DE2431763C2

DE2431763C2 - Verfahren zur Erniedrigung der magnetischen Suszeptibilität von Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE2431763C2
Application number: DE19742431763
Authority: DE
Inventors: Joszef Szekesfehervar Lackner
Original assignee: SZEKESFEHERVARI KOENNYUEFEMMUE SZEKESFEHERVAR HU
Current assignee: SZEKESFEHERVARI KOENNYUEFEMMUE SZEKESFEHERVAR HU
Priority date: 1973-07-20
Filing date: 1974-07-02
Publication date: 1986-09-18
Also published as: HU167172B; DE2431763A1; FR2237971B3; FR2237971A1

Description

Die Erfindung betrifft die Anwendung des Verfahrens

Zur ι i€r5t€uüng Von r\iUminiümicgici*Ungcn uUrCu vJiC-

ßen, Homogenisieren, Verformen, Lösungsglühen und Abschrecken auf Legierungen der unten angegebenen Zusammensetzung zur Erniedrigung ihrer magnetischen Suszeptibilität auf Werte, die kleiner als die des Reinaluminiums sind.

Es ist bei auf magnetischem oder elektrischem Prinzip arbeitenden Vorrichtungen wesentlich, die durch die Bauteile auf das zu messende magnetische oder elektrische Feld ausgeübte Störwirkung zu vermindern. Diese Störwirkung ist dem Dipolmoment des Bauteiles proportional, wobei

P= V_xH₀

ist, wobei V das Volumen des Bauteiles, H₀ das äußere magnetische Feld und χ die auf die Raumeinheit bezogene magnetische Suszeptibilität sind. Demzufolge stört das Feld der in den einzelnen Bauteilen der Finrichtung induzierten magnetischen Dipolmomente das zu messende magnetische Feld um so weniger, je kleiner die Suszeptibilität des entsprechenden V/erkstoffes ist. Ebenfalls hängt die Größe des Dipolmoments von dem Volumen des Bauteiles ab, das um so kleiner sein kann, je größere Festigkeitswerte der Werkstoff aufweist.

Zu diesen Zwecken ist die Verwendung der antimagnetischen Legierungen bekannt. Berylliumbronzen sind die bekanntesten antimagnetischen Legierungen. Die Suszeptibilität der Berylliumbronze ist recht günstig; es sind Werte kleiner als 0,5 · 1O^-6 bekannt. Einen Nachteil der Berylliumbronze bedeuten jedoch das hohe spezifische Gewicht und die aufwendige Herstellung sowie ihre verhältnismäßig geringe Korrosionsbeständigkeit

Ebenfalls ist es bekannt, daß Aluminium nicht gut magnetisierbar ist und eine daraus hergestellte Legierung ungünstige magnetische Eigenschaften aufweist. Die Verwendung des Aluminiums und dessen Legierungen zu magnetischen Zwecken ist offensichtlich deshalb begrenzt, weil die technologischen und physikalischen Parameter, welche die magnetischen Eigenschaften des

ίο Aluminiums und dessen Legierungen bestimmen, unbekannt sind. Somit bestand keine Möglichkeit, die magnetischen Eigenschaften der Alurniniisrnlegierungen optimal zu gestalten.

Nach Aluminium-Taschenbuch, 12. Auflage, 1963, S.144, ist Aluminium schwach paramagnetisch mit einer spezifischen Suszeptibilität von etwa +0,6 · 10~⁹ m³/kg, nach der weiteren Literaturstelle Van Horn, Aluminum, Band 1,1967, S. 176, weist dieser Wei> itoff eine Suszeptibilität von 0,628 · ΙΟ-⁶ auf. Nach dieser Literaturstelle ist es auch bekannt, daß die Suszeptibilität von Aluminiumlegierungen davon abhängt, ob feste Lösungen oder durch Entmischung entstandene Ausscheidungen vorliegen.

Aus Aluminium-Taschenbuch, 1963. S. 80, 364, ist die genormte Legierung AlMg3 aus 2,6 bis 33% Magnesium, 0 bis 0,4% Mangan, 0 bis 03% Chrom und Aluminium als Rest bekannt Für AIZnMg-Legierungen beträgt beim Lösungsglühen die Glühdauer von 10 bis 60 Minuten und die Auslagerungszeit von 8 bis 48 Stunden, wobei in der Regel mit Wasser abgeschreckt wird.

In der DE-AS 11 26 625 sind Aluminiumlegierungen mit 0,5 bis 5% Lithium, bis zu 10% Magnesium und Rest Aluminium beschrieben, wobei der Kern dieser Druckschrift in einer ausscheidungshärtbaren Legierung liegt, mit welcher hohe Festigkeit und weitere gute mechanische Eigenschaften in Verbindung mit geringer Dichte erreicht werden können.

Die genormten AlZn-Mg-Legierungen der 7000-Serie sind in der US-PS 39 47 297 erläutert, die aus 0,1 bis 3,7% Magnesium, 0,8 bis 8,2% Zink und Aluminium als Rest bestehen. Mit Hilfe einer besonderen Warmbehandlung wird dort die Spannungskorrosionsbeständigkeit derartiger Legierungen verbessert, wobei auch gute Festigkeitseigenschaften erzielt werden.

Weiterhin ergibt sich aus Altenpohl, »Aluminium von innen betrachtet«, 1970, Anhang, Tabelle, Knetlegierungen unabhängig von ihrer Zusammensetzung nach dem Gießen hochzuglühen, zu verformen, lösungszuglühen. um Mischkristalle zu bildert, abzuschrecken und gegebenenfalls auszulagern zur Bildung feister Ausscheidungen,

Di; der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Legierung auf Aluminiumbasis so zu behandeln, daß deren magnetische Eigenschaften besser als die des reinen Aluminiums sind und sich denen von Berylliumbronzen nähern, jedoch eine wesentlich bessere Korrosionsbeständigkeit als letztere aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung von AIuminiumlegierungen durch Gießen, Homogenisieren, Verformen, Lösungsglühen und Abschrecken auf Legierungen aus 2 bis 4,5% Magnesium, gegebenenfalls 1 bis 1,2% Lithium oder 7 bis 8% Zink, insgesamt bis zu 0,1 % Chrom und Mangan und Aluminium als Rest zur Erniedrigung ihrer magnetischen Suszeptibilität auf Werte, die kleiner als die des Reinaluminiums sind.

Zweckmäßig erfolgt die Anwendung dieses Verfahrens mit der Maßgabe, daß die Legierung nach dem

Abschrecken zwischen Raumtemperatur und der oberen Grenztemperatur des Bereiches für Guinier-Preston-Zonen-Bildung geglüht wird.

Dabei kann auch die Anwendung des Verfahrens mit der Maßgabe erfolgen, daß bei AIumin^;um-Magnesium-Zink-Legierungen 30 bis 60 Minuten bei 480⁰C lösungsgeglüht mit Wasser abgeschreckt und bei 120⁰C zwölf Stunden lang geglüht wird.

Vorteilhaft erfolgt die Anwendung des Verfahrens mit der Maßgabe, daß bei Aluminium-Magnesium-Lithiumlegieningen bei 510⁰C während 30 bis 60 Minuten lösungsgeglüht und mit Wasser abgeschreckt wird.

Dabei kann aber auch die Anwendung des Verfahrens so erfolgen, daß bei Aluminium-Magnesium-Legierungen 30 bis 60 Minuten bei 510⁰C lösungsgeglüht und mit Wasser abgeschreckt wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Reinheit des Basismetalles den Wert der Suszeptibilität der Aluminiumlegierungen unwesentlich beeinflußt dagegen vermindern gewisse Legierungsbestandteile, insbesondere LJtKä'im, Magnesium und Zink, falls diese in gelöstem Zustand vorhanden sind oder sogenannte Guinier-Preston-Zonen bilden, die magnetische Suszeptibilität.

Diese Wirkung hängt mit der speziellen Elektronenstruktur des Aluminiums zusammen. Die erwähnten Atome verändern die Struktur, da sich die Zahl ihrer Valenzelektronen von jener des Aluminiums unterscheidet, und wenn sie sich in das Aluminium einbauen, wird das Kristallgitter deformiert Die Änderung der Elektronenstruktur verursacht eine Änderung der damit zusammenhängenden physikalischen Eigenschaften, auch der magnetischen Sus-zeptibiHät Dieser Wirkung wird durch die Löslichkeitscrenze der Legierungsbestandteile und die Eigenschaften der' ^ektronenstruktur eine untere theoretische Grenze gesetzt Diese untere Grenze ergibt bei Legierungen auf Aiuminiumbasis eine magnetische Suszeptibilität mit dem Wert von 0,8 · ΙΟ-⁶.

Erfindungsgemäß wird erreicht, daß die Gesamtmenge der Legierungsbestandteile Substitutionsmischkristalle bzw. Zonen bildet, so daß die günstigen magnetischen und mechanischen Eigenschaften vorhanden sind.

Wenn diese Legierungsbestandteile eine separate Phase bilden, hört diese eine Verminderung ausübende Wirkung auf. Genauer gesagt wird sie um eine Größenordnung kleiner; deshalb verschlechtert die heterogenisierende Wärmebehandlung die Suszeptibilität der Legierung. Ebenfalls verschlechtern Mangan und Chrom, selbst wenn sie in geringer Menge vorhanden sind, die Suszeptibilität

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Eine Zink und Magnesium enthaltende Aluminiumlegierung wurde aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,5% hergestellt. Die Legierung enthielt 7,5% Zink und 2,0% Magnesium. Der Mangan- und Chromgehalt betrug insgesamt 0,07%. Die Legierung wurde durch halbkontinuierlichen Strangguß hergestellt, darauffolgend 12 Stunden lang bei 470—48O⁰C homogenisiert und an der Luft abgekühlt. Anschließend wurde die Legierung mit den bei Verformung von Aluminiumlegierungen mit hohem Zinkgehalt üblichen Parametern ver-

formt Die Proben mit einem Durchmesser von 10 mm wurden bei 480⁰C während 50 Minuten lösungsgeglüht, das Abkühlen fand in Wasser statt

Die letzte Wärmebehandlung kann auf zwei Arten durchgeführt werden. Ein Teil der Proben wurde bei 120⁰C mit einer Dauer von 12 Stunden geglüht die Wärmebehandlung des übrigen Teils erfolgte durch Auslagern bei Raumtemperatur. Die Auslagerungszeit betrug 3 Monate.

Die mechanischen und magnetischen Eigenschaften der fertigen antimagnetischen Legierungen sind in Tabelle 1 zusammengestellt

Tabelle 1

Wärmebehandlung

O02

N/mm²

ob
N/mm²

Geglüht
Durch
Auslagern
behandelt

392-412
245-255

470-490 373—392

125 - 10-⁶ 1,2 ■ 10-6

Beispiel 2

Eine Legierung mix Lithium und Magnesium wurde aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 994% hergestellt Die Legierung enthielt 1,1% Lithium und 4,0% Magnesium. Der Mangan- und Chromgehalt betrug insgesamt 0,06%. Die Legierung wurde durch halbkontinuierlichen Strangguß unter Anwendung von 50% Kaliumchlorid-, 50% Lithiumchloridflußmittel abgegossen. Die Legierung wurde 12 Stunden bei 500—510⁰C homogenisiert und an der Luft abgekühlt Nachher fand die Verformung unter Anwendung der im Beispiel 1 beschriebenen Technologie statt Die Proben mit einem Durchmesser von 20 mm wurden während 60 Minuten bei 510° C lösungsgeglüht und abgeschreckt.

Die mechanischen und magnetischen Eigenschaften der fertigen Legierung sind in Tabel'e 2 zusammengestellt:

Tabelle 2

2
N/mm²

ob
N/mm²

98-118

235-245

Beispiel 3

0,9 · 10-6

Es wurde eine Aluminium-Magnesium-Legierung aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,5% hergestellt. Die Legierung enthielt 4,5% Magnesium, der Mangan- und Chromgehalt betrug insgesamt 0,07%.

Das Gießen der Legierung und die Verformung wurde mit dem Beispiel 1 übereinstimmend durchgeführt. Es wurden Proben mit einem Durchmesser von 25 mm gefertigt. Die letzte Wärmebehandlung erfolgte durch !Lösungsglühen 'bei '540° C während 1 Stunde. Das Abkühlen erfolgte in Wasser.

Die mechanischen und magnetischen Eigenschaften der fertigen Legierung sind in Tabelle 3 zusammengestellt:

5
Tabelle 3

N/mm² N/mm²

5 98—118 235—245 0,9 · 10~⁶

Aus den Tabellen ergibt sich, daß die magnetischen Eigenschaften günstig und. mit entsprechenden Festigkeitseigenschaften gepaart sind

Obwohl die magnetische Suszeptibilität diejenige der Berylliumbronzen gering überschreitet, ermöglicht das niedrigere spezifische Gewicht eine fünfzehnfache billigere Herstellung. Hinzu kommen noch die besseren Korrosionseigenschaften der Aluminiumlegierungen. Demzufolge können die erwähnten Legierungen überall dort verwendet werden, wo neben den verhältnismäßig weniger günstigen magnetischen Eigenschaften das geringere spezifische Gewicht, niedrigere Produktionskosten und eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit wesentlieh sind.

Die magnetische Suszeptibilität der erfindur.gsgemäß behandelten Legierungen beträgt etwa dk Hälfte bis drei Zehntel der Suszeptibilität der bekannten Aluminiumlegierungen. Demzufolge kann die auf das magnetische Feld ausgeübte Störwirkung, d. h. der Meßfehler der Einrichtung durch Verwendung der Legierung auf ein Drittel bis ein Zehntel herabgesetzt werden.

50

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von Aluminiumlegierungen durch Gießen, Homogenisieren, Verformen, Lösungsglühen und Abschrekken auf Legierungen aus 2 bis 4,5% Magnesium, gegebenenfalls 1 bis 1,2% Lithium oder 7 bis 8% Zink, insgesamt bis zu 0,1% Chrom und Mangan und Aluminium als Rest zur Erniedrigung ihrer magnetischen Suszeptibilität auf Werte, die kleiner als die des Reinalurniniuins sind.

2. Anwendung nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß die Legierung nach dem Abschrecken zwischen Raumtemperatur und der oberen Grenztemperatur des Bereichs für Guinier-Preston-Zonen-Bildung geglüht wird.

3. Anwendung nach Anspruch 2, mit der Maßgabe, daß bei Aluminium-Magnesium-Zinklegierungen 30 bis 60 Minuten bei 480⁰C lösungsgeglüht, mit Wasser abgeschreckt und bei 120⁰C zwölf Stunden lang geglüht wird.

4. Anwendung nach Anspruch 1 oder 2, mit der Maßgabe, daß bei Aluminium-Magnesium-Lithiumlegierungen 30 bis 60 Minuten bei 510°C lösungsgeglüht und mit Wasser abgeschreckt wird.

5. Anwendung nach Anspruch 1 oder 2, mit der Maßgabe, daß bei Aluminium-Magnesium-Legierungen 30 bis 60 Minuten bei 540° C lösungsgeglüht und mit Wasser abgeschreckt wird.