DE1912541A1

DE1912541A1 - Heiss bearbeitbare Aluminiumlegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1912541A1
Application number: DE19691912541
Authority: DE
Inventors: Fetzer Maurice Charles Spokane; Westerman Edwin James Yeradale
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Priority date: 1968-03-13
Filing date: 1969-03-12
Publication date: 1969-10-09
Also published as: US3542606A; FR2003806A1; GB1211058A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine heiß bearbeitbare Aluminiumlegierung und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung und die große Festigkeit besitzt, schweißbar ist und eine hohe Beständigkeit gegen Spannungskorrosion aufweist. Durch Regelung der Zusätze an Zink, Magnesium und Mangan in einer Aluminiumlegierung und durch Bearbeitung der Legierung oberhalb ihrer Solvustemperatur kann man hohe Festigkeiten erzielen, wenn man daran anschließend eine Abkühlung an der Luft und eine natürliche oder künstliche Alterung anschließt. Die hohen Festigkeiten von Aluminiumlegierungen erhält man ohne Verzerrung oder Werfung der Gegenstände. Die hohen Festigkeiten von Aluminiumlegierungen der Erfindung erhält man ohne besondere oder anschließende

WR/Si

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Lösungsmittelwärmebehandlung und Abschreckung nach der Be- ■ arbeitung, so daß Investitionen für teure Öfen und zusätzliche Einrichtungen eingespart werden. Z. B. können stranggepreßte Legierungen an der Luft gekühlt werden, Platten können nach dem Heißwalzen an der Luft abkühlen, und Schmiedestücke können, nachdem sie aus der Schmiedepresse kommen, ebenfalls an der Luft abkühlen. Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für Betriebe, die keine Lösungsmittelwärmebehandlungsöfen und Abschrecktanke besitzen oder einrichten können.

Es ist seit langem bekannt, daß Aluminiumlegierungen, welche beträchtliche Mengen an Zink und Magnesium enthalten, hohe Festigkeiten aufweisen, wenn sie einer Lösungswärmebehandlung und Alterung unterworfen werden. Obgleich Legierungen, die in einer Lösung wärmebehandelt und gealtert wurden und dem System Al-Zn-Mg angehören, hohe mechanische Festigkeiten zeigen, sind sie doch außerordentlich empfindlich gegen Spannungskorrosion, d. h. die Legierungen neigen dazu, rissig zu werden, wenn sie gleichzeitig einer Zugspannung und korrodierenden Bedingungen ausgesetzt sind. Das Problem der Verbesserung des Legierungssystems Al-Zn-Mg, d. h. die Vereinigung von hoher Festigkeit mit verbesserter Beständigkeit gegen Spannungskorrosion, ist ausgiebig untersucht worden. Es sind verschiedene Legierungselemente dieser ternären Legierung in dem Bestreben zugesetzt worden,

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ihre Beständigkeit gegen Spannungskorrosion zu verbessern. Ea Bind auch verschiedene Verfahren zur Lösungsmittelbehandlung, Abschreckung und Alterung vorgeschlagen worden, um diesen Nachteil zu verringern.

Legierungselemente.üben einen starken Einfluß auf Legierungen des'Al-Zn-Mg-Systems aus. Allgemein ist Kupfer ein solches Zusatzelement für solche Legierungen, wodurch die Festigkeit bei schneller Abschreckung erhöht und auch die Beständigkeit gegen Spannungskorrosion verbessert wird. Kupfer erhöht jedoch die Empfindlichkeit einer Al-Zn-Mg-Legierung hinsichtlich der Abschreckgeschwindigkeit, d. h. es wird notwendig, die Legierung nach der Lösungsmittelbehandlung sehr schnell abzuschrecken, damit man die erwünschte hohe Festigkeit erhält.

Es ist ferner bekannt, Al-Zn-Mg-Legierungen eine kleine Menge Chrom zuzusetzen, um die Spannungskorrosion zu beseitigen. Die Chromzugabe hat jedoch den Nachteil, daß sie zwar dieses Problem löst, aber ein neues schafft. Wenn Chrom in eine Legierung gegeben'wird, wird die Empfindlichkeit der Legierung gegenüber der Abschreckgeschwinäigkeit weiter erhöht. Schnelles Abschrecken wird aber schwierig, wenn es sich um Metallgegenstände bandelt, die einen großen Querschnitt haben und sehr dick sind, z. B. schwere .Schmiede- oder Gußstücke oder dicke Plattenteile. Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine

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Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung zu schaffen, die hinsichtlicb der Abschreckgescbwindigkeit keine Ansprüche stellt, also praktisch unempfindlich ist, an der Luft abkühlen gelassen werden kann, wobei sich der Festigkeitspegel nicht ändert, Beständigkeit gegen Spannungskorrosion, vorhanden ist, die ferner strangpreßbar und schweißbar ist. Die Erfindung richtet sich auf eine heiß bearbeitbare kupfer- und chromfreie Aluminiumlegierung, welche im wesentlichen Zink und Magnesium enthält und in Mengen in Gewichtsprozent, die in dem ternären Diagramm der ?ig. 1 innerhalb der Zone enthalten sind, welche durch die Linien A-B, B-C, G-I) und D-A begrenzt ist sowie 0,2 bis 0,5 $> Mangan, während der Rest aus Aluminium und den normalen Verunreinigungen besteht, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung von heiß bearbeitbaren Gegenständen aus einer solchen Legierung.

Erfindungsgemäß wird bei einer Legierung, die als wesentlichste Legierungsbestafteile Zink, Magnesium und Mangan enthält, die Abschreckempfindlichkeit der Legierung soweit herabgesetzt, daß Abkühlung an der Luft des auf Bearbeitungsteriiperatur befindlichen Metallgegenstand β S₉ der oberhalb der Eolvustemperatur liegt, ermöglicht, indem man innerhalb des kritischen. Bereichs zwischen 316 und 2O^ O die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 0,06

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bis 0,66° G/sec. vor sieb gehen läßt.

Dadurch ist es möglich, daß ein heiß bearbeiteter Legierungsgegenstand anschließend gealtert -werden kann, so daß er eine hohe "Festigkeit erhält, ohne daß sich an die. Bearbeitung eine Lösungswärmebehandlung anschließen muß. Derartige Legierungen zeigen eine hohe Beständigkeit gegen Spannungskorrosion und lassen sich ferner gut strangpressen und schweißen. Legierungszusammensetzungen gemäß der Erfindung, die besonders geeignet zum Strangpressen sind, bestehen im -wesentlichen aus Zink und Magnesium in Mengen, die sich aus dem ternären Diagramm der Pig. 1 ergeben, und zwar innerhalb des Bereichs, der durch die Linien UX, XY, YZ und ZU begrenzt ist, aus 0,20 bis 0,50 % Mangan und dem Rest Aluminium mit den normalen Verunreinigungen. Eine allgemein verwendbare Legierung, die sich heiß bearbeiten läßt, insbesondere walzen läßt und die hohe Beständigkeit gegen Spannungskorrosion besitzt, besteht im wesentlichen aus Zink und Magnesium in den Mengen dieser Legierung, welche in dem ternären Diagramm der Pig. 1 innerhalb des Bereichs enthalten ist, der durch die Linien AU, UV, UW, WD und DA begrenzt ist sowie aus 0,20 bis 0,50 fo Mangan und dem Rest aus Aluminium und den normalen Verunreinigungen.

Die Erfindung wird mit Bezug auf Pig. 1 beschrieben, die ein tsrnäres Diagramm zeigt, in das die Zink- und Magne-

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siummengen der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung eingetragen sind. Der Bereich, der durch die Linien AB, BG, CB und DA begrenzt ist, bestimmt die Zink- und Magnesiumgehalte der erfindungsgemäßen Legierungen, wogegen der Bereich, der durch die Linien AU, UV, VW, WD .und DA begrenzt ist und die Linien UX, XY, YZ und ZW die Zink- und Magnesiumgebalte der Legierungen (innerhalb des weiteren Bereiches) begrenzt, die besondere Eigenschaften aufweisen und/oder die insbesondere für einen bestimmten Heißbearbeitungsprozeß geeignet sind.

Pig. 2 ist ein Diagramm, welches die Wirkung der Vorwärmung und die Legierungszusätze von Chrom und Mangan ■ auf die Streckgrenze einer Al-Zn-Mg-Legierung zeigt bei Kühlen an der Luft und künstlicher Alterung (-15-Iemperung) in Form einer 2 1/2 cm dicken Platte.

Die Erfindung bezieht sich auf einen großen Bereich von Al-Zn-Mg-Mn-Legierungen, die eine minimale Empfindlichkeit hinsichtlich der Abschreckgeschwindigkeit zeigen uid dennoch hohe Festigkeiten und Beständigkeit gegen Spannungskorrosion, sich zum Strangpressen eignen und schweißbar sind.·

Die geringe Empfindlichkeit der Abschreckgeschwindigkeit kann für einen Fabrikanten von Mutzen sein bei beiß zu bearbeitenden Aluminiumlegierungen, insbesondere, wenn diese Gegenstände großen Querschnitts darstellen. So können

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ζ. B. die Kosten für einen Ofen zur Lösungswärmebehandlung eingespart werden, wenn das Halbzeug an der Luft abkühlen gelassen werden kann.· Auf diese Weise können Strangpreßlinge, wie sie aus der PiEßmatrize herauskommen, an der Luft abkühlen und auch die Platte, die heiß gewalzt worden ist, kann an der Luft, abkühlen. Die Solvustemperatur von Al-Zn-Mg-Mn-Legierungen gemäß der Erfindung liegt im allgemeinen unterhalb 370° C, eine Temperatur, die im Bereiche der Heißbearbeitung liegte Große heiß verformte Werkstücke, beispielsweise Kugelteile für die Tieftemperaturtecbnik, können von ihrer Bearbeitungstemperatur direkt an der Luft abkühlen. Die Gefahr, daß sich das Verkstüek durch die plötzliche Abschreckung mit Wasser wirft, wird vermieden.· Legierungen gemäß der Erfindung können vorteilhaft in komplexen Schweißkonstruktionen beispielsweise als Maschinenrahmen, verarbeitet werden» Nach dem Schweißen kann die Konstruktion durch Kühlung an der Luft ei'asri Wärmebehandlung unterzogen werden, ohne daß durch ä,u; Abschreckung mit Wasser die Gefahr eines Verziehens besteht. Die Zusammensetzung der Legierungen gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus Zink und Magnesium in Mengen, die solchen Legierungen entsprechen, die im Bereiche der Zone, die durch die Linien A-B₅ B-C, D-C und D-A des ternären Systems der Mg. 1 enthalten sind sowie aus 0,2 bis 0,5 % Mangan und dem Rest aus Aluminium und den normalen Verunreinigungen.

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Die Legierungen der vorliegenden Erfindung sind kupfer- und chromfrei¹. Unter kupferfrei soll verstanden werden, daß der Kupfergebalt-unterhalb 0,1 % liegt. Unter chrotnfrei soll verstanden werden, daß die Legierung weniger als 0,05 i° Chrom enthält.

Hinsichtlich der normal vorkommenden Verunreinigungen in Aluminiumlegierungen sollten deren Mengen in folgenden Bereichen liegen:

Element	höchstens	vorzugsweise
Silizium	0,30 io	0,10 io
Eisen	0,40 io	. 0,20 io
Titan	o,io io	0,04 io

Zirkon in geringen Mengen? d. h. höchstens 0,10 ?&, kann ein wünschenswerter Bestandteil sein, um insbesondere beim Strangpressen Rekristallisation zu vermeiden.

Die Erfindung ist besonders anwendbar für die Herstellung von Gegenständen hoher Festigkeit aus Al-Zn-Mg-Mn-Legierungen, die besondere Beständigkeit gegen Spannungskorrosion aufweisen uud deren Dicke 3,2 mm oder größer ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, da'i ein Körper aus einer Al-Zn-Kg-Mn-Leglerung auf eine Bearbeitung Temperatur erhitzt wird, die etwa oberhalb der Solvustemperatur der Legierung liegt, aber

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unterhalb der Incipienttemperatur (Ansohmelztemperatur) irgendeiner der Legierungspbasen, die vorliegen mögen, ■worauf das heiße Werkstück gekühlt wird mit einer Kühlgescbwindigkeit von 0,06 bis 0,66° C/sec. über den Temperaturbereich von 316 bis 204° G, worauf das Werkstück altern gelassen wird.

Vorzugsweise wird vor der Erwärmung des Werkstückes auf Arbeitstemperatur das Werkstück vorgewärmt auf eine hohe Temperatur für eine längere Zeitspanne, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereiche von 427 bis 510 0 für eine Zeitspanne zwischen 8 und 24 Stunden, um die Festigkeit des fertigen Werkstückes zu verbessern. Durch diese Wärmevorbehandlung wird das Metall homogenisiert hinsichtlich Zink und Magnesium. Wie weiter unten dargelegt werden wird mit Bezug auf Pig. 2, erhöht die Yorwärmebehandlung einer Al-Zn-Mg-Cr-Legierung die Abschreckempfindlichkeit ganz drastisch, sobald sie 0,2 °fi> Chrom enthält. Die Vorwärtnebehandlung verteilt offensichtlich das Chrom in einer Disr persion während des Abkühlens, die ein Prazipitat hervorruft, welches die Festigkeiten beeinträchtigt und das Zn und Mg enthält.

Die Abkühlung des heißen Werkstückes kann durch die umgebende Luft oder durch, einen Luftstrom erfolgen oder auch durch einen Luftstrom, der Feuchtigkeit etfbält. Es ■vmrde gefunden, daß Metallgegenstände gemäß der vorliegen-

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den Erfindung mit einer Dicke, die oberhalb von 25,4. mm liegt, beispielsweise bei 31»8 mm, ausreichend höbe Festigkeitseigenscbaften zeigen, wenn sie in der ruhenden luft abkühlen.. Bei größeren Dicken oder wenn eine schnellere Abkühlung dünnerer Querschnitte zur Erhöhung der Festigkeit gewünscht wird, kann der heiße Gegenstand auch vorteilhaft in einem Blasluftstrom abgekühlt werden. Vorzugsweise enthält dieser Blasluftstrom eine kleine Menge Feuchtigkeit, damit bei dicken Querschnitten die Äbkühlungsgeschwindigkeit erhöht wird. Der Metallgegenstand wird nach der Heißbearbeitung und dem Abkühlen gealtert, entweder durch einen natürlichen Alterungsproze-ß oder vorzugsweise durch eine Kombination aus einem natürlichen oder künstlichen Alterungsprozeß. Im letzteren Fall .besteht der natürliche Alterungsvorgang darin, daß man ihn etwa 1 bis 5 Tage, beispielsweise 2 Tage, liegen läßt und ihn dann künstlich altert, und zwar nach einem der nachfolgenden Verfahren:

a) 24 Stunden bei 121° C,

b) 48 Stunden bei 116° G oder

c) 8 Stunden bei 88 0 und anschließend 8 Stunden bei 150° 0 etwa.

Die Aufheizgeschwindigkeit auf die Temperatur sollte vorzugsweise weniger als 27 O/h betragen. Es wurde ge-

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funden, daß ein. schnelleres Aufwärmen niedrigere Festigkeitswerte hervorbringt.

Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel I

Zur Bestimmung der relativen Effekte von Mn- und Cr-Zusätzen auf die Beständigkeit gegen Spannungskorrosion als auch auf die Empfindlichkeit wurden Blöcke von 76 χ 177 x 711 mm hergestellt, welche jeweils 3 $> Zn, 1,7 % Mg, 4,5 f<> Zn und 2 fo Mg und 6 % Zn und 1 $> Mg enthielten. Die Zusammensetzungen dieser Blöcke, die mit Δ bis H bezeichnet sind, sind in Tabelle I zusammengestellt. Sie enthält die beabsichtigten Zusammensetzungen und die tatsächlichen Zusammensetzungen.

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Tabelle I

Zusammensetzungen von legierungen zur Bestimmung der relativen Effekte ■ von Chrom- und Mangan-Zusätzen

Tatsächliche Zusammensetzung in Gew.-

Si Pe Cu Mn Me Gr Zn Ti

	Block-Fr.	Beabsichtigte Zusammensetzung in Gew.-^ *	Zn	Kleine Anteile
	A	M_	4,50	0,30 Mn
	B C	2,00	4,50 6,00	0,20 Cr 0,30 Mn
86 06	D	2,00 1,00	6,00	0,20 Cr
	E	1,00	6,00	0,20 Cr
	P	1 ,00	4,30	0,30 Mn
100	1,70

0,11 0,19 0,01 0,29 2,09 0,01 4,51 0,04

0,11 0,19 0,01 0,01 2,04 0,19 4,40 0,04

0,11 0,18 0,01 0,30. 1,04 0,01 6,06 0,04 '

0,11 0,18 0,01 0,01 1,03 0,21 5,95 0,04 ι-

0,11 0,18 0,02 0,00 0,99 0,21 5,84 0,03 ^

0,10 0,18 0,01 0,29 1,71 0,01 4,34 .0,04 '

G 1,70 4,30· 0,20 Cr 0,10 0,20 0,01 0,01 -1,64 0,22 4,28 0,04

H 1,70 4,30 0,20 Cr ■ 0,11 0,18 0,02 0,00 1,71 0,21 4,24 0,03

.* Beabsichtigte Gehalte anderer Elementes 0,10. £> Si, 0,20 56 Pe, 0,00 % Cu, 0,04 % Ti.

Nach dem Gießen wurden die Blöoke geteilt,' und ein Teil eines jeden Blockes wurde 15 Stunden auf 480° 0 gebalten. Die andere Blockhälfte einer jeden Zusammensetzung wurde im nicht vorgewärmten Zustand verarbeitet. Die halben Blöcke wurden auf eine Dicke von etrwa 25 mm bei einer Temperatur von etwa 454° G ausgewalzt und bei ruhender luft nach dem letzten Walzendurchgang abkühlen gelassen. Die Abkühlgeschwindigkeit im Temperaturbereich von 316 bis 204° C betrug etwa 0,1° G (0,16° P)ZSeO. Mach 5 Tagen natürlicher Alterung wurden quergeschnittene Plattenstücke künstlich unter einer der unten aufgeführten Bedingungen gealtert, ehe Zugfestigkeits- und Spannungskorrosionstests vorgenommen wurden?

a) 48 Stunden bei' 116° G,

b) 8 Stunden bei 90° G und anschließend 8 Stunden bei 150° G.

Zusätzlich wurden weitere Plattenproben nach 60 Tagen natürlicher Alterung geprüft.

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Tabelle II

O
CD
CO

Wirkung kleinerer Legierungselemente, Vorwärmung und künstliche Alterungen auf die ffestigkeitseigenschaften an der Luft getemperter Al-Zn-Mg-Legierungen

Festigkeitseigenschaften in Querrichtung einer an der Luft gekühlten Platte von 25,4 mm Dicke

Block Legierungsart kleine vorge-Ur. Zusätze wärmt

A
B
B

C
0
3)

VJl

4,5$ Zn-2.0$ Mg 0,3$ Mn ja ¹¹ » nein " 0,2$ Gr ja ¹¹ " nein

6,0$ Zn-1.0$ Mg 0,3$ Mn ja

" nein 0,2$ Cr ja " nein

Mg O,3?6 Mn ja " nein

0,2?$ Cr ja " nein

künstliche Alterung 48 Stunden bei 1160 c*

Zugfe- Streek-Strekstiggrenze kung keit 2 P^ ^auf kg/mm kg/mm 50,8 mm (2 in.)

28,6 27,9 19,0 30,4

32,0 28,7 29,2 32,7

29,3 27,1
19,2 29,7

10,2 9,5

12,4 9,9

9,9

9,6

10,6

10,2

10,3 10,0

12,4 1.0,0

künstliche Alterung

8 Stunden bei 91°C und

8 Stunden bei 149 C *

Zugfe-. Streck-Strek- ■ stigkeit grenze kung kg/mm^ kg/mm % auf

50,8 mm . (2 in.)

37,7 37,6 29,8 38,5

57,3 34,6 34,9 37,1

37,8 36,3

31,0

37,1

30,5 30,2 21,7 32,0

31,4 28,5 28,8 31,8

31,1 29,6

22,1 30,9

9,1 8,8

11,4 9,2

9,6

9,9 10,6

10,3

9,6 9,6

11,4 9,9

Alle Platten 5 Tage natürlich gealtert; Aufwärmgesohwindigkeit etwa 18° C/h.

Tabelle II zeigt Eestigkeitseigenscbaften künstlich gealterter Legierungen. Es. ist zu erkennen, daß bei den legierungen, die Chrom enthalten, der Vorv/ärmvorgang die Empfindlichkeit in bezug auf die Abschreckgesobv/indigkeit stark erhöhte, und zwar bei solchen Legierungen, welche 1,7 1° und 2,0 i> Mg enthalten. Die Tabelle zeigt ferner, äaß die Vorwärmung die iestigkeitseigenschaften der Mn ■ enthaltenden Legierungen verbessert. Die drei Al-Zn-Mg-Mn-Legierungen zeigen ähnliche Festigkeiten.

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Tabelle III

Relative Wirkung von Mn und Cr auf die Festigkeitseigenschaften von an der luft gekühlten und natürlich gealterten, an der Luft getemperten Legierungen

Natürliche Alterungszeit 60 Tage

Block Nr.	Legierung	kleine Zusätze	Mn	vorgewärmt	Zugfestigkeit kg/mra2	Streckgr. kg/mm²	Streckung io auf 50,8 mm·· (2 in.)	I	.1 «· M
A	4,556 Zn-2,	0$ Mg Ο,3?6		ja	35,4	21,0	13,1	B	M <l W ** M
A	ti	ti	Cr	nein	35,4	21,0	13,0	I	- -1 -f a*
B	η	0,2^-		ja	31,9	18,2	13,7		j
B	If ■	Il	Mn	nein	34,9	21,1	14,0	*% '■ /^JY* a ^ -*
C	6,0$ Zn-1,	Ofo Mg Ο,3?6		ja	37,7	23,1	12,0
C	et	91	Gr	nein ·	36,2	22,5 .	12,1
D	ti	"Ό,2^		ja	35,8	21,8"	11,9
E ,	S!		Mn	nein	36₅4	23,3	11,3
P	4₉3$ Ztt-1,	7% Mg Oj 3^		ja	34,8	21,8'	13,1
F	Cl		Ge	uein '	34,0 '	21,6	13_s0
G		o_s 2*		ja	■31*4	17,9 .	12,7
H		ti	nein	33,2	21,7	13,7

ft ti

Tabelle III zeigt Zugfestigkeits-werte der drei Al-Zn-Mg-legierungen nach einer natürlichen Alterung von 60 lagen» Die Ergebnisse zeigan einen ähnlichen Trend wie jene9 die an äen künstlich gealterten Proben gemessen -wurden, und zwar in den folgenden Beziehungen^

a) Die vorgewärmten legierungen -welche O₉Z % Chrom und 1₉7 bis 2 fo Mangan enthielten besaßen eine geringere festigkeit₉

b) die Yorwärmung erhöhte die festigkeit der Mn enthaltenden Legierungen und

c) die legierung mit 6 % Zn₉ 1 96 Mg und 0_s3 #

Mn zeigte die besten £estigkeitseigenschaften.

Spannungskorrosionsprüfungen wurden an den Proben durchgeführt9 und die Ergebnisse sind in Tabelle I? zusammengefaßt»

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!Tabelle IY

Wirkung von Mn unö Gr auf die Beständigkeit gegen Spatmungskorrosicm von'an der Luft getemperten legierungen

(O-fösraige Ringe aus einer Platte von 25,4 mm Dieke, die 6 Monate in einer 6 $igen HaOl^LSsung .eingetaucht paar)

Block	Legierung	Zttsats	3# « 2$	Mn Or	vorge·= fiärat	Foa fehler	Mo₀ Probe im Se st	Pehlerzeiten	0/4 0/4 0/4	ο ,0 kg/mm
			2$ st	Me Cr		-i4* 10>5 ₂ 17,5 _;	j 17,5 kg/mm²	21	17d 4/4;1 4/4; 5 15 td 4/4; 3/4;
A 4 A B	,55* Zn-2_?0$ Mg ti	O₉ ο,	3$	Mn	3a nein nein	0/4 0/4 0/4 0/4 0/4 0/4	0/4 0/4 0/4	0/4 *C\ ί Λ*	,1,1,i22d ,5',5,98d 5,26,26,45a 5,98,168a
C 6 1	j O^ Zn- 1,-OjT]Hg η η ■	ο*	25S dm	Ge	ja nein	0/4 0/4 0/4 0/4 0/4 0/4 0/4 0/4	4/4;5,75,88,1 1/4;12d 4/4;5,73,111, i/4;168d	U/4 0/4
Ϊ¹ 4,	3#.Za-1,75* Mg	0,			0/4 0/4	0/4 λ/λ	18.42.75to
H	.η	0,	η© in , a© Ib aeia	U/4 U/4 ■ 0/4 0/4	0/4 0/4

S4 'beseiübaet ein Materialj Cel

LuftgeWiMlt ngob'iem ifalseE aaä aatürliebe Altering

ebes bei Umgebangsteraperatur natüj?liob gealtert ist« .

Mit Ausnahme von Ί,- YiUEden die Plattea.aaob üem H©iß?ral^©a aa der I&uft 'gekohlt_s

©iaen Monat, aattirliob gealte£t_s dato künstlich 8 Stunden bei 91° ¹C w&ü ueit@Ee

Jen tei 149° G .gealtertα ,Die Aiifheizgesohwinäigfesiit betriag 18© G/h*

Die Platt® des.'Blopfces I x-iuröe 5 Tage' nat.ürliob gealtert nach dem HeiB^alaen

48 S-fcuoäea bei 121° C, Me Aufbeiegesohwiiidigkeil; betrug 12®'-O/b";

Sn-1.^ 3%--3iögieEUO.g geigte eibebliob besser .die Beständigkeit gegen S

wenn sie in einem Sqhritt bei 116 oäer 121° 0 gealtert wfecL

mehr als 8

danach

Bie β ^

· Γ Γ "V

Zur Prüfung der Spannungskorrosionsbeständigkeit in Querrichtung einer Aluminiumlegierung beim Anliegen eines Spannungspegels unterhalb der elastischen Grenzen wurde ein G-Ring verwendet. Das "ist ein Mittel zur Bestimmung der Schwellenspannung der Spannungskorrosion von legierungen in verschiedenen Formen einschließlich Platten, Stranggießlingen und Schmiedestücken. Die Schwellenspannung ist als diejenige höchste Zugspannung definiert, bei der Spannungskorrosionssprünge innerhalb einer bestimmten Zeitspanne and Umgebung nicht in der Probe auftreten.

Zur Herstellung des C-Ringes wird von einem Metallstüok quer zur Bearbeitungsrichtung ein Block geschnitten. Dieser Block wird zu einem Zylinder bearbeitet und dann von der Stirnfläche aus durchbohrt. Der C-Ring wird dann auf die endgültigen Abmessungen bearbeitet und von dem Zylinder abgeschnitten. Öbglelefe <S@3 G-Ring in einer Arbeitsform ausgerichtet ist, um sichersugela@a_? daß die kurze Querorientierung der Körner mit der Mittellinie des C-Ringes zusammenfällt, werden Bolzenlöcher gebohrt und ein Stück von 60° aus der Probe herausgeschnitten, so daß sich ein G bildet. Die Bolzenlöoher liegen diametral einander gegenüber, und zwar am oberen und unteren Ende des G's» Ein Aluminiumschraube'nbolzea wird durch die Löcher gesteckt und eine Mutter aufgeschraubt. Die Mutter wird solange angezogen, bis ein© bestimmte Verringerung im äußeren Durchmesser ein-

r 20-

tritt, nämlich bis der gewünschte Pegel an angelegter Spannung erhalten ist.

!Dimensionen von verwendeten G-Ringen sind in Tabelle V enthalten.

	Außendurch- messer (mm)	Tabelle V	1,5	Bolzenloch- durchmesser (mm)	Breite C (ram)
	. 18,2	Innendurch- Dicke messer (mm) (mm)	1,5	5,2	20,0
1	. 23,8	15,0	2,3	5,2	20,0
2	. 30,8	21,0	2,3	6,7	20,0
3	. 36,5	26,2	2,3	6,7	20,0
4	.43,4	32,1		6,7	20,0
VJl		38,9

Die Spannungskorrosionsversuche sind in Tabelle zusammengefaßt und zeigen, daß der Mn-Zusatz Spannungskorrosionsbeständigkeit hervorruft, die wenigstens mit der vergleichbar ist, die durch einen Zusatz an Cr hervorgebracht wird.

Tabelle IV macht aber einige weitere bedeutende Aussagen, nämlich:

a) Bei dem T4~Material zeigt sich die 25 mm dicke Platte außerordentlich beständig gegen kurze

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Querspannungskorrosiorien. und zeigt nach einer sechsmonatigen Prüfung keinerlei Fehler.

b) Bei dem T5-Material waren die legierungen mit 5,4 % Zn und 2 % Mg und 4,3 % Zn und 1,7 % Mg erheblich beständiger gegen Spannungskorrosionssprünge als die legierung mit 6 % Zn und 1 % Mg.

o) Wenn -weder Mn noch Or oder ein Element mit ähnlichen Eigenschaften den festeren härtbaren legierungen der beschriebenen Art, beispielsweise Block I, zugesetzt -wird-, dann zeigt sich, daß die legierungen erheblich empfindlicher für Spannungskorrosionssprünge sind, selbst dann, wenn das Material in Form einer 25 mm dicken Platte an der luft kühlen gelassen wird, ehe es künstlioh gealtert wird.

Beispiel II

Ein Aluminiumblock von 40 Pfund Gewicht und einer Dicke von 76 mm etwa besitzt eine Zusammensetzung yon 6'% Zn, 1 $> Mg und 0,46 $> Mn, während der Rest aus Aluminium und den üblichen Verunreinigungen besteht. Dieser Block wurde duroh Gießen hergestellt. Er wurde dann auf 481° C für 15 Stunden vorgewärmt, auf etwa 63 mm Dicke bearbeitet und bei etwa 454° C heiß gewalzt. Bei diesem Walzvorgang

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wurde der Block auf eine Dicke von etwa 25 mm ausgewalzt und dann an der Luft kühlen gelassen. Anschließend wurden Prüflinge von dieser Platte abgeschnitten, worauf sie wieder vorgewärmt und auf eine Dicke von 12, 7 mm ausgewalzt wurde, um dann erneut an der luft abzukühlen. Auch von dieser Platte wurden Prüflinge von. 12,7 mm Dicke abgeschnitten, worauf der Rest der Platte erneut vorgewärmt und heiß auf eine Dicke von nun 1/4 Zoll oder etwa 6,4 mm a_usgewalzt wurde, um dann an der luft abzukühlen.

Die Prüflinge, die nun jeweils quadratischen Querschnitt haben und eine Kantenlänge von 25 mm, 12,7 mm und 6,4 mm, wurden bei Umgebungstemperatur etwa 5 Tage liegen gelassen und dann einer künstlichen Alterung durch plötzliches Aufheizen auf 121° C und Halten bei dieser Temperatur für 24 Stunden unterzogen. Die Dehnbarkeit, die Zugfestigkeit und die Streokgrenze für die verschiedenen Dicken der Prüflinge sind in Tabelle VI zusammengefaßt»■

Tabelle YI

Die Tabelle YI faßt die Querfestigkeitseigensohaften von legierungen von 6 $> bis 1 $> Mg und 0,46 # Mn zusammen. Die Prüflinge wurden 5 Tage natürlich gealtert und dann künstlich bei 121° G für 24 Stunden durch sehr sohnelles Aufheizen.

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Plattendicke mm	Streckgrenze ο kg/mm	Zugfestigkeit kg/mm	Dehnbarkeit ($) auf 50mm
6,3	32,8	39,0	15,5
12,7	30,7	37,5	16,6
25,4	26,8	3.4,8 ;	15,5

Obgleich die Streckgrenzen und die Zugfestigkeiten der Muster in Tabelle. VI befriedigend sind, verringert ein schnelles Aufheizen bei der Alterung, wie bereits früher festgestellt, die Festigkeit der Legierung. Ein langsameres Aufheizen, beispielsvieise von weniger als 27° C/h, würde eine ganz erhebliche Steigerung der Streckgrenze und der Zugfestigkeitswerte der Metallprüflinge ergeben.

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Claims

Patentansprüche

1. Heiß bearbeitbare Aluminiumlegierung, die frei von · .' Kupfer und Chrom ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie im -wesentlichen Zink und Magnesium, in Mengen in Gewichtsprozent enthält, die den Legierungen innerhalb der Zone des in Fig. 1 dargestellten ternären Systems entsprechen, welche durch die linien AB, BC, CD und DA begrenzt sind und 0,2 bis 0,5 ί° Mn, den Rest Aluminium und die üblichen Verunreinigungen enthält, wobei die Legierung eine metallurgische Struktur durch Bearbeitung bei einer -!Temperatur er-. ■ hält, die oberhalb der Solvustemperatur der legierung liegt, aber unterhalb der Anschmelztemperatur irgendeiner Legierungsphase, worauf die Legierung mit einer Abkühlgeschwindigkeit im Bereiche von 316 bis 204° C von 0,06° bis 0,66° C abkühlen und danach altern gelassen wird.

2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zink und Magnesium in Gewichtsprozent in den Legierungen in solchen Mengen enthalten sind entsprechend den Legierungen, die in der Zone des ternären Systems der Eig. 1 enthalten sind, die durch die Linien AU, UY, VW ,

WD und DA begrenzt ist.

WR/Si -25-

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3. Aluminiumlegierung naob Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zink unä Magnesium in den legierungen in Gewichtsprozent in soloben. Mengen enthalten sind entsprechend den legierungen der Zone des ternären Systems der Pig. 1, die durch die Linien UX, ΧΎ, YZ und ZU begrenzt ist.

4. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Alterung wenigstens teilweise künstlich bewirkt ist.

5. Aluminiumlegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus ihr Gegenstände mit einer Dicke im Bereiche von 3,2 mm bis 31, 8 mm hergestellt sind und die metallurgische Struktur des Gegenstandes durch Kühlung nach der Heißbearbeitung in ruhender luft herbeigeführt ist.

6. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß aus ihr Gegenstände mit einer Dicke von mehr als "31 >8 mm hergestellt sind u_nd die metallurgische Struktur des Gegenstandes durch Abkühlung nach der Heißbearbeitung in einem Blasluftstrom herbeigeführt ist.

7. Aluminiumlegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß der aus ihr hergestellte Gegenstand seine metallurgische Struktur durch

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Vorwärmen, des Gegenstandes vor der Bearbeitung auf eine Temperatur im Bereiche von 427 bis 5 spanne von 8 bis 24 Stunden erhielt.

Temperatur im Bereiche von 427 bis 510° G für eine Zeit-

8. Verfahren zur Verbesserung der Festigkeit und der Spannungskorrosionsbeständigkeit eines Gegenstandes aus einer heiß bearbeitbaren kupfer- und ohromfreien Aluminiumlegierung, die im wesentlichen Zink und Magnesium in Gewichtsprozent derjenigen Legierungen enthielt, die in dem ternären System der Pig. 1 durch die Linien AB, BC, GD und DA begrenzt sind sowie 0,2 bis 0,5 i° Mangan, Rest Aluminium und die üblichen Verunreinigungen, wobei

a) der Gegenstand bei einer Temperatur oberhalb seiner Solvustemperatur, aber unterhalb der Temperatur des beginnenden Schmelzens irgendeiner Legierungsphase bearbeitet wird,

b) der bearbeitete Gegenstand an der Luft gekühlt wird, derart, daß im Bereiche zwischen 516 und 204° G die Abkühlgeschwindigkeit zwischen

und 0,66° G/sec. liegt, worauf der Gegenstand gealtert wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Alterung wenigstens teilweise künstlich herbeigeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Alterung natürlich erfolgt für eine Zeitspanne von 1 "bis 5 Tagen und dann eine künstliche Alterung angesoblossen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Alterung durch Aufheizen auf 121° C-für 24 Stunden bewirkt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Alterung durch Aufheizen auf 116° G für 48 Stunden bewirkt wird.

13· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Alterung durch Erwärmen auf eine Temperatur von 88° C für eine Zeitspanne von 8 Stunden erfolgt, woran sich- eine Erwärmung auf 149° C für 8 Stunden anschließt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Gegenstandes im Bereiche von 3,2 bis 31, 7 mm liegt und die Abkühlung in ruhender luft durchgeführt wird.

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15. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Gegenstandes größer als 31,7 mm beträgt und die Abkühlung in einem Blasluftstrom durchgeführt wird.

16. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand aus der Aluminiumlegierung vor der Bearbeitung auf eine Temperatur im Bereiche von 427 bis 510 C für eine Zeitspanne von 8 bis 24 Stunden vorgewärmt wird.

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