CE-Legierungsprodukte - Legierungen und Eigenschaften

Osprey CE-Legierungen umfassen eine Reihe von hauptsächlich binären übereutektischen Silizium-Aluminium-Legierungen (Anmerkung - keine AlSiC-Gemische), bei welchen ein steigender Siliziumgehalt zu niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten (siehe untenstehende Grafik) und einer höheren spezifischen Steifigkeit führt.


Legierungsangebot

Standardsortiment von Legierungen mit abgestimmter Ausdehnung

LegierungenCTE
CE17F 17 ppm/ °C
CE17MF 17 ppm/ °C
CE13F 13 ppm/ °C
CE11F 11 ppm/ °C
CE9F 9 ppm/ °C
CE7F 7 ppm/ °C
CE6F 6 ppm/ °C

Weitere erhältliche Legierungen sind CE8F 8ppm/ °C, CE13MF und Entwicklungslegierung CE5F 5ppm/ °C.

Bezeichnungssystem

Die Bezeichnungen für CE-Legierungen sind nach folgendem Modell aufgebaut: CE steht für abgestimmte Ausdehnung. Die nach 'CE' stehende Zahl (z. B. 7 bei CE7) gibt die Raumtemperatur CTE in ppm/° C an.

F-Sorten

Der Buchstabe 'F' wird dem Legierungstyp angehängt (z. B. CE11F), um eine feinere Sorte zu kennzeichnen, als bisher für CE-Legierungen verfügbar war, d. h. eine Sorte mit einer feineren Mikrostruktur, welche die Festigkeit und Schweißbarkeit der Legierung verbessert. Da die feineren Sorten konsistentere mechanische Eigenschaften aufweisen, ohne die thermischen Eigenschaften zu beeinträchtigen, werden die F-Legierungen ab sofort durch alle Sorten der CE-Legierungen ersetzt.

M-Sorten

Die Legierungen der M-Sorte (CE17MF und CE13MF) enthalten geringe Zusätze von Eisen (Fe), Mangan (Mn) und Magnesium (Mg), sodass eine ähnliche Wärmebehandlung wie bei den Legierungen der Serie 6000 (Al-Si-Mg) eine Verfestigung der Matrix bewirkt. Ursprünglich sollte hierdurch die Zerspanbarkeit der Legierungen verbessert werden, doch ist auch eine Verbesserung der Festigkeit erreichbar, allerdings auf Kosten der Wärmeleitfähigkeit.

Mechanische Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften für CE-Legierungen

Mechanische Eigenschaften, typische Werte
CE17FCE17MFCE13FCE11FCE9FCE7FCE6F
Zusammensetzung Al-27%Si Al-27%Si Al-42%Si Al-50%Si Si-40%Al Si-30%Al Si-20%Al
Zugfestigkeit, höchste ≥ 160  175–3123) 205 193  181 ≥ 100  n. z.
Dehngrenze, MPa  100 282 147  189 - - n. z.
Festigkeit des Verbunds (Dreipunkt), Mpa - - 300  300  300  270 3191)
E-Modul, GPa  91,8  91,82)  101,9  121,4 118 129,2  130
Schubmodul, GPa  35,8  35,82)  42,22)  48,6 46  51,6 n. z.
Querdehnungszahl  0,28 0,282)  0,272)  0,29 0,29 0,26  n. z.
Dichte, g/cc  2,6 2,6  2,55   2,51 2,47  2,43  2,352)
Härte, Hv  60  75–1323) 90 - 230 - n. z.

1) Teststücke von 4 x 3 x 40 mm

2) Berechnete Werte

3) Abhängigkeit vom Wärmebehandlungszustand

Thermische Eigenschaften

Thermische Eigenschaften für CE-Legierungen

Wärmeausdehnungskoeffizient, ppm/°C (typische Werte)
CE17FCE17MFCE13FCE11FCE9FCE7F
Zusammensetzung1) Al-25%Si Al-27%Si Al-42%Si Al-50%Si Si-40%Al Si-30%Al
100K–200K - - - 7,8 - -
200K–300K - - - 10,6 - -
100K–300K - - - 9,2 - -
-60–200ºC - - - 11,6 - 7,6
Raumtemperatur 15,3 15,3 12,2 11,4 9.1 7,2
25–200ºC 17,1 17,1 13,7 12,3 10,2 8,3
25–300ºC 18,1 18,1 14,6  12,9 10,9  8,8 
25–400ºC  18,7 18,7 15,2 13,4 11,3 9,2
25–500ºC  19 19 15,5 13,7 11,4 9,7
Wärmeleitfähigkeit, W/m.K (typische Werte)
CE17FCE17MFCE13FCE11FCE9FCE7F
Zusammensetzung1) Al-25%Si Al-27%Si Al-42%Si Al-50%Si Si-40%Al Si-30%Al
Bei -100ºC - - - - - 180
Bei -50ºC - - - - 1292) 140
Bei -0ºC - - - - - 135
Bei 25ºC 177,4 146,8 145 132 121 120
Bei 50ºC - - - - - 110
Bei 100ºC - - - - 125* 110
Bei 200ºC 151,2 146,5 - - 108* 100
Bei 300°C - - - - 98* 88
Bei 400°C - - - - 90* 80
Bei 500°C - - - - 85* 75
Spezifische Wärme, J/kg°C 846,3 767,25 857* 754* 780* 785*

* Berechnete Werte

Mikrostruktur

Mikrostruktur von CE-Legierungen

In geschmolzenem Zustand sind Si und Al wechselseitig löslich, während im schnell erstarrten Zustand nur eine minimale Löslichkeit von Si in Al (< 0,3 %) und noch weniger Löslichkeit von Al in Si vorhanden ist. Die Produkte sind echte Legierungen anstatt Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (wie AISiC), da alle vorliegenden Phasen ihren Ursprung in der homogenen Schmelze haben.

Die Al-Phase ist bis ~ 85 % Al kontinuierlich. Mit über ca. 40 % Si wird auch die Si-Phase kontinuierlich und bietet eine miteinander vernetzte Duplex-Legierung (ähnlich wie AIBe-Legierungen).

Die kontinuierliche Si-Phase produziert ein feste Legierung mit niedriger Wärmeausdehnung und niedriger interner Spannung, wobei die kontinuierliche Al-Phase die Wärmeleitfähigkeit und die Zähigkeit verbessert und den elektrischen Widerstand verringert.

Wenn folglich der Al-Bestandteil erhöht wird, werden auch die elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit, Zähigkeit und mechanische Bearbeitbarkeit erhöht. Aus diesen Gründen ist es am besten, die Legierung mit dem höchsten Al-Bestandteil zu wählen, der für die Anwendung akzeptabel ist.

Obwohl Sandvik bearbeitete Komponenten mit Si-Anteil bis zu 85 % Si (d.h. CE5) liefern kann, bedeutet die relative Sprödigkeit dieser Zusammensetzung, dass es nach Möglichkeit oftmals besser ist, einen Kompromiss bei der erforderlichen exakten Expansion einzugehen und eine Legierung mit geringeren Si-Anteil zu verwenden. Zum Beispiel Kovar* pakete (mit einem CTE von ~ 7ppm/°C) wurden erfolgreich durch CE9, CE11 und sogar CE13 übersetzt.

* Kovar ist eine Handelsmarke der Carpenter Technology Corporation