DE1908473B2 - Verfahren zum aushaerten von legierungen - Google Patents
Verfahren zum aushaerten von legierungenInfo
- Publication number
- DE1908473B2 DE1908473B2 DE19691908473 DE1908473A DE1908473B2 DE 1908473 B2 DE1908473 B2 DE 1908473B2 DE 19691908473 DE19691908473 DE 19691908473 DE 1908473 A DE1908473 A DE 1908473A DE 1908473 B2 DE1908473 B2 DE 1908473B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- alloy
- generated
- alternating
- fields
- frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/04—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering with simultaneous application of supersonic waves, magnetic or electric fields
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
Description
Eine große Anzahl von Legierungen mit zwei oder mehreren Legierungselementen kann ausgehärtet werden.
Unter Aushärtung wird ein metallurgischer Prozeß verstanden, der zur Erhöhung der Härte und der
Festigkeit einer Legierung dient.
Die grundsätzliche Voraussetzung für eine Aushärtung
ist, daß das hauptsächliche Legierungselement eines Werkstoffes die Fähigkeil besitzt, die für eine
Aushärtung notwendigen weiteren Legierungsbestandteile in fester Lösung aufzunehmen. Das Lösungsvermögen
selbst ist temperaturabhängig.
Die Aushärtung besteht nach dem Stand der Technik aus einem dreistufigen Wärmeprozeß, und zwar I.
einem Lösungsglühen, 2. einem unmittelbar anschließenden Abschrecken und 3. einer Auslagerung bei
Raum- oder erhöhter Temperatur.
Der Härteanstieg und damit die eigentliche Aushärtung erfolgt erst bei der Auslagerung. (Siehe Aluminium-Taschenbuch,
12. Aufluge, Alu-Verlag GmbH Düsseldorf, S. 356, Abschnitt 10.2.5.2.) Dies sei im
nachstehenden genauer expliziert:
I. Lösungsglühen (Homogenisierungsglühen) der Legierung einschließlich einer Abschreckung auf
Raumtemperatur.
Durch das Lösungsglühen werden ausgeschiedene Kristalle in den Kristallen des Hauptlegierungsbestandteiles
in feste Lösung gebracht. Durch Abschreckung wird der bei der Lösungstemperatur vorhandene Lösungszustand auch bei Raumtemperatur
vorerst aufrechterhalten. Es liegt aber bei Raumtemperatur dann ein übersättigter Mischkristall
vor, der sich nicht mehr im thermodynamischen Gleichgewicht befindet und daher das
Bestreben hat, unter Bildung von Ausscheidungen
in einen gesättigten Mischkristall überzugehen. Durch das Lösungsglühen mit Abschreckung
entsteht bereits ein Anstieg der Härte und der Festigkeit.
2a) Kaltauslagerung der lösungsget'.ühten und abgeschreckten
Legierung bei Raumtemperatur. Bei einer Kaltauslagerung treten bereits Entmischungsvorgänge
in dem übersättigten Misciikristall auf, die zu einer weiteren Selbsthärtung führen.
2b) Warmauslagerung (Anlassen oder Tempern) der Legierung sofort nach Abschreckung oder Kallauslagerung.
Durch ein Anlassen bis zu bestimmten Temperaturen kommt es zu Ausscheidungen des Mischkristalls
in hochdisperser Form. Solange diese Ausscheidungen hochdispers sind, erfolgt eine
nochmalige Steigerung der Härte und der Festigkeit. Wird aber eine bestimmte Temperatur, der
sogenannte »kritische Dispersionsgrad« überschritten, so erfolgen die Ausscheidungen nicht
mehr in hochdisperser Form, sondern grobkörnig, wodurch es zu einer Entfestigung kommt.
Ein manchmal nach einer Kalt- und/oder Warmauslagerung
noch vorgenommener Kaltzug, der zu einer weiteren Verfestigung der Legierung führt, ist ein rein
mechanisch durchgeführter Prozeß, der in keinem Zusammenhang mit der Aushärtung steht und auf den
daher hier nicht näher eingegangen wird.
Eine Auslagerung bei Raumtemperatur wird auch als »Kaltaushärtung« und ein Anlassen als »Warmaushärtung«
bezeichnet.
Darüber hinaus wurde auch schon, siehe Zeitschrift Metall 19 (1965), Seiten 36/38, bekannt, Ultraschallwellen
zu verwenden, denen das Werkstück nach dem Losungsglühen einschließlich Abschrecken während des
Auslagerns ausgesetzt wird, um die Auslagerung von Duraluminium zu beschleunigen.
Es wurde auch schon, siehe CH-PS 3 26 258, die Einwirkung magnetischer Wechselfelder auf Wcrkstükke
von Stahl oder fertig bearbeitete Werkzeuge beim Auslagern bekannt, welche nach Anwendung einer
klassischen thermischen Behandlung durchgeführt wird (siehe Seite 1, Zeilen 17-20).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aushärten von Legierungen unter der Einwirkung magnetischer
Wechselfelder und/oder elastischer Schwingungsfeldcr, wobei erfindungsgemäß die Legierung während des
lediglich aus einem Lösungsglühen mit anschließendem Abschrecken bestehenden Aushärtungsprozesses dem
Einfluß eines oder mehrerer magnetischer Wechselfelder" und/oder elastischer Schwingungsfelder ausgesetzt
wird.
Die magnetischen Wechselfelder und/oder elastischen Schwingungen bewirken, daß die ansonst nur bei
der Kalt- und Warmaushärtung eintretenden zusätzlichen Härte- und Festigkeitssteigerungen bereits während
des Lösungsglühens entstehen. Es vollziehen sich demnach die metallurgischen Vorgänge, die nach dem
derzeitigen Stand der Technik nur bei Kalt- bzw. Warmauslagerung ablaufen, bereits bei der Hochtemperatur
des Lösungsglühens.
Eine Legierung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgehärtet wird, zeigt auch tatsächlich
weder nach einer nachfolgenden Kalt-, noch auch nach einer Warmauslagerung eine weitere Erhöhung der
Härte und der Festigkeit. Durch Anwendung des erfindLingsgcirsäßen Verfahrens erübrig! sich daher eine
Kalt- bzw. Wiirmauslugcmng, wie •,ic /. \i. bei den
weiter obengenannten Verfahren gemäß CH-PS 26 258 oder Zeitschrift Metall 19 natürlich ebenfalls
notwendig ist. Das Gefüge einer nach dem erfindungs-ι
gemäßen Verfahren ausgehärteten Legierung ist feinkörniger und korrosionsbeständiger als nach einer
üblichen Aushärtung.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verläuft der gesamte Aushärtungsprozeß wesentlich
κι schneller als bei einer üblichen Aushärtung.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren notwendigen magnetischen Wechselfelder und elastischen
Schwingungen können in der auszuhärtenden Legierung erfindungsgemäß folgendermaßen erzeugt wer-
ii den:
1. Durch elektromagnetische Induktion.
In der Legierung werden durch elektromagnetische Induktion Wirbelströme hervorgerufen. Diese Wir-2Ii
belslrönie sind, wie alle Wechselströme, immer von magnetischen Wechselfeldern begleitet, welche
zwangsläufig durch Ummagnetisierungsvorgänge elastische Schwingungen hervorrufen.
2. Durch konduktive Zuführung von Wechselströmen.
_>-, Die Legierung wird konduktiv an eine Wechselstromquelle angeschlossen. Genau wie bei der elektromagnetischen Induktion entstehen durch durchgeleitete Wechselströme in der Legierung magnetische Wechselfelder und damit zwangsläufig
_>-, Die Legierung wird konduktiv an eine Wechselstromquelle angeschlossen. Genau wie bei der elektromagnetischen Induktion entstehen durch durchgeleitete Wechselströme in der Legierung magnetische Wechselfelder und damit zwangsläufig
hi elastische Schwingungen. Außer durch elektromagnetische
Induktion oder Durchleitung eines Wechselstromes durch die Legierung können erfindungsgemäß
noch weitere Möglichkeiten, in der Legierung magnetische Wechselfelder zu erzeugen,
υ angewendet werden:
a) Ferromagnetisches Material wird durch eine wechselstromdurchflossene Spule zu einem
Magnet von dauernd wechselnder magneti-
Ki scher Polarität. Wird die Legierung in das
magnetische Wechselfeld dieses Magnetes eingebracht, so entstehen in dieser durch
magnetische Induktion Wirbelströme und damit magnetische Wechselfelder und elastische
4") Schwingungen.
Gleichfalls entstehen in der Legierung, wenn diese in das Magnetfeld eines Magneten von gleichbleibender
Polarität eingebracht wird, durch magnetische -io Induktion in derselben Wirbelströme, wenn:
b) die Legierung in dem Magnetfeld des Magnetes bewegt wird,
c) das Magnetfeld des Magnetes um die Legierung •ι·-) bewegt wird,
d) sowohl das Magnetfeld als auch die Legierung gegeneinander bewegt werden.
Die hier aufgezählten grundsätzlichen Maßnahmen bo zur Erzeugung von magnetischen Wechselfeldern und
elastischen Schwingungen können erfindungsgemäß noch weitgehendst variiert bzw. miteinander kombiniert
werdeil. Es wird dies an nachfolgenden Beispielen ausgeführt:
b', Lösungsglühen bei gleichzeitiger Einwirkung zweier
Wirbelströme verschiedener Frequenzen auf die auszuhärtende Legierung:
Die auszuhärtende LetT!C!'uri<T muß u!s Ganzes
gleichmäßig auf die Lösungstemperatur erwärmt
werden. Zur optimalen Erfüllung dieser l;orderiing ist
die Wahl der Frequenz des Indiiktionssirotiies im
allgemeinen nicht mehr frei. Die Eindringtiefe eines Wirbclsiromes in ein elektrisch leitendes Material ist
bestimmt durch die Formel:
— mm .
E.indringtiefe in mm
Frequenz in Hertz
relative = relative Permeabilität
spezifische Leitfähigkeit (Siemens)
Ohm ' cm '
Aus dieser Formel ist sofort ersichtlich, daß bei Konstanz aller anderen Werte die Eindringtiefe nur von
der Frequenz abhängt.
Die stärksten elastischen Schwingungen treten aber bei der Resonanzfrequenz auf. Weicht die für die
Erwärmung dienende optimale Frequenz von der Resonanzfrequenz wesentlich ab, so kann man erfindungsgemäß
einen zweiten Wirbelstrom mit der Resonanzfrequenz der Legierung erzeugen und diesen
zusätzlich während des Lösungsglühens auf die Legierung einwirken lassen, um elastische Schwingungen
von größtem Wirkungsgrad zu erreichen.
Es gibt derzeit bereits Wechselstromgenerator^!, welche Wechselströme genügend hoher Frequenzen
erzeugen, praktisch auch in ihren Leistungen nicht begrenzt sind und sich bestens für die hier angeführte
Verfahrensvariation eignen. Es handelt sich um statische Umformer, welche mit Hilfe von Thyristoren einen
Wechselstrom mit der Frequenz des Versorgungsnetzes in einen Wechselstrom mit höherer Frequenz umformen.
Diese Umformer werden in zwei grundsätzlichen Ausführungen erzeugt, und zwar als lastgcführlc
Umformer mit gleitender Frequenz und sclbsigcführte Umformer mit starrer Frequenz.
Die lastgeführten Umformer werden von der Last gesteuert, und zwar derart, daß sie sich automatisch auf
die Resonanzfrequenz der Last, in diesem Falle auf die
jeweilige Resonanzfrequenz der auszuhärtenden Legierung, einstellen. Sie arbeiten mit gleitender Frequenz
und können daher erfindungsgemäß zur Erzeugung von magnetischen Wechselfeldern verwendet werden, die
zwangsläufig wieder elastische Schwingungen mit größtem Wirkungsgrad, wie dies erwünscht ist, hervorrufen.
Die zweite Art der Umrichter arbeitet mit starrer, icdoch regelbarer Frequenz. Diese Umformer dienen
/ur Hrzegung der für die Erwärmung optimalen
Frequenz und können daher erfindungsgemäß für diese Art des l.ösungsglühens verwendet werden.
Das Lösungsglühen kann auch erfindungsgemiiß bei
gleichzeitiger Einwirkung mehrerer Wirbelsirömc verschiedener
Frequenzen aiii die auszuhärtende Legierung erfolgen:
Es kommt vor. dall der neben anderen physikalischen
Größen die Resonanzfrequenz bestimmende Elastizitätsmodul eines schwingungsfiihigen Gebildes mehl in
allen Richlungen den gleichen Weil hat. Es kommi dann
/in Ausbildung komplizierterer Schwinguiigserscheiiiungen
als bei VOi handrnsciii eines einzigen Elastizitätsmoduls.
Sind du-se Abweichungen nicht sehr groll,
su ki iiiiiii I es /ur Ausbildung Ii cdueli/hcnaiiihiulci
Schwingungen und bei sehr kleinen Unterschieden zi Schwebungen. Schwebungen sind dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwingungsamplitude zeitabhängig ist Das Schwingungsbild kann oszillographisch analysierl
werden. Es können dann die sich aus den Oszillogrammen ergebenden Schwingungen durch Induktionsslrönie
der auszuhärtenden Legierung während des l.ösungsglühens aufgedrückt werden. Ein Induktions
strom geeigneter Frequenz dient somit der Erwärmung und die anderen Induktionsströme, deren Frequenzer
sich aus dem Oszillogramm bestimmen, dienen zui Erzeugung besonders wirkungsvoller magnetische!
Wechselfelder und elastischer Schwingungen.
Bei den in den Beispielen angeführten Fällen könner die Induktionsslrömc erfindungsgemäß entwedei
gleichzeitig über eine einzige oder über mehrere Induktionsspulen geführt werden.
Anstelle der elektromagnetischen Induktion könnet erfindungsgemäß auch alle bereits angeführten Maß
nahmen bzw. deren Kombination zur Erzeugung magnetischer Wechselgelder und/oder elastische
Schwingungen herangezogen werden.
Eine weitere erfindungsgemäßc Möglichkeit, elasli sehe Schwingungen ohne magnetische Wcchsclfelder ii
einer Legierung hervorzurufen, kann darin bestehen daß die Legierung dem Schallfeld eines Schallgeber!
ausgesetzt ist. Eine weitere erfindungsgemäße Möglich keil kann darin liegen, durch mechanische Beeinflussung
elastische Schwingungen in einer Legierung hervor/u rufen./.. B.durch Rütlelvorgänge.
In den beiden letztgenannten Fällen erfolgt dii
Erwärmung und das Halten auf Lösungslempcraiur, be der sich die metallurgischen Vorgänge, die für da
Aushärten notwendig sind, vollziehen, crfindungsgcmäl
durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung oder durcl Durchleitung eines Gleichstromes durch die Legierung.
Es können erfindungsgemäß in der Legierung aucl Wirbelsirömc erzeugt oder Wechselströme durchgclci
let werden, welche außer der Bildung magnetische Wechscllcldcr bewirken, daß die für die Erhitzung au
die Lösungstcmperatur notwendige Wärme in de Legierung selbst erfolgt.
Wird die Wärme in der Legierung selbst erzeugt, si läuft der Erwärmungsvorgang und damit der Lösiings
Vorgang wesentlich schneller ab, als wenn dii Erwärmung nur von außen her durch Wärmeleitung um
Wärmestrahlung erfolgt.
Ls kann aber auch zum Zwecke einer noch rascherei Erwärmung gleichzeitig zu den Wirbel- bzw. Wechsel
strömen erfindungsgemäß ein Gleichstrom durch dii Legierung durchgclcitct werden.
Eine weitere Möglichkeit einer zusätzlichen Erwär miing, besonders dann, wenn es sich um eine Aushärtung
im kontinuierlichen Durchlauf handelt, besteht erfin dungsgemäß in der Vorerwärmung der auszuhärlendei
Legierung und nachfolgenden Beeinflussung durcl magnetische Wechselfeldcr und/oder elastischei
Schwingungen. Diese Vorerwärmung darf jedoch nu bis /u I emperaluren erfolgen, bei denen noch keil
maßgebliches Lösungsvermögen für das für dii Aushärtung notwendige l.egierungselement vorliegt
Bis /ii diesen Temperaturen haben auch magnetisch! Wcchsellelder und/oder elastische Schwingungen kei
neu wesentlichen Einfluß auf den Aushärlepro/eß. d;
die Voraussetzung für die Aushärtung — maßgeblich! Losung des für die Aushärtung notwendigen l.egie
nmgselcmcnics — nicht erfüllt ist, Der lall eine
Voivrwäniiiiug Hill /. Ii. dann cm. wenn Gußblöcki
einer Legierung vor der Aushärtung durch eine
Strangpresse hülfen, wobei es durch den Preßvorgang
/u einer Temperaturerhöhung der Legierung kommt. Auch bei Verwendung billiger Energiequellen, wie /. Ii.
Erdgas, bewirkt die Vorerwärmung die Einsparung ~> teurerer elektrischer Energie.
Grundsätzlich kommen demnach für die Durchführung des für das erfindungsgemäße Verfahren notwendigen
l.ösungsglühens als Wärmequellen Wirbelströmc. elektrische Ströme, welche konduktiv durch die i<
> Legierung hindurehgelcitei werden, Wärmeleitung und Wärmestrahlung sowie geeignete Kombinationen dieser
Wärmequellen in Betracht.
Jc schneller ein Lösungsvorgang abläuft, um so höher
muß im allgemeinen die Lösungstemperatur sein, da der i">
Lösungsvorgang ein zeit- und temperaturabhängiger Diffusionsprozeß ist. Zeil und Temperatur sind bei
einem Diffusionsvorgang vertauschbare Größen und da die Diffusionsgeschwindigkcil mit steigender Temperatur
zunimmt, kompensiert bei einem schnell verlaufenden Lösungsglühen, z.B. einer induktiven Erwärmung,
eine erhöhte Temperatur die Verkürzung der Diffusions/cit. Die oberste Grenze der zulässigen Temperatur
und damit die maximale Geschwindigkeit des Ablaufes des Wärmeprozesses ergibt sich in jedem 2>
einzelnen Fall aus dem Zustandsdiagramm der auszuhärtenden Legierung.
Bei dem erfindungsgcmaßen Verfahren vollziehen sich alle für eine Aushärtung notwendigen metallurgischen
Prozesse bereits bei der Lösungstemperatur. Es jo muß daher die auszuhärtende Legierung so lange bei
dieser Temperatur gehalten werden, bis diese Prozesse vollkommen abgelaufen sind.
Die wichtigsten Parameter für eine optimale Aushärtung sind daher r>
a) die Lösungstemperatur und
b) die Haltezcit.
Die Abschreckgeschwindigkeit beim Lösungsglühen soll im allgemeinen so hoch als möglich sein. Der Begriff ·κι
»hoch« ist jedoch ein relativer Begriff und hängt in erster Linie von der Zusammensetzung der Legierung
ab. Es gibt Legierungen, für die auch eine Luftabkühlung ausreicht.
Es ist in diesem Rahmen nicht möglich, bei der großen Anzahl der aushärtbaren Legierungen auf jeden
Einzelfall einzugehen. Es wird jedoch im nachfolgenden an dem konkreten Beispiel einer technisch wichtigen
Legierung das erfindungsgemäße Verfahren in allen Einzelheiten geschildert. -κι
Bezeichnung der Legierung nach amerikanischer
Norm: 2011 -T 3.
Zusammensetzung der Legierung außer Aluminium:
Zusammensetzung der Legierung außer Aluminium:
5,4 - 5,9% Cu, 0,3% I7C, 0.1 5% Si, 0,05% Mg,
0,2"/(i Zn, 0,3 - 0,611Ai Pb. 0,3 - 0,6% Ni.
Aus dem Zustandsdiagramm, Fig. I, welches der Zusammensetzung der Legierung entspricht, ist erkenntlich,
daß zwei Krislallarten auftreten können, und wi
1. im Bereich A ein ^-Mischkristall, hauptsächlich aus
Aluminium und Kupfer bestehend,
2. im Bereich B der «-Mischkristall und ein Gemenge von i\ und einer zweiten Krislailart ß, einer
intermetallischen Verbindung AIjCu, Kupferaluminid
Die eutektische Temperatur beträgt 548"C, und be dieser Temperatur vermag das Aluminium rund 5,7°/c
Cu zu lösen. Der Bereich C enthält Gemenge vor Lcgierungsbestandleilcn in flüssiger Lind fester Form,
der Bereich D enthält flüssige Legierungsbestandteil.
Die Mikrohärte (Belastung des Prüfdiamanlcn 100 p] dieser Legierung beträgt nach Lösungsglühen im
Salzbad, Kalt- und Warmaiislagerung 77-81 kp/mni-'.
Bei Einbringung einer lösungsziiglühcnden kalten
Legierung in ein Salzbad, das sich auf der Lösungstemperatur befindet, sinkt die Temperatur desselben, je
nach der eingebrachten Menge und Größe des Salzbadofens oft wesentlich ab und die neuerliche
Aufwärmzeit auf die Lösungstemperatur kann beträchtlich sein, wodurch natürlich der Ausstoß verringert wird.
In einem Salzbadofen mit 5000 kg Salzbad, bestehend aus NaNOj, KNOj und K2O2O7, sinkt die Temperatur
bei Einbringung von rund 100 kg der kalten Legierung um 200C, und die neuerliche Aufwärmzeit auf die
Lösungstemperatur beträgt rund 30 Minuten.
Die Haltezcit bei der Lösungstemperatur von 520"C beträgt im Salzbad bei dieser Legierung pro mm
Matcrialslärke 1 Minute.
Diese Legierung wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch alleiniges Lösungsglühen ein
schließlich Abschreckung vollkommen ausgehärtet. Die Erwärmung auf die Lösungstemperatur erfolgte aul
induktivem Wege.
Um die bei der Erwärmung und Abschreckung eintretenden Gefügeveränderungen im Mikroskop
stetig beobachten zu können, wurde füi Laboratoriumsuntersuchungen eine induktive Heizeinrichtung
so gebaut, daß diese gleichzeitig eine induktiv geheizte Apparatur für mikroskopische Bcobachtunger
darstellt. Dadurch ist es möglich, schnell ablaufende Erwärmungsvorgänge im Mikroskop dauernd zi
beobachten und alle wichtigen Parameter festzustellen.
Aus der Zeichnung F i g. 2 ist die laboratoriumsmäßi
gc Ausführung der induktiven Heiz- und Beobachtungs
einrichtung ersichtlich. In der Zeichnung bedeutet 1 da?
zu untersuchende Probenstück, das die Form eine; einseitig geschlossenen oben offenen Rohres besitzt
dessen geschlossene Stirnfläche dem Objektiv 2 de: Mikroskopes zugewandt ist. Die Stärke des Zylinder
mantels der Probe beträgt 1 mm, die Dicke der zi beobachtenden Bodenfläche 2 mm, der Rohrdurchmes
scr beträgt 9 mm und die Probenhöhe 35 mm. Mit 3 is ein Schutzglas bezeichnet. Die Probe 1 ist von den
Keramikrohr 4 umgeben. Um dieses ist die Induktions spule 5 angeordnet. In die rohrförmigc Probe 1 ragt da:
Rohr 6, über welches ein Abschreckmittel in die Prob( eingespritzt werden kann. Durch den Pfeil 7 is
angedeutet, daß zwischen Probe 1 und Keramikrohr ' ein Schutzgas durchstreichen kann. Das Thcrmoelcmcn
8 dient zur Temperaturmessung der Bodenflächc de Probe J.
Die Frequenz des Induktionsstromes betrug bei dei
Versuchen ungefähr 7 kHz. Der Induktionsstrom wurdi von einem RC-Gcncrator und einem Verstärke
geliefert.
Zum Zweck der induktiven Erwärmung wurden dit
Proben in das Innere der Induktionsspule eingebracht Die Temperaturmessung erfolgte mittels Thermoele
ment und Spicgelgalvanomctcr. Die Proben wurdet unter Schutzgas geglüht, um ein Oxydieren der zi
beobachtenden Fläche zu verhindern. Nach Ablauf dei Halte/eil wurden die Proben mit Wasser abgeschreckt.
Die Proben wurden vor der Aushärtuni; an dei
Beobachtungsfläche geschliffen und poliert. Die Hälfte
der Proben wurde vor der Erwärmung mit NaOH geätzt, die andere Hälfte zum Zwecke einer thermischen
Ätzung ungeätzt belassen.
Es hat sich gezeigt, daß die dann tatsächlich -, eintretende thermische Ätzung beim Lösungsglühen
den besten Aufschluß über die metallurgischen Vorgänge gibt, die sich dabei abspielen.
An mehr als 100 Proben wurde laboratoriumsmäßig eine Aushärtung immer unter dauernder Beobachtung κι
durch das Mikroskop durchgeführt. Die Untersuchungen wurden so durchgeführt, daß bei Konstanthaltung
aller anderen Parameter je ein Parameter verändert wurde.
Diese Parameter sind: π
1. die Aufwärmzeit
2. die Lösungstemperatur
3. die Haltezcit und
4. die Abschreckzeit >o
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind folgende:
Das Aufwärmen auf die Lösungstemperatur bei einer Materialstärke von 2 mm wurde, nach informativen
Versuchen zur Feststellung der ungefähren Minimal- r,
bzw. Maximalaufwärmzeiten, in dem Zeitintervall von 5 bis 60 Sekunden durchgeführt. Die Minimalzeit von 5
Sekunden konnte nicht unterschritten werden, da die zur Verfügung gestandenen induktiven Erwärmungseinrichtungen
bei dieser Aufwärmzeit bereits die Grenze jn ihrer Leistungsfähigkeit erreicht hatten. Auf Grund der
Versuchsergebnisse kann jedoch gesagt werden, daß eine weitere Verkürzung der Aufwärmzeit möglich ist.
Diese Zeitverkürzung darf jedoch nicht so weit gehen, daß die dadurch zwangsläufig erhöhte Lösungstempera- r,
tür die Solidustemperatur überschreitet.
Die Dauer der Aufwärmzeit auf die Lösungstemperatur hat auf die eigentlichen metallurgischen Prozesse,
die zu einer Aushärtung führen, keinen wesentlichen Einfluß. Diese Prozesse vollziehen sich erst bei der
Lösungstemperatur während der Haltezeit.
Die Behauptung, daß die Aufwärmzcit keinen wesentlichen Einfluß auf den Aushärtevorgang ausübt,
hat eine gesetzmäßige physikalische Begründung, und zwar: 4-,
Erst wenn das für eine Aushärtung notwendige Zusatzelement in genügender Menge in feste Lösung
gegangen ist, ist die Voraussetzung für eine wesentliche Aushärtung gegeben.
Aus der F i g. 3 ist das prozentuelle Lösungsvermögen -,»
von Aluminium für Kupfer in Abhängigkeit von der Temperatur ersichtlich. Es erfolgt ein stetiger Anstieg
des Lösungsvermögens mit steigender Temperatur bis zu der eutektoiden Temperatur von 5480C. Die
eutektoide Temperatur darf bei einem Lösungsglühen «
nicht erreicht oder überschritten werden, da es ansonst zu Anschmelzungen kommt. Der größte Aushärtungseffekt
ist demnach knapp unterhalb der eutektoiden Temperatur zu erwarten.
Es wurde bereits erwähnt, daß der Lösungsvorgang Wl
ein zeit- und temperaturabhängiger Vorgang ist. Je langsamer die Aufwärmung erfolgt, bei um so
niedrigerer Temperatur kann wohl der Lösungsvorgang einsetzen, die Menge der gelösten Substanz kann aber
durch die Aufwärmgeschwindigkcil nicht beeinflußt b5
werden, da das Lösungsvermögen nicht zeit-, sondern allein temperaturabhängig ist.
Es ist daher erklärlich, daß die Aufwärmzcit keinen wesentlichen Einfluß auf den eigentlichen Aushärlevorgang
hat, da dieser — abgesehen von entsprechenden Verfahrensmaßnahmen — in erster Linie von der
Menge des gelösten Legieriingselemcntes abhängt.
Diese Erklärung findet ihre vollkommene Bestätigung durch die mikroskopische Beobachtung.
Je langsamer die Atifwärmung erfolgt, bei um so
niedrigerer Temperatur sind Gefügeveränderungen bis zu einer unteren Gren/ieniperatur bemerkbar. Unterhalb
dieser Grenzlemperalur ist das Lösungsvermögen so weit abgesunken, daß auch bei sehr langsamer
Aufwärmung kaum wesentliche Veränderungen des Gefüges erkennbar sind. Die Höhe dieser Grenztemperatur
hängt von dem Lösungsvermögen einer Legierung für ein bestimmtes Legierungselement ab. Die Gefügeänderungen
treten um so zögernder ein, je langsamer der Aufwärmprozeß verläuft und vermehren sich relativ
langsam bei steigender Temperatur.
Bei der untersuchten Legierung konnten auch bei langsamster Aufheizung unterhalb 4000C praktisch
keine Gefügeveränderungen wahrgenommen werden. Dies steht in sehr guter Übereinstimmung mit dem
Löslichkeitsvermögen von Aluminium für Kupfer. Wie aus dem Löslichkeitsschaubild der F i g. 3 ersichtlich ist,
erfolgt ein gekrümmter Anstieg des Lösungsvermögens bis ungefähr 4000C. Bei dieser Temperatur sind erst
ungefähr 1,6% Kupfer in Lösung gegangen. Erst von 400°C aufwärts erfolgt ein wesentlicher, geradliniger
Anstieg des Lösungsvermögens bis zur eulektoiden Temperatur. Dieser geradlinige Anstieg des Lösungsvermögens ist bereits im Mikroskop durch Gefügeänderungen
erkennbar.
Ganz anders stellen sich die Erscheinungen im Mikroskop bei schneller Aufheizung dar. Dadurch, daß
durch die schnelle Aufwärmung die für den Ablauf des Diffusionsprozesses notwendige Zeit bei 4000C nicht
zur Verfügung steht, wird das Einsetzen des Lösungsvorganges zu höheren Temperaturen verschoben.
Verläuft die Aufheizung sehr rasch, so setzt erst bei Erreichung der optimalen Lösungstemperatur der
Lösungsvorgang schlagartig ein. Im Mikroskop ist dann ein plötzlicher Umschlag des Gefüges erkennbar,
während sich vorher keinerlei Gefügeänderungen zeigten.
Die optimale Lösungstemperatur wurde mit rund 545°C festgestellt.
Die minimalste Haltezeit betrug ungefähr 3 Sekunden.
Die Haltczeit von 3 Sekunden gegenüber einer Haltezeit von 2 Minuten bei den gleichen Materialstärken
beim Lösungsglühen in einem Salzbad bedeutet eine Verkürzung der Haltezcit auf den vierzigsten Teil,
wobei innerhalb von 3 Sekunden nicht nur ein Lösungsglühen wie im Salzbad, sondern eine vollkommene
Aushärtung vorgenommen wurde.
Die Mikrohärtewerte nach dieser Aushärtung ergaben die gleichen und sogar etwas höhere Werte als die
einer üblichen Aushärtung. Die Mikrohärte (Belastung des Prüfdiamanten 100 p) betrug 81 -83kp/mm2.
Das GefUgc der so ausgehärteten Legierung ist feiner als das Gefüge nach einer üblichen Aushärtung. Dieser
Effekt findet seine Erkläiung in der Schnelligkeit, mit der sich der gesamte Aushärteprozeß abspielt. Schliffbilder,
die das Gefüge nach einer üblichen Aushärtung zeigen, lassen noch Korngrenzen erkennen. Wird die
Aushärtung nach dem erfindungsgemäßcn Verfahren durchgeführt, so sind in den Schliffbildern keine
Korngrenzen zu erkennen. Dies beweist, daß so
ausgehärtete Legierungen einen höheren Korrosionswiderstand aufweisen als üblicherweise ausgehärtete
Legierungen.
Vor der Aushärtung waren im Bruch der Legierung deutlich orientierte Gleitlinien erkennbar. Nach der
induktiven Aushärtung waren keine Gleiilinicn sichtbar,
es lag ein homogenes feinkörniges Gefüge vor. Die durch Wasser er/ielte Abschreckgesehwindigkeit war
vollkommen ausreichend.
Die gleichen Resultate, die bei der hier angegebenen
Legierung erzielt wurden, wurden auch bei anderen aushärtbaren Legierungen erreicht.
Manchmal kommt es während des Gusses einer Legierung zu starken Krisiullseigerungen und damit zu
massiven Ausscheidungen an den Korngrenzen. Dadurch wird eine Aushärtung einer Legierung im
Gußzusland oft sehr erschwert. Durch die Anwendung eines Kunstgriffes, der darin besteht, die an den
Korngrenzen ausgeschiedenen Substanzen vor der Aushärtung zu zertrümmern, erfolgt dann die Aushärtung
wieder leicht.
Nachdem durch Laboratoriumsuntersuchungen der erfindungsgemäße Gedanke erhärtet und die für das
Verfahren entscheidenden Parameter erfaßt wurden, konnte an einer Großversuchsanlage die produktionsmäßige
Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens geprüft werden.
Ausgehärtet wurde Stangenmaterial im kontinuierlichen Durehlaufverfahren, wobei die Stangen durch eine
Induktionsspule liefen. Die Frequenzen der Induktionsströme betrugen in Abhängigkeit von dem Slangendurchmesser
500— 2000 Hz und die notwendige stündliche Leistung für die Aushärtung rund 300 kW.
Die Dimensionen der Stangen, der Durchsatz und die
spezifische Leistung sind nachstehender Tabelle zu entnehmen:
Stangen-
-, durchmesser
-, durchmesser
Durchsatz
kg/h
Spezifische
Leistung
kW/kg und h
Leistung
kW/kg und h
600 | 0,50 |
690 | 0,44 |
730 | 0,42 |
Bei der gleichen Leistung von 300 kW werden in Abhängigkeit vom Stangendurchmesser verschieden
große Durchsätze erzielt. Dies hängt damit zusammen, daß die elektromagnetische Ankopplung bei größeren
Durchmessern besser ist.
Für ein Lösungsglühen allein ohne Wärmeaushärtung ist im Salzbad bei einem Badinhalt von 5000 kg eine
spezifische Leistung von 0,52 kW/kg und h notwendig, wobei der stündliche Durchsatz nur rund 100 kg beträgt.
Auch bei den Großversuchen wurden die gleichen Resultate wie im Laboratorium erzielt, demnach eine
maximale Aushärtung in einem einzigen Verfahrensschritt.
Bei dem bisher üblichen Lösungsglühen muß Stangenmaterial nach seiner Herstellung vor Einbringung in
ein Salzbad in Stücke geschnitten werden. Auch dieser Arbeitsgang entfällt bei Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens bei einer Durchlauferwärmung.
Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet eine neue Technologie der Aushärtung von Legierungen, verbunden
mit wesentlichen technologischen und wirtschaftlichen Vorteilen und ist in einem betrieblichen Produktionsgang
anwendbar.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (16)
1. Verfahren zum Aushärten von Legierungen
unter Einwirkung magnetischer Wechselfelder und/ oder elastischer Schwingungsfelder, dadurch
gekennzeichnet, daß die Legierung während des lediglich aus einem Lösungsglühen mit anschließendem
Abschrecken bestehenden Aushärtungsprozesses dem Einfluß eines oder mehrerer magnetischer
Wechselfelder und/oder elastischer Schwingungsfelder ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Wechselfelder und
elastischen Schwingungen in der Legierung durch elektromagnetische Induktion erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch V dadurch gekennzeichnet,
daß die magnetischen Wechselfelder und elastischen Schwingungen in der Legierung durch
konduktive Zuführung eines Wechselstromes erzeugt werden.
4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Wechselfelder und
elastischen Schwingungen in der Legierung dadurch erzeugt werden, daß sie in das Feld eines Magneten
von dauernd wechselnder magnetischer Polarität eingebracht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Wechselfelder und
elastischen Schwingungen in der Legierung dadurch erzeugt werden, daß eine Relativbewegung zwischen
dem Magnetfeld eines Magneten gleichbleibender Polarität und der in dieses Magnetfeld
eingebrachten Legierung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen
Wechselfelder und elastischen Schwingungen in der Legierung durch gleichzeitige Einwirkung
zweier elektrischer Ströme erzeugt werden, wobei die Frequenz des einen Stromes der für die
Erwärmung optimalen Frequenz entspricht und die Frequenz des zweiten Stromes auf die Resonanzfrequenz
der Legierung abgestimmt ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Legierungen
mit mehreren Resonanzfrequenzen die magnetischen Wechselfelder und elastischen Schwingungen durch gleichzeitige Einwirkung mehrerer
elektrischer Ströme verschiedener Frequenzen erzeugt werden, wobei die Frequenz des einen
Stromes der für die Erwärmung optimalen Frequenz entspricht und die Frequenzen der anderen Ströme
auf die Resonanzfrequenzen der Legierung abgestimmt sind.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 2, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Induktionsströme
entweder gleichzeitig über eine einzige oder über mehrere Induktionsspulen geführt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen
Wechselfelder und elastischen Schwingungen in der Legierung durch lastgeführte statische
Umrichter mit gleitender Frequenz erzeugt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für den
Aushärtungsprozeß notwendige Wärme in der Legierung durch .selbstgeführte statische Umformer
mit starrer jedoch regelbarer Frequenz erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß die elastischen .Schwingungen in der Legierung dadurch erzeugt werden, daß sie dem
Schallfeld eines Schallgebers ausgesetzt sind.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Schwingungen in der
Legierung durch mechanische Beeinflussung, beispielsweise durch Vibration, erzeugt werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für den
Aushärlungsprozeß notwendige Wärme in der Legierung durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung,
Durchleitung eines Gleichstromes, oder durch Kombination dieser Wärmequellen erzeugt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für den
Anshärtungsprozeß notwendige Wärme in der Legierung durch die gleichzeitige Einwirkung von
Wirbelströmen bzw. Wechselströmen und Gleichströmen erzeugt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung
vor der Einwirkung von magnetischen Wechselfeldern und/oder elastischen Schwingungen einer
Vorerwärmung ausgesetzt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer
des Aushärtungsprozesses in der Größenordnung von Sekunden liegt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT185468A AT309837B (de) | 1968-02-27 | 1968-02-27 | Verfahren zur Aushärtung von Legierungen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1908473A1 DE1908473A1 (de) | 1969-09-18 |
DE1908473B2 true DE1908473B2 (de) | 1978-02-16 |
DE1908473C3 DE1908473C3 (de) | 1978-09-21 |
Family
ID=3522436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1908473A Expired DE1908473C3 (de) | 1968-02-27 | 1969-02-20 | Verfahren zum Aushärten von Legierungen |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3801382A (de) |
AT (1) | AT309837B (de) |
BE (1) | BE729036A (de) |
CH (1) | CH493635A (de) |
DE (1) | DE1908473C3 (de) |
FR (1) | FR2002681A1 (de) |
GB (1) | GB1257261A (de) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4090889A (en) * | 1976-11-12 | 1978-05-23 | Chrysler Corporation | Forming of high strength aluminum alloy |
EP0151759B1 (de) * | 1979-10-13 | 1990-01-03 | Inoue Japax Research Incorporated | Verfahren zur Behandlung magnetischer Wirkstoffe und Vorrichtung dafür |
US5785776A (en) * | 1996-06-06 | 1998-07-28 | Reynolds Metals Company | Method of improving the corrosion resistance of aluminum alloys and products therefrom |
US6702980B2 (en) * | 2002-04-30 | 2004-03-09 | Martinrea Industries, Inc. | Annealing apparatus |
MY157620A (en) * | 2006-01-31 | 2016-06-30 | Cytochroma Dev Inc | A granular material of a solid water-soluble mixed metal compound capable of binding phosphate |
DE102006006849A1 (de) * | 2006-02-15 | 2007-08-16 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Ausscheidungshärten von hochlegierten Nichteisenmetallen |
CN100449009C (zh) * | 2007-04-17 | 2009-01-07 | 武汉晶泰科技有限公司 | 电磁场在提高金属材料寿命上的应用 |
CN100489124C (zh) * | 2007-04-17 | 2009-05-20 | 武汉晶泰科技有限公司 | 一种利用电磁场提高金属材料耐磨性能的方法 |
-
1968
- 1968-02-27 AT AT185468A patent/AT309837B/de not_active IP Right Cessation
-
1969
- 1969-02-19 CH CH263469A patent/CH493635A/de not_active IP Right Cessation
- 1969-02-20 DE DE1908473A patent/DE1908473C3/de not_active Expired
- 1969-02-25 GB GB1257261D patent/GB1257261A/en not_active Expired
- 1969-02-26 FR FR6904910A patent/FR2002681A1/fr not_active Withdrawn
- 1969-02-27 BE BE729036D patent/BE729036A/xx unknown
-
1971
- 1971-12-06 US US00205055A patent/US3801382A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2002681A1 (de) | 1969-10-31 |
DE1908473C3 (de) | 1978-09-21 |
GB1257261A (de) | 1971-12-15 |
DE1908473A1 (de) | 1969-09-18 |
AT309837B (de) | 1973-09-10 |
CH493635A (de) | 1970-07-15 |
BE729036A (de) | 1969-08-01 |
US3801382A (en) | 1974-04-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1908473C3 (de) | Verfahren zum Aushärten von Legierungen | |
DE2219275C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines stengelförmigen Kristallgefüges und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
DE2701621A1 (de) | Stranggussverfahren | |
EP3814544A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines aluminiumbands mit hoher festigkeit und hoher elektrischer leitfähigkeit | |
EP1877209B1 (de) | Verfahren zum herstellen von masseln und masseln | |
EP0499117B1 (de) | Verfahren zum kontinuierlichen Stranggiessen von Kupferlegierungen | |
DE2115208A1 (de) | Verfahren zum Herstellen von Strangguß aus Stahl und anderen Metallen und Vornch tung zur Ausübung des Verfahrens | |
EP4168193A1 (de) | Aktuator für eine gussform zur herstellung metallischer bauteile | |
DE1803473A1 (de) | Verfahren und Einrichtung zum Metall-,insbesondere Stahl-Stranggiessen | |
DE857839C (de) | Verfahren und Vorrichtung zum elektro-induktiven Erhitzen von Werkstuecken | |
DE972054C (de) | Anordnung zum Homogenisieren von Metallschmelzen | |
DE2501603C3 (de) | ||
DE2812279C3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Erstarrens eines gegossenen metallischen Werkstoffstückes | |
DE1608152C3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur schmelzmetallurgischen Herstellung genau zusammengesetzter Legierungen unter Einwirkung von Schallschwingungen | |
DE1932015A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Bimetallaeufern elektrischer Maschinen und Anlage zu dessen Durchfuehrung | |
DE1419289A1 (de) | Verfahren zum Herstellen dotierter Halbleiterkoerper | |
DE1191970B (de) | Vorrichtung zur Schmelzbehandlung von Metallen | |
DE2212310A1 (de) | Verfahren zur beeinflussung des radialen widerstandsverlaufes in einem halbleitereinkristallstab beim tiegelfreien zonenschmelzen | |
DE10110756A1 (de) | Wärmebehandlung von übereutektischen Al-Si-Legierungen | |
DE2511832C3 (de) | Verfahren zum Erhöhen der Festigkeit von metallischen Werkstoffen | |
AT264149B (de) | Verfahren, Elektroden und Anlage zur Elektroschlackenumschmelzung von Metallen oder Legierungen in einem gekühlten Metallkristallisator | |
DE1172435B (de) | Verfahren zum Herstellen von feinkoernigem Berylliumblech mit regelloser Kristallorientierung | |
DE1807286C3 (de) | Verwendung einer gerichtet erstarrten Aluminium-Cer-Legierung | |
DE2519444C3 (de) | Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit von Gußstucken | |
AT286057B (de) | Verfahren zum Entzundern bzw. zu Oberflächenabtragung von Halbzeug aus Stahl |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |