DE2329778B2

DE2329778B2 - METHOD FOR HEAT TREATMENT OF WORKPIECES MADE OF SUPERPLASTIFICABLE ZINC-ALUMINUM ALLOYS

Info

Publication number: DE2329778B2
Application number: DE19732329778
Authority: DE
Inventors: Colin John Horfield Bristol Swanson (Grossbritannien)
Original assignee: ISC Alloys Ltd
Current assignee: ISC Alloys Ltd
Priority date: 1972-06-14
Filing date: 1973-06-12
Publication date: 1976-05-20
Also published as: DE2329778A1; FR2187450A1; FR2187450B1; GB1388159A; US3864176A; JPS4952123A; AU5684873A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandein von Werkstücken aus superplastifizierbaren Zink-Aluminiumlegierungen, die nach längerem Glühen über 275°C abgekühlt und bei Temperaturen unterhalb 275°C zur Formstabilisierung angelassen werden.The invention relates to a method for the heat treatment of workpieces made from superplasticizable materials Zinc-aluminum alloys, which after prolonged annealing are cooled above 275 ° C and at temperatures below 275 ° C to stabilize the shape.

Eine allgemeine Wärmebehandlung zur Herbeiführung superplastischer Eigenschaften, die sich mit den oben angegebenen Temperaturen überdeckt, ist bekannt, wie auch die Notwendigkeit, Wärmebehandlungen auszuführen, die das superplastische Verhalten des Werkstoffes bei der normalen Behandlung aufheben, wobei die Wärmebehandlung zur Vermeidung der Superplastizität bei nicht formgebenden Behandlungen des Werkstückes in einem kornvergröbernden Wärmebehandeln besteht, wozu eine Alterungsbehandlung durchgeführt wird, die unterhalb 275"C erfolgt (Zeitschrift »Design Eng.«, März 1969, S. 33 bis 40). Das nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren läßt jedoch offen, zu welchem Zeitpunkt das Grobkornglühen durchgeführt werden soll und in welchem speziellen Temperaturbereich hierbei gearbeitet werden soll.A general heat treatment to produce superplastic properties that interact with the Above mentioned temperatures covered, is known, as is the need for heat treatments perform that cancel out the superplastic behavior of the material during normal treatment, the heat treatment to avoid superplasticity in the case of non-shaping treatments of the workpiece consists in a grain-coarse heat treatment, including an aging treatment is carried out, which takes place below 275 "C (magazine" Design Eng. ", March 1969, p. 33 to 40) However, the method known from the prior art leaves open the point in time at which the coarse-grain annealing is carried out should be carried out and in which specific temperature range should be worked.

Zur wirtschaftlichen Durchführung von Formverfahren superplastischer Legierungen ist es erforderlich, das Werkstück nach dem Formen aus dem Gesenk oder der Form so schnell wie möglich herausnehmen tu können. Folglich ist bei superplastischen Legierungen, deren niedrige Festigkeit während des Formvorganges vorteilhaft ist, gleichzeitig diese Eigenschaft die Ursache dafür, daß beim Ausformen des fertigen Werk-Stückes dieses bei erhöhter Temperatur leicht verformt werden kann. Tu to economic implementation of molding methods superplastic alloys, it is necessary, the work piece after the molding from the die or mold as quickly as possible to take out. Consequently, in the case of superplastic alloys, the low strength of which is advantageous during the forming process, this property is at the same time the reason for the fact that when the finished workpiece is being formed, it can be easily deformed at an elevated temperature.

Verschiedene Verfahren können angewandt werden.Various methods can be used.

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um diese Schwierigkeiten zu vermeiden. Beispielsweise kann das geformte Werkstück mehrere Minuten lang in dem Gesenk von der Formtemperatur von 250 bis 27Q" C auf eine Temperatur oberhalb 275 C. beispielsweise 300'C, erwärmt werden und dann herausgenommen werden. Dieses Verfahren beruht auf der Tatsache, daß die superplastische Struktur einer eutektischen Zink-Aluminium-Legierung lediglich bis zu 275C stabil ist, wobei oberhalb dieser Temperatur das metallurgische Gefüge nicht mehr umkehrbar in ein nicht-superplastisches Gefüge umgewandelt wird. Dies bedeutet, daß das Gefüge eines aus derartigen Legierungen bestehenden Bleches oberhalb 275X stärker ist als unterhalb. Um die Notwendigkeit, die Temperatur der Form zyklisch zu ändern, wird das Gesenk bei 300 C gehalten, während das warmzuformende Blech auf 250 C vorgeheizt w ird. Wenn dann während des Formens das Blech auf das Gesenk auftritt, wird die Temperatur des Bleches örtlich oberhalb 275°C angehoben und die Gefügeumwandlung tritt auf. Es ist notwendig, daß das Werkstück so schnell wie möglich geformt wird, da sonst diese Lfmwandlung in Abschnitten des Bleches erfolgen kann, ehe diese an der Form anliegen. Dieses bekannte Verfahren hat verschiedene Nachteile, wobei insbesondere die Umwandlung eines metallurgischen Gefüges in ein anderes eine bestimmte Zeitspanne in Anspruch nimmt, mit dem möglichen Ergebnis, daß bei einem Werkstück Gewichtsprozent Form mikrostrukturelle Variationen auftreten, welche zu Änderungen der mechanischen Eigenschaften des Werkstückes führen können. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahren liegt darin, daß Temperaturänderungen in dem ungeformten Blech auftreten können. Im superplastischen Zustand sind die heißeren Bereiche des Bleches schwächer während der Verformung und es kann dadurch ein zu großes Ausdünnen und sogar eine Perforation des Bleches auftreten.to avoid these difficulties. For example, the molded workpiece can be heated for several minutes in the die from the mold temperature of 250 to 27 ° C. to a temperature above 275 ° C., for example 300 ° C., and then removed. This method is based on the fact that the superplastic structure a eutectic zinc-aluminum alloy is only stable up to 275C, above this temperature the metallurgical structure is no longer reversibly converted into a non-superplastic structure. This means that the structure of a sheet consisting of such alloys is above 275X stronger than In order to cope with the need to change the temperature of the mold cyclically, the die is kept at 300 C while the sheet to be hot-formed is preheated to 250 C. If the sheet then hits the die during forming, the temperature of the sheet becomes Raised locally above 275 ° C. and the structural transformation occurs. It is necessary that the workpiece k is formed as quickly as possible, otherwise this length conversion can take place in sections of the sheet before they are in contact with the mold. This known method has various disadvantages, in particular the conversion of one metallurgical structure into another takes a certain period of time, with the possible result that microstructural variations occur in a workpiece weight percent shape, which can lead to changes in the mechanical properties of the workpiece. Another disadvantage of this method is that temperature changes can occur in the unshaped sheet. In the superplastic state, the hotter areas of the sheet are weaker during the deformation and this can result in excessive thinning and even perforation of the sheet.

Eine Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens würde darin bestehen, eine kalte Form zu verwenden, so daß das Blech beim Auftreffen auf die Form abkühlt und dadurch in seiner Festigkeit erhöht wird. Dieses Verfahren hat die Nachteile, daß lediglich Bauteile, die kurze Formzeilen erfordern, mittels dieses Verfahrens herstellbar sind, und somit ist die Anzahl der Einzelheiten und die Schärfe von Winkeln, die formbar sind, begrenzt. Ebenso kann auf Grund der Temperaturänderungen ein örtliches Ausdünnen verstärkt werden.A variation on the method described above would be to use a cold form, so that the sheet cools when it hits the mold and is thereby increased in its strength. This method has the disadvantages that only components that require short lines of form, by means of this Process are manufacturable, and thus the number of details and sharpness of angles that are malleable, limited. Local thinning can also be increased due to the temperature changes will.

Es könnte als zweckdienlich aufgefaßt werden, sowohl das Werkstück als auch die Form auf eine Temperatur abzukühlen, bei der das Werkstück ausreichend starr ist, um einer Verformung während der Herausnahme aus der Form zu widerstehen. Legierungen, jedoch führt zu unannehmbar langen Formzyklen. Alternativ dazu könnte eine Zwangskühlung; des Bauteiles angewandt werden, wobei Wärme von dem Bauteil in einer größeren Geschwindigkeit absorbiert wird, als der Bauteil Wärme von dem Gesenk aufnimmt. Es ist offensichtlich, daß die verschiedenen Verfahren angewandt werden können, um einen erheblichen Abfall in der Temperatur des Bauteiles bei lediglich einem kleinen Abfall der Temperatur der Form zu erreichen. Die Zwangskühlung eines Bauteiles einerseits jedoch führt zu Temperaturgradienten und Variationen im Grad der Wärmekontraktion, welche die Neigung zeigen, den Bauteil zu verformen. Somit kann, obwohl das geformte Werkstück ausreichend abgekühlt sein kann und somit in seiner Festigkeit erhöht sein kann, um Verfor-It could be thought of as expedient to have both the workpiece and the mold at a temperature cool, at which the workpiece is sufficiently rigid to allow deformation during removal to withstand out of shape. Alloys, however, result in unacceptably long molding cycles. Alternatively this could be a forced cooling; of the component are applied, with heat from the component in is absorbed at a greater rate than the component absorbs heat from the die. It is Obviously, the various processes that can be used to avoid a substantial waste in the temperature of the component with only a small drop in the temperature of the mold. the Forced cooling of a component on the one hand, however, leads to temperature gradients and variations in the degree of Heat contraction, which shows the tendency to deform the component. Thus, although the shaped Workpiece can be cooled down sufficiently and thus be increased in its strength in order to

mungen währenddes Herausnehmens aus d-.τ Furm /u widerstehen, das Kühlvc-fahren _se|_bs, _cliesc Verformung hervorrufen.during removal from the d-.τ Furm / u, the refrigerated drive _se | _bs , _cliesc cause deformation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben genannten An zu schaffen, mittels dessen bei kurzen Arbeitszyklen unerwünschte Deformationen vermieden werden.The invention is based on the object of a method of the above kind, by means of which undesired deformations can be avoided with short work cycles.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß solche Werkstücke im superplastischen Zustand in einer Form spanlos verformt und sodann aus der Form entfernt werden und zur Vermeidung unerwünschter Deformation anschließend mindestens 10 Minuten bei 180 bis 220 C wärmebehandelt werden.In a method of the type mentioned at the outset, this object is achieved in that such workpieces deformed without cutting in a mold in the superplastic state and then removed from the mold and then at 180 to 220 C for at least 10 minutes to avoid undesired deformation be heat treated.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung wird das geformte Werkstück während der Wärmebehandlung auf einem Träger gelagert, dessen Form der Form des Werkstückes komplementär ist.In an advantageous embodiment according to the invention, the shaped workpiece is during the Heat treatment stored on a carrier, the shape of which is complementary to the shape of the workpiece.

Im einzelnen kann die Erfindung dadurch weitergebildet werden, daß das geformte Werkstück vor dessen Entnahme aus der Form, vorzugsweise durch Aufblasen von Luft oder Aufsprühen von Wasser auf die Werkstücksoberfläche auf der der Form zugekehrten oder der von ihr abgewandten Seite, gekühlt w ird.The invention can thereby be developed in detail that the shaped workpiece prior to its removal from the mold, preferably by inflation of air or spraying of water onto the workpiece surface on the one facing the mold or the side facing away from it, is cooled.

Eine vorteilhafte Ausführungsform nach der Erfindung kann dadurch geschaffen werden, daß die Legierung aus 15 bis 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise 18 bis 30 Gewichtsprozent Aluminium, wahlweise bis zu 0,5 Gewichtsprozent Kupfer oder Magnesium, Rest Zink besteht.An advantageous embodiment according to the invention can be created in that the alloy from 15 to 40 weight percent, preferably 18 to 30 weight percent aluminum, optionally up to 0.5 percent by weight of copper or magnesium, the remainder being zinc.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei großen flachen Werkstücken mit geringen Zugtiefen angewandt, wenn das Werkstück lediglich in horizontaler Stellung auf einer flachen Oberfläche abgestützt werden muß. Für große Zugtiefen oder komplizierte Formen sollten die Werkstücke mittels einer Spannvorrichtung genauer Kontur aus einem Material gehalten werden, welches ausreichend starr ist, um den Anlaßtemperaturen zu widerstehen.The method according to the invention is particularly useful for large, flat workpieces with small draw depths used when the workpiece is supported only in a horizontal position on a flat surface must become. For large draw depths or complicated shapes, the workpieces should use a Clamping device precise contour are held from a material which is sufficiently rigid to the To withstand tempering temperatures.

Verschiedene Verfahren können angewandt werden. um derartige Legierungen superplastisch zu machen, jedoch weisen derartige Verfahren im allgemeinen die folgenden Verfahrensschritte auf:Various methods can be used. to make such alloys superplastic, however, such processes generally have the following process steps:

a) Erhitzen des Legierungskörpers zum Homogenisieren. a) heating the alloy body for homogenization.

b) Abschrecken oder langsames Abkühlen der homogenisierten Legierung.b) quenching or slow cooling of the homogenized alloy.

c) Bearbeitung der Legierung vorzugsweise durch Walzen.c) Machining of the alloy, preferably by rolling.

Zweckdienliche Verfahren sind in den britischen F'atenten 11 25 072 und 12 25 819 beschrieben. Unter bestimmten Bedingungen kann statt des Abschreckens ein langsames Abkühlen erfolgen, insbesondere bei Legierungen, die 18 bis 40 Gewichtsprozent Aluminium enthaltenAppropriate procedures are described in U.K. Patents 11 25 072 and 12 25 819. Under certain Conditions, slow cooling can be used instead of quenching, especially in the case of alloys, containing 18 to 40 percent by weight aluminum

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

example 1

Ein rechteckiges Wandpanel der Abmessungen 1 m χ 0.5 m und einer Tiefziehtiefe kleiner als 3 cm wurde aus einem superplasiischen Zink/Aluminium-Legierungsblech druckgeformt, welches 78 Gewichtsprozent Zink und 22 Gewichtsprozent Aluminium enthielt und eine Dicke von 0,89 mm aufwies, wobei die Formung 12 Minuten in Anspruch nahm und bei 25O⁰C unter Verwendung eines Luftdruckes von 4.2 kg/cm-² durchgeführt wurde.A rectangular wall panel measuring 1 m × 0.5 m and a deep-drawing depth less than 3 cm was compression-molded from a super-plastic zinc / aluminum alloy sheet, which contained 78 percent by weight zinc and 22 percent by weight aluminum and had a thickness of 0.89 mm, with the molding was took 12 minutes claim and at 25O ⁰ C using an air pressure of 4.2 kg / cm ² conducted.

Aufgrund der Komplexität der Einzelheiten der Form des Panels war es nicht möglich, das geformte Panel von der Formoberfläche abzunehmen, ohne es zu verwerfen.Due to the complexity of the details of the shape of the panel, it was not possible to make the molded one Remove the panel from the mold surface without discarding it.

Der verworfene Formteil wurde gelagert und wurde zu einem zweckdienlichen Zeitpunkt auf einer flachen heißen Platte bei einer Temperatur von 200⁰C aufgelegt. Das Panel wurde von den Verwerfungen innerhalb von ungefähr 15 bis 20 Minuten befreit.The discarded molding was stored and was placed on a flat hot plate at a temperature of 200 ^° C. at an appropriate time. The panel was cleared of the warps in about 15 to 20 minutes.

Example 2

Ein Formteil mit den Gesamiabmessungen 76,2 cm χ 33 cm χ 20,3 cm Tiefe mit einer mittleren Wölbung und einem Umfangsflansch wurde aus einem superplastischen Zink/Aluminiumblech, welches 78 Gewichtsprozent Zink und 22 Gewichtsprozent Aluminium enthielt und eine Dicke von 1.5 mm aufwies, 6 Minuten lang bei 250⁰C unter Verwendung eines Luftdruckes von 10,5 kg/cm-- Druck geformt.A molded part with the overall dimensions 76.2 cm × 33 cm × 20.3 cm depth with a central curvature and a peripheral flange was made from a superplastic zinc / aluminum sheet, which contained 78 percent by weight zinc and 22 percent by weight aluminum and had a thickness of 1.5 mm, for 6 minutes molded at 250 ⁰ C using an air pressure of 10.5 kg / cm-- pressure.

Das Formteil wurde aus der Form durch Abkühlen desselben um den Umfangsflansch entfernt, indem es unter Schwerkraftwirkung auf die untere Platte der Formpresse fallengelassen wurde. Dies führte zu einer gewissen Verformung oder Verwerfung des gewölbten Teiles des Foimteils auf Grund des Aufschlages des Formteiles auf die untere Platte.The molded part was removed from the mold by cooling it around the peripheral flange by removing it was dropped under gravity on the lower platen of the molding press. This resulted in a certain deformation or warping of the curved part of the Foimteils due to the impact of the Molding on the lower plate.

Diese Verformung oder Verwerfung wurde dadurch entfernt, daß das heiße Formteil (ungefähr 250°C) umgedreht, in eine andere Form komplementärer Gestalt gelegt wurde und zugelassen wurde, daß es das durch die Formfläche definierte gewölbte Profil wieder annimmt. Das Abkühlen erfolgte über ungefähr 1 Stunde.This deformation or warpage was removed by turning the hot molding (approx. 250 ° C) over, was placed in another form of complementary shape and allowed to do so the shaped surface assumes the defined arched profile. Cooling took place over approximately 1 hour.

Claims

Claims: 23

1. A method for the heat treatment of workpieces made of superplasticizable zinc-aluminum alloys, which are cooled after long annealing above 275 C and tempered at temperatures below 275 C / ur shape stabilization, characterized in that such workpieces in the superplastic state deformed in a form and without cutting then removed from the mold and then heat-treated ^{at ISO to 220 °} C. for at least 10 minutes to avoid undesired deformation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the shaped workpiece during the Heat treatment is stored on a carrier, the shape of which is complementary to the shape of the workpiece is.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the shaped workpiece \ or its removal from the mold, preferably by blowing air or spraying on Water on the workpiece surface on the one facing or facing away from the form Side, is cooled.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the alloy of 15 to 40 percent by weight, preferably 18 to 30 percent by weight Aluminum, optionally up to 0.5 percent by weight copper or magnesium. Remainder zinc consists.