Einfluss von Konvektionen auf das Wachstum und die Morphologie intermetallischer Phasen in Aluminium- Gusslegierungen

Abstract

Die Wiederverwertung von aufbereiteten Aluminiumschrotten scheitert häufig daran, dass die Gehalte an Eisen und Mangan so hoch sind, dass sich beim erneuten Vergießen intermetallische Phasen ausbilden (Fe- Mn- Aluminide), die zu hohen Porositäten führen oder als Risskeimbildner in Knetlegierungen die Walz- und Strangpressbarkeit erheblich einschränken. Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, inwieweit sich die Wachstumskinetik und die Morphologie intermetallischer Phasen in Aluminium- Gusslegierungen durch kontrollierte Strömungen in der Schmelze während der Erstarrung beeinflussen lassen. Eingesetzt wurde hierzu modernste Erstarrungstechnologie, bei der im Aerogelofen die gerichtete Erstarrung von Legierungen mit optischen Methoden verfolgt, analysiert und beeinflusst werden kann. Als Legierungszusammensetzung wurde 92 wt.% Al- 7wt.% Si- 1wt.% Fe bzw. 1wt.% Mn gewählt. Kontrollierte Strömungen werden in der Schmelze durch rotierende Magnetfelder (RMF) gezielt erzeugt. Die Magnetfeldstärke beträgt 3- bzw. 6mT bei 50Hz, was zu Strömungsgeschwindigkeiten der Schmelze bis zu einigen mm/s führt. Die Proben werden nach dem Prozessieren metallografisch präpariert und das Gefüge quantitativ beschrieben. Dazu gehört das Bestimmen des primären Dendritenabstands und des sekundären Dendritenarmabstands. Die Ergebnisse werden verglichen und bewertet, um daraus neue Strategien zum Umgang mit rezyklierten Al- Legierungen zu gewinnen. Wir beobachten, dass der primäre Dendritenabstand lambda1 als auch der sekundäre Dendritenarmabstand lambda 2 durch die Zugabe von Fe und Mn aber zusätzlich auch durch das RMF beeinflusst werden. Lichtmikroskopische Aufnahmen von Längs- und Querschliffen unter dem Einfluss des RMF gerichtet erstarrter AlSiFe/AlSiMn Proben zeigen einen deutlichen Unterschied in der Makrostruktur im Vergleich zu Proben, die unter natürlichen konvektiven Bedingungen erstarrt wurden. Man beobachtet eine deutliche Anreicherung von Si zur Probenmitte hin, so dass in der Probenmitte reines Eutektikum zu finden ist.