DE1758820B2 - Verwendung einer alzncnmg-legierung - Google Patents

Description

Kunfereehalt. 48 Stunden auf mindestens 521⁰C .zu erhitzen, wobei

die Temperatur jedoch niedrig genug ist, um ein Schmelzen zu vermeiden. Sodann wird der Rohling abgeschreckt, und zwar vorzugsweise in Wasser und auf 66"C oder weniger, beispielsweise auf Raumtemperatur. Hierauf kann der Rohling zur vollständigen Ausbildung der gewünschten Eigenschaften ausgelagert werden. Die Aushärtung kann in geeigneter Weise 5 bis 48 Stunden bei einer in einem Bereich von 135 bis 204 C schwankenden Temperatur durchgeführt werden, und zwar jeweils in Abhängigkeit von den für den vorgesehenen Verwendungszweck als wichtigsten angesehenen Eigenschaften. Allgemein werden, wenn die Kombination aus hoher Festigkeit und Dehnu'.g von hauptsächlicher Bedeutung ist, die Rohlinge 5 bis 48 Stunden bei einer Temperatur ν mi 135 bis 177 c ausgelagert. Nach dem Sandguß-Nwilahren hergestellte Muster für die Zugfe^iigkeitsiintersuchung ergaben nach einer derartigen Auslagerung so hohe Zugfestigkeiten und Streckgrenzen von 4920 kp cm^! bzw. 4220 kp cm'- und mehr sowie eine Dehnung in 5,08 cm von 10 ₀. Sandgegossene Testmuster mit der bevorzugten Zusammensetzung können bei einer derartigen Alterung durchweg eine minimale Zugfestigkeit und 0,2-Grenze von mindestens 4540 kp/ cm- bzw. 3870 kp cm² und eine Dehnung in 5,08 cm Meßlänge von mindestens 7% erreichen. Wenn auf tier anderen Sei., die Widerstandsfähigkeit gegenüber Rißbildung auf Grund von Spnnungskorrosion von primärer Bedeutung ist, c'inn wird die Auslagerung bei einer höheren Temperatur, ; imlich bei 177 bis 204C vorgenommen. Das Arbeiten bei höheren Temperaturen verringert die Auslagerungsdauer auf

2 bis 8 Stunden. Eine bevorzugte Behandlung erfolgt

3 bis 5 Stunden bei 182 bis 193 C. Während diese Behandlung eine beträchtliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungskorrosion ergibt, erniedrigt sie etwas die Zugeigenschaften, obwohl so behandelte Gießmuster für die Zugfestigkeitsuntersuchung durchweg eine Zugfestigkeit und 0,2-Grenze von 4220 bzw. 3520 kp/cm² und eine Dehnung von mindestens 5°/₀ in 5,08 cm Meßlänge erreichen können.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand einiger Beispiele näher erläutert werden.

Versuchen zeigen Materialien, die gegenüber Spannungskorrosion genügend anfällig sind, um beim Betrieb zu Schwierigkeiten Anlaß zu geben, in weniger als 30 Tagen der Aussetzung Ausfälle. Materialien mit einer allgemein entsprechenden Widerstandsfähigkeit zeigen charakteristischerweise iu den ersten 30 Tagen der Aussetzung keine Ausfälle, wobei aber eine zunehmende Anzahl von Ausfällen auftritt, wenn der Rest der normalerweise 84 Tage lang dauernden Aussetzungszeit weiter fortschreitet. Materialien, die bei den Testbedingungen der 84-Tage-Periode wiederholt keine Ausfälle ergeben, werden als mit der genügenden Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungskorrosion versehen betrachtet. Die Tabelle I zeigt einen Vergleich der Eigenschaften der Proben, die bei höheren und niederen Temperaturen ausgelagert worden waren, im Hinblick auf Festigkeit und Anfälligkeit gegenüber Spannungskorrosion.

Tabelle I

Auslage- rungs- tempe- ratur	Zug festigkeit (kp cm-)	Streck grenze (kp cm2)	",,Bruch dehnung in 5,08 cm Meß länge	Anfälligkeit gegenüber Spannungi- korrosion
Niedrig Hoch	4920 4760	4220 4060	10 8	anfällig widerstands fähig

Beispiel 1

45

Standardtestproben mit. einem Durchmesser von 0,13 cm mit einem 5,71cm langen verringerten Abschnitt wurden getrennt in Sandformen ohne Kühleisen gegossen. Die Legierungszusammensetzung der Muster betrug etwa 4,3 °/₀ Cu, 3% Zn, 0,35% Mg, 0,47% Mn, 0,25% Ti, 0,005% B, Rest Aluminium, und als Verunreinigungen 0,03% Fe und 0,02% Si. Die Proben wurden 5 Stunden bei 493'C und dann 30 Stunden bei 521°C lösungsgeglüht und hierauf in Wasser praktisch auf Raumtemperatur abgeschreckt. Die abgeschreckten Proben wurden in zwei Gruppen unterteilt. Die erste Gruppe wurde 12 Stunden bei der relativ niedrigen Temperatur von 160⁰C ausgelagert. Die andere Gruppe wurde bei der höheren Temperatur von 191°C ausgelagert, jedoch nur eine geringe Zeit von 5 Stunden. Von diesen Proben wurden nach der ASTM Specification E8-65T die Zugeigenschaften bestimmt. Zusätzlich wurden nach dem konstanten Biegeverfahren mitProben.die auf 75%der0,2-Grenze gespannt worden waren und abwechselnd in eine -'V2%ige NaCl-Lösung eingetaucht worden waren, Spannungskorrosionsversuche durchgeführt. Bei diesen Aus der Tabelle wird ersichtlich, daß in den Fällen, wo die mechanische Festigkeit von primärer Bedeutung ist, eine Alterung bei niederer Temperatur bevorzugt wird. Es ist gleichfalls erwähnenswert, daß die bei den so behandelten Proben erreichte Dehnung von 10% höher ist als diejenige, die bei der Auslagerung bei einer höheren Temperatur erzielt wird. Der Vorteil der Auslagerung bei höherer Temperatur stellt die dadurch erreichbare beträchtliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungskorrosion dar.

Beispiel 2

Bei Legierungen auf Aluminiumbasis sind insbesondere dann, wenn die Festigkeit von Wichtigkeit ist, oftmals die Hochtemperatureigenschaften von Interesse. Mehrere Proben für die Zuguntersuchung aus der erfindungsgemäß verwendeten Legierung, die Aluminium. 4,3% Cu, 3% Zn, 0,4% Mg, 0,39% Mn, 0,24% Ti und als Verunreinigungen 0,02% Fe, 0,01% Si enthielt, wurden bei 177 und 204⁰C Zuguntersuchungen unterworfen. Die Proben wurden lösungsgeglüht, abgeschreckt und 5 Stunden bei 191⁰C ausgelagert. Nach 100 Stunden bei der Versuchstemperatur zeigten die Proben eine Zugfestigkeit von 3220 und 2450 kp/cm² bei Testtemperaturen von 177 bzw. 204⁰C. Die Bruchdehnung betrug bei den jeweiligen Temperaturen 16 bis 21%. Daraus wird ersichtlich, daß die Hochtemperatureigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Legierung mit den in einem identischen Test mit einer bekannten hochzugfesten Gußlegierung (mit einer Nominalzusammensetzung von 5% Si, 1,3% Cu und 0,5% Mg) erhaltenen Werten nicht nur vergleichbar waren, sondern diese sogar übertraf. Die bekannte Legierung wies bei 177 und 204⁰C Zugfestigkeiten von 2730 kp/cm² bzw. 1890 kp/cm² sowie eine etwas niedrigere Deh-

nung auf. Die bekannte hochzugfeste Gußlegierung wird im allgemeinen als eine Legierung mit guten Hoehtemperaturzugfesügkeitseigenschaften betrachtet. Diese Vergleichslcgierung wurde in einer permanenten Form gegossen, die ihr bessere Eigenschaften verlieh, als sie mit einer Sandform erhalten worden wäre.

In den vorstehenden Beispielen und in dem größten Teil der Beschreibung wird die erfindungsgemäß verwendete Legierung an Hand von Eigenschaften beschrieben, wie sie von Testprober, für die Zugfestigkeitsuntersuchung gezeigt werden, da auf diese Weise bezüglich der Definition der wirklichen Festigkeitseigenschaften der Legierung die deutlichsten Ergebnisse erzielt werden. Es ist aber bekannt, daß wegen der Gußvariablen die Zugfestigkeitseigenscharten einer Legierung von einer Gußgestalt zur anderen schwanken und daß weiterhin ' ei Testproben, die aus verschiedenen Teilen eines bestimmten Rohlings entnommen werden, beträchtliche Schwankungen auftreten. Die nachstehenden Beispiele zeigen deutlich, daß Gußgegenstände und Produkte mit einer technisch brauchbaren Gestalt, die aus der erfindungsgemäß verwendeten Legierung hergestellt sind, Zugfestigkeiten von mindestens 3160, typischerweise von etwa 3990 bis etwa 4690 kp/cm², 0,2-Grenzen von mindestens 2460, typischerweise von etwa 3520 bis etwa 3870 kp/cm² und Bruchdehnungen von mindestens 3" „ ^{bis zu} 9% in 5,08 cm Meßlänge besitzen.

Beispiel 3

Ein Hohlzylinder mit einer Länge von etwa 30,4 cm und einem Durchmesser von etwa 20,3 cm wurde unter erf.ndungsgemäßer Verwendung einer Legierung, die aus Aluminium, 4,2% Cu, 3.1% Zn, 0,42% Mg, 0,37% Mn, 0,23% Ti, 0,03% Fe, 0,07% Si bestand, gegossen. Es wurden mehrere derartige Zylinder gegossen, wobei Sandformen und -kerne eingesetzt wurden. Nach Entnahme aus der Form und der Vorreinigung wurden die Rohlinge 5 Stunden bei 493"C und dann 24 Stunden bei 521 C lösungsgeglüht. Die Rohlinge wurden hierauf durch Eintauchen in Wasser von 66 C abgeschickt und in zwei Gruppen unterteilt. Eine Gruppe wurde 20 Stunden bei 160³C und die andere Gruppe 5 Stunden bei 191^CC ausgelagert. Aus den Kopf- und Seitenwändenflächen mehrerer dieser Rohlinge wurden Testmuster entnommen. Be; den Zuguntersuchungen der maschinell bearbeiteten Testbarren wurden die in der nachstehenden Tabelle II angegebenen Ergebnisse erhalten.

Tabelle II

Auslagerungstempcratur

(¹O

160

191

Barren-	Zug festigkeit	0,2- Grenze
	(kp/cm'-)	(kp/cm2)
1	4190	3730
2	4380	3780
3	4270	3840
4	4360	3750
1	4100	3710
2	4250	3610
3	4280	3640
4	4330	3780

Bruchdehnung

4,0
7,5
8,0
9,0
3,0
6,0
8,0
4,0

60

Beispiel 4

Unter Verwendung des gleichen Metalls wie im Beispiel 3 wurde ein mehrflügeliges Schaufelrad mit einem Basisdurchmesser von etwa 10.16 cm und jin-r Höhe von etwas über 7,62cm gegossen. Es werden mehrere derartige Rohlinge angefertigt, wobei durchlässige Gipsformen mit in geeigneter Weise angebrachten Kühleisen verwendet wurden. Die Rohlinge wurden wie im Beispiel 1 lösungsgeglüht, abgeschreckt und ausgelagert. In Tabelle III sind die Ergebnis.;? von Zuguntersuchungen von Standardbarren, die au-. diesen Rohlingen maschinell hergestellt worden waren. dargestellt.

Tabelle III

Au^lagerungs-

lemperatur

( C)

160
191

Zugfestigkeit
(kp/cm-)

4440
4340

Bruchdehnung

3780
3640

12.5
5.0

Beispiel 5

Unter erfindungsgemäßer Verwendung Legierung. die aus Aluminium, 4,4% Cu, 30% Zn, 0,45% Mc, 0_:41% Mn, 0,06% Ti, 0,001% B, 0,02% Fe unci 0,02% Si bestand, wurden Flugzeugarmrohlinge hergestellt. Die Rohlinge hatten L-Gestalt mit Abschnitten mit I-Form. Zwei dieser Rohlinge wurden 5 Stunden bei 493 und 24 Stunden bei 521^CC lösungsgeglüht und durch Eintauchen in Wasser von 66^;C abgeschreckt. Der eine Rohling wurde 20 Stunden '-ei 160^;C und der andere 5 Stunden bei 19L^:C ausgelagert. In Tabelle IV sind die Ergebnisse von bearbeiteten Zugbarren, die aus jedem Rohling entnommen worden waren, dargestellt.

Tabelle IV

Aus lagerungs- temperatur C1C)	Maximum Durchschnitt Maximum Durchschnitt	Zug festigkeit (kp/cm!)	0,2- Grenze (kp/cm-)	Bruch dehnung (0A,) ~
160 j 191 I	4730 4110 4360 4010	3850 3550 3750 3470	8,5 6,0 9,0 5,6

Der bei 191⁰C ausgelagerte Rohling zeigie in fünf abgekühlten Flächen folgende Eigenschaften:

Maximum....
Durchschnitt

Zugfestigkeit
(kp/cm-)

4360
4230

0,2-Grcnzc
(kp/cir²)

3650
3580

Bruchdehnung
(7o)

9,0

7,0

Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, daß die erfindungsgemäß verwendete Legierung sowohl bei Raum- als auch bei Hochtemperaturen eine sehr hohe Festigkeit besitzt, die mit einer beträchtlichen Widerstandsfähigkeit gegenüber Rißbildung auf Grund von Spannungskorrosion einhergeht.

Claims (1)

1 2

Durch Verwendung der hierin beschriebenen Le-

Patentanspruch· eierung wird gegenüber den aus den obigen Druckschriften bekannten Legierungen der Vorteil erhalten,

Verwendung einer Aluminiumlegierung, beste- daß höhere Festigkeitswerte erzielt werden können, hend aus 4 bis 4,5⁰Z₀ Kupfer, 2 bis 5°/₀ Zink, 5 Insbesondere können bei der Herstellung von Guß-

0,2 bis 0,6% Magnesium, 0,2 bis 0,6% Mangan, teilen die besten Verhältniswerte von Festigkeit zu

0,15 bis 0,4% Than, bis 0,00S% Bor, höchstens Dehnung realisiert werden.

0,06% Eisen, höchstens 0,03% Silicium, hoch- Gebrauchsgegenstände in Form von aus der \ erstens jeweils 0,03% weiterer Verunreinigungen, besserten Legierung hergestellter Rohlinge zeigen, wobei der Gesamtgehalt der weiteren Verun- io wenn sie wärmebehandelt, abgeschreckt und künstlich reinigungen höchstens 0,1 % beträft, Rest Alu- gealtert worden sind, eine hohe Festigkeit und in den minium, zur Herstellung von Gußteilen. Fällen, wo es wünschenswert ist, eine beträchtliche

Widerstandsfähigkeit gegenüber Rißbildung auf Grund

von Spannungskorrosion. Beispielsweise kann die

15 Legierung, wenn sie, wie genauer nachstehend erläutert werden .-.oll, gegossen und in geeigneter Y.'ei·■_·

Es sind bereits Gußlegierungen auf Aluminiumbasis wärmebehandelt worden ist, so hohe Zugfestigkeiten mit verschiedener Zusammensetzung bekannt. Diese und Streckgrenzen wie 4920 kp cm² und 4220 kp ansind jedoch zum größten Teil durch eine nur mäßige und höher sowie eine Dehnung in 5,08 cm Meßlanee Festigkeit charakterisiert, wie es typisch durch Zue- 20 von 10% aufweisen. Die Legierung kann durchweg festigkeiten \on 2110 bis 3160 kp,cm² und Streck- Zugfestigkeiten und 0.2-Grenzen von 4570 bz·.··. grenzen von 1760 bis 2810 kp cm² zum Ausdruck 3S70 kpcm² sowie eine Dehnung von 8% erreid .:>. kommt. Sie sind weiter durch eine relativ niedrige Die Legierung besitzt auch eine beträchtliche Wn--Dehnung charakterisiert, die im allgemeinen weniger Standsfähigkeit gegenüber Rißbildung auf Grund \.>n als 3% beträgt und oftmals, bei 1 bis I¹ ₂% liegt, 25 Spannungskorrosion, obwohl die hierzu erforderliche v-odur.-h die Verwendbarkeit dieser Legierungen für Wärmebehandlung die durchweg erhältlichen Zu^- Anwendungszwecke, für die sie ihre Zugeigenschaften festigkeiten und 0,2-Grenzen auf etwa 4220 bzw. geeignet machen würden, schwerwiegend behindert 3520 kp/cm² leicht erniedrigt, wobei derartige Festi?,-tvird. Bekanntlich wird durch eine höhere Dehnung keiten nichtsdestoweniger sehr erwünscht sind, wenn dem Material eine gewisse Flexibilität verliehen, so 30 gegenüber Rißbildung auf Grund von Spannun^- daß das Gußteil unvorhergesehenen Spannungen, die korrosion eine beträchtliche Widerstandsfähigkeit unter anderem oftmals dann auftreten, wenn die Teile erzielt wird. Die erfindungsgemäß verwendete l.egiezu bestimmten Vorrichtungen u. dgl. zusammengefügt rung kann auch eine Zugfestigkeit bei erhöhter ler.itverden, ausgleichen kann. Das Fehlen einergenügenden peratur von über 2810'pcm² bei 177 C und über Dehnung stellt somit einen schwerwiegenden Hinde- 35 2110 kp/cm² bei 232'C zusammen mit Dehnungen rungsgrad dar, Gußteile für viele Anwendungszwecke von über 12 und 17% bei den jeweiligen Temperaturen einzusetzen, bei denen sie sonst im Vergleich zu nach einer Aussetzungszeit von 100 Stunden erreichen, geschmiedeten oder maschinell bearbeiteten Teilen Die erfindungsgemäß verwendete Legierung kann beträchtliche wirtschaftliche Vorteile bieten würden. unter Verwendung des gut bekannten Sandguß\erGegenstand der vorliegenden Erfindung ist die 40 fahrens gegossen werden. Die Bestandteile der Leuie-Verwendung einer Aluminiumlegierung, bestehend rung können nach jeder beliebigen herkömmlichen aus 4 bis 4,5% Kupfer, 2 bis 5% Zink, 0,2 bi: 0,6% Art vermischt werden. Auf Grund der bestehenden Magnesium, 0,2 bis 0,6% Mangan, 0,15 bis 0,4% Grenzen der Verunreinigungen ist es wichtig, von einem Titan, bis 0,008% Bor, höchstens 0,06% Eisen, geeigneten hochreinen Aluminium, vorzugsweise mit höchsten- 0,03% Silicium, höchstens jeweils 0,03% 45 einer Reinheit von 99.9% und mehr, auszugehen. Bei weiterer Verunreinigungen, wobei der Gesamtgehalt der Herstellung von Rohlingen ist es höchst empfehder weiteren Verunreinigungen höchstens 0,1% he- lenswert, im Hinblick auf cen Anschnitt, die Anträgt, Rest Aluminium, zur Herstellung von Gußteilen. güsse, das Abkühlen und das Behandeln der Schmelze Aluminiumlegierungen ähnlicher Art sind bereits vorsichtig zu verfahren, um den Gehalt an Gasen bekannt. Solche Legierungen werden beispielsweise 50 und anderen Verunreinigungen auf einem Minimum in der österreichischen Patentschrift 171 148, der zu halten. Es ist auch zweckmäßig, beim Füllen der französischen Patentschrift 868 271, der belgischen Form mit der geschmolzenen Legierung die Turbulenz. Patentschrift 639 908, der USA.-Patentschrift 2248185 auf einem Minimalwert zu halten. Das Abkühlen lind der britischen Patentschrift 476 930 beschrieben. erfolgt vorzugsweise deiart, daß eine aufeinander-Die erfindungsgemäß verwendete Legierung unter- 55 folgende Verfestigung erzielt wird. Die jeweiligen jcheidet sich von denjenigen gemäß der ersten vier Techniken sind jedoch in der Gießereitechnik bekannt, Druckschriften durch einen höheren Kupfergehalt. so daß an dieser Stelle ein weiteres Eingehen darauf Sie unterscheidet sich durch einen niedrigeren Magne- nicht notwendig erscheint.

siumgehalt von der au. der letztgenannten Druck- Zur Erzielung einer höheren Festigkeit und zur

schrift bekannten Legierung. 60 Verbesserung der weiteren Eigenschaften werden die

Aus der britischen Patentschrift 593 192 ist ferner Rohlinge lösungsgeglüht, abgeschreckt und warm

eine Gußlegierung bekannt, die aus 4 bis 15% Zink, ausgelagert. Die Lösungsglühung wird bei einer

0,5 bis 3,5% Magnesium, bis zu 1% Mangan, 0,05 Temperatur von mindestens 510°C durchgeführt, und

bis 0,3% Titan, 0.25 bis 3% Kupfer, Rest Aluminium, zwar genügend lang, um alle löslichen Bestandteile

mit anderen Wahlkomponentcn und Verunreinigungen 65 in Lösung zu bringen. Eine bevorzugte Wärmebe-

bestcht. Demgegenüber unterscheidet sich die erfin- handlung zur Lösung besteht darin, die Rohlinge

dungsgemäß verwendete Lcgicrungdurchcineiihöhcren 2 bis 8 Stunden auf 482 bis 504⁰C und dann 12 bis