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Verwendung einer Aluminiumlegierung zur Herstellung von selbstaushärtenden
Druckaußstücken Es besteht die allgemeine Aufgabe, im Druckgußverfahren aus Aluminiumlegierungen
Gegenstände herzustellen, an die der Gebrauch bezüglich Härte und Festigkeit besondere
Anforderungen stellt, bei denen der Gebrauch z. B. eine Härte von 100 bis 120 kg/mm2,
eine Festigkeit von 25 bis 30 kg/mm2 sowie ausgezeichnete Festigkeits- und Härtewerte
auch im warmen Zustand von etwa 300° C und gegebenenfalls mehr verlangt. Diese Forderungen
bestehen beispielsweise und insbesondere für Bügeleisensohlen aus Aluminiumlegierungen,
wo die genannten Festigkeitseigenschaften, darüber hinaus auch im heißen Zustand
bei Temperaturen von etwa 300° C noch ausgezeichnete Härte verlangt werden, damit
z. B. die Bügeleisensohle beim Bügelvorgang an Reißverschlüssen, Knöpfen, Haken
und anderen metallischen Teilen des zu bügelnden Gutes nicht beschädigt wird, sondern
im Gebrauch vollständig glatt bleibt.
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Als Druckgußlegierungen sind zunächst Aluminiumlegierungen im wesentlichen
folgenden Aufbaus bekannt: 10 bis 13% Silicium, bis zu 4,501o Kupfer, Rest Aluminium
mit den üblichen Verunreinigungen bei sehr geringen Magnesiumgehalten von unter
und wesentlich unter 0,10/0. Aus derartigen Legierungen im Druckgußverfahren hergestellte
Gegenstände besitzen aber für viele Zwecke und insbesondere als Bügeleisensohlen
nicht ausreichende Festigkeit und Härte, und zwar auch dann nicht, wenn mehr oder
weniger komplizierte Wärmebehandlungen zum Zwecke der Härtung oder Aushärtung durchgeführt
werden. - Legierungen des grundsätzlichen Aufbaus aus Silicium und Kupfer sind auch
mit höheren Magnesiumgehalten von 1% und mehr bekannt. Derartige Legierungen mit
erhöhtem Magnesiumgehalt sind jedoch als Druckgußlegierungen nicht zu verwenden,
und zwar aus mehreren Gründen nicht: Eine der bekannten Legierungen mit erhöhtem
Magnesiumgehalt neigt zur Warmrissigkeit und Versprödung, eine andere der genannten
Legierungen eignet sich deshalb nicht, weil die erforderliche Härte und Festigkeit
nur durch besondere Wärmebehandlung erzielt werden kann, nämlich dadurch, daß die
Legierung zur Härtung einer Lösungsglühung unterworfen wird. Lösungsglühungen sind
jedoch bei Druckgußstücken nicht möglich, da sich dann aus der unvermeidlich vorhandenen
Luft Gasblasen auf der Gußstückoberfläche bilden. Diese bekannten Legierungen des
grundsätzlichen Aufbaus aus 10 bis 13'% Silicium und bis zu 4,5% Kupfer bei einem
schwankenden Gehalt an Magnesium, Rest Aluminium mit den üblichen Verunreinigungen
und zum Teil auch unerläßlichen Nickelgehalten von rund 1% finden vor allem als
Kolbenlegierungen und Lagermetalle Verwendung, nicht aber zur Herstellung von Druckgußstücken
hoher Härte.
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Im übrigen kennt man Aluminiumlegierungen zur Herstellung von Druckgußstücken,
die entweder Kupfer und Silicium, aber kein Magnesium enthalten, oder aber Sand-
und Kokillengußlegierungen, die zwar Kupfer und Magnesium, jedoch kein oder nur
geringe Mengen Silicium enthalten.
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Als Legierung, die zwar Kupfer und Silicium, aber kein Magnesium enthält,
kennt man beispielsweise eine solche mit 2 bis 5,5% Kupfer und 3 bis 15% Silicium
und auch solche mit niedrigeren Gehalten an Silicium.
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Als Legierung mit Kupfer- und Magnesiumgehalten, ohne Siliciumzusatz,
kennt man solche mit etwa 3 bis 5,5 % Kupfer und 0,2 bis 1,5 % Magnesium.
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Bei allen diesen letztgenannten Legierungstypen ist im übrigen zur
Erzielung hoher Härte und Festigkeit eine Wärmebehandlung durch Lösungsglühung kurz
unterhalb des Soliduspunktes und Abschrecken erforderlich. Durch diese Lösungsglühung
soll die spröde Kupfer-Aluminium-Verbindung CuAl, in der Grundmasse gelöst und das
Silicium von der Nadel-und Plattenform in eine rundliche und feiner verteilte Form
übergeführt werden. Solche Lösungsglühungen sind jedoch sehr aufwendig und bei Druckgußteilen
wegen Verziehens und Bläsenbildung nicht durchführbar.
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Zusammenfassend ist also festzustellen, daß die bekannten Aluminiumgußlegierungen
stets geringere Zusätze jeweils an Magnesium, Kupfer oder Silicium aufweisen und
außerdem stets zum Zwecke der Aushärtung einer besonderen Wärmebehandlung zu unterziehen
sind.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Legierung des grundsätzlichen
Aufbaus aus 10 bis
13% Silicium und einigen Prozent Kupfer, Rest
Aluminium mit den üblichen Verunreinigungen und einem Gehalt an Magnesium so einzurichten,
daß sie ohne besondere Wärmebehandlung für die Herstellung von selbst aushärtenden
Druckgußstücken mit hoher Härte, insbesondere für die Herstellung von Bügeleisensohlen
mit hoher Härte, auch im erwärmten Zustand von etwa 300° C und mehr, geeignet ist.
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Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Aluminiumlegierung
aus 10 bis 139/o Silicium, 3 bis 70.'o Kupfer, über 0,1 bis unter 0,8% Magnesium,
Rest Aluminium einschließlich der üblichen Verunreinigungen zur Herstellung von
selbstaushärtenden Druckgußstücken hoher Gebrauchshärte von z. B. 100 bis
120 kg/mm`=. Insbesondere ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer Legierung
des genannten Aufbaus mit durch Wahl des Siliciumgehaltes eutektisch oder naheutektisch
eingestelltem Gefüge für den genannten Zweck. Dabei kann ein zusätzlicher Zinkgehalt
bis zu 10% betragen. Vorteilhaft ist es auch, die Legierung durch einen Natriumzusatz
in üblicher Höhe, d. h. bis zu 0,05%, zu veredeln.
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Spezieller ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer Aluminiumlegierung
aus 10 bis 13114 Silicium, 3 bis 7% Kupfer, einem Gehalt an Magnesium zwischen 0,1
und 0,8%, gegebenenfalls Zink bis 10%, Rest Aluminium und übliche Verunreinigungen
für die Herstellung von Bügeleisensohlen durch Druckguß.
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Überraschenderweise besitzen die erfindungsgemäßen Legierungen im
Rahmen der eingangs angegebenen Gehaltsgrenzen hinreichende Härte und Festigkeit
ohne besondere Wärmebehandlung. So werden durch die Verwendung der genannten Legierungen
dem Druckguß Anwendungsgebiete erschlossen, die sich dem Druckguß mangels geeigneter
Legierungen und mangels Aushärtungsmöglichkeiten bisher verschlossen haben.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei der erfindungsgemäßen Legierung
die Warmhärte mit dem Kupfergehalt steigt. Bei der erwähnten, erfindungsgemäßen
Einstellung des Eutektikums ergeben sich die für den Druckguß erwünschten Vorteile
bezüglich der Dünnflüssigkeit einerseits sowie die Warmfestigkeit der erfindungsgemäßen
Legierung andererseits. Endlich sei noch erwähnt, daß Festigkeit und Härte günstig
sich dadurch beeinflussen lassen, daß die Legierung nach dem Guß einer beschleunigten
Abkühlung unterworfen wird. Der Abkühlvorgang kann auch in mehreren Stufen durchgeführt
werden, beispielsweise so, daß bis auf etwa 100° C beschleunigt und danach ohne
besondere Beeinflussung des Abkühlvorganges abgekühlt wird.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Verwendet man eine
Legierung der folgenden Richtanalyse
| Cu ........ 3,42 Mn ........ 0,39 |
| Zn ........ 1,08 Mg ... .. . . . 0,44 |
| Si ......... 11,32 Pb ......... 0,13 |
| Fe ........ 0,70 Sn ......... 0,08 |
| Ni ........ 0,21 Ti ......... 0,04 |
so erhält man für die unveredelte Legierung eine Zugfestigkeit von 22 bis 25 kgImm2,
eine Dehnung von 0 bis 1,7, d. h. eine mittlere Dehnung von 0,6%, eine Härte nach
dem Auslagern (in Brinell) von
110
bis 118 kg/mm2, eine Härte nach 46stündigem
Glühen von 270c C (d. h. einer für die Abnahme üblichen Probeglühung) von 93 bis
94 kg/mm'. Schreckt man die genannte Legierung direkt nach dem Guß ab, so ergeben
sich eine Festigkeit von 25 bis 29 kg/mm', eine Dehnung von 0 bis 1,7, d. h. eine
mittlere Dehnung von 0,8%, eine Härte nach Auslagerung von 112 bis
126 kg/mm2
und nach der erwähnten 46stün= digen Glühung auf 270° C eine Härte von 83 bis 85
kg/mm2.
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Die obengenannte Legierung kann durch Natriumzusätze veredelt werden.
Dann ergeben sich ohne Abschreckung eine Zugfestigkeit von 24 bis 26 kg,/mm22, eine
Dehnung von 0 bis 1,7, d. h. eine mittlere Dehnung von 0,80!o, eine Härte nach Auslagerung
von 110 bis 118 kg/ 'mm-' und nach der 46stündigen Erwärmung auf
270`C eine Härte von 87 kg/mm2.
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Durch Abschreckung verändern sich diese Werte wie folgt:
| Zugfestigkeit .... . .... 29 bis 32 kg
mm' |
| Dehnung ............ 1,20/0 |
| Härte nach der Auslagz- |
| rung . . . . . . . . . ..... 115 bis 128 kg'mm2 |
| Härte nach der mehr- |
| fach angegebenen |
| 46stündigen Glühung 82 bis 84 kg mm= |
Erhöht man bei der angegebenen Legierung den Kupfergehalt auf etwa 5,60/0, so erhält
man eine Härte nach Auslagerung von 129 bis 140 kg/mm2 und nach der angegebenen
Wärmebehandlung eine Härte von
100 bis 104 kg/mm-° für die veredelte Legierung.
Glüht man 10 Stunden bei 300° C, so beträgt die Härte immer noch 91 kg/mm2.