DE1261678B

DE1261678B - Verfahren zur Verminderung der durch das Abschrecken hervorgerufenen Restspannungen bei Formstuecken aus Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE1261678B
Application number: DEK47608A
Authority: DE
Inventors: Dorsey Allan Paul
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Priority date: 1962-08-23
Filing date: 1962-08-28
Publication date: 1968-02-22
Also published as: GB937927A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C22f

Deutsche Kl.: 4Od-1/04

1261678
K47608VI a/40d
28. August 1962
22. Februar 1968

Während der letzten Jahrzehnte haben Aluminiumschmiedestücke vermehrte Verwendung bei der Herstellung der verschiedensten Formstücke gefunden. Ein wichtiger Faktor dabei ist, daß geschmiedete Formstücke mit leichtem Gewicht, jedoch mit hoher Festigkeit erzeugt werden können. Die Warmverformung von lösungsgegiühten Aluminiumlegierungen, gefolgt von einer geeigneten Wärmebehandlung, erzeugt Formstücke mit erhöhter Zugfestigkeit, Druck- und Schlagfestigkeit und erhöhter Ermüdungsfestigkeit. Hierbei werden die Formstücke in Gesenken oder von Hand bearbeitet.

Bei der üblichen Herstellung von Formstücken aus lösungsgeglühten Aluminiumlegierungen wird das Material nach dem Schmieden einem Lösungsglühen unterworfen, abgeschreckt und anschließend gealtert. Das Abschrecken des Formstückes von der Temperatur des Lösungsglühens hat zur Folge, daß sich in dem Formstück Restspannungen bilden, welche wiederum bei der nachfolgenden maschinellen Bearbeitung eine Deformierung des Formstückes verursachen. Da die Mehrzahl der Freiformschmiedestücke aus Aluminium zur Herstellung der endgültigen Gestalt maschinell, d.h. spanabhebend, bearbeitet wird, stellen die Restspannungen, die durch das Abschrecken hervorgerufen worden sind, ein Hauptproblem dar.

Es sind verschiedene mechanische Verfahren zur Verringerung der Restspannungen bei mäßigen Temperaturen bekannt. Man erreicht diese Verringerung von Restspannungen durch plastische Verformung, wie Pressen, Ziehen oder Strecken über die Streckgrenze hinaus. Dieser Arbeitsgang wird häufig mit einem Geraderichten kombiniert. Obwohl das Pressen, Ziehen oder Strecken einen Teil der in dem Metall vorhandenen Restspannungen verringert, ist es jedoch für viele Fälle ungenügend oder nicht anwendbar.

Es lag deshalb vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zu finden, um die durch das Abschrecken erzeugten Restspannungen in Schmiedestücken aus lösungsgeglühten Aluminiumlegierungen zu vermeiden oder wesentlich zu verringern.

Es wurde nun als Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren gefunden, welches die kennzeichnenden Merkmale aufweist, daß das Formstück nach dem Abschrecken und vor dem Aushärten zwischen zwei Arbeitsflächen stufenweise so kaltgeschmiedet wird, daß das Verhältnis zwischen der Dicke des Formstücks und der Stufenbreite des Schmiedens zwischen 0,3 und 4,0 °/o und die Verringerung der Dicke des Formstückes zwischen 1 und 4% liegt.

Das Verhältnis zwischen der Dicke des Formstücks Verfahren zur Verminderung der durch das
Abschrecken hervorgerufenen Restspannungen
bei Formstücken aus Aluminiumlegierungen

Anmelder:

Kaiser Aluminium & Chemical Corporation,

Oakland, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. R. Poschenrieder, Patentanwalt,

8000 München 8, Lucile-Grahn-Str. 38

Als Erfinder benannt:

Dorsey Allan Paul,

Walnut Creek, Calif. (V. St. A.)

und der Stufenbreite des Schmiedens beträgt vorzugsweise etwa 2,0 bis 2,5 % und die Verringerung der Dicke des Formstücks vorzugsweise 2⁰I₀.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezweckt die Ausschaltung bzw. wesentliche Verminderung von Restspannungen in den Formstücken durch Kaltschmieden, welches eine ungleichmäßige bleibende Formänderung über die gesamte Dicke des Materials erzeugt, wobei die bleibende Formänderung am höchsten nach dem Zentrum zu und Null an den Oberflächen ist. Bei diesem Kaltschmieden sind die maßgebenden Faktoren für Art und Ausmaß der bleibenden Formänderung das Verhältnis der Materialdicke zur Stufenbreite des Schmiedens und die prozentuale Verringerung der Dicke. Die Stufenbreite des Schmiedens, wie dieser Ausdruck in der Erfindung gebraucht wird, ist definiert durch das Ausmaß der Breitenabmessung des Schmiedewerkzeuges, welches mit dem Metall während des Kaltschmiedens in Berührung steht.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 schematisch die Wirkung der Stufenbreite des Schmiedens auf die bleibende und die elastische Formänderung 'von Freiformschmiedestücken aus lösungsgeglühten Aluminiumlegierungen, die erfindungsgemäß kalt geschmiedet wurden,

F i g. 2 eine perspektivische schematische Ansicht einer hydraulischen Schmiedepresse, welche zum Kaltschmieden gemäß der Erfindung verwendet werden kann, und

809 509/277

F i g. 3 schematisch die Restspannungen, die in einem Freiformschmiedestück vor und nach dem Kaltschmieden gemäß der Erfindung vorhanden sind.

Es kann der F i g. 1 entnommen werden, daß die restlichen elastischen Formänderungen von solchen mit einer ausgeprägten Spitze im Zentrum bis zu solchen mit W-förmiger Gestalt variiert werden können, wobei letztere das Ergebnis einer engen Stufenbreite des Schmiedens sind. Dies steht im Gegensatz zu einem Streckvorgang, welcher eine einheitliche bleibende Formänderung über den ganzen Querschnitt erzeugt. Bei einem Streckvorgang besteht nach Aufhebung einer Belastung nach dem Rückfedern keine restliche elastische Formänderung, wenn vor dem Strecken keine vorhanden war.

Die Restspannungen, welche durch das Abschrecken verursacht werden, bestehen aus relativ hohen Druckspannungen in der Oberflächenzone, die nach der Mittelzone hin geringer werden, und aus Zugspannungen in der Mittelzone. Infolge des erfindungsgemäßen Kaltschmiedens entstehen etwa gleich große Spannungen, jedoch jeweils in entgegengesetzter Richtung. Durch das Kaltschmieden ist es also möglich, den inneren Spannungsverlauf, welcher durch Abschrecken hervorgerufen wird» umzukehren. Bei einem Streck-Vorgang zwecks Spannungsverminderung ist es dagegen nur möglich, sich der Nullspannung durch die maximal mögliche Streckung zu nähern. Das Vorzeichen der Spannung kann niemals umgekehrt werden. Das erfindungsgemäße Kaltschmieden gestattet einen weiten Spielraum bei der Verminderung der Restspannungen.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Wirkungsweise der Erfindung:

35

Beispiel 1

Ein Freiformschmiedestück aus der Aluminiumlegierung 7075 (mit einer Nominalzusammensetzung von 1,6 %, Kupfer, 2,5% Magnesium, 5,6 °/_a Zink, 0,3 % Chrom, Rest Aluminium und normale Verunreinigungen) der Abmessungen 8,41 · 22^ · 53,3 cm wird in zwei gleiche Teilstücke zersägt, wonach jedes Teilstück 26,65 cm lang ist. Beide Teilstücke werden 6 Stunden bei 463 ⁰C lösungsgeglüht und in Wasser von 6O⁰C abgeschreckt. Nach dem Abschrecken wird ein Stück durch Kaltschmieden auf einer hydraulischen Presse, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, in der Dicke um 3,1 % vermindert. Die Vorrichtung umfaßt hauptsächlich einen Stempel 1 mit einem oberen Werkzeug 5, welches mit 1 mittels eines Keiles 9 verbunden ist, und einer Grundplatte 3 mit einem Werkzeug 7, wobei ein Keil 11 die Verbindung herstellt. In F i g. 2 ist das Freiformschmiedestück mit F und die Arbeitsrichtung durch einen Pfeil bezeichnet. Die Werkzeuge 5 und 7 sind an ihren Längskanten abgeschrägt. Die wirksame Breite des Werkzeuges ist die Breite der Arbeitsflächen 15 und 17 ohne die schrägen Kantenoberflächen. Meßblöcke 13 sind zwischen 5 und 7 zur Überwachung der Dickeminderung des Materials angebracht.

Die Breite der in diesem Beispiel wirksamen Arbeitsflächen beträgt 15,24 cm, und die Ausgangsdicke des Schmiedestücks ist 8,41 cm. Die Meßblöcke besitzen eine Dicke von 8,10 cm. Ein Betrag von 0,004 cm je Zentimeter Materialdicke wird für das erwartete elastische Rückfedern zugegeben. leder Schrniedeschritt überlappt den vorhergehenden um 1,27 cm, so daß die Stufenbreite des Schmiedens 15,24 — 1,27 = 13,97 cm beträgt. Das Verhältnis der Dicke des Schmiedestücks zur Stufenbreite beträgt dann 3,31 zu 5,5 bzw. 0,6. Nachdem das eine Stück kalt bearbeitet worden ist, werden beide Stücke 24 Stunden bei 121 ^aC warm ausgelagert.

Die jeweiligen Restspannungen werden bestimmt, indem man jedes der beiden Stücke in der Mitte parallel zu den kaltgeschmiedeten Oberflächen zersägt und die Deformierung sowohl in Arbeitsrichtung als auch in Querrichtung mißt.

Im Fall der nicht entspannten Probe ist die Deformierung in der Arbeitsrichtung 1,728 mm bzw. 0,013 cm pro Zentimeter Materialdicke und in der Querrichtung 1,143 mm oder 0,01 cm pro Zentimeter Materialdicke. Im Fall der erfindungsgemäß entspannten Probe tritt keine meßbare Deformierung in der Arbeitsrichtung auf, während die DeioEmierung in der Querrichtung nur 0,3556 mm bzw. Q,QQ3 cm pro Zentimeter Materialdicke beträgt

Beispiel 2

Zwei Schmiedestücke, aus der Aluminiumlegierung 7075 werden 6 Stunden bei 463°C lösungsgeglüht und in. Wasser von 60° C abgeschreckt. Die Abmessungen jedes Schmiedestücks betragen 7,6 * 25,4 · 91,4 cm. Eines der abgeschreckten Schmiedestücke wird durch Kaltschmieden auf einer in Fig. 2 gezeigten hydraulischen Presse in der Dicke um 2% vermindert. Die Stufenbreite des Schmiedens beträgt 3,17 cm. Das Verhältnis der Materialdicke zur Stufenbreite beträgt 3 zu 1,25 bzw. 2,4. Nach dem Kaltschmieden werden beide Schmiedestücke 24 Stunden bei 121° C warm ausgelagert. Fig. 3 zeigt sowohl die Restspannungen vor und nach dem Kaltschmieden als auch die bleibenden Formänderungen,, welche während des Kaltschmiedens hervorgerufen: werden. Das linksseitige Diagramm der Fig. 3 zeigt die gemessenen Restspannungen in dem Schmiedestück, welches ohne Kaltschmieden wärmebehandelt worden ist. Das rechtsseitige Diagramm zeigt den Verlauf der Restspannungen über die Dicke des Schmiedestückes, welches erfindungsgemäß behandelt wurde. Das mittlere Diagramm zeigt den Verlauf der bleibenden Formänderung über die Dicke des Schmiedestücks, wie er durch das Kaltschmieden bewirkt wurde. Sowohl die Längs- als auch die Querspannungen sind in jedem Diagramm gezeigt. Es sei festgestellt» daß die Spannungen in der Längsrichtung tatsächlich sowohl in der Wirkungsrichtung umgekehrt als auch wesentlich vermindert und in der Querrichtung vermindert worden sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verminderung der durch das Abschrecken hervorgerufenen Restspannungen bei Formstücken, die aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen durch Schmieden, Lösungsglühen» Abschrecken und Warmauslagern hergestellt sind, durch Anwendung von Druck, dadurch gekennzeich.net, daß das. Formstück nach, dem Abschrecken und vor dem Aushärten zwischen· zwei Arbeitsflächen· stufenweise so kaltgeschmiedef wird, daß das Verhältnis zwischen der Dicke des

Formstücks und der Stufenbreite des Schmiedens zwischen 0,3 und 4,0 % und die Verringerung der Dicke des Formstückes zwischen 1 und 4% liegt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Dicke des Formstücks und der Stufenbreite des Schmiedens zwischen 2 und 2,5 °/o liegt-

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Dicke des Formstücks etwa 2% beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 653 981; österreichische Patentschrift Nr. 139 790.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen