Verfahren zur Herstellung von Werkstücken ans aushärtbaren Alaminiumlegierungen mit hohen und gleichmässigen Festigkeitseigenschaften, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Werkstück. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus aushärt- baren Aluminiumlegierungen, die aus<B>3,5</B> bis 4,5% Kupfer, 0,9 bis<B>1,5%</B> Magnesium, 0,6 bis 1,4% Mangan, 0,8 bis 1,4% Silizium, höchstens 0,5 % Eisen, Rest Aluminium, be stehen.
Diese Legierungen fallen hinsicht lich ihrer Zusammensetzung in den Bereich der an sich bekannten aushärtbaren, durch hohe Festigkeitseigenschaften ausgezeich neten Aluminiumlegierungen. Diese erhalten ihre hohen Festigkeitseigenschaften bekannt lich dadurch, dass sie bei etwa 500 C je nach dem Halbzeug eine Viertelstunde bis zu mehreren Stunden geglüht, anschliessend ab geschreckt und bei Raumtemperatur ausge lagert werden. Man hat auch vorgeschlagen, zur Steigerung gewisser mechanischer Güte werte die Aushärtung bei etwas erhöhter Temperatur bis zu etwa 200 C vorzuneh men.
Es ist ferner bekannt, dass sich durch die Aushärtung bei erhöhter Temperatur be sonders hohe Streckgrenzen bei solchen Le gierungen ergeben, in denen der Silizium gehalt in einer Menge vorhanden ist, die über die zur Bildung der Verbindung Mg2Si er forderliche Menge hinausgeht.
Es liegen auch bereits Veröffentlichungen über das Zusammenwirken von Kaltverfor mung und Aushärtung bei gewöhnlicher und erhöhter Temperatur vor. Man hat dement sprechend eine Reihe von Vorschlägen ge macht und Verfahren ausgearbeitet, nach denen es gelingt, besonders günstige Eigen schaftswerte in der einen oder andern Rich tung zu erzielen.
Bei planmässigen Untersuchungen über den Einfluss gewisser Legierungsbestandteile auf die durch Kaltverformung und Aushär ten bei erhöhter Temperatur hervorgerufene Wirkung auf die Festigkeitseigenschaften wurde unter anderem festgestellt, dass bei Aluminium-Kupfer-Magnesium-Legierungen nur dann durch eine vorausgegangene Kalt verformung bei der anschliessenden Warm aushärtung eine Verstärkung der Aushärtung eintritt, wenn die Legierungen einen hohen Magnesium- und Mangangehalt besitzen. Da bei ergaben sich um so höhere Werte für Streckgrenze und Zugfestigkeit bei der Warmaushärtung, je höher der vorausgegan gene Reckgrad war.
Bei weiteren Versuchen wurde darüber hinausgehend festgestellt, dass der Silizium gehalt von wesentlicher Bedeutung für das Zusammenwirken von Verfestigung durch Kaltverformung und durch Aushärtung bei erhöhter Temperatur ist.
Es ist an sich bekannt, dass der Silizium gehalt in Aluminium-Kupfer-Magnesium-Le- gierungen eine ausserordentliche Steigerung der Festigkeit, insbesondere aber der Streck grenze durch Aushärtung bei erhöhter Tem peratur ergibt. Völlig neu und überraschend ist jedoch die Feststellung, die bei umfang reichen Versuchen gemacht werden konnte, dass nämlich bei hohem Siliziumgehalt eine vor der Aushärtung bei erhöhter Tempera tur vorgenommene Kaltverformung den Be trag der Aushärtungsverfestigung um so stärker herabsetzt, je höher die Kaltverfor mung war.
Dieser überraschenden Tatsache ist es zuzuschreiben, dass Legierungen mit der oben aufgeführten Zusammensetzung bei der Aushärtung bei erhöhter Temperatur un abhängig von dem vorausgegangenen Reck grad nahe beieinanderliegende Festigkeits eigenschaften besitzen. Überraschend ist weiterhin die Feststellung, dass diese Werte etwa bei gleichen Anlasszeiten erreicht wer den, zum mindesten aber bei gleicher Aniass- zeit nicht so stark voneinander abweichen wie bei Legierungen; die bei sonst gleicher Zusammensetzung einen geringeren Silizium gehalt besitzen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung von Werkstücken, die trotz ungleichmässiger Verformungsgrade nicht nur hohe, sondern vor allem auch gleichmässige Festigkeitseigenschaften besit zen und aus aushärtbaren Aluminiumlegie- rungen bestehen.
Erfindungsgemäss werden zur Herstellung solcher Werkstücke aushärt- bare Aluminiumlegierungen mit 3,5 bis 4,5 Kupfer, 0,9 bis 1,5 % Magnesium, 0,6 bis 1,4 % Mangan, 0,8 bis 1,4 5K0 Silizium, jedoch mindestens 0,2 % mehr;
als zur Bildung der Verbindung MgaSi erforderlich ist, höchstens 0,5 % Eisen, Rest Aluminium, verwendet, die nach dem Lösungsglühen bei Temperaturen von etwa<B>500'</B> C und Abschrecken in kaltem Zustand zu Werkstücken geformt werden, wonach die einzelnen Stellen der Werkstücke ungleichmässige Verformungagrade aufweisen und die so geformten Werkstücke auf Tem peraturen zwischen 130 bis<B>170'</B> C 8 Tage bis 2 Stunden angelassen werden.
Beispiels weise 'haben sich mit Blechen einer Alumi niumlegierung aus etwa 4,0% Kupfer, 1,0 Mangan,<B>1,0%</B> Magnesium, 1,2% Silizium, 0,25% Eisen als Verunreinigung, Rest Alu minium, nach dem Lösungsglühen, Ab schrecken und Auslagern bei Verformungen, die einem Reckgrad von 0 bis<B>10%</B> entspra- ehen, nach 20stündigem Anlassen bei 160 C die im folgenden angegebenen mechanischen Gütewerte ergeben:
EMI0002.0040
Die Gegenüberstellung zu den Werten, die bei gleicher Verformung mit derselben Le gierung vor dem Anlassen gefunden wurden, zeigt die Wirkung der Anlassbehandlung auf die Vergleichmässigung der mechanischen Gütewerte.
Bei Blechen einer zunächst bei Raumtem- peratur ausgehärteten Legierung mit etwa 4,0 % Kupfer, 1,4% Magnesium,<B>1,0%</B> Man gan, 1,2% Silizium, 0,25% Eisen, Rest Alu minium, ergaben sich nach Kaltverformun gen von 0-10% und 30stündigem Anlassen bei 160 C die nachstehend zusammengestell ten mechanischen Gütewerte:
EMI0003.0008
Mechanische <SEP> 0-10 <SEP> % <SEP> kaltverformt <SEP> 0-10 <SEP> % <SEP> kaltverformt
<tb> Gütewerte <SEP> 160 <SEP> <SEP> C, <SEP> 30 <SEP> Std. <SEP> angelassen <SEP> nicht <SEP> angelassen
<tb> Streckgrenze
<tb> (0,2 <SEP> % <SEP> bleibende <SEP> Dehnung) <SEP> 43-47 <SEP> kg/mm' <SEP> 28=42 <SEP> kg/mm2
<tb> 44-50 <SEP> " <SEP> .
<tb> Festigkeit <SEP> 47-50 <SEP> "
<tb> Dehnung <SEP> <B>6-10%</B> <SEP> 9-19 Die Gegenüberstellung zeigt auch hier wieder, wie stark sich das Anlassen auf die Vergleichmässigung der mechanischen Güte- werte auswirkt. In beiden Fällen ist sie be sonders deutlich an der Streckgrenze und auch Dehnung zu erkennen.
Es geht daraus ferner die ausserordentlich starke Erhöhung der Streckgrenze hervor.
Demgegenüber zeigen Legierungen sonst gleicher Zusammensetzung, jedoch mit einem Siliziumgehalt, der kleiner oder gleich der zur Bildung der Verbindung MgzSi erforder lichen Menge ist, das Verhalten nicht, das die Legierungen gemäss der Erfindung be sitzen.
So liegen beispielsweise bei Blechen einer Legierung aus 4,0% Kupfer, 1,0 Magnesium,<B>10%</B> Mangan,<B>0,6%</B> Silizium, <B>0,25%</B> Eisen als Verunreinigung, Rest Alu minium, die nach dem Lösungsglühen, Ab schrecken - und Auslagern 0-10 % kaltver formt war, nach 31/2tägigem Anlassen bei <B>160'</B> C, also trotz erheblich längerer Anlass- dauer, folgende Werte vor:
EMI0003.0021
Mechanische <SEP> 0-10 <SEP> % <SEP> kaltverformt
<tb> Gütewerte <SEP> <B>1600</B> <SEP> C, <SEP> 31/2 <SEP> Tage <SEP> angelassen,
<tb> Streckgrenze
<tb> <B>(0,2510'</B> <SEP> bleibende <SEP> Dehnung) <SEP> 39-49 <SEP> kg/mm2
<tb> Festigkeit <SEP> 46-51 <SEP> - <SEP> "
<tb> Dehnung <SEP> 7-12% Bei Blechen einer andern Legierung aus 4,0% Kupfer, 1,4% Magnesium, 1,0% Man gan,<B>0,8%</B> Silizium, 0,25% Eisen als Verun reinigung, Rest Aluminium, die nach dem Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern 0-10 % kaltverformt war, ergaben sich eben falls erst nach 3tägigem Anlassen bei 1.60 C nachstehende Werte:
EMI0004.0001
Mechanische <SEP> 0--10% <SEP> kaltverformt
<tb> Gütewerte <SEP> 160 <SEP> C, <SEP> 3 <SEP> Tage <SEP> angelassen
<tb> Streckgrenze
<tb> (0,2 <SEP> % <SEP> bleibende <SEP> Dehnung) <SEP> 38--48 <SEP> kgimm'
<tb> Festigkeit <SEP> , <SEP> 44-50
<tb> Dehnung <SEP> <B>6-11%</B> In noch stärkerem Masse bleiben die durch die Kaltverformung hervorgerufenen Unter schiede bei der anschliessenden Warmaus härtung erhalten, wenn der Siliziumgehalt noch geringer genommen wird.
Es hat sich nun gezeigt, dass die Ver formung der ausgelagerten Legierungen er heblichen Arbeitsaufwand erfordert und nicht so weit getrieben werden kann wie bei Legierungen, die unmittelbar nach dem Lö sungsglühen und Abschrecken kaltverformt wurden. Überraschenderweise hat sich dabei ergeben, dass die hohen und vor allem gleich mässigen Festigkeitseigenschaften in dem ver schieden stark kaltverformten Werkstück nach dem Anlassen auch dann vorhanden sind, wenn die Kraftverformung unmittelbar nach dem Abschrecken durchgeführt wird, ohne dass also eine volle Auslagerung bei Raumtemperatur stattgefunden hat.
Es ist daher zweckmässig, wenn bei der Herstellung der Werkstücke gemäss der Er findung das Halbzeug unmittelbar nach dem Abschrecken in kaltem Zustand zu Werk stücken geformt wird.
So haben sich beispielsweise mit Blechen aus einer Aluminiumlegierung aus etwa 4,0 Kupfer, 113% Magnesium, 1,2% Mangan, 1,2% Silizium, 0,15% Eisen, Rest Alumi nium, die unmittelbar nach dem Lösungs glühen und Abschrecken 0-10% kaltver formt, mehrere Tage gelagert und anschlie ssend 20 Stunden bei 160 C angelassen wur den, folgende Werte ergeben:
EMI0004.0012
Streckgrenze
<tb> (0,2% <SEP> bleibende <SEP> Dehnung) <SEP> 42-46 <SEP> kg/mm'
<tb> Festigkeit <SEP> 46--49 <SEP> "
<tb> Dehnung <SEP> <B>6-10%</B> Es ist<B>\</B> damit dieselbe Gleichmässigkeit der Werte erreicht wie bei den Blechen, die vor der Kaltverformung erst ausgelagert wurden;
auch bei diesen schwankte bei gleicher Deh nung die Streckgrenze nur um 4 kg /mm' und die Festigkeit nur um 3 kg/ mm', wäh rend in den nur kaltverformten, nicht ange lassenen Blechteilen die Unterschiede in der Streckgrenze bezw. Festigkeit 14 bezw. 6 kg/mm' und in der Dehnung 10 % betrugen.
Werkstücke aus Aluminiumlegierungen, die gemäss der Erfindung verwendet werden, durch Kaltverformung herzustellen, hat man bisher im Hinblick auf die durch die verhält nismässig grossen Mengen an Zusatzmetallen bedingte erschwerte Verarbeitbarkeit abge lehnt. Demgegenüber wird durch die Erfin dung auf eine wertvolle Eigenschaft dieser Legierungen aufmerksam gemacht, die ihre Verwendung für Teile zweckmässig erscheinen lässt, die hohe und vor allem gleichmässige Festigkeitseigenschaften besitzen sollen.
Process for the production of workpieces from hardenable aluminum alloys with high and uniform strength properties, as well as a workpiece produced according to this process. The invention relates to a method for producing workpieces from hardenable aluminum alloys made from 3.5 to 4.5% copper and 0.9 to 1.5% magnesium , 0.6 to 1.4% manganese, 0.8 to 1.4% silicon, a maximum of 0.5% iron, the remainder being aluminum.
With regard to their composition, these alloys fall within the range of the hardenable aluminum alloys known per se and characterized by high strength properties. These obtain their high strength properties, as is known, from the fact that they are annealed for a quarter of an hour to several hours at about 500 C, depending on the semi-finished product, then quenched and stored at room temperature. It has also been proposed that the hardening at a somewhat elevated temperature of up to about 200 ° C. be undertaken to increase certain mechanical quality values.
It is also known that hardening at elevated temperature results in particularly high yield strengths in alloys in which the silicon content is present in an amount that exceeds the amount required to form the Mg2Si compound.
There are also already publications on the interaction of cold deformation and curing at normal and elevated temperatures. Accordingly, a number of proposals have been made and methods worked out which make it possible to achieve particularly favorable property values in one direction or the other.
During scheduled investigations into the influence of certain alloy components on the effect on the strength properties caused by cold deformation and hardening at elevated temperatures, it was found, among other things, that in the case of aluminum-copper-magnesium alloys only a previous cold deformation during the subsequent hot hardening Hardening increases when the alloys have a high magnesium and manganese content. The higher the previous degree of stretching, the higher the values for yield point and tensile strength during artificial aging.
In further tests it was also found that the silicon content is of essential importance for the interaction between solidification by cold working and hardening at elevated temperatures.
It is known per se that the silicon content in aluminum-copper-magnesium alloys results in an extraordinary increase in strength, but in particular in the yield point, due to hardening at elevated temperatures. Completely new and surprising, however, is the finding that was made in extensive tests, namely that with a high silicon content, the higher the cold deformation, the greater the reduction in the amount of hardening hardening, the higher the cold deformation, the more the cold deformation carried out prior to hardening at an elevated temperature.
This surprising fact can be attributed to the fact that alloys with the above-listed composition have strength properties that are close to one another during hardening at elevated temperature, regardless of the previous degree of stretching. It is also surprising that these values are achieved with approximately the same tempering times, but at least do not differ from one another as much as with alloys when the tempering time is the same; which have a lower silicon content with otherwise the same composition.
The invention relates to a method for the production of workpieces which, despite non-uniform degrees of deformation, have not only high, but also, above all, uniform strength properties and consist of hardenable aluminum alloys.
According to the invention, hardenable aluminum alloys with 3.5 to 4.5 copper, 0.9 to 1.5% magnesium, 0.6 to 1.4% manganese, 0.8 to 1.4 5K0 silicon, but at least 0.2% more;
than is required to form the MgaSi compound, a maximum of 0.5% iron, the remainder aluminum, is used, which is shaped into workpieces after solution heat treatment at temperatures of about 500 ° C and quenching in the cold state, after which the individual points of the workpieces have uneven degrees of deformation and the workpieces formed in this way are tempered at temperatures between 130 to <B> 170 '</B> C for 8 days to 2 hours.
For example, 'with sheets of an aluminum alloy made of around 4.0% copper, 1.0% manganese, <B> 1.0% </B> magnesium, 1.2% silicon, 0.25% iron as an impurity, Remaining aluminum, after solution annealing, quenching and aging in the event of deformations corresponding to a degree of stretching of 0 to <B> 10% </B>, after annealing at 160 C for 20 hours, the following mechanical quality values result:
EMI0002.0040
The comparison with the values found for the same deformation with the same alloy before tempering shows the effect of the tempering treatment on the equalization of the mechanical quality values.
In the case of sheets of an alloy initially hardened at room temperature with around 4.0% copper, 1.4% magnesium, <B> 1.0% </B> manganese, 1.2% silicon, 0.25% iron, Remaining aluminum, the following mechanical quality values resulted after cold deformation of 0-10% and tempering for 30 hours at 160 ° C:
EMI0003.0008
Mechanical <SEP> 0-10 <SEP>% <SEP> cold-formed <SEP> 0-10 <SEP>% <SEP> cold-formed
<tb> Quality values <SEP> 160 <SEP> <SEP> C, <SEP> 30 <SEP> hours <SEP> started <SEP> not <SEP> started
<tb> yield point
<tb> (0.2 <SEP>% <SEP> permanent <SEP> elongation) <SEP> 43-47 <SEP> kg / mm '<SEP> 28 = 42 <SEP> kg / mm2
<tb> 44-50 <SEP> "<SEP>.
<tb> Strength <SEP> 47-50 <SEP> "
<tb> Elongation <SEP> <B> 6-10% </B> <SEP> 9-19 Here, too, the comparison shows how strongly tempering affects the equalization of the mechanical quality values. In both cases it can be seen particularly clearly at the yield point and also at the elongation.
It also shows the extraordinarily strong increase in the yield strength.
In contrast, alloys otherwise of the same composition, but with a silicon content that is less than or equal to the amount required to form the MgzSi compound, do not show the behavior that the alloys according to the invention have.
For example, sheet metal made from an alloy of 4.0% copper, 1.0% magnesium, <B> 10% </B> manganese, <B> 0.6% </B> silicon, <B> 0.25% </B> Iron as an impurity, the remainder aluminum, which was 0-10% cold-formed after solution annealing, quenching and aging, after 31/2 days of tempering at <B> 160 '</B> C, despite considerable longer starting time, the following values:
EMI0003.0021
Mechanical <SEP> 0-10 <SEP>% <SEP> cold formed
<tb> Quality values <SEP> <B> 1600 </B> <SEP> C, <SEP> 31/2 <SEP> days <SEP> left on,
<tb> yield point
<tb> <B> (0.2510 '</B> <SEP> permanent <SEP> elongation) <SEP> 39-49 <SEP> kg / mm2
<tb> Strength <SEP> 46-51 <SEP> - <SEP> "
<tb> Elongation <SEP> 7-12% For sheets of another alloy made of 4.0% copper, 1.4% magnesium, 1.0% manganese, <B> 0.8% </B> silicon, 0 , 25% iron as impurity, the remainder aluminum, which was 0-10% cold-worked after solution annealing, quenching and aging, the following values were also only obtained after tempering for 3 days at 1.60 C:
EMI0004.0001
Mechanical <SEP> 0--10% <SEP> cold formed
<tb> Quality values <SEP> 160 <SEP> C, <SEP> 3 <SEP> days <SEP> left on
<tb> yield point
<tb> (0.2 <SEP>% <SEP> permanent <SEP> elongation) <SEP> 38--48 <SEP> kgimm '
<tb> strength <SEP>, <SEP> 44-50
<tb> Elongation <SEP> <B> 6-11% </B> To an even greater extent, the differences caused by cold deformation are retained during the subsequent artificial aging if the silicon content is reduced even further.
It has now been shown that the deformation of the outsourced alloys requires a considerable amount of work and cannot be taken as far as with alloys that were cold-worked immediately after the solution annealing and quenching. Surprisingly, it turned out that the high and, above all, uniform strength properties are also present in the severely cold-deformed workpiece after tempering if the force deformation is carried out immediately after quenching, i.e. without a full aging at room temperature .
It is therefore useful if, in the manufacture of the workpieces according to the invention, the semi-finished product is formed into work pieces immediately after quenching in the cold state.
For example, with sheets made of an aluminum alloy of about 4.0 copper, 113% magnesium, 1.2% manganese, 1.2% silicon, 0.15% iron, the remainder aluminum, which glow and quench immediately after the solution 0-10% cold-formed, stored for several days and then tempered at 160 C for 20 hours, the following values result:
EMI0004.0012
Stretch limit
<tb> (0.2% <SEP> permanent <SEP> elongation) <SEP> 42-46 <SEP> kg / mm '
<tb> Strength <SEP> 46--49 <SEP> "
<tb> Elongation <SEP> <B> 6-10% </B> This means that <B> \ </B> the same uniformity of values is achieved as with the sheets that were only swapped out before cold forming;
Even with these, the yield strength fluctuated only by 4 kg / mm 'and the strength only by 3 kg / mm' with the same elongation, while the differences in the yield strength or in the sheet metal parts that were only cold-formed and not tempered. Strength 14 respectively. 6 kg / mm 'and 10% in elongation.
Workpieces made of aluminum alloys, which are used according to the invention to produce by cold forming, have so far been rejected with regard to the difficult processability caused by the relatively large amounts of additional metals. In contrast, the invention draws attention to a valuable property of these alloys, which makes their use appear appropriate for parts that should have high and, above all, uniform strength properties.