DE1533497B1 - Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von AlCuMg-Platten in deren kurzer Querrichtung - Google Patents
Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von AlCuMg-Platten in deren kurzer QuerrichtungInfo
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Description
Die Brfinduaf betrifft ein Verfahren zuf Verbesserungder
mechanischen Eigenschaften von AlCuMg-Platten la deren· fcurzef Querrichtung;
Bekannt sind Verfahren zur Behandlun-g von
AlC&Mf-Platteii, dfe aus 3 bis 6%. Kupier, 0,8; bis &
3% Magnesium,, &,3 bis. 1 %, Maagaa, Rest Aluminium
mit um ühSehen Verunreinigungen bestehen, wobei
Barre» bei mtodestess, 427°C homogenisierungsgegilbt,
einerbestimmten Warmverformung unter. zogen
met die watmver formten: Pfetten bei 421 bis io;
SlCfC- l^ungsgeglüht, abgeschreckt und ausgelagert
werden.
Biese Platten zeichnen sieb — zumindest bei
veriiäitoismäiSig diünneitt Querschnitt — durch ihr
sehr gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, durch
hervorragende Zähigkeit mud Zugfestigkeit und gute
Beständigkeit gegenihej Korrosion und Spannungskorrosion
aus, Die Platten weisen; jedoch ein ziemlich
begrenztes Maß an DuktiMtät in der kurzen Querih
b ikdi I l
Platten herzustellen, die sich durch ein hohes. Maß an
Dehnung, Beständigkeit gegenüber Spannungskorrosiön:
und Zugfestigkeit in der· kurzen Querrichtung
kennzeichnen.
Diese Vorteile wer/den erfindungsgemäß; dadurch
erreicht, daß des Mindestgehalt, an Magnesium im
Barren gemäß". der; Beziehung Mg = 0p2 ·% Cu
—wenn Mnnicht größer als 0;5%. ist—öderMg = 0^,2
+ Qs.32 · % Cu - 0i4 · % Mn — wenn Mn größer als
Qj5% ist — eingestellt und ein Verhältnis von B;arrenlänge
zu Barrendwehmesser bzw. zum Mittel aus den
beiden. Basiskantenlängen (— »©«-Abmessung); von
mindestens 2:1 eingehalten, der Barren nach dem an
sieh bekannten Homogenisierungsglühen in· Axialrichtung bei 316, bis 482° C auf weniger als 40%
seiner ursprünglichen Länge gestaucht und der gestauchte
Barren nach Wiedererwärmung auf 316. bis
482° C durch Schmieden oder Pressen in die Form einer länglichen: Platte gebracht wird, deren Dicke
richtung bzw. der Dickendimension auf. Im al- ?o. nicht mehr als 75% der Höhe des gestauchten Barrens
gemeinen haben die Platten Dehnungswerte bei Zugbeanspruchung
in der kurzen Querrichtung von nur Y2 % und ganz selten über 2%. Ferner ist ein verhältnismäßig
geringes Maß: an Zähigkeit bzw. Zugfestigkeit in Richtung der Bleehdicke festzustellen.
Bei neueren Anwendungen der Platten würden jedoch verhältnismäßig dicke Platten, z. B. einer Dicke
von 5,08 bis 15,2 cm eine wesentlich größere Brauchbarkeit
besitzen, wenn bei ihnen die Duktilität und Zähigkeit bzw. Zugfestigkeit in der kurzen Querrichtung
derart verbessert werden könnte, daß daraus hergestellte Gegenstände, die in mehreren Richtungen
Spannungen ausgesetzt werden, beträchtliche Zugbeanspruchungen längs ihrer Dicke aushalten
könnten.
Ein bekanntes Verfahren zur Verbesserung der
mechanischen Eigenschaften von derartigen Platten in der kurzen Querrichtung besteht darin, den Barren
vor dem Heißwalzen auf eine geeignete Gestalt zu kneten oder zu sehmieden. Die Dehnung überschreitet 40,
aber auch dann noch kaum 2%. Eine Verbesserung der Zähigkeit und Zugfestigkeit läßt sich nur in sehr
geringem Maße und meist überhaupt nicht feststellen.
Femer wird bei diesem Verfahren die Spannungskorrosionsbeständigkeit
herabgesetzt.
Die erfindungsgemäß- hergestellten Legierungen zeigen Verbesserungen hinsichtlich der Dehnung und
der Zugfestigkeit sowie eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Spannungskorrosion. Es ist jedoch darauf
hinzuweisen, daß mit Legierungen der hier in Betracht
kommenden Art es bisher nur möglich war, starke
Abschnitte mit verbesserter Zugfestigkeit herzustellen, indem beim -Herstellungsarbeitsgang ein Schmiedearbeitsgang
vor dem zur Herstellung der Platte angewandten Walzarbeitsgang aufgenommen wurde.
Hierbei ergibt sich jedoch eine drastisch verringerte Beständigkeif gegenüber Spannungskorrosionsrißbildung,
wodurch sieh für den Hersteller ein erhebliches
Dilemma ergibt. Er kann entweder die mit diesen Legierungen verbundene Spannungsrißbeständigkeit 60,
erreichen oder auf Grund der Schmiedezwischenstufen eine verbesserte Zähigkeit über die kurze Querrichtung,
d. h, über die Stärke, erreichen, jedoch nicht beides. Dieses Problem wurde erfindungsgemäß durch
die speziellen Schmiedestufen und die kritische Steuerung der Zusammensetzung der Legierung
gelöst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, AlCuMgbeträgt,
worauf die Platte auf eine Enddicke von 2,54
bis: 20,3 cm warmgewalzt und nach an sieh bekanntem Lösungsglühen und Abschrecken einer Warmauslagerung
bei 149 bis 2040C während 6 bis 24 Stunden
unterzogen wird
Angewendet wird das Verfahren ferner auf AlCuMg-Barren,
deren Mindestgehalt an Magnesium der Beziehung Mg = 0,2 + 0,32 · %, Cu — wenn Mn nicht
größer als 0,5% — oder Mg = 0,4 + 0-32 · % Cu
— 0,4 · % Mn — wenn Mn größer als 0,5% — genügt,
oder die 3,5 bis 5% Kupfer und 1 bis 2% Magnesium
bzw. gegenüber dem Magnesiumgehalt nach Anspruch 1 zusätzlich weitere 0,2% Magnesium enthalten.
AlCuMg-Barren dieser Zusammensetzung werden
in ihrer gestauchten Höhe unter Erzielung einer Axialverringerung und Ausbildung einer länglichen
Platte mit einer Dicke von 25 bis 50% der Höhe des gestauchten Barrens verringert, wonach die Platten
einer endgültigen Plattendicke von 5,08 bis 15,24 cm
warmgewalzt und bei Raumtemperatur vor der Warmauslagerung unter Ausbildung einer bleibenden Dehnung
von 1,5 bis 3% gereckt werden.
Vorteilhaft haben dabei die AlCuMg-Barren dieser Zusammensetzung ein ursprüngliches Verhältnis von
Länge zu »D«-Abmessung von mindestens 2,5 :1 und eine Höhe des gestauchten Barrens von nicht mehr als
25% der ursprünglichen Barrenlänge.
Bestehen die AlCuMg-Barren aus 4,15 bis 4,60%
Kupfer, 1,45 bis 1,65% Magnesium, 0,5 bis 0,65%. Mangan, bis zu 0,05% Titan und bis zu 0,002% Bor,
Rest Aluminium mit den üblichen Verunreinigungen, und werden in bezug auf die Verunreinigungen als
Maximalwerte 0,15% Silicium, 0,25% Eisen, 0,10%
Chrom, 0,20% Zink und 0,05% Nickel eingehalten,
so wird das Homogenisierungsglühen bei 482 bis
496° C vorgenommen; die Dicke der Barren wird
unter Erzielung einer Axialverringerung und Ausbildung länglicher Platten auf 25 bis 50% der Höhe
der gestauchten Barren verringert, wonach die Platten bis auf eine endgültige Plattendicke von 5,08 bis
15,24 cm warmgewalzt, bei Raumtemperatur unter Ausbildung einer bleibenden Dehnung von 1,5 bis 3%
gereckt und nach dem an sich bekannten Lösungsglühen
und Abschrecken bei 182 bis 195° C warm
ausgelagert werden.
Dieses Verfahren wird angewendet auf AlCuMg-Earren
mit einem ursprünglichen Verhältnis von
1 533 4f
Länge zu »D« - Abmessung von mindestens
2,5:1 und einer Höhe des gestauchten Barrens
von nicht mehr als 25% der ursprünglichen Barrenlänge.
Die nach diesem Verfahren hergestellte Platte hat eine verbesserte Dehnung in der kurzen Querrichtung
von 3 bis 6% und eine verbesserte Zugfestigkeit in der kurzen Querrichtung, die einer
Rißfortpflanzungsgeschwindigkeit von mindestens 17,8 cm · kg je cm2 entspricht, und ist ferner in der
kurzen Querrichtung bei einer Spannung von bis zu 50% der Reckgrenze praktisch spannungskorrosionsbeständig.
Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man den Barren vor
dem Warmwalzen eine starke Stauchung erteilt, durch die er in Axialrichtung derart verkürzt wird,
daß er in einem Walzgerüst gehandhabt werden kann.
Der Barren wird dann auf die endgültige Plattendicke warmgewalzt, lösungsgeglüht und warm ausgelagert.
Außerdem muß der Magnesiumgehalt mindestens das 0,32fache des Kupfergehaltes ausmachen.
Die Legierung besteht im wesentlichen aus Aluminium und enthält 3 bis 6% Kupfer, 1 bis 3% Magnesium
und 0,3 bis 1% Mangan sowie Verunreinigungen. Eine bevorzugte Legierung besteht im wesentlichen
aus Aluminium, 3,5 bis 5% Kupfer, 1 bis 2% Magnesium und 0,3 bis 1 % Mangan sowie Verunreinigungen. ■
Die erfindungsgemäße Beziehung zwischen dem Magnesium- und Kupfergehalt muß beachtet werden,
um eine Verschlechterung der Spannungskorrosionsbeständigkeit in der kurzen Querrichtung zu vermeiden.
Die erfindungsgemäßen Verfahrensmaßnahmen liefern reproduzierbare Verbesserungen in bezug auf
die mechanischen Eigenschaften in der kurzen Querrichtung. Wie oben beschrieben, wird die Stauchung
derart erzielt, daß man einen verhältnismäßig langen Barren in Axialrichtung zusammenstaucht und den
Barren dann so weiterbehandelt, daß die ursprüngliche Längsrichtung des Barrens die Dicke der fertigen
Platte wird. In Anbetracht einer solchen drastischen Längenverringerung sind die erzielten Verbesserungen
der Eigenschaften in der kurzen Querrichtung als völlig unerwartet anzusehen, da auf Grund des Standes
der Technik bekannt ist, daß starke Verringerungen in der kurzen Querrichtung von einer Verschlechterung
der Eigenschaften in dieser Richtung begleitet sind. Bei dem Ausgangsmaterial, auf das die beschriebenen
Knetstufen angewendet werden, handelt es sich im allgemeinen um verhältnismäßig große, kontinuierlich
gegossene Barren, deren Oberflächenhaut durch Abschälen entfernt und deren Enden beschnitten worden
sind. Diese Einzelheiten sind jedoch nicht von ausschlaggebender Bedeutung; das erfindungsgemäße
Verfahren ist vielmehr auf sämtliche Barren anwendbar, deren Gestalt und deren Abmessungen den obengenannten
Bedingungen genügen, d. h. sowohl Gußbarren als auch andere geeignete Barren. Vor dem
Kneten wird der Körper allmählich auf eine Homogenisierungstemperatur oberhalb von 4270C, meistens
auf eine Temperatur zwischen 482 und 496° C, erhitzt und sodann mehr als 15 Stunden, meistens 20 bis
Stunden, bei dieser Temperatur belassen. Oft werden auch viel längere Behandlungszeiten von
Stunden und mehr angewendet. Das Ausmaß, bis zu dem der Barren in Axialrichtung
gestaucht wird, beträgt mindestens 60% und vorzugsweise über 75% der ursprünglichen Länge.
Ein weiterer Faktor, der einen sehr bedeutsamen Einfluß auf das Ausmaß der erzielten Stauchung
ausübt, ist das Verhältnis zwischen der Barrenlänge und der Barrenbreite. Als Barrenbreite ist bei Rundbarren
der Durehmesser und bei solchen mit rechteckigem oder anders gestaltetem Querschnitt das
Mittel aus den beiden Basiskantenlängen (= »D«-Abmessung)
anzusehen.
Ein Barren mit einem Querschnitt von 50,8 χ 101,6 cm hat z. B. eine D-Abmessung von 76,2 cm,
ebenso wie ein Barren mit einer Basiskantenlänge von
76,2 cm oder ein Rundbarren mit einem Durchmesser von 76,2 cm. Das Verhältnis von Barrenlänge zu
Barrenbreite sollte mindestens 2:1 betragen und beträgt vorzugsweise mindestens 2,5 :1. Erfindungsgemäß
werden also die Barren bei einer Temperatur von 316 bis 4820C auf nicht mehr als 40% und vorzugsweise
nicht mehr als 25% der Länge des ursprünglichen Barrens gestaucht. Der gestauchte Barren wird
dann im allgemeinen erneut auf eine Temperatur von 316 bis 482°C erhitzt, seine herausgewölbten Seitenflächen
durch Preßdruck etwas abgeflacht und sodann weiter auf einer Knetpresse, Hämmervorrichtung
od. dgl. zu einer länglichen Platte verformt, deren Dicke nicht mehr als 75% der Höhe des gestauchten
Barrens, meistens 25 bis 50% dieser Höhe, beträgt. Die Platte wird bis auf die endgültige Plattendicke
warmgewalzt, was im allgemeinen bei 427 bis 482° C erfolgt. Bei den oben für die einzelnen Arbeitsvorgänge
angegebenen Temperaturbereichen handelt es sich um Temperaturen, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens meist angewendet worden sind.
Zur Entwicklung einer hohen Festigkeit und Härte werden die warmgewalzten Platten bei etwa 427 bis
5100C, vorzugsweise bei etwa 482 bis 496° C, während
etwa 1 bis 12 Stunden oder mehr lösungsgeglüht.
Die Platten werden dann abgeschreckt und warm ausgelagert, was durch 6- bis 24stündiges Auslagern
bei 149 bis 204° C und meist durch 10-bis 13stündiges
Auslagern bei 182 bis 199° C geschieht. Der Warmauslagerung
geht bevorzugt ein wiederholtes mechanisches Recken zwecks Beseitigung innerer Spannungen
voraus, wobei bei Raumtemperatur eine bleibende Dehnung von 1,5 bis 3% erzielt wird.
Die in der oben beschriebenen Weise hergestellten Platten zeigen eine Bruchdehnung in der kurzen
Querrichtung, die im allgemeinen 3 bis 6% beträgt, und eine Zugfestigkeit, die einer Rißfortpflanzungsgeschwindigkeit
von 19,6 bis 24,1 cm · kg je cm2 entspricht.
Da die mechanischen Eigenschaften in den anderen Richtungen, d. h. in der langen Querrichtung
und der Längsrichtung, nicht verschlechtert worden sind, zeigen die Platten eine bessere Isotropie in den
mechanischen Eigenschaften als die nach den bekannten Verfahren warmgewalzten Platten. Typische durchschnittliche
mechanische Festigkeitswerte von in üblicher Weise warmgewalzten Platten aus der Legierung
»2024« (entsprechend AlCuMg2) im Vergleich
zu den Werten der erfindungsgemäß hergestellten Platten sind in Tabelle I zusammengestellt. Die Plattendicken
betrugen 3,81 bis 12,7 cm, und die Platten beider Serien erhielten die gleiche Lösungsglühbehandlung,
Abschreckung, Streckung und beschleunigte Alterung.
Mechanische Eigenschaften in verschiedenen Richtungen
Zugfestigkeit
(kp/mm2)
(kp/mm2)
Streckgrenze (kp/mm2)
Dehnung
| In Längsrichtung | 48 | 48,3 | 44,1 |
| Normal warm | |||
| gewalzt ■. | 48,3 | 48,5 | 47,3 |
| Gestaucht und | In der langen Querrichtung | in der kurzen Querrichtung | |
| warmgewalzt.. | Normal warm | Normal warm | |
| gewalzt | gewalzt | ||
| Gestaucht und | Gestaucht und | ||
| warmgewalzt.. | warm se walzt.. | ||
43,2 43,7
42,5 43,8
40,8 42,4
7,2 10,0
6,6
7,2
U 4,8
Tabelle II
Zugeigenschaften in verschiedenen Richtungen
Zugeigenschaften in verschiedenen Richtungen
| Zugfestigkeit | Verhältnis | Rißfort- | |
| (kp/mm2) | von Zerreiß festigkeit zu |
pflanzungs- geschwindig- |
|
| Reckgrenze | keit (cm · kg/cm2) |
||
| [n Längsrichtung | |||
| Normal warm | 41,7 | ||
| gewalzt | 0,96 | 25,9 | |
| Gestaucht und | 50,2 | ||
| warmgewalzt.. | 1,15 | 46,5 | |
Zugfestigkeit
(kp/mm2)
(kp/mm2)
Verhältnis von Zerreißfestigkeit zu Reckgrenze
Rißfortpflanzungsgeschwindig-
keit (cm · kg/cm2)
In der langen Querrichtung
Normal warmgewalzt
Normal warmgewalzt
Gestaucht und
warmgewalzt..
warmgewalzt..
38,1
46,8
In der kurzen Querrichtung
Normal warm-
Normal warm-
20
Aus den obigen Werten ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäß erhaltenen Platten eine merklich
verbesserte Dehnbarkeit in der kurzen Querrichtung aufweisen, und zwar mehr als den doppelten Wert als
bei normal warmgewalzten Platten. Die Verbesserung der Festigkeit in der kurzen Querrichtung ist ebenfalls
bemerkenswert. Bei diesen Prüfversuchen wurde eine weitere interessante Beobachtung insofern gemacht,
als gefunden wurde, daß die mechanischen Eigenschaften durch Variationen in der Zusammensetzung
der Legierung »2024« nicht wesentlich beeinflußt werden.
In der Tabelle II sind typische Durchschnittsergebnisse
wiedergegeben, die bei Zugfestigkeitsprüfversuchen an normal warmgewalzten und an erfindungsgemäß
hergestellten Platten erhalten wurden.
Ebenso wie bei den mechanischen Eigenschaften zeigen die erfindungsgemäß hergestellten Platten eine
merkliche Zähigkeitsverbesserung bei dem Zerreißprüfversuch.
Diese verbesserte Zähigkeit bzw. Zugfestigkeit in der kurzen Querrichtung ermöglicht den Einsatz der
erfindungsgemäß erhaltenen Platten für Zwecke, für die die in bekannter Weise warmgewalzten Platten
bisher als ungeeignet angesehen wurden.
55
.60
gewalzt
Geknetet und
gewalzt
gewalzt
29,2
36,7
0,89 1,06
0,71 0,87
19,6
35,7
14,3 21,4
Claims (8)
1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von AlCuMg-Platten in deren kurzer
Querrichtung, die aus 3 bis 6% Kupfer, 0,8 bis 3% Magnesium, 0,3 bis 1% Mangan, Rest Aluminium
mit den üblichen Verunreinigungen bestehen, wobei Barren bei mindestens 427C C homogenisierungsgeglüht,
einer bestimmten Warmverformung unterzogen und die warmverformten Platten bei 427 bis 510°C lösungsgeglüht, abgeschreckt
und ausgelagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestgehalt
an Magnesium im Barren gemäß der Beziehung Mg = 0,32 · % Cu — wenn Mn nicht größer als
0,5% ist — oder Mg = 0,2 + 0,32 ■ % Cu - 0,4 · %'Mn—wenn Mn größer als 0,5% ist—eingestellt
und ein Verhältnis von Barrenlänge zu Barrendurchmesser bzw. zum Mittel aus den beiden
Basiskantenlängen (= »D«-Abmessung) von mindestens 2:1 eingehalten, der Barren nach dem an
sich bekannten Homogenisierungsglühen in Axialrichtung bei 316 bis 4820C auf weniger als 40%
seiner ursprünglichen Länge gestaucht und der gestauchte Barren nach Wiedererwärmung auf
316 bis 482° C durch Schmieden oder Pressen in die Form einer länglichen Platte gebracht wird, deren
Dicke nicht mehr als 75% der Höhe des gestauchten Barrens beträgt, worauf die Platte auf eine
Enddicke von 2,54 bis 20,3 cm warmgewalzt und nach an sich bekanntem Lösungsglühen und
Abschrecken einer Warmauslagerung bei 149 bis 2040C während 6 bis 24 Stunden unterzogen wird.
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf AlCuMg-Barren, deren Mindestgehalt an Magnesium
der Beziehung Mg = 0,2 + 0,32 · % Cu — wenn Mn nicht größer als 0,5% — oder Mg
= 0,4 + 0,32 ■ % Cu - 0,4 · % Mn — wenn Mn größer als 0,5% — genügt.
3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf AlCuMg-Barren nach Anspruch 1 oder 2, die
3,5 bis 5% Kupfer und 1 bis 2% Magnesium enthalten.
4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf AlCuMg-Barren, die zusätzlich weitere 0,2%
Magnesium enthalten.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß AlCuMg-Barren einer Zusammensetzung
gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 in ihrer gestauchten Höhe unter Erzielung einer Axial-
verringerung und Ausbildung einer länglichen Platte mit einer Dicke von 25 bis 50% der Höhe
des gestauchten Barrens verringert werden, wonach die Platten zu einer endgültigen Plattendicke von
5,08 bis 15,24 cm warmgewalzt und bei Raumtemperatur vor der Warmauslagerung unter Ausbildung
einer bleibenden Dehnung von 1,5 bis 3% gereckt werden.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 5 auf AlCuMg-Barren einer Zusammensetzung
gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 mit einem ursprünglichen Verhältnis von Länge zu »D«-Abmessung
von mindestens 2,5:1 und einer Höhe des gestauchten Barrens von nicht mehr als 25%
der ursprünglichen Barrenlänge. .
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß AlCuMg-Barren einer Zusammensetzung
gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 aus 4,15 bis 4,60% Kupfer, 1,45 bis 1,65% Magnesium,
0,5 bis 0,65% Mangan, bis zu 0,05% Titan und bis zu 0,002% Bor, Rest Aluminium mit den üblichen
Verunreinigungen, bestehen und in bezug auf die Verunreinigungen als Maximalwerte 0,15% Silizium,
0,25% Eisen, 0,10% Chrom, 0,20% Zink und 0,05% Nickel eingehalten werden, daß das Homogenisierungsglühen
bei 482 bis 496° C vorgenommen wird, die Dicke der Barren unter Erzielung einer Axialverringerung und Ausbildung länglicher
Platten auf 25 bis 50% der Höhe der gestauchten Barren verringert wird, wonach die Platten bis auf
eine endgültige Plattendicke von 5,08 bis 15,24 cm warmgewalzt, bei Raumtemperatur unter Ausbildung
einer bleibenden Dehnung von 1,5 bis 3% gereckt und nach dem an sich bekannten Lösungsglühen
und Abschrecken bei 182 bis 199° C warm ausgelagert werden.
8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 7 auf AlCuMg-Barren mit einem ursprünglichen
Verhältnis von Länge zu »D«-Abmessung von mindestens 2,5:1 und einer Höhe des gestauchten
Barrens von nicht mehr als 25% der ursprünglichen Barrenlänge.
009 550/161
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