DE2362009A1 - Wrought light metal compound alloy - contains intermetallic phases embedded in the alloy matrix - Google Patents
Wrought light metal compound alloy - contains intermetallic phases embedded in the alloy matrixInfo
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/0408—Light metal alloys
- C22C1/0416—Aluminium-based alloys
Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von VerbundlegierungenProcess for the production of composite alloys
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundlegierungen, insbesondere -von Leichtmet al 1-Knetlegierungen,'
mit spezifischem Gewicht
härtenden Legierungen als Matrix.The invention relates to a method for the production of composite alloys, in particular -von Leichtmet al 1-wrought alloys, 'with specific weight
hardening alloys as a matrix.
rungen,' mit spezifischem Gewicht unter 4,2 p/cm aus aus-'with a specific weight of less than 4.2 p / cm from
Die Festigkeitseigenschaften von aushärtenden Legierungen auf schmelzmetallurgischer Basis haben nach jahrzehntelangen Entwicklungen bei vielen Werkstoffen gezeigt, daß Steigerungen der mechanischen Eigenschaften, insbesondere zu höheren Dehngrenzen, nur im geringen Umfang durch Zusatz von weiteren Legierungselementen und neuen Praktiken der Wärmebehandlung möglich sind. Beispielsweise sei auf die hochfesten Leicht— metallwerkstoffe der Gattung AlZnMgCu hifigewiesen. Sie über—The strength properties of age-hardening alloys on a melt-metallurgical basis have shown after decades of developments in many materials that increases the mechanical properties, especially higher ones Yield strength, only to a small extent through the addition of further alloy elements and new heat treatment practices possible are. For example, consider the high-strength light- metal materials of the type AlZnMgCu are advised. You about—
schreiten zur Zeit Dehngrenzwerte von 68 Kp/mm nicht, selbst wenn auch auf zu fordernde Randbedingungen, wie etwa die Unempfindlichkeit gegen Spannungsrißkorrosion, verzichtet wird.At the moment, elongation limit values of 68 Kp / mm do not exceed, even if under demanding boundary conditions, such as insensitivity against stress corrosion cracking.
Aus diesem Grunde beschraftigt man sich zwecks Festigkeitssteigerung mit Verbundwerkstoffen, d»h. die ursprünglich zur Verwendung gedachte Legierung wird mit bestimmten Komponenten, deren mechanische Eigenschaften für den Anwendungsfall teilweise besser erscheinen als von dem Grundwerkstoff, gekoppelt und verstärkt.For this reason one deals with composite materials in order to increase the strength, ie. originally for Use intended alloy is with certain components, their mechanical properties for the application sometimes appear better than from the base material, coupled and reinforced.
Bekannt sind: ■The following are known: ■
■/., Dispersicnsgehärtete Werkstoffe (z.B. AlCuMg2) 2. faserverstärkte Werkstoffe (z.B. Ber-, Siliciumkarbidcder Al uminiuinoxyd fäden einschließ "!'.ich Wh.iskern in A.1U— vcA n.iumlsgi β rungen. .Drähte aus hochfestem Stahl in Magnesium}, ■ /., Dispersicnsgehärtete materials (eg AlCuMg2) 2. fiber-reinforced materials (eg Ber-, Siliciumkarbidcder Al uminiuinoxyd threads Enclosure "! '. I .Drähte conclusions Wh.iskern in A.1U- VCA n.iumlsgi β. High-strength steel in Magnesium},
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BAD ORiGINALBAD ORiGINAL
/Ιό/ Ιό
3. Sinterlegierungen aus intermetallischen Phasen des Aluminiums und des Magnesiums.3. Sintered alloys from intermetallic phases of aluminum and magnesium.
4. Gerichtet erstarrte Gußlegierungenj vorzugsweise eutektischer Zusammensetzungen (z.B. Al-CuAIp-FeCUpAl7) als Sonderfall spezieller Gießtechnik.4. Directionally solidified casting alloys, preferably eutectic compositions (eg Al-CuAlp-FeCUpAl 7 ) as a special case of special casting technology.
Diese neuen Werkstoffe haben bereits industrielle Anwendung als Konstruktionsteile im optimalen Leichtbau gefunden. Trotzdem haften diesen Werkstoffen einige Nachteile an, wie beispielsweise komplizierte Herstellungstechnik, teilweise starke Anisotropie, Schwierigkeiten bei der Fügetechnik, niedrigere Bruchdehnungswerte sowie geringe Shigkeitseigen— schäften. Diese bekannten Werkstoffe, sind außerdem für Verformung sbearbeitungen, wie Strang- und Gesenkpressen, wenig geeignet.These new materials have already found industrial application as structural parts in optimal lightweight construction. Nevertheless, these materials have some disadvantages, such as, for example, complicated manufacturing technology, in some cases strong anisotropy, difficulties in joining technology, lower elongation at break values as well as low Shigkeitseigen— stocks. These known materials are also used for deformation Machining such as extrusion and die presses is not very suitable.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Verbundlegierungen vorzuschlagen, insbesondere von Leichtmetall-Knetlegierungen, mit einem spezifischen Gewicht unter 4,2 p/cm mit höheren als den bisher üblichen Festigkeitseigenschaften der Matrixlegierungen.The present invention has the object of proposing a method for the production of composite alloys, in particular of light metal wrought alloys, with a specific weight below 4.2 p / cm with higher than before usual strength properties of the matrix alloys.
Zur Lösung der Erfindungsaufgabe wird vorgeschlagen, den aushärtenden Legierungen kombiniert chemisch artfremde und arteigene intermetallische Phasen zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften hinzuzusetzen. Diese intermetallischen Phasen können synthetisch hergestellt werden. Während des bevorzugten pulvermetallurgischen Herstellungsverfahrens der Verbundlegierung werden die Phasen in Pulverform hinzugegeben. Die Matrix der aushärtenden Legierung löst einen Teil der hinzugegebenen arteigenen intermetallischen Phasen. Diese Phasen wiederum koppeln die chemisch artfremden intermetallischen Phasen.To solve the problem of the invention, it is proposed that the hardening alloys combines chemically foreign and native intermetallic phases to increase the strength properties to add. These intermetallic phases can be produced synthetically. During the preferred powder metallurgical manufacturing process the phases are added to the composite alloy in powder form. The matrix of the hardening alloy dissolves one Part of the added species-specific intermetallic phases. These phases in turn couple the chemically alien intermetallic phases Phases.
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Zweckmäßigerweise werden legierungstechnisch teilweise verdünnte Ausgangslegierungen verwendet, beispielsweise der Typen AlZnMgCu, AlCuSiMn oder AlCuMg. In Ausnahmefällen kann sogar zusätzlich Reinaluminium verwendet werden.It is expedient for them to be partially diluted in terms of alloy technology Starting alloys used, for example of the types AlZnMgCu, AlCuSiMn or AlCuMg. In exceptional cases even pure aluminum can also be used.
Durch das Inlösunggehen der Komponenten von zusätzlichen arteigenen intermetallischen Phasen zur Matrix wird einBy dissolving the components of additional species-specific intermetallic phases to form a matrix
inniger Verbund erreicht, wobei aber durch den gegenüber einer- schmelzmetallurgischen Erzeugung höheren Gehalt an intermetallischen Phasen deren Festigkeitsverhalten werk— stoffbestimmend wird..Da außerdem der Legierung weitere chemisch artfremde intermetallische Verbindungen zugesetzt werden mit ähnlicher Struktur wie zur Matrix und/oder zur arteigenen intermetallischen Phase, jedoch mit anderem chemischen Aufbau, kann das Festigkeitsverhalten im Sinne höherer Dehngrenzwerte weiter verbessert werden. Diese Zusätze können auch in der Matrix teillöslich sein, so daß sie ebenfalls wie die chemisch arteigenen intermetallischen Phasen an dem Aushärtungsgeschehen aktiv teilnehmen. Durch geschickte Wahl der intermetallischen Verbindungen und deren Gitterstrukturen und -konstanten ·sowie über die eingebrachte Korngröße ist es möglich, Spannungen kohärenter und teilkohärenter Felder für die Festigkeitssteigerung auszunutzen. An intimate bond is achieved, but due to the higher content of intermetallic phases whose strength behavior is decisive for the material Chemically alien intermetallic compounds are added with a structure similar to that of the matrix and / or the species-specific intermetallic phase, but with a different chemical structure, can affect the strength behavior in the sense higher elongation limit values can be further improved. These additives can also be partially soluble in the matrix, so that they also actively participate in the hardening process like the chemically intrinsic intermetallic phases. By Skilful choice of the intermetallic compounds and their lattice structures and constants · as well as the introduced With the grain size, it is possible to use tensions of coherent and partially coherent fields to increase strength.
Zur Erfindung gehört auch der Vorschlag, die Verbundlegie— rungen vor .der Verformung lösungszuglühen. Dabei ist es zweckmäßig, die Lösungsglühtemperatur höher als den Schmelzpunkt der Matrix zu wählen* .The invention also includes the proposal to use the composite alloy solution annealing before deformation. It is advisable for the solution annealing temperature to be higher than the melting point the matrix to choose *.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat eine besondere Bedeutung für die hochfesten Aluminiumlegierungen der Gattung AlCuMg, AlCuSiMn oder AlZnMgCu, die vorzugsweise in teilweise verdünnter Form als Matrix eingesetzt werden.The method according to the invention is of particular importance for the high-strength aluminum alloys of the type AlCuMg, AlCuSiMn or AlZnMgCu, which are preferably partially diluted Form can be used as a matrix.
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Um ein zu starkes Kornwachstum der intermetallischen Phasen zu verhindern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei der Durchführung des Verfahrens Inhibitoren, wie beispielsweise Erdalkalimetalle oder seltene Erden, zuzusetzen.In order to prevent excessive grain growth of the intermetallic phases, it is proposed according to the invention in which Carrying out the process, inhibitors, such as, for example, alkaline earth metals or rare earths, are added.
Es erweist sich als Vorteil, die aus den erfindungsgemäßen Verbundlegierungen hergestellten Werkstücke nach der Endbearbeitung erneut lösungszuglühen und auszuhärten.It turns out to be an advantage, the workpieces produced from the composite alloys according to the invention after the final machining solution annealing and hardening again.
Durch die Variation der aushärtbaren Legierungen und der zugesetzten intermetallischen Phasen sowie der Wärmebehandlungsbedingungen ist es möglich, eine Vielzahl von Verbundlegierungen, insbesondere Leichtmetallwerkstoffe herzustellen, die weitaus höhere Festigkeitseigenschaften bei einem spezifischen Gewicht unter 4,2 p/cm besitzen als'die schmelzmetallurgisch unverdünnt hergestellte Matrixlegierung.By varying the age-hardenable alloys and the added intermetallic phases as well as the heat treatment conditions it is possible to produce a variety of composite alloys, especially light metal materials, which have much higher strength properties at a specific weight of less than 4.2 p / cm than'die Matrix alloy produced undiluted by melting metallurgy.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann als pulvermetallurgischer Ansatz aller Komponenten mit nachfolgender Erwärmung bis zur erforderlichen Lösungsglühtemperatur oder bis zur Schmelztemperatur der Matrix durchgeführt werden. Es ist auch möglich, die vorgepreßten Gemenge aus zusätzlichen intermetallischen Phasen nachfolgend mit Matrixlegierungen zu tränken, wobei vorteilhafterweise unter Schutzgas- oder Vakuumbedingungen gearbeitet wird. Das Tränken beschränkt sich aber im wesentlichen auf verhältnismäßig dünne Halbzeuge. Die nach dem Lösungsglühen entstandenen Verbundwerkstoffe können, je nach dem Verhältnis von Matrixgehalt zum Gehalt an intermetallischen Zusatzphasen durch Strang- oder Gesenkpressen warmverformt werden.The inventive method can be used as a powder metallurgical Preparation of all components with subsequent heating up to the required solution annealing temperature or up to the melting temperature of the matrix. It is also possible to use the pre-pressed mixture from additional intermetallic Subsequently impregnate phases with matrix alloys, advantageously under protective gas or vacuum conditions is being worked on. Soaking is essentially limited to relatively thin semi-finished products. The after The composite materials resulting from the solution heat treatment can, depending on the ratio of the matrix content to the content of intermetallic Additional phases can be hot-formed by extrusion or die pressing.
Es'besteht auch die Möglichkeit, diese erfindungsgemäßen Verbundlegierungen für die Herstellung von Schichtwerkstoffen einzusetzen, bei denen beispielsweise die verschiedenen Schichten unterschiedliche Festigkeitseigenschaften besitzen.There is also the possibility of using these according to the invention To use composite alloys for the production of layered materials, in which, for example, the various Layers have different strength properties.
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Im folgenden werden einige Beispiele für die Herstellung von erfindungsgemäßen Leichtmetallverbundlegierungen genannt:The following are some examples of the manufacture of Light metal composite alloys according to the invention called:
1. Matrix: 20 Vol.% einer teilweise verdünnten AlZnMgCu-Legierung mit folgenden Legierungstoleranzen (in Gew. %)1. Matrix: 20% by volume of a partially diluted AlZnMgCu alloy with the following alloy tolerances (in% by weight)
0,9 bis 3,0 % Kupfer,0.9 to 3.0% copper,
'έ-0,15 % Eisen, 1,5 bis 2,1 % Magnesium,'έ-0.15% iron, 1.5 to 2.1% magnesium,
4 0,2 % Mangan, 4 0.2% manganese,
- 0,15 % Silicium, 3,0 bis 4,0 % Zink, 0,08 bis 0,20 % Zirkonium, 0,30 bis 0,40 % Silber,- 0.15% silicon, 3.0 to 4.0% zinc, 0.08 to 0.20% zirconium, 0.30 to 0.40% silver,
0,05 bis 0,20 % Chrom, ·0.05 to 0.20% chromium,
Rest Aluminium.Remainder aluminum.
Intermetallische Phase 1 - arteigen - : 10 Vol. Intermetallische Phase 2 - arteigen - : 40 Vol. ^g2 Intermetallische Phase 3 - artfremd - : 30 Vol.% Al3TiIntermetallic phase 1 - species -: 10 vol. Intermetallic phase 2 - species -: 40 vol. ^ G 2 Intermetallic phase 3 - foreign -: 30 vol.% Al 3 Ti
Matrix: 40 Vol.% einer teilweise verdünnten AlZnMgCu-Legierung mit folgenden Legierungstoleranzen (in Gew. %)Matrix: 40% by volume of a partially diluted AlZnMgCu alloy with the following alloy tolerances (in% by weight)
0,4 bis 0,7 % Kupfer,0.4 to 0.7% copper,
^0,3 % Eisen, 2,0 bis 2,5 % Magnesium, 0,3 bis 0,6 % Mangan,^ 0.3% iron, 2.0 to 2.5% magnesium, 0.3 to 0.6% manganese,
-0,3 % Silicium, 4,5 bis 5,2 % Zink,-0.3% silicon, 4.5 to 5.2% zinc,
Rest AluminiumRemainder aluminum
Intermerallische Phase 1 - artfremd - : 20 Vol.% Intermetallische Phase 2 - arteigen - : 30 Vol.% Intermetallische Phase 3 - artfremd - : 10 Vol.% Al3TiInter-merallic phase 1 - alien -: 20 vol.% Intermetallic phase 2 - indigenous -: 30 vol.% Intermetallic phase 3 - alien -: 10 vol.% Al 3 Ti
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3. Matrix: 15 Vol*6 einer teilweise verdünnten AlCuMgNi-Legierung mit folgenden Legxerungstoleranzen (in Gew. %)3. Matrix: 15 Vol * 6 of a partially diluted AlCuMgNi alloy with the following alloying tolerances (in% by weight)
1,1 bis 2,2 % Kupfer, 0,5 bis 1,0 % Eisen, 1,0 bis 1,5 % Magnesium,1.1 to 2.2% copper, 0.5 to 1.0% iron, 1.0 to 1.5 % magnesium,
- 0,2 % Mangan, 0,20 bis 0,30 % Silicium,- 0.2% manganese, 0.20 to 0.30% silicon,
~ 0,15 % Zink, 0,03 bis 0,05 % Titan, 0,9 bis 1,6 % Nickel, ~ 0.15% zinc, 0.03 to 0.05% titanium, 0.9 to 1.6% nickel,
Rest AluminiumRemainder aluminum
Intermetallische Phase 1 -arteigen- : 15 Vol.% Al„CuMg Intermetallische Phase 2 -arteigen- : 20 Vol.% Al^PeIntermetallic phase 1 -artigen-: 15 vol.% Al "CuMg Intermetallic phase 2 -artigen-: 20% by volume Al ^ Pe
Intermetallische Phase 3 -artfremd- : 50 Vol.Intermetallic phase 3 - alien -: 50 vol.
4. Matrix 1: 8 Vol.% einer teilweise verdünnten AlCuSiMn-Legierung mit folgenden Legxerungstoleranzen (in Gew. %)4. Matrix 1: 8% by volume of a partially diluted AlCuSiMn alloy with the following alloying tolerances (in% by weight)
3,0 bis 4,0 % Kupfer,3.0 to 4.0% copper,
^ 0,30 % Eisen, 0,2 bis 0,4 % Magnesium, 0,6 bis 0,9 % Mangan, 0,3 bis 0,5 % Silicium,^ 0.30% iron, 0.2 to 0.4% magnesium, 0.6 to 0.9% manganese, 0.3 to 0.5% silicon,
£ 0,3 % Zink,£ 0.3% zinc,
iz 0,10 % Chrom, iz 0.10% chromium,
Rest AluminiumRemainder aluminum
Matrix 2: 12 Vol.% einer teilweise verdünnten AlZnMgCu-Legierung mit folgenden Legxerungstoleranzen (in Gew. %)Matrix 2: 12% by volume of a partially diluted AlZnMgCu alloy with the following alloying tolerances (in% by weight)
- 1,0 % Kupfer,- 1.0% copper,
- 0,3 % Eisen, 1,5 bis 2,0 % Magnesium,- 0.3% iron, 1.5 to 2.0% magnesium,
- 0,1 % Mangan,- 0.1% manganese,
^ 0,2 % Silicium, 3,0 bis 5,0 % Zink, 0,15 bis 0,30 % Chrom,^ 0.2% silicon, 3.0 to 5.0% zinc, 0.15 to 0.30% chromium,
Rest AluminiumRemainder aluminum
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Intermetallische Phase 1 -arteigen- : 20 Vol.% Intermetallische Phase 2 -arteigen- : 20 Vol% Intermetallische Phase 3 -artfremd- : 40 Vol.%Intermetallic phase 1 -artigen-: 20 vol.% Intermetallic phase 2 - intrinsic -: 20% by volume Intermetallic phase 3 - foreign -: 40% by volume
5. Matrix: 20 Vol.% einer teilweise verdünnten Al-Cu-Legierung mit 1,5 Gew. % Kupfer.5. Matrix: 20% by volume of a partially diluted Al-Cu alloy with 1.5 wt.% copper.
Intermetallische Phase 1 -arteigen- : 40 Vol.% Al2Cu Intermetallische Phase 2 -artfremd- : 40 VoI^(Al5Zn)49Mg32 Intermetallic phase 1 - intrinsic -: 40% by volume Al 2 Cu Intermetallic phase 2 - foreign -: 40 vol.% (Al 5 Zn) 49 Mg 32
6. Matrix: 15 Vol.% einer teilweise verdünnten AlZnMg-Legierung mit folgenden Legierungstoleranzen (in Gew. %)6. Matrix: 15% by volume of a partially diluted AlZnMg alloy with the following alloy tolerances (in% by weight)
2,0 bis 2,5 % Magnesium, 0,1 bis 0,5 % Mangan, 5,0 bis 5,3 % Zink,2.0 to 2.5% magnesium, 0.1 to 0.5% manganese, 5.0 to 5.3% zinc,
Rest "AluminiumRemainder "aluminum
Mt. Intermetallische Phase 1 -arteigen— : 101% MgZn-Intermetallische Phase 2 -artfremd- : 15 Vol.% Mt. Intermetallic phase 1 -artigen-: 101% MgZn-Intermetallic phase 2 -normal-: 15 vol.%
Intermetallische Phase 3 -artfremd- : 20 Vol.% Al2CuMg Intermetallische Phase 4 -arteigen- : 20 Vol.% (Al,Zn).3? Intermetallische Phase 5 -artfremd- ': ■ 20 Vol.% Al3TiIntermetallic phase 3 - foreign -: 20 vol.% Al 2 CuMg Intermetallic phase 4 - intrinsic -: 20 vol.% (Al, Zn). 3? Intermetallic phase 5 - alien - ': ■ 20 vol.% Al 3 Ti
7. Matrix: 10 Vol.% einer teilweise verdünnten MgAlZn-Legierung mit folgenden Legierungstoleranzen (in Gew. %)7. Matrix: 10% by volume of a partially diluted MgAlZn alloy with the following alloy tolerances (in% by weight)
4,0 bis 6,0 % Aluminium, - , 0,5 bis 2,0 % Zink, 0,05 bis 0,4 % Mangan,4.0 to 6.0% aluminum, -, 0.5 to 2.0% zinc, 0.05 to 0.4% manganese,
f- 0,20 % Silicium,f- 0.20% silicon,
- 0,05 % Kupfer,- 0.05% copper,
- 0,01 % Eisen Rest Magnesium- 0.01% iron, remainder magnesium
Intermetallische Phase 1 -arteigen- : 30 Vol.% Al3Mg4 oderIntermetallic phase 1 -specific-: 30% by volume Al 3 Mg 4 or
Intermetallische Phase 2 -artfremd- : 60 Vol.% Al3TiIntermetallic phase 2 - alien -: 60% by volume Al 3 Ti
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Außer den genannten intermetallischen Phasen gibt es weitere erfindungsgemäß verwertbare Verbindungen, wie beispielsweise l, Al3Mg2, AIgMn, AlTi2 und Al7 5Cu4Li.In addition to the intermetallic phases mentioned, there are other compounds that can be used according to the invention, such as, for example, 1, Al 3 Mg 2 , AlgMn, AlTi 2 and Al 7 5Cu 4 Li.
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Claims (1)
sehen Gewicht unter 4,2 p/cm aus aushärtenden Legierungen als Matrix, gekennzeichnet durch den kombinierten Zusatz chemis.ch artfremder und arteigener intermetallischer Phasen.3
see weight below 4.2 p / cm from hardening alloys as a matrix, characterized by the combined addition of chemis.ch foreign and native intermetallic phases.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2362009A DE2362009A1 (en) | 1973-12-13 | 1973-12-13 | Wrought light metal compound alloy - contains intermetallic phases embedded in the alloy matrix |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2362009A DE2362009A1 (en) | 1973-12-13 | 1973-12-13 | Wrought light metal compound alloy - contains intermetallic phases embedded in the alloy matrix |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2362009A1 true DE2362009A1 (en) | 1975-06-26 |
Family
ID=5900650
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE2362009A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0229499A1 (en) * | 1985-12-16 | 1987-07-22 | Inco Alloys International, Inc. | Formation of intermetallic and intermetallic-type precursor alloys for subsequent mechanical alloying applications |
-
1973
- 1973-12-13 DE DE2362009A patent/DE2362009A1/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0229499A1 (en) * | 1985-12-16 | 1987-07-22 | Inco Alloys International, Inc. | Formation of intermetallic and intermetallic-type precursor alloys for subsequent mechanical alloying applications |
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