DE1608203B2

DE1608203B2 - Aluminium-zink-magnesium-legierungen

Info

Publication number: DE1608203B2
Application number: DE19671608203
Authority: DE
Inventors: Albert Rome NY Jager (V St A )
Original assignee: Revere Copper and Brass Inc , New York, NY (VStA)
Priority date: 1966-04-26
Filing date: 1967-04-19
Publication date: 1972-06-15
Also published as: GB1176235A; DE1608203A1; US3414407A

Description

Es sind drei für das Strangpressen geeignete und zugleich spanabhebend bearbeitete Aluminium-Legierungen bekannt, die besonders zur Herstellung von Maschinenschrauben-Verwendung finden, nämlich eine Aluminium-Kupfer-, eine Aluminium-Kupfei-Magnesium- und eine Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung. Die Zerspanbarkeit dieser drei Legierungen kann durch die Zugabe geringer Mengen an Blei und/ oder Wismut verbessert werden. Es ist jedoch eine charakteristische Eigenschaft dieser drei Legierungen, daß die Abschreckung des Materials durch die Luft beim Austritt aus der Strangpreßform das Erreichen der optimalen Zugfestigkeit verhindert. Daher müssen aus diesen Legierungen durch Strangpressen hergestellte Stäbe und Stangen, wenn sie zur Herstellung von Maschinenschrauben benutzt werden sollen, lösungsgeglüht werden, um,ihre volle Zugfestigkeit zu entwickeln.

Es ist weiterhin eine Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung bekannt, die bis zu 9 % Zink und bis zu 3 % Magnesium enthalten kann und deren Gesamtgehalt an beiden Stoffen wenigstens 6% und deren Zinkgehalt außerdem wenigstens das doppelte und höchstens das Fünffache ihres Magnesiumgehaltes beträgt. Diese bekannte Legierung ist jedoch nicht ausreichend strangpreßfähig und zerspanbar, um ihren Gebrauch als Rohmaterial für Maschinenschrauben od. dgl. zu rechtfertigen.

Endlich ist auch eine Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung bekannt, die 1,5 bis 16% Zink, 2,5 bis 12% Magnesium und außerdem 1,5% Mangan sowie bis zu 8% eines anderen Bestandteiles, wie Blei, Wismut, Tellur, Cadmium usw. und gegebenenfalls auch bis 6,4% Zinn enthalten kann. Eine solche Legierung soll eine gute Zerspanbarkeit aufweisen, weil sie sehr kurzbrüchige Späne ergibt, jedoch weist auch eine solche Legierung keine gute Strangpreßfähigkeit auf.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine sowohl gut spanbare als auch gut strangpreßfähige Aluminiumlegierung zu schaffen, die insbesondere als Rohmaterial für Maschinenschrauben gut geeignet ist. Diese Aufgabe kann in überraschender Weise dadurch gelöst werden, daß bei einer Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung der Zink- und Magnesiumgehalt der Legierung in relativ engen Grenzen gehalten und außerdem diese Legierung mit einem ebenfalls in engen Grenzen gehaltenen Anteil von Blei und/oder Wismut versehen wird.

Eine erfindungsgemäße Legierung besteht demgemäß

ίο aus 2 bis 5,5 % Zink, einem Magnesiumgehalt, der zu dem Zinkgehalt im Verhältnis 1: 4 steht, 0,3 bis 2,5% Wismut und/oder Blei und im übrigen aus Aluminium mit den üblichen, herstellungsbedingten Verunreinigungen.

Andere erfindungsgemäße Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen bestehen aus 3,8 % Zink, 1,1 % Magnesium, 0,5% Blei, 0,5% Wismut und Rest Aluminium, aus 3,55% Zink, 0,95% Magnesium, 0,5% Blei, 0,5 % Wismut und Rest Aluminium sowie 4,05 % Zink, 1,25% Magnesium, 0,5% Blei und 0,5% Wismut sowie Rest Aluminium.

Für die erfindungsgemäßen Legierungen ist insbesondere der Blei- und Wismutgehalt von Bedeutung, der bei den angegebenen Legierungen nicht nur die

as Spanbarkeit verbessert, sondern in überraschender Weise auch die Strangpreßfähigkeit, wie aus der Tabelle I ersichtlich. In dieser Tabelle wird die Strangpreßfähigkeit durch den Preßdruck angegeben, der benötigt wird, um bei einer bestimmten Temperatur des Rohlings die Extrusion einzuleiten. Je geringer der Preßdruck, um so besser ist die Strangpreßfähigkeit. Jede der in der Tabelle aufgeführten Legierungen enthielt weniger als 1 % Verunreinigungen, die vorwiegend aus Eisen und Silizium bestanden. In jedem Fall wurden aus den Legierungen gegossene Bolzen mit einem Durchmesser von etwa 82 mm homogenisiert, indem sie während 12 Stunden bei einer Temperatur zwischen etwa 435 und 465° C gehalten wurden. Nachdem jeder Bolzen auf eine Länge von etwa 28 cm zugeschnitten war, wurde ein Bolzen jeder Zusammensetzung bei zwei verschiedenen Temperaturen (440 und 470° C) zu einem Stab von 14 mm Durchmesser stranggepreßt. Die Vorheizzeit bei jedem Strangpreßvorgang betrug 2 Stunden, und die Temperatur des Behälters der Preßform betrug 425° C. Der stranggepreßte Stab wurde mit Hilfe eines Luftstromes am Werkzeug gehärtet, und es wurde die Geschwindigkeit des Preßstempels bei 10 m/Min, gehalten.

.Tabelle I _Λ

	Zusammensetzung der Legierungen	in Gewichtsprozent	Legierung 3	Legierung 4
Bestand		Legierung 2	4,05	4,05
teile	Legierung 1	3,55	1,25	1,25
Zn	3,55	0,95		0,50
Mg	0,95	0,50	—	0,50
Pb	—	0,50	Rest	Rest
Bi	—	Rest
Al	Rest

Zum Strangpressen erforderlicher Druck in t/cm²

bei 440
bei 460°

59

53

56
51

66
58

63
56

Aus dem Vergleich der Preßdrücke für die Legierung 1 mit denjenigen für die Legierung 2 sowie der Preßdrücke für die Legierung 3 mit denjenigen für die

Legierung 4 ist ersichtlich, daß die Zugabe von Blei und Wismut das Strangpreßverhalten der Grundlegierung bei jeder angegebenen Bolzentemperatur verbesserte.

Der verbesserte Gebrauchswert der Legierungen nach der vorliegenden Erfindung wird durch die Angaben in den Tabellen II, III und IV nachgewiesen, in denen gewisse Eigenschaften der erfindungsgemäßen Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung mit Eigenschaften der obengenannten bekannten Legierungen verglichen werden, die auf Aluminium-Kupfer- und Aluminium-Magnesium-Silizium-Systemen beruhen. Die Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung, die die erfindungsgemäße Legierung repräsentiert, enthielt 3,8% Zink, 1,1 °/o Magnesium, 0,5°/₀ Blei, 0,5% Wismut und als Rest Aluminium, abgesehen von weniger als 1 % Verunreinigungen, die im wesentlichen aus Eisen und Silizium bestanden. Die bekannte Aluminium-Kupfer-Legierung enthielt 5,5% Kupfer, 0,5% Blei und 0,5% Wismut sowie als Rest Aluminium, während die zum Stande der Technik gehörende Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung 1,0 % -Magnesium, 0,64% Silizium, 0,5% Blei, 0,5% Wismut, 0,25% Kupfer, 0,10% Chrom und als Rest Aluminium enthielt. Jede dieser Legierungen wurde bei etwa 455 ⁰C stranggepreßt. Wo angegeben, daß sie an der Preßform gehärtet wurde, erfolgte die Härtung durch Anblasen mit Preßluft von Raumtemperatur. Wo angegeben, daß die Legierungen lösungsgeglüht wurden, wurden sie imOfen auf etwa 510° C erhitzt und dann in Wasser abgeschreckt. Nach der angegebenen Behandlung wurde jede der stranggepreßten Legierungen bei Umgebungstemperatur 4 Tage lang kalt ausgehärtet.

Tabelle II

Eigenschaft	Zustand	Al-Mg-Zn- Legierung	Al-Cu- Legierung	Al-Mg-Si- Legierung'
Zugfestigkeit (kp/mm²)	Abgeschreckt, kalt ausgehärtet Lösungsgeglüht, kalt ausgehärtet	31,5 32,4	23,8 31,3	17,6 23,9
Streckgrenze (kp/mm²)	Abgeschreckt, kalt ausgehärtet Lösungsgeglüht, kalt ausgehärtet	19,6 22,6	16,9 23,0	15,3 \ 19,4:
Dehnung* (%)	Abgeschreckt, kalt ausgehärtet Lösungsgeglüht, kalt ausgehärtet	20,0 20,2	18,0 18,0	20,0 21,8
Einschnürung (%)	Abgeschreckt, kalt ausgehärtet Lösungsgeglüht, kalt ausgehärtet	48,2 52,0	46,0 45,0	58,6 58,4

Die Dehnung wurde an einem Probestab mit einer Länge von 203,2 mm bei einer Meßlänge von 50,8 mm bestimmt.

Die Daten der Tabelle II lassen erkennen, daß die erfindungsgemäße Legierung im wesentlichen ihre endgültige Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung und Einschnürung durch einfaches Lufthärten an der Strangpreßform erhielt, während beide vorbekannten Legierungssysteme ein Lösungsglühen erforderten, um diese Eigenschaften auf eine vergleichbare Höhe anzuheben. Ein Lösungsglühen ist bei den Legierungen nach der Erfindung nicht erforderlich, weil sie im Vergleich zu den bekannten Legierungen eine geringere, kritische Abkühlgeschwindigkeit aufweisen.

Die in der Tabelle II erwähnten Legierungen wurden unter den gleichen Bedingungen verglichen, jedoch folgte dem Strangpressen ein Kaltziehvorgang mit einer Streckung von 21 %. Auch hier ist aus den in Tabelle III wiedergegebenen Daten ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Legierung ihre endgültige Festigkeit und Duktilität ohne Lösungsglühen erhält, das die anderen Legierungen benötigen.

Tabelle III

Eigenschaft	Zustand	Al-Mg-Zn- Legierung	Al-Cu- Legierung	Al-Mg-Si- Legierung
Zugfestigkeit (kp/mm^a)	Abschrecken und Kaltziehen um 21 %	JJ,O	27,9	19,8
	Lösungsglühen und Kaltziehen
	um 21 %	31,7	34,8	25,9
Streckgrenze (kp/mm²)	Abschrecken und Kaltziehen um 21 %	29,0	24,0	18,6
	Lösungsglühen und Kaltziehen
	um 21%	26,6	30,2	23,3
Dehnung* (%)	Abschrecken und Kaltziehen um 21 %	14,3	9,2	13,0
	Lösungsglühen und Kaltziehen
	um 21%	14,8	9,2	13,0
Einschnürung (%)	Abschrecken und Kaltziehen um 21 %	58,0	38,4	58,6
	Lösungsglühen und Kaltziehen
	um 21 %	55,4	36,3	54,8

Meßlänge wie bei Tabelle II.

Die gute Strangpießbarkeit der erfindungsgemäßen Legierung hält einen Vergleich mit derjenigen der obengenannten bekannten Legierungen stand oder übertrifft diese Legierungen sogar, wie es die in Tabelle IV angegebenen Preßdrücke zeigen. Für jede Legierung wird der Mittelwert einer größeren Anzahl von Versuchen zur Bestimmung des zum Einleiten des Strangpreßvorganges benötigten Preßdruckes angegeben. Aus den Daten ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Legierung eine bessere Strangpreßfähigkeit aufweist als die bekannte Aluminium-Kupfer-Legierung und mit der bekannten Aluminium-Magnesium-SiUzium-Legierung vergleichbar ist. Daher kann die erfindungsgemäße Legierung wenigstens mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung und schneller als die Aluminium-Kupfer-Legierung stranggepreßt werden.

Tabelle IV

Legierung	Mittlerer Preßdruck in t/cm²
Al—Zn—Mg Al-Cu	53 63 54
Al—Mg—Si

Die höhere Strangpreßgeschwindigkeit, die die erfindungsgemäßen Legierungen zulassen, sowie ihre Fähigkeit, eine optimale Festigkeit und Duktilität ohne ein Lösungsglühen zu erreichen, machen eine bedeutende Senkung der Produktionskosten möglich. Ihre relativ geringe kritische Abkühlgeschwindigkeit hat weiterhin zur Folge, daß die erfindungsgemäßen Legierungen unter Zusatz des gleichen Schweißmetalls miteinander verschweißt werden können und erwartet werden kann, daß die Schweißung bei der Kaltaushärtung die Eigenschaften des Grundmetalls annimmt. Darüber hinaus bieten die erfindungsgemäßen Legierungen nach einer spanabhebenden Bearbeitung bessere

ίο Oberflächen, ein, gleichmäßigeres und glänzenderes Auss.öheh'nach jdäfä/Eloxieren und eine bessere Korrosionsfestigkeit als die bekannten Aluminium-Kupfer- und Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen. Die Legierungen nach der Erfindung haben einen Zinkgehalt, der das Vierfache ihres Magnesiumgehaltes beträgt. Eine Erhöhung des Zink-Magnesium-Verhältnisses auf über 4:1 erhöht die Eigenschaften der Legierung bezüglich einer Ausscheidungshärtung, während eine Verminderung dieses Verhältnisses die Eigenschäften bezüglich einer Lösungshärtung verbessert. Ein Gehalt bis zu etwa je 1 Gewichtsprozent von Kupfer und Mangan erhöht die Festigkeit der Legierungen, während bis zu 0,5 Gewichtsprozent Chrom das Anwachsen der Korngröße sowie eine Spannungsrißkorrosion verhindert. Eisen und Silizium sind allgemein vorkommende Verunreinigungen und können bis zu einer Gesamtmenge von etwa 1 Gewichtsprozent toleriert werden, ohne daß sie eine bedeutende Wirkung auf die erwünschte und neue Kombination der Eigenschäften der erfindungsgemäßen Legierungen haben.

Claims

Patentansprüche:

1. Gut spanbare und strangpreßfähige Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung, bestehend _: aus 2 bis 5,5% Zink, einem Magnesiumgehalt, der zu dem Zinkgehalt im Verhältnis 1: 4 steht, 0,3 bis 2,5 % Wismut und/oder Blei, Rest Aluminium mit den üblichen, herstellungsbedingten Verunreinigungen.

2. Gut spanbare und strangpreßfähige Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung, bestehend aus 3,8% Zink, 1,1% Magnesium, 0,5%.Blei, 0,5% Wismut, Rest Aluminium mit den üblichen, herstellungsbedingten Verunreinigungen.

3. Gut spanbare und strangpreßfähige Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung, bestehend aus 3,55% Zink, 0,95% Magnesium, 0,5% Blei, 0,5% Wismut, Rest Aluminium mit den üblichen, herstellungsbedingten Verunreinigungen."

4. Gut spanbare und strangpreßfähige Aluminium-Zink-Mangan-Legierung, bestehend aus 4,05% Zink, 1,25% Magnesium, 0,5% Blei, 0,5% Wismut, Rest Aluminium mit den üblichen, herstellungsbedingten Verunreinigungen.