DE1800067B2

DE1800067B2 - Aluminium-Silizium-GuBlegierung

Info

Publication number: DE1800067B2
Application number: DE19681800067
Authority: DE
Inventors: Vladimir N. Amosov; Viktor D. Arsinov; Viktor M. Moskau Busarov; Michail I. Kirillov
Original assignee: ZENTRALNY ORDENA TRUDOWOWO KRASNOWO SNAMENI NAUTSCHNO-ISSLEDOWATELSKIJ AWTOMOBILNY I AWTOMOTORNY INSTITUT MOSKAU
Current assignee: ZENTRALNY ORDENA TRUDOWOWO KRASNOWO SNAMENI NAUTSCHNO-ISSLEDOWATELSKIJ AWTOMOBILNY I AWTOMOTORNY INSTITUT MOSKAU
Priority date: 1968-10-01
Filing date: 1968-10-01
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE1800067A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf hitzebeständige Gußlegierungen auf Aluminiumbasis mit einem nie- so drigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten und kann für die Kolben von Verbrennungsmotoren sowie ähnliche Teile verwendet werden, welche bei Hochlemperaturen betrieben werden.

Bekannt sind Gußlegierungen auf Aluminiumbasis, ^a5 welche 15 bis 19°^ Si, 0 bis 2% Mg, 2 bis 5% Cu, 2 bis 5 % Ni sowie als Zusätze Mn, Fe, Co, Cr und/oder Ti, deren Gesamtgehalt zwischen 0 und 5% beträgt (britische Patentschrift 9 i2 959).

Die bekannten Legierungen besitzen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich der Temperaturen von 20 bis 300 C, welcher 19, 5 bis 21, 5· 10 'Grad C ' gleich ist, haben eine Zeitstandfestigkeit bei 300 C im Laufe von 100 Stunden, von σ < 5 kp/mm² und eine Wechselfestigkeit bei 5 ■ 10⁷ Zyklen von ^₁- = 7 bis 10 kp/mm².

In der deutschen Patentschrift 6 70 570 ist eine Aluminiumlegierung beschrieben, die aus 7 bis 25%, vorzugsweise 10 bis 15% Silizium, 0,2 bis 3%, vorzugsweise 0,2 bis 1% Magnesium, 0,3 bis 2%, vor- 4<> zugsweise 0,75% Kupfer, 0,5 bis 6,5%, vorzugsweise 2 bis 5 % Nickel, 0 bis 1 % Mangan, 0 bis 0,5 % Chrom, 0 bis 0,6% Titan sowie als Rest Aluminium besteht. „ Der Aluminiumgehalt beträgt in der Regel nicht weniger als 80%, es sei denn, daß der Siliziumgehalt auf *5 bis zu 25% erhöht wird, wenn die Bearbeitungsfähigkeit der Legierung nicht in erster Reihe in Betracht kommt.

Die bekannte Legierung kann auch andere Legierungsbestandteile, beispielsweise Eisen, das in der Regel als Verunreinigung in siliziumreichen Legierungen enthalten ist, in Mengen enthalten, wie sie üblicherweise in hochwertigen Barren sich finden, ohne die wesentlichen Eigenschaften der Legierung erheblich zu beeinflussen.

Ein besonderes Augenmerk ist dem Kupfergehalt der bekannten Legierung gewidmet. Eine Legierung aus 14% Silizium, ungefähr 2% Nickel, 1% Magnesium und 83 % Aluminium ergibt eine niedrige Brinellhärte von etwa 85 kp/mm*, während eine Legierung mit einem gleichen Gehalt an Silizium, Nickel und Magnesium bei einem gleichzeitigen geringen Gehalt an Kupfer unter ähnlichen Bedingungen eine um 15 bis 25 kp/mm² höhere Brinellhärte als die oben erwähnte besitzt. Für die genannte Al-Si-Ni-Mg- ^6s Legierung mit 0,75 % Kupfer wird für den gegossenen Zustand eine Brinellhärte von ungefähr 85 kp/mm² angegeben, die durch eine spezielle Wärmebehandlung 067

(Glühbehandlung während 2 Stunden bei 530" C, Abschrecken auf Raumtemperatur, Anlassen auf 125 bis 15O⁰C während einer Dauer von ungefähr 25 Stunden) auf 125 bis 130 kp/mm² erhöht werden kann.

Für 2% Kupfer bei sonst gleichen anderen Bestandteilen an Si, Mg und Ni und Glühbehandlung, Abschrecken und Anlassen wird eine Festigkeitssteigeiung auf 34 kp/mm² und für einen Zusatz von 4,5% Kupfer eine Festigkeitssteigerung nur auf 30 kp/mm² angegeben. Daraus folgt, daß für die bekannte Legierung die Festigkeitssteigerung mit steigendem Kupfergehalt abnimmt.

Der bevorzugte Kupfergehalt liegt für die bekannte Legierung somit bei 0,75%. Um für sie eine Brinellhärte von ungefähr 125 bis 130 kp/mm² zu erreichen, ist die obengenannte Wärmebehandlung erforderlich, die insgesamt mindestens 27 Stunden dauert.

Die Aluminium-Silizium-Gußlegierung nach der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Legierung dadurch, daß für die Komponente engere Bereiche angegeben werden, die zudem für einen Teil der Komponenten auch außerhalb der Vorzugsbereiche der bekannten Legierung liegen, aaß Mangan, Chrom und Titan sowie Eisen für einen später noch zu erläuternden Zweck zwingend vorhanden seir müssen und daß der Kupfergehalt außerhalb des Bereichs von 0,3 bis 2% für den Kupfergehalt der bekannten Legierung liegt.

Es handelt sich somit bei der erfindungsgemäßen Legierung Im Hinblick sowohl auf die enger gewählten Bereiche als auch auf die zwingend erforderlichen Komponenten um eine nicht nahegelegte Auswahl aus einer großen Zahl möglicher Legierungen. Der außerhalb des bekannten Bereichs liegende Kupferanteil bei der Legierung nach der vorliegenden Erfindung begründet deren Neuheit und wird durch die bekannte Legierung nicht nahegelegt, denn die Festigkeit nimmt dort mit steigendem Kupfergeha.lt ab.

Die physikalisch-mechanischen Eigenschaften der bekannten Legierungen sind verhältnismäßig niedrig, wodurch die Verwendung derselben für Kolben von Kraftfahrzeugen- und Traktorenmotoren begrenzt wird, welche unter verschärften Bedingungen eingesetzt werden.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.

Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, eine Gußlegierung auf Aluminiumbasis mit einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, einer hohen Warmfestigkeit und Wechselfestigkeit zu schaffen, die für Kolben der unter verschärften Bedingungen betriebenen Kraftfahrzeug- und Traktorenmotoren verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Aluminium-Silizium-Gußlegierung gelöst, die erfindungsgemäß aus 20 bis 22% Silizium, 2,2 bis 3,0% Kupfer, 0,2 bis 0,5% Magnesium, 2,2 bis 2,8% Nickel, 0,2 bis 0,4% Mangan, 0,2 bis 0,4% Chrom, 0,1 bis 0,3% Titan sowie einem Eisengehalt von bis 0,9%, Rest Aluminium besteht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Legierung im üblichen Hüttenverfahren gewonnen. Wie alle übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen wird sie mit einem phosphorhaltigen Stoff modifiziert und mit Chlor oder Chloriden raffiniert. Die Temperatur der Modifizierung und Raffination beträgt 790 bis 85O°C. Die Legierung wird bei einer Temperatur von 780 bis 85O⁰C vergossen.

° 4

Der genannte Siliziumgehalt in der Aluminium- a) Nach dem Hochtemperaturglühen bei 370 ±10° C

legierung läßt neben den guten Gußeigenschafren einen im Laufe von 10 Stunden mit darauffolgender Ab-

niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei etwa kühlung an Luft:

³⁰DiS vSSdensein »on Kupferi» einer Menee von 5 £*Ä? '

8Fi³SP-? r^Nid"';ⁿ *? ^Meov°" S A

2,2 bis 2,8% in der Legierung ist zum Legieren fester Wechselfestiekeit

Aluminiumlösung durch Kupfer und zur Bildung von _{ihd 5} . ₁₀7 Zvklenl 9 bis 12 ko/mm²

nickelhaltigen Phasen T(Al₈Cu₃Ni) und S[Al₁(CuNi)J Zdtstandfestiekek bei' einer

zur Steigerung der Warmfestigkeit der Legierung *o Temperatur 5on300°C"m

erforde^, Der Zusu* von Magnesium in einer ^TlIt^_nSi . 5 bis 6 kp/mm*

Menge von 0,2 bis 0,5% fordert die Erhöhung von

mechanischen Eigenschaften der Legierung bei Zim- b) NachdemNiedertemp-raturglühenbei230±10°C

mertemperatur und bei höheren Temperaturen. im Laufe von 12 Stunden mit darauffolgender Ab-

Der Zusatz von Mangan im Bereich von 0,2 bis 0,4% 15 kühlung an Luft:

erhöht die Beständigkeit der festen Aluminiumlckung. Zugfestigkeit 19 bis 23 kp/mm*

Eine gewisse Menge von Mangan und der Zusatz Bruchdehnune 0 2bis0 5r

von 0,2 bis 0,4 % Chrom beseitigen die Möglichkeit der BrinellhS 100 bis 130TkoW

Bildung von eisenhaltiger Dreistoffphase (AISiFe), wSdSfckrit

welche sonst in Form von Lamellen kristallisiert, die ₃o _{{W 5} . ^ | _k, _{} I0 b]S 13 k /mm}2

die mechanischen Eigenschaften und insbesondere die Zeitstandfestiekeit bei einer

Wechselfestigkeit der Legierung herabsetzen. TemSur von 300° C "ηϊ

Chrom, Mangan und Eisen bilden die Vierstoff- ΐ^Γνοη 125 Stunden 6,0 bis 6,5 kp/mm*

phasen von AlSiCrFe und AlSiMnFe, weiche die

Warmfestigkeit der Legierung steigern. »5 Die Legierung weist einen linearen Wärmeausdeh-

Die Einführung von Titan in die Legierung in der nungskueffizicnten im Bereich der Temperaturen von

Menge von 0,1 bis 0,3% fördert die Feinkornbildung 20 bis 300⁰C, welcher 18,5 bis 19,5 · 10-« Grad C"¹

von primären Siliziumkristallen und im wesentlichen gleich ist, auf.

die Steigerung der Zeitstandfestigkeit. Auf Grund der genannten Eigenschaften kann die

Die erfindungsgemäße AIuminium-Silizium-Gußle- 30 erfindungsgemäße Aluminium-Silizium-Gußlegierung gierung gewährleistet folgende mechanische Eigen- für Kolben von unter verschärften Bedingungen beschaften, die an Kokillengußproben ermittelt worden triebenen Kraftfahrzeug- und Traktorenmotoren versind wendet werden.

Claims

1800 %

Patentanspruch:

Aluminium-Silizium-Gußlegierung, bestehend aus 20 bis 22% Silizium, 2,2 bis 3,0% Kupfer, 0,2 bis 0,5% Magnesium, 2,2 bis 2,8% Nickel, 0,2 bis 0,4% Mangan, 0,2 bis 0,4% Chrom, 0,1 bis 0,3% Titan sowie einem Eisengehalt von bis 0,9%, Rest Aluminium.