DE2239071A1

DE2239071A1 - ALUMINUM BASE ALLOY AND METHOD FOR MANUFACTURING IT

Info

Publication number: DE2239071A1
Application number: DE19722239071
Authority: DE
Inventors: Colin Mclean Adam; Ian Frank Bainbridge
Original assignee: University of Queensland UQ; Comalco Aluminum Ltd
Current assignee: University of Queensland UQ; Rio Tinto Aluminium Ltd
Priority date: 1971-08-09
Filing date: 1972-08-08
Publication date: 1973-02-15
Also published as: FR2155226A5; IT961921B; CA977188A; GB1375640A; JPS5526699B2; JPS4826611A

Description

2?3;SÖ7t2? 3; SÖ7t

Patentanwalt Dipl^Phys.Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr,21-22 Tel 298462Patent attorney Dipl ^ Phys. Gerhard Liedl 8 Munich 22 Steinsdorfstr, 21-22 Tel 298462

COMALCO ALUMINIUM (BELL BAY) LIMITED Bell Bay, Tasmania / AustralienCOMALCO ALUMINUM (BELL BAY) LIMITED Bell Bay, Tasmania / Australia

undand

THE UNIVERSITY OF QUEENSLAND St₄ Lucia, Queensland/AustralienTHE UNIVERSITY OF QUEENSLAND St ₄ Lucia, Queensland / Australia

Aluminum "basic alloy and process for its manufacture,

Die Erfindung betrifft eine Aluminium-Grundlegierung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.The invention relates to an aluminum base alloy and a method for their manufacture.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Alüminium-Eisen-Legierung zu schaffen, die gegenüber den bekannten Legierungen bedeutend verbesserte Eigenschaften besitzt und für mechanische Bearbeitungsverfahren geeignet ist.The invention is based on the object of an aluminum-iron alloy to create, which compared to the known alloys has significantly improved properties and for mechanical machining processes suitable is.

Z/Br. -Z / Br. -

309807/ tOOQ309807 / tOOQ

22380712238071

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention characterized in the claims solved.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt in:Preferred embodiments of the invention are as follows explained with reference to the drawing. This shows in:

Fig. 1 ein Al-Fe-Gleichgewichts-Phasendiagramm;Fig. 1 is an Al-Fe equilibrium phase diagram;

Fig. 2 die MikroStruktur einer Al-3%-Fe-Legierung, wobei die in der Struktur vorhandenen normalen grobnadeligen ALFe-Verbindungen ersichtlich sind;.Fig. 2 shows the microstructure of an Al-3% Fe alloy, the normal coarse-needle ALFe compounds present in the structure can be seen ;.

Fig. 3 ein Phasendiagramm, das die Ausbildung des Al-ALFe-Eutektikums zeigt;3 is a phase diagram showing the formation of the Al-ALFe eutectic shows;

Fig. 3a die MikroStruktur einer Al-3%-Fe-Legierung, die die verfeinerte Form der ALFe-Verbindung zeigt;Fig. 3a shows the microstructure of an Al-3% Fe alloy which refined the Shows shape of ALFe compound;

Fig. 4 den Einfluß des Temperaturgradienten G und der Wachstums geschwindigkeit R auf die Ausbildung der beiden eutektischen Strukturarten in Aluminium-Eisen-Legierungen;Fig. 4 shows the influence of the temperature gradient G and the growth rate R on the formation of the two eutectic structure types in aluminum-iron alloys;

Fig. 5 die MikroStruktur einer Al-3%-Fe-Legierung, die Lithium enthält und die erzielte Verfeinerung der Struktur zeigt;Fig. 5 shows the microstructure of an Al-3% Fe alloy, the lithium contains and shows the refinement of the structure achieved;

Fig. 6 die MikroStruktur einer Al-3%-Fe-Legierung, die Natrium enthält und die erzielte Verfeinerung der Struktur zeigt;Fig. 6 shows the microstructure of an Al-3% Fe alloy containing sodium contains and shows the refinement of the structure achieved;

Fig. 7 die MikroStruktur einer Al-3%-Fe-Legierung, die Strontium enthält und die erzielte Verfeinerung der Struktur zeigt, sowie7 shows the microstructure of an Al-3% Fe alloy, the strontium contains and shows the achieved refinement of the structure, as well

309807/1009309807/1009

22330712233071

Fig. 8 die vollkommen verfeinerte AIgFe-Struktur, die durch schnelles Abkühlen der Legierung und darauffolgendes Kaltbearbeiten erzeugt wurde.Fig. 8 shows the fully refined AIgFe structure produced by rapid cooling of the alloy and subsequent Cold machining was generated.

Die Aluminium-Eisen-Legierungen als Klasse sind nicht so entwickelt worden, daß sie in nennenswertem Ausmaß gewerblich verwer&ar sind. Dies beruht in erster Linie auf der spröden Natur der beim Erstarren in der Legierungsstruktur ausgebildeten Aluminium-Eisen-Verbindung? Fig. 1 zeigt, daß die äluminiumreichen Aluminium -Eisen-Legierungen ein einfaches eutektisches Phasensystem bilden, ähnlich dem der AIuminium-Silizium-Legierungen. Eisen hat lediglich eine geringe Feststoff löslichkeit in Aluminium und bildet eine Verbindung ALFe, die bei 1,7% Fe und 655⁰C eine eutektische Reaktion erfährt. Die Mikrostruktur, die normalerweise in den Aluminium-Eisen-Legierungen bei den in der Praxis anzutreffenden geringen und abgebremsten Erstarrungsgeschwindigkeiten gegeben ist, ist derart, daß sie große Teilchen oder lange, untereinander verbundene Platten der ALFe-Verbindung enthält, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Da die Al₃Fe-Verbindung hart und spröde ist, ist jede Legierung, die eine solche Struktur aufweist, aufgrund der ihr innewohnenden schlechten Duktilität von geringem wirtschaftlichem Wert. Weiterhin weisen die großen Teilchen lediglich einen geringen Ausscheidungshärtungs- bzw. Aushärtungseffekt auf, und die Zugfestigkeit der Legierungen liegt lediglich geringfügig über derjenigen von reinem Aluminium. Die mechanische Bearbeitbarkeit dieser Legierungen durch Walzen, Schmieden, Strangpressen usw. ist unpraktisch bzw. undurchführbar, was auf der groben Natur des Aluminium -ALFe -Eutektikums beruht.The aluminum-iron alloys as a class have not been developed to be of any appreciable commercial viability. This is primarily due to the brittle nature of the aluminum-iron bond formed in the alloy structure when it solidifies? Fig. 1 shows that the aluminum-rich aluminum-iron alloys form a simple eutectic phase system, similar to that of the aluminum-silicon alloys. Iron has only a low solid solubility in aluminum and forms a connection AlFe, the 1.7% Fe and 655 ⁰ C, a eutectic reaction undergoes. The microstructure normally found in aluminum-iron alloys at the slow and slowed solidification rates encountered in practice is such that it contains large particles or long, interconnected plates of the ALFe compound, as shown in FIG . Since the Al ₃ Fe compound is hard and brittle, any alloy having such a structure is of little economic value because of its inherent poor ductility. Furthermore, the large particles only have a slight precipitation hardening or hardening effect, and the tensile strength of the alloys is only slightly higher than that of pure aluminum. The mechanical workability of these alloys by rolling, forging, extrusion, etc. is impractical or impractical, which is due to the coarse nature of the aluminum-ALFe -Eutectic.

Aus den obengenannten Gründen haben die auf Aluminium-Eisen basierenden Legierungen keine gewerbliche Verwertung gefunden, und esFor the reasons given above, those based on aluminum-iron have Alloys found no commercial exploitation and it

309807/10 0 9309807/10 0 9

22330712233071

_4 -_4 -

ist bis heute ganz allgemein das Bestreben gewesen, die meisten im Handel befindlichen Aluminium-Legierungen so auszubilden, daß ihr Eisengehalt so niedrig wie möglich ist.has been the general endeavor to this day, most of the im To train commercially available aluminum alloys so that their iron content is as low as possible.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die in aluminiumreichen Aluminium-Eisen-Legierungen ausgebildeten Strukturen zu verfeinern, um ihre gewerbliche Verwendung sowohl in gegossener als auch in geschmiedeter Form zu ermöglichen. Die Verfeinerung der Legierungsstrukturen verbessert in großem Ausmaß die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Duktilität und ermöglicht es , daß die Legierungen später durch bekannte Metallbearbeitungsverfaliren geformt werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontrollierten bzw. gesteuerten und stabilen Verfeinerung der beim Erstarren der Legierungen ausgebildeten Strukturen zu schaffen. The invention is therefore based on the object that is rich in aluminum Refine aluminum-iron alloys formed structures, to enable their commercial use in both cast and forged form. The refinement of the alloy structures greatly improves the mechanical properties, particularly ductility and enables the alloys to be later formed by known metalworking processes will. The invention is also based on the object To create a method for the controlled or controlled and stable refinement of the structures formed during the solidification of the alloys.

Genau wie sich die Gleichgewichtsphase, Al₃Fe, in aluminiumreichen Aluminium-Eisen-Legierungen beim Erstarren ausbildet, bildet sich unter besonderen Erstarrungsbedingungen und/oder wenn der Legierung spezifische Zugaben erteilt werden, eine zusätzliche Verbindung AUFe aus. Diese Verbindung bildet sich bei einer Art eutektischen Reaktion mit Aluminium bei einer eutektischen Zusammensetzung von angenähert 3,5% Fe und bei einer eutektischen Temperatur aus, die tiefer als die eutektische Temperatur des Aluminium-AlgFe liegt. Fig. 3 zeigt vorschlagsweise ein Phasendiagramm für die Ausbildung des Al-ALFe-Eutektikums. Dieses vorgeschlagene Phasendiagramm beruht auf Ergebnissen, die im Verlauf der Entwicklung der erfindungsgemäßen Legierungen erzielt wurden. Die ausgebildete Struktur ist sehr fein, und die AIgFe-Verbindung weist die Form kurzer untereinander verbundener Stangen auf, die querschnittlich zylindrisch erscheinen, wie aus Fig. 3a ersichtlich.Just as the equilibrium phase, Al ₃ Fe, forms in aluminum-iron alloys rich in aluminum during solidification, an additional compound AUFe is formed under special solidification conditions and / or when specific additions are made to the alloy. This compound forms in a kind of eutectic reaction with aluminum at a eutectic composition of approximately 3.5% Fe and at a eutectic temperature that is lower than the eutectic temperature of the aluminum-AlgFe. FIG. 3 suggests a phase diagram for the formation of the Al-ALFe eutectic. This proposed phase diagram is based on results obtained in the course of the development of the alloys according to the invention. The structure formed is very fine, and the AlgFe connection has the shape of short interconnected rods which appear cylindrical in cross-section, as can be seen from FIG. 3a.

309807/100 9 ÖWÖINAL INSPECTED309807/100 9 ÖWÖINAL INSPECTED

Auch die Verbindung Al-Fe kann so hergestellt werden, daß sie unter "besonderen Erstarrungsbedingungen in Kombination mit speziellen Legierungszusätzen, vergleichbare Strukturen annimmt. Es ist daher ein weiteres Ziel der Erfindung, die besonderen Erstarrungsbedingungen und/oder die Legierungszusätze zu begrenzen bzw. zu definieren, die erforderlich sind, um die Ausbildung der AlgFe-Verbindung oder die Verfeinerung der Al₃Fe-Verbindung zu erzielen.The Al-Fe compound can also be produced in such a way that it assumes comparable structures under "special solidification conditions in combination with special alloy additives. It is therefore a further aim of the invention to limit or define the special solidification conditions and / or the alloy additives required to achieve the formation of the AlgFe compound or the refinement of the Al ₃ Fe compound.

Es hat sich gezeigt, daß folgende Parameter variiert werden müssen, um die Ausbildung bzw. Form der beiden Verbindungen zu steuern;It has been shown that the following parameters must be varied, to control the formation or shape of the two connections;

a) Der Temperaturgradient, der zwischen dem festen und dem flüssigen Metall während des Gießens vorliegt und im allgemeinen als "G" bezeichnet sowie in Γ °C/mmj ausgedrückt wird;a) The temperature gradient that exists between the solid and the liquid Metal is present during casting and is generally referred to as "G" and is expressed in Γ ° C / mmj;

b) Die Wachstumsgeschwindigkeit der Legierungsphasen bei ihrer Erstarrung, die im allgemeinen als "R" bezeichnet und in [ /um/sec.j ausgedrückt wird, undb) The rate of growth of the alloy phases at their Solidification, commonly referred to as "R" and in [/um/sec.j is expressed, and

c) die Zusammensetzung der Legierung, insbesondere im Hinblick auf die Aufzeichnung der Zusätze an Legierungselementen.c) the composition of the alloy, in particular with regard to the recording of the additions of alloying elements.

Die Steuerung des Temperaturgradienten G kann dadurch erreicht werden, daß die Temperatur des geschmolzenen Metalls, die Geschwindigkeit des Gießens, die AbkUhlungsgeschwindigkeit und der Verlauf der Erstarrung sorgfältig gesteuert werden. Eine Art und Weise, auf welche diese Steuerung durchgeführt werden kann, liegt in der Verwendung eines Rieht er star rungs of ens. Es ist bekannt, daß ein Ofen dieser Art derart ausgebildet ist, daß zwischen einer Metallsäule und dem Ofenraum eine Relativbewegung vorliegt. Ein weiteres wichtiges Mittel zur Durchführung der erwähnten Steuerung liegt in der BetätigungThe control of the temperature gradient G can be achieved by that the temperature of the molten metal, the rate of casting, the rate of cooling and the course of the Solidification should be carefully controlled. One way in which this control can be carried out, lies in the use of a rectifying furnace. It is known that a furnace of this type is designed such that between a metal column and the furnace space there is a relative movement. Another important resource to carry out the mentioned control lies in the actuation

5697 ......5697 ......

"" ■· ■""■■· 309807/1009"" ■ · ■ "" ■■ · 309807/1009

einer Direktkokillengußstation (Gleichstrom), und zwar derart, daß der erforderliche Temperaturgradient erzeugt wird.a direct chill casting station (direct current), in such a way that the required temperature gradient is generated.

Die Wachstumsgeschwindigkeit H schwankt auch mit der Geschwindigkeit der Wärmeabgabe vom erstarrenden Metall, wobei eine große Wärmeabgabegeschwiiidigkeit eine hohe Wachstumsgeschwindigkeit ergibt. Die Wirkung der Wachstumsgeschwindigkeit und des Temperaturgradienten auf die Ausbildung der beiden unterschiedlichen Verbindungen ALFe kann am besten durch ein Diagramm gemäß Fig. 4 ausgedruckt und gesteuert werden. Eine bevorzugte Struktur, die die Verbindung ALFe in lediglich Aluminium und Eisen enthaltenden Zweistoff legierungen enthält, ergibt sich dadurch, daß die durch die Grenzlinie begrenzten Parameter Wachstumsgeschwindigkeit/Temperaturgradient überschritten werden. In der Praxis hat sich gezeigt, daß die üblichen In Aluminium vorhandenen Legierungsverunreinigungen die Lage der Übergangsgrenze zwischen den beiden Strukturarten nicht wesentlich beeinflussen. Da die eutektische Struktur von Al-ALFe eine charaktcristische Form aufweist, die sich aufgrund der verfeinerten oder "modifizierten" Natur der Struktur in merklich verbesserten mechanischen Eigenschaften der Legierung äußert, ist es ein wesentliches Merkmal der Erfindung, solch eine Struktur zu erzeugen, indem bestimmte Gußbedingungen ausgewählt werden, um den Temperaturgradient und die Wachstumsgeschwindigkeit zu erzfeien, die zur Ausbildung der durch das Diagramm gemäß Fig. 4 definierten ALFe-Verbindung erforderlich sind. Bei der praktischen Anwendung - sei es nun bei der Produktion von Gußstücken mittels konventioneller Verfahren oder beim Gießen von Formen für ein darauffolgendes mechanisches Bearbeiten mittels halbkontinuierlicher Verfahren - kann es jedoch gegebenenfalls nicht Immer möglich sein, die Wachstumsgeschwindigkeit und die Temperaturgradienten zu erzielen, die zur Ausbildung der verfeinertenThe growth rate H also varies with the rate of heat release from the solidifying metal, being a large one Heat release rate results in a high growth rate. The effect of the growth rate and the temperature gradient the formation of the two different connections ALFe can best be printed out using a diagram according to FIG and controlled. A preferred structure that the compound ALFe in binary alloys containing only aluminum and iron contains, results from the fact that the border line limited parameters growth rate / temperature gradient be crossed, be exceeded, be passed. In practice it has been shown that the usual Alloy impurities present in aluminum affect the location of the Transitional boundary between the two types of structure is not essential influence. Since the eutectic structure of Al-ALFe has a characteristic shape, which is due to the refined or "modified" The nature of the structure is expressed in markedly improved mechanical properties of the alloy, it is an essential feature of the invention to produce such a structure by selecting certain molding conditions to the temperature gradient and the Growth rate to ore, which is used to train the through the diagram of FIG. 4 defined ALFe connection is required are. In practical application - be it in the production of castings using conventional methods or in casting of forms for subsequent mechanical processing by means of semi-continuous process - but may not be able to Always be possible the growth rate and the temperature gradient to achieve that to the training of the most refined

ÖWGJNAL INSPECTEDÖWGJNAL INSPECTED

309807/100 9309807/100 9

22330712233071

_ 7 — "_ 7 - "

Al_gFe-Struktur über den gesamten Querschnitt erforderlich sind. Ss ist daher ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung, Legierungselemente in Spurenmengen (0,0001 - 0,10%) zuzusetzen, vm zu erreichen:Al _g Fe structure over the entire cross section are required. Ss is therefore another essential feature of the invention to add alloying elements in trace amounts (0.0001 - 0.10%) to achieve:

a) Eine Verfeinerung der ALFe-Struktur und/odera) A refinement of the ALFe structure and / or

b) eine wirksame Verschiebung der die beiden Strukturen begrenzenden Grenzlinie auf-Zustandsbedingungen,- bei denen geringere Temperaturgradienten und geringere Wachstumsgeschwindigkeiten vorliegen (d.h. eine tatsächliche Verschiebung'der Grenze nach links und unten in Fig, 4), um hierdurch die Ausbildung der verfeinerten AIgFe -Struktur unter Bedingungen zu ermöglichen, wie sie bei tatsächlichen Gießbedrngungen gegeben sind.b) an effective displacement of the structures delimiting the two structures Borderline on-state conditions, - in which lower ones Temperature gradients and lower growth rates exist (i.e. an actual shift towards the limit left and below in Fig, 4), in order to thereby develop the refined To enable AIgFe structure under conditions such as they are given at actual casting pressures.

Es kann daher eine die AIgFe-Verbindung enthaltende verfeinerte Struktur oder eine Verfeinerung der Al₀Fe-Verbindung erfindungsgemäß dadurch erzielt werden, daß der Legierung eines oder mehrere der Elemente Lithium, Natrium, Strontium, Barium zugesetzt werden, und zwar in einzelnen Mengen von 0,0001 - 0,10%, wobei die Gesamtmengender Zusätze 0,5 % nicht überschreitet. Die Zugabe erfolgt in Verbindung mit der Erstarrung unter geeigneten Bedingungen hinsichtlich des Temperaturgradienten und der Wachstumsgeschwindigkeit.A refined structure containing the AlgFe compound or a refinement of the Al ₀ Fe compound can therefore be achieved according to the invention by adding one or more of the elements lithium, sodium, strontium, barium to the alloy in individual amounts of 0 , 0001 - 0.10%, the total amount of additives not exceeding 0.5%. The addition takes place in connection with the solidification under suitable conditions with regard to the temperature gradient and the growth rate.

Die Wirkung jedes einzelnen obenaufgeführten Legierungselementes hängt von der jeweiligen Kombination der einzelnen Parameter Temperaturgradient, Wachstumsgeschwindigkeit und Prozentzahl des Zusatzes ab. So hat sich z.B. gezeigt, daß es bei sehr geringen Temperaturgradienten und Wachstumsgeschwindigkeiten möglich' ist, die Al₀Fe-Verbindung durch die Zugabe von beispielsweise 0,012 % Lithium (siehe Fig. 5), oder 0,05 % Natrium (siehe Fig. 6) zur Le-The effect of each individual alloying element listed above depends on the respective combination of the individual parameters of temperature gradient, growth rate and percentage of the addition. For example, it has been shown that with very low temperature gradients and growth rates it is possible to remove the Al ₀ Fe compound by adding, for example, 0.012% lithium (see FIG. 5) or 0.05 % sodium (see FIG. 6 ) to read

5697 ^5697 ^

'''*' 303807/1009 '''*' 303807/1009

gierung zu verfeinern, wogegen Strontiumzusätze bis 0,05 % erst dann Wirkung zeigen, bis der Temperaturgradient auf mehr als 30 C/mm vergrößert ist, wenn die AlJFe-Struktur ausgebildet werden kann (siehe Fig. 7).to refine alloy, whereas strontium additions up to 0.05 % only show effect until the temperature gradient is increased to more than 30 C / mm, when the AlJFe structure can be formed (see FIG. 7).

Die erfindungsgemäßen Aluminium-Grundlegierungen enthalten daher 0,5 % bis 10 %. Eisen und die üblichen Verunreinigungen, die aus Mg, Mn, Si, Ti, Cu bestehen können, und zwar bis zu einer maximalen Gesamtmenge von 0,5 %. Bei der bevorzugten Ausführungsform können die Legierungen außerdem eines oder mehrere der Elemente aus der Gruppe Litium, Natrium, Strontium und Barium enthatten, und zwar Jeweils in der Größenordnung von 0,0001 bis 0,10 %, wobei der Gesamtzusatz 0,5% nicht überschreitet.The aluminum base alloys according to the invention therefore contain 0.5% to 10 %. Iron and the usual impurities, which can consist of Mg, Mn, Si, Ti, Cu , up to a maximum total amount of 0.5 %. In the preferred embodiment, the alloys can also contain one or more of the elements selected from the group consisting of lithium, sodium, strontium and barium, in each case on the order of 0.0001 to 0.10 %, the total addition not exceeding 0.5% .

Erfindungsgemäß ist außerdem eine Wärmebehandlung der Legierung vorgesehen, um eine duktile Struktur zu erzeugen, die sich für eine leichtmögliche mechanische Bearbeitungsbehandlung eignet.According to the invention, a heat treatment of the alloy is also provided in order to produce a ductile structure that is suitable for a easy mechanical processing treatment is suitable.

Die oben erwähnten Legierun gselemente können der geschmolzenen Legierung entweder vor oder nach dem Zusatz von Eisen zmn geschmolzenen Aluminium zugesetzt werden; sie können entweder als Element oder in Form eines Härtemittels zugegeben werden oder aber mit dem geschmolzenen Aluminium als Schmelzmittel zur Reaktion gebracht werden, um das Zusetzen mittels einer chemischen Reaktion zu erreichen.The alloy elements mentioned above can be added to the molten alloy either before or after the addition of iron to molten aluminum; they can either be added as an element or in the form of a hardening agent, or they can be reacted with the molten aluminum as a melting agent in order to achieve the addition by means of a chemical reaction.

Aus Tpbelle 1 sind beispielsweise die mechanischen Eigenschaften einer typischen Aluminium-Eisen-Legierung (2,5 % Fe), welche die Al-AlJFe-Struktur besitzt, im 1.) gegossenen und 2.) kalt bearbeiteten Zustand ersichtlich. Die tatsächliche Struktur der Legierung ist aus Fig. 8 er-Table 1 shows, for example, the mechanical properties of a typical aluminum-iron alloy (2.5 % Fe), which has the Al-AlJFe structure, in the 1.) cast and 2.) cold-worked condition. The actual structure of the alloy is shown in FIG.

5697 Z/Li ORIGINAL INSPECTED5697 Z / Li ORIGINAL INSPECTED

309807/1009309807/1009

22300712230071

sichtlich. Diese Legierung enthielt keine der oben erwähnten Legier ungselemente. visibly. This alloy did not contain any of the alloy elements mentioned above.

TABLE 1

ZustandState 3,1 % Streck
grenze λ
:kp/mm ]3.1% stretch
limit λ
: kp / mm] äußerste Zug
festigkeit ο
σ F max Dcp/ftim 1 extreme train
strength ο
σ F max Dcp / ftim 1 Längung
C%3Elongation
C% 3 Gegossen
1) R = 2500 |um/sec
G=IO O/minPoured
1) R = 2500 | um / sec
G = 10 O / min 34,1
25,6
22,9
39,1
30,934.1
25.6
22.9
39.1
30.9 43,9
54,3
44,4
54,9
45,543.9
54.3
44.4
54.9
45.5 2,7
0,4
2,6
0,4 . :
2,12.7
0.4
2.6
0.4. :
2.1 KältbearbeitetCold processed 34,1
30,8
35,0
36,334.1
30.8
35.0
36.3 39,1
39,4
38,7
39,539.1
39.4
38.7
39.5 8
7
8
78th
7th
8th
7th 2) (94 % Größen
verringerung)2) (94 % sizes
reduction)

Es zeigt sich, daß die obige Legierung als Ergebnis davon, daß sie die Al-AlJFe-Struktur besitzt, die durch Steuern der Wachstümsgeschwindigkeit R während des Gießens und des Erstarrens unter Verwendung eines Riehterstarrungsofens erzeugt wurde, außerordentlich gute Bruchfestigkeits-, Biegefestigkeits- und Längungswerte aufweist.It is found that the above alloy as a result of being the Al-AlJFe structure obtained by controlling the growth rate R during casting and solidification using a right solidifying furnace has been produced, has extremely good breaking strength, flexural strength and elongation values.

Zum Vergleich sind aus Tabelle 2 typische Größenordnungen von mechanischen Eigenschaften einer ähnlichen Legierung im Zustand " wie gegossen"For comparison, typical mechanical magnitudes are shown in Table 2 Properties of a similar alloy in the "as cast" state

56975697

309807/1009309807/1009

22 3'Vj22 3'PY

AQAQ

ersichtlich, die 2,5 % Fe enthält, jedoch derart hergestellt wurde, daß die zur Ausbildung der AUFe -Struktur erforderlichen Werte R und G nicht erreicht wurden. Diese Legierung enthält eine unverfeinerte Al₃Fe-Struktur und ist spröde sowie sehr viel weniger widerstandsfähig Sie enthält große Teilchen oder lange miteinander verbundene Platten der AIgFe-Verbindung und kann in zufriedenstellendem Ausmaß nicht kalt bearbeitet werden (siehe auch Fig. 2).can be seen, which contains 2.5% Fe, but was produced in such a way that the R and G values required for the formation of the AUFe structure were not achieved. This alloy contains an unrefined Al ₃ Fe structure and is brittle and much less resistant. It contains large particles or long interconnected plates of the AlgFe compound and cannot be cold worked to a satisfactory extent (see also FIG. 2).

TABLE 2

Streckgrenze
[kp/mm 1Stretch limit
[kp / mm 1 °F max 2
[kp/mm ] ° F max 2
[kp / mm] Längung
t% T ' ■. ■ ■ ■;■ Elongation
t% T '■. ■ ■ ■; ■ β, 8 -10,5β, 8 -10.5 10,5 - 21,110.5-21.1 1-3 ■1-3 ■

Wie schon erwähnt, ist es aufgmmd der erfindungsgemäßen Zugabe eines oder mehrerer der Elemente Li, Na, Sr, Ba in der Größenordnung von jeweils 0,0001 bis 0,10 %, jedoch insgesamt maximal 0,5 % (siehe auch Fig. 5, 6 und 7 ), möglich, die Al-Fe-Strukturen der Aluminium-Eisen-Legierungen zu verfeinern und demgemäß auch die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Duktilität, zu verbessern. Erzielte typische Ergebnisse sind untenstehend in Tabelle 3 aufgeführt.As already mentioned, it is due to the inventive addition of one or more of the elements Li, Na, Sr, Ba in the order of magnitude of 0.0001 to 0.10% each, but a maximum of 0.5% in total (see also FIG. 5, 6 and 7), it is possible to refine the Al-Fe structures of the aluminum-iron alloys and accordingly also to improve the mechanical properties, in particular the ductility. Typical results obtained are shown in Table 3 below.

3098 0 7/10093098 07/1009

inspectedinspected

TABLE 3

L
Legierung L.
alloy 0.2 % Streck-
' ^yo g&enze
[ kp/mm ]0.2% elongation
' ^yo g & enze
[kp / mm] ^a F max
[kp/rnm ] ^a F max
[kp / rnm] , Längung
.[%].-, Elongation
. [%] .- Aluminium -
2,8% FeAluminum -
2.8% Fe 4,574.57 8,448.44 2,82.8 Aluminium -
2,8% Fe
0,06 % SrAluminum -
2.8% Fe
0.06% Sr 5,845.84 11,3411.34 10,510.5

Die Waehstümsgeschwlndigkeit B war bei beiden obigen Legierungen gleichgroß, nämlich 100 ₃um/min.The turbulence rate B was the same for both of the above alloys, namely 100 ₃ µm / min.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Legierungen, die die hier beschriebenen bevorzugten Mikrostrukturen aufweisen, liegt darin¹, daß ihre Düktilität im Zustand "wie gegossen" ganz entscheidend dadurch verbessert .werden kann, indem sie verlängerten Wärmebehandlungen bei Temperaturen gerade unterhalb der eutektisehen Temperatur unterworfen werden, gefolgt durch Abkühlung an Luft oder Abschrecken mit Wasser. Dies wird besonders deutlieh aus den in Tabelle 4 aufgeführten Ergebnissen.A further advantage of the inventive alloys having the preferred microstructure described herein lies in the fact ¹ that their Düktilität in the state can be "as-cast" .werden decisively improved by by being subjected to prolonged heat treatment at temperatures just below the eutektisehen temperature, followed by cooling in air or quenching with water. This is particularly clear from the results shown in Table 4.

5S97 . .,,^,,Vi5S97. . ,, ^ ,, Vi

3098 07/10093098 07/1009

-Vt--Vt-

TABEL

Legierungalloy 0,2 % Streck0.2% stretch σ
F maxσ
F max LängungElongation grenzeborder [%][%] [kp/mm ][kp / mm] ο
[kp/mm ] ο
[kp / mm] (A) Aluminium -(A) aluminum - 2,8% Fe,2.8% Fe, O, 06 % Sr,0.06% Sr, 5,845.84 11,3411.34 10,510.5 wie gegossenlike poured (A) Nach Wärmebe(A) After heat exposure handlung bei
600⁰C;action at
600 ⁰ C; Zeitdauer:Duration: 8 Stunden8 hours 4,714.71 10,310.3 1717th 16 Stunden16 hours 4,544.54 10,610.6 1919th 24 Stunden24 hours 4,504.50 10,310.3 2020th

(B) Aluminium -2,6% Fe, wie gegossen (16,34 cm £ -Barren in Direktkokillengußform) (B) Aluminum -2.6% Fe as cast (16.34 cm £ ingot in direct chill mold)

(B) Nach Wärmebehandlung bei 600 C )>Nicht über 8-24 Stunden ( bestimmt und Luftkühlung(B) After heat treatment at 600 C)> Not for 8-24 hours ( determined and air cooling

(B) Nach Wärmebehandlung bei 600 C über 24 Stunden und Kaltwasserabschreckung (B) After heat treatment at 600 C for 24 hours and cold water quenching

14,1 - 16,214.1-16.2

10,5 -11,210.5 -11.2

10-1510-15

23-2623-26

10,75 -10,9510.75 -10.95

21-2521-25

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3 0 9 8 0 7/1009 original inspected3 0 9 8 0 7/1009 originally inspected

Tabelle 5 zeigt einige typische Härtewerte einer Legierung, die 2,6 % Fe enthält, vor und nach der Wärmebehandlung bei 600⁰C, und zwar jeweils entweder langsam abgekühlt oder abgeschreckt.Table 5 shows some typical hardness values of an alloy which contains 2.6% Fe, before and after the heat treatment at 600 ^° C., in each case either slowly cooled or quenched.

TABLE 5

Legierungalloy . , , ^
Typische Vickershärtezahl
(10 g Belastung). ,, ^
Typical Vickers hardness number
(10 g load) Aluminium - 2,6 % Fe,
wie gegossen, in Form von
16,34 j^ Barren,
mit AIgFeAluminum - 2.6% Fe,
as cast, in the form of
16,34 j ^ ingots,
with AIgFe •
58•
58 wie oben, jedoch für 8 bis 24
Stunden auf 600 C erhitzt,
langsame Abkühlungas above, but for 8 to 24
Heated to 600 C for hours,
slow cooling 4646 wie oben, jedoch für 24
Stunden auf 600 C erhitzt, Kalt
wasserabschreckung .as above, but for 24
Heated to 600 C for hours, cold
water deterrent. 3030th

Die Korrosionsbeständigkeit der erfüidungsgemäßen Legierungen 1st annähernd vergleichbar mit derjenigen von Aluminum-Legierungen der 6000-Reihe.The corrosion resistance of the alloys according to the invention is approximately comparable to that of aluminum alloys of the 6000 series.

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309807/1009309807/1009

Claims

1. Aluminum base alloy, characterized in that it

Contains 0.5 - 10 % iron and the balance aluminum including the usual impurities.

2. Alloy according to claim 1, characterized in that they each 0.0001 - 0.10% of one or more of the elements lithium, sodium, Contains strontium and barium.

3. Alloy according to claim 1 or 2, characterized in that the Impurities consist of one or more of the elements magnesium, manganese, silicon, copper and titanium and are in total do not exceed the amount of 0.5%.

4. Alloy according to claim 1, characterized by a metallurgical Micro-structure that contains a substantial part of the compound AlJFe.

5. Alloy according to claim 2, characterized by a metallurgical microstructure which contains a substantial part of the compound Al ₃ Fe in a refined form.

β. A method of making an alloy according to claim 4, characterized in characterized in that the temperature gradient and the growth rate can be controlled at such values that one becomes a substantial Part of the metallurgical microstructure comprising the compound Al.Fe is produced.

^M97 309807/1009 ^M97 309807/1009

7. A method for producing an alloy according to claim 5, characterized in that the temperature gradient and the growth rate are controlled at such values that a _{metallic microstructure containing a substantial part of the compound Al 3} Fe in refined form is produced. ■ ·

8. The method according to claim 6 or 7, "characterized in that the Alloy at temperatures just below the eutectic temperature a prolonged heat treatment, followed by cooling in air or quenching with water, in order to improve the ductility to improve.

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