DE2462117C2 - Dispersionsverfestigtes Blech aus einer Aluminium-Eisen-Legierung - Google Patents

Dispersionsverfestigtes Blech aus einer Aluminium-Eisen-Legierung

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DE2462117C2 DE2462117A DE2462117A DE2462117C2 DE 2462117 C2 DE2462117 C2 DE 2462117C2 DE 2462117 A DE2462117 A DE 2462117A DE 2462117 A DE2462117 A DE 2462117A DE 2462117 C2 DE2462117 C2 DE 2462117C2
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Description

2. Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung Elsen und Mangan bzw. Eisen und Nickel In einer Menge von 90 bis 100% des entsprechenden Eutektlkums enthält.
3. BkJi nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Eisen und Mangan innerhalb der Koordinaten 1,996 Eisen, 0,3% Mangan; 2,0% Elsen, 0,?% Mangan; 1.4% Eisen. 12% Mangan; 1,4% Elsen, 0,6% Mangan Hegt und die Legierung weiterhin Zink, Lithium, Kupfer, Magnesium, Silicium bis zu 1,5% insgesamt und bis zu 1,0% maximal einzeln und sonstige Beimengungen bis zu 1,0% Insgesamt und bis zu 0,3% maximal einzeln und Rest Aluminium enthält.
4. Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Elsen und Nickel Innerhalb der Koordinaten 1,9% Eisen, 1,1% Nickel; 1,9% Elsen, 1,8% Nickel; 1,5% Elsen, 2,5% Nickel; 1,2% Eisen, 2,5% Nickel; 1,2% Elsen, 1,2% Nickel liegt und die Legierung weiterhin bis zu 1,5% Mangan sowie Zink, Lithium, Kupfer, Magnesium, Silicium bis zu 1.5% insgesamt und bis zu 1,0% maximal einzeln und sonstige Beimengungen bis zu 1,0% insgesamt und bis zu 0.3% maximal einzeln und Rest Aluminium enthält.
30
Die Erfindung bezieht r-ich aul dlsperslonsverfestlgte Aluminiumlegierungsbleche, deren mechanische Elgenschäften durch eine feine Dispersion mikroskopisch kleiner, unlöslicher Intermetallischer Teilchen und/oder durch die Versetzungsstruktur oder das Gefüge, die von diesen Teilchen herrühren, bestimmt werden.
Dispersionsverstärkte Bleche aus Alumlnlumleglerungen weisen nützliche Eigenschaften, zum Beispiel eine hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen auf.
Aufgabe der Erfindung Ist es, disperslonsverfestlgte Legierungsbleche mit einer Dicke ve·· 0,25-0,0010 cm zur Verfügung zu stellen, bei denen ein relativ duktiles Metall durch eine Dlspergierung von relativ harten Teilchen aus Intermetallischer Phase verstärkt wird. Durch eine Auswahl der Legierungselemente werden die Bleche mit den verbesserten mechanischen Eigenschaften erbalten.
Die Aufgabe wird durch ein disperslonsverfestigtes Blech gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ansprüche 2 bis 4 umfassen spezielle Ausführungsformen der Erfindung.
In den erfindungsgemäßen dlsperslonsverfestlgten Blechen sind In Kombination die Merkmale a) bis Π des Patentanspruches 1 vorhanden. Sie enthalten somit Intermetallische dlsperglerte Teilchen mit einer Durchschnittsgröße von 0,1 bis 2 pm, die 5 bis 20 VoI.-'ί, der Legierung ausmachen und In Form von Fragmenten von aufgebrochenen, stabartigen Phasen vorliegen I)Ic mechanischen Eigenschaften sind, wenn der Volumenanlcll der Intermetallischen Teilchen unterhalb 5.0». abfällt, verschlechtert, wahrend die Duktllliäl und Zähigkeit abnehmen, wenn der Volumenantell 20'». übersteigt Öle Eigenschaften werden auch durch das Vorliegen grober Intermetallischer Teilchen nachteilig beeinflußt, deren Größe über 3 um Durchmesser liegt, so daß diese weniger als 2 VoI -♦. der Legierung ausmachen sollen. Je glelchrn'Mllger die Dispersion der Intermetallischen Teilchen lsi. desto besser sind die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes, weshalb es aus diesem Grunde am meisten bevorzugt Ist. die Alumlnlumgußmassc unter solchen Bedingungen zu erzeugen, duß die von stabarilgen Phasen (Nadeln. Stengelkristallen) freien Bereiche klein sind. Die Intermetallischen Teilchen (Stengelkrlställchen) werden aus einer Intermetallischen Phase gebildet, die Aluminium und zwei oder mehr der Metalle Elsen, Nickel und Mangan enthält Der durchschnittliche Durchmesser der Intermetallischen Teilchen liegt vorzugsweise Im Bereich von 0,1 bis 0.8 um Die erfindungsgemäßen dlsperslonsverfestlgten Bleche erhält man durch Vergießen der Aluminiumlegierung und anschließende Querschnittsreduzierung um mindestens 60%.
Dabei wird die Alumlnlumschmelze. die mit zwei Elsen sowie Nickel und/oder Mangan legiert Ist, wobei Elsen In einer Menge von wenigstens 1,2%, Mangan in einer Menge von wenigstens 0,3% und/oder Nickel In einer Menge von wenigstens 1,1% vorliegt, und der Gesamtgehalt der Leglerungselemente in einem Bereich von weniger als 20% unterhalb bis weniger als 10% oberhalb der eutektischen Zusammensetzung liegt mit einer Wachstumsgeschwindigkeit an der Erstarrungsfront von mindestens 1 cm/mln, während ein Temperaturgradient von mindestens 5° C/cm Im flüssigen Metall In der Nähe der Erstarrungsfrorit aufrechterhalten wird, wobei die Legierung und die Gußbedingungen so ausgewühlt sind, daß 5,0 bis 20 Vol.-% nicht ausgerichteter stabartiger Intermetallischer Phasen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,1 bis 1,5 um Im Gußblock entstehen, vergossen und bei der anschließenden Qucrschnlttsrcduzlcrung die slabarllgcn Intermetallischen Phasen In feine
Teilchen zerbrochen werden.
Bei der Herstellung der Gußlegierung muß das Metall unter derartigen Bedingungen gegossen werden, daß im wesentlichen keine Kernbildung von Intermetallischen Teilchen in dem geschmolzenen Metall vor der From /wischen dem flüssigen Metall und dem festen Metall erfolgt. Bis zu weniger als 2 Vol.-% an groben primären " Intermetallischen Teilchen können toleriert werden, wenngfelch die vollständige Abwesenheit derartiger Teilchen bevorzugt wird. Beträgt das Volumen der groben primären intermetallischen Teilchen weniger als 2%, so wird die Gußlegierung als im wesentlichen frei von derartigen Teilchen für die Zwecke der Erfindung angesehen. Um das Erfordernis der Unterdrückung des Wachstums primärer Teilchen zu erfüllen, muß, wie festgestellt wurde, ein Temperaturgradient von zumindest 5° C/cm in dem geschmolzenen Metall In der unmittelbaren Nachbarsv.naft der Erstarrungsfront vorliegen.
Um den bevorzugten Absland der Intermetallischen Phasen von ! jtm oder weniger zu erzielen, muß die Wachsturnsgeschwlndlgkelt (Geschwindigkeit der Abscheidung von festem Metall in einer Richtung, die Im weseniltchen senkrecht /u der Erstarrungsfront Ist) zumindest 1 cm/min betragen.
v. Der Ausdruck »eutektische Zusammensetzung« wird hler zur Bezeichnung von eutektlschen Zusammenset-
% zungen sowie für einen Bereich von Zusammensetzungen In der Nähe dieser Eutektika angewandt, in denen es '%, möglich ist, die gleichzeitige Abscheidung der duktilen metallischen Aluminiumphase und einer oder mehrerer
faserartiger intermetallischer Phasen zu erzielen, in »eutektische Zusammensetzungen« sind auch Zusammensetzungen eingeschlossen, die sich den Grenzen zwischen den Phasenfeldern, die dem Charakter nach eutektisch sind, annähern, Legierungen, worin der Gesamtgehalt der hauptsächlichen legierenden Elemente weniger als 10% oberhalb oder 20% unterhalb des Gesamtgehalts dieser Elemente am Eutektlkum oder der eutektischen Rinne beträgt.
Es ist jedoch bevorzugt, daß der Gehalt der Iegterenden Elemente 90 bis 100% desjenigen beträgt, der für das Eutektlkum erforderlich ist. Wenn die Legierungszusätze geringer als die der eutektischen Zusammensetzung sind, so werden primäre Aluminiumdendriten gebildet (zusätzlich zu dem gewünschten eutektischen GefUge). In diesem Fall besteht das Mlkrogefüge aus Aluminiumdentrltenzellen, die Im wesentlichen von intermetail!- sehen Phasen frei sind, und dem faserartigen eutektischen Gefügt, die sich an den Grenzen der Dendritenzellen ausbildet Das Vorliegen großer Bereiche, die von intermetallischen Fasern frei sind, ruft offensichtlich eine Neigung zur Verringerung der Gleichmäßigkeit der Teilchendispersion hervor, wenn die Gußlegierung zum Aufbrechen und der Dlsperglerung der brüchigen bzw. spröden Intermetallischen Phase gewalzt oder in anderer j Welse deformiert wird. Für eine vorgegebene Wachstumsgeschwindigkeit stellt das vollständig gekoppelte
Wachstumsgefüge ein Optimum dar; jedoch ist das Vorliegen von Aluminiumdendriten unter der Voraussetzung annehmbar, daß durchschnittliche Teilchengröße, und Abstand der intermetallischen Teilchen nach der Bearbeitung wie vurslehend angegeben sind.
Beim Verarbeiten der Gußlegierung durch Walzen oder Strangpressen werden die intermetallischen Fasern nicht beliebig gebrochen, sondern neigen zu einer gleichmäßigen Segmentierung entlang ihrer Längsachse, wodurch gleichmäßige, jedoch etwas längliche Teilchen geschaffen werden, deren Durchmesser dem Durchmesser der ursprünglichen intermetallischen Fasern entspricht. Diese Teilchen verteilen sich in der duktilen Metallmatrix während der nachfolgenden Verformung des Gußbarrens. Da die Teilchen eine geringe Große haben, einen kleinen Volumenanteil beanspruchen und gleichmäßig In der Matrix verteilt sind, beeinflussen sie die Zähigkeit frier Formbarkelt des Materials nicht In nachteiliger Weise. Das Verhältnis von Länge zu Durchmes- « ser der Mehrheit der Teilchen, die durch das Zerbrechen der "ntermetallIschen Fasern gebildet werden, fällt in den Bereich von 1 : 1 bis 5 : 1. Im Gegensatz hierzu beträgt die durchschnittliche Länge der faserartigen Intermetallischen Stoffe In der Gußlegierung üblicherweise mehr als das lOOfache des Durchmessers.
Die Eigenschaften der Bleche sind In einem gewissen Ausmaß anisotrop. Es Ist bevorzugt, die relativen Proportionen der Anisotropie durch Einführung geringer Mengen von Cu und/oder Mg zu verringern, öle in fester Lösung In der Al-Phase verhieben und bekannte festigkeltsverlelhende Eigenschaften aufweisen.
Nach Erzeugung der Gußlegierung kann das Zerbrechen der brüchigen bzw. spröden Intermetallischen Phase in dlsperglerte Teilchen durch entweder Warm und/oder Kaltbearbeitung der Gußlegierung auf einer Vielzahl von Wegen erreicht werden Eine Reduktion von zumindest 60% Ist dafür erforderlich
Bei der Herstellung »~n Walzblechen Ist es bevorzugt, den hauptsächlichen Teil der Reduktion des Ursprungliehen Gußbarrens durch Warmwalzen durchzuführen, wobei man vorzugsweise nachfolgenden Kultwalzvorgang anwendet um zumindest dnc weitere 10».Ige Reduktion und vorzugsweise zumindest 50%ige Reduktion erreicht. »Kaltbearbeitung« bedeutet, daß die Legierung einer Bearbeitung bei einer Temperatur unter etwa 250 C unterworfen worden Ist.
I)Ic Legierung, die durch Kaltwalzen deformiert worden Ist, kann bei 200' t" oder hoher gehalten werden, um S5 eine Erholung oder Rekristallisation zu bewirken Selbst wenn ein nachfolgender Bearbeitungsvorgang, wie beispielsweise eine Por/ellanemalllierung oder Hartlötung zu einer Umkrinalllslerung In dem kaltbearbeiteten Material führt, werden noch Immer relativ günstige Eigenschaften beibehalten Ein sehr feines Korn oder eine Unterkorngröße, die durch eine derartige Behandlung erzielt werden, leiste.) einen wichtigen Beitrag zu den mechanischen Eigenschaften des Materials.
Für Produkte, wie beispielsweise Autokarosserlepreßstücke, ist es sehr wünschenswert, daß Aluminiumblech die folgende minimale Kombination an Eigenschaften aufweist:
0,2-Grenze 140,6 N/mm2
Dehnung bei 5,08 cm Strecklänge 20%
Erlchsen-Prüfung !,02 cm
Bei der Erichsen-Prüfung wird ein Stück eines Metallbleches, das mit Ausnahme der Mitte gefaßt Ist, durch
einen kegelförmigen Stempel mit rundem Ende bis zum Eintritt des Bruches deformiert. DIc Hohe der Ausllcfung In cm beim Bruch stellt ein Maß der Duktllltüt dar.
Diese Prüfung Ist In den British Standards Institution B. S. 3855: 1965: Titel »Method for Modified Erlehscn Cupping Test for Sheet and Strip Metal« beschrieben.
Die bevorzugte eutektische Zusammensetzung für die Ai-Fe-Mn-Legierung weist einen Fe- und Mn-Gchiill auf. der Innerhalb der Koordinaten 1,9'* Fe, 0,3% Mn; 2,0* Fe, 0,8» Mn; 1,4* Fe, 1,2% Mn; 1,4% Fe, 0,6% Mn Hegt, wobei die Legierung auch Zn, Ll, Cu, Mg, Sl bis zu 1,5% Insgesamt und bis zu jeweils maximal 1,0% (Einzelkomponente); weitere bis zu maximal 1,0% Insgesamt und bis zu 0,3% einzeln umfaßt, wobei Al den Rest darstellt Besonders bevorzugt 1st die Legierung Fe und Mn Innerhalb der Koordinaten 1,8% Fe, 0,6% Mn; 1,8% Fe. 0.8% Mn; 1,5% Fe, 1,0% Mn; 1,5% Fe, 0,7% Mn; wobei die Legierung auch 0,1 bis 0,3% Cu und Sl bis zu 0,3% enthält und andere vorzugsweise unter 0,15% Insgesamt (maximal jedes 0,1%) liegen und Aluminium den Rest darstellt. Alle Zusammensetzungen, die sowohl In den größeren als auch engeren Bereich der vorstehend angeführten Fe- und Mn-Gehalte fallen, liegen Innerhalb von 10% oberhalb oder 20% unterhalb einer eutektischen Zusammensetzung.
Im Fall der Al-Fe-Nl-Leglerung liegen der bevorzugte Fe- und Nl-Gehalt Innerhalb der Koordinaten 1,9% Fe, 1,1% Nl; 1,9% Fe, 1,8% Nl; 1,5% Fe, 2,5% Ni; 1,2% Fe, 2,5% Ni; 1,2% Fe, l,2%Nl, wobei die Legierung auch Mn bis zu 1.5%, Zn, Cu, Ll, Mg, SI, bis zu 1,5% insgesamt, bis zu 1,0% maximal einzeln, andere bis zu 1,0% maximal Insgesamt und bis zu 0,3% einzeln enthält und Al den Rest darstellt. Die am meisten bevorzugte Zusammensetzung weist einen Fe- und Ni-Gehait innerhalb der Koordinaten i,7^ Fe, i,2*> Ni, \,a% Fe, 1,7% Ni, \,4% Fe. 2,3% Nl; 1.4% Fe. 1,2% Nl auf, wobei die Legierung auch 0,3 bis 0,6% Mn, bis zu 0,5% Cu. bis zu 0.5% Mg, bis zu 0,3% Sl, weitere bis zu 0,15% Insgesamt und bis zu 0,1% einzeln, enthält, und der Rest Al darstellt.
Beispiel 1
Wirkung des Gefüges auf die Zugfestlgkeltselgenschaften
Zusammensetzung
1.8% Fe - 1.0% Mn -0,1% Si - weitere < 0,01% einzeln - Rest AI.
Gußmethodik
Barren A - 3,18 cm Durchmesser, gewachsen aus Kühlkokillenböden. Die intermetallische (Fe, Mn)AU-Phase lag In Form von Fasern von etwa V2 μίτι Durchmesser vor.
Barren B - gegossen als 3,18 cm dicke Barren in einer Eisenkühlkokille. Die intermetallische Phase Hegt in Form grober Teilchen einer Größe von bis zu 10 μΐη und in unregelmäßiger Verteilung vor.
Verarbeitung
Beide Barren wurden auf 500° C während einer Stunde erhitzt; auf 0,38 cm warmgewalzt; auf 0,127 cm Blech kaltgewalzt.
Proben wurden aus dem Blech ausgeschnitten und während 100 Stunden bei den In Tabelle 1 angegebenen Temperaturen geglüht.
■» Tabelle I
Wirkung des Gefüges auf die Zugfestigkeitseigenschaften*) einer AI—1,8% Fe-1,0% Mn-Legierung
Bar Kaltgewalzt (67%) 0,2-
virenze		 Deh
nung
**)		 3000C-IOO h 0,2-
Grenze		 Deh
nung		 4000C-IOO h 0,2-
Grenze		 Deh
nung		 5000C-IOO h 0,2-
Grenze		 Deh
nung
ren Zug
festig
keit		 ! N/mm2 % Zug
festig
keit		 N/mm2 % Zug
festig
keit		 N/mm2 % Zug
festig
keit		 N/mm2%
N/mnv 218 4 N/mm2 175 23 N/mm2 126 32 N/mm2 119 29
A 302 158 Ii 182 81 30 154 49 40 168 45 40
R 186 130 119 112
') Die Zugfestigiceitseigenschaften m dieser und den anderen Tabellen sind in Longitudinalrichtung, sofem es Dicht anders bezeichnet ist **l Die Dehnung in dieser und den anderen Tabellen bezieht sich auf eine Meßlänge von 2,54 cm oder 5,08 cm.
Die Zugfestigkeitseigenschaften eines aus Barren B gewalzten Bleches sind jenen eines herkömmlichen AA-3003 Bleches ähnlich. Die sehr ausgeprägten vorteilhaften Eigenschaften des aus Barren A erzeugten Bleches Im Vergleich /u einem aus dem Barren B erzeugten Blech gehen aus den vorstehenden Zahlenangaben hervor,
ft«
Beispiel 2
Versuch mit einem Strangguß-Barren
Zusammensetzung 1,65% Fe - 0,95% Mn - 0,09% Sl - weitere < 0,01% einzeln - Rest Al.
Gußmethodik 5
12,7 cm χ 50,8 cm Barren, gegossen mit 7,6 cm/mln; 2,54 cm Formlange (unter Verwendung einer warmelsollcricn Kokillenoberkante); Glastuchnetz um den Metallspiegel zur Kontrolle des Aufschwlmmens am Ende des Eltifauchrohrs, durch welches das Metall In die Form eintritt; Metalltemperatur 725° C.
Verarbeitung Barren vorerhitzt auf 5000C und warmgewalzt auf 0,66 cm und
(1) warm gewal/.te Bramme auf 0,38 cm kaltgewalzt; geglüht bei 400°C wilhrcnd einer Stunde; sodann auf 15 0,127 cm Blech kaltgewalzt
(2) teilweise geglüht bei 250" C wührend einer Stunde zwischen wiederholten 15'*lgen Reduzierungen durch Kaltwalzen auf 0,127 cm.
Tabelle 2
Zugfestigkeitseigenschaften eines aus Strangguß gewalzten Bleches
Kaltgewalzt 0,2- Deh Glühen bei 200° C Deh Glühen bei 300° C Deh Glühen bei 400° C Deh
Zug Grenze nung Zug 0,2- nung Zug 0,2- nung Zug 0,2- nung
festig festig Grenze festig Grenze festig Grenze
keit N/mm2 % keit % keit % keit
N/mm2 189 8 N/mm2 N/mm2 7,5 N/mm2 N/mm2 15 N/mm2 N/mm2% 30
1 239 217 10 203 196 13 175 168 23 154 119
2 267 210 203 189 175
20
Die Untersuchung des Gußgefüges zeigte, daß die intermetallische Phase (Fe1Mn)Al6 In Form von Fasern eines Durchmessers von etwa Ά μπι In der Metallmatrix vorlag.
Nachdem der Barren einer Bearbeitung durch Warmwalzen und Kaltwalzen unterworfen worden war, ergab 35 die Untersuchung des Bleches, daß die intermetallische Phase In eine gleichförmige Dispersion feiner Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser In der Größenordnung von 0.7 um aufeebrochen worden war,
Beispiel 3 Wirkung anderer Elemente
Zusammensetzung
1,7* Fe - 1,0% Mn - 0,1% Si - weitere < 0,01% einzeln - Rest AI plus Zusätze wie angegeben.
Gußmethodik 3,18 cm Durchmesser Barren, wie Barren A in Beispiel 1.
Verarbeitung wie in Beispiel 1.
Tabelle 3
Wirkung von Zusatzelementen auf die Zugfestigkeitseigenschaften von Blech einer Dicke von 0,127 cm
•to
50
55
\ Legierung Kaltgewalzt (67%) 0,2-Grenze Dehnung Glühen bei 300° C-100 h Dehnung &o
i Zugsfestig- Zugfestig 0,2-Grenze
ä keit N/mm2 % keit %
N/mm2 218 6 N/mm2 N/mm2 23
I Basislegierung 260 239 6 175 161 24 65
I + 0,2% Cu 295 274 4 196 168 20
1 + 0,3% Mg 337 203 168
Beispiel 4 Zusammensetzung
A 1,5% Fe - 0,096 Mn - 2,096 Nl - 0,1% SI - andere < 0,01 einzeln - Rest Al B 1,596 Fe - 0,5% Mn - 2,0% Nl - 0,1 Sl - andere > 0,01% einzeln - Rest Al C 1,5% Fe - 1,0% Mn - 2,2% Nl - 0,1 SI - andere < 0,01% einzeln - Rest Al
Gußmethodik Barren mit Durchmesser von 3,18 cm wie Barren A In Beispiel
Verarbeitung wie In Beispiel
Zugfestlgkeltselgenschaften 0.127 cm Blech.
Kaltgewalzt 0,2-Grenze Dehnung Glühen bei 300° C-IOO h Dehnung
Zugfestig Zugfestig 0,2-Grenze
keit N/mm2 % keit %
N/mm2 218 10 N/mm2 N/mm2 25
Legierung A 274 246 8 203 196 7
Legierung B 302 260 7 246 246 8
Legierung C 316 246 231
In diesem Beispiel betrug der durchschnittliche Teilchendurchmesser In dem gewalzten Blech aus der Legierung B 0,5 um (2 \xm Maximum).
Beispiel 5
Dieses Beispiel zeigt die Veränderung der mechanischen Eigenschaften, die durch Zugabe von Kupfer, Kupfer und Mangan, und Magnesium zu einer Al-Fe-Nl-Leglerung gemäß Beispiel 4 erhalten wird.
Zusammensetzung
A 1,6% Fe - 1,8% Nl - 0,6% Cu (andere weniger als 0,1% einzeln, weniger als 0,2% Insgesamt) B 1,5% Fe - 1,996 Nl - 0,696 Cu - 0,6% Mn (andere weniger als 0,1% einzeln, weniger als 0,296 Insgesamt) C 1,7% Fe - 1,7% Nl - 0,3% Mg (andere weniger als 0,1% einzeln, weniger als 0,2% Insgesamt)
Gußmethodik
9,54 cm χ 22,86 cm Strangguß-Barren, 730° C Metalltemperatur, Gießgeschwindigkeit 10,16 cm/m!n
Verarbeitung
Barren, vorerhitzt auf 500° C, warmgewalzt auf 0,32 cm, kaltgewalzt auf 0,102 cm, Endtellglühung bei 350° C während 2 Stunden.
Mechanische Eigenschaften von Blech einer Dicke von 0,102 cm
Legierung
Zugfestigkeit
N/mm2
0,2-Grenze N/mm2
Dehnung %
Erichsen cm
A 217 168 18 0,91
B 224 140 19 0,86
C 203 189 19 0.83
Die Untersuchung der Bleche gemäß «ten Beispielen 4 und 5 zeigte, daß diese ein ähnliches GefOgc wie die aus dem Barren A das Beispiels 1 hergestellten aufwiesen. Angaben, wie die Wärmebehandlung während 2 Stunden bei verschiedenen Temperaluren Im Bereich von
Ai/
bis 450" C, die Eigenscharten einer Al-1,65% Fe, 0,91% Mn, 0,20% Cu-Leglerung (die Legierung des Beispiels 2 mit zugefügten 0,2% Cu) und· einer Al-1,6% Fe, 1,9a, Nl, 0,596 Mn-Leg'erung (ähnlich Zusammensetzung B des Beispiels 4) beeinflussen, sind den Flg. 1 und 2 zu entnehmen. Im allgemeinen Ist das Material vor der Wärmebehandlung als 12,7 cm χ 50,8 cm messender Strangguß-Barren gegossen, an der Oberfläche gefräst, auf 500° C erhitzt, auf 0,64 cm warmgewalzt, auf 0,381 cm kaltgewalzt, während 2 Stunden bei 350° C zwischengeglüht und zu einem Blech einer Dicke von 0,127 chi kaltgewalzt worden. Aus diesen Figuren Ist ersichtlich, da3 die Würmebehandlungsteniperaturen von etwa 350° C die erwünschte Kombination der Eigenschaften für die AI-Fe-Mn-Leglerung ergeben, während Temperaturen von etwa 400° C für die Al-Fe-Nl-Mn-Leglerting bevorzugt sind.
Die Erfindung wird welter unter Bezugnahme auf die Fotomlkrograflen erläutert,, die die Flg. 3 bis 5 bilden.
Flg. 3 stellt eine Fotomlkrografle In SOOfacher Vergrößerung eines Barrens aus 1,8* Fe, 0,8% Mn und Rest Al (handelsübliche Reinheit) dar, welcher unter den In Beispiel 2 angegebenen Bedingungen gegossen wurde;
Flg. 4 stellt eine Fotomlkrografle In einer 500fachen Vergrößerung eines Bleches einer Dicke von 0,127 cm dar, welches durch Walzen des Barrens der Flg. 3 erzeugt worden Ist;
Flg. 5 stellt gegensätzlich hierzu bei gleicher Vergrößerung das Gefüge eines aus der gleichen Legierung gebildeten Bleches dar, das jedoch aus einem Barren stanmt, der unier erheblicher Bildung grober lntermetalllscher Teilchen gegossen worden Ist.
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Flg. 6 Bezug genommen, die In vereinfachter Form die Llquldusgrenzen zwischen Al, FeAh und AI1MnAI6 zeigt. Der durch die äußere Linie 1 angegebene I
Bereich definiert einen aligemeinen Bereich eutektlscher Zusammensetzungen, die in bequemer Welse für die |
Produktion gegossener Legierungen angewandt werden können, die faserartige Intermetallische Phasen des erforderllchen Durchmessers für die Anwendung bei der Erzeugung dlsperslonsverfestlgter Aluminiumbleche aufweisen.
Der durch die Innere durchgezogene Linie 2 angegebene Bereich definiert einen bevorzugten Bereich von Zusammensetzungen, mit denen Gußlegierungen, die die gewünschten faserartigen Phasen aufweisen, leichter ohne Wachstum unerwünschter grober Intermetallischer Teilchen erzeugt werden können.
In Flg. 7 sind die Grenzen der allgemeinen und bevorzugten Bereiche von Zusammensetzungen für das System Al-Fe-Nl In ähnlicher Welse durch die äußere und Innere durchgezogene Linie 3 und 4 In bezug auf die Grenzen zwischen den Phasen Al1FeAIi und AI1(Fe1Ni)2AU angegeben.
Während es bevorzugt Ist, von Gußmaterial auszugehen, worin die faserartigen Intermetallischen Stoffe durch gekoppeltes Wachstum des e.*tektlschen Gefüges entwickelt worden sind, ist es ebenfalls möglich, von Gußmaterlal auszugehen, worin ein großes Volumen an Aluminiumdendriten befindlich Ist. Wie bereits angegeben wurde, kann das Gußmaterlal diese großen Volumina an Al-Dendriten einschließen, wenn die Verfestigung sehr rasch 1st und die Dendriten ausreichend klein sind. Die Flg. 8 stellt eine Fotomlkrografle In 500facher Vergrößerung dar, die ein annehmbares Gefüge einer Gußbramme der Al-Fe-Mn-Cu-Leglerung des Beispiels 3 zeigt, die durch außergewöhnlich rasche Abkühlung erzeugt wurde. Die hellen Bereiche In dieser Fotomlkrografle stellen einzelne Aluminiumdendriten einer Dimension von etwa 3 bis 5 μπι dar, während die dunklen Bereiche aus Grüppchen sehr feiner faserartlger lntermelalllscher Phasen eines Durchmessers von etwa 0,2 μπι gebildet sind. Fig. 9 steüt eine Foiornlkrografie des gleichen Materials nach erfolgter Kaiiwaizung von einer Dicke von 0,711 cm auf eine Dicke von 0,102 cm dar.
Die Legierung wurde zwischen einem Paar gekühlter Stahlwalzen gegossen.
Im folgenden Beispiel sind typische Bedingungen für die Herstellung des Materials der Flg. 8 und 9 zusammen mit dessen mechanischen Eigenschaften angegeben.
Beispiel 6
45 Blech erzeugt aus einem Band, das zwischen einem Paar gekühlter Stahlwalzen gegossen worden Ist
Zusammensetzung
1,65% Fe, 0,90% Mn, 0,24% Cu, 0,12% Si, weitere weniger als 0,01% einzeln, Rest Al.
Gußmethodlk
als 83,8 cm breites, 0,711 cm dickes kontinuierliches Band, Gießgeschwindigkeit 83,8 cm/min. Metalltemperatur 710° C.
Herstellung
A Das derart gegossene Band wurde auf 0,102 cm und 0,031 cm Blech kaltgewalzt.
B Das Band wurde auf 0,381 cm kaltgewalzt; bei 350° C während 2 Stunden geglüht; auf 0,102 cm und *o
0,031 cm Blech kaltgewalzt.
C Das Band wurde auf 0,381 cm kaltgewalzt, bei 500° C während 2 Stunden geglüht; auf 0,102 cm und 0,031 cm Blech kaltgewalzt.
Gefüge
Der Barren bestand aus sehr feinen Aluminlumdsndriten, Zellengröße ~ 5 μΐη umgeben von sehr feinen intermetallischen Phasen von ~ 0,2 μπι durchschnittlichem Durchmesser. Die Fasern wurden segmentiert nnH
die Teilchen ta dem Blech während des Kaltwalzens auf 0,102 cm Dicke dispergiert. Die Teilchengröße nahm mit der Vergütungstemperatur zu, blieb jedoch unter 1 μΐη Durchmesser.
Zugfestigkeitseigenschaften
Herstellungsablauf Derart gewalzt und Enddicke Zugfestig- 0,2-
keit Grenze
N/mm2 N7mni2 %
Glühen bei 350° C-2 h Glühen bei 400° C-2 h
Dehnung Zugfetig- 0,2- Dehnung Zugfestig- 0,2- Dehnung
keil Grenze keit Grenze
N/mm2 N/mm2 % N/mm2 N/mm2 %
A 0,102 cm
0,031 cm		 330
365		 302
316		 5
4		 246
246		 91
244		 6
7		 210
203		 175
182		 13
12
B 0,102 cm
0,031 cm		 295
309		 246
253		 6
5		 239
239		 211
217		 10
7		 211
217		 182
189		 15
14
C 0,102 cm
0,031 cm		 to to
Ov Ui
O U) 		217
217		 6
5		 154
168		 112
140		 22
25		 147
154		 70
112		 28
23
23
Obwohl es ziemlich einfach ist, einen rechteckigen Legierungswalzbarren mit einer Dicke von bis zu etwa 15,24 cm durch kontinuierliches Direktkühlunssgießen unter Bedingungen zu gießen, die zu den bevorzugten eutektlschen Legierungen gemäß der Erfindung führen. Ist es weniger einfach, das gleiche Ergebnis Im Fall der viel dickeren Barren zu erreichen, die üblicherweise bei der Herstellung von Aluminiumlegierungsblechen angewandt werden. Da jedoch dicke Barren, z. B. von 45,7 cm Dicke, erhebliche Verformungen bei der Umwandlung zu Blech erfahren, sind In der GußJegierung ziemlich große Dendriten zulässig.
Beispiel 7
Aus dicken Strangguß-Barren erzeugtes Blech
Zusam mensttzu ng
1,6% Fe, 0,4% Mn, 1.4% Ni, 0,1% Si, 0,02% Ga (Verunreinigung), weitere weniger als 0,01% einzeln. Rest AI.
Gußmethodik
Barrenguß unter Verwendung großer Glastuchverteiler zur Verrlngenjng der Turbulenz in einem Versuch zur Erhöhung des Temperaturgradienten im Metallsumpf.
Metalltemperatur 735° C. Gießgeschwindigkeit - 7.62 cm/mln.
Barrendimensionen - 45.7 cm Dicke χ 137 cm Breite χ 2,54 m Länge.
Herstellung
Barren vorerhitzt auf 475' C und warmgewalzt von 45.7 cm auf 0.32 cm kaltgewalzt von 0,32 cm auf 0,102 cm, sodann Teilglühen bei 315" C während 2 Stunden.
Gefüge
Der Barren enthielt große Bereiche an släbchenartlgem (Fe.NDjAU-Eutektlkum plus etwa 40 Vol.-% an primären Aluminiumdendriten Die Dendrltenzellgröße betrug etwa 20 um. Der durchschnittliche Stäbchendurchmesser war etwa 0.4 μm Während der Verformung wurden die Intermetallischen Stäbchen segmentiert und die Teilchen dispergiert In dem 0,102 cm dicken Blech waren keine tellchenfrelen Zonen von den ursprünglichen Aiuminlumdendrlten feststellbar.
Mechanische Eigenschaften
Material
Zugfestigkeit N/mm2
0.2-Grenze N/mm2
Dehnung Erichsen
0,102-cm-Blech nach Teilglühung bei 315° C
185
177
22
0,965
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Disperslonsverfestigtes Blech einer Dicke von 0,25 bis 0,0010 cm aus einer Alumlnlum-Elsen-Leglerung mit Mangan und/oder Nickel, dadurch gekennzeichnet, daß es In Kombination folgende Elgenschaften aufweist:
a) das Blech Ist durch dlsperglerte intermetallische Teilchen mit einer Durchschnittsgröße von 0,1 bis 2 μιτι verfestigt;
b) die dispergieren Intermetallischen Teilchen liegen In Form von Fragmenten von aufgebrochene, Inlcrmetallischen stabartigen Phasen vor;
c) die Intermetallischen Teilchen machen 5 bis 20 Vol.-% der Legierung aus;
d) die Legierung enthält weniger als 2 Vo!.-% an groben primären intermetallischen Teilchen;
e) die Legierung besteht aus wenigstens 1,2% Elsen, sowie wenigstens 0,3% Mangan und/oder wenigstens 1,1% Nickel, Rest Aluminium, wobei
f) der Gesamtgehalt der Legierungselemente In eirem Bereich von weniger als 20% unterhalb bis weniger als 10% oberhalb der eutektischen Zusammensetzung liegt.
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