DE1483229C2

DE1483229C2 - Verwendung von AlMgSi-GuB-Legienuigen für Zylinderköpfe

Info

Publication number: DE1483229C2
Application number: DE1483229A
Authority: DE
Inventors: Paul 5780 Grimlinghausen Zimmermann
Original assignee: Honsel Werke AG
Current assignee: Honsel Werke AG
Priority date: 1965-09-03
Filing date: 1965-09-03
Publication date: 1980-04-17
Also published as: DE1483229B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von AlMgSi-Guß-Legierungen für Zylinderköpfe.

Als Folge der höheren Anforderungen an die verschiedensten Konstruktionen in der Gegenwart werden auch die metallischen Werkstoffe stärker beansprucht. Diese größeren Belastungen der Werkstoffe treten bei niedrigen und höheren Temperaturen auf. Änderungen in der Zusammensetzung der Legierungen wurden daher notwendig. Einige Legierungen, darunter die warmfesten Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen, stellen eine Ausnahme dar. Sie werden seit Jahrzehnten mit der gleichen früheren Zusammensetzung vergossen.

Versuche zur Verbesserung der AIuminium-Magnesium-Silizium-Legierungen sind vor fast drei Jahrzehnten durchgeführt worden. Diese Untersuchungen betrafen besonders die Verbesserung der Aushärtbarkeit von Legierungen mit 3% Magnesium und 0,8% Silizium. Durch einen Zusatz von Cer konnte das Magnesiumsilizid verfeinert werden. Mit weiteren Zusätzen von 0,8% Zink und 0,8% Mangan, die gemeinsam mit Cer legiert wurden, gelang eine weitere Verbesserung, die allerdings nicht so deutlich wie die durch den Zusatz von Cer war. Diese Legierung fand bis in die jüngste Zeit keine Verwendung.

An anderer Stelle sind später umfangreiche Untersuchungen über die Verwendung von gepreßten Aluminium-Magnesium-Silizium- Legierungen durchgeführt worden, um sowohl die quasibinären als auch ternären und untereutektischen Zusammensetzungen für warmfeste Zwecke nutzbar zu machen. Diese Versuche sind nicht fortgesetzt worden, obgleich auch hier die den Aluminium-Magnesium-Legierungen eigene hohe

35	Zahlentafel 1	Si-Gehalte	Nicht an Si gebundenes Magnesium	Ungefährer Soliduspunkt im System AIMe
	Gesamt-Mg	(°/o)	(%)	CQ
40	(0/0)	0,6 1,0 1,5	2,97 2,27 1,41	604 617 635
	4 4 4	0,6 1,0 1,5	3,77 3,07 2,21	592" 603 615
45	4,8 4,8 4,8	0,6 1,0 1,5	4,47 3,77 2,91	580 592 605
50	5,5 5,5 5,5	0,6 1,0 1,5	5,97 5,27 4,41	557 568 581
	7,0 außer. 7,0 halb 7,0 DIN 1725

Die nicht genormte Legierung mit 7% Magnesium wurde für nachfolgende Vergleiche mit aufgeführt.

Zur Verbesserung des genannten Legierungstyps wurden zahlreiche Untersuchungen durchgeführt. Diese Untersuchungen stützen sich auf die Arbeitshypothese, daß die Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen für hohe Beanspruchungen, insbesondere thermischen Wechselbeanspruchungen, aufeinander abgestimmte Magnesium- und Siliziumgehalte besitzen müssen und die nicht an Silizium gebundenen freien Magnesium-Gehalte die Löslichkeit des Magnesiums im Aluminium bei Raumtemperatur nicht unbegrenzt überschreiten dürfen.

Besonders die Verwendung dieses Legierungstyps für Zylinderköpfe gab Anlaß zur Überlegung, daß eine Rißbildung durch die im Verbrennungsraum vorherrschenden Temperaturen bei höheren Magnesiumgehalten früher einsetzt, weshalb eine Herabsetzung des Magnesiumgehaltes auf niedrigere Konzentrationen auch für eine Heraufsetzung des Soliduspunktes der Legierungen von Vorteil sein mußte.

Zahlreiche Untersuchungen wurden gleichzeitig neben der Untersuchung vom Einfluß der Magnesiumgehalte zur Ermittlung der Einflüsse verschiedener Legierungselemente durchgeführt. Die Schmelzen wurden vor dem Vergießen einer intensiven Entgasung unterzogen und zusätzlich nur solche Elemente zulegiert, durch deren Zusatz nach bekannten Untersuchungen die Löslichkeit für Wasserstoff nicht erhöht wurde. Die Soliduspunkte im System Aluminium - Magnesium — Silizium sollten außerdem nicht maßgeblich

Zahlentafel 2

erniedrig ind zusätzlich die Gefügefeinung verbessert werden.

Es wurde gefunden, daß beim Vergießen der Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen in 300⁰C warmen Kokillen gemäß der Luftfahrt-Norm LN 29 531, eine um so feinere Verteilung des Mg₂Si erhalten wird, je kleiner der nicht an Silizium gebundene Magnesium-Gehalt der Legierung ist, und durch einen erhöhten Mangan-Gehalt in Abwesenheit von Cer und

ίο Zink ein noch feineres Mg₂Si erhalten wird, das bei niedrigem Mg-Gehalt erst bei sehr hoher Vergrößerung mikroskopisch als feinste Ausscheidung erkannt wird. Der Einfluß von Mangan auf die mechanischen Werte ist demzufolge bei Raumtemperatur und höheren Temperaturen überragend. Die Zerreißproben wurden vorher in der bekannten Weise einer Stabilisierungsglühung unterzogen.

Chargen- Analyse in %

Mg

Si

Mn

Fe

Prüfung bei 20" C kp/mm^{2 c}

ÖO,2 öS i

Prüfung bei 300° C
kp/mm² kp/mm² ⁰A

HB pö,2 tfff="- *δ:

Prüfung bei 400° C
kp/mm² —%"

. 00,2 OB <5s

3,6

3,2

5,2

5,4

6,5

6,6

1,04	0,22 0,31	7,6	17,9	7,4	55	6,1	8,4	78,0	2,8	4,3	46,0
		7,9	16,3	4,8	53	6,1	8,9	63,8	2,8	4,7	84,0
						5,5	8,4	44,4
	Mittelwert	7,7	17,1	6,1	54	5,9	8,6	62,1	2,8	4,5	65,0
0,93	0,98 0,3	6,9	20,8	14,3	57	6,4	9,7	42,4	4,1	6,2	78,0
		7,1	20,7	14,9	55	4,9	9,1	36,4
						5,6	9,0	35,4
	Mittelwert	7,0	20,7	14,6	56	5,6	9,3	38,1	4,1	6,2	78,0
1,02	0,93 0,3	10,3	22,2	7,1	64	8,2	11,7	30,6	4,1	6,2	84,0
		10,0	21,0	6,0	64	6,4	11,0	25,8
						7,6	10,5	25,4
	Mittelwert	10,1	21,6	6,5	64	7,4	11,1	27,3	4,1	6,2	84,0
1,02	0,93 0,38	12,9	26,5	8,5	69	9,7	13,6	71,4	5,3	7,8	konnte
											nicht b.
											werd.
		12,1	26,9	10,8	72	10,7	13,4	33,2	5,3	7,8	83,4
						6,2	11,0	41,2
	Mittelwert	12,5	26,7	9,6	70	8,9	12,7	48,6	5,3	7,8	83,4
1,10	0,22 0,23	12,9	23,2	5,1	72	8,7	14,1	konnte	4,1	6,7	85,2
								nicht b.
								werd.
		13,1	23,5	5,3	72	10,1 9,9 9,6	14,7 12,7 13,8	25,6 ion
	Mittelwert	13,0	23,3	5,2	72	9,9	13,9	lo,U 21,8	4,1	6,7	85,2
1,17	0,9 0,36	13,7	23,2	4,0	74	9,2	14,6	24,8	5,1	7,9	97,0
		13,7	24,2	4,9	76	9,4	13,6	18,0
						9,5	14,0	18,6
	Mittelwert	13,7	23,5	4,4	75	20,5	5,1	7,9	97,0

Der Zusatz von Mangan soll nicht über die im System Aluminium—Mangan bekannte maximale feste Löslichkeit hinaus erfolgen, aber auch nicht unter 0,6% liegen.

Die Verfeinerung des Mg₂Si durch Mangan hat keine Gemeinsamkeit mit der Einformung der spießigen, nadeligen Eisenaluminide durch Mangan in Aluminium-Silizium-Legierungen mit geringen Magnesium-Gehalten von Null bis zu etwa 0,6%. Zwar kann in Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen mit Fe-Gehalten von 1,25%, derartige Gehalte treten in solchen Gußlegierungen üblicherweise dann als Verunreinigungen auf, wenn Schrott mit zwangsläufig hohen Beimengungen zugegeben wird, und die zu den zulässigen Verunreinigungen nach DIN 1725 vom Juni 1959, Druckguß-Legierungen, Blatt 2, Seite 8, zählen, nach der die Legierungen GD-AlMg 9 und GD-AlMg 8 (Cu) 0,6 bis 1,2% Eisen enthalten können, durch höhere Mangan-Gehalte das Mg₂Si verfeinert werden, nicht aber wie bei Aluminium-Silizium-Legierungen eine so Einformung des Eisenaluminids zu einer Mehrstoff-Verbindung erfolgen. Die Legierungen haben niedrigere Dehnungs- und Festigkeitswerte, wie die Zahlentafel 3 zeigt.
Die bei Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen nach Zahlentafel 3 gefundene spießige Ausbildung des Eisenaluminids wird auch bei den ternären Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierungen mit etwa 13% Silizium und 6% Magnesium durch einen erhöhten Zusatz von Mangan nicht aufgehoben. Diese Untersuchungen

bo zeigen bezüglich der Festigkeitswerte ebenfalls keinen herausragenden technischen Fortschritt bei einer Kombination mit Mangan, aber auch, daß bei einer Anwendung desselben in Gegenwart großer Mengen Silizium und größerer Mengen Magnesium die Wirkung des Mangans nicht derjenigen in Aluminium-Silizium-Legierungen mit bis zu 0,6% oder ohne Magnesium vergleichbar ist. Siehe Zahlentafel 4.

	Analyse in °/o Mg Si	1,35	13,57	5	Mn Fe	14	16,1 18,8 17,4	16,9 17,0 16,9	83	229	Prüfung bei 300^c kp/mm² 00,2 OB	9,5 8,9 9,2	7,6 7,6	6	Prüfung bei 400° kp/mm² 00,2 OB	4,8 sä 5,0	5,0 5,0	C % ÖS
	3,85	1,10	13,11		0,21 0,29 Mittelwert		17,1 15,4 16,2	16,8 17,2 17,0			5,3 5,3 5,3	10,7 9,9 10,3	9,2 9,2		3,1 2,8 2,9	6,5 6,5	4,2 4,2	79,0 81,0 80,0
Zahlentafel 3	3,8	1,05	12,95	Mn Fe	0,75 0,2 Mittelwert	Prüfung bei 20° kp/mm² 00,2 Ob	22,7 22,5 22,6	12,2 11,6 11,9	C °/o	kp/mm² HB	6,3 4,8 5,5	12,6 11,6 12,1	8,8 8,8	C % 'h	3,6 3,6	6,7 6,7	6,4 6,4	65,0 65,0
Chargen- Nr.	5,3	1,14 .	12,62	0,25 1,25 Mittelwert	0,22 1,3 Mittelwert	8,8 8,9 8,8	18,5 18,5 18,5	13,7 14,8 14,2	2,8 4,3 3,6	57 58 57	8,4 8,5 8,3	13,1 11,6 12,3	8,4 8,4	41,8 47,2 44,5	4,1 4,1	7a 7a	5,8 5,8	98,2 98,2
851	5,5	0,92	0,9 1,25 Mittelwert	0,83 1,3 Mittelwert	9,4 9,3 9,3	19,2 22,8 21,5	3,0 2,1 2,5	64 62 63	9,4 7,6 8,5	14,2 13,8 14,0	12,2 8,6 10,4	4,2 4,2	ea 6,2		73,4 73,4
857	6,85	1,06	0,22 1,14 Mittelwert		10,8 10,5 10,6	18,8 17,8 18,3	4,8 5,0 4,9	71 71 71	9,4 9,4 9,4	14,7 14,5 14,2	42,0 33,8 37,9	3,6 3,6	7,9 7,9"		64,6 64,6
.853	7,0		0,82 1,00 Mittelwert		10,3 10,6 10,4		3,1 2,9 3,0	67 72 69	9,2 9,2 9,2		7,8 8,8 7,3	4,1 4,1		83,2 83,2
859	Zahlentafel 4	Analyse in % Mg Si	0,22 1,12 Mittelwert	12,4 12,4 12,4	Prüfung bei 20° kp/mm² Ö0.2 OB	2,4 4,5 3,4	76 76 76		Prüfung bei 300° kp/mm² Oq₂ OB	12,8 17,0 14,9		Prüfung bei 400° kp/mm² 002 ⁰B
855	Chargen- Nr.	6,0	0,87 1,20 . Mittelwert	14,1 13,9 14,0	9,6 9,5 9,5	1,8 1,3 1,5	84 90 87 *	3,8 3,8	4,2 3,2 4,9	2,4 2,4	C % <5s
861	888	6,5	_		10,9 10,5 10,7			5,6 5,6		2,7 2,7	20,0 20,0
	886	5,25	10,9 10,6 10,7	C o/o <5s	kp/mm² HB	3,0 3,0	C %	2,9 2,9	20,0 20,0
	889	5,6	10,8 10,5 10,6	3,0 2,8 2,9	60 58 59	6,3 6,3	11,6 11,6	3,2 3,2	3,0 3,0
887	2,0 2,4 2,2	66 69 67	11,2 11,2	τα τα
1,1 0,8 0,9	71 69 70	1,8 1,8
1,4 1,8 1,6	71 72 71	3,4 3,4

Nach diesen Untersuchungen war daher überraschend, daß bei sehr hohen Magnesium-Gehalten von etwa 9 bis 10% und Silizium-Gehalten von etwa 3% bei nicht an Silizium gebundenen freien Magnesium-Gehalten zwischen 3 und 4% auch bei höheren Eisen-Gehalten von 1,20%, wie sie häufig nach der üblichen Zuführung von Schrott auftritt, keine Eisennadeln mehr auftraten, sofern höhere Mangan-Gehalte zugesetzt wurden.

Allerdings sind in Gegenwart hoher Mengen Eisen von 1,20% keine wesentlichen Änderungen der Festigkeitswerte verursacht worden. Bei den Legierungen mit niedrigen Eisen-Gehalten wird durch die Mangan-Gattierung neben einer starken Gefügefeinung ein damit in Zusammenhang stehender beachtlicher Anstieg der Festigkeitswerte verzeichnet. Die Zahlentafel 5 zeigt die Verbesserung der Festigkeitswerte durch Mangan an Legierungen, die etwa auf der Schmelzrinne zwischen den ternären magnesium- und siliziumreichen Eutektika des Systems Aluminium - Silizium - Magnesium und vorzugsweise auf der magnesiumreichen Seite liegen und Silizium-Gehalte unter dem des quasibinären Eutektikums mit 13% Mg2Si enthalten. Vorzugsweise sind Silizium-Gehalte zwischen 2,5 und 4% und höchstens 11% Magnesium in Gegenwart von Mangan zu legieren.

Die Untersuchungen wurden auf Legierungen mit Magnesium in der Legierung enthalten. Die Bearbeitbarkeit von Gußteilen aus diesen Legierungen ist schlechter.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird deshalb die Verwendung von AlMgSi-Guß-Legierungen, bestehend aus 0,6 bis 4,5% Silizium, 2,5 bis 11% Magnesium, Rest Al mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen mit der Maßgabe, daß im Rahmen der angegebenen Bereiche das Verhältnis von Magnesium zu Silizium so aufeinander abgestimmt ist, daß 1 bis 4,5% des Magnesiums nicht an Silizium gebunden vorliegen, 0,6 bis 1,8% Mangan, Rest Aluminium mit den Silizium-Gehalten von 2% und Magnesium-Gehalten von 4% ausgedehnt. Die starke Verfeinerung des Mg₂Si durch Mangan wird ebenfalls erzielt (s. Zahlentafel 6).

Bei etwa 4% Magnesium und 2% Silizium ist nur noch eine Menge von 0,55% nicht an Silizium gebundenes üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen, sowie bis zu 0,6% Kupfer als zulässige Beimengung als hochfester, im Bestandteil Mg₂Si gefeinter Werkstoff für thermisch wechselbeanspruchte Zylinderköpfe, vorgeschlagen, die bei einer thermischen Wechselbeanspruchung zwischen 100 bis 300⁰C binnen 120 Sekunden mehr als 1050 Lastwechsel bis zum Durchriß aushalten und gut bearbeitbar sein müssen.

Weitere Ergebnisse wurden erhalten bei der Nachprüfung des Einflusses von Nickel, das ähnlich wie das

Mangan bei Gehalten von etwa 1% im Aluminium im Schmelzfluß die niedrigste Wasserstofflöslichkeit zeigt und deshalb ebenfalls für Legierungsversuche ausgewählt wurde. Es wurde gefunden, daß im Gegensatz zum Kupfer durch 1,5% Nickel ein sehr feines Magnesiumsi- 5 lizid erhalten wird und der das Magnesiumsilizid vergröbernde Einfluß des Kupfers in Gegenwart von Nickel aufgehoben wird. Die Untersuchung der Festigkeitseigenschaften im Zerreißversuch zeigte, daß die stabilisierten Legierungen bei Überschreitung der io

Zahlentafel 5

Mg-Gehalte von 4% nur noch niedrige Dehnungswerte besitzen und die Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen in Gegenwart von Nickel und/oder größeren Mengen als 0,2% Kupfer unter 4% Magnesium besitzen müssen (s. Zahlentafel 7).

Es wird deshalb weiterhin vorgeschlagen, die erfindungsgemäße Verwendung einer AlMgSi-Legierung in der vorstehenden Zusammensetzung mit der Maßgabe, daß diese bis 2% Ni enthält.

Chargen- Analyse in %	Mg	Si	Mg	Si	Si Mn	Mn	Fe	0,24	0,30	0,32	1,20	1,12	Ni	Prüfung bei 20^s	Cu	OB	Fe	0,42	0,4	0,34	0,37	0,29	0,29	'C	o/o	kp/mm²	ob	OB	C	Prüfung bei 300°	ob	C	Prüfung bei 400° C	OB	002	o/o	OB	o/o	OB	o/o
Nr.	9,7	3,1	3,95	2,0	1,17 0,27	0,28	0,2							kp/mm²		26,0	0,41							Ö5	HB	20,8	17,8		kp/mm²	12,8	%	kp/mm²	6,1	4,1	<5₅	7,7	05	5,8	05
								Mittelwert	Mittelwert	Mittelwert	Mittelwert	Mittelwert		00,2		22,9		Mittelwert	Mittelwert	Mittelwert	Mittelwert	Mittelwert		3,4	9,2	20,7	17,6		O02	13,6	05	002			43,4		74,8		89,4
871							Mittelwert	0,32	0,88	0,30	1,03		14,9	24,4	Mittelwert			1,45	1,2	1,25	2,1	92	20,7	17,7		8,4	13,2	27,4	3,6	6,1	4,4	31,8	7,7		5,8
	9,44	2,7	4,2	1,9	1,15 0,25		0,85						14,9	27,5	—						2,7	92	23,0	18,6		9,2	16,2	24,0		8,5	4,9	37,4	7,5	74,8	6,5	89,4
								14,9	27,2			2,8	95	22,1	18,6		8,8	15,6	25,7	3,6			28,0		61,6	7,3	n.b.
873						Mn	18,1	27,3	Fe	2,4	98	22,5	18,6		12,2	15,9	35,4	4,8	8,5	4,9	27,2	7,5		6,9	96,0
	- 8,6	3,3	Zahlentafel 7		1,0 0,24	0,24	18,2	19,8	0,39	2,6	96	22,3			11,2	132=--	13,6				27,6		-61.6 —	8,0	96,0
			Char-	Analyse in %			18,1	20,3		1,8	80	21,8			lt,7	11,7	24,5	4,8		Prüfung bei 300° C	16,8			34,6
947			gen- Nr.				• 11,9	20,0	Mittelwert	2,0	78	22,0	%		9,2	12,8	25,0 .	■	-	kp/mm²	8,6		8,0
	8,8	3,6		Mg	1,03 0,23	1,00	12,1	25,3		1,9	79	20,4	Ö5		8,2	13,9	30,0			002 Ob	12,7	-	5,9	34,6
			862	3,7			12,0	25,4		3,0	83	20,4	4,1	8,7	13,1	27,5	-		5,8 10,5	49,6			87,6
948							14,0	25,3	2,6	87	20,4	5,0	9,2	13,5	19,6		-	5,8 10,1	44,0		5,9
	9,25	3,1			1,08 0,23		13,8	24,2	2,8	85	24,0	4,5	9,6	14,3	23,6		7,4	5,8 10,3	46,8	-	6,5	87,6
			863	5,5			13,9	25,8	3,5	101	23,4	4,4	9,4	14,3	21,8	—		8,2 12,4	40,8	83,6		100,0
872							16,0	25,0	3,1	91	23,7	4,8	9,4	14,6	26,6	4,1	7,4	9,4 13,4	33,8		6,5
	9,7	2,75			1,12 0,25	Cu	15,6	23,5	3,3	96	24,8	4,6	9,2	17,6	15,2		8,1	8,6 12,9	37,3	83,6	7,2	100,0
			864	7,0		1,5	15,8	24,8	2,3	108	25,5	2,6	9,3	14,9	19,7	4,1		9,9 14,3	21,6	65,2		131,2
874							18,4	24,1	2,4	98		1,9	13,5	16,2	5,2	5,1	8,1	9,6 13,8	21,4
	Zahlentafel 6						17,9		2,3	103	2,2	8,1		6,6			9,8 14,1		65,2
		Chargen- Analyse in %	865	3,4	1,35	18,1				8,0	10,8		5,9	5,1	Prüfung bei 300° C	6,7 10,6
	Nr.							Prüfung bei 20°	8,9				kp/mm² kp/mm²	5,8 10,1
						kp/mm²	8,4		HB	6,2 10,3		o/o
940	866	5,6	1,5		00,2	5,6	%	54	8,9 12,7		05
				8,2	6,0	•5?	55	8,9 13,6		39,2
				8,1	5,8	5,5	54	8,9 13,1
944	867	7,1	'	8,1	3,8	5,4	58	9,9 15,2		39,2
				8,6	4,1	5,4	62	10,1 145		52,0
				8,8		5,0	60
	.	8,7		4,8		52,0
			4,9
	Prüfung bei 20° C			Prüfung bei 400° C
	kp/mm²			kp/mm²
	' 002		kp/mm²	002
	10,2		HB	3,3
	10,1		67
	10,1		69	3,3
	11,4		68	3,5
	11,7		72	3,7
	11,5		74	3,6
	14,4		73	4,8
	14,2		80
	14,3		83	4,8
	8,6		81	3,1
	8,6		61
	8,6		60	3,1
	11,1		60	3,8
10,9		76
11,0	74	3,8
14,4	75	4,1
14,4	85
	87

030 216/2

14 ÖJ 9

Die vorliegenden Ergebnisse wurden auf die Verwendung dieser AlMgSi-Legierungen für Zylinderköpfe übertragen, die auf einem Prüfstand wechselnden Erwärmungen und Abkühlungen in ihren hochbeanspruchten Partien unterworfen wurden, bis eine Rißbildung auftrat. Die thermische Wechselbelastung zwischen 100 und 300⁰C bis zur Rißbildung und Durchriß galt als Gradmesser für die Belastbarkeit der Legierungen.

Die Abbildung gibt unter anderem die thermische ι ο Wechselbelastungs-Prüfung von Zylinderköpfen aus der gebräuchlichen Legierung AlMg 5 Si 1 Cu 0,5 gemäß Zahlentafel 8 wieder. Diese Zylinderköpfe sind einer sich über mehrere Monate erstreckenden Zeit der normalen Produktion entnommen worden. Es wurde eine mittlere Zahl der thermischen Wechselbelastungen von 716 bis zum Anriß bzw. eine von 769 bis zum Durchriß gefunden.

Üblicherweise wurde bisher eine Legierung nach DIN

10

1725 (1959), Blatt 2, verwendet. Demgegenüber kamen Zylinderköpfe, die aus einem Werkstoff gemäß der Erfindung gegossen wurden und ein feines Gefüge zeigten, wobei das Gefüge der Legierungen mit niedrigen und höheren Magnesium-Gehalten, ähnlich wie in den Kokillengußprobestäben nach LN 29 531 ausgebildet war, in gleicher Weise zur Prüfung. Die Abbildung und Zahlentafel 9 enthält die thermischen Wechselbelastungszahlen. Den Untersuchungen kann entnommen werden, daß mit gegenüber der gebräuchlichen Legierung vergleichbarem Silizium-Gehalt und der üblichen Beimengung von 0,5% Cu die Legierungen mit hohen Magnesium-Gehalten eine wesentlich geringere Laufzeit auch bei zusätzlicher Mangan-Gattierung besitzen und bei einem Vergleich mit den Ergebnissen zur gebräuchlichen Legierung, siehe Abbildung und Zahlentafel 8 und 9, die höher manganhaltigen Legierungen eine deutliche Verbesserung aufweisen.

=3

•ng

H c

IU

-C

1600

1500

1400

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

\ O \o	X	-^- - - ·	\ 0
T \ % Mg gesamt 5,5 % Mg gesamt 4,55 \ I	I		o\
	% Mg gesamt 5,14 DIN 1725:4—5,5%		% Mg gesamt 7,4
o\
O	O Mittelwert

\

O

0,98—1,00% Si 0,89—0,92% Mn 0,50—0,55% Cu 0,15% Ti 0,33—0,45% Fe 0,004% Be Rest AI % Mg nicht an Si gebunden
Sonstige Legierungsbestandteile:

Xhach DIN 1725

0,94—0,99% Si

0,36% Mn
0,52—0,55% Cu

n.b.%Ti
0,43—0,45% Fe

n.b.% Be

Rest AI

DIN 1725

0,5—1,5% Si

0—0,5% Mn

0—0,6% Cu
0—0,20% Ti

—0,5% Fe

— Be

Rest Al

Der Diagrammverlauf in der Abbildung zeigt eine fast lineare Abhängigkeit zwischen thermischer Lastwechselzahl und Magnesium-Gehalten und daß eine max. Verbesserung gemäß Erfindung um 100% möglich ist. Die Legierung Nr. 3 in Zahlentafel 9 und in der Abbildung besitzt einen freien Magnesium-Gehalt von etwa 5,7%, die Legierung Nr. 2 einen solchen von 3,77% und die Legierung Nr. 1 nur 2,85%. Die Legierungen Nr. 4 und 5 in Zahlentafel 9 enthalten nur etwa 0,9% freies Magnesium. Die Legierung 5 zeigt nach Zulegieren von Mangan eine wesentlich höhere thermische Belastbarkeit, der Vergleich mit den Legierungen der Zahlentafel 8 gibt Aufschluß über die nach Erniedrigung des freien Magnesium-Gehaltes erzielte hohe thermische Belastbarkeit Der freie Magnesium-Gehalt der Legierungen 4 und 5 liegt mit 0,9% sehr niedrig. Die

Zahlentafel 8

Bearbeitbarkeit dieser Legierungen war auf einer Taktstraße schlechter. Die freien Magnesium-Gehalte sollen 1% nicht unterschreiten.

Sämtliche Untersuchungen zeigen, daß die freien Magnesium-Gehalte der Aluminium-Magnesium-Legierungen zur Erzielung einer hohen Belastbarkeit, besonders einer thermischen Wechselbelastung, zwischen 1 und 4,5, vorzugsweise 1 bis 3,0% liegen sollen.

Bei Verwendung einer Legierung im Sinne vorliegender Erfindung soll der Silizium-Gehalt mindestens 1% betragen, wobei der Herstellungsablauf einen Knetvorgang einschließt.

Vorteilhaft ist bei erfindungsgemäßer Verwendung der AlMg-Si-Legierungen, diese vor dem Vergießen intensiv zu entgasen.

Versuchs-Nr.

Analyse in °/o

Mg Si

Mn

Fe

Thermische Wechselbelastung Anriß Durchriß

1 .	5,06
2
3
4
5	5,19
6
7
8
9	5,16
10
11
12
13
14
15
16
Mittelwert	5,14

0,94

0,99

0,95

0,36

0,45 -—rr-. _.

0,44

0,43

n.b.	709
639*	670
894	960
940	1050
450	640
775	877
707	872
574	736
640	663
n.b.	760
830	880
n.b.	650
n.b.	720
n.b.	660
n.b.	671
n.b.	800

0,96

0,36

0,44

-716

-769

(n.b.= Nicht genau bestimmbar.)

Zahlentafel 9

Nr. Analyse in %

Mg Si

Mn

Cu

Fe Ti

Be

Thermische Wechselbelastung Anriß Durchriß

1	4,55	0,99	0,91	0,50	0,42	0,15	0,004	1450 1350	1600 1500
2	5,5	1,00	0,92	0,50	0,32	0,15	0,004	800 1200	890 1224
3	7,4	038	0,89	0,55	0,33	. 0,15	0,003	n.b. n.b.	168 335
4	4,4	2,08	0,02	0,17	0,20	0,15	0,004	1040 930 n.b.	1160 1030 1100
5	4,3	1,88	0,78	0,15	0,21 *	0,15	0,004	1380 1380 1360	1590 1420 1410

(n. b. r= Nicht genau bestimmbar.)

Claims

14 Patentansprüche:

1. Verwendung von AlMgSi-Guß-Legierungen, bestehend aus 0,6 bis 4,5% Silizium, 2,5 bis 11% Magnesium, mit der Maßgabe, daß im Rahmen der angegebenen Bereiche das Verhältnis von Magnesium zu Silizium so aufeinander abgestimmt ist, daß 1 bis 4,5% Magnesium nicht an Silizium gebunden vorliegen, 0,6 bis 1,8% Mangan, Rest Aluminium mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen, sowie bis zu 0,6% Kupfer als zulässige Beimengung, als hochfester, im Bestandteil Mg₂Si gefeinter Werkstoff für thermisch wechselbeanspruchte Zylinderköpfe, die bei einer thermischen Wechselbeanspruchung zwischen 100 bis 300⁰C binnen 120 Sekunden mehr als 1050 Lastwechsel bis zum Durchriß aushalten und gut bearbeitbar sein müssen.

2. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1, die bis 2% Nickel enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. 'Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1 und 2 mit der Maßgabe, daß der Siliziumgehalt mindestens 1% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1, wobei der Herstellungsablauf einen Knetvorgang einschließt.

4. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 3, die vor dem Vergießen intensiv entgast worden ist, für den Zweck nach Anspruch 1.

Warmfestigkeit festgestellt wurde, die durch andere Legierungselemente noch verbessert werden konnte.

Diese und andere zahlreiche Untersuchungen haben zur Verwendung von Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen geführt, die 2 bis 5,5% Magnesium, 0 bis 1,5% Silizium, 0 bis 0,5% Mangan und 0 bis 0,20% Titan enthalten. Für warmfeste Zwecke, hauptsächlich Zylimlerköpfe,·., kam eine Aluminium-Legierung mit der vorfüllen Gießereien -gewählten, fast gleichartigen Zusammensetzung 4,8 bis 5,5% Magnesium, 0,8 bis 1,2% Silizium, 0 bis 0,6% Kupfer und den obigen Mangan-Gehalten zur Auslieferung. Je nach Vereinbarung mit dem Verbraucher sind diesen Legierungen zur Hintanhaltung der Oxydation noch geringe Mengen Beryllium zugesetzt worden. Diese Legierungen sind in der DIN 1725 vom Juni 1959, Blatt 2, vorgeschlagen.

Aus der deutschen Patentschrift 7 47 355 sind Legierungen, bestehend aus 4 bis 12% Magnesium, 0,5 bis 5% Silizium, je 0,2 bis 5% Kupfer und/oder Nickel, Rest Aluminium, bekannt, die weiterhin Eisen, Kobalt, Mangan, Chrom, Molybdän, Titan und Cer einzeln bis zu 3,5%, insgesamt bis 7%, enthalten können.

Die anmelduBgsgemäße Verwendbarkeit gezielt ausgewählter Legierungen 1st daraus jedoch nicht zu entnehmen.

Sowohl die Toleranz für die Magnesium- als auch Siliziumgehalte dieser Legierungen erlauben die verschiedensten Kombinationen, so daß recht unterschiedliche Mengen Magnesiumsilizid gebildet werden können und nicht an Silizium gebundenes Magnesium in den Legierungen angetroffen wird, wie durch die Zahlentafel 1 gezeigt ist.