DE2164504A1 - Verfahren zur Herstellung von ausscheidungs- und dispersionsgehärteten Metallegierungen - Google Patents

Description

V-29.998-01 13. Dezember 1971

KDB/ASA

BATTELLE DEVELOPMENT COIiPORATION
505 King Avenue
Columbus, Ohio
U. S. A.

Verfahren zur Herstellung von ausseheidungs- und
dispersionsgehärteten Netallegierungen

Verfahren zur Herstellung von gehärteten oder verfestigten Legierungen auf Basis von Metallen, die relativ weich und
verformbar sind, mittels Dispersionen von härteren Materialien in der Matrix des Basis-Metalles sind weit entwickelt. Die
beiden wirksamsten Methoden für eine solche Härtung oder Verfestigung werden im allgemeinen als Ausscheidungs- und als Dispersionshärtung bezeichnet.

Eine Ausscheidungshärtung (abgekürzt: PH = precipitation
hardening) erreicht man im allgemeinen dadurch, daß man in das Basis- oder Matrixmetall einen verhältnismäßig kleinen Anteil eines zureiten Metalles einbringt, das in dem Basismetall bei einer gewissen Temperatur oberhalb der Raumtemperatur zumindest teilweise löslich, bei Raumtemperatur jedoch vergleichsweise unlöslich ist.

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In der Regel ist die Beständigkeit der Legierung so groß, daß bei einer verhältnismäßig schnellen Abkühlung auf Baunitemperaturen eine Ausscheidung des löslichen Metalles nicht eintritt. Härtung und Verfestigung wird durch Erhitzen auf eine intermediäre Temperatur zwischen Raum- und einer solchen Temperatur durchgeführt, bei der das härtende Metall derart löslich ist, daß der Härtungszusatz sich ausscheidet und sich eine DispeisLonshärtungs-uiid Verfestigungsphase ausbildet. <■

Das ausscheidende- oder Zusatzmetall kann aus einer Kombination von Metallen oder von Metallen und Nichtmetallen bestehen. Die ausgeschiedene Phase kann metallisch^ oder intermetallisch sein oder in Form einer Zwischenphase vorliegen.

Ausscheidungshärtung oder -verfestigung wird oft angewendet, um Legierungen bei oder in der Nähe von Raumtemperaturen Härte zu verleihen, '/erden ausscheidungsgehärtete Legierungen längere Zeit erhöhten Temperaturen, insbesondere Temperaturen bei oder über der Ausscheidungshärtungstemperatur, ausgesetzt, führt dies im allgemeinen zu einer "Cbervergütung" oder zu einem Zusammenbruch der ausgeschiedenen Phase. Das Ausscheidungshärten, das Zusetzen von Metallen oder Legierungen sind somit für Anwendungsfälle bei oder nahe bei Raumtemperatur am besten geeignet. Durch Dispersion verfestigende (abgekürzt -: DS - dispersion strengthening) Zusätze zu

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Metallen und Legierungen bestellen im allgemeinen aus festem, in Partikeln vorliegendem Material in der Ketallmatrix. Solche Teilchen sind in der Regel in der Ketallmatrix nicht löslich und bestehen häufig aus Oxiden oder Metallverbindungen, die hinsichtlich der Parameter der Metallverbindung inert sind. "Obwohl die Verfahren zur Dispersionsverfestigung oder -härtung in einigen Fällen angewendet werden können, um die Raumtemperatureigenschaften einiger Metalle oder Legierungssysteme zu verbessern, besteht ihre allgemeine Wirkung darin, daß sie die Festigkeitseigenschäften des Systems oberhalb der Raumtemperaturen verbessern.

Eine bedeutende Gruppe der dispersionsgehärteten Legierungen auf Aluminiumbasis gehört zu den "SAP"-Verbindungen ("Sintered Aluminum Products")» die in den US-Patentschriften 2 678 879, 2 678 880 und 2 796 660 beschrieben sind. Diese Materialien beruhen auf der Erkenntnis, daß geschmiedete bzw. warmverformte Aluminiumerzeugnisse, die aus zu kleinen Teilchen gemahlenen Aluminiumpulvern bestehen, eine hohe Festigkeit bei erhöhter Temperatur aufweisen. Die guten Eisenschaften bei erhöhten Temperaturen sind hauptsächlich auf den Effekt der Dispersionshärtung des Aluminiumoxides (Al_nO,.), das in diesen warmverformten Aluminiumerzeugnissen enthalten ist, zurückzuführen. Die Härtungs- oder Verfestigungswirkung wird bei erhöhten Temperaturen aufrechterhalten, weil die Aluminiumoxidteilchen unlöslich sind.

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Eine gleichmäßige Verteilung der submikroskopischen Aluminiumoxidteilchen in diesen Legierungen beruht auf der Tatsache, daß jedes Aluminiumpulverteilchen ursprünglich in einen dünnen Mantel aus Aluminiumoxid eingehüllt war. Dieses Aluminiumoxid bleibt in dem endgültigen warmverformten Produkt erhalten. Die Menge an Aluminiumoxid in dem Endprodukt kann durch Variieren der Größe und Form des ursprünglichen Pulvers und der Dicke des Oxidteilchenfilmes geändert werden·. Beispielsweise sind zerstäubte Pulver sehr viel feiner und führen infolgedessen zu einer größeren Oberfläche und somit zu einer größeren Aluminiumoxidmenge.

Desweiteren können auch andere Metalle und Legierungen außer Aluminium bzw. Legierungen auf Aluminiumbasis durch Verteilung von Aluminiumoxidteilchen in ihren Metallmatrizen verfestigt werden. Diese Legierungen können durch Pulvermetallurgie-Verfahren hergestellt werden, wobei Aluminiumteilchen mit dem Basismetall oder den Basismetallpulvern vor dem Verbinden vermischt werden, um ein dispersionsgehärtetes warmverformtes Erzeugnis aus Metall auf Aluminiumbasis (oder aus einer Legierung auf Metallbasis) zu erhalten.

Eine bei ausscheidungshärtbaren oder dispersionshärtendcn Verbindungen und insbesondere bei Legierungen der vorgenannten Gruppe (PH-DS-Legierungen) festgestellte Schwierigkeit liegt darin, daß die dispergierte Phase die Rekristallisationseigenschaften ändert, so daß es schwierig ist, die

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Legierung in den Zustand leichter Bearbeitbarkeit und Verformbarkeit zu bringen. Zum leichten Verformen ist es wünschenswert, daß die Metalle und Legierungen in Form von feinen (kleinen), gleichgerichteten Körner bzw. mit einem entsprechenden Korngefüge, vergleiche die schematische Dar-Stellung in Fig. 1, vorliegen. Die Dispersion-Verfestigungsphase oder Einlagerungen von PH-DS-Legierungen greift jedoch in die Rekristallisation ein, so daß die Körner groß und langgestreckt werden, wie dies in Fig. 2 schematisch |

dargestellt ist. Solche PH-D3-Legierungen, deren Struktur im Aussehen der Darstellung in Fig. 2 gleicht oder ähnelt, sind schwierig zu verformen.

Es wurde nun ein Verfahren zur Dispersionsverfestigung oder -härtung von Metallen und Legierungen gefunden, das zu einer hohen Festigkeit bei Raumtemperatur führt, während gleichzeitig eine Superplastizität bei verhältnismäßig hohen Temperaturen gegeben ist. Ein Metall oder eine Legierung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, kann durch plastische Verformung bei relativ hohen Temperaturen leichter in komplizierte Formen gebracht werden, aber kann dann in einen geformten Gegenstand umgewandelt werden, der bei Raumtemperatur eine besonders hohe Festigkeit oder Härte aufweist. Obgleich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Metalle oder Legierungen sowohl ausscheidungshärtende als auch dispersionsverfestigende Zusätze

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enthalten - und daher hier als PH-DS-Legierungen (diese Abkürzung ist abgeleitet von"Precipitation Hardening - Dispersion Strengthening") bezeichnet werden - und um einiges höhere bzw. bessere Dispersions-Härtungseigenschaften zeigen als entsprechende Verbindungen ohne DS-Zusätze, sind sie im wesentlichen ausscheidungshärtbare Verbindungen, die einen kleinen Anteil von dispersionshärtenden Elementen in Form von in eigenartiger '/eise hergestellten Äluminiumoxidteilchen enthalten.

Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung von oxidierten Bändern, Fasern Fäden oder dergl. aus Aluminium oder aus Aluminium enthaltenden Legierungen anstelle von Aluminiumoxidpulver oder -flocken zur Erzeugung eines kleineren Verhältnisses von dispersionsverfestxgendem Aluminiumoxid zu der ausscheidungs-härtbaren Legierung, zu einer Legierung führt, die wärmebehandelt werden kann, um eine feine, gleichgerichtete Körnung hervorzurufen, wie sie zur Steigerung oder Erzeugung der superplastischen Eigenschaften notwendig ist. Solche Legierungen oder Zusammensetzungen können dann wieder zu hoher Festigkeit oder Härte, insbesondere bei Raumtemperaturen, gebracht werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

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Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine ideale PH-DS-Kikrostruktur für mechanische Verformung mit superplastischer Dehnung,

Fig. 2 eine typische PH-DS-Struktur mit vergrößerten, langgestreckten Körnern im Gefüge,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Zugfestigkeit von erfindungsgemäß hergestellten Legierungen in Abhängigkeit von der Temperatur, und

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Streckgrenze von erfindungsgemäß hergestellten Legierungen in Abhängigkeit von der Temperatur.

Wie bereits oben erwähnt wurde, werden durch Dispersion von Aluminiumoxid verfestigte oder gehärtete Metalle und Legierungen nach herkömmlichen Verfahren durch Zerkleinern von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu einem feinen Pulver hergestellt. Aluminium ist hoch reaktiv, so daß es zur Erzeugung einer Oxidschicht genügt, das Aluminium lediglich der Luft auszusetzen. Liegt das Aluminium in kleinen ™ Partikeln vor, wodurch die der Oxidation ausgesetzte Fläche vergrößert wird , steigt der Anteil von Aluminiumoxid, der aus einer vorgegebenen Pulvermenge erhältlich ist. Somit . kann der Aluminiumoxidgehalt der dispersionsverfestigten Legierung durch Wahl der Partikelgröße des Aluminiums, der Aluminiumlegierung oder der Aluminium enthaltenden Legierungspartikel eingestellt werden. Diese Überlegungen hinsichtlich der Partikelgröße werden bei der Herstellung von. SAPvLegie-

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rungen allgemein beachtet,so daß Aluminiumoxid in diesen Legierungen in einerMenge von 6 bis 14 Volumenprozent vorhanden ist.

Es zeigte sich, daß der Aluminiumoxidgehalt in dem verfestigten und gesinterten Erzeugnis unter 3 Volumenprozent sinkt, wenn das Pulver bei der Herstellung von pulverisierten Aluminium-Erzeugnissen durch Bänder, Fasern, Fäden oder ■ Vereinigungen von Fäden ersetzt wurde. Vorzugsweise wird die Größe dieser Fäden so gewählt, daß 1 bis 3 Volumenprozent Aluminiumoxid vorhanden ist. Jedoch besitzen Legierungen, die nur Aluminiumoxid in nur sehr geringen Mengen enthalten, einige vorteilhafte Eigenschaften.

Ein außerordentlich gutes Herstellungsverfahren für solche Bänder, Fäden, Fasern oder dergl. ist durch das sogenannte ^llmelt-spin"-Verfahren (Ziehen aus der Schmelze) gegeben, bei dem ein Strom von schmelzflüssigem Metall auf die Oberfläche eines bewegten Abschreckblockes auftrifft. Nach der Erstarrung wird das zuvor schmelzflüssige Metall von der Oberfläche des Abschreckblockes durch Zentrifugalkraft in Form von verhältnismäßig flachen, rechteckigen Fäden abgeschleudert. Solche Verfahren sind in den US-Patentschriften 2 825 108 (R.B. Pond), 2904 859 (W.Wade et al), 2899 728 (T.P. Gibbons), 2 886 866 (W.Wade) 2 910 744 (R.B.Pond) und 2 908 708 (R.B.Pond) beschrieben. In diesen vorgenannten Patentschriften wird auch die Herstellung solcher Fäden durch Auftreffen auf die bewegte Oberfläche eines rotierenden Zylinders oder einer Abschrecktrommel oder auf

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- 9 die Oberfläche eines fortlaufenden Gurtes erläutert.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, Fäden, Bänder oder dergl. mit scharfkantigem oder spitzwinkligem (beispielsweise L-, C-, U-, V-, W-, Z-förmigem) Querschnitt herzustellen, indem geeignete Nuten in der Oberfläche des Abschreckblockes vorgesehen wurden. Die Parameter von Fäden mit rechteckigem Querschnitt, wie sie ohne die beschriebenen Nuten entstehen, sind jedoch die gleichen. Auch für die Zwecke der ä vorliegenden Erfindung können die Fäden sowohl solche scharfkantigen oder spitzwinkligen als auch rechteckigen Querschnittsformen aufweisen. TiTo die bevorzugten Parameter bezüglich der Abmessungen von Bedeutung sind und in dieser Beschreibung der Breite eines Fadens erörtert sind, sollen diese Abmessungen jeden Schenkel oder Steg bei scharfkantigen oder spitzwinkligen Querschnittsformen einschließen. 'Yenn es sich beispielsweise um einen U-förmigen Querschnitt handelt, soll die Breite des Fadens die aufrechten Schenkel _Λ

und den Querbalken des U einschließen, als ob der Faden in einen geraden, im Querschnitt rechteckigen Faden abgeflacht bzw. ausgebreitet wäre.

Da sich die Bedeutung der Fadenabmessungen auf die verfügbare Fläche zur Erzeugung von Aluminiumoxid in der verdichteten Masse bezieht, ist das Beachten der Fadenbreite bei nach dem "melt spinnverfahren hergestellten Fäden

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weniger wichtig, weil diese Fäden im allgemeinen sehr dünn sind, d. h. das Verhältnis der Breite dieser Fäden zu ihrer Dicke groß ist. Offensichtlich können solche Fäden, soweit dies mit dem gexwinschten Volumenprozent von Aluminiumoxid in dem verfestigten und verdichteten Metall in Übereinstimmung steht, jede Breite besitzen. Um die bevorzugten Parameter von 1 bis 3 Volumenprozent Al₂O,, zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft entfiesen, Bänder zu verwenden, deren Dicke ungefähr 2 Mikron (das ist das Maximum, um etwa 1 Volumenprozent Al„0„ zu erreichen) bis ungefähr 0,7 Mikron (das ist das Minimum, um 3 Volumenprozent AIoO₃ zu erreichen) beträgt.

Selbstverständlich sind die als bevorzugt angegebenen Abmessungen der verwendeten flachen Bänder, Fasern, Fäden oder dergl. nur Näherungswerte. Außerdem ist es klar, daß flache, jedoch unregelmäßig geformte Bänder eine größere Oberfläche darbieten und somit größere Mengen von Al^O-als vollkommene Bänder oder Fäden ergeben.

Da die Breite der Bänder oder Fäden von geringer Bedeutung ist, gilt das gleiche auch für deren Länge bezüglich der Wirkung auf die Entstehung von oberflächlichem Aluminiumoxid oder bezüglich ihres Einflußes auf das superplastische Verhalten der Legierung gemäß vorliegender Erfindung. Die Länge muß jedoch größer als die Breite sein.

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Zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient folgendes Beispiel der Herstellung von ausseheidungsgehärteten und dispersionsverfestigten Verbindungen (PH-DS-Legierungen) der Sorte SAE Type 7075:

Als Ausgangsmaterial wurden kleine Streifen oder Bänder der Legierungssorte 7075 verwendet, die nach dem sogenannten "melt-spin"-Verfahren gemäß der US-Patentschrift 2 825 108 (Pond) hergestellt, d.h. aus der Schmelze gezogen waren. Diese Streifen waren ungefähr 5 bis 10 cm lang, hatten eine maximale Dicke von ungefähr 10 ,u und eine Breite von ungefähr 0,5 mm. Die Streifen waren porös und hatten zahlreiche Unebenheiten, die diesem Material ein viel höheres Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis im Vergleich zu glatten Streifen mit den gleichen Abmessungen verliehen. Bei diesem Material bildet sich, wie bei Aluminiumpulver oder -flocken zur Herstellung von herkömmlichen ¹¹SAF"-Verbindungen, eine dünne Schicht (ungefähr 0,01 μ dick) von Al₀O,. auf der Oberfläche. Diese Schicht bricht während des Extrusionsvorganges und der nachfolgenden Bearbeitung auf, wodurch für die Verfestigung benötigte feinverteilte Oxidpartikel entstehen. Der Volumenbruchteil von AIqO- wird durch Änderung der anfänglichen Streifendicke eingestellt. In dem vorliegenden Fall wurdeein Gehalt an AIgO,, von 1 bis 2 Volumenprozent überschlägig ermittelt, welcher erheblich niedriger liegt als bei üblichen "SAP"-Legierungen (6 bis 14 % Al₂O₃).

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Die Hauptherstellungsschritte waren die folgenden:

(1) Die Streifen wurden bei einem Druck von 0,70 kg/mm " (1000 psi) in mehrere Körper mit 38 mm (1,5 inch) Durchmesser und ungefähr 25 mm (1 inch) Länge zu einer theoretischen Dichte von ungefähr 50 % kalt zusammengepreßt.

(2) Die Körper wurden gestapelt und in Vakuum heiß gepreßt (375⁰C, 5,2 kg/mm (7400 psi), 2 Stunden lang)zu einer theoretischen Dichte von ungefähr 85 %. Der fertige Barren hatte einen Durchmesser von 38 mm (1,5 inch) und war etwa 130 mm (5 inch) lang.

(3) Der Barren wurde in eine aus unbearbeitetem, extrudiertem Aluminium bestehende Hülse mit einem Durchmesser von 79,4 mm (3-1/8 inch) und eine Länge von 180 mm (7 inch) eingebracht. Danach \\rurde bei 350 C auf 36:1 extrudiert. Nach der Entfernung der Hülse sind etwa 4m (13 feet) einer zufriedenstellenden Stange mit einem Durchmesser von 6,4 mm (1/4 inch) aus einer PH-DS-Legierung der Sorte 7075 entstanden.

Zerreiß- oder Zugversuche wurden mit einem "Instron"-Prüfgerät an Proben durchgeführt, die mit Gewinde versehene Enden besaßen, 12,7 mm (1/2 inch) lang waren und einen Durchmesser von 3,2 mm (1/8 inch) besaßen. Der Belastungs-

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takt betrug in allen Versuchen 0,01 Minute" . In Tabelle I sind die Eigenschaften bei Raumtemperatur von ausscheidungsgehärteten und dispersionsverfestigten Legierungen der Sorte 7075 (sogenannte "PH-DS 7075") mit aus der Literatur für "7075-T6" und verschiedenen anderen "SAP-Legierungen" entnommenen Daten verglichen.

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Tabelle I: Eigenschaften bei Raumtemperatur der PH-DS 7075-Legierung im Vergleich zu verschiedenen handelsüblichen Legierungen

	Legierung	Zustand	Proportionali- tätsggenze kg/mm ; (psi)	(35	—	500) j
1.	PII-DS 7075	wie extrudiert	24,8	(29	—	700)
2.	PII-DS 7075	behandelte (a). Lösung	20,8	(81	500)
3.	PH-DS 7075	T6 (d)	57,0	(65	200)
4.	handelsüblicher Barren aus 7075 T6	T6	45,6
5.	handelsübliche 7075 Legierung	T6
6.	XAP 001 (c) (Al + 6% Al9O.)	extrudiert	—
7.	SAP 865 (Al + 14% Al2O3)	extrudiert	—

0, 2^-Streckgrenze

kg/mm*

(psi)

flächen-Zugfestigkeit Verringe-

kg/mm ·, (psi) J %

gleich-^!Gesamtförmige dehnung Dehnung^:

1. 26,4

2. 22,0

3. 59,5

4. 52,5
51,0
18,9
26,6

(37 700) (31 400) (85 000)

40,3 42,7 64,4

(75 000) 59,5 (73 000) (27 000) (38 000)

58,1 25,9 37,8

(57 700)! (61 000) (92 000) (85 000); (83 000)! (37 000 )| (54 000)!

18,8 , 14,4 <

11,0 13,0

38,5 ! 11)4 38,5 j 13,2

11,9 13,0 16,9 18,6 11,0 13,0 5,0

(a) Eine Stunde lang bei 485°C behandelte Lösung, Abschreckung mit kaltem »/asser.

(b) Eine Stunde lang bei 485°C behandelte Lösung, Abschreckung mit kaltem Wasser; 24 Stunden gealtert bei 120 C.

(c) Experimentelle SAP-Legierung

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Die V/erte fur die Festigkeit der PH-DS 7075 im "wie extrudierten" sowie im gelösten Zustand sind wie erwartet recht gering. In dem "T6"-Zustand sind die Festigkeitswerte der PH-DS 7075 Legierung bedeutend höher als die der handelsüblichen 7075-T6-Legierungen (Proportionalitätsgrenze = 12,2 kg/mm (16 000 psi)

ο
höher; 0,2 5-o-Streckgrenze = 7 kg/mm (10 000 psi) höher; Zug-

o
festigkeit .= 4,9 kg/mm (7 000 psi) höher), obgleich die Duktilität der PH-DS-Legierung im wesentlichen die gleiche ist wie die von handelsüblicher 7075-T6 Legierung". Die höheren ¥erte der Festigkeit bei Raumtemperatur der PH-DS-Legierung ™

geht wahrscheinlich auf das Vorhandensein von 1-2 Volumenprozent Al_o0„ und auf einige Dislokationen bzw. Versetzungen im Gefüge zurück.

Die Streckgrenze und Zugfestigkeit von extrudierter PH-DS 7075 Legierung in dem T6-Zustand sind in den Figuren 3 und 4 als eine Funktion der Versuchstemperatur graphisch wiedergegeben (gestrichelte Linie in Fig. 3 und 4); die Daten sind in Tabelle II aufgeführt. Außerdem sind in diesen Figuren die Literatur- ^ werte für handelsübliche 7075-T6-Legierungen und für zwei SAP-Legierungen mit einem Gehalt von 6 und 14 Volumenprozent Al₀O- graphisch dargestellt. Die Festigkeitswerte der PH-DS-Legierung sind bis hinauf zu ungefähr 500°C höher als die Werte der handelsüblichen 7075-T6 Legierung. Bei höheren Temperaturen wird die Festigkeit der beiden 7075-Legierungen nahezu gleich.

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Oberhalb etwa 300°C beginnt das Material superplastisch zu werden (siehe Tabelle II). Die Dehnung bei 305⁰C beträgt 52 und bei 405° C mehr als 200 %. Die Dehnung war gleichförmig und die Duktilitätseigenschaften sind daher nicht auf ein vorzeitiges "Einschnüren" der Probe bezogen. Bei einer Temperatur T ■> 300⁰C erfolgte die Verformung im wesentlichen in Form von Verschiebungen der Korngren.zen, was für superplastisches Verhalten typisch ist.

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Tabelle II: Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften der extrudierten PH-DS 7075 Legierung in dem T6-Zustand ^^a)

Versuchstemp.
⁰C

Proportionalitätsgrenze
kg/mm ; (psi)

0,2 % - Streckgrenze kg/mm'

(psi)

1.	25
2.	105
3.	210
4.	305
5.	405

57,0	(81	500) j	59,5	(85	000)
51,6	(73	800) j	52,7	(75	300)
29,2	(41	700) j	31,4	(44	900)
7,2	(10	300) ■	8,3	(H	900)
2,6	( 3	700)	3,0	( 4	300)

	.Zugfestigkeit p kg/mm (psi)	(92	000)	Flächen verringe rung	gleich förmige Dehnung	Gesamt dehnung
1.	64,5	(77	000)	38,5	11,4	16,9
2.	54,0	(45	800)	40,8	9,0	20,7
3.	31,5	(12 ( 4	000) 300)	: 51,4	1,6	20,5
4. 5.	8,4 3,0	j 76,7 I 85,1	£*<b>	52,0 205

(a) T6-Zustand = Behandlung der Lösung bei 485 C, 1 Stunde

lang, Kai txiras s er abs ehr eckung; Alterung bei 120 C 24 Stunden lang.

(b) Die geringen Werte der gleichförmigen Dehnung sind hier irreführend. Dieser Parameter wird aus der "Instron"-Belastzeit-Tabelle durch Feststellung der Formänderung ermittelt, bei der eine nachweisbare Härtung des Werkstückes aufhört und ein Abfall der Belastung eintritt. Dies entspricht oft dem Beginn der Einschnürung. Wenn eine Probe superplastisches Verhalten zeigt (wie in den Versuchen bei 405 C), dann kann ein Belastungsabfall bei einer geringen Verformung eintreten. Hier ist dieser Abfall jedoch nicht mit einem Einschnüren verbunden. Statt dessen verformt sich das Material bei einer konstanten wirklichen Spannung und die Belastung sinkt entsprechend der kontinuierlichen gleichförmigen Verringerung der Fläche.

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Zusammenfassend ist festzuhalten:

(1) Aus der Schmelze gezogene Streifen ("melt spun"-Streifen) aus 7075 Al wurden gepreßt und erfolgreich extrudiert. Der entstehende Barren enthielt 1 bis 2 Volumenprozent Al₀O-, das wärmebehandelt werden konnte, um die Raumtemperatur-Ausscheidungshärtung zu verbessern.

(2) Die Wärmebehandlung dieser extrudierten PH-DS 7075

""i Legierung bis zum T6-Zustand führte zu einem sehr feinen rekristallisierten, nahezu gleichgerichteten Korngefüge (1-10 /U im Durchmesser, vergleiche Fig. l), das superplastische Eigenschaften bei hohen Temperaturen aufwies. Die Festigkeit bei Räumtemperatur war dennoch bedeutend höher im Vergleich zu handelsüblicher 7075-T6-Legierung. In der Duktilität war sie dieser Legierung gleich.

(3) Bei höheren Temperaturen (T^ 300° C) besaß die extrudierte PH-DS 7075-T6 Legierung im wesentlichen die gleiche Festigkeit wie handelsübliche 7075-T6 Legierung, und zwar ist die Annäherung an die Werte der 7075-T6 Legierungen besser als an die Festigkeitsx^erte der SAP-Legierungen. Dies geht darauf zurück, daß Verschiebungen der Korngrenze (die zu superplastischem Verhalten führen) im wesentlichen die Verformung der PH-DS-Legierung bestimmen, wobei plastisches Fließen bei geringeren Spannungen eintritt,als erforderlich wäre, um Dislokationen durch die Dispersionen enthaltende Matrix zu bewegen.

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Solches Verschieben der Korngrenzen wird durch Erreichen einer Korngrenzenstruktur möglich gemacht, die dem Gefüge von Fig. 1 zumindest nahekommt.

Es ist verständlich, daß die Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung auf jedes Legierungssystem anwendbar sind, in dem Aluminiumoxid in feiner Verteilung wie bei der Dispersionsverfestigung in einem PH-DS-System vorhanden ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist von besonderer Bedeutung, \irenn es für Legierungssysteme verwendet wird, deren Basismetalle aus einem oder mehreren Metallen der Gruppe Nickel, Kobalt, Eisen, Kupfer und Aluminium zusammengesetzt ist und zu deren Basismetall ausreichend Aluminium zugefügt ist.

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Claims (7)

Pat ent ansprii ehe

1. Verfahren zur Herstellung von ausscheidungs- und dispersionsgehärteten Metallegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß pulverisiertes Metall mit einem Gehalt an ausscheidungshärtenden Elementen und ebenen metallischen Bändern, Fäden, Streifen oder dergl., die eine im wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehende Oxidschicht aufweisen, verdichtet und gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Bänder, Fäden, Streifen oder dergl. aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung und/oder aus Legierungen bestehen, die Aluminium enthalten, das, sobald es der Atmosphäre ausgesetzt ist, einen im wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehenden Film bzw. Überzug erhält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverisierte Metall im wesentlichen aus Bändern, Fäden, Streifen oder dergl. mit einer Dicke von 0,7 bis 2 Mikron besteht, wobei die Länge der Fäden größer als ihre Breite und ihre Breite größer als ihre Dicke ist.

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des vorhandenen Aluminiumoxids etwa 1 bis 3 Volumenprozent der verdichteten und gesinterten Masse entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder, Fäden, Streifen oder dergl. nach dem sogenannten "melt-spiii"-Verfahren aus der Schmelze gezogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ™ das Basismetall in dem pulverisierten Metall aus einem oder mehreren der Metalle Aluminium, Nickel, Kobalt, Eisen oder Kupfer besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

das pulverisierte Metall im wesentlichen aus Bänder, Fäden, Streifen oder dergl. besteht, die wiederum aus Aluminiumlegierungen hergestellt sind, welche ausscheidungshärtende Materialien enthalten. m

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