DE1758734A1

DE1758734A1 - Legierungen mit geringem Gewicht

Info

Publication number: DE1758734A1
Application number: DE19681758734
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Arwood Corp
Current assignee: Arwood Corp
Priority date: 1967-07-31
Filing date: 1968-07-31
Publication date: 1971-04-29
Also published as: IL30405A0; ES356657A1; BE718854A; FR1574582A

Description

FAT^r rJTAMV.'ÄLTE
"ν-Γ LLTS-EGR^ -DIFL.-! NG. GRALFS 175 873 A

DrJ. MAiMITZ . DR. DEUFEL ·

8 MÜNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STR. 1 TELEFON 225110

31. Juli 1968

Seh/Gl - A 1096

Arwood Corporation

Eookleigh Industrial Park

Rockleigh, Few Jersey 07647, U.S₀A.

Legierungen mit geringem Gewicht

Priorität; USA vom 31 -. Juli 1967 Nr _β 657 035

Die vorliegende Erfindung "betrifft ganz allgemein Legierungen mit geringem Gewicht und guten Eigenschaften und bezieht sich insbesondere auf eine verbesserte Aluminiumlegierung, welche eine merklich verbesserte Festigkeit und Duktilität besitzt_β

In den vergangenen Jahren ist ein Bedarf an Metallen mit leichtem Gewicht, welche gute strukturelle Eigenschaften besitzen, entstanden* Insbesondere verlangt die Luftfahrt- und Raumfahrtindustrie nach Metallen und Le-

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gierungen, die einerseits ein leichtes Gewicht und andererseits eine.erhöhte Festigkeit besitzen. Im allgemeinen liegt. der oberste Bereich der mechanischen Eigenschaften von gegossenen Aluminiumlegierungen bei einer Bruchfestigkeit von ungefähr 3520 kg/cm (50000 psi), einer Streckfestigkeit von 2810 kg/cm (40000 psi) und einer Dehnung von ungefähr 5 ^₀ Es gibt viele Anwendungsgebiete, welche höhere mechanische Eigenschaften erfordern«, Dabei werden geschmiedete oder anderweitig bearbeitete Seile in Fällen benötigt, in welchen Gussstücke vorzuziehen wären, sofern sie ausreichende mechanische Eigenschaften besässen. Es besteht daher ein Bedarf an einer Aluminiumlegierung, welche Eigenschaften besitzt, die den Eigenschaften der bisher verwendeten Legierungen überlegen sind»

Es ist bekannt, dass bestimmte Xiegierungsmittel ALuminlum zugegeben werden können, um dessen Bruchfestigkeit, Streckfestigkeit und Dehnung zu erhöhen. Es ist bekannt, dass Legierungen, welche aus Aluminium bestehen, dem begrenzte Mengen an Magnesium und Zink zugesetzt worden sind« ziemlich gute Eigenschaften besitzen. Beispielsweise werden :l.n der US-Patentschrift 2 993 bestimmte dieser Legierungen beschrieben, welche Zink zwischen 6 und 8 Gewichts-^ und Magnesium zwischen 0,55 und 0,95 Gewichts-5 enthalten. In dieser Patentschrift wird angegeben, dass der bevorzugte Bereich für Magnesium zwischen 0,6 und 0,8 Gewichts-^ liegt, wobei dieser Bereich biu zu O₉95 Gewichts-^, jedoch nicht

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steigen kann» In der genannten Patentschrift wird angegeben₉ dass dis Bruchfestigkeiten swiscJien ungefähr 2740 und 3800 kg/cm² (39000 -54000 psi) und die Streckfestigkeiten zwi- BQhBn 2180 "und ungefähr 352Q kg/cm (31000 und 50000 |si) sehwanicen_swenn Magnesium in einer Menge von 0,5 - 1 $ sugesetzt wird» Es wird jedoch in dieser Patentschrift angegeben, dass es unsweckmässig ist₉ über eine Magnesiuiamenge von O₅9 Gewichts-^ zu gehen« In Spalte 3 wird in Zeile 2 ff» dieser US-Patent·=· 8chrift ausgeführt, dass die Festigkeit sehr schnell ansteigt, wenn, die Magnesiiasiaenge 0,5 $ übersteigt und bis su 0,9 $ geht» Danach id.rd keine merkliche Steigerung der Eestigkeitseigenschaften durch eine weitere Erhöhung der Magnesiummenge festgestellte Me obere Srenze für die Magnesiummenge wird durch die merkliche Dehnungsvenainderung festgesetstg welche dann festgestellt mrd_F wenn die Magneeiuramenge 0,9 $> übersteigt_o

Irfindiingsgemäss hat es sich nun entgegen, den Lehren des Standes der Technik (vergleiche die erv/ähnte US-Patentschrift 2 993 793) herausgestellte dass günstige Streekfestigkeits- und Bnichfestigkeitßwerte ausaamen mit vorteilhaften Dehnungswerten von Legierungen, welche Aluminium^ 2ink und Magnesium enthalten, dann erzielt werden, wenn Magnesium in Mengen von mehr als Q_f95 Gewichts-^, und zwar bis zu 1,4 Gewichts-^, vorliegto

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer neuen

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Legierung» welche sich von den bisher "bekannten Legierungen unterscheidet und neue und überlegene mechanische Eigenschaften besitzt«

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Zink und Magnesium enthaltende Legierung auf Aluminiumbasis mit hoher Streck- und Bruchfestigkeit, welche vor dem Bruch günstige Dehnungs-'werte besitsst, zur Verfügung gestellte

In den Rahmen der Erfindung füllt die Schaffung von Legierungen und Gusstücken, welche aus diesen Legierungen hergestellt werdens, welche Zink in einer Menge von 5-9 Gewichts-^ und Magnesium in einer Menge von O_f95 - 1»4 Gewichts-^ ent» halten und Streckfestigkeiten von iashr als 3520 kg/cm (50000 psi) und Bruchfestigkeiten in der Gogen&von 4220 kg/cm (60000 psi) besitzen, während die Dehnungswerte swischen 3 und ungefähr 10 i» gehalten werden_a

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht in einer Legierung der nachstehend angegebenen SSussiaraensetaung:

Beispiel I₁

Element ^jlJ^BSSESSl^I^.. .,„$■■§■$„

Zink 7_f4

Magnesium 1₈ 05

Chrom O₈12

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Element $_r bezogen

Titan' O₈16

Silicium 0_y13

Bisen 0,09

Ali3minium»Eest (mit kleineren Mengen an Restmetallen, Verunreinigungen und anderen Elementen)₀

■Diese. Legierung wird In einer Kokille vergossen, bei einer. Temperatur von ungefähr 595⁰O■(1100^e3?) β Stunden lang lösungsgeglühtj, in Wasser mit einer Temperatur von ungefähr 82°C (180⁰P) abgeschreckt und 15 Stunden lang bei ungefähr 140⁰G (285⁰P) gealterte Testproben, welche aus dem Gusstück herausgeschnitten ■werdenj besitzen folgende mechanische Eigenschaften:

Tabelle. I
Bruehfestigkeit Streckfestigkeit ^cß> Dehnung vor dem Bruch

4310 kg/cm² 4140 kg/cm² 7?δ

4241 kg/cm² 4066 kg/cm² 5$

4052 kg/cm² 4017 kg/am² · 5 $>

4108 kg/cm²-■ 4010 kg/cm² 4 ^

Die Wirkung einer federung des Magnesiumgehältes in der Legierung wird imtersuairb, Dabei werden Biechaniöohe Teste unter Ver-τοη Legierungen verwendet, welche, folgende G-rundssusammenbesitaen;

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δ —

Beispiel 2

	sierung^	A Le^iiarun^	B Legierung 0	Legierung	D Le^ierund I
Zink	7,00	7,20	7,11	7,35	7,40
Magnesium	0,68	0,96	1,12	1,28	1,34
Chrom	O₉O9	0,14	0,10	O₈IO	0,11
Titan	0,18	0,16	0,19	0,18	0,20
Silicium	0,19	0,10	0,10	0,09	0,11
Eisen	0,13	0,14	0,14	0,14	O₉14
Kupfer	0,01	0,0	0,01	0,01	0,14
Mangan	0,01	0,0	0,01	0,01	0,0*

Seststäbe warden aus ;jeder der Legierungen A, C₅ D und E imter Verwendung τοη Kokillen gegossen. Sie besitzen eine Grosse von 13 χ 89 nun (1/2 χ 3 V 2 inches) und werden au Standard-Coupons mit einem Durchmesser von 6,3 mm. gedreht. Die Legierung B wird unter entsprechendem Abkühlen su Platten vergossen, aus welchen Testcoupons ausgeschnitten werden. Die Grasstücke werden bei ungefähr 593*0 (11CO⁰F) 6 Stunden lang iösungsgeglüht, in wasser bei ungefähr 82 C (180⁰I¹) abgeschreck·!; und 15 Stunden lang bai ungefähr 140⁰C (235°l^p) gealtert« Dann werden mechanische Tests unter Verwendung dieser Proben durchgeführt, um die Bruchfestigkeit, die Streckfestlglceltp die Dehnung und Härte su ermitteln,, Dabei werden folgende Ergebnisse erzielt:

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Legierung

(0,96)

.ί¹,34)

Tabelle II	2726 kg/cm²	17 $	Skala
	2580 kg/cm²	14 f>	45
	2656 kg/cm²	15 %	45
	4066 kg/cm²	8 ■#	44
Bnichfestigkeit Streckfestigkeit Dehnung Härte_f	4110 kg/cm²	8 $>
	4248 kg/cm²	8 #	76
3104 kg/cm²	4171 kg/cm²	7 $	74
2990 kg/cm²	4390 kg/cm²	4 $>	76
2894 kg/cm²	4320 kg/cm²	5 1o	77
4332 kg/cm²	4290 kg/cm²	6 $	79
4591 kg/cm²	4542 kg/em²		74
4528 kg/cm²	4451 kg/cm²	3 #	79
4610 kg/cm²	4451 kg/cm²	4 $>	78
4654 kg/em²		77
4738 kg/cm²
4640 kg/cm²
4717 kg/cm²
47'38 kg/cm²
4738 kg/cm²

Es wurde festgestellt (diese feststellung steht in Übsreinstiiamung Bit den bisherigen Erfahrungen) _B dass G-usstücke, die unter Verwendung der beschriebenen Legierungen hergestellt werden₉ höhere Prosentsätse der Dehnung vor dem Bruch ergeben, wenn entsprechende Sehrecfcplatten in die Gussformen eingebracht werden_θ Die Seh« nu».g_: (in %) vor dem Bruch kann ferner dadurch erhöht werden, "■

t VQU 11 Probestücken

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dass Schreckplatten in der Hahe des interessierenden Probenmaterials angebracht werden₀ Beispielsweise zeigt bei einigen Tests ein Metall, das sich in einer Entfernung von 13 rom (1/2 inoh) von einer Schreckplatte befunden hat, eine Dehnung, die bis um das Doppelte grosser ist als die Dehnung von entsprechenden Probestücken, welche sich in einer Entfernung von 25 mm (1 inch) von einer Schreckplatte befunden haben» Daher kann der maximale Torteil der erfindungsgemässen Legierungen dadurch erzielt werden, dass entsprechend angebrachte Schreckplatten zur Erzielung einer schnellen Erstarrung der Gussteile vorgesehen werden_β

Ferner wird die Wirkung von Silberzugaben sur Verbesserung der Wärmebehandlungsansprechbarkait, der Lösungshärtung in festem Zustand sowie der SpannungskorroBions-Rissbildungsansprechbarkeit sowie die Wirkung der Zugabe kleiner Mengen an Kupfer untersucht. Dabei stellt man fest₈ dass Streckfestigkeiten, die

bei 4220 kg/cm (60000 psi) und Bruchfestigkeiten, die in der

G-egend von 4570 kg/cm (65000 psi) liegen ersielt werden, wobei die Dehnungen 8 $ oder darüber betragan₀ Diese Untersuchungen sseigen, dass weder eine merkliche Verbesserung noch eine Yerschlechtertung der Eigenschaften durch diese Zugaben erfolgt» Man nimmt jjedoch an» dass eine weitere, die Wärmebehandlung sowie die Metallurgie dieses Legierungssystems betreffende Untersuchung zeigen wird, dass Zugaben von Silber, Kupfer und anderen bekannten Legierungsmitteln in Mengen von jeweils ungefähr ι Ge-

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wicht s-S-S günstige Ergebnisse Iie.f3x^va werden«

Ma Anbringung entsprechend angeordneter Schreckplatten in den sum Giessen der erfindungsgeiaässen Legierungen verwendeten Formen ist'nicht, unbedingt erforderlich, liefert jedoch verbesserte Ergebnisse,, Im allgemeinen sind keine neuen Methoden zum Anbringen der Schreckplatten erforderlich. Man kann auf die Kenntnisse zurückgreifen, die bisher sum schnellen Erstarren eines gegossenen Metalles gewonnen wurden,,

Aus den vorstehenden Ausführungen 1st zu ersehen, dass durch die vorliegende Erfindung eine neue !legierung geschaffen wird, die hauptsächlich, aus Aluminium, Zink und Magnesium besteht, wobei der Msgneslumgehalt oberhalb des Gehaltes liegt, der bisher als geeignet angesehen wurde, Im Gegensatz zu den bisherigen Erfahrungen werden verbesserte.Streck- und Bruchfestigkeiten zusammen mit günstigeren Dehnungswerten vor dem Bruch erzielt«,

Die vorstehenden Beispiele für erfindungsgemässe Legierungen stecken nur einen Rahmen ab, Innerhalb dessen erfindungsgemässe Legierungen zusammengestellt werden können. Zusätzlich zu den Restmetallen und Verunreinigungen, welche immer in kleineren Mengen in im Handel erhältlichen !legierungen vorliegen, gibt es eine Vielzahl bekannter Legierungselemente, welche in Mengen Ms au ungefähr Ί % in die erfindungsgemässen Legierungen einlegiert werden können. Von diesen Legierungselementen selen

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Silber, Beryllium, Silicium, Kupfer, Hickel, Kobalt,, Mangan, Va&adin, Lithium und Natrium erwähnt.

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Claims

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Patentansprüche

Legierung auf Aluminiumbasis ₉ gekennzeichnet durch einen Gehalt von im wesentlichen 5 - 9 Gewichts-^ Zink und mehr als O₉95 - 1,4 Gewichts·»^ Magnesium, wobei der Rest im wesentlichen aus Aluminiumbesteht „

ο Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Bruch·* festigkeit von ungefähr 4052 bis ungefähr 4738 kg/cm² (57600 67400 psi), eine Streckfestigkeit von ungefähr 4010 bis ungefähr 4500 kg/cm² (57000 - 64000 psi) und eine Dehnung zwischen ungefähr 3 und ungefähr 8 $>_o

3, Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zinkgehalt von ungefähr 7»2 bis ungefähr 7₈4 Gewichts·»^ und einen Magnesiumgehalt zwischen ungefähr O₉96 und ungefähr I₉34 Ge-

■4/Legierung nacn Anspruch 3_t gekesmsGichnet durch eine Bruch« festigkeit von ungefähr 4332 bis ungefähr 4738 kg/cm 616OQ ~ 67400 psi)_f eine Streckfestigkeit von ungefähr 4066 bis unge«· £Uhr 4542 kg/cm (57800 - 64600 psi] ui).d eine Dehnung zwischen ungefähr 3 und ungefähr 8 ?έ₀

ο Legierung nach Anspruch \_t gekennzeichnet durch einen Zink-

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gehalt von 7,4 Gewichts-^ und einen Magnesiumgehali; von l_f 05 Gewichts-^.

6. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zinkgehalt von 7 »20 Gewichts-^ und einen Magnesiumgehalt von 0,96 Gewichts-^.

ο Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zinkgehalt von 7» 11 Gewichts-^ und einen Magnesiumgehalt von 1,12 Gewichte-^«

ο Legierung nach Anspruch 1₉ gekennzeichnet durch einen Zinkgehalt von 7 »35 Gewichts-^ und einen Magnesiumgehalt von 1_S28 Gewichts-^,,

c Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zinkgehalt von 7 »40 Gewioht8-# und einen Magnesiuiagehalt von * 1»34 Gewichts-jSo

10_o Gegossener Gegenstand mit geringem Gewicht und hoher Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Legierung ge mäsö einem der vorstehenden Ansprüche besteht.

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