DE2216716C3 - Verfahren zur Herstellung von Blechen mit superplastischen Eigenschaften aus einem Legierungskörper - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Blechen mit superplastischen Eigenschaften aus einem LegierungskörperInfo
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Description
40 wird.
Die Ausgangsdicke des Legierungskörpers beträgt
bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Erfindung zwischen 12,7 und 152,4 mm.
»on Blechen mit superplastischen Eigenschaften aus Im einzelnen kann die Erfindung derart ausgestaltet
•inem Legierungskörper, bestehend aus 1 bis 19,8% 45 werden, daß der Ausgangszustand der Legierung
Aluminium, 0 bis 5%, vorzugsweise bis zu 1% Kupfer, durch eine Warmwalzung bei einer Temperatur
• bis 1%, vorzugsweise bis zu 0,25% Magnesium und zwischen 200 und 35O°C mit einem auf die Dicke
Rest Zink, die zumindest im Ausgangszustand eine bezogenen Verformungsgrad zwischen 40 und 99%,
tutektische Gefügestruktur aufweisen. vorzugsweise zwischen 40 und 60%, eingestellt wird.
Die Herstellung eines superplastischen Gefüges ist 50 Besonders bevorzugt ist es, das Blech nach der
In Zink-Aluminium-Legierungen eutektoider Zusam- Einstellung des superplastischen Zustandes bei einer
mensetzung mit 22% Aluminium bekannt. Dieses Temperatur zwischen 275 und 325"C superplastisch
Cefüge wird hergestellt, indem eine Wärmebehandlung zu verformen.
<er Legierung oberhalb der eutektoiden Temperatur Hierdurch wird im Vergleich zu bekannten eutek-
12750C) zum Homogenisieren des Gefüges durchge- 55 tischen Legierungen der Vorteil erzielt, daß sich beim
lührt wird, worauf ein Abkühlen, insbesondere ein Kühlen von oberhalb 275°C in Luft oder im Ofen die
Abschrecken folgt und sich eine Bearbeitung oder vorhandene aluminiumreiche Phase in eine lamellare
Verformung bei einer niedrigen Temperatur anschließt, Zn-Al-Struktur umwandelt und die Legierungen einen
•m ein feinkörniges gleichachsiges Gefüge auszu- erheblich größeren Kriechwiderstand erhalten. Dies
bilden. Beispiele derartiger Zink-Aluminium-Legierun- 60 ist in der weiter unten folgenden Tabelle 2 belegt,
gen eutektoider Zusammensetzung mit zusätzlichen Andere Eigenschaften, wie Festigkeil, Härte und
Gehalten an ternären oder quarternären Bestandteilen Biegungsdehnbarkeit können ebenso verbessert wer-
sind beispielsweise in der deutschen Offenlegungs- den, jedoch hängen diese Eigenschaften bis zu einem
schrift 19 22 213, der US-Patentschrift 34 20 717, der gewissen Maße vor der Zusammensetzung und dem
britischen Patentschrift 12 25 819 sowie der als älteres 65 vorangegangenen Herstellungsverfahren ab.
Recht zu berücksichtigenden deutschen Offenlegungs- Im folgenden wird die Erfindung an Hand der in
schrift 2112 370 beschrieben. den untenstehenden Tabellen zusammengefaßten
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert:
| Legierung | % Cu | % Mg | Gu3 | Verarbeitung | Kaltwalzen | Temperatur | VFT |
| Warmwalzen | Temperatur % Verfor | Sekunden | |||||
| % Al | % Verfor | mungsgrad | |||||
| mungsgrad | |||||||
| 1 1 |
5,5 | 0,5 | 0,1 | CM | 50% | 250° C | 80% | 100° C | 205 |
| 2 | 5,5 | 0,5 | 0,1 | C | 50% | 250° C | 87% | 100° C | 80 |
| 3 | 5,3 | — | — | C | — | — | 93% | 100° C | 125 |
| 4 | 5,3 | — | — | C | 50% | 300° C | 87% | 100° C | 180 |
| 5 | 5,0 | 0,13 | — | C | 50% | 300° C | 87% | 23°C | 220 |
| 6 | 5,2 | 0,15 | 0,03 | DCC | 50% | 300° C | 87% | 100° C | 110 |
| 7 | 5,2 | 0,15 | 0,03 | DCC | 50% | 250° C | 87% | 23°C | 90 |
| 8 | 5,2 | 0,15 | 0,03 | DCC | 50% | 200° C | 87% | 23° C | 80 |
| 9 | 5,1 | — | 0,07 | C | 50% | 300°C | 87% | 23° C | 100 |
| 10 | 5,2 | 0,15 | 0,10 | DCC | 50% | 300° C | 87% | 100° C | 70 |
| 11 | 6,9 | 3,7 | — | C | 50% | 250° C | 87% | 100° C | 105 |
| 12 | 12,2 | — | — | C | 50% | 300° C | 87% | 100° C | 335 |
| 13 | 5,0 | 0,49 | 0,1 | G | 80% | 300° C | 87% | 100°C | 265 |
| 14 | 5,0 | 1,0 | — | C | 50% | 300° C | 87% | 23° C | 235 |
| 15 | 5,2 | 0,15 | 0,03 | DCC | 50% | 300° C | 87% | 23°C | 90 |
In der Tabelle sind die prozentualen Anteile der Metalle in Gewichtsprozent der Legierung angegeben,
wobei in sämtlichen Fällen der Rest durch Zink gebildet ist.
Der Legierungskörper ist entweder ein 19 mm dicker Kokillenguß (C), ein 19 mm dicker Strangguß
(DCC) oder ein 50,8 mm Produktionsversuchkokillenguß (G). Das Material CM besteht aus einem 19 mm
dicken Kokillengußmaterial, welches vor der Bearbeitung auf 12,7 mm spanabhebend verringert wurde.
Der prozentuale Verformuiigsgrad ist in allen
Fällen auf die Dicke am Beginn der jeweiligen Stufe bezogen.
VFT bezeichnet die Vakuumverformzeit, gemessen in Sekunden, für ein Blech von 1,27 mm Dicke
nominell bei 3000C. Dies stellt ein bekanntes Maß der Superplastizität dar und wird ermittelt, indem (1.)
eine Scheibe aus der Legierung über das Ende eines Rohres von einem Innendurchmesser von 81,3 mm
aufgeklemmt und in einen temperaturgesteuerten Luftraum gehalten wird, (2.) ein Differentialdruck von
1 at über die Scheibe aufgebracht wird und (3.) die Zeit gemessen wird, die erforderlich ist, um die Scheibe
in eine Wölbung von 29,21 mm Tiefe zu verformen, d. h. um die relevante Fläche um 50% zu vergrößern.
Ein zweckdienlicher Meßfühler wird verwendet, um festzustellen, wenn dieser Bezugszustand erreicht ist.
Obwohl bezüglich der erreichten Vakuumverformzeit keine Einschränkung des erfindungsgemäßen VerTabelle
IA
(Vergleichsversuch)
(Vergleichsversuch)
fahrens beabsichtigt ist, hat es sich gezeigt, daß VFT-Werte
von weniger als ungefähr 300 see allgemein am vorteilhaftesten sind.
Während die Superplastizität ein komplexes Phänomen darstellt, welches im großen Maße durch Variationen
von Zeit, Temperatur, Zusammensetzung und Behandlung beeinflußbar ist und genau reproduzierbare
Ergebnisse nur mit erheblichen Schwierigkeiten erzielbar sind, können eine Anzahl von allgemeinen
Beobachtungen durch Vergleich der oben angegebenen Beispiele miteinander in der folgenden Weise gemacht
werden:
(a) Die Vakuumverformzeit wird durch Vergrößerung des Verformungsgrades in der Fertigwalzung
verringert. Dies ist insbesondere aus einem Vergleich der Beispiele 1 und 2 klar ersichtlich, geht jedoch auch
aus den Beispielen 3 und 4 hervor.
(b) Die Vakuumverformzeit wird dadurch verringert, daß die Walztemperatur beim letzten Stich auf Temperaturen
verringert wird, die in dem beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Bereich liegen. Dies
geht aus einem Vergleich des Beispiels la in der Vergleichstabelle 1A, unten, und dem Beispiel 3 der
Tabelle 1 (ohne anfängliches Warmwalzen) sowie aus einem Vergleich des Beispiels 2a der Tabelle IA und
dem Beispiel 5 der Tabelle 1 (welches gleichfalls zeigt, daß die erfindungsgemäße Kaltwalzung der beherrschende
Faktor ist) hervor. Ein Vergleich zwischen Beispiel 6und Beispiel 7 oder 8 bestätigt dieses gleichfalls.
| Legierung | %Cu | /O | Mg | GuB | Verarbeitung | Walzen | VFT |
| Abschließendes | Temperatur | ||||||
| % Al | % Ver | Sekunden | |||||
| formungsgrad | |||||||
| la | 5,0 | — |
| 2a | 5,0 | 0,13 |
| 3a | 5,0 | 1,0 |
| C | 93% | 350° C | 350 |
| C | 93% | 300° C | 405 |
| C | 93°/ | 300° C | 640 |
Die in der obigen Tabelle (IA) angegebenen Beispiele
dienen lediglich dem Vergleich und liegen außerhalb des Grundgedankens der Erfindung.
(c) Die Vakuumverformzeit wird dadurch verringert,
daß die anfängliche Warmwalztemperatur verringert wird. Dies geht am besten aus ecm Vergleich derjenigen
Beispiele hervor, bei 4eoen das Fertigwalzen
auf 87% bei 23°C durchgeführt wird, nämlich Beispiele 7 und 8. Allgemein kann gesagt werden, daß je
niedriger die anfängliche Warmwalztemperatur ist,
desto niedriger ist auch die Vakuumverformzeit. Ähnlidie Schlüsse können verzugsweise aus denjenigen
Beispielen gezogen werden, bei denen das Kaltwalzen mit einem Verformungsgrad von 87% bei 100° C
erfolgt. Es ist offensichtlich, daß die Ausgangsdimensionen, die Gießverfahren und die Legierungszusammensetzungen
gleichfalls Variablen darstellen, welche einen gewissen Einfluß auf die Vakuumverformzeiten
haben können.
(d) Die Vakuumverformzeit kann verringert werden, indem von einem Gußgefüge ausgegangen wird, das
so fein wie möglich ist und somit die Bearbeitungsverfahren zur Herstellung einer feinkörnigen Struktur
unterstützt. In den angegebenen Beispielen nimmt die Feinheit des Gußgefüges von dem 50,8 mm Kokillenguß
als Produktionsversuch über den 19 mm Kokillenguß zu dem 19 mm Strangguß mit direkter Kühlung
zu.
(e) Je niedriger die Bearbeitungstemperatur innerhalb des Bereiches zwischen 20 bis 2000C liegt, desto
niedriger ist die Vakuumverformzeit (vgl. Beispiele 6 und 15 der Tabelle 1), obwohl Probleme der Rißbildung
bei Temperaturen auftreten können, die in dem niedrigen Bereich zwischen 20 und 500C liegen. Aus
diesem Grund liegt die bevorzugte Walz- oder Bearbeitungstemperatur
bei 1000C.
Die Zusammensetzung der Legierung hat eine wesentlich komplexere Wirkung. Sie kann die Feinkörnigkeit
des Gußgefüges und, was von wesentlich größerer Bedeutung ist, die eutektische Zusammensetzung
verändern, d. h. der Anteil an Aluminium, der notwendig ist, um eine vollständig eutektische
Struktur zu erreichen.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, von einer vollständig eutektischen Struktur auszugehen, um die
minimale Vakuumverformzeit zu erreichen, beispielsweise Beispiel 4 im Gegensatz zu Beispiel 12. Die vollständig
eutektische Struktur tritt bei 5% Aluminium in der binären Legierung auf, ein ternäres Zuschlagselement, beispielsweise Kupfer (zur Vergrößerung der
Festigkeit) erhöht den notwendigen Aluminiumgehalt. Folglich können Zuschläge zu einer 5°/„igen Aluminiumlegierung
die Vakuumverformzeit vergrößern. Falls erforderlich, können diese Wirkungen durch
zweckdienliche Änderung des Aluminiumgehaltes berücksichtigt werden, um die Wirkung der Zuschlagsstoffe
auf die eutektische Zusammensetzung auszugleichen, beispielsweise Legierungen 2 und 11.
Wenn die oben angegebenen Legierungen bei anschließenden Arbeitsgängen der Blechherstellung verwendet
werden, liegt der zweckdienliche Temperaturbereich zum Verformen zwischen 2000C und dem
Schmelzpunkt. Da die Verformung bei niedrigeren Temperaturen jedoch langsamer erfolgt und da die
Stabilität der Struktur bei höheren Temperaturen nachläßt, liegt der bevorzugte Temperaturbereich
zum Verformen zwischen 275 und 325° C. Es ist offensichtlich, daß der zusätzliche Schritt der anschließenden
Verformung der superplastischen Legierung zusammen mit den dadurch hergestellten Formkörpern
gleichfalls einen Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.
| Legierung | Eigenschaften | B | Härte («) | B | Fließbeanspru | minimale Kriechgeschwindigkei t(4) | B |
| chung (3) | |||||||
| absolute Zugfestigkeit^) | — | A | — | A | 1 · IO-2 | ||
| 2161,940 | 38 | 63 | 9,8 · 10-1 | 1,3 · IO-3 | |||
| 3 | A | 3525,896 | 38 | 110 | — | 5,7 · ΙΟ"1 | 1,9 · IO-4 |
| 4 | 1504,574 | 3030,232 | 39 | 86 | 87,884 | 4 · 10-1 | 3,3 · IO-4 |
| 5 | 1799,838 | 3613,780 | 97 | 110 | — | 2,7 · IO-3 | 1,4 · IO-4 |
| 6 | 1631,122 | 3624,326 | 89 | — | 45,700 | 7,3 · ΙΟ"3 | 1,1 · 10-3 |
| 9 | 3782,517 | 2351,769 | 97 | 62 | — | 6 · IO-3 | 2 · IO-2 |
| 10 | 3332,552 | — | 74 | 104 | 63,277 | 2,6 · ΙΟ"2 | 1 · 10-4 |
| 11 | 3715,726 | 3093,508 | 48 | 95 | — | 1,4 · ΙΟ"1 | |
| 12 | 2562,690 | 93 | 94,915 | 1,6 ■ IO-3 | |||
| 13 | 1806,890 | 55 | 112,492 | 2,5 · ΙΟ"2 | |||
| 14 | 3912,585 | ||||||
| 2502,929 | |||||||
(») Parallel zur Walzrichtung bei 23°C, 0,1 min"1 (kp/cm1).
(!) 5 kg Last für 20 Sekunden (Vickers-Härte).
(') Parallel zur Walzrichtung bei 300°C, 0,2 min-· (kp/cms).
(4) Parallel zur Walzriditung bei 23°C und 351,515 kp/cm» (%/hr).
A. Im Walzzustand.
B. Nach einer simulierten Verformungsbehandlung, d. h. 30 Minuten bei 300° C und luftgekühlt.
7 8
Die Erfindung wird an Hand des folgenden Bei- 1. 7,11mm bei 1000C auf 1,829 mm
Spieles noch näher erläutert. (74% Verformungsgrad),
Eine Legierung auf Zinkbasis mit der folgenden 2. 7,11 mm bei 100°C auf 1,295 mm
Zusammensetzung: 5,5% Al, 0,57% Cu, 0,009% Fe, 82 % Verformungsgrad),
0,003% Pb, 0,001% Cd, Rest Zink, wurde auf einer 5 3. 7,11 mm bei 1000C auf 0,711 mm
Hazelett-Stranggußmaschine gegossen, um ein Band (90% Verformungsgrad),
von 12,7 mm Dicke und 1,016 mm Breite zu ergeben,
wobei das Gesamtgewicht des Bandes 5 t betrug. v E f s .wurd™ nach d f em VOrsteieild · Ä
Dieses Band wurde bei 240° C (Warmwalzen) gewalzt, Verfahren Vakuumverformversuche be. 300 (
um seine Dicke um 44% auf 7,11 mm zu verrin- to Sefuhrt und erßaben die folgenden Ergebnisse
gern. 1. 1,829 mm 255 Sekunden
Proben des warmgewalzten Bleches wurden in 2.1,295 mm 95 Sekunden
folgender Weise gewalzt: 3. 0,711 mm 30 Sekunder
2 564
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Blechen mit Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur
superplastischen Eigenschaften aus einem Le- 5 Herstellung von Blechen mit superplastischen Eigengierungskörper,
bestehend aus 1 bis 19,8% Alu- schäften aus einem Legierungskörper, bestehend aus
minium, 0 bis 5%, vorzugsweise bis zu 1% Kupfer, 1 bis 19,8% Aluminium, 0 bis 5%, vorzugsweise bis
0 bis 1%, vorzugsweise bis zu 0,25% Magnesium zu 1% Kupfer, 0 bis 1%, vorzugsweise bis zu 0,25%
und Rest Zink, die zumindest im Ausgangszustand Magnesium und Rest Zink, die zumindest im Auszumindest
teilweise eine eutektische Gefügestruktur io gangszustand zumindest teilweise eine eutektische
aufweisen, dadurch gekennzeichnet, Gefügestruktur aufweisen, dadurch gelöst, daß dieser
daß dieser Legierungskörper, dessen Ausgangs- Legierungskörper, dessen Ausgangszustand entweder
zustand entweder der Gußzustand oder der nach der Gußzustand oder der nach einer Warrnwalzung
einer Warmwalzung oberhalb 2000C vorliegende oberhalb 2000C vorliegende Zustand ist, bei 20 bis
Zustand ist, bei 20 bis 2000C mit einem auf die 15 2000C mit einem auf die Dicke bezogenen Ver-Dicke
bezogenen Verformungsgrad von 50 bis formungsgrad von 50 bis 99 % kaltgewalzt wiird.
99% kaltgewalzt wird. Durch die Erfindung wird insbesondere der Vorteil
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- erzielt, daß es möglich wird, wegen des erstmalig bei
zeichnet, daß der Verformungsgrad beim Kalt- eutektischem Gefüge eingestellten superplastischen
walzen mindestens 70%, vorzugsweise zwischen 20 Eigenschaften, die derartige Eigenschaften bedingen-75
und 95% beträgt. den Umformverfahren auch bei Legierungen dieser
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Art anwenden zu können. Durch das erfindungsgemäß
gekennzeichnet, daß bei 1000C kaltgewalzt wird. wahlweise vorgesehene Warmwalzen werden darüber
4. Verfahren nach einem oder mehreren der hinaus offensichtlich Oberflächenfehler und innere
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 25 Fehler der gegossenen Legierung geheilt, die Rißdie
Ausgangsdicke des Legierungskörpers zwischen bildung bei den folgenden Walzen bei niedrigeren
12,7 und 152,4 mm liegt. Temperaturen verringert oder vermieden und die er-
5. Verführen nach einem oder mehreren der forderlichen Walzdrücke so niedrig als möglich geAnsprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß halten, so daß die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
der Ausgangszustand der Legierung durch eine 30 vergrößert wird. Durch die Bearbeitung der Legie-Warmwalzung
bei einer Temperatur zwischen rung scheinen das lamellare Eutektikum und irgend-200
und 3500C mit einem auf die Dicke bezogenen welche vorhandenen Anteile der Primärphasen in eine
Verformungsgrad zwischen 40 und 99%, Vorzugs- feine gleichachsige Kornstruktur verformt zu werden,
weise zwischen 40 und 60%, eingestellt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ins-
6. Verfahren nach einem oder mehreren der 35 besondere beim Kaltwalzen ein Verformungsgrad von
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 70%, vorzugsweise zwischen 75 und 95%
das Blech nach der Einstellung des superplastischen vorgezogen.
Zustandes bei einer Temperatur zwischen 275 und Besonders vorteilhafte Eigenschaften kö nnen da-
325CC superplastisch verformt wird. durch erreicht werden, daß bei 100°C kaltgewalzt
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| GB912971 | 1971-04-08 | ||
| GB912971 | 1971-04-08 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2216716A1 DE2216716A1 (de) | 1972-10-26 |
| DE2216716B2 DE2216716B2 (de) | 1975-06-19 |
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