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Herstellung hochfester Aluminiumlegierungsschmiedestücke Die Erfindung
bezieht sich auf die Herstellung eines hochfesten Aluminiumschmiedestücks.
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Die Industrie auf dem aebiet des Schmiedens bzw. Warmverformens von
Aluminium hat eine Zeitlang in grossem Umfange eine Legierung verwendet, die 5,1
bis 6,1 ffi Zink, 2,1 bis 2,9 % Magnesium, 1,2 bis 2 % Kupfer, 0,18 bis 0,35 % Chrom
und die folgenden Verunreinigungen mit den angegebenen Grenzen enthielt: 0,3 % Mn,
0,2 % Ti, 0,4 % Si und 0,5 % Fe. Diese Legierung hat die Aluminium Association-Bezeichnung
7075 und ist wegen ihrer relativ hohen Festigkeit und anderer geeigneter Eigenschaften,
zu denen eine sehr gute Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Korrosionsrißbildung
durch Spannung bzw. eine sehr gute Reißfestigkeit ("resistance to stress corrosion
craoking") gehört, wenn die Legierung dafür besonders ausgehärtet worden ist. Ein
derartiges spezielles Aushärten wird in der USA-Patentsehrift 3 198 676 beschrieben,
in
der eine zweistufige Behandlung zum Aushärten angegeben ist,
durch die die Reißfestigkeit verbessert wird, während die anderen Festigkeitseigenschaften
etwas verschlechtert werden. Obwohl Schmiedestücke aus dieser Legierung und aus
anderen Legierungen vom 7000-Typ in der Flugzeug- und Raumfahrtindustrie wegen ihrer
Festigkeit sehr geeignet sind, wäre es vorteilhaft, die Brauchbarkeit dieser SchmiedestUcke
durch eine signifikante Verbesserung der Festigkeit noch weiter erhöhen zu können.
Eine solche Erhöhung der Festigkeit der Schmiedestücke ist Ziel der Errindùng .
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Bei Durchführung der Erfindung wird die Aluminiumlegierung zu einem
Rohblock vergossen, vorzugsweise nach dem Stranggußverfahren, der vorzugsweise einen
maximalen Querschnitt von 43,2 cm hatq Die Aluminiumlegierung besteht nach einer
bevorzugten Ausführungs form der Erfindung im wesentlichen aus 5,6 bis 7 % Zink,
2,4 bis 2,75 % Magnesium, 1,4 bis 1,9 9 Kupfer, 0,18 bis 0,35 % Chrom und als Rest
aus Aluminium gemeinsam mit anderen Elementen oder Verunreinigungen mit den Höchstanteilen
von 0,1 ffi Mn, 0,1 X Ti, 0,12 % Si und 0,15 ffi Fe. Diese Legierung wird bevorzugt,
weil sie durchweg aussergewöhnliche Eigenschaften entwickelt, wenn sie nach dem
verbesserten Verfahren zu 3chmiedestUcken bearbeitet wird. In einem weiteren Sinne
schlägt die Erfindung Jedoch andere Legierungen vor, weil festgestellt worden ist,
dass viele Vorteile der Erfindung mit diesen anderen Legierungen erreicht werden
können. Die Erfindung schlägt demnach in ihrem breiteren Sinne ein Material vor,
das im wesentlichen aus 4,8 bis 8,5 ffi Zink, 1,7 bis 3,5 X Magnesium, 0,8 bis 2,5
ß Kupfer und als Rest aus Aluminium und Nebenelementen und Verunreinigungen gemeinsam
mit wenigstens einem das Gefüge beeinflussenden slement,das aus der aus 0,1 bis
0,75 ß Mangan, 0,05 bis 0,4 % Chrom, 0,05 bis 0,3 % Zirkonium, 0,05 bis 0,3 % Vanadin
und 0,05 bis 0,3 % Molybdän bestehenden Gruppe gewählt wird, besteht. Als Verunreinigung
auftretendes Silicium sollte auf 0,12 ß und als Verunreinigung auftretendes Eisen
auf 0,15 ß beschränkt sein. In einer weniger hevorzugten Ausführungsform schlägt
die Erfindung einen Kupfergehalt
bis zu 3 ß vor, obwohl ein Kupfergehalt
über 2,5 % die verbesserten Eigenschaften der Legierung mindert. Während des Gießens
des Rohblooks ist der Gasgehalt des geschmolzene Metalls auf einen Höchstwert von
0,15 ml Je 100 g Schmelze begrenzt.
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Eine dafür geeignete Maßnahme besteht in dem Blasen von Stlekstoff
durch die Schmelze, doch können auch andere bekannte Methoden angewendet werden,
um den Gasgehalt der Schmelze in dem erforderlichen Ausmaß auf den angegebenen Gehalt
zu vermindern.
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Es ist erwüscht, dass der erhaltene Rohblock im wesentlichen frei
von Porosität ist, wie durch Prüfung des Rohblockquerschnitts mittels eines ein-
bzw. durchdringenden Farbstoffs nachgewiesen werden kann, und es ist Zweck der sorgfältigen
Einstellung des Gasgehalts der Schmelze, diese Unporosität zu erzielen. Der erwähnte
Farbstoffdurchdringungstest entspricht dem in Military Specification MIL-I-6866B
unter Inspection Type II, Methode A beschriebenen Test. Beim Gießen des Rohblocks
wird die Abkühlungsgeschwindigkeit durch die Erstarrungstemperaturzone bei mindestens
1,10 C (20 F) je Sekunde und vorzugsweise bei mindestens 5,50 C (100 F) Je Sekunde
gehalten. Während diese AbkUhlungsgeschwindigkeit durch die Erstarrungstemperaturzone
einzuhalten ist, erfordert im allgemeinen die Zone zwischen der Verf lUssigungs-
und Erstarrungstemperatur eine drastischere Abkühlung des Materials. Die vorstehend
angegebenen Abkdhlungsgeschwindigkeiten fUhren zu einem Rohblock mit einer maximalen
Grösse denditrischer Zellen von 0,0076 cm. Schnellere Abkuhlungsgeschwindigkeiten
werden bevorzugt und können die maximale Grösse dendltrisoher Zellen noch weiter
auf einen Wert von 0,0051 cm oder noch besser von 0,0025 cm verringern. Wie oben
angegeben ist, hat der Rohblook vorzugsweise einen Querschnitt nicht Uber 43,2 cm.
Noch bessere Ergebnisse werden erhalten, wenn der Querschnitt des Rohblooks nicht
grösser als 22,9 cm in irgendeiner Richtung ist. Z.B. ist ein runder Rohblock mit
einem Durchmesser von 22,9 cm sehr geeignet. Der Rohblock wird durch Erwärmen auf
eine Temperatur von mindestens 4600 C homogenisiert. Es ist vorteilhaft, den Rohblock
24 oder 48 Stunden oder länger auf 4600 bis 4710 C zu erwärmen, um dessen innere
Struktur in geeigneter Weise zu homogenisieren. Obwohl 24 bis 48 Stunden oder mehr
eine
Verlängerung gegenüber der normalerweise angewendeten Zeit
von 8 Stunden darstellen, werden diese Zeitspannen als Vorsichtsmaßnahmen bevorzugt,
um die gewünschten Ergebnisse sicherzustellen.
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Der Rohblock wird, gegebenenfalls nach einem erforderlichen Enthäuten
oder anderen Mafnahmen, zu einem Schmiedematerial, vorzugsweise durch Extrudieren,
bei einer Temperatur von mindestens 4000 C, vorzugsweise von mindestens 4200 C,
wobei diese Temperatur während des Extrudierens beibehalten wird, bearbeitet.
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D.h., der Rohblock wird nicht bloß auf eine geeignete Mindesttemperatur
vor dem Bearbeiten bei einer unkontrollierten und häufig niedrigeren Temperatur
erwärmte sondern es wird sorgfältig darauf geachtet, dass sicher ist, dass die Mindesttemperatur
während des gesamten Bearbeitungsvorgangs 4000 C und vorzugsweise 420° C ist. Diese
Temperatur liegt etwas über der normalerweise eingehaltenen Temperatur von etwa
3160 C beim Extrudieren, ist aber zur Erzielung der gewünschten Verbesserung wesentlich.
Wenn das Extrusionsverfahren angewendet wird, ist es vorteilhaft, den Strangpreßteil,
der zuerst aus der otrangpresse heraustritt, zu entfernen und zu verwerfen. Der
verworfene Strangpreßteil sollte in manchen Fällen mindestens 20 % er Gesamtlänge
des Sgangpreßstücks ausmachen, so dass der übrige Teil, der höchstens 80 % der gesamten
Länge des Strangpreßstücks ausmacht, bei einer bevorzugten Arbeitsweise als Schmiedematerial
verwendet wird. Obwohl das Extrudieren eine bevorzugte 3earbeitung zur Herstellung
des Schmiedestücks darstellt, werden nach der ErfIndung auch andere Bearbeitungsverfahren
als geeignet vorgeschlagen. 7..B. kann eine Schmiede- oder Walzbearbeitung angewendet
werden, insbesondere wenn ein flacheres oder ebeneres Schmiedeprodukt gewünscht
wird, obwohl gegenüber dem bevorzugten Extrusionsterfahren die Eigenschaften etwas
beeinträchtigt werden können Tine derartige Beeinträchtigung der Eigenschaften kann
bei Schmiedestücken in bezug auf ihren Zug- oder Dehnungsfestigkeitsgrad durch Einstellung
der Aushärtungsbedingungen kompensiert werden. Z.B. ist bei Verwendung eines von
Hand geschmiedeten Stücks ein geringeres
Aushärten erforderlich,
um die erforderliche Reißfestigkeit zu entwickeln, als bei Verwendung eines extrudierten
Schmiedematerials.
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Abgesehen von dem besonderen Bearbeitungsverfahren, das zur Bildung
des Sohmiedematerials angewendet wird, ist es von Bedeutung, dass die Bearbeitung
ziemlich umfassend oder stark ist, so dass der Verformungsgrad mindestens 8:1 beträgt,
was beim Extrudieren, Walzen oder anderen einfachen Bearbeitungsverfahren bedeuten
soll, dass der Querschnittsbereich des Metalls senkrecht zu der Hauptbearbeitungsrichtung
vor dem Bearbeiten mindestens das Achtfache dieses Querschnittsbereichs vondem bearbeiteten
Werkstück, gemessen senkrecht zu dessen Hauptachse, ausmacht. Im breiteren Sinne
ist unter einem Verformungsgrad von 8:1 zu verstehen, dass die Länge der Dimension
oder Achse, die am meisten während des Bearbeitens verlängert oder ausgedehnt worden
ist, mindestens das Achtfache der Dimension oder Achse vor dem Bearbeiten beträgt.
Es ist ersichtlich, dasß ein Verpressungsgrad von 8:1 einem Verformungsgrad von
8:1 entspricht und der letztere den ersteren erfasst. Beispielsweise wird bei einem
Schmiedeverfahren zur Herstellung eines Schmiedematerials ein von der Haut befreiter
Rohblock mit einem Querschnitt von annähernd 50 x 50 cm und einer Länge von etwa
1 m aufrecht in einer Schmiedepresse gehalten und gestaucht, so dass er in seiner
l-m-Dimension verkUrzt wird. Das erhaltene gestauchte Werkstück ("biscuit") hat
eine Höhe von etwa 50 cm und einen Durchmesser von etwa 75 cm.
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Dieses gestaucht Werkstück wird dann durch Schmieden von Hand gereckt,
so dass ein Stab mit einer Länge von etwa 4 m einer Breite von 75 cm und einer Dicke
von wenig über 7,6 cm erhalten wird. Die Länge von 4 m stellt im Verhältnis zu der
ursprünglichen Ausgangslänge von 50 om einen Verformungsgrad von 8:1 dar.
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Die "Dicke" nahn hier von 1 m auf wenig über 7,6 cm ab, doch stellt
diese Abnahme nicht den V erformungsgrad dar, der sich auf die Dimension be rh.
di < am meisten verlängert worden ist.
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Beispielsweise wird beim Walzen zur Herstellung eines Schmiedematerials
ein von der Haut befreiter Rohblock von annähernd cm x l m entlang der 1-m-Dimension
unter Bildung eines
Blechs von 50 x 5 cm x 10 m gewalzt. Der Verformungsgrad
beträgt 10:1, bezogen auf das Verhältnis der endgültigen Länge von 10 m zu der Ausgangs
länge von 1 m. Beim vorstehend erörterten Walzen und oben beschriebenen Pressen
entspricht der Verformungsgrad einem Verpressungsgrad, doch ist dieses nicht immer
der Fall, und der Verformungsgrad stellt einen genaueren Begriff dar für die Festlegung
der nach der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrensweise und zwar in einem breiteren
oder umfassenderen Sinn, wenn Bearbeitungsverfahren, wie Schmieden, zur Herstellung
des Schmiedematerials vorgesehen sind. Das Bearbeitungsverfahren, das zur Herstellung
des Schmiedematerials angewendet wird, muss natürlie unter Bedingungen durchgeführt
werden, nach denen eine Metall temperatur von mindestens 4000 C, vorzugsweise von
mindestens 4200 C, im wesentlichen während des gesamten Bearbeitungsvorganges aufrechterhalten
wird.
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Vor dem Schmieden wird das bearbeitete Schmiedematerial bei eine Temperatur
von mindestens 482° C, vorzugsweise bei 496° C bis 5210 C oder auch hoher, mindestens
2 Stunden lang, vorzugsweise mindestens 4 oder 6 er E Stunden lang, geglüht Diese
Temperatur liegt über der Erstarrungstemperatur von hochfesten Legierun vom Typ
7000, beispielswiese von 477° C fU die 7075-Legierung, und daher muss dafür gesorgt
werden, dass ein einsetzendes Solid zen verhindert wird. Eine maximale Erwärmungsgeschwindigkeit
vo 83° C je Stunde von 466° C auf die einzuhaltende Temepratur zu befriedigenden
Ergebnissen. es sol; noch erwähmt erdet Schmiedestücke aus eienr Legierung vom Typ
7075 une anderen 700 -Typen normalerweise nicht einer hohen Glühtemperatur längers
Zeit ausgesetzt werden.
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Nach der Glühbehandlung wird das Schmiedematerial gewünschten Längen
unterteilt werden kann, bei T Temperatur mindestens 400° C, vorzugsweise von mindestens
det. Die Temperatur des Schmiedestücke und der wird jeweils os eingehalten, dass
tatsächliche Met temperaturen des gewünschten Bereichs gegeben zur werden die Legierung
7075 und ähnliche tegierun.e
gungen geschmiedet, bei denen manchmal
die Metalltemperatur während der Metallbearbeitungsstufen bei den Schmiedeoperationen
gut unter 3160 C fallen können. Dieses muss bei Durchführung der Erfindung vermieden
werden, und es muss sorgfältig darauf geachtet werden, dass die erforderliche Mindesttemperatur
bei der Metallbearbeitung tatsächlich eingehalten wird. Die Grundmerkmale des Schmiedens,
d.h. das Zusammendrücken zwischen gegenüberliegenden Flächen, sind bekannt und brauchen
hier nicht dargelegt zu werden. Die Erfindung ist besonders zu Bildung von Gesenkschmiedestücken
geeignet, und zwar aus zwei Gründen, Erstens, wenn das Metall in der Vertiefung
einer Gesenkform eingeschlossen ist, besteht bei dem Metall eine geringere Neigung,
während der Bearbeitung bei den relativ hohen Temperaturen, die bei dem verbesserten
Verfahren erforderlich sind, rissig zu werden bzw. zu springen, als bei der Herstellung
einfacher Formen, die als Freihandschmiedestücke bezeichnet werden, zwischen flachen
Formen, die das Metall nicht an allen Oberflächen begrenzen. Zweitens werden die
Metallbearbeitungstemperaturen während des Schmiedens durch einzelnen Schlag der
bei den meisten Gesenkschmiedestticken ausgeübt wird, leichter eingestellt, als
beim Schmieden mit vielen ammerschlägen, die bei der Herstellung von Freihandschmiedestücken
ausgeübt werden. Die Erfindung ist aber auch auf Freihandschmiedestücke anwendbar,
wobei dann das Glühen bei 4960 C oder höher durchgeführt werden kann, und zwar entweder
mit dem Ausgangsmatereal, wenn ein bearbeitetes Material verwendet wird, oder nach
1em Schmieden, wenn das Schmiedestück direkt aus dem Rohblock gebildet worden ist.
Wenn das Schmiedestück direkt aus dem Rohblock gebildet wird, werden Eigenschaften
abgeschwächt, während bei der bevorzugten Ausführungsform das Extrusionsverfahren
oder ein ähnliches Bearbeitungsverfahren vor dem Glühen angewendet wird, um das
Schmiedematerial zu bilden. Bei Freihandschmiedestücken wird das Schmiedestück zwischen
gegenüberliegenden Flächen zusammengedrückt, die normalerweise praktisch ebene Flächen
sind md die die Metallbewegung quer zu der Richtung des Schmiedens nicht begrenzen.
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Obwohl Bearbeitungstemperaturen unter 4200 C bis hinunter zu 4000
C beim Bearbeiten des Materials zum Schmiedematerial und bei dem Schmieden selbst
möglich sind, soll ein Hauptteil, vorzugsweise der vorherrschende Teil, der Bearbeitung
bei Metalltemperaturen von 4200 C oder darüber durchgerührt werden. Zur Bildung
von Schmiedematerial kann z.B. ein Rohblock in einen Extruder bei einer Temperatur
von 400° C oder vielleicht sogar ein wenig darunter, eingebracht werden. Wenn die
Extrusion schnell genug durchgeführt wird, wird dem Metall genügend Energie verliehen,
um sehr schnell seine Temperatur merklich über. 4200 C zu erhöhen.
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Die Schmiedestücke können einem Lösungsglühen bzw, einer Vergütungsbehandlung,
vorzugsweise durch Erwärmen auf eine Temperatur von mindestens 4820 C und vorzugsweise
auf mindestens 4960 C oder 5040 C oder noch darüber bis zu 5210 C oder 5270 C, für
eine Zeitspanne, die ausreicht, alle löslichen Legierungsbestandl teile in feste
Lösung zu bringen, unterworfen werden. Eine Zeitspanne von 4 Stunden, vorzugsweise
von 6 oder 8 Stunden, ist im allgemeinen angemessen. Diese Temperatur bei der Glühbehandlung
ist beträchtlich über der Temperatur von 471O C, die normalerweise bei Schmiedestücken
aus der 7075-Legierung angewendet wird, wird aber bei Durchführung der Erfindung
als erforderlich angesehen, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Dann werden die
Schmiedestücke abgeschreckt, vorzugsweise in einem flüssigen Medium, das bei einer
Temperatur von unter 360 C, was etwas unter der Temperatur von 600 bis 650 C liegt,
die normalerweise bei hochfesten Schmiedestücken aus 7000-Legierungen angewendet
wird.
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Das verbesserte Verfahren nach der Erfindung, wie es bis zu diesen\
Punkt beschrieben worden ist, schlägt zwei gesonderte Wärmebehandlungen ununterbrochener
Dauer von mindestens 2 Stunden und vorzugsweise von mindestens 4 oder 6 oder 8 Stunden
bei einer Temperatur von mindestens 4820 C, vorzugsweise von mindestens 4960 C bis
zu 5100 C oder sogar 5210 C oder darüber, vor. Diese Wärmebehandlungen beziehen
sich auf das Glühen des bearbeiteten Schmier dematerials nach der Bearbeitung des
Schmiedematerials unter Erzielung
eines Verformungsgrades von
8:1 und auf das Lösungsglühen.
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Die Anwendung dieser beiden gesonderten ausgedehnten Wärmebehandlungen
ist eine bevorzugte Ausführungsform, die dazu dient sicherzustellen, dass die bestmöglichen
Eigenschaften erzielt werden.
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In einem gewissen Ausmass kann Jedoch eine Wärmebehandlung, insbesondere
die erste, gegen die andere."aufgerechnet" werden.
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Z.B. kann die Glühdauer des bearbeiteten Schmiedematerials vor dem
endgültigen Schmieden verkürzt werden, und zwar sogar bis unter 2 Stunden oder nonh
weiter, und sogar ganz entfallen, vorausgesetzt, dass das Lösungsglühen bei einer
ausreichenden Temperatur und mit genügender Dauer durchgeführt wird. Daher schlägt
die Erfindung im breiteren Sinne mindestens eine anhaltende oder ausgedehnte Wärmebehandlung
bei einer Temperatur von mindestens 4o60c und vorzugsweise von mindestens 4960 C
oder besser 5040 C oder darüber vor. Jedoch sind zwei oder mehr derartige Wärmebehandlungen,
insbesondere die beiden beschriebenen Wärmebehandlungen, vorteilhaft. Unter einer
anhaltenden Wärmebehandlung ist eine wesentliche Zeitspanne von im allgemeinen mindestens
2 Stunden und vorzugsweise von mindestens 4 oder 6 oder mindestens 8 Stunden zu
verstehen.
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Nach dem Lösungsglühen und dem Abschrecken werden die Schmiedestücke
künstlich ausgehärtet bzw. gealtert, um die gewünschte Festigkeit und andere Eigenschaften
zu entwickeln. Wenn der Festigkeit die Hauptbedeutung zukommt, werden die Schmiedestücke
zu einem Härtegrad vom Typ T6 ausgehärtet. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der T6-Härtegrad durch Erwärmen des Schmiedestücks auf eine Temperatur
in dem Bereich von 1020 bis 1210 C innerhalb einer Mindestdauer von 50 Stunden und
vorzugsweise innerhalb einer Mindestdauer von 70 Stunden, beispielsweise 70 bis
75 Stunden lang, erzielt. Dieses stellt eine wesentliche Abweichung von der normalerweise
angewendeten Behandlung zum Aushärten zur Erreichung eines Härtegrad vom Typ T 6
dar, d.h. einer 24stündigen Behandlung bei 1210 C, ist aber zur Erzielung guter
Ergebnisse geeignet.
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Die Schmiedestücke können andererseits auch nach dem Verfahren der
USA-Patentschrift 3 198 676 behandelt werden, um eine sehr hohe Reißfestigkeit mit
einer gewissen Beeinträchtigung der anderen Festigkeitseigenschaften (strength)
zu erzielen. Für eine bevorzugte Legierung ist es dabei typisch, die Schmiedestücke
nach dem Abschrecken einer ersten Aushärtungsbehandlung bei einer Temperatur in
dem Bereich von 1020 bis 1210 C für eine Mindestdauer von 6 Stunden und dann einer
zweiten Aushärtungsbehandlung genügender Dauer zu unterwerfen, bei der die Temperatur
in dem Bereich von 171° bis 182° C gehalten wird, um Aushärtungseffekte zu erreichen,
die einer 7-1/2- bis 8-1/2-stündigen Behandlung bei eienr Temepratur von genau 177°
C entsprechen.
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Die Sollbehandlung ovn 8-1/2 Stunden bei 177° C kann überschlägig
auch in eine Dauer von etwa 13 Stunden bei 171° C oder von 5-1/2 Stunden bei 1820
C und in entsprechende anteilmässige Zeitspannen bei dazwischenliegenden Temperaturen
umgewandelt werden. Dieses führt zu einem Härtegrad, der als T73-Härtegrad bezeichnet
werden kann, und zwar wegen der verminderten Festigkeitseigenschaften aber stark
verbesserten Reißfestigkeit. Die Schmiedestücke mit diesem Härtegrad zeigen eine
elektrische Leitfähigkeit von 38 bis 42 % des International Annealed Copper Skndard
(IACS), was eine charakteristische Kennzeichnung der Bedingungen einer Legierung
vom T73-Typ ist. Die oben angegebenen Zeitspannen bei 1770 C sind beispielhafte
Zeitspannen, weil die beste Zeitspanne von einer Schmiedeform zur anderen wechseln
kann und für eine spezielle Form entweder empirisch oder anhand des Versuchs mit
ähnlichen Formen ermittelt werden kann. Diese Zeitspannen können zwischen 6 und
11 Stunden für Gesenksohmiedestücke und zwischen 3-1/2 bis 7 Stunden für Freihandschpiedeücke
schranken.
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Nach dem verbesserten Verfahren der Erfindung gebildete Schmiedestücke
zeigen im Vergleich rnit gewöhnlichen 7075-Schmiedestücken erhebliche Verbesserungen
in den Festigkeitseigenschaften. Diese Verbesserungen werden ferner in völlig wiederholbarer
und gleichbleibender Weise erreicht. In der Tabelle 1 sind die Dehnungseigenschaften
der verbesserten hochfesten Schmiedestücke (H.S.) mit denen von gewöhnlichen Schmiedestücken
aus der 7075-Legierung;
in Vergleich gesetzt. Zur Herstellung der
verbesserten Schmiedestücke wurde ein Rohblock nach dem verbesserten Verfahren gegossen
und der Rohblock bei einer Temperatur von etwa 4820 C homogenisiert. Der Rohblock
wurde von der Haut befreit und zu einem Extrusionsstück zugeschnitten, das dann
mit einem Verpressungsgrad von etwa 10:1 extrudiert wurde, wobei die Temperatur
des Metalls über 4270 C gehalten wurde. Das Preßstück wurde dann 6 Stunden lang
bei 5100 C geglüht und dann bei einer Temperatur gerade über 4270 C geschmiedet.
Die Schmiedestücke wurden einem Lösungsglühen bei annähernd 4960 C unterworfen,
abgeschreckt und zu einem Härtegrad vom Typ T6 künstlich ausgehärtet. Die standardmässigen
7075-Schmiedestücke wurden nach den standardmässigen Schmiedebearbeitungsverfahren
hergestellt. In der Tabelle I sind die Zugfestigkeit (T.S.), die Streckgrenze (Y.S.)
und die prozentuale Dehnung bei 5 cm für Proben angegeben, und zwar wurden die Werte
in der Längsrichtung (der Richtung der stärksten Metallbewegung und der längsten
Kornabmessung) und in einer Richtung quer zu der Längsrichtung ermittelt. Zum Vergleich
sind Materialien mit höherem Festigkeitsgrad (T6-Typ) und hohem Reißrestigkeitsgrad
(T73-Typ) herangezogen worden. Der Zinkgehalt der in der Tabelle I angegebenen verbesserten
Schmiedestücke lag zwischen 5,6 und 6 %, was ein bevorzugter Bereich vom Standpunkt
der Duktilität bei einem Härtegrad vom T6-Typ ist. Die Zusammensetzung der verbesserten
Schmiedestücke entsprach andererseits ebenfalls der bevorzugten Legierung, die zu
Beginn der Beschreibung erläutert ist. Die Zahlen in der Tabelle I erfordern eine
geringe erweiterte Auslegung.
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Die Festigkeitsverbesserungen überschritten weitgehend praktisch 10
%, insbesondere in der Längsrichtung.
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T a b e l l e I Längsrichtung Querrichtung Material und Härtegrad
Festigkeit, kp/cm² (ksi) % Dehnung Festigkeit, kp/cm²(ksi) % Dehnung T.S. Y.S. T.S.
Y.S.
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7075-T6 5273 (75) 4570 (65) 7 4991 (71) 4359 (62) 3 H.S.-T6 6046 (86)
5343 (76) 7 5413 (77) 4640 (66) 4 7075-T73 4640 (66) 3937 (56) 7 4359 (62) 3726
(53) 3 H.S.-T73 5343 (76) 4640 (66) 7 4991 (71) 4359 (62) 4
Anschliessende
Untersuchungen von Hunderten von Schmiedestücken haben bestätigt, dass das Verfahren
nach der Erfindung zu Eigenschaften führt, die in der Tabelle I für die H.S.-Schmiedestücke
angegeben sind. Statistische Untersuchungen der Testwerte ergaben mit 95 finger
Wahrscheinlichkeit, dass 99 % der Testwerte praktisch die Werte in der Tabelle I
für H.S.-Schmiedestücke überschritten.
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In einem anderen Beispiel wurde eine Legierung, die etwa 5,9 % Zn,
2,5 % Mg, 1,6 % Cu, 0,12 % Zr, Rest Aluminium enthielt, nach zwei verschiedenen
Verfahren zu Gesenkschmiedestücken bearbeitet.
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Das erste Verfahren, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellte,
bestand darin, dass ein Rohblock unter Bildung eines Extrusionsmaterials vergossen
wurde, das nach der Erfindung homogenisiert, extrudiert, geglUht und geschmiedet
wurde. Das zweite Verfahren entsprach den üblichen Bearbeitungsverfahren. In der
nachfolgenden Tabelle II sind die Nindestdehnbarkeiten der nach der Erfindung hergestellten
Schmiedestücke gegenüber den betreffenden Eigenschaften der nachüblichen Verfahren
hergestellten Schmiedestücke angegeben. Die- Mindestdehnbarkeiten werden angegeben,
weil durch diese ein kritischer Vergleich möglich ist, der für Lieferanten und Käufer
von Schmiedestücken geeignet ist, da die garantierten Eigenschaften den Mindesteigenschaften
und nicht den normalen oder durchschnittlichen Eigenschaften entsprechen. Ein Ver
gleich der Mindesteigenschaften ist daher von erheblicher Bedeutung, wenn der Vorteil
eines Fabrikationsverfahrens erwogen werden soll. In der nachfolgenden Tabelle sind
die Längseigenschaften vonden beiden Schmiedestücken miteinander in Vergleich gesetzt.
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T T a b e 1 1 e II Material und Härtegrad Festigkeit, kp/cm² (ksi)
T.S. Y.S.
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H.S. 5273 (75) 4795 (68,2) STD. 4851 (69) 4401 (62,6)
Der
Tabelle II ist zu entnehmen, dass das verbesserte Schmiedestück (H.S.) nach der
Erfindung wesentlich verbesserte Mindesteigenschaften zeigt und dadurch eine merkliche
Erhöhung bezüglich der garantierten Mindestwerte zulässt. Mehrere Legierungen der
hier angegebenen Al-Zn-Mg-Cu-Typen sind nach dem Verfahren der Erfindung zu Schmiedestücken
bearbeitet worden. Die so hergestelle ten Schmiedestücke zeigten stets eine wesentliche
Verbesserung hinsichtlich der Festigkeit gegenüber ähnlichen Schmiedestücken, die
nach den üblichen Verfahren hergestellt worden sind. Nicht nur waren die durchschnittlichen
Eigenschaften verbessert, sondern, was noch wesentlicher ist, war die Streuung der
Eigenschaften wesentlich vermindert, so dass alle nach der Erfindung hergestell
ten Schmiedestücke stets höhere Festigkeitswerte zeigten und praktisch keine niedrigeren
Festigkeitswerte ergaben. Dieses stellt eine sehr wesentliche Verbesserung gegenüber
den bisherigen Bearbeitungsverfahren dar, nach denen nicht nur die Eigenschaften
allgemein schlechter waren, sondern die Eigenschaften in gleichmässig signifikanter
Weise über eine breite Bereichsskala verstreut waren. Dadurch ist erforderlich,
dasg entweder nur die den geringsten Werten entsprechenden Eigenschaften garantiert
werden, oder dass bessere Eigenschaften garantiert werden, dann aber sehr viele
Beanstandungen in Kauf genommen werden müssen, weil viele der Schmiedestücke dann
nicht den besseren garantierten Eigenschaften genügen können. Das verbesserte Verfahren
der Erfindung erleichtert das Garantieren noch besserer Werte und ermöglicht, dass
bei diesen besseren Werten geringe oder keine Beanstandungen auftreten. Dadurch
ist es möglich, hochfeste Schmiedestücke zu ansprechenden Gestehungskosten herzustellen.
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Die Erfindung ist unter Hinweis auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben worden, aber nicht auf diese bestimmten Ausführungsformen beschränkt.
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