DE1954751A1 - Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Magnesium-Legierungen mit erhoehter Spannungskorrosionsbestaendigkeit - Google Patents

Description

DR. ELISABETH JUNG, DR. VOLKER VOSSIUS, DIPL.-ING. GERHARD COLDEWEY

Patentante "| 9 5 A 7 5

MÖNCHEN 23 · CLEMENSSTRASSE 30 . TELEFON 34 50 67 · TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/MDNCHEN · TELEX 5-29686

30. Okt. 1969

UoZo: B 640 (Do/Vo/Ge)
Gase 772^028 - A 1

OLIIi MATHIESON CIDiMIGAL- CORPORATION
New Haven, Connecticuts, V₀St₀Ao

"Verfahren zur Herstellung von Aluniinium-Magnesium-Legierungen mit erhöhter Spannungskorrosionsbeständigkeit"

Priorität: 30c Oktober Ϊ968, V₀St₀A₀, Nr. 772 028

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiura-Magnesium-Legierungen mit etwa 3 bis 10 ¥a Magnesiumgehalt mit erhöhter Spannungskorrosionsbeständigkeit_o

Die Vorteile, die sich aus dem Legieren von Magnesium zu Aluminiumgrundlegierungen ergeben, wurden in der Aluminiumtechnologie sehr früh erkannt. Demzufolge gehören die Aluminium-Magnesium-Legierungen zu den ältesten, kommerziell gebräuchlichen Legierungen»

Eb ist jedoch bekann t^ daß Aluminiumlegiörungen, die mehr als 3 '/» Magnesium enthalten, gegenüber ßpÄrmungskorrosion empfind"

POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 50175.BAN 0 0 9 81 9/ 1 4 7 S. O.NCHEN, LEOPOLDSTR. 71, KTO.NR. 60/35784

BADORiGINAL

Iioh sind. Man erhält das Magnesium leicht in fester Lösung, wenn man die Legierung auf eine Temperatur oberhalb der Schmelz-» temperatur erhitzt und dann ausreichend sahneil abkühlt, um die Abscheidung einer i.lagnesium-r eichen, zweiten Phase zu vermeiden ο Anschließend kann die Legierung kaltverformt werden, um die vorgegebenen Maße zu erreichen. Beim Altern neigt jedoch das duroh das schnelle Abkühlen in fester Lösung gehaltene Magnesium dazu, . sich vorzugsweise in den Korngrenzen als intermetallische AIuminium~Magnesium-Verbindung abzuscheiden. Dies bedingt die Empfindlichkeit der Legierung gegenüber Spannungskorrosion, die mit zunehmendem i.iagnesiumgehalt ansteigt. Aus diesem Grund ist der Magnesiumgehalt von Aluminium-Magnesium-Legierungen im allgemeinen auf etwa 5» 5 ⁰Z* beschränkte Darüber hinaus neigen die kalt verformten Legierungen infolge der thermischen Rückbildung sum Nachlassen der mechanischen Bigenscl aften. Dieser Vorgang findec auch schon bei oder nahe Raumtemperatur statte

Um den Abbau der mechanischen Eigenschaften zu verhindern, muß man die Legierung nach der letzten Stufe, dem Kaitverformer., bei einer Temperatur, die über der Gebrauchstemperatur liegt, stabilisieren. Eine so behandelte Legierung v/ird anschließend ihre mechanischen Eigenschaften bei Temperaturen, die beträchtlich unterhalb der Stabilisierungtempe -atur liegen, nicht mehr ver~< ändern·

Es ist bekannt, daß man die Spannungskorrosionsbeständigkeit etwas verbessern kann, wenn man die Legierung nach dem letzten Tempern vor dem Kaltverformen langsam, d.h., mit einer Geschwindigkeit von weniger als 278°C/Stunde abkühlt, um eine heterogene

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Keimbildung der im Gleichgewicht befindlichen Magnesium-reichen Phase sowohl in den Korngrenzen als auch in der gesamten Kornmasse zu begünstigen. Demgegenüber findet beim Altern der Legierung die Abscheidung allein oder bevorzugt in den Korngrenzen statt. Das genannte Stabilisierungsverfahren bewirkt jedoch bei

Aluminiumlegierungen, die mehr als 3 ϊ'·> Magnesium enthalten, eine zusätzliche heterogene Keimbildung der im Gleichgewicht befindlichen Llagneeium-reichen/2>-Phase oder einer metastabilen ß* -Modifikation in den Korngrenzen, und, wenn die Legierung in starkem Maße kaltverformt wird, an Stellen dreidimensionaler Desorientierung in Deformationsbändernο

Aufgabe der Erfindung war deshalb, ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Magnesium-Legierungen mit erhöhter Spannungskorrosionsbeständigkeit zu entwickeln.

Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Magnesium-Legierungen mit erhöhter Spannungskorrosione-

beständigkeit, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine zu 5,0 bis 95,0 ¥> Stärkenverminderung kalt verformte Aluminium-Magnesium-Legierung mit 3fO bis 10,0 ¹/j Hagnesiumgehalt, Rest Aluminium und übliche Verunreinigungen, mit einer Aufheizge BChwindigkeit von mindestens 55_f6°C/Stunde von 38⁰C an auf eine Temperatur zwischen 107⁰G und 191⁰C erhitzt, eine bis 24 Stunden auf dieser Temperatur beläßt und dann abkühlt.

Die Aufheizgeschwindigkeit liegt vorzugsweise bei mindestens 55,6⁰C bei Legierungen, die 3U etv/a 65 ',* Stärkenverniinderung kalt verfornt sind und bei mindestens 111°C/Stunde bei Legio-

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rungen, die in einem Ausmaß von etwa 65 bis 95 ^r/> Stärkenverminderung kalt verformt sind.

Eine weitere, jedoch weniger bedeutende Verminderung der Empfindlichkeit gegenüber Spannungskorrosion läßt sich dadurch erreichen, daß man die Abkühlgeschwindigkeit beim Abkühlen nach dem thermischen Stabilisieren bei Temperaturen ζ v/i sehen i07°0 und 191⁰C reguliert» XJm eine erhöhte Spannungskorrosionsbeständigkeit zu erhalten, muß man eine Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 111°0/Stunde verwenden.

Obwohl die bei der thermischen Stabilisierung verwendete Temperatur im allgemeinen um 149⁰C liegt, ist das Verfahren der Erfindung auch mit anderen Temperaturen, z.B. zwischen 107⁰C und 191*b

die durch herkömmliche Walztechniken bedingt sein können, durchführbar.

Ee ist überraschend, daß man bei Anwendung des Verfahrens der Erfindung, d.h. durch das Einhalten bestimmter Aufheiz- und Abkühlungsgeschwindigkeiten, die Spannungskorrosionsbeständigkeit von Aluminium-Magnesium-Legierungen beträchtlich erhöhen kann.

Obwohl es keine Schwierigkeiten bereitet, die kritischen Aufheiz- und Abkühlungsgeschwindigkeiten bei kleinen Formkörpern zu überschreiten, iet es bei Verwendung großer Blechrollen oder großer Blechstapel schwierig, da der './armetransport von vornherein durch die großen Ifietallmassen begrenzt ist und zusätzlich durch die vielen Einzelschichten der Bleche erschwert wird. Schließlich spielt auch die V/ärmekapazität des Ofens eine Rolle. Hohe Aufheizgeschvfindigkeiten lassen sich ZoB. dadurch erzielen, daß

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man zwischen den einzelnen Lagen der Blechrolle Zwischenräume läßt, damit die heiße Luft zwischen den einzelnen Lagen hindurch streichen kann^oder indem man kleine Rollen und/oder Öfen mit hoher Wärmekapazität verwendet. Außerdem läßt sich das Verfahren z.B_o mittels Induktionsheizung oder Widerstandsheizung durchführen.

Die Aluminium-Magnesium-Legierungen der Erfindung können auch andere Legierungsbestandteile sowie Verunreinigungen enthalten. Übliche Legierungsbestandteile sind z.Boi 0,001 bis 0,350 j£ Bor, 0,^5 bis 0,3 io Chrom, 0,002 bis 0,80 # Indium, 0,01 bis 0,50 Γ'· Gallium, 0,03 bis 0,50 «£ Cadmium, 0,005 bis 0,350 $ Thorium, 0,005 bis 0,30 ?S Mischmetall, 0,005 bis 0,30 % Tellur . , 0,01 bis 0₃80 % Lithium, 0,01 bis 0,55 f* Germanium, 0,10 bis 0,80 $ Kobalt, oder 0,10 bis 0,60 # Kupfer«,

Handelsübliche Aluminiumqualitäten enthalten als Verunreinigungen z.Bo bis zu 0,50 ?δ Eisen, bis zu 0,50 fo Silizium, bis zu 0,25 °/° Kupfer, bis zu O₉35 $> Mangan, bis zu 0,2 $> Zink, bis zu" 0,15 ^cß> Titan, bis zu 0,02 j£ Beryllium, sowie andere Metalle in einer Gesamtmenge bis au 0,2 f».

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Unter Verwendung von Aluminium mit handelsüblicher Reinheit, Ei sen«Aluminium-, Chrom-"Aluminium-, Bor-Aluminium- und Berylli« um-Aluminium-Grrundlegierungen, sowie anderen Elementen in elementarer Form wurde die in Tabelle I aufgeführte Legierung hergestellt.

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BAD ORIGINAL

	Tabelle I	$> - Anteil
Element	7,25
Magnesium	0,16
Chrom	0,25
Eisen	0,10
Silizium	0,06
Kupfer	0,005
Beryllium	0,0076
Bor

Aluminium und Verunreinigungen

Differenz zu 100

Die Legierung wurde in Blöcke der Abmessungen 152 χ 102 χ 38 mm gegO88en<> Nach dem Gießen wurden die Blöcke auf eine Stärke von 36 mm geschält und 16 Stunden bei einer Temperatur von 510⁰C homogen getempert, wobei eine Aufheizgeschwindigkeit von etwa 28°C/Stunde von 438⁰C an verwendet vmrde. Wach dem Tempern wurden die Proben im Ofen abgekühlt und bei 358⁰C heißgewalzt und anschließend kaltgewalzt, jeweils auf die in Tabelle II angegebenen Stärken.

Probe

Tabelle II

Stärke nach dem Heißwalzen in mm

•A B C

5,1

7,6

15,2

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BAD OR]QlNAU

Tabelle II.Fortsetzung

anschließendes Kaltwalzen Probe auf Stärken von (mm)

A 2,6

B 3_e9

C 6,3

Nach dem Kaltwalzen wurde die Legierung 4 Stunden bei 344⁰O getempert,.wobei geringe Auf heiz» und Abkühlungsgeschwindigkeiten von etwa 28°C/Stunde zwischen 177°C und 344⁰C verwendet wurden. Die Legierung wurde dann auf eine Stärke von 1,5 mm kaltgewalzt, wobei in einem «'alsgang eine Stärkenverminderung von etwa 10" # erzielt wurde. Die nach dem Kaltwalzen erhaltene Probe A weist eine Stärkenverminderung von etwa 42 '.'■>, die Probe B eine Verminderung von 61 ',j und die Probe 0 eine Verminderung von 76 ^ auf _o Die Probelegierungen wurden dann 4 Stunden bei 149⁰O getempert, wobei die in Tabelle III und IV aufgeführten Aufheiz- und Abkühlungsgeschwindigkelten verwendet wurden.

	Tabelle	III	4,7+	1.1	3,3	± 1,2	3,	in Std.
Versuchs reihe		12r8	+ 1.8	10,8	+ 5,5	6,	0,6
1		20f3	+ 1 f 6	22f6	± 2,5	13,	2,8
1		35,8	+ 2t5	28,2	ί 7,5	20,	1,8
"5		»2 ±	0.-35
2	Aufheiage- Spannungskorrosionsbeständigkeit schwe(°C/Std) Probe A(42^) Probe B(61#) Probe (	,8 *
	18,4	,6 ±
36,9	»0 +
11t
1390

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Tabelle IV !

Abkühlungflgeschwin- 8pannungekorroeionebeetändigkeit in Stunden digkeit7°0/3td.) Probe B (61 $)

18,4 10,8 + 5,5

111 22,0 ± 0,7

Me Prüfung der Probelegierungen geschah in folgender Weise: Probestücke der Abmessungen 1,5* 50,8 χ 6,4 mm wurden in einer Lösung, die 60 g IFaCl und 0,005 Hol NaHGO₅ pro Liter enthielt, auf 80 i* der Streckgrenze gedehnt. Hit dem Probekörper als Anode und einer Platinnetzelektrode als Kathode wurde ein Strom von 71 mA/om² durch die Lösung geleitet. Eine Ausfallzeit von 13 Stunden bei diesem Sohnelltest entspricht einer Ausfallzeit von über 3 Jahren bei U-Profilen in Seewasser«. Ein Material, das diese Zeitspanne übersteht, wird normalerweise als spannungekorrosionsbeständig angesehen.

Tatfelle III zeigt beim 4-stUndigen Tempern bei 149⁰C den Einfluß der Aufheizgesohwindigkeit von 38⁰C an auf die Spannungskorrosionsbeständigkeito Alle Versuche der Versuchsreihe 1 erfolgten unter Verwendung einer Abkühlungegeschwindigkeit von 18,4°C/Std. zwischen 149⁰C und 65»6⁰C. Bei der Versuchsreihe 2 betrug die 'Abkühlungsgeschwindigkelt 139O°O/Std. in dem genannten Tempera- . turbereich. Sie + -Abweichung bedeutet die Standardabweichung aus jeweils 5 Versuchen. Die Prozentangabe (hinter den Proben A, B und C) bedeutet die Stärkenverminderung in #.

Aus Tabelle III geht hervor, daß die Spannungskorrosionsbeständigkeit mit steigenden Aufheizgeschwindigkeiten zunimmt. Über

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BAD ORIGINAt.

eine Aufheizgeachwindigkeit von 111°C/Stunde hinaus nimmt jedoch die Spannungskorrosionsbeständigkeit nicht mehr so stark zu» wie aus dem Vergleich der Aufheizgeschwindigkeiten 111⁰G und 139O⁰C pro Stunde ersichtlich ist.

Tabelle XV zeigt den Einfluß der Abkühlungsgesohwindigkeit zwischen 149⁰G und 65,6⁰C auf die Spannungskorroeionsbeetändigkeit. Die 4-etündige Temperung bei 149⁰C wurde mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 38,9°C/Stunde durchgeführt. Die Angabe der Standardabweichung und der Stärkenverminderung der Probe B entspricht Tabelle III.

Aus Tabelle IV geht hervor, daß bei Verwendung der gleichen Probe B, die in beiden Fällen mit der gleichen Aufheizgesohwindigkeit von 38,9°C/Stinde behandelt wurde,(vergleiche Tabelle III) allein durch Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit von 18,4⁰C auf 111⁰C pro Stunde die Spannungskorrosionsbeständigkeit beträchtlich erhöht werden kann.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Magnesivua-Legierungen mit erhöhter Spannungskorrosionsbeständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man eine zu 5,0 bis 95,0 56 Stärkenverminderung kaltverformte Aluminium-Magnesium-Legierung mit 3,0 bis 10,0 'ß> Magnesiumgehalt, Rest Aluminium und übliche Verunreinigungen, mit einer Aufheizgeschwindigkeit von mindestens 55»6°0/Stunde von 38⁰O an auf eine Temperatur zwischen 107⁰C und 191⁰C erhitzt, eine bis 24 Stunden auf dieser Temperatur beläßt und dann abkühlt_β

2o Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man eine zu 65,0 bis 95,0 $ Stärkenverminderung verformte Legierung und eine Aufheizgeschwindigkeit von mindestens 111°C/Stunde verwendet.

3o Verfahren naoh Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 111°C/Stunde verwendet.

4 ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Legierung mit einem Chromgehalt von 0,05 bis 0,3 # verwendet.

5» Verfahren naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Legierung mit einem Borgehalt von 0,001 bis 0,350 i» verwendet»

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