Behandlung einer Aluminiumlegierungsschmelze

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Anfälligkeit einer Aluminiumlegierungsschmelze mit einem Gehalt von mindestens 2.5 Gew.-% Magnesium gegen Verkrätzung.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] Der Erfindung liegt daher 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.

[0005] Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass der Schmelze 0.02 bis 0.15 Gew.-% Vanadium und weniger als 60 ppm Beryllium zugegeben wird.

[0006] Überraschend hat sich gezeigt, dass durch Zulegieren von Vanadium die krätzevermindemde Zugabe von Beryllium in erheblich kleinerer Menge erfolgen kann als ohne Vanadiumzugabe.

[0007] Bevorzugt wird der Schmelze 0.05 bis 0.13 Gew.-% Vanadium, insbesondere 0.07 bis 0.12 Gew.-% Vanadium zugegeben.

[0008] 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.

[0009] Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der 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

weniger als 60 ppm Beryllium

0.02 bis 0.15 Gew.-% Vanadium

sowie Aluminium als Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen, einzeln max. 0.05 Gew.-%, insgesamt max. 0.15 Gew.-%.

[0010] Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Druckgusslegierungen eingesetzt.

[0011] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

[0012] 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, 3 und 4 weisen einen erfindungsgemässen Vanadiumgehalt auf, die Charge 2 liegt mit ihrem Vanadiumgehalt ausserhalb des erfindungsgemässen Bereichs.

[0013] 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.

Tabelle 1

Charge	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	Be	V
1	2.36	0.08	0	0.78	5.31	0	0.002	0.13	0.0011	0.072
2	2.30	0.08	0	0.74	5.69	0	0.01	0.11	0.0043	0.0052
3	2.37	0.08	0	0.79	5.28	0	0.002	0.12	0.0026	0.080
4	2.38	0.08	0	0.78	5.27	0	0.002	0.08	0.0026	0.072

Tabelle 2

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*)

*) Nicht verkrätzt, Versuch abgebrochen

Ansprüche

1. Verfahren zur Verminderung der Anfälligkeit einer Aluminiumlegierungsschmelze mit einem Gehalt von mindestens 2.5 Gew.-% Magnesium gegen Verkrätzung,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schmelze 0.02 bis 0.15 Gew.-% Vanadium und weniger als 60 ppm Beryllium zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze 0.05 bis 0.13 Gew.-% Vanadium, vorzugsweise 0.07 bis 0.12 Gew.-% Vanadium zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze bei einem Gehalt von mehr als 3.5 Gew.-% Magnesium 25 bis 50 ppm Beryllium, vorzugsweise 25 bis 35 ppm Beryllium zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze bei einem Gehalt von weniger als 3.5 Gew.-% Magnesium weniger als 25 ppm Beryllium zugegeben wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Gusslegierungen mit

2.5 bis 7 Gew.-% Magnesium

max. 2.5 Gew.-% Sillizium

max. 1.6 Gew.-% Mangan

max. 0.2 Gew.-% Titan

max. 0.3 Gew.-% Eisen

max. 0.2 Gew.-% Kobalt

weniger als 60 ppm Beryllium

0.02 bis 0.15 Gew.-% Vanadium

sowie Aluminium als Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen, einzeln max. 0.05 Gew.-%, insgesamt max. 0.15 Gew.-%.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 5 zur Herstellung von Druckgusslegierungen.