DE2214213A1 - Vergießbare Aluminiumlegierung - Google Patents

Description

DIPL.-ING. KLAUS BBHN

DIPL-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER 2 2 1 A 2 1 3

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 22 Wl DpNMAYERSTRASSE β

TEL. (0811) 22 25 30-29 5192

23. März 1972 Uns. Zeichen: A 85 72 - B/La

Firma FUJI DENKI SEIZO KiLBUSHIKI KAISHA, 1-1," lanabeshinden, Kawasaki-Shi, Kanagawa-Ken, Japan.

Vergießbare Aluminiumlegierung

Die Erfindung "betrifft Aluminiumlegierungen, die zum Vergießen geeignet sindo Insbesondere ΐ>βζ1©ηΐ sieh die Erfindung auf eine neue und Torteilhafte.lluminiumlegienoig5 die vergießbar ist und die eine verhältnismäßig niedrige elektrische Leitfähigkeit, einen hohen Korrosionswiderstand, ausgezeichnete Gieß eigens chatten und hervorragende mechanik sehe Dehnungseigenschaften aufweist_o -

Legierungen dieser Art "besitzen Eigenschaften, die sie für die Herstellung von Eotorleitern von Käfigläufer·= Induktionsmotoren geeignet machen, die große Anlaufdrehmo=

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mente hervorrufen, und die geeignet sind für Gußstücke, die eine hohe Korrosionsfestigkeit aufweisen sollen.

Die Rotorleiter von. Käf igläuf er-Induktionsmotoren werden im: allgemeinen aus Aluminium hergestellt. In Fällen, in denen hohe Anlaufdrehmomente gefordert werden, werden Aluminium!egierungen mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit verwendet, wo"bei die Rotorleiter in jedem Falle durch Spritzguß oder Dauerformguß hergestellt werden.

Die für diesen Zweck bisher verwendeten Aluminiumlegierungen sind Aluminium-Silizium-Legierungen, und Aluminium-Silizitutt-Eupf er-Legierungen und andere Legierungen, jedoch haben diese !legierungen niclit alle Erwartungen erfüllt, weil sie einen oder mehrere Kachteile, wie unerwünscht hoh& Leitfähigkeit, schlechte ßießfähigkeit und schlechte mechanische Dehnung aufwiesen.

Es ist fers.03?" tauter der Saseichnung Bydro-Nalium eine /^lΏEisl!ΛZ»■KζLgaesi^uκ■-I!egieΓι·.r'.g -bekannt, die vergießbar is'ö uzl die ausgezeislmete Korrosions-Widerstandsfähigkedt bssitst uad die infolgedessen für die Herstellung verssMelsiisi? Gußteile verwendet worden ist,

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die in korrodierenden AtJimoSphären benutzt werden. Diese· Legierung besitzt jedoch sehr schlechte Gießeigenschaften, insbesondere bezüglich der Dünnflüssigkeit beim
Gießen, und es ergeben sich mit dieser Legierung zahlreiche Probleme bei der Herstellung.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer vergießbaren Aluminium-Legierung, die verhältnismäßig niedrige Leitfähigkeit besitzt und gleichzeitig ausgezeichnete Gießeigenschaften und eine ausgezeichnete mechanische Dehnung aufweist. Ein weiteres
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer gießfähigen
Aluminiumlegierung, die in besonderem Maße geeignet ist für die Verwendung bei der Herstellung von Botorleitern von Käfigläufer-Induktionsmotoren, die hohe Anlauf drehmoment e aufweisen sollen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer gießfähigen Aluminium-Legierung, die in besonderem Maße geeignet ist für die Herstellung von Gußteilen, die einen honen Korrosions-Widerstand aufweisen sollen und die als elektrisches Leitermaterial und/oder mechanische Konstruktionselemente verwendet werden sollen.

Die oben genannten Ziele, weitere Ziele und

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Vorteile werden gemäß der Erfindung dadurch, erreicht, daß dem Aluminium Mangan und Chrom und/oder Zirkon zugefügt wird. Es ist ferner festgestellt worden, daß durch einen Zusatz von Titan zu den oben erwähnten Legierungselementen sogar noch eine Verbesserung der Eigenschaften der Aluminiumlegierung erreicht werden kann.

Es ist festgestellt worden, daß dem Aluminium zweckmäßig 0,1 bis 5,0 Gewichts-% Mangan und 0,1 bis 1,0 Gewichts-% und/oder 0,1 bis 1,0 Gewichts-% Zirkon zugesetzt werden können. Besonders zweckmäßig ist der Zusatz von 0,1 bis 5,0 Gewichts-% Mangan, 0,1 bis 1,0 Gewichts-% Chrom und/oder 0,1 bis 1,0 Gewichts-% Zirkon sowie 0,1 bis 1,0 Gewichts-% Titan. Dabei wird eine Legierung geschaffen, die einen guten Korrosions-Widerstand, gute Gießeigenschaften und mechanische Eigenschaften aufweist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die mit einer Betrachtung allgemeiner Merkmale beginnt und die abschließt mit besonderen praktischen Beispielen, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.

Die Gründe für die Verwendung der oben angege-

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benen zusätzlichen Legierungselemente "und für den Zusatz dieser' Elemente in den oben angegebenen Mengen sind folgende:

Mangan bewirkt eine Verbesserung des Korrosions-Widerstandes, der Gießeigenschaften und der mechanischen Eigenschaften der Aluminium-Legierung, und es bewirkt ferner eine Erniedrigung der elektrischen Leitfähigkeit der Legierung. Es ist aber, festgestellt worden, daß bei einem Zusatz von Mangan in einer Menge von weniger als 0,1 Gewichts-% dessen Wirksamkeit bezüglich der Verringerung der Leitfähigkeit und der Verbesserung des Korrosions-Widerstandes unzureichend ist. Wenn andererseits die zugesetzte Menge größer als 5,0 Gewichts-% ist, hat sich gezeigt, daß das Mangan die Neigung hat, aus der Legierung als Mangan-Verbindungen auszuscheiden. Ferner ist ein Ansteigen der Leitfähigkeit und eine Abnahme der mechanischen Eigenschaften beobachtet worden. Infolgedessen liegt der für einen Zusatz geeignete Bereich für Mangan zwischen 0,1 bis 5,0 Gewichts-%.

Chrom bewirkt eine Erniedrigung der Leitfähigkeit und eine Verbesserung des Korrosions-Widerstahdes von Aluminium-Legierungen. Es ist jed-och festgestellt

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worden, daß bei einem Zusatz an Chrom in einer Menge weniger als 0,1 Gewichts-% diese Wirkung gering ist, während bei einem Zusatz von Chrom in einer Menge von mehr als 1,0 Gewichts-% die Verringerung der Leitfähigkeit aufhört und die Gießeigenschaften, insbesondere die Dünnflüssigkeit, schlecht werden. Infolgedessen liegt der Bereich geeigneter Zusätze an Chrom zwischen 0,1 bis 1,0 Gewichts-%.

Zirkonium verbessert die Gießeigenschaften (die Zeit der DünnflüssigkeitO von Aluminium-Legierungen und es bewirkt eine Verringerung der Leitfähigkeit. Wenn es jedoch in einer Menge zugesetzt wird, die unterhalb 0,1 Gewichts-% liegt, sind diese Wirkungen nicht deutlich erkennbar. Wenn die zugesetzte Menge größer als 1,0 Gewichts-% ist, tritt eine Ausscheidung an Zirkonium ein, und es ergibt sich eine Neigung in Richtung auf die entgegengesetzte Wirkung, nämlich einer Erhöhung der Leitfähigkeit und einer Verringerung der Korrosionsfestigkeit. Infolgedessen kann gesagt werden, daß der geeignete Bereich eines Zusatzes an Zirkonium zwischen 0,1 bis 1,0 Gewichts-% liegt.

Titan bewirkt eine starke Erniedrigung der Leit-

*Fließlänge

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fähigkeit von Aluminium-Legierungen, wenn es in Kombination mit Chrom oder Zirkonium oder mit "beiden zugesetzt wird. Jedoch ist eine zugesetzte Menge an Titan von weniger als 0,1 Gewichts-% nicht "besonders wirksam bezüglich einer Erniedrigung der Leitfähigkeit, während bei einer zugesetzten Menge von mehr als 1,0 Gewichts-% sich eine Sättigung dieser Wirkung einstellt. Infolgedessen liegt ein geeigneter¹ ■ Bereich eines Zusatzes an litan zwischen 0,1 bis 1,0 Gewichts-%.

Es ist festgestellt worden, daß eine Aluminium-Legierung, die die oben angegebenen Zusatzelemente in den erfindungsgemäß angegebenen Mengen enthält, eine elektrische Leitfähigkeit in der Größenordnung von 15 bis 40 % IACS besitzt und einen ausgezeichneten Korrosions-Widerstand, ausgezeichnete Gießeigenschaften und mechanische Eigenschaften aufweist. ' -

Dadurch, daß eine erfindungsgemäße gießfähige Aluminiumlegierung eine Leitfähigkeit in der Größenordnung von 15 bis 40 % IACS hat, also einen beträchtlichen Leitfähigkeitsbereich umfaßt, ist es möglich, die Leitfähigkeit einer Aluminium-Legierung zum Gießen von Rotoren mit Schlitzen einer bestimmten Form für Käfigläufer-Induktionsmotor en in einem weiten Bereich zu wählen, so

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daß Motoren mit verschiedenen Anlaufdrehmoment-Charakteristiken hergestellt werden können und damit eine wesentliche Rationalisierung in der Herstellung von elektrischen Motoren erreichbar ist.

Um die Art und die Nützlichkeit der Erfindung noch genauer zu erläutern, werden die folgenden spezifischen praktischen Beispiele und Ergebnisse von Aluminium-Legierungen angegeben, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen. Es ist selbstverständlich, daß diese Beispiele nur zur Erläuterung gegeben werden und sie die Erfindung nicht beschränken.

Beispiele (Legierungen (1) bis (6)

Sechs Legierungen mit jeweils verschiedener chemischer Zusammensetzung, deren Zusammensetzung aber innerhalb der Erfindung liegt, sind hergestellt worden. Die Zusammensetzungen (Gewichts-%) dieser Legierungen 1 bis 6 sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

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TABELLE

Legierung	Zusammensetzung (Gewichts-%)	Gr	Mn	Ti	Zr	Al
1 ' 2 3 4 . 5 6	0r46 0,48 0,49 O712 0711	4;00 3,97 Or53 Or32 0,31	0,49 0,22 0;28	0,29 0,26 0,11 0,21 0,10	Rest Rest Rest Rest Rest Rest

Diese Aluminium-Legierungen wurden in folgender Weise hergestellt. Die Bezeichnung JIS ist die Abkürzung für Japanese Industrial Standard.

In einem Schmelztiegel mit Aluminium hoher Reinheit wurden die verschiedenen Legierungs-Elemente in den angegebenen Mengen eingegeben durch Verwendung, entsprechender Mutter-Legierungen zu dem JIS Aluminium-Grundmetall. Jede der sich ergebenden Mischungen wurde geschmolzen und in eine Form für Zugfestigkeitsproben No. 4, JIS Z 2201

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(Zugfestigkeitsproben für Metalle) gegossen.

Von jeder Legierung wurden Zugfestigkeitsproben No. 4- und Proben (jede 10 χ 10 χ 1^0 mm) für die Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeit hergestellt, und es wurden die Zugfestigkeit und die Leitfähigkeit gemessen.

Ferner wurde jede Legierung zur Untersuchung der Gießeigenschaften in eine Graphitform für eine Zentrifugal-llüssigkeits-Untersuchung gegossen, und es wurde die IPließlänge gemessen, indem die Legierung bei einer Temperatur von 760 C vergossen wurde. Zusätzlich wurde jede Legierung einer Prüfung auf Rißanfälligkeit unterzogen durch Anwendung des Ringgußverfahrens, und es wurde dann die Probe auf das Auftreten von Rissen untersucht. Jede Legierung wurde außerdem auf das äußere Aussehen hin untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

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TABELLE

	Leitfähig keit (% IAGS)	Zugfestig keit 2 (Kg/mm )	Den- FIieß- nung länge (%) (mm)	• 8
Legie rung	15,6	12,0	8,5 500	Ergebnis der Riß- unter suchung
1	16,5	12,5	14,0 460	gut
2 -·.	17,0	11,6	10,0 430	gut
3	27,0	11,0	56,0 940	gut
' 4	51,2	10,5	58-0 980	gut
5	55,8	9,8	5B,0 960	gut
6			gut

Die in !Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse lassen erkennen, daß die erfindungsgemäßen Legierungen einen weiten Bereich der Leitfähigkeit einnehmen und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweisen, wie sich insbesondere aus den angegebenen Dehnungen ergibt, und daß die Legierungen ebenfalls ausgezeichnete Gießeigenschaften aufweisen, wie es sich aus den Ergebnissen der Untersuchung für die Fließlänge und der Rißuntersuchung ergibt.

Außerdem wurde eine Untersuchung der Korrosions-

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festigkeit bei den angegebenen Legierungen durchgeführt, die ausgezeichnete Ergebnisse gezeigt hat, welche die Korrosionsfestigkeit von Hydronalium übersteigen.

Es können also die erfindungsgemäßen gießfähigen Aluminiumlegierungen vorteilhaft in der Herstellung von beispielsweise Rotorleitern von Käfigläufer-Induktionsmotoren verwendet werden und ferner auch für Gußgegenstände, die in korrodierenden Atmosphären benutzt werden.

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Claims (2)

PATEITAHSPBÜCE.E

1. Gießfällige Aluminiumlegierung, gekennzeichnet

durch folgende Zusammensetzung:

-0,1 bis 5,0 Gewichts-% Mangan . .

0,1 Ms 1,0 Gewichts-% Chrom und/oder 0,1 Ms 1,0 Gewichts-% Zirkonium

Rest Aluminium.

2.. Gießfähige Aluminiumlegierung, gekennzeichnet

durch folgende'Zusammensetzungs

0,1 Ms 5,0 Gewichts-% Mangan

0,1 Ms 1,0 Gewichts-% Chrom und/oder 0,1 Ms 1,0 Gewichts-% Zirkonium

0,1 Ms 1,0 Gewichts-% Titan

Rest Aluminium

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