CH224473A - Verfahren zur Herstellung von mechanisch hochbeanspruchten Werkstücken aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Werkstück. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von mechanisch hochbeanspruchten Werkstücken aus       aushärtbaren    Aluminiumlegierungen, sowie ein nach diesem  verfahren hergestelltes Werkstück.    Die     Erfindung    betrifft ein Verfahren zur  Herstellung von     mecha.ni@s.eh        hochbeanspruch-          ten        Werkstürken    aus     aushärtbalren        A.lumi-          niumlegierungen,    die aus 3,5-4;

  5 % Kupfer,       1,2-1"6%        Magnesium,    1,0-1,4%     Mangan,     unter     0,4%    Silizium,     unter    0,4% Eisen, Rest       Aluminium    bestehen.

   Diese     Legierungen    fal  len     hinsichtlieh    ihrer     Zusammensetzung    mit  ,den     Gehaltsgrenzen    für     Kupfer,        Magnesium     und Mangan, in den Bereich     der    an sieh     be-          kannten,        aushärtbaren,durch    hohe     Festig-          keitseigens-chaften    ausgezeichneten Alumi  niumlegierungen.

   Diese erhalten üblicher  weise ihre     hohen        Festigkeitseigenschaften    da  durch,     dass    sie bei etwa<B>500'</B> C je nach dem  Halbzeug mehrere     Minuten    bis zu mehreren  Stunden     geghnht,        ane:chliessend    abgeschreckt       und        bei.          ausgelagert    wer  den.     Man    hat auch     vorgesehlagen,    zur Steige  rung gewisser     mechanie@cher        Gütewerte    die    Aushärtung bei etwas erhöhter Temperatur  bis zu etwa 200' C vorzunehmen.  



  Hierbei     hielt    man es jedoch gerade im       Hinblick    auf die     Warmaus-härtung    für not  wendig, den Legierungen einen     gewissen        Sili-          ziumzuisatz,        etwa,cler        Verbindung        Mg2S@i    ent  sprechend,     zweckmässig    jedoch     d@müber,    bei  zumengen.

   Es war     nämlieh        festgestellt    wor  den,     ,dass    die Aushärtung bei erhöhter Tem  peratur bei diesem erhöhten     @S,iliziumzwsatz     in kurzer Zeit besonders hohe Steigerungen  und     verhältnismässig    hohe     Endwerte    für die  Festigkeit und vor allem die     Streckgrenze          ergibt.     



  Gegenüber     diesen        bekanntenUgierungen,     die einen     -bewussten        Siliziumzusatz    besitzen,  zeichnen sich die     Legierungen    ;gemäss Erfin  dung jedoch     da,.durch    aus,     @dass    der     Silizium-          ,geh-alt    bewusst niedrig,     d.    h.     unter    0,4%     ge-          halten;

          wund.              Bei    eingehenden     systematischen    Unter  suchungen an     siliziumarmen    Legierungen       zeigte    sich eine     nuir    sehr langsame und     ver-          hältnismässng    geringe     Steigerung    der Festig  keit und Streckgrenze,     wenn,    die     Legierungen     nach dem     Lösungsglühen,        Abschrecken    und  Auslagern bei erhöhter Temperatur angelas  sen wurden.

       Es    wurde aber die     überraschende          Feststellung    gemacht,     dass    gerade bei     sili-          ziumarmen        Legierungen    die     Steigerung    von       Festigkeit    und     Streckgrenze        durch    die Aus  härtung bei erhöhter     Temperatur    und Lage  rung dann     ;

  grösser    wird, wenn diese     Legie-          rungen    nach der Aushärtung bei     Raumtem-          peratur    kaltverformt werden. Durch die  Kaltverformung werden also offenbar die  innern Vorgänge ausgelöst, die     bei    der Aus  härtung unter erhöhter Temperatur zu einer  starken Steigerung von     Festigkeit        und    Streck  grenze und bei     den        siliziumarmen    Legierun  gen gemäss Erfindung zu besonders hohen       Endwerten    von     Festigkeit    und Streckgrenze  führen,

       wobei    die     Dehnung    etwa die gleiche       ist        wie        bei    den     eiliziumreiohen    Legierungen,  Die Steigerung von Festigkeit     und     Streckgrenze bei der Aushärtung     unter    er  höhter     Temperatur        ist        verhältnismässig        stark     von dem Grad der vorausgegangenen Kalt  verformung     abhängig,        Es        ist    daher erforder  lich,

   zur     Erzielung    bestimmter gleichmässiger       Endwerte        nach    der Warmaushärtung den  Grad der Kaltverformung möglichst genau       einzuhalten.     



  In gleicher Weise     wirkt    sich der     Grad     der     Kaltverformung    auf die Zeitdauer der       Anlassbehandlung    aus,     und    zwar derart,     dass     bei     ,geringer    Kaltverformung     längere        Anlass-          zeiten    erforderlich sind als bei     starker    Kalt  verformung.  



       Erfindungsgemäss    wird daher vorgeschla  gen,     mechanisch        hochbeanspruchte    Werk  stücke dadurch herzustellen,     dass        aushärtbare     Aluminiumlegierungen mit     3,5-4,5        %    Kup  fer,<B>1,2-1,6%</B>     Magnesium,        1,0\1,4        %    Man  gan, unter 0,4% Silizium,     unter    0,4% Eisen,  Rest Aluminium verwendet werden, die nach  dem Lösungsglühen bei     Temperaturen    von  etwa<B>500'</B> C,

       Abschrecken    und Auslagern    bei     Raumtemperatur    kaltverformt und bei       Temperaturen    von     14,0-170'C    10 Tage bis  20     Stunden        angelassen    und ausgelagert       werden.     



  Zweckmässig ist     es,    bei den angegebenen  Legierungen     einen        Verformungsgrad    von       mindestens    5 % zu     wählen.    Aber     auch        gerin-          gere    Verformungen von nur 2%     ergeben          bereits    überlegene     mechanische        G.ütewerbe.     Sofern es     das        Herstellungsverfahren        und    die  Rücksichten auf     andere        Anforderungen,    z.

   B.       Masshalt'gkeit    bei grossen Blechen,     gestatten,     können auch höhere     Verformungsgrade    ge  nommen werden.  



  So haben     sich        beispielsweise    mit Blechen  aus einer Legierung aus etwa 4,0% Kupfer,  1,4% Magnesium, 1,2%     Mangan,        0,1%    Sili  zium, 0,2%     Eisen,        Rest        Alu4minium,    die  nach dem     Lösungsglühen    bei     Temperaturen     von 500   C,

       Abschrecken    und     Auslagern    bei       Raumtemperatur    5     %        kaltverformt    waren und       anschliessend    bei 160   C 3-5     Tage        ange-          lassen    und gelagert waren,     folgende    mecha  nische     Gütewerte        ergeben:

       Festigkeit 51-53     kg/mm$          Streckgrenze    .     48-50    "       Dehnung        7-9%     Wenn die     Abwalzung   <B>10%</B> betrug, er  gaben sich     nach        2-4tägigem        Anlassen    bei  <B>1160'</B> C und Lagern folgende Werte:

    Festigkeit     53--55        kg/mm'          Streckgrenze        51r53          Dehnung        6--9.          Demgegenüber        wunden    mit Blechen aus       einer        Legierung    aus 4,0% Kupfer, 1,4       Magnesium,        1.,2%    Mangan,<B>0,8%</B> Silizium,       0,2,%        Eisen;

      Rest     Aluminium,    die nach dem  Lösungsglühen bei<B>500'</B> C,     Abschrecken        und          Auslagern    5     %    kaltverformt     und        anschliessend          bei   <B>1601</B> C 2-4 Tage     angelassen        waren,    nur  folgende mechanische     Gütewerte    erzielt:

         Festigkeit        46---4$        kg/mm2          Streckgrenze        43-.45    "  Dehnung<B>7-9%</B>       bei        Kaltverformung    um<B>10%</B> und     11='2-3-          tägigem        Anlassen:

           Festigkeit     48--50        kg/mm2          Streckgrenze        46-48    "  Dehnung 6-9  Ferner     können    bei Blechen aus Legierun  gen, die 4,0 % Kupfer, 1,0 %     Magnesium,          1,2%    Mangan,     0,1%        Silizium,        0,2%    Eisen,  Rest Aluminium enthielten und nach dem       Lösungsglühen    bei<B>500'</B> C, Abschrecken und       Auslagern    5 %     bezw.    1:

  0 % kaltverformt und       anschliessend    bei<B>160'</B> C     11/2,-.3        bezw.     1-2 Tage angelassen und     ausgelagert        wur-          ,den,    folgende     Werte    erreicht werden:

    5 % kaltverformt,  160   C     11/2-3    Tage ,angelassen  Festigkeit 48-50     kg/mmz          @Streekgrenze        45--47    "  Dehnung 7-9  10 % kaltverformt,  <B>160'</B> C 1-2 Tage angelassen  Festigkeit 50-52<B>kg/mm'</B>       Streokgrenze        48--:50    "  Dehnung 6-9  Wenn die     Legierung    statt 0,1 % Silizium  <B>0,6%</B>     Siliziumenthielt,    ergab sieh:

    5 %     kaltverformt,     <B>160'</B> C     11/2-4        Tageangela:ssün          Festigkeit        48---50        kg/mm2          Streckgrenze        45-47    "  Dehnung 7-9  10 % kaltverformt,  <B>160'</B> C     1-4    Tage     angelassen          Festigkeit        49--51        kg/mm@          .Streckgrenze    47-49 "  Dehnung 6-9  Aus diesen Vergleichszahlen geht hervor,

    dass sich auch bei diesen     siliziumarmen    Le  gierungen bei gleicher Kaltverformung durch  die     Warmaushärtung        keineswegs    so hohe  Werte für     Festigkeit    und Streckgrenze er  reichen lassen, wie es     bei    Legierungen gemäss       Erfindung    der Fall ist.  



  Aus     planmässigen        Untersuchungen    über  den,     Einfluiss    gewisser Legierungsbestandteile  auf     die    durch     Kaltverformung    und Aush#är-         tung    bei erhöhter     Temperatur        hervorgerufene     Wirkung auf die Festigkeitseigenschaften     ist     an sich bekannt, dass bei     Aluminiaue-Kupfar-          Magnesium-Legierungen,    nur     @dann        :

  durch    eine  vorausgegangene     Kaltverformung    beider an  schliessenden     Warmaushärtung    eine Verstär  kung der Aushärtung     eintritt,        wenn,    die     Le-          gierungen    einen     höheren        Magnesium-    und.       Mangangeha,lt    besitzen.

   Dabei     ergaben        sieh     um so höhere     Werte    für die     Streckgrenze     und     die        Zugfestigkeit    bei :der Warmaushär  tung, je höher :der     voraufgegangene    Reck  grad war.  



  Vollkommen     umbeachtet        isst    bei     diesen     Untersuchungen jedoch der     Siliziumgehalt     geblieben. Wie aber an obigen     Beispielen    zu       ersehen    ist, hat der     Siliziumgehalt    auf die  erreichbaren Werte     einen    erheblichen     Ein-          fluss,        und    e     s    ist     ,gegenüber        :

  der        bisher        vertre-          tenen        Anschauung    als überraschend     auzu-          sehen,        da,    auch     bei        siliziumarmen        Leb        eTun-          gen    ,gemäss     Erfindung    bei :

  der     Warmaushär-          tung    nicht nur die gleichen     mecha.nis,chen          Gütewerte        erreicht    werden. wie     :hei    -den     siJi-          ziumreichcren        Legierungen,        ,sondern.    sogar  noch bessere Werte erzielt werden können.  



  Es     :ist    an sieh möglich, auch     ,duroh    reine       Kaltverformung    der     ausgehärteten        Legi.erun-          gen        beiepieleweise        dlumch        starkes        Abwalzen     der     Blecheähnliche        mechanische    Festigkeits  werte zu     erhalten:.    Die dazu     erforderliohen          verhältnismässig        starken        Abwalzgrade    bieten  jedoch :

  im     praktischen        Betriebe    hinsichtlich  der     Masshaltigkeit    insbesondere     dünnerBloche     erhebliche Schwierigkeiten,     @da    die     ohnehin          harten    .hochfesten     Aluminiumlegierungen    sich  bei der     Kaltverformung    stark verfestigen  und zu einer     entsprechend    Marken,     die        Mass-          h:

  altigkeit        beeinträchtigenden        Durühbiegung     der     Walzen        führen.     



  Diese Schwierigkeiten     sind    bei ,dem Vor  fahren gemäss     Erfindung    nicht     ;gegeben,    da  man mit dem     Abwalzgraad    erheblich     niedri-          ger    bleiben kann.  



  Es ist     awch        ein    Verfahren bekannt,     hohe     Streckgrenzen und     Zugfestigkeitswerte    unter       BeibehaRung    einer Dehnung von     mindestens     10 % bei der     Aushärtung    einer Aluminium-           legierung    mit 4,0     %    Kupfer, 1,0     %    Magne  sium,     0,.58%    Silizium,<B>1,0%</B> Mangan,

       Rest          Aluminium        durch        Anl@afen    von     ausgehärte-          ten    und nach     beendetem    Auslagern     kaltver-          formten    Legierungen     dadurch    zu     erzielen,     dass die Kaltverformung nicht mit einem  Male,     sondern    in     mehreren    Stufen mit     zwi-          sehemgeschalteter        AnlaB:

  behandlung        vQrge-          nommen    wird. Nach     diesem    Verfahren wer  den     erst    nach viermaligem     Kaltverformen    um  je 5     %,    d. h.

   also     insgesamt    um '20     %,        etwa.     die     Streckgrenzenwerte    erreicht, die bei dem  Verfahren     gemäss        Erfindung        bereits    nach       einmaliger        Kaltverformung    um 5     %    erzielt       werden    können.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zur Herstellung von mecha nisch hochbeanspruchten Werkstücken aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen, da durch gekennzeichnet, dass aushärtbare Alu- minium@legieT.umgen mit 3,5-4,5% Kupfer, <B>1,2-1</B>;

   <B>6%</B> Magnesium, 1,0-1,4% Mangan, unter 0,4 % Silizium, unter 0,4 % Eisen, Rest Aluminium verwendet werden., die .nach dem Lösungsglühen bei TemperatuWen von etwa 500 C,

   AbwhTec@ken und Auslagern bei Raumtemperatur kaltverformt und bei Tem peraturen von 140-170' C 10 Tage bis 20 iStunden angelassen und ausgelagert wer den.

   UNTERANSPRUCH: Verfahren nach Patentanspruch I, da- derch .gekennzeichnet, dass die Legierungen nach dem Löeungs@glühen, Abschrecken und Ausla,;ern mindestens 5 % kaltverformt wer den.

   PATENTANSPRUCH II: Nach dem Verfahren gemäss Patentan- spruch I hergestelltes mechanisch hochbean- spruchtes Werkstück: