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Aluminiumlegierung.
Die Erfindung betrifft Aluminium-Legierungen, die einer thermischen Behandlung nicht unterzogen werden, um ihre physikalischen Eigenschaften zu verbessern.
Schon in den Anfängen der Verwendung von Aluminium stellte es sich heraus, dass Aluminium an und für sich wegen seiner geringen Festigkeit (selbst im kalt bearbeiteten Zustand) für viele Zwecke wenig brauchbar ist. Infolge des Bedarfes nach einem Werkstoff, der das geringe Gewicht von Aluminium mit einer dem Stahl nahe kommenden Festigkeit vereint, tauchen Aluminiumlegierungen auf, welche einer thermischen Behandlung unterzogen wurden und altern mussten, um ihre grösste Festigkeit zu erlangen. Eine Aluminiumlegierung von der Art der sogenannten Duraluminiumlegierungen, die 4% Kupfer, 0'5% Magnesium und 0-5% Mangan enthält, ist ein bekanntes Beispiel dieser Art von gekneteten und einer Wärmebehandlung unterzogenen Legierungen.
Um die grösste Festigkeit dieser Legierung zu erzielen, muss eine derartige Legierung durch eine kurze Zeit auf einer Temperatur von 5100 C erhalten und dann rasch auf eine viel niedrigere Temperatur-gewöhnlich Luft-oder Zimmertemperatur-abgekühlt werden. Die Legierung kann dann durch mehrere Tage bei gewöhnlicher Temperatur belassen oder auf eine etwas höhere Temperatur gebracht und bei dieser durch einige Stunden belassen werden, um das Altern zu begünstigen. Auf diese Weise behandelte Legierungen zeigen im allgemeinen geringere Widerstandsfestigkeit gegen Korrosion als solche, die keine Wärmebehandlung erfahren haben : die Verringerung der Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion ist von besonderer Wichtigkeit, wenn die Legierung Salzwasser oder einer Salzwasseratmosphäre ausgesetzt ist.
Thermisch behandelte Legierungen dieser Art besitzen zwar eine höhere Festigkeit als die Kompositionen ohne thermische Behandlung, aber die thermische Behandlung verteuert das Endprodukt
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thermischen Behandlung nicht unterzogene Legierungen ohne wesentliche Einbusse an wertvollen physikalischen Eigenschaften in der Nähe der Schweissstelle geschweisst werden, wogegen thermisch behandelte Legierungen unter ähnlichen Bedingungen durch die Einwirkung der Schweisshitze auf die Struktur der Legierung eine Verringerung der Festigkeit erfahren. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer billigeren aber festen Legierung, die keiner thermischen Behandlung bedarf, um besonders günstige physikalische Eigenschaften aufzuweisen.
Einer der Zwecke der Erfindung besteht sonach darin, eine Legierung zu schaffen, die grosse Festigkeit ohne besondere thermische Behandlung aufweist. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, eine Legierung zu schaffen, die beim Stehen bei gewöhnlicher oder ein wenig höherer Temperatur nach rascher Abkühlung von der Anlasstemperatur nicht altert und endlich bezweckt die Erfindung, eine Legierung zu schaffen, die hohe Festigkeit aufweist, ohne etwas von der Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion einzubüssen.
Es ist gefunden worden, dass ein Zusatz von O'l bis 3'5% Magnesium, 0'05 bis 0'45% Kupfer, O'l bis 1% Mangan und O'l bis 0'5% Chrom zu Aluminium eine Legierung von besseren mechanischen Eigenschaften liefert als andere Legierungen ohne Wärmebehandlung unter ähnlichen Bedingungen der kalten Bearbeitung oder des Glühens. Die Legierung hat eine ungewöhnlich hohe Zugfestigkeit und Streckgrenze selbst im ausgeglühten Zustand gegenüber den gewöhnlichen, bisher bekannten und verwendeten Legierungen. Die Dehnungswerte sind im Vergleich zu anderen Legierungen vergleichbarer Festigkeit ebenfalls hoch.
Ausserdem bleiben diese Eigenschaften bei wiederholten Erwärmungen und Abkühlungen im wesentlichen unverändert, was im Gegensatz zum Verhalten von Legierungen steht, die einer Wärmebehandlung bedürfen, um ihre volle Festigkeit zu erlangen. Diese einzige Wirkung der Legierung nach wiederholten Erwärmungen und Abkühlungen liegt nach der Meinung der Anmelderin darin, dass das Magnesium und das Kupfer im Aluminium sowohl bei gewöhnlicher als auch erhöhter Temperatur in praktisch vollkommener Lösung auftreten. Ungleich den Legierungen, die eine Wärmebehandlung erfahren haben, liefert die vorliegende Komposition keine übersättigte feste Lösung, wenn sie von einer Temperatur von etwa 5100 C auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
Belässt man die vorliegende Legierung durch mehrere Tage bei Zimmertemperatur oder erwärmt man sie auf eine etwas höhere Temperatur, so entsteht weder eine Ausscheidung noch eine andere Änderung der inneren Struktur der Legierung.
Die Lösung von Kupfer und Magnesium ist gleichfalls günstig, da sie die Festigkeit der Legierung erhöht, indem die Moleküle dieser Elemente inniger mit denen von Aluminium in einer festen Lösung verbunden sind, als wenn sie ungelöst bleiben. Feste Lösungen zeigen im allgemeinen eine grössere Festigkeit als die reinen Metalle, aus welchen sie bestehen.
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Feste Lösungen zeigen gewöhnlich eine grobkörnige Struktur, wenn sie nach kalter Bearbeitung ausgeglüht werden. Die Anmelderin hat es deshalb für nötig gefunden, der Legierung sowohl Mangan als auch Chrom zuzusetzen, um ein gleichmässiges feines Korn zu sichern. Diese Elemente sind in Aluminiuni praktisch unlöslich und beeinflussen das Verhalten von Magnesium und Kupfer in keiner Weise.
Die verbesserte Beschaffenheit der erfindungsgemässen Legierung ist am besten aus dem Vergleich ihrer Eigenschaften mit jenen der bekannten Aluminiumlegierungen, die keiner Wärmebehandlung
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nicht wärmebehandelte Legierungen, die im weiten Umfang verwendet wurden.
Tabelle der Zusammensetzung der Legierungen :
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Mg <SEP> Mn <SEP> Cu <SEP> Cr <SEP> Si
<tb> A............. <SEP> 3-11 <SEP> 0-50 <SEP> 0-41 <SEP> 0-26
<tb> B............. <SEP> 3-09 <SEP> 0-52 <SEP> 0-21 <SEP> 0-26
<tb> C............ <SEP> 1-37 <SEP> 0-52 <SEP> 0-42 <SEP> 0-25
<tb> D <SEP> ...........-1-2 <SEP> --R............. <SEP> 1-0 <SEP> 1-25
<tb> E.............1#0 <SEP> 1#25 <SEP> - <SEP> - <SEP> F <SEP> ............- <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 5#00
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Aus den Legierungen wurden Bleche nach den gebräuchlichen Warm-und Kaltwalzverfahren mit den erforderlichen, zwischendurch vorgenommenen Ausglühungen hergestellt. Es wurden dann
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um 75% oder mehr durch Kaltwalzen eines ursprünglich ganz weichen oder ausgeglühten Materials reduziert wurde.
Die Überlegenheit der vorliegenden Legierungen im ausgeglühten Zustand über die gewöhnlichen Legierungen ergibt sich aus dem Vergleich der Werte physikalischer Grössen in der nachstehenden Tabelle.
Ausgeglühtes Blech :
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> kg <SEP> per <SEP> mm2 <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> %
<tb> Zugfestigkeit <SEP> Streckgrenze <SEP> bei <SEP> 51 <SEP> mm <SEP> Länge
<tb> A......... <SEP> 27-07 <SEP> 12-87 <SEP> 22-2
<tb> B......... <SEP> 26-51 <SEP> 12-58 <SEP> 21-8
<tb> C........ <SEP> 20-74 <SEP> 8-37 <SEP> 19-7
<tb> D........ <SEP> 11-25 <SEP> 3-52 <SEP> 40-0
<tb> E......... <SEP> 18-28 <SEP> 7-03 <SEP> 20-0
<tb> F........ <SEP> 11-25 <SEP> 3'52 <SEP> 40-0
<tb>
Die Legierungen A, B und C zeigen eine bedeutende Steigerung der Festigkeit gegenüber den Legierungen D, E und F bei befriedigender Dehnung. Die Legierung E, die bisher für eine der festesten Legierungen ohne thermische Behandlung galt, steht hinsichtlich der Zugfestigkeit und der Streckgrenze beträchtlich hinter den Legierungen A und B.
Ein weiterer Beweis für die bessere Beschaffenheit der vorliegenden Legierungen ergibt sich aus den physikalischen Eigenschaften der hart gewalzten Materialien ; die folgende Tabelle vergleicht die vorliegenden und die bisher allgemein verwendeten Legierungen.
Hart gewalzte Legierungen :
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> kg <SEP> per <SEP> mm2 <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> %
<tb> Zugfestigkeit <SEP> Streckgrenze <SEP> bei <SEP> 51 <SEP> mm <SEP> Länge
<tb> A......... <SEP> 44-08 <SEP> 39-51 <SEP> 5-2
<tb> B......... <SEP> 41-97 <SEP> 37-83 <SEP> 4-8
<tb> C........ <SEP> 33-89 <SEP> 31-50 <SEP> 4-2
<tb> D........ <SEP> 20-39 <SEP> 17-58 <SEP> 4-0
<tb> E......... <SEP> 29-53 <SEP> 26-72 <SEP> 3-0
<tb> F........ <SEP> 20. <SEP> 39 <SEP> 18'28 <SEP> 10'0
<tb>
Die Stabilität der physikalischen Eigenschaften der vorliegenden Legierungen, unter Bedingungen, welche gewöhnlich eine Steigerung der Festigkeit thermisch behandelbarer Legierungen herbeiführen, wird durch die folgenden Tabellen veranschaulicht.
Die Proben der ersten Gruppe wurden durch 15 Minuten bei 5100 C gehalten und dann durch Eintauchen abgekühlt. Die Muster der zweiten Gruppe erfuhren die gleiche thermische Behandlung, wurden aber ausserdem durch Erhitzen auf 1600 C durch 18 Stunden gealtert.
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Thermisch behandelte Legierungen :
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> kg <SEP> per <SEP> mm2 <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> %
<tb> Zugfestigkeit <SEP> Streckgrenze <SEP> bei <SEP> 51 <SEP> mm <SEP> Länge
<tb> A......... <SEP> 27-49 <SEP> 13-15 <SEP> 20-8
<tb> B......... <SEP> 25-52 <SEP> 11-81 <SEP> 21-3
<tb> C........ <SEP> 20'74 <SEP> 8'79 <SEP> 15'8
<tb>
Thermisch behandelt und gealtert :
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<tb>
<tb> A......... <SEP> 28-90 <SEP> 15-12 <SEP> 21-7
<tb> B......... <SEP> 26-44 <SEP> 12-87 <SEP> 22-0
<tb> C........ <SEP> 21-51 <SEP> 9-56 <SEP> 19-3
<tb>
Aus diesen Resultaten und den bei ausgeglühten Legierungen erhaltenen ergibt sieh, dass die Festigkeit der erhitzten Produkte nur geringe Unterschiede aufweist.
Die Tabelle zeigt weiters, dass beim Altern nur eine geringe Änderung der Festigkeit eintritt, woraus hervorzugehen scheint, dass alle bei höherer Temperatur löslichen Bestandteile bei gewöhnlicher oder nur schwach erhöhter Temperatur in
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dem zu ersehen : Probestücke derselben wurden abwechselnd in eine 5'26%-Lösung von Kochsalz und 0'3% Wasserstoffsuperoxyd eingetaucht und daraus herausgezogen. Muster einer in wohlbekannter Weise thermisch behandelten, durch Eintauchen abgekühlten und natürlich gealterten Aluminiumlegierung, die etwa 4% Kupfer, 0'5% Magnesium und 0'5% Mangan enthielt, wurden zusammen mit ausgeglühten Mustern der Legierungen A, B und C behandelt.
Die thermisch behandelte Legierung wurde durch bloss 24 Stunden der Prüfung ausgesetzt, die Proben der übrigen Legierungen wurden der Prüfung noch durch weitere 24 Stunden unterworfen. Die Einbussen an physikalischen Eigenschaften im Vergleich zu den ursprünglichen Eigenschaften der nicht korrodierten Legierungen sind als perzentuelle Abnahmen aus der folgenden Tabelle ersichtlich :
Verluste physikalischer Eigenschaften korrodierter Legierungen in Prozenten :
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Streckgrenze <SEP> Dehnung
<tb> Thermisch <SEP> behandelte <SEP> Legierung <SEP> mit <SEP> 4% <SEP> Cu,
<tb> 0#5% <SEP> Mg, <SEP> 0#5% <SEP> Mn........................... <SEP> -19 <SEP> -6 <SEP> -63
<tb> A.......................................... <SEP> -6 <SEP> -1 <SEP> -36
<tb> B.......................................... <SEP> -8 <SEP> -1 <SEP> -41
<tb> C <SEP> ......................................... <SEP> -6 <SEP> -3 <SEP> -28
<tb>
Die vorstehenden vorteilhaften Eigenschaften stellen sich ein bei 0'1 bis 3'5% Magnesium, 01 bis 0-45% Kupfer, 0-1 bis l % Mangan und 0-1 bis 0-5% Chrom.
Wird besondere Leichtigkeit der Bearbei-
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Für allgemeine Zwecke ist es aber vorzuziehen, 1-5 bis 3% Magnesium, 0-2 bis 0-4% Kupfer, 0-4 bis 0-8% Mangan und 0-15 bis 0-4% Chrom zu verwenden. Jedenfalls müssen Magnesium und Kupfer unter der Höchstgrenze der Löslichkeit bei der festen Lösung bei Zimmertemperatur gehalten werden. Es ist daher die obere Grenze für Magnesium mit 3'5 und für Kupfer mit 0-45% angegeben. Um die besten Ergebnisse zu erzielen und doch eine leicht bearbeitbare Legierung zu erhalten, hat es sich als nötig heraus-
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und Chrom mit den Gehalten gemäss vorliegender Erfindung zum Teil übereinstimmend, jedoch ein Kupfergehalt von 2 bis 5% vorgeschlagen wurde.
Diese Legierungen mit einem derartig höheren Kupfergehalt sind hinsichtlich der Korrosionsfestigkeit gegenüber Legierungen laut Anmeldungsgegenstand erheblich unterlegen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Aluminiumlegierung mit 0#1 bis 3'5% Magnesium, 0'1 bis 1% Mangan, 0'1 bis 0'5% Chrom, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0'05 bis 0-45% Kupfer enthält.