TY - THES

T1 - Einfluß des Magnetfeldes auf die Erstarrung beim Strangguß von Aluminium-Legierungen

AU - Wabußeg, Heimo

PY - 1998/2

Y1 - 1998/2

N2 - Der Zwang zu einer höheren Qualität und Wirtschaftlichkeit gegossener Bauteile - auch unter ökologischen Gesichtspunkten - führte in den letzten Jahren zu Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet des Thixogießens, einem Formgebungsverfahren, das eng mit dem Druckgießen verwandt ist und eine ähnlich hohe Produktivität bietet. Die Qualität der thixogegossenen Bauteile wird grundlegend von der Qualität der „inneren Struktur" des Vormaterials (Gefüge,chemische Homogenität usw.) beeinflußt, die die Fließfähigkeit der metallischen Suspension bei der späteren Formgebung bestimmt. Um ausreichende Fließeigenschaften zu gewährleisten, muß eine globulitische Gefügeausbildung, die die innere Reibung während des Fließens bei der Formgebung verringert und eine Grundvoraussetzung für die Herstellung komplexer Gußteilgeometrien ist, erzeugt werden. Eine Möglichkeit, diese geforderte Gefügeausbildung zu erreichen, ist der Einsatz von Magnetrührern im Kokillenbereich vonStranggießanlagen, die im Schmelzsumpf eine starke Strömung ausbilden und somit durch ein Abscheren die dendritisch kristallisierende Primärphase in kugelähnliche Strukturen transformiert.Im Rahmen dieser Diplomarbeit erfolgten der Aufbau und die Inbetriebnahme derVertikalstranggießanlage und Untersuchungen des Einflusses der magnetischenRühreinwirkung auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften bei den Aluminium-Legierungen AlSi7Mg und AlSi13.Im ersten Teil der Arbeit wurden die Gießparameter für die beiden Legierungen bei einem Strangdurchmesser von 60mm festgelegt.Der zweite Teil dieser Arbeit beinhaltete Untersuchungen, die sich auf dieProbeneigenschaften in Abhängigkeit unterschiedlicher magnetischer Flußdichten bezogen.Wichtig für die nachfolgenden Prozesse beim Thixogießen ist die Verteilung derLegierungselemente über den Probenquerschnitt, insbesondere die des Siliciums aufgrund der unterschiedlichen Dichte und Erstarrungsmorphologie. Die Ergebnisse diesbezüglicher Untersuchungen zeigten, daß bei steigender magnetischer Rühreinwirkung eine gewisse Vergleichmäßigung der Silicium-Verteilung erreicht wurde, wobei aber in den Randzonen kein Einfluß des Magnetfeldes ersichtlich war.Die Ermittlung der Kornverteilung über den Probenquerschnitt bei den AlSi7Mg-Proben, die auf die Wiedererwärmung des Materials und auf die Rheologie beim Verpressen großen Einfluß hat, ergab in Abhängigkeit der magnetischen Flußdichte, daß eine steigende magnetische Rühreinwirkung einerseits die durchschnittliche Korngröße vermindert und andererseits die Kornform in eine globulitischere überführt.Die Untersuchungen der elektrischen Leitfähigkeit, die auch in der Praxis als einfache und schnelle Qualitätsüberprüfungsmethode der Gußteile angewandt wird, diente ebenfalls der Ermittlung der Silicium-Verteilung über den Probenquerschnitt, da das Silicium die elektrische Leitfähigkeit stark verringert.Einen wesentlichen Einfluß auf die Qualität der Gußprodukte haben auch deren Zugfestigkeit und Dehngrenze; anhand diesbezüglicher Untersuchungen bestätigten sich die bereits in der Literatur vorhandenen Ergebnisse, wobei die durch das Thixogießen hergestellten Proben Werte aufwiesen, die im Bereich zwischen denen des durch Kokillenguß und Schmieden erzeugten Materials einzuordnen waren.Mittels Penetrationsmessungen bei den AlSi7Mg-Proben wurde durch die Ermittlung der Eindringtiefe der Prüfspitze eines Fallgewichts das für den weiteren Verarbeitungsprozeß wichtige thixotrope Verhalten untersucht. Dabei hatte auch die genaue Einstellung des Temperaturbereiches zwischen 578 und 582°C enorme Bedeutung, denn nur hier liegt ein fließfähiges Material unter der Einwirkung von Scherkräften vor; geringere Temperaturen führten zu einer starken Viskositätszunahme und in höheren Temperaturbereichen kam es zuAnschmelzungen.Zur Dokumentation des Übergangs von einer dendritischen zu einer globulitischen Gefügeausbildung bei steigender magnetischer Rühreinwirkung wurden auch metallographische Untersuchungen durchgeführt.

AB - Der Zwang zu einer höheren Qualität und Wirtschaftlichkeit gegossener Bauteile - auch unter ökologischen Gesichtspunkten - führte in den letzten Jahren zu Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet des Thixogießens, einem Formgebungsverfahren, das eng mit dem Druckgießen verwandt ist und eine ähnlich hohe Produktivität bietet. Die Qualität der thixogegossenen Bauteile wird grundlegend von der Qualität der „inneren Struktur" des Vormaterials (Gefüge,chemische Homogenität usw.) beeinflußt, die die Fließfähigkeit der metallischen Suspension bei der späteren Formgebung bestimmt. Um ausreichende Fließeigenschaften zu gewährleisten, muß eine globulitische Gefügeausbildung, die die innere Reibung während des Fließens bei der Formgebung verringert und eine Grundvoraussetzung für die Herstellung komplexer Gußteilgeometrien ist, erzeugt werden. Eine Möglichkeit, diese geforderte Gefügeausbildung zu erreichen, ist der Einsatz von Magnetrührern im Kokillenbereich vonStranggießanlagen, die im Schmelzsumpf eine starke Strömung ausbilden und somit durch ein Abscheren die dendritisch kristallisierende Primärphase in kugelähnliche Strukturen transformiert.Im Rahmen dieser Diplomarbeit erfolgten der Aufbau und die Inbetriebnahme derVertikalstranggießanlage und Untersuchungen des Einflusses der magnetischenRühreinwirkung auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften bei den Aluminium-Legierungen AlSi7Mg und AlSi13.Im ersten Teil der Arbeit wurden die Gießparameter für die beiden Legierungen bei einem Strangdurchmesser von 60mm festgelegt.Der zweite Teil dieser Arbeit beinhaltete Untersuchungen, die sich auf dieProbeneigenschaften in Abhängigkeit unterschiedlicher magnetischer Flußdichten bezogen.Wichtig für die nachfolgenden Prozesse beim Thixogießen ist die Verteilung derLegierungselemente über den Probenquerschnitt, insbesondere die des Siliciums aufgrund der unterschiedlichen Dichte und Erstarrungsmorphologie. Die Ergebnisse diesbezüglicher Untersuchungen zeigten, daß bei steigender magnetischer Rühreinwirkung eine gewisse Vergleichmäßigung der Silicium-Verteilung erreicht wurde, wobei aber in den Randzonen kein Einfluß des Magnetfeldes ersichtlich war.Die Ermittlung der Kornverteilung über den Probenquerschnitt bei den AlSi7Mg-Proben, die auf die Wiedererwärmung des Materials und auf die Rheologie beim Verpressen großen Einfluß hat, ergab in Abhängigkeit der magnetischen Flußdichte, daß eine steigende magnetische Rühreinwirkung einerseits die durchschnittliche Korngröße vermindert und andererseits die Kornform in eine globulitischere überführt.Die Untersuchungen der elektrischen Leitfähigkeit, die auch in der Praxis als einfache und schnelle Qualitätsüberprüfungsmethode der Gußteile angewandt wird, diente ebenfalls der Ermittlung der Silicium-Verteilung über den Probenquerschnitt, da das Silicium die elektrische Leitfähigkeit stark verringert.Einen wesentlichen Einfluß auf die Qualität der Gußprodukte haben auch deren Zugfestigkeit und Dehngrenze; anhand diesbezüglicher Untersuchungen bestätigten sich die bereits in der Literatur vorhandenen Ergebnisse, wobei die durch das Thixogießen hergestellten Proben Werte aufwiesen, die im Bereich zwischen denen des durch Kokillenguß und Schmieden erzeugten Materials einzuordnen waren.Mittels Penetrationsmessungen bei den AlSi7Mg-Proben wurde durch die Ermittlung der Eindringtiefe der Prüfspitze eines Fallgewichts das für den weiteren Verarbeitungsprozeß wichtige thixotrope Verhalten untersucht. Dabei hatte auch die genaue Einstellung des Temperaturbereiches zwischen 578 und 582°C enorme Bedeutung, denn nur hier liegt ein fließfähiges Material unter der Einwirkung von Scherkräften vor; geringere Temperaturen führten zu einer starken Viskositätszunahme und in höheren Temperaturbereichen kam es zuAnschmelzungen.Zur Dokumentation des Übergangs von einer dendritischen zu einer globulitischen Gefügeausbildung bei steigender magnetischer Rühreinwirkung wurden auch metallographische Untersuchungen durchgeführt.

M3 - Diplomarbeit

ER -