DE1483324C2

DE1483324C2 - Verwendung von AIZnMg-Leglerungen mit geringer Kerbempfindlichkeit

Info

Publication number: DE1483324C2
Application number: DE19651483324
Authority: DE
Inventors: Hildegard Dr.-Ing. 5300 Bonn Cordier; Wolfgang Dr.-Ing. 5320 Bad Godesberg Gruhl
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Current assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Priority date: 1965-12-02
Filing date: 1965-12-02
Publication date: 1975-04-24
Also published as: CH476848A; FR1501662A; NL6616652A; DE1483324B1; GB1171144A; LU52457A1; BE690170A

Description

Aus Gründen der Gewichtsersparnis und des Korrosionsverhaltens versucht man in steigendem Maße, auch für hochbeanspruchte Werkstücke Al-Legierungen einzusetzen. Von den hqchfesten Al-Legierungen gibt es zwei Gruppen mit hoher Festigkeit, die Legierungen des Typs AlCuMg und AlZnMg. Erstere sind wenig korrosionsbeständig, während die AlZnMg- und AlZnMgCu-Legierungen zwar ausreichend korrosionsbeständig, aber gleichzeitig relativ spröde und vor allem kerbempfindlich sind. Außerdem neigen sie zu Spannungsrißkorrosion.

■Geschweißte Panzerplatten für Militärfahrzeuge, für die man aus Gewichtsgründen Aluminiumlegierungen vorgeschlagen hat, müssen gleichzeitig hohe Festigkeit und Zähigkeit aufweisen. So haben Beschußversuche an der hochfesten Legierung 3 4365 nach DIN 1725, die in den amerikanischen Normen als Legierung 7075 bezeichnet wird, gezeigt, daß die Geschosse die Platten zwar nicht· durchschlugen, auf der Rückseite jedoch Splitter abplatzten, die zu Verletzungen rühren können.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, in welcher Weise geschweißte Panzerplatten aus einer aus Gewichtsersparnisgründen grundsätzlich erwünschten Aluminiumlegierung erhalten werden können, bei denen diese Splitterbildung nicht auftritt.

Innerhalb der Gruppe der hochfesten Legierungen des Typs AlZnMg und AlZnMgCu sind nach DIN 1725 (Ausgabe Mai 1961) folgende Werkstoffe genormt:

AlZnMg 3 mit 4,2 bis 5,3% Zn; 2,0 bis 3,5% Mg; 0,1 bis 0,6% Mn; 0,1 bis 0,3% Cr; maximal 0,7% Fe; maximal 0,7% Si.

AlZnMgCu 0,5 mit 3,8 bis 5,2% Zn; 2,4 bis 3,8% Mg;0,4bis l,0%Cu;0,l bis0,6% Mn;0,l bis0,3% Cr; maximal 0,5% Fe; maximal 0,5% Si.

AlZnMgCu 1,5 mit 5, Ibis 6,1% Zn; 2, Ibis 2,9% Mg; 1,2 bis 2,0% Cu; 0,18 bis 0,4% Cr; 0 bis 0,5% Si; 0 bis 0,3% Mn; maximal 0,7% Fe.

Diese Legierungen sind alle durch einen relativ weiten Bereich im Zn- und Mg-Gehalt gekennzeichnet.

Bildet man das Verhältnis rj-_t , so beträgt dieses im

Mittel bei AlZnMg 3 1,73, bei AlZnMgCu 0,5 1,45 und bei AlZnMgCu 1,5 2,24. Die Gehalte an zulässigen Beimengungen, insbesondere Fe und Si, sind mit 0,5 bzw. 0,7 nach oben begrenzt.

Die Wärmebehandlung dieser Legierungen wird in der Regel in der Weise durchgeführt, daß die Halbzeuge bei 460 bis 480° C lösungsgeglüht, in Wasser abgeschreckt und bei 120 bis 130° C warm ausgelagert werden. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Warmauslagerungstemperatur auf 140 bis 18O⁰C zu erhöhen, da hierdurch eine höhere Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion erzielt wird.

Die neben hoher Festigkeit für den angegebenen Verwendungszweck notwendigen Eigenschaften sind somit große Zähigkeit, geringe Kerbempfindlichkeit und gutes plastisches Arbeitsvermögen bei Schlag- und Stoßbeanspruchung. Sie sind bei der Werkstoffprüfung durch hohe Werte für Dehnung, Einschnürung und Schlagbiegezähigkeit gekennzeichnet.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun Maßnahmen zur Verbesserung dieser Eigenschaften.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß Dehnung, Einschnürung und Schlagbiegezähigkeit bei AlZnMg- und AlZnMgCu-Werkstoffen in hohem Maße vom

Verhältnis jt- abhängen. Je größer das Verhältnis ττ-

bei gleicher Summe der beiden Komponenten und sonst gleicher Zusammensetzung ist, um so günstigere Eigenschaften 4ass.en_sich erzielen. Streckgrenze und Festigkeit sind dagegen m erster Linie von der Summe Zn + Mg abhängig.

Der Siliziumgehalt in der erfindungsgemäß verwendeten Legierung ist daher auf 0,09% festgesetzt.

Erfindungsgemäß hat darüber hinaus die Temperatur der Warmauslagerung nach dem Abschrecken regelmäßig einen erheblichen Einfluß auf Dehnung, Einschnürung und Schlagbiegezähigkeit. Es wurde gefunden, daß bei der erfindungsgemäß verwendeten Legierung eine Stufenauslagerung, bestehend aus einer Vorlagerung von 4 bis 24 Stunden, vorzugsweise 8 bis 16 Stunden, bei 12O⁰C und einer anschließenden Nachlagerung von 1 bis 6 Stunden, vorzugsweise 3 bis

5 Stunden, bei 180⁰C zu gleichzeitig hohen Werten für Streckgrenze und Bruchfestigkeit einerseits und Dehnung, Einschnürung und Schlagbiegezähigkeit andererseits führt. Diese Stufenauslagerung kann auch in der Weise durchgeführt werden, daß die zu härtenden Teile in einen Ofen gebracht, dort auf 120° C aufgeheizt, 4 bis 24 Stunden, vorzugsweise 8 bis 16 Stunden, bei 120⁰C gehalten, anschließend in demselben Ofen auf 180⁰C gebracht und nochmals 1 bis

6 Stunden, vorzugsweise 3 bis 5 Stunden, auf dieser Temperatur gehalten werden, worauf sie aus dem Ofen genommen und an Luft abgekühlt werden. Durch diese Wärmebehandlung werden vor allem die Einschnürung und die Schlagbiegezähigkeit erhöht, wobei die Werte für Streckgrenze und Zugfestigkeit einer normalen Auslagerung bei 120⁰C entsprechen. Die Dehnung ändert sich durch eine solche Wärmebehandlung praktisch nicht. Dies ist aber darauf zurückzuführen, daß die Gleichmaßdehnugg etwas abnimmt, während die Einschnürungsdehnung steigt. Gerade letzteres ist aber im Hinblick auf die beschriebenen Anwendungsgebiete erwünscht, während die Gleichmaßdehnung hierfür keine Bedeutung hat.

Deshalb besteht die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe in der Verwendung einer Legierung, bestehend aus 5,78% Zink, 1,62% Magnesium, 0,02% Kupfer, 0,24% Mangan, 0,13% Chrom, 0,09% Silizium, 0,22% Eisen, 0,17% Zirkonium, Rest Aluminium, die nach der Lösungsglühung und Abschreckung bei 120 C und anschließend bei 180"C stufenausgelagert worden ist, als Werkstoff zur Herstellung von geschweißten Panzerplatten, die geringe Schweißrissigkeit aufweisen und bei deren Beschüß Splitter nicht abplatzen.

Durch die Kombination der erfindungsgemäß beschriebenen legierungstechnischen und Wärmebehandlungsmaßnahmen gelingt es, gleichzeitig die Spannungskorrosionsempfindlichkeit zu beseitigen und die Dauerfestigkeit zu erhöhen.

An dieser Stelle sei daraufhingewiesen, daß AlZnMg-Legierungen der beanspruchten Zusammensetzung bekannt sind und das erfindungsgemäße Zn Mg-Verhältnis theoretisch innerhalb der bekannten Bereiche einstellbar ist. Auch gehört die Warmauslagerung in zwei Stufen für AlZnMg-Legierungen zum Stand der Technik, während es ferner grundsätzlich nicht mehr neu ist, AlZnMg-Legierungen als Werkstoff für hydraulische Bergbaustempel zu benutzen. Indessen ist erst bei Verwendung von AlZnMg-Legierungen mit dem bestimmten angegebenen Verhältnis von Zn und Mg nach einer Stufenauslagerung bzw. bei solchen silberhaltigen AlZnMg-Legierungen nach einstufiger Auslagerung die Unempfindlichkeit der Legierungen gegen insbesondere Kerbwirkung im Gegensatz zu den genormten Legierungen dieses Typs so groß, daß die Legierungen erfolgreich für die erläuterten Verwendungszwecke eingesetzt werden-können.

Aus der FR-PS 13 85 837 ist zwar die Verwendung einer AlZnMg-Legierung als Werkstoff für Panzerplatten bekannt, die beim Beschüß nicht absplittern bzw. abblättern. Von diesem Stand der Technik unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand im wesentlichen in der Zusammensetzung der Legierung, insbesondere im Magnesium- und Zinkgehalt, durch den Zirkoniumzusatz und der dadurch. bedingten Verringerung der Schweißrissigkeit sowie in der Verwendung als Werkstoff für Panzerplatten, die geschweißt worden sind.

Beispiel

Für die Herstellung von Panzerplatten wurde eine Legierung folgender Zusammensetzung gewählt:

5,78% Zn 1,62% Mg 0,02% Cu 0,24% Mn 0,13% Cr 0,09% Si 0,22% Fe 0,17% Zr Rest Aluminium

Zn + Mg = 7,4%

^- -3

Mg

Dieser Werkstoff wurde geschweißt. Zur Verringerung der Schweißrissigkeit hat er wenig Cu und enthält einen Zusatz von Zr.

4-mm-Blech wurde 1 Stunde bei 480° C lösungsgeglüht, in Wasser abgeschreckt, 24 Stunden"" bei 12O⁰C vorr und däTm-2 Stunden bei 180⁰C nachgelagert.

Die mechanischen Werte betrugen:

"02 30 (kp/mnr)	(kp/mm²)	Deh nung A (%)	Gleich maß dehnung 'hl (%)	Ein schnü rung Ψ (%)	Schlag- biege- ziihigkeit "b (mkp/ cm²)
38,2	41,8	18,5	10,0	54,0	16,0

Kerbschlagzähigkeit a_Ä(mkp/cm²): 3,42.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer Legierung, bestehend aus 5,78% Zink, 1,62% Magnesium, 0,02% Kupfer, 0,24% Mangan, 0,13% Chrom, 0,09% Silizium, 0,22% Eisen, 0,17% Zirkonium, Rest Aluminium, die nach einer Lösungsglühung und Abschreckung bei 120⁰C und anschließend bei 180⁰C stufenausgelagert worden ist, als Werkstoff zur Herstel- iö lung von geschweißten Panzerplatten, die geringe Schweißrissigkeit aufweisen und bei deren Beschüß Splitter nicht abplatzen.