DE2129125A1

DE2129125A1 - Verfahren zur Verarbeitung von Aluminiumbronzen

Info

Publication number: DE2129125A1
Application number: DE19712129125
Authority: DE
Inventors: George H Cheshire Conn Eichelman (V St A )
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1970-06-11
Filing date: 1971-06-11
Publication date: 1971-12-16
Also published as: US3653980A; AU2992571A; FR2096196A5; IT939299B

Description

¹¹ Verfahren zur Verarbeitung von Aluminiumbronzen "

Priorität: 11. Juni 1970, V.St.A., Hr. 45 447

Aluminiumbronzen sind bei erhöhten Temperaturen bekanntlich gut ( verformbar, d: h», man kann diese Legierungen leicht warmwalzen, schmieden oder strangpressen, wenn sie bei dienen erhöhten Temperaturen zur Gänze' oder überwiegend in der ß-Phase vorliegen. Die Aluminiumbronzen sind sehr vielseitig verwendbar, z.B. für korrosionsbeständige Teile, wie Kühlerrohre oder Ventile, bruchfeste und ermüdungsbeständige Teile, wie ,Federn, z.E.Bourdonfedern, * hitzebeständige Teile mit guter Ilochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit, wie Teile von Verbrennungsmotoren, verschleißfeste Teile, wie Leitungen oder Führungen, sowie Formen für die Metall- oder Glasverarbeitung.

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besteht Bedarf an Alueiniumbronzen mit hervorragender Verformbarkeit und Superplastizität bei erhöhten Temperaturen bzw. an eine» zweckmäßigen Verfahren zu deren Verarbeitung. Superplastizität aufweisende Aluminiumbronze!! würden sich insbesondere für Vakuum-Verformungsmethoden eignen, falls die Formteile eine hohe Zugfestigkeit besitzen sollen. ·

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein neues wirtschaftliches, ^ leicht und rasch durchführbares Verfahren zur Verarbeitung von Aluminiumbronzen zur Verfügung zu stellen, gemäß dem die Aliuniijiumbronzen bei erhöhten Temperaturen eine von Legierungen dieses Typs bisher unerreichte Plastizität erreichen, ohne daß eine Verschlechterung der anderen günstigen Eigenschaften von Legierungen dieses Typs sowie von aus ihnen hergestellten Gegenständen eintritt . Diese Aufgabe wird durch üie Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Verarbei-

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^w . tung von Aluminiumbronzen aus 8 bis 11,8 # Aluminium, 0,5 bis 5 $> Bisen, Beet Kupfer, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

die Aluminiumbronzen ^Λ .

A)(a) bei Temperaturen von etwa 538 bis 76O°C warmverformt und/ oder

(b) kaltverformt und gegebenenfalls mindestens 2 Minuten bei Temperaturen von "etwa 538 bis 760⁰C glüht und

B) bei Temperaturen vcn etwa 704 bis 927 C superplastisch verfortitund gegebenenfalls

G) rasch bis mindestens unterhalb etwa -538⁰C abkühlt sowie gegebenenfalls *

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D) ninieetens 5 Minuten, !bti Temperaturen von etwa 260 bit ·***[_ ;482^OC, vorzugsweise von et^ja 315 biß etwa 400°0, wwaauilef·**· \ ~Die~hacIT äeja Verf äKren aer" Uritndung-vernrbelteten^^ Aiiiiaiitt«ttitrroa*·

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*-een- wet»·» vorEUgsweiee-.eineii.Aluminiiie£ejialt_ypn 9» J>ie_. 10 :.1&. auf · Als herkömmliche Verunreinigungen sind inden nach "dem erfin* dungsgemäßen Verfahren verarbeiteten Aluminiumbronzen z.B. Magnesium, Silicium, Zinn, Blei, Phosphor, Arsen, Antimon, Wismut, Nickel, Silber und/oder Zink enthalten.

Die Verformung gemäß Stufe B) wird vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 760 bis etwa 871°C durchgeführt. Wenn besonderer Wert auf eine hohe Zugfestigkeit gelegt wird, werden die nach der Verformung gemäß (B) erhaltenen Formteile gegebenenfalls der vorge- ' nannten Stufe C) unterworfen, um einen hohen Anteil an ß-Phase ' beizubehalten und um die ß-Phase in Martensit umzuwandeln. Zur Abkühlung werden die Aluminiumbronzen z.B. mit Wasser oder öl abgeschreckt, während sich das Formteil in der Forin befindet, oder die Bronzen werden zu diesem Zweck in kalte Formen eingebracht.

Die Stufe ^) dient zur Gewährleistung einer optimalen Verfeinerung der Kornetruktur der Aluminiumbronzen. Die maximale Glühzeit in der Stufe t>) ist nicht von ausschlaggebender Bedeutung, eofern kein zu starkes Kornwachstum erfolgt, im allgemeinen teeträgt sie jedoch jeweils /etwa 2 -Stunden. Die Stufe b)

wird vorzugsweise mindestens einmal wiederholt, insbesondere mehrmals, um die Ausbildung der benötigten feinen Korngröße sicherzustellen. Die Korngröße der erfindungsgemäß verarbeiteten Aluminiumbronzen beträgt im allgemeinen unterhalb etwa 0,065 mm, vorzugsweise etwa 0,005 bis 0,02 mm. Das in den Aluminiumbronzen enthaltene Eisen fördert die Ausbildung einer feinen Kornstruktur.

Dei .rad der Dickenverminderung in der' Kaltveri'ormungsstufe ist nicht von ausschlaggebender Bedeutung.. Vorzuguweise wird jedoch eine Dickenverminderung von mindestens 10 f>_t insbesondere von etwa 40 bie 90 #, speziell von etwa 50 bis 90 ?', vorgenommen.

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_# verarbeiteten Natürlich brauchen die erfindungsgemäß /Aluminiumbronzen nach

Temperaturen der Kaltyerformungsetufe nicht geglüht eu werden, da sie bei den/ der superplastischen Verformung (B) unter Bildung der erforderlichen feinen Kornstruktur rekristallisieren.

Anstelle der Kaltverformung kann, wie erwähnt, auch eine Warm-

(a)
verformung/üurchgeführt werden, wobei auf das Glühen verzichtet werden kann. Bei der Warmverformung wird vorzugsweise eine

Dickenverminderung von 20 $ vorgenommen, und die Warmverformung wird insbesondere innerhalb des vorgenannten 'Temperaturbereichs mehrmals wiederholt, um die erforderliche feine Kornstruktur auszubilden.

Die bei der Verarbeitung der vorgenannten Aluminiumbronzen erzielbare überraschende Superplastizität hängt anscheinend damit zusammen, daß die Alumirtiumbronzen eine relativ niedrige

nachstehend
Korngröße in Kombination mit den/ angegebenen Anteilen an α- bzw.

ß-Phase bei den Verformungstemperaturen (etwa 704 bis 927⁰C) aufweisen. Bei diesen Temperaturen kann der Anteil der ß-Phase abhängig vom Aluminiumgehalt der jeweiligen Aluminiumbronze und der Temperatur 0 bis nahezu 100 fi betragen. Vorzugsweise beträgt der Anteil der ß-Phase im vorgenannten Temperaturbereich jedoch 40 bis 70 i°t was einem Aluminiumgehalt von etwa 9 bis 10 ^ entspricht. Der vorgenannte optimale ß-Phasenanteil gestattet die Anwendung einer höheren Dehnungsgeschwindigkeit bei vorgegebener V₁ Dehnung während der Verformungsstufe B) und besitzt somit eine praktische Bedeutung, da er z.B. die Herstellung von Formteilen beschleunigt.

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Ee wird angenommen, daß die vorgenannte Superplastisität

auf Crleiterecheinungen an den Grenzflächen der Körner zurückzuführen iat, welche eine leichtes Vorbeibewegen der Körner aneinander gestatten, ohne daß eine Kornvergröberung auftritt. Wenn die Aluminiumbronzen den vorgenannten Anteil an ß-Phase aufweisen, wird eine noch höhere Plastizität erzielt. Dies ist offensichtlich auf die Leichtigkeit zurückzuführen, mit

. der sich die ß-Phase an die Verformung der weniger plastischen α-Körner anpaßt.

Die Verformung (B) wird gemäß dem Verfahren der Erfindung in einer derartigen Weise durchgeführt, daß den auf diese Weise verarbeiteten Aluminiumbronzen Superplastizität verliehen wird. Die Verformung wird vorzugsweise mit einer Dehnungsgeschwindigkeit von unterhalb etwa 3 Min." , insbesondere von etwa 0,03 bis etwa 0,5 Min." , durchgeführt. Wenn eine besonders hohe Dehnung erzielt werden soll, wird zweckmäßig eine Dehnungsgeschwindigkeit von höchstens etwa 0,5 Min." angewendet. Unter "Dehnungsgeschwindigkeit" ist hier der Quotient aus der Geschwindigkeit des Zugstangenkopfes ( cm/Min.) durch die Anfangslänge von 5,08 cm zu verstehen, der beim Zugversuch unter Anwendung der dafür geeigneten Prüfkörper errechnet wird.

Nach der Abkühlungsstufe (C) wird das Formteil, wie erwähnt, gegebenenfalls nochmals mindestens 5 Minuten auf Temperaturen von etwa 260 bis 482⁰C erhitzt (D) (warmausgelagert). Diese

wie erwähnt,
Behandlung wird/vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 315 bis

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BADORlGtNAl.

* β

-6-

40O⁰G und höchstens 4 Stunden durchgeführt, um eine Kornvergröberung zu verhindern. Durch die Anwendung der Stufe D) wird die

• und
Zugfestigkeit/insbesondere die Streckgrenze noch mehr erhöht.

Wenn die Abkühlung langsam, wie durch normale Luftkühlung, durchgeführt wird, kann man das Formteil natürlich nochmals auf Temperaturen von 593 bis 982⁰C erhitzen und anschließend wie-

raßch
derum/abkühlen und warmauslagern. Es sei jedoch festgestellt, daß eine relativ hohe Zugfestigkeit und Streckgrenze erzielt werden, wenn man eine normale bzw. langsame Abkühlung ohne weitere Behändlungsstufe vornimmt. Man kann dabei eine Zugfe-· stigkeit von etwa 70 kp/mm und eine Streckgrenze von etwa 28 kp/mm erreichen.

Die erfindungsgemäß verarbeiteten Aluminiumbronzen eignen sich zur Herstellung komplizierter Formteile. Bei dieser Anwendungsform wird von der erhöhten Verformbarkeit der Aluminiumbronzen dadurch Gebrauch gemacht, daß man diese in superplastischen Zustand in die betreffenden Formen hineinknetet.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Eb werden Gußbarren mit den Abmessungen 4,44 x 4,44 x 11,43 cm aus einer Aluminiumbronze (9,8 £ Al, 4 ⁹^ Fe, Rest Cu und unver-

Verunreinigungen .
meidli ehe/) nach dem Stranggieüverfahren hergestellt und durch

Warm- und Kaltwalzen sowie mehrfaches Glühen bei etwa 621⁰C zu Blechen einer Dicke von etwa 0,13 cm verarbeitet. Bei diesen

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Verarbeitungsverfahren wird eine Korngröße von 0,01 nun erhielt· Anschließend werden Prüfbleche (Länge * 5,08 cm, Breite * 1,27 cm. Dicke « 0,13 cn») auf etwa 788⁰C erhitzt und bei einer Geschwindigkeit des Zugstangenkopfet von 2,5*4 cm/Min. (Dehnungsgeschwindigkeit = 0,5 Min." ) einem Zugversuch unterworfen. Die Dehnung ist einheitlich und beträgt etwa 400 $. An der Bruchstelle treten dabei nahezu keine lokalen Querschnittsverringerungen auf, was für Superplastiaität charakteristisch ist.

B e i s p· i e 1

Die Bleche aus der Aluminiumbronze von Beispiel 1 werden nach der Verforraung mit V/asaer abgeschreckt und anschließend 1 Stunde bei etwa 343 C warmausgelagert.

Beim Zugversuch werden eine Zugfestigkeit von etwa 105 kp/mm und eine Streckgrenze von etwa 77 kp/mm gemessen.

τ Beispiel 3'

Pig. 1 zeigt die Dehnungseigenschaften mehrerer Kupfer/Aluminium-Legierungen (Aluminiumbronzen) mit einem Eisengehalt von etwa 4 i> und verschiedenen Anteilen an ß-Phase, die bei verschiedenen Temperaturen und einer Geschwindigkeit des Zugstan-. geru-pfes von 2,54 cm/Min. (Dehnungsgeschwindigkeit = 0,5 MinT¹)

§ geprüft werden. Man erkennt, daß die Dehnung ansteigt, wenn der anteil an fl-Phaser^innerhalb des Bereichs von etwa 40 bis 70 y! V " 109861/1334

H ·--^'^C*'- ' ^* ' —-^'^ BADORIGtNAU

liegt.

Beispiel

Pig.2 zeigt die Dehnungseigenschaften einer Aluminiumbronze

Verunreinigungen (9f8 £ Al, 4 # Pe, ResfcCu und unvermeidliche/), die bei versehiedenen Temperaturen und einer Geschwindigkeit des Zugstangenkopfes von 2,54 cm/Min, bzw. 15*24 cm/Min. (Dehnungsges&hwiadigkeit » 0,5 Min.** bzw. 3 Min'.*" ) geprüft wird. Man erkennt, daß die Plastizität bei einer Erniedrigung der Lehnungsgeechwindigkeit erhöht wird. Es sei festgestellt, daß infolge des begrenzten Weges des Zugstangenkopfes der obere Grenzwert für die

Dehnung bei dieser Prüfung 370 fo beträgt und daß bei einer Gevermutlich schwindigkeit des Zugstangenkopfes von 2,54 cm/Min./höhere Dehnungswerte erzielt werden können. Der gemessene höhere Wert ist das Ergebnis einer Dehnung des Prüfkörpers während des Herausnehmens aus dem Ofen. ' .

Beispiel

In Jig. 3 sind die Dehnungseigenschaften einer Aluminiumbronze von Beispiel 3 gegen den Anteil an ß-Phase bei einem mit einer Geschwindigkeit des Zugstangenkopfes von 0,25 bzw. 2,54 ca/Min. (Dehnungsgeschwindigkeit = 0,05 Min." bzw.

^i aufgetragen

0,5 Min. ) durchgeführten Zugversuch/. Man erkennt, daß die

Plastizität der Aluminiumbronze bei einem Anstieg des Anteils an ß-Phase allgemein erhöht wird.

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Claims

Pate η ta η 8 ρ r ü c h e

1. Verfahren zur Verarbeitung von Aluminiumbronzen aus 8 bis 11,8 i> Aluminium, 0,5 bis 5 ?» Eisen, Rest Kupfer, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminiumbronzen

A) (a) bei Temperaturen von etwa 538 bis 76O⁰C warmverformt und/oder

(b) kaltverformt und gegebenenfalls mindestens 2 Minuten bei Temperaturen von etwd 558 bis 760⁰C glüht und

B) bei Temperaturen von etwa 704 bis 927 C superplastisch ver-Xormt und gegebenenfalls

C) rasch bis mindestens unterhalb etwa 538⁰C abkühlt sowie gegebenenfalls

D) mindestens 5 Minuten bei Temperaturen von. etwa 260 bis etwa 482°C, vorzugsweise von etwa 315 bis etwa 400 C, warmauelagert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Aluminiumbronze verarbeitet., die 9 bis 10 # Aluminium aithält.

3» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Aluminiumbronze verarbeitet, die in der Stufe B)

einen Anteil an ß-Phase von 40 bis 70 f> aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe b) 2 Minuten bis 2 Stunden glUht.

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5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 41 dadurch gekennzeleimet, daß man das Kaltverformen und Glühen gemäß b) mindestens einmal, vorzugsweise mehrmals, wiederholt und daß man bei der Kaltverformung eine Dickenverminderung von mindestens 10 $, vorzugsweise von etwa 40 bis etwa 90 $, insbesondere von etwa 50 bis etwa 90 i>_t vornimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, fe daß man bei der 'Warmverformung gemäß Stufe a) eine Dickenverainderung von mindestens 20 $ vornimmt *ind daß man die Warmverformung insbesondere mehrmals, wiederholt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die superplastische Verformung (B) bei Temperaturen
von etwa 760 bis 871⁰C durchführt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe B) eine Dehnungsgeschwindigkeit von
unterhalb 3 Min."" , vorzugsweise von 0,03 bis 0,5 Min." , anwendet. - · . "

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