DE1433139A1

DE1433139A1 - Verfahren zur Herstellung von einer Loesungsgluehbehandlung unterworfenen (Strang-) Presslingen von Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE1433139A1
Application number: DE19611433139
Authority: DE
Inventors: Schneck Kenneth Herbert
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1960-07-05
Filing date: 1961-07-03
Publication date: 1970-04-16
Also published as: US3113052A; GB907228A

Description

Aluminum Company of America, Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A«j

Verfahren zur Herstellung von einer Lösungsglühbehandlung unterworfenen (Strang-) Preßlingen von Aluminiumlegierungen

Die Erfindung bezieht eich auf die Herstellung von aus« oder i stranggepreiiten Produkten aus Aluminiumlegierungen und besonders auf solche ausgepreßten (extrudierte) Produkte, die für Hervorbringen hoher Festigkeit einem Lösungsglühen unterworfen werden.

Zu den als Strang- oder Auspressen bekannten Metallver- und

-bearbeitungsverfahren gehört das Pressen eines aus Metall bestehenden Ausgangsmaterials durch ein Mundstück oder eine Strangpreßmatrizenöffnung vorbestimmter Gestaltungeform (Konfiguration), um ein Profil unbestimmter Länge und prak- ! tisch gleichbleibenden Querschnittes auszubilden. Bei dem erfindungsgemäß in Betracht gezogenen direkten Strangpreß- i

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verfahren wird das aus einer vorerhitzten Aluminiumlegierung bestehende Ausgangsgut in einen gewöhnlich erhitzten

Zylinder eingebracht, der an-den einen Ende eine geeignete Matrize und einen hin und her bewegbaren Kolben oder Stößel mit annähernd denselben wuerachnittsdimensionen wie die Bohrung des Zylinders aufweist, der sich gegen das zu pressende Material bewegt, so daß dieses zusaiumengepreatH und ein Fliegen des "Metalles-durch-die. luatrizenoffnung heryorgerufen wird. Der Vi-ährend des Arbeitsvorganges auf das Ausgan^saaterial ausgeübte Druck läßt seine Irinenteciperatur als Ergebnis der inneren. Reibung innerhalb de3 Me tall körpersansteigen. Ferner ist da .d-aa. läetallfließen- über den querschnitt des* der Behandlung unterworfenen liaterials auf Grund ."des .Aeibugu-vorgang.es mit den Zylinderwänden und der Entstehung der sogenannten "toten Stellen" nahe der katrizenöffnung auch nicht gleichmäßig. Während eine solche Ungleichförmigkeit im Metallfluß (Wanderung) innerhalb des Zylinders keinen nachteiligen Einfluß auf viele aus- und stranggepreßte Produkte, insbesondere solche aus Aluminium und seinen Legierungen, die keine LÖsüngs-glühbehandluhg erfordern, hat, entwickelt sich in anderen Fällen eine ianere Streifensti'uktur,- besonderü zaic rückwärtigen Ende des otraags', so daß, wenn dieser anschließend eineai Lösungs-

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glühen ausgesetzt wird, dpg Metall dicht an der Außenoberfläche eine Rekristallisation durchmacht und verhältnismäßig grobe Körner auftreten. Das Metall innerhalb des Mittelteiles rekrietalliaiert gewöhnlich nicht. Infolge dieses Unterschiedes in der Kornstruktur (-Gefüge) sind die Festigkeitseigenschaften nicht gleichmäßig und sind die V»erte für die Zugfestigkeit niedriger als dort, wo keine iiekristallisation aufgetreten ist.

Das Problem der Verringerung der Rekristallisation auf ein Mindestmaß ist bei einigen Legierungen schwieriger als bei andere^. Allgemein gesagt, sind Preßlinge τοη solchen Legierungen, die in der Größenordnung τοη 1 oder 2 Jt zugefügte Elemente enthalten, zum Rekrietällisaieren geneigt, wenn man sie einem Lösungsglühen unterwirft. Zm besonderen wurde herausgefunden, daß Legierungen rom Aluminiummagne-8iumsilicid-Typ eine Streifenstruktur in löaungsgeglühten ausgepreßten Produkten aufzeigen.

Ein anderer, die Qualität eines stranggepreßten Produktes beeinflussender faktor ist die Strangpreßgeschwindigkeit. Die Erfahrung hat gezeigt, daß für Erzielung eines annehmbaren Oberflächenzustandes ein bestimmter Geachwindigkeitsbereich eingehalten werden muß, wobei der Bereich in Beziehung zur Größe des Preulings und zu der durch den Aus-

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preßvorgang bewirkten Minderung im querschnitt steht. Bin Überschreiten der vorbestimmten Geschwindigkeit gibt Anlaß zu einem Reiiaen der Oberfläche und zu anderen Mängeln, die zur Zurückweisung des Produktes führen. Bs wurde festgestellt, daß ein Erhöhen oder Vermindern der Strangpreügeschwiridigkeit aus den'normalen Bereich heraus die Neigung zu kekris tall isation beeinflussen kann, jedoch nur auf Kosten der Überflc.chenqualität.

~i»iit Rücksicht auf diese und verwandte Probleme ist ein Ziel der £rfindug die Schaffung eines Arbeitsverfahrens für Herstellung einer Lösungsgluhbehandlung unterworfenen Preß-(stranggepresst en) Produkten aus bestimmten Aluminiumlegierungen, die nicht eine rekristallieierte Streifenstruktur i aufweisen. . '

l)es weiteren ist Ziel der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von lösungsgeglühten Preßlingen aus einer Aluminiumlegierung, die praktisch gleichmäßige Festigkeit vom vorderen zum rückwärtigen Ende des stranggepreßten Gegenstandes aufweisen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Strangpreßlingen aus Aluminiumlegierungen unter üblichen Druck- und Geechwindigkeits- '

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bedingungen ohne Entwicklung eines rekristallisierten Grobkorngefüges in dem lösungsgeglühten Produkt.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren, zur Herstellung von lösungsgeglühten Preßlingen aus einer Legierung yo$ AIuminium-Magnesiumiilicid-Typ vorgeschlagen, die praktisch > kein rekristallisiertes Korngefüge aufweisen. Bei diesem ' Verfahren sieht man einen aus der im Strang zu pressenden Legierung bestehenden Block vor, erwärmt diesen Block bei 426,7 ^σ bis 565,6 o"G so hinreichend lange, daß praktisch völlige Lösung der Ausscheidungshärtungsbestandteile hervorgerufen wird, kühlt diesen Block auf Baumtemperatur bei einer verlangsamten Geschwindigkeit ab, wobei Ausscheidung von mindestens einem Teil der gelösten Bestandteile indu- i ziert wird, erwärmt rasch wieder diesen Block auf 426,7 ^σ bis 454,4 ^a0_t preßt diesen erhitzt Block aus, unterwirft dieses Preßprodukt einem Lösungsglühen beä'482,2 ^σ bis 496 0"C solange, bis praktisch völlige Lösung der zuvor ausgeschiedenen Legierungebestandteile hervorgerufen wird, und schreckt das lösungsgeglühte Produkt ab.

Die Erfindung beruht auf der/Entdeckung, daß ausgepreßte« (extrudierte7 und einer Lösungsglühbehandlung unterworfene Produkte aus einer Legi· rung von Aluminium-Magnesiumsilicid-Typ'erzeugt werden können, die praktisch frei von rekristalli-,

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sierter Grobkornstruktur sind durch geeignetes Vorerhitzen das Blockes, aus dem der Preßling erzeugt wird, und durch Unterwerfen des Preßproduktes einer subnormalen Lösungsglühbehandlungstemperatur. Mittels dieser kombinierten Behandlungen wurden durchweg Preßprodukte erhalten, die ein gleichmäßiges nichtrekristaULsiertes Korngefüge durch das ganze Produkt haben und hinsichtlich ihrer Festigkeit gleichzeitig gleichmäßig sind. Das durch die kombinierten Behandlungen entwickelte Festigkeitsniveau entspricht den festlgkeiteerfordernissen für Legierungen, die in üblicher Weise behandelt sind. Diese Ergebnisse erreloht man ohne Abweichung j von d en üblichen Strangpreöteohnifcen.

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Der oben angegebene Aluminium-Magnesiumsilicid-Legierung«- j typ besteht aus solchen Legierungen, die annähernd 0,75 ι bis 2 # von der intermetallischen Verbindung Magneslumsillcid, MgpSi, als primärer Verfestigungskomponenten enthalten. Die Legierung kann einen Überschuß von Magnesium oder Silizium enthalten, gewöhnlich nicht mehr als 10 # über der für die Bildung des Silicides benötigten ivlenge. Gewichtsverhältnissen entsprechend/bedeutet dies die Verwendung von 0,£3 bis 1,40 Magnesium und" 0,24. bis 0,80# Silizium. Außer dem Magnesium und Silizium kann die Legierung bis zu 0,5 $> Kupfer, vorzugsweise nicht weniger als 0,05 i» enthalten.

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Mindest eines der Kornverfeinerungeelemente Bor, Titan, Chroa, Mangan, Molybdän, Wolfram und Zirkonium können je in Mengen von 0,01 bis 0,30 i» mit einbezogen werden, mit Ausnahme von Bor, das im Anteilverhältnis von 0,001 bis 0,10 Gewichtsprozent benutzt werden soll. Die Gesamtmenge der Kornverfeinerungselemente soll 0,75 # nicht überschreiten. Auch kann man 0,0005 bis 0,02 i» Beryllium zwecks Verbesserung des Widerstandes gegen Oxydation einführen. Die gewöhnlichen Verunreinigungen können lugegen sein und die '

Eisenverunreinigung in Mengen bis zu*0,75 i» geduldet werden. , Das normalerweise für die Herstellung von ausgepreßten j

j Gegenständen aus Aluninlumlegie rangen benutzte Auegange- ' material liegt in Form von Blöcken oder gegossenen· Knüppeln i

vor. Die mit dem Preßvorgang ^Strangpreßvorgang) verknüpfte harte Verarbeitung des Metalles wandelt die äußkonstruktur in eine Warmverformungestruktur (wrought) um. Die Blöcke kann man nach irgendeinem der bekannten Gießverfahren erzeugen, wobei die kontinuierliche oder halbkontinuierliche Methode die zur Zeit üblichste ist. Da der Bleck gegossen ist, lie^t in dem Gefüge ein bestimmtes Ausmaß von Inhomoge-

- · nität vor und ist eine Wärmebehandlung notwendig, um die Lösung jeglicher löslicher Elemente und Leglerungsbestandteile herbeizuführeu. £ine derartige Honiogenisierungsbehandlung hat den weiteren Vorteil der Verbesserung der Verarbei- ·

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tungaeigenschaften dee Blockes. Für Zwecke der Erfindung soll die, Vorwärmebehandlung des Blockes, die auch als eine Vorerhitzung bezeichnet wird, aus dem Erhitzen der Blöcke bei 426,7 ° bis 565,68 ⁰C, was von der Legierung abhängt, für eine so hinreichend lange, im allgemeinen 3 bis 20-stündige Zeit bestehen, daß praktisch völlige Lösung der löslichen Elemente und Beetandteile hervorgerufen wird, insbesondere der Ausscheidungshärtungsbestandteile, üblicherweise benötigt man einen längeren Zeitraum, wenn die4nge~ wandte Temperatur im unteren !Teil dee zulässigen Temperaturbereiches 'liegt.

IHi Anschluß an die vorhergehende Wärmebehandlung werden die Blöcke auf Raumtemperatur bei verzögerter Geschwindigkeit abgekühlt, wobei die Abscheidung von mindestens einem Teil der--lö-slicnen Ausscheidungahärtungselemente¹' oder -Legierungebestandteile induziert wird. Xn diesem Falle ist die Ausscheidung gleichmäßig verteilt und gleicht nicht der Grobseigerung (segregation), die in dem Produkt im gegoeeenen Zustand auftritt. Um gewünschte Form und Grad der Auescheidung herbeizuführen, wird der Block'τοrtugeweiee au* dar Vorerhitzungstemperatur auf zwischen 371,1 V und 398,9 ^eC gekühlt und in diesem Temperaturbereich 2 bis 10 Std. gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.*

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Die so gekühlten Blöcke werden so schnell wie nur möglich, vorzugsweise mittels elektrischer Induktionseinrichtungen auf die Auspreßtemperatür wieder erhitzt. Dieses Erhitzen soll erwünschtermaßen in einer Zei^von weniger als 3/4 Std. ausgeführt sein, um Rück-Lösen irgendwelcher wesentlicher ^Anteilmengen vom ausgeschiedenen Bestandteil zu vermeiden. Der Temperaturbereich für den (Strang-) Preßvorgang soll 426,7 bis 454.,4 ^σ C sein. Die Blöcke werden unter den herkömmlichen Bedingungen von Druck und Geschwindigkeit, z.B. bei einer Geschwindigkeit von 1,524 - 45,72 m je üiinute, · ausgepreßt.

Die Preßprodukte müssen einem Lösungsglühen als der ersten Stufe im Verfahren zum Hervorbringen der gewünschten Festigkeit und Härte unterworfen werden. Anstelle eines Erhitzens auf die Ubliohe Temperatur von 521,1 ^a0 müssen jedoch die Aluminlum-Magnesiumsilicid-Legierungen nur auf 482, 2 ^σ bis 496 <*C erhitzt werden. Die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Bereiche der Löeungiglühbehandlung sind entschieden subnormal gegenüber der herkömmlichen Technik. Die Behandlung muß sich über eine» ausreichend lange Zeit erstrecken, um praktisch vollkomenes Lösen der zuvor ausgeschiedenen Legierungsbestandteile hervorzurufen. Im all- ^: gemeinen ist eine Zeit von 5 Minuten bis 5 Stunden bei

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Temperstur angemessen. Eb hat eich jedoch als notwendig herausgestellt, subnormale Behandlungstemperaturen als die letzte Stufe im Verfahren anzuwenden, um das Auftreten der unerwünschten Streiferistruktur zu vermeiden, d.h. die Rekristallisation von Metall anliegend an der Oberfläche (Rand) des Preßproduktes, besonders im rückwärtigen Teil von ihm. zu verhindern.

Im Anschluß an die Lösungsglühbehandlung werden die Produkte in üblicher Weise, vorzugsweise mittels Wasserbesprühung oder durch Eintauchen in ein Wasserbad abgeschreckt. Falle der ausgepreßte Abschnitt nicht su dick ist, mag eine Druckluftabechreckung ausreichend Bein.

Obgleich man die der Lösungsglühbehandlung unterworfenen Produkte in diesem Zustande benutzen kann, ist es gewöhnlich erwünscht, einen hohen Grad von Festigkeit und Härte durch Unterwerfen der Produkte einer Ausscheidungshärtüngsbehandlung herbeizuführen. Dies erfolgt in üblicher Weise durch ihr .erhitzen auf eine Temperatur zwischen 148,9 ^σ und 232,2 <*C für eine Zeit im Bereich von 1 bis 24 Stunden, was von der einzelnen besonderen Legierung und der GrifBe des Preßlings abhängt. Diese |jehaadlung ändert nicht das Korngefüge (-struktur) und induziert auch nicht die Rekristallisation und erzeugt nicht eine Zone von Gi>obkÖrnern.

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Bezüglich der angeführten Presskörper ist zu verstehen, daß sie entweder vom Voll- oder Hohltyp sein und irgend welche gewünschte Umrißform haben können.

Beispiel

AIa ein Beispiel der erzielten Verbesserung durch Anwendung des Verfahrens wird auf die Herstellung eines hohlen Preßlings -lezug genommen, der einen Umfang von 65,5 cm und eine f.anddicke variierend zwischen 1,524 und 2,54 cm aufweist. Die Legierung hatte eine nominale Zusammensetzung aus 1,0 Ji Magnesium, 0,6 jC Siliciam, 0,25 £ Kupfer, 0,25 ^ Chrom und Rest Aluminium. Die Legierung wurde in der Torrn eines Hohlblockes, der einen AuJ3endurch£esser von 63,50 cm hatte, nach dem herkömmlichen halbkontinuierlichen direkten Abschreckverfahren (chill process) vergossen. Die Blöcke wurde zu Längen von |6,04 cm geschnitten. Ein Teil dieser Abschnitte wurde bei 535 bis 552 ?C 12 Stunden vorerhitzt und unter üblichem Druck bei einer Geschwindigkeit von 1,524 m Je Minute befi einer Henntemperatur von 426,7 °C ausgepreßt. Die Preßlinge wurden 1/2 Std. lang einer Lösunga glühbehandlung bei 518, 3 ⁰C unterworfen, abgeschreckt und

> durch Erhitzen auf 176,7 °C fflr θ Std. ausscheldungsgehärtet. Das Preßprodukt hatte eine Streifenatruktur allmählich zunehmender Dicke über die rückwärtige Hälfte des Gegenstandes. Die durchschnittliche Zerreißfestigkeit (Zugfeatig-

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keit) der ausgepreßten Produkte im gestreiften Abschnitt

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betrug 3086 kg/cm , die Streckfestigkeit 2939 kg/cm uud die Dehnung in 5,08 cm 16,5 j6- Die-niedrigsten erhaltenen Werte waren 2380 kg/cm* für die Zerreißfestigkeit, 2240 kg/cm für die Streckgrenze und 14 # Dehnung.

Sin zweiter Teil- der Blöcke wurde 6 3td. bei 524 ^σ bis 565,6 σο vorerhitzt, auf 387,8 <*C gekühltund 4 3td. bei dieaer Temperatur durchwärmt (soaked), wonach die Abschnitte auf Räumteaperatür gekühlt wurden. Die Blockabschnitte wurden wieder in einer Induktionsheizvorrichtung auf 426,7 ^σ bis 454,4 °C innerhalb eines Zeitraumes von 30 Minuten erhitzt und unter denselben Bedingungen wie im vorhergehenden Beispiel ausgepreßt. Die Preßprodukte wurden einer Lösungsgiuhbehandlung bei 491 ^σ bis 496 OQ 1/2 Std. unterworfen, abgeschreckt und ausscheidungsgehärtet in derselben Weise wie oben. Es wurde keine Streifenstruktur in dem PreßproduKt gefunden und es hatte eine durchschnittliche . Zugfestigkeit von 3220 kg/cm , eine Streckgrenze von 2903 kg/cm und eine Dehnbarkeit von 17,5 #. Die niedrigsten erhaltenen Werte betrugen für die Zugfestigkeit 2 810 kg/cm , die Streckfestigkeit 2 520 kg/cm* und Dehnung 16 1». Während die Durchschnittswerte auf eine entschiedene Verbesserung in der Zugfestigkeit und Dehnbarkeit gegenüber denjenigen

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nach herkömmlicher Behandlung hinweisen, bieten die Mindest- werte einen besseren Vergleich. Dies weist noch deutlicher auf den hohen Grad der nach der praktischen Durchführung der Erfindung erreichten Eigenschaften hin.

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Claims

• -H-Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von lösungsgeglühten (Strang-) Preßlingen aus einer Legierung rom Aluminium-Magnesiumeilicid-Typ, die praktisch nichtrekristalllsiertes Korngefüge aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Block j von der auszupressenden Legierung vorsieht, diesen Block auf 426,7 <* bis 565,6 "C so auereichend lange erhitzt, daß praktisch völlige Lösung der Ausscheidungshärtungsbestandteile erfolgt, den Block auf Raumtemperatur bei verzögerter , Geschwindigkeit unter Induzierender Ausscheidung mindestens eines Teiles der gelösten Bestandteile kühlt, den Block rasch wieder auf 426,7 ° his 454,4 ^σ0 erhitzt, den erhitzten Block strangpreßt, das ausgepreßte Produkt bei 482,2 Q bis . 496 QQ bis zum Hervorrufen praktisch vollkommener.Lösung der zuvor ausgeschiedenen Legierungsbestandteile einer Lösunga- _λ glühbehandlung unterwirft, und das lösungsgeglühte Produkt abschreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß sich das anfängliche Vorerhitzten dee Blockes über eine» Zeitraum von 3 bis 20 Stunden erstreckt. . j

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorerhitzte Block auf eine Temperatur von 371,1 ^σ _:

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bis 798,9 °C gekühlt und 2 bis 10 Stunden vor Kühlen auf Raumtemperatur innerhalb dieses Temperaturbereiches gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gekühlte Block wieder auf die Auspreßtemperatur in weniger als 3/4 Std. erhitzt wird.

5. Verfahren nach jedem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschreckte Preßprodukt durch ein- bis 24-stündiges Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 146,9 ^σ und 232,2 OC ausgehärtet wird.

6. Verfahren nach jeden* der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumlegierung im wesentlichen aus Aluminium 0,43 bis 1,40 <f» Magnesium und 0,24 bis 0,80 i> Silicium und in solchen Anteilverhältnissen besteht, daß -0,75 bis 2 i> Magnesiumeil ic id gebildet werden. .

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auch 0,05 bis 0,5 £ Kupfer enthält. _t

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auch mindestens ein kornverfeinerndee Element aus der Gruppe von Bor, Titan, Chroia, Mangan, Molybdän,

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Wolfram und Zirkonium je in Mengen von 0,01 bis 0,30 jS mi.t Ausnahme Ton Bor in Mengen von 0,001 bis 0,10 Jf enthält, wobei dit Gesamtmenge der Kornverfeinerungselemente 0,75 $> nicht liberate igt.

9* Verfahren nach jedem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung such 0,0005 bie 0,02 ^ Beryllium enthält.

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