DE19832489A1

DE19832489A1 - Pressabschreckbare Aluminium-Knetlegierung hoher Festigkeit

Info

Publication number: DE19832489A1
Application number: DE1998132489
Authority: DE
Inventors: Rene Dr Maechler; Urs Hotz
Original assignee: Alu Menziken Industrie AG
Current assignee: Alu Menziken Extrusion AG
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 1999-01-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aushärtbare Aluminium-Knetlegierung der Legierungsfamilie Al-Mg-Si, die es ermöglicht über einen einfachen, wirtschaftlichen Weg Produkte mit Festigkeitswerten deutlich über 300 MPa herzustellen, wobei zur Erzielung der Festigkeiten nicht notwendigerweise lösungsgeglüht werden muß.

Ausscheidungshärtbare Aluminiumlegierungen des Legierungstyps Al-Mg-Si sind seit Jahrzehnten bekannt. Sie zeichnen sich im Allgemeinen durch ausreichende Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und gute Verarbeitbarkeit aus. Ferner sind diese Werkstoffe schweißbar. Auf Grund ihres ausgewogenen Eigenschaftsprofils sind sie daher in Form von Strangpreßprofilen, Walzprodukten und Schmiedestücken in vielen Anwendungen der modernen Technik zu finden.

Besonders weit verbreitet sind hierbei Aluminiumlegierungen des Typs AlMgSi 0.5 und ähnliche (zum Beispiel nach US-Norm Nr. AA 6063 oder nach europäischer Norm Nr. EN AW-6060) mit etwa 0.6 Gew.-% Magnesium und 0.5 Gew.-% Silizium. Diese Legierungen weisen eine geringe Abschreckempfindlichkeit auf und können daher direkt aus der Warmformgebungstemperatur, zum Beispiel der Strangpreßwärme, abgeschreckt werden, wodurch ein aushärtbarer Zustand erzeugt wird. Mit einer anschließenden Warmauslagerung werden die Legierungen auf mittlere Festigkeiten ausgehärtet. Zugfestigkeiten von typischenweise bis 250 MPa werden hierbei erreicht. Da eine separate Lösungsglühung nicht nötig ist, ist dieser Fertigungsweg entsprechend wirtschaftlich.

Höher gattierte Legierungen des Legierungstyps Al-Mg-Si wie beispielsweise AA6061 oder EN AW-6082 erzielen zwar höhere Zugtestigkeiten (310 MPa bis 350 MPa) als die oben erwähnten, aber sie werden mit steigendem Legierungsgehalt zunehmend abschreckempfindlicher und schwieriger verarbeitbar. Dies auch deshalb, weil neben den zur Ausscheidungshärtung maßgebenden Elementen Magnesium und Silizium oftmals weitere Legierungszusätze wie Mangan, Chrom, Titan etc. in höheren Gehalten zur Verbesserung des Gefüges zulegiert werden.

Kupferzusätze in Al-Mg-Si-Legierungen wirken ebenfalls festigkeitssteigernd. Daher weisen hochfeste Legierungen wie AA6111 oder AA6013 neben erhöhten Magnesium- und Siliziumgehalten Kupferanteile bis über 1 Gew.-% auf, wobei Zugfestigkeitsweite bis 410 MPa erzielt werden. Kupfer wirkt sich aber hinsichtlich Verarbeitbarkeit dieser Legierungen ungünstig aus und verringert gegenüber kupfer freien Legierungen die Korrosionsbeständigkeit.

Optimale Festigkeitswerte können mit den höher gattierten Legierungen des Typs Al-Mg-Si-(Cu) nur mit einer zusätzlichen Lösungsglühung zwischen Warmformgebung und Aushärtung erreicht werden, was aber einen direkten Einfluß auf die Wirtschaft lichkeit hat.

Es besteht daher ein Bedürfnis nach Aluminiumlegierungen, die sich über einfache, konventionelle schmelzmetallurgische Verfahren herstellen lassen, aus der Warmformgebungstemperatur abgeschreckt werden können - also eine geringe Abschreckempfindlichkeit aufweisen - und somit nicht notwendigerweise zusätzlich lösungsgeglüht werden müssen um hohe Festigkeitswerte zu erzielen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Legierung vom Typ Al-Mg-Si mit begrenzten Kupferzusätzen gelöst, wobei auf eine ausgewogene Legierungs zusammensetzung geachtet wird, damit eine geringe Abschreckempfindlichkeit gewährleistet bleibt. Insbesondere ist hierbei auf den Gehalt der für ein stabiles Gefüge notwendigen Elemente Mangan und Chrom zu achten respektive deren Gehalt einzuschränken. Aus diesem Grund wird zur Kontrolle des Gefüges Zirkon, ein in Al-Mg-Si-Legierungen wenig verwendetes Element, gegenüber Mangan oder Chrom bevorzugt, da dieses einen geringeren Einfluß auf die Abschreck empfindlichkeit hat.

In den nachfolgenden Beispielen wird gezeigt, daß es möglich ist, die erfindungs gemäßen Al-Mg-Si-Legierungen aus der Warmformungstemperatur abzuschrecken und mit anschließendem Aushärten Festigkeiten deutlich oberhalb 300 MPa zu erreichen.

Ausführungsbeispiel 1

Eine Aluminiumlegierung mit 0.83 Gew.-% Silizium, 0.41 Gew.-% Magnesium, 0.44 Gew.-% Kupfer, 0.19 Gew.-% Zirkon, 0.28 Gew.-% Mangan, 0.2 Gew.-% Chrom und 0.22 Gew.-% Eisen wurde im Induktionsofen erschmolzen und im vertikalen Strang gießverfahren zu Bolzen mit einem Durchmesser von etwa 190 mm Durchmesser vergossen. Die Bolzen wurden bei 530°C während 4 Stunden homogenisiert und zwischen 470°C und 490°C zu Rohren mit einer Wandstärke von 6 mm verpreßt. Die Rohre wurden direkt aus der Umformwärme mit Wasser abgeschreckt und danach bei Raumtemperatur während mindestens 10 Tagen gelagert. Anschließend wurde bei 170°C während 8 Stunden auf höchste Härte warm ausgelagert. Die mechanischen Kennwerte wurden im Zugversuch in Längsrichtung ermittelt. Es ergab sich hierbei eine 0.2%-Dehngrenze von 329 MPa, eine Zugfestigkeit von 364 MPa und eine Bruchdehnung von 12%. Die angegebenen Werte, wie auch die folgenden, verstehen sich als Mittelwerte.

Als Vergleich zu obigen Ergebnissen wurden zusätzliche Abschnitte der gleichen Rohre bei 545°C während 10 Minuten lösungsgeglüht, in kaltem Wasser abgeschreckt und ebenfalls bei 170°C während 8 Stunden ausgelagert. Es ergab sich hierbei eine 0.2%-Dehngrenze von 348 MPa, eine Zugfestigkeit von 375 MPa und eine Bruchdehnung von 11%. Die Festigkeitswerte liegen nur geringfügig über den jenigen des an der Presse abgeschreckten Zustandes.

Ausführungsbeispiel 2

Analog dem Ausführungsbeispiel 1 wurde eine Legierung mit 1.2 Gew.-% Silizium, 0.41 Gew.-% Magnesium, 0.38 Gew.-% Kupfer, 0.14 Gew.-% Zirkon, 0.29 Gew.-% Mangan, 0.2 Gew.-% Chrom und 0.19 Gew.-% erschmolzen und im Strangguß zu Preßbolzen vergossen. Die Bolzen wurden bei 530°C während 4 Stunden homogenisiert und bei 500°C zu Rohren mit einer Wandstärke von 4 mm verpreßt. Das Preßabschrecken erfolgte mittels Wasserbrause. Danach wurden die Rohre über Ziehen um 8% kaltverfestigt und bei 165°C während 14 Stunden warm ausgelagert. Die mechanischen Kennwerte wurden im Zugversuch in Längsrichtung ermittelt. Es ergab sich hierbei eine 0.2%-Dehngrenze von 338 MPa, eine Zugfestigkeit von 362 MPa und eine Bruchdehnung von 10%. Die mechanischen Kennwerte sind mit denjenigen von Beispiel 1 vergleichbar.

Claims

1. Aluminium-Knetlegierung des Typs Al-Mg-Si, dadurch gekennzeichnet, daß sie die nachfolgende chemische Zusammensetzung aufweist:
Magnesium 0.2 bis 1.0 Gew.-%
Silizium 0.5 bis 1.5 Gew.-%
Kupfer 0.1 bis 0.7 Gew.-%
Zirkon 0.05 bis 0.35 Gew.-%
Aluminium Rest plus maximal 0.4 Gew.-% Verunreinigungen.

2. Aluminium-Knetlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich bis 0.4 Gew.-% Mangan enthält.

3. Aluminium-Knetlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich bis 0.3 Gew.-% Chrom enthält.

4. Aluminium-Knetlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich bis 0.2 Gew.-% Titan enthält.

5. Aluminium-Knetlegierung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Elemente (Zr+Mn+Cr) = 0.8 Gew.-% nicht überschreitet.

6. Aluminium-Knetlegierung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Zustand nach dem Abschrecken aus der Warmformgebungstemperatur und Warmaushärtung eine 0.2%-Dehngrenze von mindestens 320 MPa und eine Zugfestigkeit von mindestens 350 MPa aufweist.

7. Aluminium-Knetlegierung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Zustand nach Lösungsglühung, Abschrecken in Wasser und Warmaushärtung eine 0.2%-Dehngrenze von mindestens 330 MPa und eine Zugfestigkeit von mindestens 370 MPa aufweist.

8. Aluminium-Knetlegierung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Abschrecken und vor oder nach dem Warmaushärten zusätzlich kaltverformt wird.

9. Bauteile aus einer Legierung gemäß Anspruch 6 oder 7, die über einen Warm formgebungsprozeß wie Strangpressen, Schmieden oder Walzen hergestellt werden.

10. Kaltgeformte und gezogene Produkte wie Stangen- Drähte und Rohre aus einer Legierung gemäß Anspruch 8.