DE2252930B2

DE2252930B2 - Process for improving the cold bendability of sheet metal made from zinc-aluminum alloys

Info

Publication number: DE2252930B2
Application number: DE2252930A
Authority: DE
Inventors: Colin John Horfield Bristol Swanson (Grossbritannien)
Original assignee: ISC Alloys Ltd
Current assignee: ISC Alloys Ltd
Priority date: 1971-11-04
Filing date: 1972-10-27
Publication date: 1975-08-07
Also published as: GB1363257A; FR2158536A1; DE2252930A1; FR2158536B1; AU4845472A; JPS4853963A; US3804677A; JPS5146507B2

Description

3030th

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Kaltbiegbarkeit von Blechen aus Zink-Aluminium-Legierungen, die bereits ein Gefüge besitzen, das eine superplastische Verformung durch Druck oder Vakuum möglich macht, und die nach der tuperplastischen Formung noch einem Kaltbiegevorgang unterworfen werden müssen.The invention relates to a method for improving the cold bendability of sheets made of zinc-aluminum alloys, which already have a structure that shows a superplastic deformation due to pressure or vacuum makes it possible, and after the tuperplastic forming still a cold bending process must be subjected.

Mit »Superplastizität« wird derjenige Zustand bereichnet, in dem eine Legierung eine erhebliche Empfindlichkeit der Dehnungsgeschwindigkeit aufweist. Die Empfindlichkeit der Dehnungsgeschwindigkeit, die mit m bezeichnet ist, ist die Exponentialvariable in der FormelThe term “superplasticity” refers to the state in which an alloy exhibits considerable sensitivity to the rate of strain. The stretch rate sensitivity, denoted by m , is the exponential variable in the formula

α = K · ζ ^m,α = K ζ ^m ,

wobei α die Spannung in der Dimension Last pro Flächeneinheit, ζ die Dehnungsgeschwindigkeit in der Dimension Längenänderung pro Zeiteinheit und K eine Konstante darstellt, welche als Dehnungsgeschwindigkeitskoeffizient bezeichnet ist.where α is the stress in the dimension of load per unit area, ζ is the rate of expansion in the dimension of change in length per unit of time and K is a constant which is referred to as the rate of expansion coefficient.

Während das Vorhandensein einer erheblichen Dehnungsgeschwindigkeitsempfindlichkeit m die größtmögliche Dehnung bestimmt, der eine Legierung unterzogen werden kann ohne zu brechen, ist der Dehnungsgeschwindigkeitskoeffizient K von Bedeutung, um die Festigkeit des Materials und folglich die Menge an Arbeit zu bestimmen, die eingesetzt werden muß, um einen bestimmten Verformungsvorgang zu erreichen.While the presence of significant strain rate sensitivity m determines the maximum possible strain an alloy can be subjected to without breaking, the strain rate coefficient, K , is important in determining the strength of the material and, consequently, the amount of work that must be put into making one to achieve a certain deformation process.

In der DT-OS 19 22 213 werden Zink-Aluminium-Legierungen beschrieben, die 70 bis 82 Gewichtsprozent Zink und außerdem im wesentlichen Aluminium enthalten, und zur Erzielung verbesserter Eigenschaften dieser Legierungen wird vorgeschlagen, den Zink-Aluminium-Legierungen eines oder mehrere der Elemente Magnesium, Kupfer unl Lithium zuzusetzen. Eine weitere Verbesserung der Eigenschaften dieser Legierungen soll durch den Zusatz geringer Mengen von Nickel und/oder Silber erreicht werden. Die bekannten Legierungen sollen dann weiterhin einer Wärmebehandlung unterzogen werden, weiche im Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von 280 bis 380° C und im anschließenden Abkühlen mit einer bestimmten Geschwindigkeit bestehen soll. Hieran kann sich ein nochmaliges Erhitzen der Legierungen auf Temperaturen bis zu 275° C anschließen. Die solchermaßen behandelten Legierungen sollen beispielsweise gemäß S. 5, Absatz 3, der DT-OS 19 22 213 die Eigenschaft aufweisen, daß die erhaltenen Feingefüge bei Verwendungstemperaturen stabil sind. Darüber hinaus sollen gewisse, in der DT-OS 19 22 213 beschriebene Legierungen superplastisch gemacht werden, wie dies aus S. 6, Absatz 2, dieser Druckschrift hervorgeht, und zwar durch eine spezifische thermische Vorbehandlung. Hierbei geht es darum, daß es trotz der zusätzlich vorgesehenen Legierungselemente, wie Magnesium, Kupfer, Nickel oder Silber, nicht ausgeschlossen wird, daß die bekannten Legierungen die Eigenschaft der Superplastizität erhalten können, wenn eine entsprechende Wärmebehandlung angewendet wird. In Absatz 2 auf S. 6 der DT-OS 19 22 213 wird ein Beispiel für eine derartige Wärmevorbehandlung angegeben, und zwar wurde eine Legierung mit 78 Teilen Zink, 22 Teilen Aluminium und 0,15 Teilen Magnesium 2 Stunden lang bei 360° C vorbehandelt und dann 2 Minuten bei 188° C isotherm behandelt. Bei der anschließenden Zugfestigkeitsuntersuchung bei einer Prüftemperatur von 250° C ist dann festgestellt worden, daß diese Legierung eine Dehnung von 450% besitzt und damit superplastisch geworden ist. Ferner gibt Tabelle V auf S. 12 der DT-OS 19 22213 verschiedene Vorbehandlungszustände an, auf Grund deren bei der nachfolgenden Prüfung superplastische Eigenschaften der entsprechenden Legierungen festgestellt worden sind. Die aus der vorerwähnten Druckschrift bekannten Verfahrensschritte dienen also gegebenenfalls erst zur Einstellung eines Gefüges, das eine superplastische Verformung ermöglicht.In the DT-OS 19 22 213 zinc-aluminum alloys described, the 70 to 82 weight percent zinc and also essentially aluminum contain, and to achieve improved properties of these alloys, it is proposed to use zinc-aluminum alloys to add one or more of the elements magnesium, copper and lithium. A further improvement in the properties of these alloys is said to be less due to the addition Amounts of nickel and / or silver can be achieved. The known alloys should then continue subjected to a heat treatment, soft in heating to a temperature in the range of 280 to 380 ° C and in the subsequent cooling should exist at a certain speed. This can be followed by another heating of the alloys to temperatures of up to 275 ° C. The alloys treated in this way should, for example, according to page 5, paragraph 3, of the DT-OS 19 22 213 have the property that the fine structure obtained is stable at use temperatures are. In addition, certain alloys described in DT-OS 19 22 213 are said to be superplastic can be made, as can be seen from p. 6, paragraph 2, of this publication, by means of a specific one thermal pretreatment. The point here is that, despite the additional alloying elements, such as magnesium, copper, nickel or silver, it is not excluded that the known Alloys can be given the property of superplasticity, if appropriate Heat treatment is applied. In paragraph 2 on p. 6 of DT-OS 19 22 213 an example of a such heat pretreatment indicated, namely an alloy with 78 parts zinc, 22 parts Aluminum and 0.15 parts magnesium pretreated for 2 hours at 360 ° C and then 2 minutes Treated isothermally at 188 ° C. In the subsequent Tensile strength testing at a test temperature of 250 ° C has then been found that this alloy has an elongation of 450% and has therefore become superplastic. There is also a table V on p. 12 of the DT-OS 19 22 213 different Pretreatment states due to their superplastic properties in the subsequent test of the corresponding alloys have been determined. The one from the aforementioned publication known process steps are therefore used, if necessary, only to set a structure, the one allows superplastic deformation.

Aus der DT-OS 15 58 521 sind Nickel-Chrom-Legierungen bekannt, die sich als superplastische Werkstoffe eignen, d. h. die superplastisch verformbar sind.From DT-OS 15 58 521 are nickel-chromium alloys known that are suitable as superplastic materials, d. H. which are superplastically deformable are.

Im übrigen wird bei der vorliegenden Erfindung grundsätzlich als bereits bekannt vorausgesetzt, einen aus einer Legierung bestehenden Rohling vorzubehandeln, um die Eigenschaft der Superplastizität zu erzeugen, und zwar mittels einer aus Wärmebehandlung und Abschrecken bestehenden Behandlungstechnik, worauf dem so vorbehandelten Rohling die Übereinstimmung mit der Form einer Formfläche mittels Mediendruck oder Vakuum mitgeteilt wird. Nach diesem Formvorgang kann jedoch der Rohlinp. einer weiteren Bearbeitung bedürfen, um ein weiteres Formmerkmal zu erzeugen. Beispielsweise kann ein Flansch an dem fertigen Gegenstand erforderlich sein, und dies kann einen Biegevorgang an mindestens einem Teil des geformten Gegenstandes bedingen. In addition, in the present invention it is generally assumed that one is already known to pretreat a blank consisting of an alloy in order to give it the property of superplasticity generate, by means of a treatment technique consisting of heat treatment and quenching, whereupon the pre-treated blank the Conformity with the shape of a mold surface is communicated by means of media pressure or vacuum. After this molding process, however, the blank can. need further processing to add another Generate shape feature. For example, a flange may be required on the finished item and this may involve a bending operation on at least a part of the molded article.

Es kann gezeigt werden, daß die angestrebten Eigenschaften superplastischer Legierungen lediglich auf Kosten einer Verringerung in der Fähigkeit desIt can be shown that the desired properties of superplastic alloys are merely at the expense of a decrease in the ability of the

Materials erreichbar sind, Biegebeanspruchungen zu widerstehen, ohne zu reißenMaterials are achievable to withstand bending stresses without tearing

Da superplastische Legierungen durch ihren hohen Grad an Dehnungsgeschwindigkeitsemplindlichkeit gekennzeichnet sind, ist es offensichtlich, daß die während des Kaltbiegens auftretenden Schwierigkeiten dadurch vermieden werden können, daß die Geschwindigkeit eines derartigen Biegens verringert wird. Obwohl dieser Lösungsweg in wenigen Fallen annehmbar sein kann, ist er kaum für Formvorgänge im wirtschaftlichen Maßstab verwendbar. Since superplastic alloys are characterized by their high degree of strain rate sensitivity, it is apparent that the difficulties encountered during cold bending can be avoided by reducing the rate of such bending. Although this approach may be acceptable in a few cases, it is hardly usable for molding operations on an economic scale.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, liegt nun der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, welche bewirken, daß die superplastischen Bleche beim Kalt- is biegen den hierbei auftretenden Biegebeanspruchungen standhalten, ohne daß eine Verringerung der Biegegeschwindigkeit in Kauf genommen werden müßte. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bleche vor oder nach der superplasti- ao sehen Formung, aber vor dem Kaltbiegen bei einer Temperatur in dem Bereich zwischen 150 und 250° C angelassen werden. Starting from a method of the initially mentioned type, now the present invention has for its object to provide measures which cause that the superplastic sheets during cold is turn able to withstand the bending stresses occurring here without a reduction in the bending speed would have to be taken into account . This object is achieved according to the invention in that the sheets are tempered before or after the superplastic forming, but before the cold bending, at a temperature in the range between 150 and 250.degree.

Vorzugsweise erfolgt das Anlassen zwischen 1 und 2 Stunden lang. asTempering is preferably carried out for between 1 and 2 hours. as

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß das Anlassen vor der superplastischen Formung durchgeführt wird und daß die superplastische Formung bei einer Temperatur zwischen 200 und 250° C erfolgt. According to an advantageous development of the method according to the invention it is provided that the Tempering is carried out before the superplastic molding and that the superplastic molding takes place at a temperature between 200 and 250 ° C.

Beispielsweise wird gewalztes superplastisches, aus einer Zink-Aluminium-Legierung bestehendes Blechmaterial bei ungefähr 200° C für mindestens 1 Stunde angelassen, sodann das Vakuum oder Druckformen bei 200 bis 250⁰C durchgeführt, und anschließend läßt man das geformte Blech auf Raumtemperatur (etwa 20° C) abkühlen, ehe das Biegen erfolgt.For example, rolled, aluminum alloy zinc-annealed superplastic from an existing sheet material at about 200 ° C for at least 1 hour, the vacuum or pressure forming then at 200 to 250 ⁰ C., and then allowed to the molded sheet to room temperature (about 20 ° C) before bending takes place.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of examples.

In den Tabellen 1, 2 und 3 sind die Ergebnisse von Biepeversuchen an Streifen der Abmessungen 6,35 X 82,55 mm, die aus einer Zink-Aluminium-Legierung (78 Gewichtsprozent Zink, 22 Gewichtsprozent Aluminium und 0,15 Gewichtsprozent Kupfer als ternäres Element) bestehen, um die verschiedenen Biegeradien (in mm) für drei verschiedene Blechdioken zusammengefaßt, d. h. für Blechdicken von 0,635, 1,270 und 1,905 mm. Die Proben wurden 1 Stunde lang bei 200 und 250° C angelassen und dann kalt um die angegebenen Radien gebogen.In Tables 1, 2 and 3 are the results of beeping tests on strips of the dimensions 6.35 X 82.55 mm, made from a zinc-aluminum alloy (78 percent by weight zinc, 22 percent by weight Aluminum and 0.15 percent by weight copper as a ternary element) are made up of the various Bending radii (in mm) summarized for three different sheet metal dioks, d. H. for sheet thicknesses of 0.635, 1.270 and 1.905 mm. The samples were tempered at 200 and 250 ° C for 1 hour and then bent cold around the specified radii.

Die Benotung der Wirkung des Biegeversuches ist auf die folgende Skala bezogen:The rating of the effect of the bending test is based on the following scale:

Tabelle 1 — Blech von 0,635 mm StarkeTable 1 - Sheet metal with a thickness of 0.635 mm

BiegeradiusBending radius Zustand nach dem Bieg» beiCondition after bending »at AnlaStemperaturStarting temperature 25O⁰C250 ⁰ C 25O⁰C250 ⁰ C 25O⁰C250 ⁰ C RsumicmpcniturSummary 200⁰C200 ⁰ C 99 99 ohne Anwithout an 99 99 99 unm)unm) lassenpermit 99 99 55 6,3506.350 99 99 99 55 3 1753 175 99 99 99 55 2,0322.032 99 99 99 66th 1,0161.016 99 88th 0,5080.508 66th Blech von 1,270 mm StärkeSheet metal with a thickness of 1.270 mm 00 66th Zustand nach dem Biegen beiCondition after bending Tabelle 2 —Table 2 - RaumtemperaturRoom temperature AnlaßtemperaturTempering temperature AnI aß temperaturAnI ate at temperature BiegeradiusBending radius 200⁰C200 ⁰ C 200⁰C200 ⁰ C ohne An- without arrival lassenpermit 99 99 99 (mm)(mm) 55 55 6,3506.350 11 55 3,1753.175 11 55 2,0322.032 11 55 1,0161.016 11 Blech von 1,905 mm StärkeSheet metal 1.905 mm thick 0,5080.508 Zustand nach dem Biegen beiCondition after bending 00 RaumtemperaturRoom temperature Tabelle 3 —Table 3 - BiegeradiusBending radius ohne Anwithout an lassenpermit (mm)(mm)

6,350
3,175
2,032
1,016
0,508
06.350
3.175
2.032
1.016
0.508
0

9
5
3
4
4
39
5
3
4th
4th
3

9 5 4 5 4 49 5 4 5 4 4

Note Grad des ReißensGrade degree of tear

1 vollständiger Bruch 1 complete break

3 schwere Risse3 severe cracks

5 mittlere Risse5 medium cracks

7 leichte Risse7 slight cracks

9 keine Risse9 no cracks

Es ist offensichtlich, daß geradzahlige Benotungen der Biegeeigenschaften Zwischenstufen der Rißbildung bezeichnen, d. h. Risse, die zwischen den durch die ungeraden Noten bezeichneten Rißcirten liegen.It is evident that even marks for flexural properties are intermediate stages of cracking denote, d. H. Cracks lying between the cracks indicated by the odd notes.

Obwohl ein Erhöhen der Anlaßtemperatur auf 250° C zu einer weiteren Verbesserung der Biegeeigenschaften führt, können praktische Schwierigkeiten auf Grund der Verformung des geformten Bauteiles auftreten. Daß die Temperatur des Anlassens in der Größenordnung von 200° C liegen soll, ist in Tabelle 4 veranschaulicht, in welcher Blechmaterial von 1,270 mm Dicke aus einer Zink-Aluminium-Legierung (die 70 Gewichtsprozent Zink, 30 Gewichtsprozent Aluminium und 0,01 Gewichtsprozent Magnesium als ternäres Element enthält) 24 Stunden lang bei verschiedenen Temperaturen angelassen wurde, ehe der Kaltbiegeversuch durchgeführt wurde.Although increasing the tempering temperature to 250 ° C leads to a further improvement in the bending properties leads to practical difficulties due to the deformation of the molded component appear. That the tempering temperature should be of the order of 200 ° C is in Table 4 illustrates in which sheet material of 1.270 mm thickness made of a zinc-aluminum alloy (the 70 weight percent zinc, 30 weight percent aluminum and 0.01 weight percent magnesium as a ternary element) tempered for 24 hours at different temperatures before the cold bending test was carried out.

Tabelle 4 — Wirkung der TemperaturTable 4 - Effect of temperature

Biegeradius Zustand nach dem Biegen beiBending radius condition after bending

RaumtemperaturRoom temperature

AnlaßtemperaturTempering temperature

ohne An- 100⁰C 15O⁰C 200⁰C 25O⁰C (mm) lassenwithout leaving 100 ⁰ C 15O ⁰ C 200 ⁰ C 25O ⁰ C (mm)

6,3506.350 I 1I 1 88th 99 99 3,1753.175 II. 77th 99 99 2,0322.032 1 11 1 11 66th 88th 1,0161.016 I 1I 1 11 44th 77th 0,5080.508 [ 1 [ 1 11 44th 77th 00 I 1I 1 11 44th 77th

Es ist erkennbar, daß in einem gewissen Maße die den superplastischen Eigenschaften weg. Das einstün-It can be seen that to a certain extent the superplastic properties go away. The one-time

Verbesserung der Kaltbiegbarkeit, welche durch das dige Anlassen bei 200° C jedoch hat wahrscheinlichImprovement of the cold bendability, which is likely due to the long tempering at 200 ° C

davorgeschaltete Anlassen erreicht wird, durch ein eine vernachlässigbar kleine Wirkung auf derartigeupstream tempering is achieved by having a negligibly small effect on such

Kernwachstum in der superplastischen Legierung er- superplastische Eigenschaften,Core growth in the superplastic alloy er superplastic properties,

zielt wird. Ein zunehmendes Komwachstum führt von 5is aimed. An increasing grain growth leads from 5

Claims

Patent claims:

1. Process to improve the cold bendability of sheets made of zinc-aluminum alloys, who already have a structure that is superplastic depletion due to pressure or Vacuum makes possible, and after the superplastic forming still a cold bending process' must be subjected to, marked by the fact that the sheets in front of or after superplastic forming but before cold bending at a temperature in the range tempered between 150 and 250 ° C.

2. The method according to claim 1, characterized in that the tempering between 1 and Done for 2 hours

3. The method according to claim 1 or 2, characterized as follows characterized in that the tempering is carried out prior to the superplastic forming and that the superplastic shaping takes place at a temperature between 200 and 250 ° C.

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