DE2149546A1 - Verfahren zur Herstellung von besonders plastischen Bleilegierungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von besonders plastischen Bleilegierungen

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DE2149546A1 DE19712149546 DE2149546A DE2149546A1 DE 2149546 A1 DE2149546 A1 DE 2149546A1 DE 19712149546 DE19712149546 DE 19712149546 DE 2149546 A DE2149546 A DE 2149546A DE 2149546 A1 DE2149546 A1 DE 2149546A1
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
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Description

Verfahren zur Herstellung von besonders plastischen
Bleilegierungen
Besonders plastische Bleilegierungen kann man herstellen durch Gießen von aushärtbaren Bleilegierungen, dann der Gießling ausgelagert oder gealtert wird, woraufhin der Rohling einer sehr schweren Verformung unterworfen wird, und zwar in Form eines Strangpressens bei einer Oberflächentemperatur am Kokillenaustritt zwischen etwa 4-9 und 1210C.
Von besonderer Plastizität bei Metallwerkstoffen spricht man dann, wenn der Werkstoff ausserorden-flich stark dehnbar ist, z.B. eine Dehnung von zumindest 100 # bei Raumtemperatur gestattet ohne Einschnürung, d.h. Verringerung der Querschnittsfläche während der Deformation unter
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Last; die wesentlich geringer ist als sie der normalen Streckgrenze entspricht. Im Gegensatz dazu spricht man von einer normalen Plastizität ι wenn die Dehnung bei Raumtemperatur nur 20 bis 50 % beträgt und es sehr schnell zum Einschnüren kommt. Die große Fließfähigkeit übermäßig plastischer Werkstoffe bietet bei der Verarbeitung gewisse Vorteile, da aufgrund dessen eine sehr weitgehende Verformung möglich ist, ohne daß es zum Bruch kommt und darüber hinaus auch der für die Formgebung erforderliche . Energie an teil verringert werden kann. Mit anderen Worten lassen sich mit solchen Werkstoffen die verschiedensten und auch sehr kompliziertenFormen herstellen. Die Erfüllung der Formen wird verbessert. Größe und' Aufwand der formgebenden Anlagen kann verringert werden und deren Standzeit vergrößert und damit der Aufwand gesenkt werden. Schließlich lassen sich derartige Werkstoffe auch nach billigen Verfahren verformen, wie sie z.B. in der Kunststofftechnik üblich sind, wie Vakuumformen und Blaßformen.
Aufgabe der Erfindung ist also eine superplastische Bleilegierung und deren Herstellung, die bei Raumtemperatur eine Dehnung von zumindest 100 ?S aufweist. Nach der Erfindung w wird eine auslagerbare Bleilegierung abgegossen und ausgelagert und dieser Rohling einer weitgehenden Umformung unter genau geregelten Temperaturbedingungen im Rahmen des Strangpressens unterworfen.
Die erfindungsgemäß behandelten Legierungen sind auslagerbar, härtbar oder alterungsfähig, d.h. die Härte der Gießling nimmt mit zunehmender Zeit bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen zu. Solche auslagerungsfähige Bleilegierungen sind binäre Bleicalciumlegierungen und ternäre Bleicalciumzinnlegierungen, z.B. solche enthaltend etwa 0,03 bis
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0,5 # Ca, vorzugsweise etwa 0,08 bis 0,1 $> Ca, Rest Blei, bzw. etwa 0,03 bis 0,5 Ji Ca und bis etwa 1 # Sn, Rest im wesentlichen Blei. Bevorzugt sind auf diesem Gebiet Legierungen mit 0,08 bis 0,1 % Ca und etwa 0,7 bis 1 % Sn, Rest im wesentlichen Blei mit den üblichen Verunreinigungen in Bleilegierungen.
Die auslagerbaren Bleilegierungen werden zu Masseln
en
oder Barren in üblicher Weise in Form oder Kokillen abgegossen oder auch durch kontinuierliche Gießverfahren.
Nach dem Abguß kann der Gießling bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen bis zur vollständigen Aushärtung gelagert werden, d.h. bis sich die Härte des Gießlings nicht mehr nennenswert ändert und bei weiterer Lagerung im wesentlichen konstant bleibt. Die Auslagerungszeit hängt ab von .der Zusammensetzung und der Temperatur· So benötigt man für eine binäre Bleicalciumlegierung mit 0,09 <f> Ca bei Raumtemperatur (210C) einen Tag, um eine relative Härte von 63 zu erreichen, die auch beibehalten wird, wenn bis. zu 28 Tagen ausgelagert wird· Eine ternäre Bleilegierung mit 0,1 £ Ca und 0,3 # Sn benötigt für die vollständige Auslagerung 60 bis 90 Tage,bis eine relative Härte von etwa 15 erreicht ist, die dann beibehalten wird· Bei einer ternären Bleilegierung mit 0,1 % Ca und 0,7 % Sn werden ebenfalls etwa 60 bis 90 Tage bei Raumtemperatur für eine relative Härte von etwa 58 benötigt, die jedoch dann bei weiterer Auslagerungzeit beibehalten wird. Wird jedoch diese ternäre Legierung bei erhöhter Temperatur, z.B. 205°C (*fOO°F) gehalten, so benötigt man eine sehr viel kürzere Auslagerungszeit, z.B. nur etwa 5 h. Höhere Temperatur beschleunigt also die Auslagerung (die relative Härte wird ermittelt nach "Rockwell"mit einer Kugel, Durchmesser 3,175 mm, bei einer maximalen Last von 60 kg und einer minimalen Last von 10 kg,
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aufgebracht in 10 sec).
Wie erwähnt wird der ausgelagerte Gießling dann stark verformt und zwar unter genau geregelten Temperaturbedingungen, durch Strangpressen· Die Strangpreßtemperatur muß so eingestellt werden, daß eine niedere Oberflächentemperatur des Preßlings, nämlich zwischen ^9 und 121°C (120 bis 2500F) gewährleistet ist, vorzugsweise zwischen etwa 65 "bis 121 C, insbesondere etwa 93°C, da man bei höheren oder tieferen Oberflächentemperaturen des Preßlings keine Superplastizität erhält, mit anderen Worten, daß der Preßling bei Raumtemperatur eine Dehnung von weniger als 100 % aufweist. Die Oberflächentemperatur des austretenden Preßlings.läßt sich in der für die Superplastizität erforderlichen Größenordnung einstellen mit Hilfe des Preßverhältnisses und der Preßgeschwindigkeit wie im folgenden noch gezeigt wird. Steigt einer dieser Faktoren so nimmt die Umformungsgeschwindigkeit und damit auch die Temperatur zu. Im allgemeinen soll das Preßverhältnis zwischen etwa 38 χ 1 und 133 t 1 und die Preßgeschwindigkeit zwischen etwa 25»4- und 305 mm/min (1 bis 12 inch/min) betragen. Diese Variablen sind umgekehrt proportional. Die Oberflächentempe-. ratur des austretenden Preßlings läßt sich unter gleich- '.' zeitiger Erhöhung der Maschinenleistung einregeln durch Abschrecken mit Wasser, und zwar bereits von der Stelle an, wo der Preßling die Kokille verläßt. Er kann an dieser Stelle mit Wasser bespritzt werden, wie im folgenden noch ausgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an folgenden Beispielen noch näher erläutert. Es handelt sich dabei um aushärtbare oder auslagerungsfähige Bleilegierungen, die in üblicher Weise kontinuierlich abgegossen wurden. Die
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Gießlinge hatten, einen Durchmesser von 98, *f mm (3»8?5 inch) 1111(1 eine Länge von Z^ mm (10 inch). Der koninuierliehe Gießstrang wird auf diese Stangen "beschnitten und geschält zur Entfernung der oberflächlichen Oxidschicht· Diese Stangen gelangen dann zur Auslagerung bei Raumtemperatur (210C) in 1 bis 90 Tagen· Die ausgelagerten Stangen wurden nun bei verschiedenen Oberflächentemperaturen am Austritt aus der Kokille zu Bändern stranggepresst, wobei weitere Variationen die Preßgeschwindigkeit und das Preßverhältnis darstellten. Auch wurde teilweise mit und ohne Abschrecken mit Wasser gearbeitet. Die Temperaturen wurden mit Hilfe eines Oberflächen-yrometers ermittelt. Die Strangpreßtemperatur kann definiert werden als die Temperatur im "Plateaubereich11 gegen die Längenkurve, d.h, wenn die Temperatur des Preßlings nach einer gewissen Zeit stabilisiert ist. Bruchfestigkeit und Dehnung wurden bei 21 bzw« l49°C ermittelt, um anhand dieser die Superplastizität zu zeigen.
Beispiel 1 bis 6
In diesem Fall wurde ein ternäre Bleiealciumzinnlegierung, enthaltend 0,08 j£ C»und 1% Sn. 90 Tage bei Raumtemperatur ausgelagert und dann stranggepreßt«
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T a b e 1 le I
ro ο co
Strangpreßbe dingungen PreBver- Geschwindig-
hältnis keit
(in/min) mm/min		 .(1) 25 bei mechanische Eigenschaften bei (1900) 1,34 1490C %
38 ι 1 . (1) 25 Bruchf estig-r·.
keit 2
(psi) kg/mm		 210C • Dehnung Bruchfestigk..
f» (psi) kg/mm		 (1800).1,27 Dehnung
Bei
spiel		 Oberflächen
temperatur
(F) 0C		 54 t 1 (2) 50 (4700) 3,3 115 ■ (2800) 1,97 500
1 (215) 102 38 ι 1 (2) 50 (4800) 3,38 120 (2700) 1,9 45Ο
2 (225) 107 54 ι 1 (4) 100 (6000) 4,2 80 (2300LJL.62 310
3 (290) 143 . 38 t 1 (4) 100 (6500) 4,57 80 (2300) 1,62 230
4 (290) 143 54 t 1 (6000) 4,2 70 250 2149546
5 (300) 149 (6300) 4,42 70 300
6 (325) 162
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"Aus Tabelle I ergibt sich. ° - ein wesentlicher Unterschied zwischen Bleilegierungen, die bei Strangpreßtemperaturen unter etwa 1210C verpreßt wurden und andererseits von solchen bei höheren Temperaturen. Unterhalb von 1210C zeigten die Prüfkörper Superplastizität, bei Prüfung bei einer Temperatur von l49°C und·hervorragende Dehnung (zumindest 100 %) bei Raumtemperatur, wohingegen die bei höheren Temperaturen erhaltenen Preßlinge geringere Dehnung sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur zeigten. Darüber hinaus besaßen die super« plastischen Prüfkörper (Beispiel 1 und2) eine wesentlich geringere Festigkeit während die nicht superplastischen Prüfkörper (Yergleichsbeispiele 3 bis 6) sich den normalen Festigkeiten für stranggepresstes Material dieser Zusammensetzung nähern.
Beispiele 7 bis 13 Tabelle II
Strangpreßbedingungen
Bei- Geschwindig- Preßver- Oberflächen- Dehnung %
spiel keit hältnis temperatur ^. ΟΛοη - . Λ,,αοη
(in/min)cm/min (F)0C bei 21 C bei 149 C
(D 25 38:1 (215)102 115 500
(2) 50 38»1 (290) 143 80 310
(4) 100 38:1 (300) 149 70 250
(24) 610 38:1 (375) 190 70 200
(1) 25 54:1 (225) 162 120 450
(1) 25 133«1 (220) 105 130 500
(4) 100 133:1 · (375) 190 6$ 220
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Aus der Tabelle II ergibt sich» daß bei niederer Preßgeschwindigkeit von nur 25 mm/min niedere Preßtemperaturen unter 1210C auftreten» so daß die Preßlinge sehr hohe Dehnung, und zwar zumindest 100 % bei Raumtemperatur und Superplastizität (Beispiele 7t Ht 12) aufweisen· Mit steigender Preßgeschwindigkeit und damit steigender ümformungsgeschwindigkeit kommt es zu höherer Temperatur, wobei der zulässige Wert von 1210C überschritten wird. Die so hergestellten Preßlinge weisen keine Superplastizität mehr auf (Yergleichsbeispiele 8 bis 10 und 13).
Beispiele 14 bis 22
Tabelle Geschwindig- Kühlung III Dehnung % 149
Bei Strangpreßbedingungen keit
(in/min)mm/min		 bei 21°C 495
spiel Preßver (1) 25 Oberflächen 115 500
hältnis (D 25 temperatur
(F) 0C		 130 310
14 38*1 (2) 50 (215) 102 80 400
15 133tl (2) 50 Wasser (220) 105 105 250
16 38il (4) 100 (290) 143 70 350
17 38il (4) 100 Wasser (<15O) 65 105 360
18 38 ti (4) 100 Wasser (300) 149 100 350
19 38il (12) 305 Wasser e^l50) 65 100 220
20 133il (4) 100 (150) 65 65
21 38il (150) 65
22 133«! (375) 190
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Aus der Tabelle m geht hervor, daß man superplastische Bleilegierungen einhält, wenn die Oberflächentemperatur des Preßlings unmittelbar nach Verlassen der Kokille auf einen Wert unter etwa 1210C gehalten wird durch entsprechende Abstimmung des Preßverhältnisses und der Preßgeschwindigkeit (Beispiele 3Λ, 15) oder, wenn dies nicht erfolgt, durch Wasserabschrecken (Beispiele 17$ 19 20, 21). Wird die entsprechende Temperatur, nicht unter etwa 1210C durch Abstimmung von Preßverhältnis und Preßgeschwindigkeit gehalten, so tritt keine Superplastizität auf (Vergleichsbeispiele 16, 18 22)·
Es wird darauf hingewiesen, daß die Oberflächentemperatur auf einem Wert unter etwa 1210C durch Wasserabschrecken gehalten werden kann, so daß höhere Preßgeschwindigkeit und damit größere Leistung der Anlage an superplastischen Legierungen bei gleichem Preßverhältnis möglich wird (vergleiche Beispiel mit 16, Beispiel 19» 21 mit 18 und Beispiel 20 mit 22). Schließlich kann man durch Wasserabschrecken, um die Oberflächentemperatur unter dem Wert von etwa 1210C zu halten, ein höheres Preßverhältnis einstellen, um mit gleicher Preßgeschwindigkeit superplastische Bleilegierungen zu erhalten (vergleiche Beispiel 20 mit 18).
Beispiele 23 bis 32
Für diese Beispiele wurden binäre Bleicalcium- und zwei ternäre Bleicalciumzinnlegierungen angewandt. Der Einfluß der chemischen Zusammensetzung der Auslagerungszeit bei Raumtemperatur für die Superplastizität werden daran gezeigt« Die Preßgeschwindigkeit betrug 25»^· mm/min, das Preßverhältnis 38x1, so daß eine Oberflächentemperatur des Preßlings von unter etwa 1210C gewährleistet ist.
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T a belle IV
Bei
spiel i» Ca
23 0,099		 0,099 i» Sh
0		 Auslagerungs
zeit
4 h		 d Bruchfestig
keit 2
(psi) kg/mm
(4400) 9,1		 Dehnung
l60
24 0,099 0 1 d (4400) 3,1 155
25 0,099 0 16 d (4600) 3.24 155
26 0,107 0 35 d (4700) 3.22 155
27 0,107 0,30 1 d (5050) 3,56 85
28 0,107 0,30 16 d (4750) 3,34 110
29 0,110 0,30 35 d (4800) 3,38 130
30 0,110 0,67 1 d (5750) 4,05 65
31 0,110 0,67 16 d (5500) 3,86 90
32 0,67 35 (5600) 3,94 100
Aus der Tabelle IV geht hervor, daß die binären Legierungen eine kürzere Auslagerungszeit als die ternären Legierungen benötigen und daß die binären Legierungen superplastischer sind als die beiden ternären (vergleiche die Beispeile 23 bis 26 gegenüber den Beispielen 28, 29, 32). Weiters ergibt sich, daß mit steigendem Zinngehalt der ternären Legierung auch die Auslagerungszeit ansteigt (vergleiche Beispiel 28 mit 32 und 31)·
Metallurgische Untersuchungen ergaben, daß die superplastischen Bleilegierungen ein Mikrogefüge besitzen, welches in der Hauptsache aus Mikrokorn besteht, d.h. ein gleichachsig rekristallisiertes Korn von etwa 1 bis-5/um Durchmesser aufweist, wohingegen die nicht superplastischen Bleilegierungen im Mikrogefüge vorherrschend ein länglicheres Korn zeigen, d.h. lange dünne Kristallite, die möglicherweise durch Zusammenwachsen von Mikrokorn oder Rekristallisation der Preßtextur in Richtung des Strangpressens zustandekamen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich darüber hinaus auch noch auf alle anderen auslagerfähigen oder aushärtbaren Bleilegierungen mit einem oder mehreren Legierungselementen in bekannter Weise anwenden, wie Legierungen enthaltend Antimon, Tellur, Barium, Strontium, Natrium und/oder Lithium·
Patentansprüche
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Claims (2)

- 12 P atentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von extrem plastischen Bleilegierungen durch Gießen einer auslagerbaren Bleilegierung, Auslagern des Gießlings und starker Verformung des ausgelagerten Gießlings durch Strangpressen, wobei die Ober-" flächentemperatur des die Preßform verlassenden Preßlings zwischen etwa 49 und 1210C, vorzugsweise von 65 bis 121, insbesondere 93°C, beträgt.
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Bleilegierung enthaltend etwa 0,03 bis 0,5» vorzugsweise 0,08 bis 0,1 f> Calcium, Rest im wesentlichen Blei·
3t Anwendung des Verfahrens nach Anspruch lauf eine ternäre Bleilegierung enthaltend etwa 0,03 bis 0,5» vorzugsweise 0,08 bis 0,1 % Calcium und bis etwa 1 # Zinn, vorzugsweise 0,7 bis 1 # Zinn, Rest im wesentlichen Blei.
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INSPECTED
DE2149546A 1970-10-05 1971-10-04 Verfahren zur Herstellung von superplastischen Bleilegierungen mit einer Dehnung von zumindest 100 % bei Raumtemperatur Expired DE2149546C3 (de)

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