DE2314058B2 - Verfahren zur Herstellung eines hxxochfesten Aluminiumlegierungsschmiedestücks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Aluminiumlegierungsschmiedestücks, bei dem ein Gußkörper aus Zn-Mg-Cu-legiertem Aluminium bei erhöhter Temperatur bearbeitet wird, und bei dem das Schmiedestück im Bedarfsfall gekühlt und ausgehärtet wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 14 58 530 ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines gekneteten Werkstückes aus einer Legierung bekanntgeworden, die aus 5 bis 7,5% Zink, 2 bis 3,1% Magnesium, 1 bis 2,5% Kupfer, ferner 0,05 bis 0,4% Chrom und/oder 0,05 bis 0,4% Zirkonium und/oder 0,05 bis 0,4% Vanadium, Rest Aluminium, mit den üblichen Verunreinigungen besteht, mit der Maßgabe, daß das Verhältnis Magnesium/Zink 0,35 bis 0,5 zu 1 beträgt Nach diesem Verfahren wird das geknetete Werkstück bei 540⁰C lösungsgeglüht.

Es ist auch bekannt, daß sich die Al-Zn-Mg-Legierungen zwischen 300 und 500⁰C leicht warmverarbeiten (schmieden und Strangpressen) lassen. Ferner müssen Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen in der Schmelze extrem gasfrei gehalten werden, um eine Porosität des Gußblocks zu verhindern (D. A11 e η ρ ο h 1, »Aluminium und Aluminiumlegierungen«, Springer-Verlag, 1965, Seiten 103,104,114,774).

Schließlich ist es bekannt, daß eine Lösungsglühung bei einigen Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen zu höheren Festigkeitswerten führen kann. U.S.-Report AD868083 (National Technical Information Service, US. Dept. of Commerce, 20. Januar 1970), Seiten 6, 7,56, Tabellen 1, 20und21.

Zum Schmieden bzw. Warmverformen von Aluminium hat man eine Zeitlang in großem Umfange eine Legierung verwendet, die 5,1 bis 6,1% 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% Mn₁ 0,2% Ti, 0,4% Si und 0,5% Fe. Diese Legierung 3.4365 nach DIN 1725, in den amerikanischen Normen als Legierung 7075 bezeichnet, 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 gehört, wenn die Legierung dafür besonders ausgehärtet worden ist. Obwohl Schmiedestücke aus dieser Legierung in der Flugzeug- und Raumfahrtindustrie wegen ihrer Festigkeit sehr geeignet sind, wäre es vorteilhaft, die Brauchbarkeit dieser Schmiedestücke durch eine erhebliche Verbesserung der Festigkeit noch weiter erhöhen zu können. Eine solche Erhöhung der Festigkeit der Schmiedestücke ist Aufgabe der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

(1) eine Aluminiumlegierung aus 4,8 bis 8,5% Zink, 1,7 bis 3,5% Magnesium, 0,8 bis 2,5% Kupfer, wenigstens einem das Gefüge beeinflussenden

Element, nämlich 0,1 bis 0,75% Mangan, 0,05 bis 0,4% Chrom, 0,05 bis 0,3% Zirkonium, 0,05 bis 0,3% Vanadium oder 0,05 bis 0,3% Molybdän, und Aluminium als Rest vergossen wird, während in der Gußform ein maximaler Gasgehalt der Schmelze "> von 0,15 ml/100 g Schmelze aufrechterhalten wird, worauf die Erstarrung der Legierung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 1,1° C/sec gesteuert wird,

(2) der Gußkörper bei einer Temperatur von minde- ι ο stens 460° C homogenisiert wird,

(3) der Gußkörper bei einer Metalltemperatur von mindestens 400° C mit einem Verformungsgrad von mindestens 8 :1 verformt, beispielsweise stranggepreßt, wird,

(4) der verformte Körper bei einer Temperatur von mindestens 482° C vorzugsweise von 496 bis 521° C, mindestens 2 Std. vorzugsweise mindestens 8 Std. erhitzt wird,

(5) der verformte Körper, mit einer Metalltemperatur von mindestens 400° C geschmiedet wird, und

(6) der geschmiedete Körper bei einer Temperatur von mindestens 482° C lösungsgeglüht wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen herausgestellt. 2 ·>

Die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Legierung besteht im wesentlichen aus 4,8 bis 8,5°. b Zink, 1,7 bis 3,5% Magnesium, 0,8 bis 2,5% Kupfer und als Rest als Aluminium und Nebenelementen und Verunreinigungen gemeinsam mit wenigstens einem das so Gefüge beeinflussenden Element, das aus der aus 0,1 bis 0,75% 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. Als Verunreinigung auftretendes Silicium sollte auf 0,12% j5 und als Verunreinigung auftretendes Eisen auf 0,15% beschränkt sein. Während des Gießens des Gußkörpers ist der Gasgehalt des geschmolzenen Metalls auf einen Höchstwert von 0,15 ml je 100 g Schmelze begrenzt. Eine dafür geeignete Maßnahme besteht in dem Blasen von Stickstoff 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. Es ist erwünscht, daß der erhaltene Gußkörper im 4> wesentlichen frei von Porosität ist, wie durch Prüfung des Gußkörperquerschnitts mittel; eines ein- bzw. durchdringenden Farbstoffs nachgewiesen werden kann. Bei Gießen des Gußkorpers wird die Abkühlungsgeschwindigkeit während der Erstarrung bei minde- w stens 1,1⁰C je Sekunde und vorzugsweise bei mindestens 5,5° C je Sekunde gehalten. Während diese Abkühlungsgeschwindigkeit während der Erstarrung einzuhalten ist, erfordert im allgemeinen der Bereich zwischen der Liquidus- und der Solidustemperatur eine >5 drastischere Abkühlung der Legierung. Die vorstehend angegebenen Abkühlungsgeschwindigkeiten führen zu zu einem Gußkörper mit einer maximalen Größe denditrischer Zellen von 76 μπι. '

Höhere Abkühlungsgeschwindigkeiten werden be- e>o vorzugt und können die maximale Größe denditrischer Zellen noch weiter auf einen Wert von 51 μπι oder noch besser von 25 μπι verringern. Wie oben angegeben, hat der Gußkörper vorzugsweise eine Querabmessung nicht über 43,2 cm. Noch bessere Ergebnisse werden t>5 erhalten, wenn die Querabmessung des Gußkorpers nicht größer als 22,9 cm in irgendeiner Richtung ist. Zum Beispiel ist ein runder Gußkörper mit einem Durchmesser von 22,9 cm sehr geeignet. Der Gußkörper wird durch Erwärmen auf eine Temperatur von mindestens 460° C homogenisiert. Es ist vorteilhaft, den Gußkörper 24 oder 48 Stunden oder länger auf 460 bis 47 Γ 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.

Der Gußkörper wird, gegebenenfalls nach einem erforderlichen Enthäuten zu einem Schmiedestück, vorzugsweise durch Strangpressen bearbeitet, und zwar bei einer Temperatur von mindestens 400° C, vorzugsweise von mindestens 420° C, wobei diese Temperatur während des Strangpressens beibehalten wird. Das heißt, der Gußkörper wird nicht bloß auf eine geeignete Mindesttemperatur vor dem Bearbeiten bei einer unkontrollierten und häufig niedrigeren Temperatur erwärmt, sondern es wird sorgfältig darauf geachtet, daß gewährleistet ist, daß die Mindesttemperatur während des gesamten Bearbeitungsvorgangs 400° C und vorzugsweise 420° C ist. Diese Temperatur liegt etwas über der normalerweise eingehaltenen Temperatur von etwa 316° C beim Strangpressen, ist aber zur Erzielung der gewünschten Verbesserung wesentlich. Wenn das Strangpreßverfahren angewendet wird, ist es vorteilhaft, der, Strangpreßteil, der zuerst aus der Strangpresse heraustritt, zu entfernen und zu verwerfen. Der verworfene Strangpreßteil sollte in manchen Fällen mindestens 20% der Gesamtlänge des Strangpreßstücks ausmachen, so daß der übrige Teil, der höchstens 80% der gesamten Länge des Strangpreßstücks ausmacht, bei einer bevorzugten Arbeitsweise als Schmiedestück verwendet wird. Obwohl das Strangpressen eine bevorzugte Bearbeitung zur Herstellung des Schmiedestücks darstellt, können auch andere Bearbeitungsverfahren als geeignet durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine Schmiede- oder Walzbearbeitung angewendet werden, insbesondere wenn ein flacheres oder ebeneres Schmiedestück gewünscht wird, obwohl gegenüber dem bevorzugten Strangpreßverfahren die Eigenschaften etwas beeinträchtigt werden können. Eine derartige Beeinträchtigung der Eigenschaften kann bei Schmiedestücken in bezug auf ihren Zug- oder Dehnungsfestigkeitsgrad durch Einstellung der Aushärtungsbedingungen kompensiert werden. Zum Beispiel ist bei Verwendung eines von Hand geschmiedetenk Werkstücks ein geringeres Aushärten erforderlich, um die erforderliche Reißfestigkeit zu entwickeln, als bei Verwendung eines stranggepreßten Schmiedestücks.

Abgesehen von dem besonderen Bearbeitungsverfahren, das zur Bildung des Schmiedestückes angewendet wird, ist es von Bedeutung, daß die Bearbeitung ziemlich umfassend oder stark ist, so daß der Verformungsgrad mindestens 8:1 beträgt, was beim Strangpressen, Walzen oder anderen einfachen Bearbeitungsverfahren bedeuten soll, daß der Querschnittsbereich des Metalls senkrecht zu der Hauptbearbeitungsrichtung vor dem Bearbeiten mindestens das Achtfache dieses Querschnittsbereichs des bearbeiteten Werkstücks gemessen senkrecht zu dessen Hauptachse, ausmacht. Im weiteren Sinne ist unter einem Verformungsgrad von 8:1 zu verstehen, daß die Länge des Gußkorpers in der Richtung, in der während des Bearbeitens am meisten verlängert worden ist, mindestens das Achtfache der

Länge vor dem Bearbeiten beträgt. Es ist ersichtlich, daß 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 Schmiedestücks ein von der Haut befreiter Gußkörper mit einem Querschnitt von annähernd 50 χ 50 cm und einer Länge von etwa 1 m aufrecht in einer Schmiedepresse gehalten und gestaucht, so daß er in seiner 1-m-Ausdehnung verkürzt wird. Das erhaltene gestauchte Werkstück hat eine Höhe von etwa 50 cm und einen Durchmesser von etwa 75 cm. Dieses gestauchte 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 Länge von 50 cm einen Verformungsgrad von 8 :1 dar. Die »Dicke« nahm hier von 1 m auf wenig über 7,6 cm ab, doch stellt diese Abnahme nicht den Verformungsgrad dar, der sich auf die Ausdehnung bezieht, die am meisten verlängert worden ist. Beispielsweise wird beim Walzen zpr Herstellung eines Schmiedestücks ein von der Haut befreiter Gußkörper von annähernd 50 χ 50 cm χ 1 m entlang der 1-m-Ausdehnung unter Bildung eines Blechs von 50 χ 50 cm χ 10 m gewalzt. Der Verformungsgrad beträgt 10:1, bezogen auf das Verhältnis der endgültigen Länge von 10 m zu der Ausgangslänge 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 umfassenderen Sinn, wenn Bearbeitungsverfahren, wie Schmieden, zur Herstellung des Schmiedematerials vorgesehen sind. Das Bearbeitungsverfahren, das zur Herstellung des Schmiedematerials angewendet wird, muß natürlich unter Bedingungen durchgeführt werden, nach denen eine Metalltemperatur von mindestens 400⁰C, vorzugsweise von mindestens 420⁰C, im wesentlichen während des gesamten Bearbeitungsvorganges aufrechterhalten wird.

Vor dem Schmieden wird das bearbeitete Schmiedematerial bei einer Temperatur von mindestens 482° C, vorzugsweise bei 496 bis 52 Γ C oder auch höher, mindestens 2 Stunden lang, vorzugsweise mindestens 4 oder 6 oder 8 Stunden lang, geglüht. Diese Temperatur liegt über der Solidustemperatur beispielsweise von 477°C für die Legierung 3.4365 nach Din 1725, in den amerikanischen Normen als Legierung 7.075 bezeichnet und daher muß dafür gesorgt werden, daß ein Schmelzen verhindert wird. Eine maximale Erwärmungsgeschwindigkeit von 83° C je Stunde von 466⁰C auf die einzuhaltende Temperatur führt zu befriedigenden Ergebnissen. Es soll noch erwähnt werden, daß Schmiedestücke aus dieser Legierung normalerweise nicht einer hohen Glühtemperatur längere Zeit ausgesetzt werden.

Nach der Glühbehandlung wird das Schmiedematerial, das in die gewünschten Längen unterteilt werden kann, bei Temperaturen von mindestens 400⁰C, vorzugsweise von mindestens 42O⁰C, geschmiedet. Die Temperatur des Schmiedestücks und der Schmiedewerkzeuge wird jeweils so eingehalten, daß tatsächliche Metallbearbeitungstemperaturen des gewünschten Bereichs gegeben sind. Normalerweise werden die Legierung 3.4365 nach DIN 1725 und ähnliche Legierungen unter Bedingungen geschmiedet, bei denen manchmal die Metalltemperatur während der Metallbearbeitungsstufen beim Schmiedegut unter 316°C fallen können. Dieses muß bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden, und es muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß die erforderliche Mindesttemperatur bei der Metallbearbeitung tatsächlich eingehalten wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Bildung von Gesenkschmiedestücken

in geeignet, und zwar aus zwei Gründen. Wenn das Metall in der Vertiefung einer Gußform 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. Außerdem werden die Metallbearbeitungstemperaturen während des Schmiedens durch einzelnen Schlag, der bei den meisten Gesenkschmiedestücken angewandt wird, leichter eingestellt, als beim Schmieden mit vielen Hammerschlägen, die bei der Herstellung von Freihandschmiedestücken angewandt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch auf Freihandschmiedestücke anwendbar, wobei dann das Glühen bei 496°C oder mehr durchgeführt werden kann, und zwar entweder mit dem Ausgangsmaterial, wenn ein bearbeitetes Material verwendet wird, oder nach dem Schmieden, wenn das Schmiedestück direkt aus dem Gußkörper gebildet worden ist. Wenn das Schmiedestück direkt aus dem Gußkörper gebildet wird, werden Eigenschaften abgeschwächt, während bei der bevorzugten Ausführungsform das Strangpreßverfahren 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, und die die Metallbewegung quer zu der Richtung des Schmiedens nicht begrenzen.

Obwohl Bearbeitungstemperaturen unter 420⁰C bis hinunter zu 400⁰C 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 420⁰C oder darüber durchgeführt werden. Zur Bildung von Schmiedematerial kann z. B. ein Gußkörper in eine Strangpresse bei einer Temperatur

so von 400° C oder vielleicht sogar ein wenig darunter, eingebracht werden. Wenn das Strangpressen schnell genug durchgeführt wird, wird dem Metall genügend Energie zugeführt, um sehr schnell seine Temperatur merklich über 420° C zu erhöhen.

Die Schmiedestücke können einem Lösungsglühen bzw. einer Vergütungsbehandlung, vorzugsweise durch Erwärmen auf eine Temperatur von mindestens 482⁰C, und vorzugsweise auf mindestens 496° C oder 504⁰C oder noch darüber bis zu 521°C oder 527°C, für eine Zeitspanne, die ausreicht, alle löslichen Legierungsbestandteile 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 liegt beträchtlich über der Temperatur von 47 Γ C₁ die normalerweise bei Schmiedestücken aus der Legierung 3.4365 nach DIN 1725 angewendet wird, wird aber bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 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 36°C, was etwas unter der Temperatur von 60 bis 65°C liegt, die normalerwei- ·-. se bei hochfesten Schmiedestücken aus AlZnMg-Legierungen angewendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren, wie es bisher beschrieben worden ist, sieht zwei gesonderte Wärmebehandlungen ununterbrochener Dauer von mindestens 2 Stunden und vorzugsweise von mindestens 4 oder 6 oder 8 Stunden bei einer Temperatur von mindestens 482⁰C, vorzugsweise von mindestens 496° C bis zu 510°C oder sogar 521°C oder darüber, vor. Diese Wärmebehandlungen beziehen sich auf das Glühen des ι ^r> bearbeiteten Schmiedematerials nach der Bearbeitung des Schmiedematerials unter Erzielung eines Verformungsgrades von 8 :1 und auf das Lösungsglühen. Die Anwendung dieser beiden gesonderten ausgedehnten Wärmebehandlungen wird bevorzugt und dient dazu, sicherzustellen, daß die bestmöglichen Eigenschaften erzielt werden. In einem gewissen Ausmaß kann jedoch eine Wärmebehandlung, insbesondere die erste, gegen die andere aufgerechnet werden.

Zum Beispiel kann die Glühdauer des bearbeiteten r> Schmiedematerials vor dem endgültigen Schmieden verkürzt werden, und zwar sogar bis unter 2 Stunden oder noch weiter, und sogar ganz entfallen, vorausgesetzt, daß das Lösungsglühen bei einer ausreichenden Temperatur und mit genügender Dauer durchgeführt wird. Daher ist im weiteren Sinne mindestens ein Wärmeauslagern bei einer Temperatur von mindestens 400⁰C und vorzugsweise von mindestens 496° C oder besser 504° C oder darüber vorgesehen. Jedoch sind zwei oder mehr derartige Wärmebehandlungen, insbe- 3> sondere die beiden beschriebenen Wärmebehandlungen, vorteilhaft. Unter einem Wärmeauslagern ist hier eine wesentliche Zeitspanne von im allgemeinen mindestens 2 Stunden und vorzugsweise von mindestens 4 oder 6 oder mindestens 8 Stunden zu verstehen. 4«

Nach dem Lösungsglühen und dem Abschrecken werden die Schmiedestücke künstlich ausgehärtet bzw. gealtert, und 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 102 bis 121°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 Härtegrads vom Typ T6 dar, d.h. einer 24stündigen Behandlung von 121⁰C, ist aber zur Erzielung guter Ergebnisse geeignet.

Die Schmiedestücke können andererseits auch nach dem Verfahren der US-Patentschrift 31 98 676 behandelt werden, um eine sehr hohe Reißfestigkeit mit einer ω gewissen Beeinträchtigung der anderen Festigkeitseigenschaften zu erzielen. Für eine besonders geeignete Legierung ist es dabei typisch, die Schmiedestücke nach dem Abschrecken einer ersten Aushärtungsbehandlung bei einer Temperatur in dem Bereich von 102 bis 121⁰C f>5 für eine Mhidestdauer 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'/2- bis 8^]/2Stündigen Behandlung bei einer Temperatur von genau 177°C entsprechen. Die Sollbehandlung von 8V2 Stunden bei 177°C kann überschlägig auch in eine Dauer von etwa 13 Stunden bei 171°C oder von 5'/2 Stunden bei 182°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 Häretegrad zeigen eine elektrische Leitfähigkeit von 38 bis 42% des International Annealed Copper Standard (IACS), was eine charakteristische Kennzeichnung der Bedingungen einer Legierung vom T73-Typ ist. Die oben angegebenen Zeitspannen bei 177° C sind beispielhafte Zeitspannen, weil die beste Zeitspanne von einer Schmiedeform zu der 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 Gesenkschmiedestücke und zwischen 3'/2 und 7 Stunden für Freihandschmiedestücke schwanken. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildete Schmiedestücke zeigen im Vergleich mit gewöhnlichen Schmiedestücken der Legierung 3.4365 nach DIN 1725 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 mit denen von gewöhnlichen Schmiedestücken aus der Legierung 3.4365 nach DIN 1725 in Vergleich gesetzt. Zur Herstellung der verbesserten Schmiedestücke wurde ein Gußkörper nach dem verbesserten Verfahren gegossen und der Gußkörper bei einer Temperatur von etwa 482° C homogenisiert. Der Gußkörper wurde von der Haut befreit und zu einem Strangpreßstück zugeschnitten, das dann mit einem Verpressungsgrad von etwa 10:1 stranggepreßt wurde, wobei die Temperatur des Metalls über 427° C gehalten wurde. Das Strangpreßstück wurde dann 6 Stunden lang bei 510°C geglüht und dann bei einer Temperatur gerade über 427⁰C geschmiedet. Die Schmiedestücke wurden einem Lösungsglühen bei annähernd 496⁰C unterworfen, abgeschreckt und zu einem Härtegrad vom Typ T6 künstlich ausgehärtet. Die genormten Schmiedestücke wurden nach den genormten Schmiedebearbeitungsverfahren hergestellt. In der Tabelle I sind die Zugfestigkeit, die Streckgrenze 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 Werkstoffe mit höherem Festigkeitsgrad (T6-Typ) und hohem Reißfestigkeitsgrad (T73-Typ) herangezogen worden. Der Zinkgehalt der in der Tabelle I angegebenen verbesserten Schmiedestükke 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 Beginn der Beschreibung erläutert ist. Die Zahlen in der Tabelle I erfordern eine geringe erweiterte Auslegung. Die Festigkeitsverbesserungen überschritten weitgehend praktisch 10%, insbesondere in der Längsrichtung.

Tabelle 1

Material und Härtegrad

Längsrichtung	Streck
Zug	grenze
festigkeit	N/mm2
N/mm2

Dehnung

Legierung 3.4365 ,.ach DIN 1725 Typ T6 527

Hochfeste Schmiedestücke Typ 6 604

Legierung 3.4365 nach DIN 1725 Typ T 73 464

Hochfeste Schmiedestücke Typ T 73 534

Anschließende Untersuchungen von Hunderten von Schmiedestücken haben bestätigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren zu Eigenschaften führt, die in der Tabelle I für die hochfesten Schmiedestücke angegeben sind. Statistische Untersuchungen der Testwerte ergaben mit 95%iger Wahrscheinlichkeit, daß 99% der Testwerte praktisch die Werte in der Tabelle I für hochfeste Schmiedestücke überschritten.

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. Das erste Verfahren, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellte, bestand darin, daß ein Gußkörper unter Bildung eines Strangpreßmaterials vergossen wurde, das nach der Erfindung homogenisiert, stranggepreßt, geglüht und geschmiedet wurde. Das zweite Verfahren

457 534 394 464

Querrichtung	Streck	Deh
Zug	grenze	nung
festigkeit	N/mm2	%
N/mm2	436	3
499	464	4
54 i	372	3
436	436	4
499

entsprach den üblichen Bearbeitungsverfahren. In der nachfolgenden Tabelle II sind die Mindestdehnbarkeiten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schmiedestücke gegenüber den betreffenden Eigenschaften der nach üblichen 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 Vergleich der Mindesteigenschaften ist daher von erheblicher Bedeutung, wenn der Vorteil eines Herstellungsverfahrens geprüft werden soll. In der nachfolgenden Tabelle sind die Eigenschaften der beiden Schmiedestücke in Längsrichtung miteinander in Vergleich gesetzt.

Tabelle II	Zugfestigkeit (kp/cm2)	Streck grenze
Material und Härtegrad	5273 4851	4795 4401
Hochfest Normal

Der Tabelle II ist zu entnehmen, daß das verbesserte (hochfeste) Schmiedestück nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich verbesserte Mindesteigenschaften zeigt und dadurch eine merkliche Erhöhung bezüglich der garantierten Mindestwerte zuläßt. Mehrere Legierungen der hier angegebenen Al-Zn-Mg-Cu- 4^r> Klasse sind nach dem Verfahren der Erfindung zu Schmiedestücken verarbeitet worden. Die so hergestellten Schmiedestücke zeigten stets eine wesentliche Verbesserung hinsichtlich der Festigkeit gegenüber ähnlichen Schmiedestücken, die nach den üblichen 5» Verfahren hergestellt worden sind. Nicht nur die durchschnittlichen Eigenschaften waren verbessert, sondern, was noch wesentlicher ist, die Streuung der Eigenschaften war erheblich vermindert, so daß alle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten ^r>^r> 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 was ebenso wichtig war, die Eigenschaften waren über eine breite Bereichsskala verstreut. Das machte es erforderlich, daß 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 Verfahren der Erfindung erleichtert die Gewährleistung noch besserer Werte und ermöglicht, daß bei diesen besseren Werte Werten geringe oder keine Beanstandungen auftreten. Dadurch ist es möglich, hochfeste Schmiedestücke zu ansprechenden Gestehungskosten herzustellen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Aluminiumlegierungsschmiedestücks, bei dem ein > Gußkörper aus Zn-Mg-Cu-Iegiertem Aluminium bei erhöhter Temperatur bearbeitet wird, und bei dem das Schmiedestück im Bedarfsfall gekühlt und ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß id

(1) eine Aluminiumlegierung aus 4,8 bis 8,5% Zink, 1,7 bis 3,5% Magnesium, 0,8 bis 2,5% Kupfer, wenigstens einem das Gefüge beeinflussenden Element, nämlich 0,1 bis 0,75% Mangan, 0,05 bis 0,4% Chrom, 0,05 bis 0,3% Zirkonium, 0,05 bis If₁ 0,3% Vanadium oder 0,05 bis 03% Molybdän, und Aluminium als Rest vergossen wird, während in der Gußform ein maximaler Gasgehalt der Schmelze von 0,15 ml/100 g Schmelze aufrechterhalten wird, worauf die Erstarrung der Legierung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens l,l°C/sec gesteuert wird,

(2) der Gußkörper bei einer Temperatur von mindestens 460° C homogenisiert wird, 2 ϊ

(3) der Gußkörper bei einer Metalltemperatur von mindestens 400⁰C mit einem Verformungsgrad von mindestens 8 :1 verformt, beispielsweise stranggepreßt, wird,

(4) der verformte Körper bei einer Temperatur von mindestens 482° C, vorzugsweise von 496° C bis 521°C, mindestens 2 Std., vorzugsweise mindestens 8 Std. erhitzt wird,

(5) der verformte Körper, mit einer Metalltemperatur von mindestens 400⁰C geschmiedet wird, J5 und

(6) der geschmiedete Körper bei einer Temperatur von mindestens 482⁰C lösungsgeglüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Stufe (4) oberhalb 4ti der Solidustemperatur der Legierung angestellt und von 466⁰C ausgehend durch eine maximale Erhitzungsgeschwindigkeit von 83 Grad/Std. erreicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper anhaltend auf einer Metalltemperatur von mindestens 496° C gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang des stranggepreß- ·>ο ten Vormaterials mindestens 20% der gesamten Strangpreßlänge verworfen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lösungsgeglühte Schmiedestück bei einer Temperatur von 102 bis 121⁰C während « mindestens 6 Std. und dann im Bereich von 171 bis 182° C so iange warmausgelagert wird, daß die Wirkungen eines 7'/2- bis 9'/2Stündigen Warmauslagerns bei genau 177⁰C erreicht werden, und dem Schmiedestück eine elektrische Leitfähigkeit von 38 ωι bis 42% IACS verliehen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von 102 bis 121 ° C während mindestens 50 Std. warmausgelagert wird. h^r>

7. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf eine Legierung aus 5,6 bis 7% Zink, 2,4 bis 2,75% Magnesium, 1,4 bis 1,9% Kupfer, 0,18 bis 0,35% Chrom und Aluminium als Rest

8. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf eine Legierung mit höchstens 0,12% Silicium und/oder höchstens 0,15% Eisen.