Aluminiumgusslegierungen

Aluminium-Silizium-Gusslegierungen

 

Die Wirkung von Silizium

  • Silizium in Aluminiumlegierungen verbesserte deren Gusseigenschaften erheblich.
  • Zusätze von Silizium zu reinem Aluminium verbesserten die Fließfähigkeit erheblich, Heißreißfestigkeit, und Fütterungseigenschaften.
  • Aus diesem Grund sind die am weitesten verbreiteten Zusammensetzungen aller Gussverfahren die der Familie der Aluminium-Silizium-Legierungen.
  • Kommerzielle Aluminium-Silizium-Legierungen reichen bis zu ca 25% Ja [1].

Aluminium-Silizium-Legierungen

Aluminium-Silizium-Legierungen werden verwendet, wenn eine gute Gießbarkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind. Diese Legierungen enthalten keine Kupferzusätze. Metallografische Strukturen reiner Komponenten und Zwischenzusammensetzungen dieser Legierungen sind in der Abbildung dargestellt 1.

Die Zwischenzusammensetzungen sind Mischungen, die bestehen aus

  • Aluminiumgehalt ca 1% Si in fester Lösung als kontinuierliche Phase
  • viele oder wenige Partikel aus reinem Silizium [1].

Abbildung 1 – Aluminium-Silizium-Phasendiagramm [2]

fazovaya-diagramma-alyuminiy-kremniyAbbildung 1 – Aluminium-Silizium-Phasendiagramm und Gussmikrostrukturen reiner Komponenten und von Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung [1].

Aluminium-Silizium-Legierungen heißen:

  • mit weniger als 12% Si als „hypoeutektisch“
  • mit in der Nähe 12% Si als „Eutektikum“
  • mit über 12% Si als „hypereutektisch“.

Modifikationen von Aluminium-Silizium-Legierungen

Festigkeit und Duktilität von Aluminium-Silizium-Legierungen können durch Modifikation des Al-Si-Eutektikums erheblich verbessert werden. Die Modifizierung übereutektischer Al-Si-Legierungen wird effektiv durch die Zugabe einer kontrollierten Menge Natrium oder Strontium sowie Kalzium und Antimon erreicht. Diese Zusätze verfeinern die eutektische Phase.

Eine unmodifizierte Legierung enthält große Flocken aus sprödem Silizium, Dies führt dazu, dass das Gussstück eine schlechte Duktilität aufweist. Unmodifizierte Legierungen weisen oft Dehnungen von nur wenigen Prozent auf, und die Bruchfläche ist überwiegend spröde. Mit einer erfolgreichen Modifikationsbehandlung, das Silizium nimmt eine feine an, Faserstruktur [4].

Besonders vorteilhaft ist die Modifizierung bei Sandgussteilen [3].

Abbildung 2 – Struktur der nicht modifizierten A356-Legierung [3]

Abbildung 3 – A356-Legierung modifiziert mit 156 ppm Sr [3]

Wichtigste kommerzielle Al-Si-Gusslegierungen

Legierungen mit Silizium als Hauptlegierungsbestandteil sind die wichtigsten kommerziellen Gusslegierungen. Die Vielzahl der entwickelten Legierungen dieser Art weist ein breites Eigenschaftsspektrum auf:

  • Binäre Aluminium-Silizium-Legierungen (443.0, 444.0, 413.0, undA413.0) sind von geringer Dichte, schweißbar, und korrosionsbeständig. Allerdings sind Gussteile aus diesen Legierungen etwas schwierig zu bearbeiten, Mit Schneidflüssigkeiten werden gute Ergebnisse erzielt, Werkzeuge aus gesintertem Hartmetall, und Spanbrecher.
  • Legierung 443.0 wird bei allen Gussverfahren für Teile verwendet, bei denen die Festigkeit weniger wichtig ist als die Duktilität, Korrosionsbeständigkeit, und Druckdichtigkeit.
  • Dauerformlegierungen 444.0 und A444.0 weisen eine hohe Duktilität auf und werden dort eingesetzt, wo die Schlagfestigkeit eine vorrangige Rolle spielt.
  • Legierungen 413.0 und A413.0 liegen nahe an der eutektischen Zusammensetzung und, infolge, haben eine sehr hohe Fließfähigkeit. Sie sind nützlich beim Druckguss und bei großflächigen Anwendungen, dünnwandige Teile mit eingegossenem Schriftzug oder anderen hochauflösenden Details sind erforderlich [3].

Die Wirkung von Magnesiumzusätzen

  • Magnesiumzusätze machen Aluminium-Silizium-Gusslegierungen wärmebehandelbar.
  • Die Aushärtungsphase Mg2Si weist eine brauchbare Löslichkeitsgrenze auf, die ca. entspricht 0,70% Mg.
  • Gängige hochfeste Aluminium-Silizium-Zusammensetzungen spezifizieren Magnesium im Bereich von 0,40 zu 0,070% [2].

Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierungen einschließlich 356.0 und A356.0 weisen gute Gusseigenschaften und Korrosionsbeständigkeit auf. Die Wärmebehandlung bietet Kombinationen aus Zug- und physikalischen Eigenschaften für viele Anwendungen, einschließlich Maschinen, Automobil, Militär, und Luft- und Raumfahrtteile.

Höhere Zugeigenschaften werden mit erreicht 357.0, A357.0, 358.0, und 359.0 Legierungen. Die hohen Eigenschaften dieser Legierungen, durch Wärmebehandlung bis zum vollständig ausgehärteten Zustand erreicht. Diese sind insbesondere für strukturelle Anwendungen von Interesse [3].

Quellen:

  1. Aluminium und Aluminiumlegierungen, ASM International, 1996
  2. TALAT Vorlesung 1203 – Phasendiagramme / M. H. Jacobs – Die Universität Birmingham, Vereinigtes Königreich
  3. Gussteile aus Aluminiumlegierungen: Eigenschaften, Prozesse und Anwendungen – J. Gilbert Kaufmann, Elwin L. Rooy
  4. Modifikation von Aluminium-Silizium-Legierungen / G.K. Sigworth, Alcoa Primärmetalle // ASM-Handbuch, Volumen 15Freisetzung von Verbrennungsprodukten und anderen Schadstoffen im Arbeitsbereich des Ofens – 2008