M e t a l l R u b R i k 243METALL 65 Jahrgang 6 2011 M e t a l l F o R s c h u n g 9 5 ten Mangan in den Berechnungen für die Vergießbarkeit aufgrund des geringen Ein flusses zu vernachlässigen Die Zugabe von Silizium und Zink verbes sert signifikant die Fließfähigkeit der Mes singlegierungen Quantifiziert man deren Einfluss auf die Vergießbarkeit und setzt die von Modde 7 ausgegebenen Werte für Silizium Effekt Si 126 33 und Zink Effekt Zn 71 96 gemäß der Gleichung 3 in Beziehung so ergibt sich ein Einfluss faktor EF von 1 756 Dieser definiert die Gewichtung von Si im Verhältnis zu Zn Glg 3 Die Erhöhung des Legierungselement gehaltes von Silizium führte bei acht der abgegossenen Werkstoffe zum vollständi gen Ausfließen der von der Metallschmelze Tattendorf MST entwickelten Gießspira le siehe Bild 2 linkes Bild Somit konnten diese Versuchsergebnisse nur bedingt für die empirische Modellierung herangezo gen und berücksichtigt werden Die entwickelte mathematische Formel zur Berechnung der Lauflänge Vergieß barkeit unter Berücksichtigung von Man gan ist in der Gleichung 4 ersichtlich Die entsprechenden Grafiken im Bild 5 sind mit der maximalen Lauflänge der MST Gießspirale von 150 cm begrenzt Lauflänge cm 62 6322 2 0446 Zn 20 9756 Si 2 2728 Mn 3 4370 Si 1 2408 Zn Si Glg 4 Die Gleichung 5 beschreibt ein alternati ves empirisches Modell ohne Berücksich tigung von Mangan da dieses faktisch keinen signifikanten Einfluss auf die Ver gießbarkeit besitzt Das Bild 6 zeigt die grafische Auswertung hierzu Lauflänge cm 62 1368 1 7553 Zn 23 5891 Si 3 8747 Si 1 181 Zn Si Glg 5 Im Gegensatz zu den in der ersten Veröf fentlichung siehe 1 präsentierten Ergeb nissen verhält sich die Lunkerbildung im Taturkegel in Abhängigkeit von den Legierungsgehalten über den gesamten Modellierungsbereich der 50 verschiede nen Messingwerkstoffe homogen Hohe Zink und Siliziumwerte wirken sich in Kombination mit einem mittleren Man gananteil besonders günstig auf die Fest Flüssig Schwindung aus Gereiht nach der Effektivität der einzelnen Legierungskom ponenten verringert Zink Effekt Zn 20 89 vor Silizium Effekt Si 13 68 und Mangan Effekt Mn 2 00 die Ausbildung von tiefen Lunkern Maximal werte würden sich somit bei unlegiertem Kupfer ergeben Die Gleichung 6 und die Grafiken im Bild 7 geben die Interaktion der drei Legierungszusätze in Bezug auf die Fest Flüssig Schwindung wieder Lunkertiefe mm 84 7658 0 7739 Zn 2 9745 Si 5 4516 Mn 0 0727 Zn 1 5004 Mn Glg 6 Werkstoffhärte Durch die Erweiterung der oberen Legie rungsgrenzen auf 21 Zink 7 Silizi um und 4 Mangan stellten sich bei den untersuchten Werkstoffen außergewöhn lich hohe Härten nach Brinell ein Die mathematische Prognose durch das auf die Versuchsserie 1 basierende Modde Modell ergab für die neu erstellten Legierungen ab einem Siliziumanteil von 5 große HB Werte Die ermittelten Ergebnisse HB stellten sich jedoch mit Werte von 200 HB bis zu 380 HB als weitaus höher heraus als vorausberechnet Hier zeigte sich eine deutliche Schwäche des ersten Modells was die Verbesserung und Adaption anhand zusätzlicher Ver suchsdaten notwendig machte Diese hohen Härten sind vor allem auf die Kupfermischkristallverfestigung von Mn und Zn in besonderer Weise aber auf Si zurückzuführen In der Literatur siehe 3 wird bei der binären Legierung Cu Si der Effekt der Härtesteigerung mit der Bildung der γ Phase 17 15 bis 17 6 At Si 5 in Verbindung gebracht Um Ähn liches auch für das vorliegende komplexe Cu Zn Si Mn Legierungssystem nachzu weisen sind detailliertere metallografi sche Untersuchungen notwendig welche Gegenstand einer weiteren Veröffentli chung sein werden Der spezielle Einfluss von Si auf die Werkstoffhärte spiegelt sich in der Berechnung des Einflussfaktors EF gemäß der Gleichung 3 wider Aus den von Modde ausgegebenen Werten für Silizium Effekt Si 150 704 und Zink Effekt Zn 53 978 ergibt sich dabei ein Faktor von 2 792 Je nach Legierungszusammensetzung bilden sich in den Messingen intermetal lische Mangansilizide siehe Bild 3 und 4 Die Beteiligung dieser Phasen an der Werkstoffhärte kann nach gegenwärtigem Erkenntnisstand faktisch ausgeschlossen werden Bei dem in der Gleichung 7 und dem Bild 8 dargestellten empirischen Modell fan den die Versuchsergebnisse Härtewerte der Messinglegierungen mit einem Si Gehalt größer als 6 keine Berücksich tigung Diese Werte hierbei handelt es sich hauptsächlich um die Ergebnisse der Versuchsserie 3 sind mit den restlichen Daten aufgrund von Unstetigkeiten nicht verarbeitbar da diese zu einem signifi kanten Qualitätsverlust des empirischen Modells führen Der Schluss liegt nahe dass bei den vorliegenden Messingwerk stoffen Si Gehalte von über 6 zu diver Bild 6 Grafische Darstellung des empirischen Mo dells zur Interpretation der Lauflänge in der Gießs pirale in Abhängigkeit von den beiden Legierungs elementen Zn und Si Bild 7 Grafische Darstellung des empirischen Modells zur Ausbildung des Lunkers Lunkertiefe beim Taturkegel als Funktion der Elemente Zn Si und Mn

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