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Verwendung von Al-Mg-Si-Legierungen zur Herstellung von porenarmen
Druckgußteilen Bei der Herstellung von Druckgußteilen aus AlMg-Legierungen, deren
Schmelzung besonders aus Schrott verschiedener Qualität erfolgte, wird mit dem sehr
hohen Ausschuß von fast 50 "/, gerechnet. Nach einem bekannten Verfahren
wurde gefunden, daß die Ausschußursache in der Verunreinigung der Al Mg-Legierungen
mit bis zu 5 0/, Silizium besteht und durch Zusetzen von Elementen der Titangruppe
in Mengen von 0,05 bis 1 "/, der schädliche Einfluß des Siliziums
beseitigt bzw. der Ausschuß auf 6 "/, herabgesetzt werden kann. Dieses Verfahren
betrifft AI-Legierungen, die außer bis zu 5 11/0 Silizium noch
3 bis 15 0/, Magnesium, 0,1 bis 20/, Mangan, 0 bis 20/,
Eisen und 0 bis 10/, Kupfer enthalten.
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Nach einem anderen Verfahren wurde vorgeschlagen, Druckgußlegierungen
mit 7 bis 10 % Magnesium, 1,6 bis 3 "/,) Silizium, vorzugsweise
2 0/, Silizium, herzustellen, die durch Beizen eine saubere helle Oberfläche erhalten,
bzw. die Herstellung einer festhaftenden Schutzschicht.
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Während das erstgenannte bekannte Verfahren die Verwendung von AIM-Legierungen
in der Druckgießerei ermöglicht, deren unerwünschte Siliziumgehalte durch Schrottverwendung
in unkontrollierbaren Grenzen schwanken, sieht das zweitgenannte Verfahren neben
7 bis 100/, Magnesium eine Gattierung von vorzugsweise 20/, Silizium
vor, wobei die erzeugten glatten, warmrißfreien Druckgußteile ihre besondere Zusammensetzung
zum Zweck der Herstellung besonders dekorativ wirkender Beizung erhalten.
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Weiter Untersuchungen wurden mit Aluminiumlegierungen der quasibinären
(AIMg,Si) Zusammensetzung 8,3 0/, Magnesium, 4,5 % Silizium, Rest
Aluminium bekannt. Auch werden versuchsweise Aluminiumlegierungen mit
10,8 "/, Magnesium und 4,5 11/0 Silizium bzw. 12,5 "/, Magnesium und
7,0 0/0 Silizium neben Aluminiumlegierungen mit 4 bis 70/, M.agnesium
und bis zu 2,5 0/0 Silizium in Gegenwart von Kupfer, Nickel bzw. Eisen auch
für warmfeste Zwecke hergestellt. Ihre industrielle Anwendung hingegen unterblieb
mit Ausnahme der letzten Gruppe, wahrscheinlich zufolge ihrer damals ungünstigen
Beurteilung, auch war nicht beabsichtigt, mit diesen Legierungen Druckguß zu fertigen.
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Durch gründliche Untersuchungen, insbesondere an Druckguß, wurde nun
erfindungsgemäß gefunden, daß ausgezeichnete Eigenschaften mit AlMg Si-Legierungen
erhalten werden, deren Gehalte an Silizium und Magnesium den Konzentrationen der
Schmelzrinne zwischen den beiden aluminiumreichen ternären Eutektika im System AlMg
Si entsprechen, begrenzt durch
13 0/, Silizium einerseits und
15 "/,
Magnesium andererseits. Nach dieser im Gegensatz zur bisherigen Verfahrensweise
stehenden Erkenntnis ist zur Verbesserung der Druckgußproduktion der Siliziumgehalt
der magnesiumhaltigen Legierungen beträchtlich zu erhöhen. Die Arbeitsanweisung
zur Herstellung derartiger Legierungen bzw. zu verwendenden Legierungen unterscheidet
sich von bisherigen Vorschlägen dadurch, daß in einem bestimmten Verhältnis zueinander
stehende Gehalte an Silizium und Magnesium zulegiert werden. Die Konzentration an
Silizium und Magnesium sind etwa die in der Tafel
1 gezeigten:
| Tafel 1 |
| 13,0 % Si 4,5 0/, Mg |
| 10 o/' si 5 % Mg |
| 7,5 o/' si 6 0/0 Mg |
| 5 0/, Si 7,5 o/' Mg |
| 4 0/, Si 8,5 0/, Mg |
| 2,7 % Si 10 o/') Mg |
| 2,0 0/, Si 12 0/0 Mg |
| 1,5 o/' si 15 0/, Mg |
Die durch die Schmelzrinne bestimmten Gehalte an Magnesium und Silizium sollen vorzugsweise
nicht mehr als um
0,501, unter- oder überschritten werden, wenn auch mit
dieser Abweichung lediglich eine Arbeitsanweisung erfolgt. Eine nahe der Schmelzrinne
und etwa parallel dazu verlaufende Abweichung der Konzentrationen, also gleichläufig
zur Schmelzrinne, ist für die Produktion von Druckgußteilen noch geeignet. Der Richtwert
für den Silizium- und Magnesiumgehalt wird aber immer durch die Schmelzrinne zwischen
den ternären Eutektika bestimmt.
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Während nach dem einen bekannten Verfahren der ungünstige Einfluß
zufällig erhaltener hoher Siliziumgehalte durch Gattierung von Titan oder Zirkonium
verhindert werden muß, konnten nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag auch bei hohen
Siliziumgehalten
keine Nachteile gefunden werden. Die für die Druckgußproduktion
gefundenen beträchtlichen Vorteile sind dabei als Ergebnis der aufeinander abgestimmten
Silizium- und Magnesiumgehalte erzielt worden. Eine zusätzliche weiter unten beschriebene
Gattierung von Titan und/oder Zirkonium, gegebenenfalls neben Mangan und Chrom,
letztere auch einzeln zulegiert, dienen in der üblichen Weise zur Verbesserung des
Korrosionswiderstandes. Bei Anwendung des einen Elementes kann auf das andere verzichtet
werden.
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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzungen zeigen bei steigenden
Siliziumgehalten fallende Magnesiumgehalte im Sinne der Tafel 1.
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Bei einem Arbeiten nach dem zweiten bekannten Verfahren können die
erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen eben nur zufällig und außerdem in einem
nur eng begrenzten Gebiet erhalten werden, während mit dem erstgenannten bekannten
Verfahren die verbessernde Wirkung eines hohen Siliziumgehaltes verneint wird, ist
nach dem zweiten Verfahren der Siliziumgehalt in der Regel außerhalb der Konzentrationen
nach Tafel 1 einzustellen.
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Diese Maßnahme steht aber dem erfindungsgemäßen Vorschlag direkt entgegen.
Durch die Forderung einer in der Regel vorzunehmenden Anwendung von Konzentrationen
außerhalb der Schmelzrinne können die notwendigen optimalen Eigenschaften nicht
erreicht werden.
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Die im Rahmen der Erfindung durchgeführten Untersuchungen erstrecken
sich im einzelnen auf AlMgSi-Legierungen, deren Magnesiumgehalte nicht restlos zu
MgSi gebunden werden und solchen, deren Magnesiumgehalte in der Legierung nur als
Mg.Si vorliegen. Der erstere Fall ist mit den magnesiumreichen Konzentrationen nach
Tafel 2 gezeigt, der zweite Fall mit den siliziumreicheren Legierungen, deren Magnesium
restlos zu Mg,Si gebunden ist, nach Tafel
3.
Letztere Legierungen werden durch
die Schmelzrinne bestimmt, die vom quasibinären Eutektikum Al Mg, Si zum siliziumreicheren
ternären Eutektikum führt.
| Tafel 2 |
| 4,0 0/0 Si 8,6 Mg Rest Al |
| 3,5 % Si 9,0 Mg Rest Al |
| 3,3 % Si 9,25 l)/, Mg Rest AI |
| 2,6 % Si 10,3 0/0 Mg Rest Al |
| 2,5 0/,) Si 10,5 % Mg Rest Al |
| 2,0 ()/0 Si 11,9 0/0 Mg Rest
Al |
| 1,5 bis 1,0 % Si 14,0 0/0 Mg Rest
Al |
| 1,3 bis 0,5 ()/, Si 14,8l)/,M- Rest
Al |
| Tafel 3 |
| 4,75 % Si 8,25 % Mg Rest Al |
| 6,5 % Si 6,6 "/, Mg Rest Al |
| 7,2 0/0 Si 5,8 l)/, Mg Rest Al |
| 9,4 0/0 Si 5,0 "/, Mg Rest Al |
| 10,85 % Si 5,10/0 Mg Rest AI |
| 13,0 % Si 4,7 0/0 Mg Rest Al |
Je nach dem Verwendungszweck der Legierungen können diese noch Gehalte an Kupfer,
Nickel, Mangan, Zirkonium, Titan, Calcium und Beryllium haben. Der Anteil an Kupfer
und Nickel sollte nicht über die in Tafel 4 genannten Werte hinausreichen. Die Elemente,
deren Gattierung entweder auf die technologischen Eigenschaften, die Gießbarkeit,
das Gefüge oder die Ausbildung des Kornes von Vorteil sind, gibt die Tafel 4 wieder.
| Tafel 4 |
| Mengen der zulässigen Elemente |
| Element in den Legierungen in den Legierungen Bemerkung |
| nach Tafel 2 nach Tafel 3 |
| Cu 1,501, 2,50/, Die Summe beider Elemente soll
unter 75 % der |
| Ni 1,5010 2,5% Summe der zulässigen Prozentgehalte
liegen |
| Mn 0,5010 0,5% |
| Cr 0,5()1, 0,50/, |
| 0,30/, Einzeln oder in Kombination. An Zr genügen prak- |
| Zr 0,30/0 tisch Mengen < 0,10/0. Ti in Mengen
etwa von |
| Ti 0,30/, 0,30/, 0,1501, |
| Ca 1,20/0 1,20/0 maximal 0,005 11/0 nur bei sehr hohem
Mg-Gehalt und |
| Be 0,00501, 0,005 O#/0 schwierigen Gußteilen |
Insbesondere richten sich die Gehalte an Mangan, Chrom, Zirkonium und Titan auch
nach dem jeweiligen Eisengehalt, während der Calciumgehalt von letzterem unabhängig
nur nach dem Verhältnis von Magnesium und Silizium der Schmelze zuzugeben ist. Die
Höhe der einzelnen Zusätze muß den Betriebsbedingunen angepaßt werden. Sie sind
abhängig von der Einsatzart. Eine Verringerung der Neigung zur Einschlußbildung
in den Druckgußteilen wird durch Beryllium bewirkt.
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Aus im Rahmen der Erfindung durchgeführten Untersuchungen ergab sich
eine bisher für industrielle Zwecke nicht genutzte hohe Fließfähigkeit, die um 40
bis 70 % höher liegt, als die bisher maßgeblich angewendeten AlSi-Legierungen
aufweisen. Untersuchungen der Warmrißneigungen an sehr sperrigen dünnwandigen Stücken
zeigten, daß durch formtechnische Maßnahmen eine Anfälligkeit zu Warmrissen vermieden
werden kann, wenn Konzentrationen mit geringeren Magnesiumgehalten aber höheren
Siliziumgehalten gewählt werden.
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Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen
besteht darin, daß Druckgußstücke des vorgeschlagenen Legierungstyps keine Neigung
zeigen, bei nachträglicher Erwärmung sogenannte Bläschen oder Warzen zu bilden.
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Die Polierbarkeit dieser Legierungen ist besonders gut. Die Gußstücke
zeigen nach dem Polieren einen chromartigen Glanz.
Mit besonderem
Vorteil lassen sich die aus den er:findungsgemäßen Legierungen hergestellten Druckgußteile
anodisch oxydieren und die so erzeugten schichten färben. Auch lassen sich metallische
Deckschichten gut aufbringen. Ebenso kann der erfindungsgemäß hergestellte Druckguß
hervorragend emailliert werden.
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Auch können vorteilhaft die erfindungsgemäß hergestellten Druckgußteile
für warmfeste Zwecke verwendet werden.