.0025 0.045
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
5 33 0.021 160
6 25 0.045 171

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Magnesium-Gusslegierungen mit einem Gehalt von mindestens 2.5 Gew.-% Magnesium,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Legierung im geschmolzenen Zustand zur Verminderung der Anfälligkeit der Legierungsschmelze gegen Verkrätzung 0.02 bis 0.08 Gew.-% Vanadium und 11 bis 50 ppm Beryllium zugegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze 0.02 bis 0.05 Gew.-% Vanadium zugegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze 11 bis 35 ppm Beryllium zugegeben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Gusslegierungen mit
    2.5 bis 7 Gew.-% Magnesium
    max. 2.5 Gew.-% Silizium
    max. 1.6 Gew.-% Mangan
    max. 0.2 Gew.-% Titan
    max. 0.3 Gew.-% Eisen
    max. 0.2 Gew.-% Kobalt
    0.02 bis 0.08 Gew.-% Vanadium
    11 bis 50 ppm Beryllium
    sowie Aluminium als Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen, einzeln max. 0.05 Gew.-%, insgesamt max. 0.15 Gew.-%.
  5. Verfahren nach Anspruch 4 zur Herstellung von Druckgusslegierungen.
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