DE1145801B

DE1145801B - Verwendung von Aluminiumlegierungen als Werkstoff zur Herstellung von Halbzeug oder Fertigteilen, die einer Spannungsriss-korrosion ausgesetzt sind

Info

Publication number: DE1145801B
Application number: DEV11411A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Kurt Dies
Original assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1955-02-02
Filing date: 1955-02-02
Publication date: 1963-03-21

Description

Verwendung von Aluminiumlegierungen als Werkstoff zur Herstellung von Halbzeug oder Fertigteilen, die einer Spannungsrißkorrosion ausgesetzt sind Verschiedene Aluminiumlegierungen, wie z. B. AlMg, AlZn, AIZiiMg, AIZnMgCu usw., neigen bekanntlich bei einer Kombination von mechanischen Beanspruchungen und eines gleichzeitig wirksam werdenden Korrosionsangriffs zur Rißbildung, die schließlich auch noch zu einem Bruch des beanspruchten Teiles führen kann. Diese Erscheinung wird allgemein als Spannungsrißkorrosion bezeichnet. Um ihr zu begegnen, sind mancherlei Vorschläge unterbreitet worden. Ein Teil der Vorschläge befaßt sich mit Wärmebehandlungen, durch welche es gelingen soll, den Werkstoff in einen spannungsrißkorrosionsunempfindlichen Zustand zu überführen. Ein anderer Teil der Vorschläge greift das Problem von der metallurgischen Seite an, indem empfohlen wird, Chrom, Vanadin und andere Elemente den Legierungen zuzusetzen. Alle bisher bekanntgewordenen Maßnahmen führen aber nur zu einer beschränkten Verbesserung der Spannungskorrosionsunempfindlichkeit. Auch bei Beanspruchungen unterhalb der Streckgrenze wird durch den Zusatz gewisser Legierungskomponenten, durch welche die Verteilung der spannungsrißkorrosionsempfindlichen Phase im günstigen Sinne verändert werden kann, oder durch Wärmebehandlung keine völlige Freiheit von Spannungsrißkorrosion erreicht.
Um diesen Mangel zu beheben, werden spannungskorrosionsgefährdeten Aluminiumlegierungen, die Zink, Magnesium, Kupfer, Silizium, Nickel enthalten, und zwar diese Komponenten entweder einzeln für sich oder mehrere gleichzeitig, Beryllium in einer Größenordnung von 10-4 bis weniger als 10-2% zugesetzt. Hierdurch gelingt es, die Spannungsrißkorrosionsempfindlichkeit in wesentlich stärkerem Maße herabzusetzen als durch die Anwendung der bisher bekanntgewordenen Maßnahmen. Obwohl ein Berylliumzusatz allein in der angegebenen geringen Menge ausreicht, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, ist es vorteilhaft, zur Steigerung des Widerstandes gegen Spannungskorrosion auch noch Titan den Legierungen zuzusetzen, wobei das Verhältnis von Titan zu Beryllium 1 : 100 beträgt bei maximal 0,10% Titan.
Es ist an sich nicht mehr neu, Aluminiumlegierungen Beryllium zuzusetzen. Dabei spielt Beryllium eine ähnliche Rolle wie bei anderen Legierungskomponenten. Der Berylliumzusatz wurde verhältnismäßig hoch gewählt. Ihm wurde die Wirkung zugeschrieben, gewisse mechanische Eigenschaften des Werkstoffs in der Wärme verbessern zu können. Im Zusammenhang mit den übrigen Legierungskomponenten wie Kupfer, Magnesium, Silizium, Nickel und Eisen war auch schon beobachtet worden, daß derartige Legierungen der interkristallinen Korrosion einen großen Widerstand entgegenzusetzen vermögen. Die spezifische Wirkung des Berylliums in den Legierungen war aber bezüglich der Spannungsrißkorrosion noch unbekannt geblieben.
Weiter ist es nicht mehr neu, Beryllium in kleinen Mengen von 0,0005 bis 0,2% Aluminiumlegierungen bestimmter Zusammensetzung zuzulegieren, um sie in geschmolzenem Zustand gegen Oxydation beständig zu machen. Die Gußstücke erlangten eine reine und schöne Oberfläche. Eine solche Beschaffenheit der letzteren gewährleistet aber keineswegs die Voraussetzung für die Abwehr der Angriffe von seiten der Spannungsrißkorrosion.
Schließlich war auch in der Fachwelt schon die Auffassung vertreten, daß atmosphärische Angriffe durch die Anwesenheit von Beryllium verringert werden können.
Gegenüber diesen Erkenntnissen über die durch den Berylliumzusatz erreichbaren Wirkungen in Aluminiumlegierungen besteht die Erfindung in der Verwendung von Al-Zn-, Al-Mg-, AI-Zn-Mg- und Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen mit bis zu je 10% Zink und/oder Magnesium und bis 3% Kupfer, ferner von Al-Cu-Mg-Si-Legierungen mit bis 6% Kupfer und bis zu je 1% Magnesium und Silizium und -weiterhin von Al-Si-Legierungen mit 10 bis 20% Silizium und schließlich noch von derartigen nickelhaltigen Legierungen mit 1,1% Nickel und 12,5% Silizium, welche neben Aluminium als Restbestandteil jeweils einen weiteren Zusatz von 0,0001 bis 0,01% Beryllium enthalten, als Werkstoff für die Herstellung von Halbzeug oder Fertigteilen, die einer Spannungsrißkorrosion ausgesetzt sind. Überraschenderweise hat sich dabei herausgestellt, daß die äußerst geringen Mengen an Beryllium schon ausreichen, den Angriffen der Spannungsrißkorrosion erfolgreich zu begegnen. Die Legierungen können außerdem noch Eisen, Mangan, Chrom, Bor. Blei, Kadmium, Wismut und Zinn einzeln bis zu 2% oder zu mehreren bis zu insgesamt 6% enthalten.

Ausführungsbeispiele Untersucht wurden die nachstehend aufgeführten Legierungen. Die Spannungsrißkorrosionsversuche wurden an Hebelproben mit rechteckigem Querschnitt unter einem gleichbleibenden Biegemoment durchgeführt. Als Prüflösung wurde einheitlich eine 3%ige, mit Luft gesättigte Natriumchloridlösung bei Raumtemperatur verwendet. Bei der Untersuchung wurde wie üblich mit verschiedenen Belastungen gearbeitet. Gemessen wurde die Spannung in kg(mm2, bei der bei einer 18tägigen Beanspruchung unter den vorliegenden Versuchsbedingungen ein Bruch der Probe nicht mehr eintrat.

1. AlZn (1,2% Zn) kaltgewalzt Sprung

a) ohne Beryllium . . . . . . . . . . . . 12,0 kg(mm2

b) -E- 0,005% Be . . . . . . . . . . . . . 17,0 kg(mm2

.2. A1ZnMg (5,1% Zn; 3,20% Mg)

warmausgehärtet

a) ohne Be . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22,0 kg(mm2

b) + 0,005% Be . . . . . . . . . . . . . . 38,0 kg/mm2

3. A1ZnMgCu (6,10% Zn; 2,9% Mg;

1,2% Cu) warmausgehärtet

a) ohne Be . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31,0 kg(mm2

b) + 0,0050% Be . . . . . . . . . . . . . . 48,0 kg/mm2

4: AlMg 5 (5,80% Mg) kaltverfestigt

a) ohne Be . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19,0 kg(mm2

b) + 0,0050% Be . . . . . . . . . . . 26;0 kg(mm2

5. AIMg 7 (6,8% Mg) kaltverfestigt

a) ohne Be . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22,0 kg/mm2

b) + 0,005% Be. . . . . . . . . . . . . . . 29,0 kg/mm2

6. AlSi 11 (10,80% Si) gepreßt

a) ohne Be . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18,0 kg(mm2

b) -I- 0,005% Be . . . . . . .. . . . . . . 24,0 kg/mm2

7. AISi14 (13,50% Si) gepreßt

a) ohne Be . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17,0 kg(mm2

b) -f- 0,0050% Be . . . . . . . . . . . . . . 25;0 kg(mm2

B. AlCuMgSi (4,4% Cu; 0,7% Mg;

0,6% Si) warmausgehärtet

a) ohne Be . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21,0 kg(mm2

b) -f- 0;005% Be . . . . . . . . . . . . . . 38,0 kg(mm2

9. AIZnMg (4,60% Zn; 1,3% Mg)

warmausgehärtet

a) ohne Be . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15;0 kg/mm2

b) + 0,0005% Be -I- 0,02% Ti.. 20,0 kg/mm2

10. AlSiNi (12,5% Si; 1,1% Ni) Soannung

warmausgehärtet

a) ohne Be . . . . . . . . . . . . . . 20,0 kg/mn2

b) -f- (0,001% Be + 0,1 °/o Ti) .. 26,0 kg/mm2

Die Herstellung der Aluminiumlegierungen erfolgt durch Einschmelzen zunächst der Vormaterialien in der technisch üblichen Form und durch Einbringen von Beryllium bzw. Berylfum-Titan in den angegebenen Mengen oder in Forme von Vorlegierungen. Die letzteren können auf der Basis Aluminiuxnm Magnesium und/oder Kupfer aufgebaut sein und auf dem Schmelz- oder Sinterwege erzeügt werden.

Die Vorlegierungen werden in solchen Mengen zugesetzt, daß nach einem gewissen Abbrand der Beryllium- bzw. Beryllium-Titan-Vorlegierung der erwähnte erfindungsgemäße Gehalt von Beryllium bzw: Beryllium-Titan bestehenbleibt.
Die auf dem Schmelzwege hergestellten erfmdungsgemäßen berylliumhaltigen Legierungen können durch verschiedene Gießverfahren, wie Sandguß, Kokillenguß, Spritzguß, Preßguß oder Präzisionsguß, weiterverarbeitet werden. Sie können auch durch Warm-und/oder Kaltverformung zu Halbzeug oder Fertigteilen beliebiger Form mittels Walzen, Pressen oder Schmieden weiterverarbeitet werden.
Mit dem Halbzeug lassen sich ferner die an sich dem Fachmann bekannten Wärmebehandlungen durchführen, wobei sich zeigt, daß die beryllium-bzw: beryllium-titan-haltigen Legierungen nicht 'so stark dem Korrosionsangriff durch Heißgase ausgesetzt sind wie die Aluminiumlegierungen; die frei sind von derartigen Bestandteilen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verwendung von Al-Zn-, AI-Mg-, Al-Zn-Mg-und Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen mit bis zu je 10% Zink und/oder Magnesium und bis 3% Kupfer, von Al-Cu-Mg-Si-Legierungen mit bis 6% Kupfer und bis zu je 1% Magnesium und Silizium und von Al-Si-Legierungen mit 10 bis 200(o Silizium sowie derartigen nickelhaltigen Legierungen mit 1,1% Nickel und 12,5% Silizium; welche neben Aluminium als Restbestandteil. jeweils einen weiteren Zusatz von 0,0001 bis 0,01% Beryllium enthalten; als Werkstoff für die Herstellung von Halbzeug oder Fertigteilen; die einer Spannungsrißkorrosion ausgesetzt sind.
2. Verwendung von Aluminiumlegierungen der im Anspruch l angegebenen Zusammensetzung, die jedoch zusätzlich noch bis zu 0,1% Titan bei einem Verhältnis Titan zu Beryllium von 1 : 100 enthalten, für den im Anspruch 1 genannten Zweck: 3: Verwendung von Aluminiumlegierungen der im Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zusammensetzung, die jedoch noch Eisen, Mangan; Chrom, Bor, Blei. Kadmium, Wismut bzw. Zinn einzeln bis zu 2% oder zu mehreren bis zu insgesamt 6% enthalten, für den im Anspruch 1 genannten Zweck. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr: 280 892; französische Patentschriften Nr. 863160,1018637; britische Patentschrift Nr. 685873; Zeitschrift für Metallkunde, Bd.44 (1953); S: 85 bis 97.