DE1808910A1

DE1808910A1 - Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen

Info

Publication number: DE1808910A1
Application number: DE19681808910
Authority: DE
Inventors: Fred Howitt; Kingston Taylor Ian
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1967-11-17
Filing date: 1968-11-14
Publication date: 1969-08-07
Also published as: SE342849B; GB1244740A; US3580747A; BE723888A; NL6816317A; DE1808910B2; CH515333A; ES360306A1; FR1591792A

Description

Aluminlumlegierungen, In denen die Hauptleglerungsbestandtelle Zink Im Bereich von 3»6 bis 5₉O ^ tmd Magnesium Im Bereich von 0,5 "bis 3·Ο % sind (der Haupthärtungsbestandtell 1st ©Ine Verbindung aus Magnesium und Zink) ■>— i welche einen Kupfergehalt von nicht mehr als einem Bruchteil von 1 % (beispielsweise O₉2 %) haben, sind allgemein bekannt und finden weite Ve%endung, beispielsweise in Form von Blech und Platten und In Form von Extrudaten und geschmiedeten Gegenständen« Solche Aluminium-Zink-Magnesium-Leglerungen können durch Wärme behandeltytrerden, um eine hohe mechanische Festigkeit zu entwickeln, Wenn in der Folge von AIuminium-Zlnk-Magnesium-Legierungen gesprochen wird, dann sind hiermit Legierungen gemeint, die Zink und Magnesium innerhalb der oben angegebenen Grenzwerte enthalten«

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Aue de« ebengenannten Grund werden Werkstücke aus die· sen Legierungen gewöhnlich einer Lösungswärmebehandlung mid anschließenden natürlichen und/oder künstlichen Alterungshärtungsstufen unterworfen, um die Festigkeit und Härte der Legierung zu verbessern. Bei der herkömmlichen Lösungswärmebehandlung werden nacheinander die folgenden Stufen ausgeführtt Erhitzung des Werkstücks auf eine Temperatur, die ausreichend hoch ist, um eine vollständige feste Lösung der Legierungsbestandteile ζφτziele r., die aber zu niedrig ist, da8 eine beginnende Schmelzung entsteht, Tempern des Werkstücke, indem es während einer ausreichenden Zelt auf einer solchen Temperatur gehalten Kird, daß die gewünschte vollständige Lösung&er Bestandteile bewirkt wird, und Abschrecken des Werkstücks mit ei* ner hohen Geschwindigkeit in einem geeigneten Kühlmedium, wie z.B. Wasser.

In vielen Fällen ist es erwünscht, das Legierungswerkstück nach der Lösungswärmebehandlung einer beträchtlichen Kaltbearbeitung zu unterwerfen. Tatsächlich ist es gewöhnlich nötig, einen gewissen Grad einer Kaltdefonaatlon auf lösungswärmebehandelte Gegenstände (einschließlich Bleche und Platten) anzuwenden, um die Form nachzuarbeiten oder die Zugfestigkeit zu erhöhen. Diese Kaltverformungen können auch in einem kalten Biegen, Scheren, Ziehen oder Verformen bestehen. Alle diese Operationen ergeben restliche XsItspannungen. Jedoch ergeben Kaltspannungen, die nach der üblichen Lösungswärmebehandlung (einschließlich dem raschen Abschrecken) in den bekannten oben erwähn-

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ten Alumlniura-Zink-Magnesium-Legierungen hervorgerufen worden sind, die Neigung, daß das Werkstück,einer SpannungskorroslonsriSbildung zugänglich wird, ein Zustand, der auftritt, wenn der aus der Legierung teestehende Gegenstand einer korrosiven Umgebung ausgesetzt wird. Hierbei entwickeln sich die Risse an den Orten der Spannung im Gegenstand» Aus diese» Grund wurde gemäß der früheren Praxis die Anwendung einer beträchtlichen Kaltbearbeitung auf einen Gegenstand aus einer lösungswärmebehandelten Aluralnium-Zink-Magneslum-Leglerung vermieden«

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Gegenständen aus einer Alurainlum-Zlnk-Magneslum-Leglerung, die anschließend einer Lösungswärmebehandlung und einer beträchtlichen Kaltbearbeitung unterworfen werden, d.h. einer Kaltbearbeitung in einem Ausmaß von mindestens 5 % (Bearbeitung entsprechend einer Herabsetzung von 5 % der Dicke eines Blechs durch Kaltwalzen), eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungskorrosion zu verleihen·

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung I ganz allgemein ein Verfahren zur Herstellung solcher Gegenstände vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird, daß man ein Werkstück aus einer Aluniinlum-Zink-Magnesium-Legierung auf eine ausreichend hohe Temperar tur erhit*, um eine beträchtliche Lösung der Legierungsbestandteile hierin zu bewirken, und daß man während des Abkühlens des Werkstücks durch den Bereich von 350 bis 250°C das Werkstück langsam abkühlt und zwar vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 20°C/sec

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Ea wurde gefunden, daß durch diese MaSnahme die Widerstandefähigkeit gegenüber Spannungsrißbildung im fertigen kaltbearbeiteten Gegenstand,cfer aus einer AIurainium-Zlnk-Magneslum-Legierung der vorliegenden Art hergestellt 1st, la Vergleich zu einem ähnlichen Gegenstand, der einer Lösungswärmebehandlung und einer herkömmlichen raschen Abschreckung unterworfen worden ist, verbessert werden kann.

Zur Erzielung der optimalen Spannungskorrosionsbeständigkeit wird bevorzugt, daß die Abkühlgeschwindigkeit (zumindest im Bereich von 350 bis 25O°C) nicht mehr als 12°C/sec beträgt. In der Tat kann die AbkUhlstufe in sehr vorteilhafter Welse dadurch ausgeführt werden, daß man das erhitzte Werkstück der ruhigen Luft aussetzt, welche bei den meisten üblichen Dicken von AIuminiumleglerungsbleohen eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 1 bis 6°C/sec im Temperaturbereich von 350 bis 25O⁰C ergibt.

Weiterhin wird es gemäS d=>r Erfindung bevorzugt, daß die verwendete Legierung 0,2 bis 0,7 % Mangan und 0,1 bis 0,25 % Zirkon enthält, da gefunden wurde, daß durch die Einarbeitung dieser beiden Metalle in den angegebenen Bereichen eine besondere Verbesserung der Spannungskorrosionsbeständigkeit des fertig hergestellten Gegenstandes erzielt wird. Wenn Aluminium-Zlnk-Magnesium-Legierungen der vorliegenden Art, welche die angegebenen Mengen Zirkon und Mangan enthalten, verwendet werden, dann wird eine zufriedenstellende Spannungskorrosionsbeständigkeit erhalten, wenn eine

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Lösungserhitzung und eine anschließende Abschreckung mit Abkühlgeschwindigkeiten (d.h. zwischen 350 und 250⁰C) In der Gegend und sogar oberhalb des oberen Grenzwerte von 20⁰C/see verwendet werden, wogsgeo. legierungen» die die Kombination aus Hangen und Zirkon nicht aufweisen, die größte Spannungskorrosionsbeständigkeit nur dann zeigen, wenn sie (über den Bereich von 350 bis 250⁰C) mit den niedrigen Geschwindigkeiten abgekühlt werden, die dadurch entstehen, daß sie der ruhigen Luft ausgesetzt werden.

Zusätzlich wird es bevorzugt,daß die verwendete Legierung nicht mehr als 0,05 % Chrom enthält. Die Anwesenheit von Chrom überhalb dieser Menge scheint die Abblätterung der hergestellten Gegenstände zu fördern und erhöht auch die Empfindlichkeit der mechanischen Eigenschaften gegenüber der Abkühlgeschwindigkeit.

Gemäß der Erfindung wird weiterhin eine Aluminlum-Zink-Magnesiura-Legierung vorgeschlagen, die besonders für <?'⁵« Verwendung bei dem obenerwähnten Verfahren geeignet ist und im wesenfllchen aus folgenden Bestandteilen besteht: 3,6 bis 5f0 % Zink, 0,5 ' bis 3,0 % Magnesium, 0,2 bis 0,7 % Mangan, 0,1 bis 0,25 % Zirkon, nicht mehr als 0,4- % Eisen, nicht mehr als 0,25 % Silicium, wobei andere Elemente, einzeln genommen, nicht mehr als O₉O5 % und zusammen genommen nicht mehr als 0,15 % ausmachen und der Rest aus Aluminium besteht. Vorzugsweise enthält die Legierung 3,8 bis 4,6 % Zink und 1,0 bis 2,0 % Magnesium, während eine noch stärker bevorzugte Legierung 4,1 bis

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b,5 % Zink und 1,65 bis 1,95 % Magnesium enthält. Kielnere, nicht Identifizierte Verunreinigungen sind vorzugsweise in einer Menge unterhalb 0,03 %% einzeln genommen, und unterhalb 0,1 %_% zusammen genommen, vorhanden. Gegenstande, die aus dieser Legierung hergestellt sind, zeigen eine bemerkenswert überlegene Beständigkeit gegenüber Spannungskorrosion, wenn sie einer Lösungswärnebehandlung und einer obenbeschriebenen Abschreokbehandlung unterworfen werden. In der Tat zeigen sie eine sehr zufriedenstellende Spannungskorrosionsbeständigkeit, auch wenn sie nach der Lösungswärmebehandlung einer herkömmlichen raschen Abschreckung unterworfen werden«

Genauer gesagt, es wurde gefunden, daß lösungswärmebehandelte Gegenstände, die aus der obenbeschriebenen Legierung hergestellt sind, einer kalten Spannung unterworfen werden können, ohne daß sich eine Neigung zur Spannungskorrosion entwickelt. Insbesondere, wenn sie nach einer LSsungswärmebehandlung mit einer verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeit abgeschreckt werden. Für die Behandlung von Werkstücken aus dieser Legierung wird es bevorzugt, daß die Absohreckgesohwlndlgkelt nach der Lösungswärmebehandlung (mindestens durch den Temperaturbereich zwischen 350 und 25O⁰C) zwischen ungefähr 0,l°C/sec und ungefähr 20⁰C/ see liegt, aber solche Werkstücke zeigen eine zufriedenstellende Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungskorrosion (d.h. ungeachtet einer nach der Lösungewärmebehandlung hervorgerufenen Kaltepannung), auch wenn sie von der Lösungswärmebehandlung mit Geschwlndig-

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keiten bis zu ungefähr 8o°C/sec durch den angegebenen Temperaturbereich hindurch abgekühlt werden« In der Tat können In vielen Fällen nocWhöhere AbkUhlgeschwlndlgkelten bei der Behandlung dieser Legierung verwendet werden, ohne daß eine schädliche Empflndljfhkelt gegenüber Spannungskorroion nach einer ansohlieöenden Hervorrufung einer Kaltspannung entsteht .

Die Vorteile des Wärmebehandlungsverfahrens gemäß der Erfindung können In bezug auf Werkstücke beschrieben werden» die aus Aluminium-Zlnk-Magneslum-Legierungen mit den folgenden Zusammensetzungen bestehen: Nicht mehr als 0,20 % Kupfer, nicht mehr als 0,9 % Mangan, 0,5 bis 3>0 % Magnesium, nicht mehr als 0,25 % Chrom, 3,6 bis 5t0 % Zink, nicht mehr als 0,15 % Titan, nicht mehr als 0,30 % Zirkon, nicht mehr ale 0,35 % Silicium, nicht mehr als 0,4 % Eisen, wobei der Rest aus Aluminium besteht und die weiteren Verunreinigungen einzeln in einer Menge von nicht mehr als 0,05 % und zusammen in einer Menge von nicht mehr als 0,15$ anwesend sind« Ein Beispiel für eine bekannte Legierung der obengenannten Type 1st die Legierung "AIu-" minium Association No· X7OO4" (im Handel manchmal auch als Legierung 74s bezeichnet), welche die folgende Zusammensetzung aufweist! Cu nicht mehr als 0,2 fc Mn 0,4- bis 0,9 & Mg 1,0 bis 2,0 %\ Cr nicht mehr als 0,25 %\ Zn 4,0 bis 4,6 %\ Ti nicht mehr als 0# %\ Si nioht mehr als 0,25 %\ Fe nicht mehr als 0,4 %₉ wobei die anderen Verunreinigungen einzeln nicht mehr als 0,05 % und zusammen nicht mehr als 0,15 % ausmachen und der Rest aus Aluminium besteht»

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Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Werkstück aus einer Legierung, welche die obenangegebene allgemeine Zusammensetzung besitzt, in aufeinanderfolgenden Stufen der Lösungswärmebehandlung, der Abkühlung und der Kaltbearbeitung unterworfen. Beispielsweise kann das Werkstück ein Streifen aus einem Legierungsblech sein, aber es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung ganz breit auch die Behandlung anderer Arten von geschmiedeten Gegenständen mit umfaßt· Die Lösungswärmebehandlung wird durch ausreichendes Erhitzen des Werkstücks ausgeführt, so daß mindestens eine beträchtliche Lösung da* Legierungsbestandteile darin bewirkt wird, d.h.das Werkstück wird auf einer Temperatur von 350 bis 55O°C gehalten. So kann das Werkstück in einen geeigneten Ofen eingebracht oder durch einen geeigneten Ofen hindurchgeführt werden, um durch Erhitzung die Lösung der Bestandteile zu bewirken,, Beispielsweise wird hierdurch das Werkstück auf eine Temperatur von ^65⁰C gebracht. Alternativ kann die Erwärmungsstufe gleichzeitig mit anderen Operationen am Werkstück ausgeführt werden, wie z»B. Extrusion oder Warmwalzen, d.h. die Erwärmung des Werkstücks für diese Operationen kann dazu dienen, die Lösung" der Legierungsbestandteile zu bewirken, und kann somit die Losungserhitzungsstufe darstellen, ohne daß eine gesonderte und spezielle Wärmebehandlung des Werkstücks ausgeführt wird.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung das erwänate Werkstück aus der LSsungswärmebehandlungsteaperatur zumindest durch den Temperaturbereich von 350 bis 250 C mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,1 und 20°C/sec' äbce-

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kühlte Vorzugsweise beträgt die Abkühlgeschwindigkeit mindestens 0,5°C/sec· Bei niedrigeren Geschwindigkeiten ist eine gewisse Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des behandelten Gegenstandes zu beobachtender die Zugfestigkeit,die sich bei Abkühlgeschwindigkeiten von nur O,l°C/sec entwickelt, ist noch annehmbar. Diese Abkühlung kann in jeder zweckmäßigen Welse ausgeführt werden, wie z.B. mit Wassersprays oder mit Strahlen aus Luft oder einem anderen Gas, in vielen Fällen wird es bevorzugt, daß die Abkühlgeschwindlgkelt (zumindest durch den angegebenen Temperaturbereich) nicht mehr als 12°C/sec beträgt, und in der Tat 1st es zweckmäßig und vorteilhaft, die Abkühlung des Werkstücks dadurch auszuführen, daß es der ruhigen Luft ausgesetzt wird. Die Kühlgeschwindigkeiten der Legierungsgegenstände der verschiedensten Dicken in ruhiger Luft (über den Bereich von 350 bis 25O⁰C) sind in der folgenden Tabelle im Vergleich zu den Ktthlgeschwlndlgkeiten angegeben,, die durch Abschrekken in Wasser von 80⁰C und In Wasser vonl8°C erhalten werden*

Abkühlgeschwindigkeit in verschiedenen Medien (^qC/sec)

Dicke des Gegen-ruhige	Luft	Wasser_Avon	Wasser^von
stands Jmm)	3,22	80⁰C	18°c
0,8	3,00	300	38OO
0,9	2,80	270	3650
1,0	2,00	235	3050
1.3		200	2350
2,0	0,81	125	1650
^,0	70	720

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Nachdem das Werkstück abgekühlt worden 1st, kann es in jeden gewünschten Ausoaß kaltbearbeitet werden. Beispielsweise kann bei der Herstellung eines Legierungen bleche das Werkstück vor der lösungswärmebehandlung auf eine mittlere Stärke ausgewalzt werden, und nach der vorher beschriebenen Abkühlung im Anschluß an die Lösungswärmebehandlung kann seine Dicke weiter um einen Betrag von mehr als 5 % herabgesetzt werden· Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur WSi iebehandlung von Alumlnium-Zink-Magnesium-Legierungswerkstttcken umfaßt, in denen eine kalte Spannung durch andere Kaltbearbeitungsoperationen erzeugt wird.

Die Widerstandsfähigkeit eines kaltbearbeiteten Aluminium-Zink-Magneslua-Legierungswerkstttcks gegenüber Spannungekorrosion nach Ausführung der Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung ist weit großer als diejenige eines Werkstücks, das in ähnlicher Weise lSsungswäroebehandelt wurde, aber nach der Losungswärmebehandlung durch herkömmliches Abschrecken in Wasser mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 2000°C/sec abgekühlt worden ist· Diese Verbesserung >■,,. wird immer dann wahrgenoanen, wenn das Werkstück ei- - ner beträchtlichen Kaltbearbeitung nach einer Wärmebehandlung unterworfen wird·

Insbesondere ermöglich-t die erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungskorrosion, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten wird, die Verwendung von Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen in vie-

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•44*»

len Anwendungen, in denen, durch herkömmliche* Verfahren hergestellte Gegenstände, wobei eine herkömmliche Abschreckung nach der Lösungswärmebehandlung vorgenommen wird, nicht zufriedenstellend sind, und zwar wegen der zu raschen Spannungskorrosion, die durch die nachfolgende Kaltbearbeitung induziert wirda Allgensin gesagt heißtcas, die Spannungskorrosionsbeständigkeit nimmt ab, wenn die Abkühlgeschwindigkeit nach der Lösungswärmebehandlung über den oberen Grenzwert von 20°C/sec gesteigert wlrd₉ obwohl Legierungen, welche die bevorzugte Zusammensetzung gemäß der Erfindung (wie unten beschrieben) besitzen, gegenüber Veränderungen in der Abschreckgeschwindigkeit über diesen Grenzwert weniger empfindlich sind als andere Alumlnlum-Zink-Magne s ium-Legi erungen.

Trotz der sehr niedrigen Abschreckgeschwindigkeit„ die beim vorliegenden Verfahren verwendet wird„ist die Lösungswärmebehandlung bei der Entwicklung der gewünschten mechanischen Eigenschaften im behandelten Werkstück voll wirksam; das heißt, es können keine bedeutenden Unterschiede zwischen den Zug·» und Biegeeigenschaften, die in einem mit der nied-" rigen Geschwindigkeit gemäß der Erfindung abgekühlten Werkstück erhalten werden, und denjenigen festgestellt werden, die in einem Werkstück entwickelt werden, welches nach einer Lösungswärmebehandlung durch ein herkömmliches rasches Wasserabschrecken abgekühlt wird»

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Beim vorliegenden Verfahren kann das Werkstück während eines langen Zeitraums vor und/oder nach der Kaltbearbeitungsstufe natürlich gealtert werden, d.h»bel Raumtemperatur ohne Anwendung von Wärme gelagert werden» Kein künstliches Altern ist vor der Kaltbearbeitung nötig, um die gewünschte Spannungskorrosionsbeständig· keit zu entwickeln, und es ist zweckmäßig, die Kaltbearbeitungsoperation vor einer künstlichen Alterung bei erhöhten Temperaturen auszuführen_β Trotzdem kann aber das Werkstück gewünschtenfalls in der herkömmlichen Weise künstlich gealtert werden, indem es vor und/ oder nach der Kaltbearbeitungsstufe erhitzt xmi auf einer erhöhten Temperatur gehalten wird.

Zwar ist das obige Verfahren allgemein auf Legierungen der Aluminium-Zink-Magnesium-Type, wofür die oben-erwähnte Legierung X?OO*J· ein Beispiel ist, anrendbar, jedoch wird es besonders bevorzugt, daß die verwendete Legierung im wesentlichen aus 3,6 bis 5,0 %_t vorzugsweise 3f8 bis 4-,6 % Zink, 0,5 bis 3|O %₉ vorzugsweise 1,0 bis 2,0 % Magnesium, 0,2 bis O₉? % Mangan, 0,1 bis 0,25 % Zirkon, nicht mehr als 0,4- % Eisen, nicht mehr als 0,25 % Silicium und im übrigen aus Aluminium besteht, wobei weitere Elemente einzeln in einer Menge von nicht mehr al%/0V05 % und vorzugsweise weniger als 0,03 % und zusammen in einer Menge von nicht mehr als 0,15 % und vorzugsweise wettiger als 0,1 % vorhanden sind,, Die Legierung, die diese Zusammensetzung besitzt, zeigt eine besonders hohe Beständigkeit gegenüber Spannungskorroüion {x*snn sie lösungswärmebehandelt, abgekühlt und kaltbearbeitet

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it

ist) und besitzt eine entsprechend verringerte Empfindlichkeit gegenüber der Abschreckgeschwindigkeit, d„h. daß eine sehr überlegene Spannungskorrosionsbeständlgkeit auch dann erreicht wird, wenn die Legierung nach der Lösungswärmebehandlung mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2O°C/sec und in der Tat mit Geschwindigkeiten von bis zn 8o°C/sec und sogar darüber abgekühlt wird« Es wird angenommen, daß.dieses Ergebnis.· der Ein«· arbeitung von Mangan und Zirkon in die bevorzugte Zusammensetzung zuzuschreiben ist» Die Abwesenheit von Chrom aug&er Zusammensetzung (mit Ausnahme als Verunreinigung unterhalb 0,05 ^₁ vossig swel se unterhalb 0₉03 % für jede derartige Verunreinigung) ist ebenfalls vorteilhaft, da die Anwesenheit von größeren Mengen Chrom (beispielsweise oberhalb 0,05 %) eine Abblätterung und eine daraus resultierende Unbrauehbarkeit des Leglerurgsgegensstandes unter korrosionsbildenden Bedingungen fördert, während es gleichzeitig die Empfindlichkeit der mechanischen Eigenschaften der Legierung gegenüber der Abkühlgesohwindlgkelt nach der Lösungswäriiebehandlung erhöht»

Bevorzugte Bereiche und Nominalwerte für die Anteile der Elemente in der Legierungszusammensetzung gemäß der Erfindung sind Ln der folgenden Tabelle angegeben«,

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is

Bereich	Nominal
(*)	*{%)*
1,65 - 1,95	1,80
0,43 - 0,57	0,50
0,15 - 0,19	0,17
0,20 - 0,30	0,25
0,12 - 0,18	0,15

Zn Mg Mn Zr Fe Sl

änderet

einzeln . . 0,03

insgesamt bis o,l

Al Rest

Beispiel I

Bleche aus Alumlnltra-Zink-Magnesium-Legierung der verschiedensten Stärken wurden durch Walzen einer Legierung hergestellt, welche die folgende annähernde Zusammensetzung besaß: 4,4 % Zink_s 1,8 % Magnesium, 0,71$ Mangan, 0,26 % Eisens, 0,15 % Silicium, 0,03 % Kupfer, 0,018 % Titan, Rest Aluminium* Diese Bleche wurden durch einstündige Temperung bei 465⁰C lösungtswärmebehandelt«, Eine Gruppe dieser Bleche wurde nach der Losungswärmebehandlung durch Abschrecken in kaltem Wasser (10⁰C) abgekühlt und die restliche Gruppe von Blechen wurde aus der LÖsungswärraebehandlungsteraperatur in ruhiger Luft abgekühlt- Pie annäheirnden Abküiilgeschwindigkeiten (°C/sec) -fJ&r uie verschiedenen Blechdioken in aen beiden verwendeten KUhlmedien über den Temperatiirberelcb von 45O°C bis 250⁰C waren wie folgts

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Dicke mm in Luft in Wasser abgekühlt abgesehreckt

0,8 2,

1,0 2,10 28*K>

2,0 1,30" 1380

Die Bleche wurden dann natürlich gealtert, d„h. durch Lagerung bei Baumtemperatur ohne Erhitzung-

Bleche einer jeden Gruppe wurden nach natürlichen Alterungsperioden von verschiedener Länge durch Kaltwalzen Inverschiedenem Ausmaß in ihrer Stärke auf eine Endstärke (für alle Bleche) von 0,3 am reduziert und hierauf einer weiteren natürlichen Alterung verschiedener Länge unterworfen, so daß repräsentative Proben für jede mögliche Kombination einer Jeden der folgenden Behandlungsbedingungen geschaffen wurden_e

Abkühlen aus der Losungswärmebehandlung: Kalte Wasserabschreckungν Luftkühlung%

Dauer der natürlichen Alterung vor der kalten Stärkeverringerungs .1, 351 ^5 Tage}

Ausmaß der kalten Stärkeverringerung £_f 60 %l

Dauer der natürlichen Alterung «ach der kalten Stärkeverringerungs 1« 35» 100 Tage.

Am Ende der angegebenen natürlichen Alterungsperioden wurden 5 Streifen v^on jeweils annähernd 19 s» Breite

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und 150 mm Länge aus einer Jeden Probe herausgeschnitten, wobei die Längserstreckung des Streifens In Querrichtung zur Walzrichtung verlief, und jeder Streifen wurde umgebogen, indea die Enden zwischen Nuten in einem mit Leinen gefüllten "Bakellf-Strelf en gedrückt wurden. Dabei war der Grad der Biegung derart, daS.. eine kleine plastische Deformation in den äuOeren Pasern der Spannungsseite des Streifens auftrat. Jeder gebogene Streifen wurde einer wässrigen Lösung aus In NaCl + O,2n H₂O₂ ausgesetzt. Die Lösung wurde täglich überprüft, um den verfügbaren Sauerstoff auf einem konstanten Wert zu halten. Jeder Streifen wurde abwechselnd 16 Stunden der Lösung ausgesetzt und dann B Stunden an Luft getrocknet (an Arbeitstage^ aber nicht an Wochenenden) und die Spannungskorrosion der Streifen wurde durch tägliche visuelle !Überprüfung bestimmt« Die Streifen, die loo Tage einer solchen Behandlung ohne Spannungsrißbildung überdauerten, wurden als gegenüber Spannungsrißbildung unempfindlich eingestuft und aus dem Test entnommen. Andere Korrosionseffekte, wie z.B. Lunkerbildung und Abblätterung, wurden zu diesem Zeltpunkt beträchtlich«

Der- obige Test auf Spannungskorrosion, der gewöhnlich als "bent strip alternate immersion¹¹ Test bezeichnet wird, folgt Im wesentlichen dem Verfahren, das Im A.S.T.M. Symposium on Stress Corrosion Testing, No „ 64, veröffentlicht 19²^, beschrieben 1st.

Vergleichsresultate der Spannungskorrosionstests für in Luft abgekühlte und In Wasser abgeschreckte Proben, welche nach der Lösungswärmebehandlung um 20 t

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und 6θ % durch Kaltwalzen in ihrer Stärke verringert wurden, sind in der folgenden Tabelle angegeben. In dieser Tabelle ist die Spannungskorrosionsbeständigkeit einer Jeden Gruppe von 5 Streifen wiedergegebendurch die Teetlebensdauer (d_eh* Dauer der Behandlung In Tagen ₉ bevor eine Spannungskorrosion auftrat) des ersten^reff^ifs¹ der Gruppe (Spalt® mit der Überschrift "A") und durch die kumulative Testlebsnsdauer der 5 Streifen (Spelte mit der tjberschrift "¹B¹¹). Die angegebenen Alterungszelten beziehen sich auf die Zeit zwischen dem Abschrecken und dem Kaltwalzen, "NF" bedeutet, daß keine Spannungsrißbildung bei einer 100 Tage dauernden Behandlung auftrat,, Die Werte der Lefcönszeiten der Streifen, die mit einem Stern bezeichnet sind, beziehen sich auf Spannungskorrosion, die eine Abblätterung zur Folge hatte»

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Lebensdauer Im Test vor dem Auftreten einer Spannungskorroslon (Tage)

Verstrichene Zelt zwischen
dem Walzen und dem Test (Tage)

Kalte Stärkenverringerung (#)

in Wasser abgeschreckte Proben

Xn Luft abgekühlte Proben _

gealtert

1 Tg»

gealtert 35 Tg.

gealtert lOOTg« A^ B

gealtert

Tg.

gealtert
35

gealtert

lOOTg.

_A

co O	1	20 6o	NP 23	NF 166	1 6	117 60	3 5	15 67	NP NP 58+ *κ>3	NP NP	NP NF	NP NF	NF NF
983	35	20 60	62 27	til	2	11 29	2 1	10 10	NP NF 58+ hz6	NP 79+	NF ^79	NF NP	KF NP
NJ ■>* 00	365	20 60	⁷I	^78 31	CNlO		1 3	29 15	NF NP NF NF	NP 80+	NP	NP *7l·+**	NF

mittlere zeit bis zur Spannungskorrosloni 26,3 Tage

keine Spannungskorrosion in 100 Tagen

ίο

Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, daß die Froben, die nach der Lösungswärmebehandlung in Luft abgekühlt wurden, eine weit größere Beständigkeit gegen«· über Spannungskorrosion zeigten als Proben, die in Was ser abgeschreckt wurden» Die Ausfälle,, die in der Grup pe der luftabgeschreckten Proben auftraten, resultierten aus einer Abblätterung«

Im Fall der Proben, die nach der Lösungswärmebehandlung keiner halten Stärkenreduzierung unterworfen wurden, zeigten weder die in Luft abgekühlten noch die in Wasser abgeschreckten Proben eine Spannungskorrosion innerhalb der 100 Tage dauernden Versuchsperiodec

Ss war ke.in oder nur ein geringer Unterschied zwischen den mechanischen Eigenschaften der in Luft abgekühlten und der in Wasser abgeschreckten Proben vorhanden. Gemessene Werte für diese Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle angegeben<, Hierin bedeutet ^BT3" die Temperung der nach der Lösungswärmebehandlung und der natürlichen Alterung kalt bear- . beiteten Proben, "T4" die Temperung der natürlich 35 Tage lang gealterten Proben, die aber keiner kaiten Stärkenreduzierung unterworfen wurden,, und "Tß" bezeichnet die Temperung von Proben, die künstlich nach der Lösungswärmebehandlung gealtert„ aber auoh hler keiner kalten Stärkenreduzierung unterworfen wurden.

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ί8θ¥§Τ5"

Leglerungstemperung

endgültige 0,2 % Fließ- Prozentuale Zugfestigk. spannung Elongation kg/οπΤ £g/cnT (50,8

T3 (10#lge Stärkenreduktion)

T3 (6o#ige Stärkenreduktion)

(Längseigenschaften) (Quereigenschaften) T$ (Längseigenschaften) Τ6 (Quereigenschaften)

3920	3080	13
^970	**62O	'4
3850	22^0	20
3850	2240	19
in 30	3570	12
4o6o	3500	3.2
Beispiel II

Zur Erläuterung des Effekts der Legierungszusammensetzung und der Abkühlgeschwindigkeit auf die Span«· nungskorroslonsempfindlichkelt -von Alumlnium-Zink-Magneslum-Leglerungsblechen, die nach der Lösungswärmebehandlung einer beträchtlichen Kaltbearbeitung unterworfen werden, wurden Bleche aus drei Legierungen mit den folgenden Zusammensetzungen hergestellt:

Proben

Nr.

Zn

Mg

Hn

Fe

Si

% Al

*t3

1,7 1,3 1,8

0,31 0,71 0,28

0,26
0,26
0,23

0,l6 —- Rest 0,16 --- Rest 0,16 0,l4 Rest

Im Fall der mit "3" bezeichneten Legierung, welche di«s bevorzugte Legierungszusammensetzung darstellt, waren andere Elemente in Mengen von nicht mehr als jeweils 0,03 % und insgesamt von nicht mehr als 0,1 % vorhanden·
-·■ ' . -21-

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ti

Bleche mit einer Stärke von 1_β6 aiia wurden durch Waisen von direkt gegossenen Brammen einer jeden Legle«» rung hergestelltο Eine Reihe der Bleche einer jeden Legierung wurden lösungswärmebehanditr Zwei Bleche einer jeden Legierung wurden nach der Lösungswärmebehandlung mit einer Geschwindigkeit von ungefähr l,9°C/sec in Luft abgekühlt ₉ weitere zwei Bleche einer jeden Legierung wurden mit Wassersprayo abgeschreckt, so daß eine Kühlgeschwindigkeit von-ungefähr 20⁰C/sec entstand, und weitere zwei Bl(Jehe ei» ner jeden Legierung xvurden In Wasser mit einer Gesehwindigkelt von ungefähr 1100°C/sec abgeschreckt, vyobei die Kühlgeschwindigkeit in jedem Fall fttp&en

t% SLYIiC Θ ££ Θ b f*¹ Π

Temperaturbereich von 350 bis 250 C/ist* Ein Blech eines jeden Paars wurde 35 Tage natürlich gealtert und die anderen wurden loo Tage gealterte Αία Ende der angegebenen natürlichen Alterungsaeiten Hürde jedes Blech in seiner Stärke durch Kaltwalzen um 50 % auf eine endgültige Stärke von QjS am. rtäduzlert«, 5 Streifen, die aus Jedem Blech herausgeschnitten wurden₉ wurden dann dem iai obigem Beispiel 1 angegebenen Spannungskorrosionstest unterworfen,, Dia Resultate dieses Tests sind in der folgenden Tabelle angegeben, worin die verschiedenen Buchstaben und Symbole ("A^w, ^NB% ⁷¹NF" und ⁱ⁹-4-^tl die gleiche Bedeutung wie in der Tabelle von Beispiel I haben_s in der die Ergebnisse der Spannungskorrosionstests zusammengefaßt sind»

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Legierung

Abkühlgeschwindigkeit aus der LSsungswärmebehandlg.( C/see)

verstrichene Zeäfc zwischen dem Abschrekken und dem Walzen

Spannungskorroslonslebensdauer in Tagen

Δ Β

1,9

20 1100

35 Tage 100 Tage

89+

NF

33
8

Zk
2

4-89

NF

311 263 171 IkS

1,9 20 1100

35 Tage 100 Tage

NF
NP
18
38
10
8

MF W

335

291

173

51

1,9 20 1100

35 Tage 100 Tage

NF	NF
NP	NF
63+	463
67+	462
NF	NP
^5+	360

Die obigen Resultate zeigen, daß die Proben der Legierung 3 (welche die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung repräsentiert) eine merklich bessere Beständigkeit gegenüber Spatmungskorrosion besitzen und zwar auch in dem Fall, in dem die Platten nach der Lösungewärmebehandlung mit verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten abgekühlt wurden*

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Claims

Patent an Sprüche

1 ο Lösungswärmebehandelte Alixminlum^Zink-Magnesium-Legierung mit einer hohen Spannungskorrosionsbeständig keit nach der Kaltbearbeitung, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Legierung folgende Bestandteile aufweist?

Zink 3,6 bis 5.0 % Magnesium 0,5 bis 3.0 %

Mangan . 0,2 bis 0,7 % Zirkon 0,1 bis 0,25 % Elsen nicht mehr als 0_tk % Silicium nicht mehr als O₅25 %

Andere nicht mehr als C_y05 % einzeln und nicht mehr als 0,15 % Insgesamt

Aluminium Rest.

2, LSsungßwärmebehandelte Aluminlum-Zink-Magnesium-Legierung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze 1 chnet, daß die Zink- und Ma&neslumgehalte innerhalb die folgenden Bereiche fallens

Zink 3,8 bis 4,6 % Magnesium 1,0 bis 2,0 $,

3* Lösungswärmebehandelte
Legierung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Zink- und Magnesiumgehalte innerhalb die folgenden Bereiche fallen?

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Zink iJ-,1 bis ^, 5 % Magnesium 1,65 bis 1,95 %·

^. Lösungswärmebehandelte Aluminium-Legierung gemäß Anspruch 1 oder 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungskorrosionrjbeständigkeit dadurch entwickelt worden lst₉ daß sie auf eine Temperatur im Bereich von 35o bis 55o°C währen<^feiner zur Bewirkung einer Lösung von Legierungsbestandteilen ausreichenden Zeit erhitzt worden ist und anschließend mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 8o°C/sec durch mindestens den Temperaturbereich von 35o bis 25o°C abgekühlt worden ist,,

5. Lösungswärmebehandelte Aluminiumlegierung nach Anspruch k₉ dadurch gekennzeichnet, daß sie nach der Lösungseffermung mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 2O°C/sec durch mindestens den genannten Temperaturbereich von 35o bis 25o°C abgekühlt worden ist*

6a Kaltgewalztes Aluminium-Zink-Magneslum-Produkt» welches dadurch hergestellt worden ist, daß ein Werkstück aus einer Aluminiumlegierung gemäß einein der Ansprüche 1 bis 5 einer Stärkenreduktion von mindestens 5 % durch Kaltwalzen unterworfen worden ist_o

7c Verfahren zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungskorrosion einer Aluminiumlegierung» die 3,6 bis 5,0 % Zink und 0,5 bis 3»0 % Magnesium enthält, dadurch gekennzeichnet₉ daß man

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(a) die Legierung auf eine zur Bewirkung einer wesent lichen Lösung von Legierungsbestandteilen ausreichenden Temperatur erhitzt; und

(b) die genannte Xjsg&ruig aus der genannten Temperatur mit einer Geschwindigkeit von O₉I bis 2O°C/sec mindestens durch den Temperaturbereich von 350 bis 25O°C abkühlte

8_O Verfahren nach Anspruch 7 s dadurch g· e k e η n ψ zeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit des Werk stücks mindestens O,5°C/sec beträgt„

9ο Verfahren nach Anspruch 7 oder S₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Abküblgeschwiadlgkelt des Werkstücks nicht mehr als i2°C/sec beträgt _a

10_e Verfahren nach Anspruch 7_S 8 oder 9₉ dadurch gekennzeichnet,, daß die Abkühlung des Werkstücks dadurch ausgeführt wird, daß es der ruh!·=» gen Luft ausgesetzt wird,

11„ Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü-' ehe₉ dadurch g e k e η η ζ e 1 ebnet, daß die Legierung 0,2 bis 0₉7 % Hangan und O₅I bis O₉.25 % Zirkon enthält»

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch 3akennzeichnet, daß die Legierung nicht mehr als ungefähr 0,05 % Chrom enthält.

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13β Verfahren nach einem der Ansprüche 7 W-s 12, dadurch gekennzeichnet» daß die Legierung Im wesentlichen aus folgendem "besteht: 3*6 bis 5,0 Ji Zink; 0,5 bis 3₉O # Magnesium; 0,20 bis Oj? % Mangan? 0,1 bis 0,25 % Zirkon; nicht mehr als 0,4 % Eisen; nicht mehr als 0,25 % Silicium; wobei die anderen Elemente einzeln in einer Menge von nicht mehr als 0,05 % und zusammen genommen in einer Menge von nicht mehr als O₉I5 % vorhanden sind und der Rest aus Aluminium besteht.

l4„ Verfahren nach Anspruch 13» dadurch ge kennzeichnet, daß die Zink- und Magnesi*» umgehalte innerhalb die folgenden 3ereicho fallen:

Zink 4,1 bis 4,5 %

Magnesium 1,65 bis 1,95 %*

15, Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bi.s 14_S dadurch gekennzeichnet, daß nach der Lösungserwärmung und Abkühlung die Legierung c".v.rch Kaltwalzen einer Stärkenverringerung von minclestens 5 % unterworfen wird.

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