DE19953212A1 - Wrought aluminum alloy - Google Patents

Wrought aluminum alloy

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Abstract

Aluminum wrought alloy of the AlMgSi type contains alloying additions of (in wt.%): 0.6-2.0 magnesium, 0.6-3.0 silicon, 0.6-1.5 tin, 0.4-1.0 manganese, maximum 0.25 chromium and titanium, and impurities containing maximum 0.4 iron, maximum 0.1 copper and maximum 0.2 zinc. An Independent claim is included for a process for the production of a continuously cast object made of the aluminum wrought alloy of the AlMgSi type comprising solution annealing during extrusion, quenching the extruded object and hardening.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumknetlegierung des Typs AlMgSi ge­ eignet für eine Hochleistungszerspanungsbearbeitung.The invention relates to a wrought aluminum alloy of the type AlMgSi ge suitable for high-performance machining.

Aluminiumlegierungen dieses Typs werden als Hochleistungsbearbei­ tungswerkstoffe eingesetzt, da diese besonders hohen Anforderungen an die Zerspanbarkeit genügen. Um den gewünschten Spanbruch bei einer spanenden Bearbeitung eines aus einer solchen Legierung bestehenden Werkstückes, etwa beim Drehen, Fräsen oder Bohren, herbeizuführen, ist als Legierungsbestandteil Blei in Gehalten bis zu 2% zulegiert. Nachteilig bei einer Zulegierung von Blei zum Erzielen dieser gewünschten Eigen­ schaft ist jedoch die von diesem Element ausgehende Gesundheitsgefahr, insbesondere derjenigen Personen, die ein solches Werkstück bearbeiten. Darüberhinaus wirkt sich der Bleigehalt negativ auf das Kriechverhalten der Aluminiumlegierung aus, so daß die Werkstücke oder die daraus her­ gestellten Produkte bei höheren Temperaturen nur bedingt eingesetzt werden können.Aluminum alloys of this type are used as high performance tion materials because they place particularly high demands on machinability is sufficient. To the desired chip break in a machining of an alloy made from such an alloy Workpiece, such as turning, milling or drilling As an alloying component, lead is added in a content of up to 2%. Disadvantageous with an addition of lead to achieve this desired property however, the health hazard posed by this element is especially those who work on such a workpiece. In addition, the lead content has a negative effect on creep behavior of the aluminum alloy, so that the workpieces or those from them products are only used to a limited extent at higher temperatures can be.

Um diesem Nachteil zu begegnen, sind AlMgSi-Legierungen vorgeschla­ gen worden, die anstelle des Elementes Blei zum Erzielen der ge­ wünschten Eigenschaften hinsichtlich ihrer Zerspanbarkeit Zinn (Sn) ent­ halten. Eine derartige Legierung ist beispielsweise in US 5 810 992 A oder zu US 5 776 269 A beschrieben. Zusätzlicher Bestandteil dieser Legie­ rungen ist Wismut, der eingesetzt wird, um die Zerspanbarkeit zu optimie­ ren. Damit eine solche bleifreie AlMgSi-Legierung eine ausreichende Fe­ stigkeit aufweist, sind Kupfergehalte zwischen 0,3 bis 0,4 Gew.-% zule­ giert. Auch bei der bei der Aluminum Association mit der Bezeichnung AA 6020 registrierten, warm aushärtbaren Legierung ist Kupfer wesentlicher Bestandteil zur Erhöhung der Festigkeit vorgesehen. Der Kupfergehalt kann zwischen 0,3 bis 0,9 Gew.-% betragen. Ebenfalls ist das Element Blei durch einen Zinnanteil zwischen 0,9 bis 1,5 Gew.-% ersetzt.To counter this disadvantage, AlMgSi alloys are suggested has been used instead of the element lead to achieve the ge desired properties with regard to their machinability tin (Sn) ent hold. Such an alloy is described, for example, in US Pat. No. 5,810,992 or  to US 5 776 269 A. Additional component of this alloy Bismuth is used to optimize machinability Ren. So that such a lead-free AlMgSi alloy sufficient Fe stability, copper contents between 0.3 and 0.4% by weight are permitted yaws. Also with the AA at the Aluminum Association 6020 registered, hardenable alloy, copper is more essential Intended to increase strength. The copper content can be between 0.3 to 0.9% by weight. The element is also Lead replaced by a tin content between 0.9 to 1.5 wt .-%.

Die mit diesen bleifreien Aluminium-Legierungen erzielten Festigkeits­ werte entsprechen denjenigen der vorbekannten bleihaltigen Varianten. Im Gegensatz zu den vorbekannten bleihaltigen Aluminium- Hochleistungsbearbeitungswerkstoffen muß jedoch bei den beschriebe­ nen bleifreien Varianten in Kauf genommen werden, daß für die Einstel­ lung eines optimalen Festigkeitswertes bei einer Strangpreßverarbeitung mit Lösungsglühung in der Preßwärme Preßtemperaturen erforderlich sind, die so hoch sind, daß sich die Spannbreite zwischen der Preßtempe­ ratur und der Anschmelztemperatur auf 20° bis 40°C reduziert. Nachteilig ist ferner, daß die Preßabschreckverzögerung reduziert ist, so daß sich eine Einhaltung dieser engen Verfahrensparameter zur Erzielung optima­ ler Materialeigenschaften schwierig darstellt. Insbesondere bei einem Ein­ satz einer solchen Aluminiumlegierung zum Strangpressen stellt der ge­ schilderte Sachverhalt eine nicht unerhebliche Einengung dar, da verfah­ rensbedingt für die wirtschaftliche Herstellung von Profilen im Wege eines Strangpreßverfahrens mit anschließendem Preßabschrecken eine größe­ re Toleranzbreite zwischen der Lösungsglühtemperatur und der An­ schmelztemperatur gewünscht ist. Werden die einzelnen Verfahrens­ schritte nicht in dem jeweiligen engen Temperaturfenster durchgeführt, besteht die Gefahr, daß sich in dem Strangpreßprofil Warmrisse ausbil­ den.The strength achieved with these lead-free aluminum alloys values correspond to those of the previously known lead-containing variants. In contrast to the previously known leaded aluminum High performance machining materials must, however, be described in the NEN lead-free variants are accepted that for the setting optimal strength value during extrusion processing with solution heat treatment in the press heat, press temperatures required are that are so high that the range between the press temperature temperature and the melting temperature reduced to 20 ° to 40 ° C. Disadvantageous is further that the press quenching delay is reduced so that compliance with these narrow procedural parameters to achieve optima difficult material properties. Especially with an on The set of such an aluminum alloy for extrusion is the ge described the situation a not inconsiderable narrowing since due to the need for the economical production of profiles in one way Extrusion process with subsequent press quenching one size re tolerance range between the solution annealing temperature and the An melting temperature is desired. Be the individual procedure steps were not carried out in the respective narrow temperature window, there is a risk that hot cracks develop in the extruded profile the.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine bleifreie Aluminiumknetlegierung des Typs AlMgSi mit einer Festigkeit und einer Zerspanbarkeit entsprechend den vorbekannten Legierungen bereitzustellen, dessen Verarbeitbarkeit verbessert ist, und die insbesondere bei einem Strangpressen ein größe­ res Temperatur bezogenes Bearbeitungsfenster aufweist. The invention lies on the basis of this prior art discussed therefore based on the task of a lead-free wrought aluminum alloy Type AlMgSi with a strength and machinability accordingly to provide the known alloys, their processability is improved, and a size especially in the case of extrusion res temperature-related processing window.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Aluminiumknetle­ gierung des Typs AlMgSi mit folgenden Anteilen seiner Hauptlegierungs­ bestandteile:
This object is achieved according to the invention by an aluminum wrought alloy of the AlMgSi type with the following proportions of its main alloy components:

  • - 0,6 bis 2,0 Gew.-% Magnesium,- 0.6 to 2.0% by weight of magnesium,
  • - 0,6 bis 3,0 Gew.-% Silizium,0.6 to 3.0% by weight of silicon,
  • - 0,6 bis 1,5 Gew.-% Zinn,- 0.6 to 1.5% by weight of tin,
  • - 0,4 bis 1,0 Gew.-% Mangan,0.4 to 1.0% by weight of manganese,

und mit Chrom als fakultativem Legierungsbestandteil mit einem Anteil von maximal 0,25 Gew.-% sowie mit den Maximalanteilen der folgenden Elemente, falls Bestandteil der Legierung:
and with chromium as an optional alloy component with a maximum of 0.25% by weight and with the maximum components of the following elements, if part of the alloy:

  • - maximal 0,4 Gew.-% Eisen,- maximum 0.4% by weight iron,
  • - maximal 0,1 Gew.-% Kupfer,- maximum 0.1% by weight copper,
  • - maximal 0,1 Gew.-% Titan,- maximum 0.1% by weight titanium,
  • - maximal 0,2 Gew.-% Zink- maximum 0.2% by weight zinc

und mit einem Rest Aluminium nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.and with a remnant of aluminum along with unavoidable impurities.

Die erfindungsgemäße Aluminiumknetlegierung ist nicht nur bleifrei, son­ dern auch quasi kupferfrei, wobei Kupferanteile bis maximal 0,1 Gew.-% sich nicht nachteilig auf die gewünschten Legierungseigenschaften aus­ wirken. Zum Erzielen der gewünschten Festigkeit der Aluminiumlegierung wird neben den Bestandteilen Magnesium und Zinn zusätzlich Silizium und Mangan eingesetzt. Ein Einsatz von Wismut und/oder Indium ist bei der erfindungsgemäßen Aluminiumknetlegierung nicht notwendig. Als fa­ kultativen Legierungsbestandteil kann die Legierung ferner zu geringen Anteilen auch Chrom enthalten. Auch der Einsatz dieses zusätzlichen Le­ gierungsbestandteiles wirkt sich positiv auf die Festigkeit und die Zer­ spanbarkeit der Aluminiumknetlegierung aus. Höhere Gehalte beeinträch­ tigen dagegen die Legierungseigenschaften.The wrought aluminum alloy according to the invention is not only lead-free, son also quasi copper-free, with copper contents up to a maximum of 0.1% by weight do not adversely affect the desired alloy properties Act. To achieve the desired strength of the aluminum alloy In addition to the components magnesium and tin, silicon is also added and manganese are used. Bismuth and / or indium is used the wrought aluminum alloy according to the invention is not necessary. As fa cultivating alloy component, the alloy can also be too low Proportions also contain chrome. The use of this additional Le Gier ingredient has a positive effect on strength and Zer machinability of the wrought aluminum alloy. Higher levels impair the alloy properties.

Die erfindungsgemäße Aluminiumknetlegierung weist verglichen mit den vorbekannten Aluminiumknetlegierungen beim Strangpressen ein weitaus größeres Temperatur bezogenes Arbeitsfenster auf, so daß ein bestim­ mungsgemäßes Lösungsglühen in einem größeren Temperaturbereich und auch eine erweiterte Abschreckverzögerung möglich ist. Diese Vor­ teile machen sich auch bei einer Schmiede- oder Walzbearbeitung eines Werkstückes, hergestellt aus einer solchen Aluminiumknetlegierung, be­ merkbar. Überdies weist die beanspruchte Aluminiumknetlegierung verglichen mit derjenigen des vorbekannten Standes der Technik eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf.The wrought aluminum alloy according to the invention has compared to the previously known aluminum wrought alloys in extrusion a lot larger temperature related working window, so that a certain Appropriate solution annealing in a larger temperature range and an extended quenching delay is also possible. This before parts also make one when forging or rolling Workpiece made of such a wrought aluminum alloy, be noticeable. Furthermore, the claimed wrought aluminum alloy compares  better with that of the prior art Corrosion resistance.

Als Elemente, die die Eigenschaften der beanspruchten Legierung bis zu gewissen Anteilen nicht beeinträchtigen, können Eisen, Zink, Titan und Kupfer bis zu den oben angegebenen maximalen Anteilen als Legie­ rungsbestandteile geduldet werden. Höhere Gehalte beeinträchtigen da­ gegen die gewünschten Legierungseigenschaften. Diese Elemente brau­ chen jedoch nicht Bestandteil der Legierung zu sein.As elements, the properties of the claimed alloy up to iron, zinc, titanium and Copper up to the above maximum proportions as alloy components are tolerated. Higher levels affect there against the desired alloy properties. Brew these elements However, they are not part of the alloy.

Unvermeidbare Verunreinigungen der Aluminiumknetlegierung sollen elementbezogen jeweils einen Maximalgehalt von 0,05 Gew.-% nicht überschreiten, da ansonsten die gewünschten Legierungseigenschaften beeinträchtigt sein können.Unavoidable contamination of the wrought aluminum alloy should a maximum content of 0.05% by weight is not element-related otherwise the desired alloy properties may be affected.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Aluminiumknetlegierung umfaßt diese in der Gruppe ihrer Hauptlegierungsbestandteile:
In a preferred embodiment of the wrought aluminum alloy, in the group of its main alloy components, it comprises:

  • - 1,0 bis 1,2 Gew.-% Magnesium,- 1.0 to 1.2% by weight of magnesium,
  • - 0,8 bis 1,0 Gew.-% Silizium,0.8 to 1.0% by weight of silicon,
  • - 0,9 bis 1,1 Gew.-% Zinn und- 0.9 to 1.1% by weight of tin and
  • - 0,6 bis 0,8 Gew.-% Mangan.- 0.6 to 0.8% by weight of manganese.

Der Chromgehalt dieser Aluminiumknetlegierung sollte 0,1 Gew.-% nicht überschreiten.The chromium content of this wrought aluminum alloy should not be 0.1% by weight exceed.

In zwei Proben sind die Temperatur bezogenen Bearbeitungsfenster so­ wie die Zugfestigkeit einer stranggepreßten Aluminiumknetlegierung be­ stehend aus
In two samples, the temperature-related processing window and the tensile strength of an extruded wrought aluminum alloy are existing

  • - 1,1 Gew.-% Magnesium,- 1.1% by weight of magnesium,
  • - 0,95 Gew.-% Silizium,0.95% by weight of silicon,
  • - 1,1 Gew.-% Zinn,- 1.1% by weight of tin,
  • - 0,65 Gew.-% Mangan,- 0.65% by weight of manganese,
  • - 0,19 Gew.-% Eisen- 0.19% by weight iron
  • - Rest Aluminium,- rest of aluminum,
  • - alle weiteren Elemente in ihrer Summe kleiner 0,05 Gew.-%- All other elements total less than 0.05% by weight

untersucht worden. Ein aus dieser Aluminiumknetlegierung stranggegos­ senes Blockformat (Probe 1) mit einem Durchmesser von 360 mm wurde in einem ersten Schritt homogenisiert und anschließend bei einer Block­ temperatur von 510-520°C zu unterschiedlich dickwandigen Profilen mit Wandstärken von 30-60 mm verpreßt. Nach dem Auspressen kühlten die Profile an Luft auf Temperaturen bis zu 470°C ab und wurden erst an­ schließend in Wasser abgeschreckt. Die so behandelten Profile wurden bei 170°C auf höchste Härte warm ausgelagert und anschließend im Zug­ versuch auf ihre typische Festigkeit und Duktilität hin untersucht. Die Pro­ file zeichneten sich in Längsrichtung durch eine 0,2%-Streckgrenze Rp0,2 been examined. A block format (sample 1) with a diameter of 360 mm, which was extruded from this wrought aluminum alloy, was homogenized in a first step and then pressed at a block temperature of 510-520 ° C. to profiles of different thicknesses with wall thicknesses of 30-60 mm. After pressing, the profiles cooled in air to temperatures of up to 470 ° C and were only then quenched in water. The profiles treated in this way were aged under extreme hardness at 170 ° C and then tested for their typical strength and ductility in a tensile test. The pro file was characterized in the longitudinal direction by a 0.2% yield strength R p0.2

von 345 Mpa und eine Zugfestigkeit Rm of 345 Mpa and a tensile strength R m

von 367 Mpa bei einer Bruchdeh­ nung von 10% aus.of 367 Mpa with a breaking elongation of 10%.

Eine zweite Probe mit demselben Blockformat derselben Legierung wurde bei einer Blocktemperatur von 530-540°C homogenisiert und mit unmit­ telbarer Wasserabschreckung bei einer Mindesttemperatur von 515°C verpreßt. Anschließend wurde dieses Profil ebenfalls bei 170°C auf seine höchste Härte warm ausgelagert. Bei dieser Probe wurde eine 0,2%- Streckgrenze Rp0,2 von 348 Mpa, eine Zugfestigkeit Rm von 371 Mpa und eine Bruchdehnung von 10% ermittelt. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Untersuchungsergebnisse zusammengefaßt:
A second sample with the same block format of the same alloy was homogenized at a block temperature of 530-540 ° C and pressed with immediate water quenching at a minimum temperature of 515 ° C. Then this profile was also aged at 170 ° C to its highest hardness. In this sample, a 0.2% yield strength R p0.2 of 348 Mpa, a tensile strength R m of 371 Mpa and an elongation at break of 10% were determined. The following table summarizes the test results:

Die Festigkeits- und Duktilitätswerte der beiden Profile sind trotz der un­ terschiedlichen Behandlung fast identisch. Bei herkömmlichen Aluminium­ knetlegierungen des Typs AlMgSi, die zur Erhöhung der Festigkeit nicht unerhebliche Kupferanteile aufweisen, wären bei einer Verarbeitung bei Blocktemperaturen von 530-540°C und einer Verpressung bei 515°C mit anschließend unmittelbarer Wasserabschreckung derartige Ergebnisse aufgrund der eintretenden Warmrißbildung nicht möglich gewesen. Die Untersuchungen zeigen somit, daß das Bearbeitungsfenster zum Bear­ beiten einer erfindungsgemäßen Aluminiumknetlegierung - beispielhaft an einer Strangpreßverarbeitung dargestellt - bei gleichen Festigkeits- und Duktilitätswerten sehr viel größer ist.The strength and ductility values of the two profiles are despite the un different treatment almost identical. With conventional aluminum wrought alloys of the type AlMgSi, which do not increase the strength have insignificant copper content, would be during processing Block temperatures of 530-540 ° C and pressing at 515 ° C with then immediate water deterrence such results due to the occurrence of hot cracking. The Studies show that the editing window for Bear example of a wrought aluminum alloy according to the invention an extrusion processing shown - with the same strength and Ductility values is much larger.

Claims (7)

1. Aluminiumknetlegierung des Typs AlMgSi, gekennzeichnet durch folgende Anteile seiner Hauptlegierungsbestandteile:
  • - 0,6 bis 2,0 Gew.-% Magnesium,
  • - 0,6 bis 3,0 Gew.-% Silizium,
  • - 0,6 bis 1,5 Gew.-% Zinn,
  • - 0,4 bis 1,0 Gew.-% Mangan,
und mit Chrom als fakultativem Legierungsbestandteil mit einem Anteil von maximal 0,25 Gew.-% sowie mit den Maximalanteilen der folgenden Elemente, falls Bestandteil der Legierung:
  • - maximal 0,4 Gew.-% Eisen,
  • - maximal 0,1 Gew.-% Kupfer,
  • - maximal 0,1 Gew.-% Titan,
  • - maximal 0,2 Gew.-% Zink
und mit einem Rest Aluminium nebst unvermeidbaren Verunreini­ gungen.1.AlMgSi wrought aluminum alloy, characterized by the following proportions of its main alloy components:
  • - 0.6 to 2.0% by weight of magnesium,
  • 0.6 to 3.0% by weight of silicon,
  • - 0.6 to 1.5% by weight of tin,
  • 0.4 to 1.0% by weight of manganese,
and with chromium as an optional alloy component with a maximum of 0.25% by weight and with the maximum components of the following elements, if part of the alloy:
  • - maximum 0.4% by weight iron,
  • - maximum 0.1% by weight copper,
  • - maximum 0.1% by weight titanium,
  • - maximum 0.2% by weight zinc
and with a rest of aluminum with unavoidable impurities. 2. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die unvermeidbaren Verunreinigungen elementbezogen einen Anteil von jeweils maximal 0,05 Gew.-% nicht überschreiten.2. Wrought aluminum alloy according to claim 1, characterized net that the unavoidable impurities element related not exceed a proportion of at most 0.05% by weight. 3. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Magnesium-Anteil 1,0 bis 1,2 Gew.-% be­ trägt.3. Wrought aluminum alloy according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the magnesium content be 1.0 to 1.2 wt .-% wearing. 4. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Silizium-Anteil 0,8 bis 1,0 Gew.-% beträgt.4. Wrought aluminum alloy according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the silicon content is 0.8 to 1.0 wt .-%. 5. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zinn-Anteil 0,9 bis 1,1 Gew.-% beträgt.5. Wrought aluminum alloy according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the tin content is 0.9 to 1.1 wt .-%. 6. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Mangan-Anteil 0,6 bis 0,8 Gew.-% beträgt. 6. Wrought aluminum alloy according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the manganese content is 0.6 to 0.8% by weight.   7. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Chrom-Anteil maximal 0,1 Gew.-% beträgt.7. Wrought aluminum alloy according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the chromium content is at most 0.1% by weight.
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