DE2335894A1

DE2335894A1 - Aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE2335894A1
Application number: DE19732335894
Authority: DE
Inventors: Richard G O'tourke; Walter M Schrader
Original assignee: Materion Brush Inc
Current assignee: Materion Brush Inc
Priority date: 1972-10-13
Filing date: 1973-07-14
Publication date: 1974-04-18
Also published as: JPS4973316A; GB1385145A; FR2202949A1; US3761252A; IT1004546B

Description

Anmelder: BRUSH WELLMAN, INC.

17876 St. Clair Avenue, Cleveland, Ohio 44110, USA

Aluminiumlegierung

Aluminiumlegierungen mit hohem Siliziumgehalt sind bekannt. Ein typisches Beispiel für eine solche Aluminiumlegierung ist z.B. in der US-Patentschrift 2 380 173 und in der US-Patentanmeldung 185 440 vom 30.9.1971 "beschrieben. Sehr oft werden durch die Einführung von Stoffen, die die Teilchengröße vermindern, andere wertvolle Eigenschaften aufgegeben. Auch können Produkte, die für einen bestimmten Zweck zugegeben werden, andere wünschenswerte Eigenschaften nachteilig beeinflussen. Die Aufrechterhaltung .der relativ hohen Frisch-

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gußhärte ist insbesondere bei der Herstellung von solchen Formen wichtig, die durch feine Details, wie bei der Wiedergabe von Holzstrukturen, gekennzeichnet sind. Die Wiedergabefähigkeit von Einzelheiten einer Gußform hängt jedoch nicht nur von der Härte, sondern auch von'der Fähigkeit der Legierungen ab, feine*Details wiederzugeben. Es ist daher eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine leicht gießbare Aluminiumlegierung zu schaffen, die eine gute Reproduzierbarkeit einer Form ergibt und eine Frischgußhärte (as-cast hardness) von R_E 95 und mehr hat."Diese Legierungen sind insbesondere bei der Herstellung von solchen Formen geeignet, die zur Schaumverformung von Kunststoffen zur Herstellung von Möbelteilen mit simulierter Holzstruktur und zur Entwicklung wünschenswerter Eigenschaften nach Unterwerfung einer nachfolgend im einzelnen beschriebenen Wärmebehandlung dienen. Die Härte dieser Legierungen sowohl bei Zimmertemperatur als auch nach einer Hitzebehandlung unterhalb 1000° F (538° C) ergibt ein Produkt, das eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit bei Verformungsvorgängen hat, die bei Temperaturen im Bereich von 300 bis 500° F (148 bis 162° C) liegen. Die Legierungen sind von geringem Gewicht und bringen daher ein größeres Volumen pro Kosteneinheit und sind bei den Verformungsvorgängen leichter zu transportieren und zu 'handhaben. Die erfindungsgemäßen Legierungen hängen nicht von dem Einsatz irgendwelcher Nickelbestandteile ab, wie es in dem in der vorerwähnten US-Patentanmeldung 185 440 beschrie-

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benen Fall zutrifft. Die Bestandteile der erfindungsgemäßen Legierung sind genügend preiswert, so daß die Kosten für die Hersteller von Kunststoffοrmen und für Kunststoff verformer tragbar sind. Die Erreichung von Härtegraden im Bereich von R-r. 95 ohne "Wärmebehandlung ist deshalb günstig, da hierdurch ein kostenverursachender Verfahrensschritt vermieden wird und außerdem das Risiko der Deformierung oder Oxydation eines Fertigteils ausschließt.

Kurz gesagt "betrifft die vorliegende Erfindung eine Aluminiumlegierung, die durch eine hohe Frischguß- oder Anfangshärte gekennzeichnet ist. Die erfindungsgei^äßen Legierungen bestehen aus 8 bis 13 % Silizium, 1,5 bis 5,0 % Kupfer, 5,0 bis 8^0 % Zink, 0,5 bis 1,5 % Magnesium, 0,01 bis 0,20 % Beryllium, 0,01 bis 0,30 % Titan, Spurenmengen an Verunreinigungen und die Restmenge auf 100 % an Aluminium. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine gegossene Aluminiumlegierung der vorstehenden Zusammensetzung, die bei einer Temperatur im Bereich von 538 bis 705° C vergossen wurde und dadurch thermisch konditioniert wurde, daß sie 8 bis 24 Stunden bei einer Temperatur oberhalb 482° C, und vorzugsweise oberhalb 502° C mit Lösung behandelt wurde, sodann von der Lösungsmittelbehandlungstemperatur mit Wasser, siedendem Wasser, öl oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit abgeschreckt und für 1 bis 24 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 148 bis 316° C, vorzugsweise 148 bis 232° C gealtert wurde.

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf solche Aluminiumlegierungen, die mindestens 70 % Aluminium enthalten. Der Begriff "Aluminium", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf das Metall, wie es kommerziell hergestellt wird und das somit geringfügige Verunreinigungen enthält j der Begriff bezieht sich jedoch auch auf das reine Metall. Soweit in den nachfolgenden Patentansprüchen ausgeführt wird, daß die Restmenge der Legierung "Aluminium" ist, wird hierdurch zum Ausdruck gebracht, daß von der vorliegenden Erfindung auch solche Legierungen umfaßt v/erden, die noch andere Elemente enthalten, welche die angegebenen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflussen, einschließlich der üblicherweise mit Aluminium verbundenen Verunreinigungen. Der Ausdruck "Spuren", wie er hier verwendet wird, umfaßt Mengen von 0,005 bis 0,5 Gew.^.

Ein spezielles Beispiel für eine erfindungsgemäße Legierung ist ein Produkt der folgenden Zusammensetzung. Es wird hergestellt in Schmelze in einem Induktionsofen an der Luft bei einer Temperatur im Bereich von 649 bis maximal 788° C:

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Beispiel 1

Silizium 10,38 %

Kupfer 2,56 %

Magnesium ■ ' 0,63 % Zink ' 7,26 %

Beryllium 0,12 %

Titan 0,08 %

Aluminium Rest auf 100 %

Die vorstehend aufgeführten Metalle werden in einem Induktionsofen an der Luft bei einer Temperatur geschmolzen, die 788° C nicht übersteigt. Wird diese Legierung bei 677 C in eine Graphitform gegossen und natürlich gealtert, hat sie eine Härte von Rg (Rockwell E) von 95. Die Brinell-Zahl bei 500 Kg ist 113; die Bruchfestigkeit beträgt 35 000 KSI (Kilogramm pro Quadrat-Inch); die Tragfähigkeit bei 0,2 % Schränkung beträgt 32 000 KSI; die prozentuale Dehnung beträgt 1,0 %\ die prozentuale IACS-Leitfähigkeit beträgt 21. Nach Lösungsbehandlung für 16 Stunden bei 502° C, Abschreckung in Wasser und Alterung für 16 Stunden bei 171° C zeigte diese Legierung eine Rockwell Ε-Härte von 105, eine Brinell-Härte bei 500 Kg in Höhe von 130, eine Bruchstärke von 48 000 KSI, eine prozentuale Dehnung von 0,5 % und eine prozentuale IACS-Leitfähigkeit von 25. Beim Verguß in eine Siliziumform ist die

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Reproduzierbarkeit eines Holzfaserbildes vergleichbar mit der der erheblich teureren, 2 % Beryllium enthaltenden Kupfer-Beryllium-Legierungen. Die Zugabe des Berylliums in den erfindungsgemäß sehr geringen Mengen läßt die Legierung sauberer und flüssiger erscheinen und gibt Einzelheiten der Vorlage verbessert wieder.

Zusätzliche Beispiele ergeben sich aus der folgenden Tabelle:

Härte (R_£)_t

Beispiel Cu Si Mg Zn Be Ti. natürlich

gealter

2 2,20 10,18 0,61 6,50 0,12 0,16 . 96

3 2,22 10,14 0,59 6,80 0,13 0,16 95.

4 3,90 9,82 0,50 8,16 0,14 0,11 99

5 2,88 10,29 0,64 6,75 0,18 0,16 99

Die erfindungsgemäßen Rohlegierungen können in an sich bekannter Weise hergestellt werden. So können die Bestandteile in ihrer Elementenform in der Schmelze an Luft bei Temperaturen im Bereich von 649 bis 816° C in einem Induktionsofen oder in einem mit Gas beheizten Ofen mit mechanischer Rührung vermischt werden. Oft ist es zweckmäßig, die Elemente in Form von Gemischen aus 2 oder mehreren der Bestandteile zuzufügen, in denen die Konzentration höher als in der endgültigen Legierung ist, wobei bei Anwesenheit von 2 oder mehr

Bestandteilen in dieser Mischung wünschenswerterweise die in geringeren Mengen anwesenden Bestandteile in demjenigen Gewichtsverhältnis anwesend sind, in dem sie in der fertigen Legierung enthalten sind.

Im allgemeinen ist es empfehlenswert, zuerst mit einer Schmelze aus handelsüblichem Aluminium zu beginnen und "hierzu ein 50 % Silizium enthaltendes Silizium-Aluminium-Gemisch so lange zuzugeben, bis in den kombinierten Schmelzen ein Prozentgehalt an Silizium in der gewünschten Menge, z.B. eine endgültige Konzentration von 10 Gew.% an Silizium erreicht ist. Beryllium kann in Form von Al-5Be- oder Cu-4Be-Legierungen oder in Form von Kupfer-Beryllium-Schrott zugefügt werden. Titan kann in Form einer Cu-6Ti-Legierung zugefügt werden. Die anderen Elemente werden im allgemeinen in reiner Form zugegeben.

In der Praxis wird die Rohlegierung zu.Barren bei einer Temperatur im Bereich' von 649 bis 816° C gegossen. Werden diese Barren wieder geschmolzen und in Formen vergossen, werden sie einer derartigen thermischen Behandlung unterworfen, wie es vorstehend beispielsweise beschrieben ist, damit sich in der Legierung die gewünschten Eigenschaften entwickeln, die durch die Kombination der verschiedenen in den verbesserten erfindungsgemäßen Legierungen enthaltenen Bestandteilen sich ergeben. Diese Wärmebehandlung'umfaßt

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das Vergießen des Legierungsmaterials in die Mutterform bei einer Temperatur, die im allgemeinen im Bereich von 593 bis 705° C und vorzugsweise im Bereich von 663 bis 691° C liegt. Das gegossene Produkt kann sodann in bekannter Weise für 8 bis 24 Stunden (z.B. 16 Stunden) bei einer Temperatur im Bereich von 482 'bis 593° C (z.B. 502° C) lösungsbehandelt v/erden und sodann mit Flüssigkeit (z.B. in Wasser) von der Lösungsbehandlungstemperatur abgeschreckt werden. Obwohl bis zu einem gewissen Grad eine selbständige Abkühlung vor dem Abschrecken zulässig ist, ist es bevorzugt, das Abschrecken mit Flüssigkeit von der Lösungsbehandlungstemperatur direkt durchzuführen. Die Abschreckungsflüssigkeit kann ¥asser, Eiswasser, siedendes Wasser oder Öl sein. Das gegossene Produkt kann sodann für 8 bis 24 Stunden (z.B. 16 Stunden) bei einer relativ milden Temperatur im Bereich von 149 bis 316 C (z.B. 171° C) gealtert werden.

Die Art und Weise, wie die verschiedenen Elemente mit dem Ergebnis zusammenwirken, daß ein Produkt mit guter Frischgußhärte und verbesserter Reproduktionsfähigkeit für feine Details erhalten wird, ist unbekannt. Es ist bekannt, daß bei Auslassen des Kupfers aus dem Legierungssystem die Härte der Legierung sehr nachteilig beeinflußt wird. Silizium verbessert die Fließeigenschaften der Legierung während des Vergießens. Die Anwesenheit von Titan ist insoweit erfindungswesentlich, als es die Korngröße beeinflußt. Auch Magnesium

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trägt zur Härte der Legierung "bei. Verschiedene Bestandteile scheinen in der Legierung derart zusammenzuwirken, daß die gewünschten Eigenschaften verstärkt werden, ohne gleichzeitig nachteilige Eigenschaften hervorzurufen. Die resultierende Legierung ist durch große Härte, gute Fließeigenschaften während des Vergießens und weiter dadurch gekennzeichnet, daß Einzelheiten ausgezeichnet reproduziert werden.

Zur Erzeugung einer gegenüber der in der Legierung sowieso stets vorhandenen Härte verbesserten Härte ist es notwendig, das Produkt nach dem anfänglichen Vergießen einer Wärmebehandlung zu unterwerfen. Es ist erwünscht, daß die Gießtemperatur die Temperatur von etwa 760° C nicht übersteigt. Beste Resultate werden erhalten, wenn die Gießendtemperatur im Bereich von 649 bis 760° C liegt.

Patentansprüche:_

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Claims

" 10 " 233bB94 Patentansprüche:

1. Aluminiumlegierung, bestehend aus 8 bis 13 % Silizium, 1,5 Ms 5,0 % Kupfer, 5,0 bis 8,0 % Zink, 0,5 bis 1,5 % Magnesium, 0,01 bis 0,20 % Beryllium, 0,01 bis 0,30 '% Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium.

2. Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 1, bestehend aus 10,38 % Silizium, 2,56 % Kupfer, 7,26 % Zink, 0,63 % Magnesium, 0,12 % Beryllium, 0,08 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium.

3. Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 1, bestehend aus 10,18 % Silizium, 2,20 % Kupfer, 6,50 % Zink, 0,61 % Magnesium, 0,12 % Beryllium, 0,16 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium.

4. Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 1, bestehend aus 10,14 % Silizium, 2,22 % Kupfer, 6,80 % Zink, 0,59 % Magnesium, 0,13 % Beryllium, 0,16 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium.

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5. Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 1, bestehend aus 9_f82 % /Silizium, 3,90 % Kupfer, 8,16 % Zink, 0,50 % Magnesium, .0,14 % Beryllium, 0,11 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium.

6. Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 1, bestehend aus 10,29 % Silizium, 2,88 % Kupfer, 6,75 % Zink, 0,64 % Magnesium, 0,18 % Beryllium, 0,16 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium.

7. Eine vergossene Aluminiumlegierung, bestehend aus 8 bis 13 % Silizium, 1,5 bis 5,0 % Kupfer, 5 bis 8 % Zink, 0,5 bis 1,5 % Magnesium, 0,01 bis 0,20 % Beryllium, 0,01 bis 0,30 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium, mit einer Härte, die durch Vergießen der Legierung bei einer Temperatur im Bereich von 593 bis 705° C, Lösungsbehandlung für 8 bis 24 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 482 bis 538° C, Abschreckung von der Lösungsbehandlüngstemperatur mit Wasser oder Öl und Alterung für 8 bis 24 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 148 bis 316° C erhalten wird.

8. Eine vergossene Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,.daß die Legierung aus 10,38 % Silizium, 2,56 % Kupfer, 7,26 % Zink, 0,63 % Magnesium, 0,12 % Beryllium, 0,08 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge

bis 100 % an Aluminium besteht.

9. Eine vergossene Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 10,18 % Silizium, 2,20 % Kupfer, 6,50 & Zink; 0,61 % Magnesium, 0,12 % Beryllium, O,'16 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium besteht.

10. Eine vergossene Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung" aus 10,14 % Silizium, 2,22 % Kupfer, 6,80 % Zink, 0,59 % Magnesium, 0,13 % Beryllium, 0,16 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium besteht.

11. Eine vergossene Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 9,82 96 Silizium, 3,90 % Kupfer, 8,16 % Zink, 0,50 % Magnesium, 0,14 % Beryllium, 0,11 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium besteht.

12. Eine vergossene Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 10,29 % Silizium, 2,88 % Kupfer, 6,75 % Zink, 0,64 % Magnesium, O;18 % Beryllium, 0,16 % Titan, Verunreinigungen und der Restmenge bis 100 % an Aluminium besteht.

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