DE2810958A1

DE2810958A1 - Verfahren zur waermebehandlung von aushaertbaren aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE2810958A1
Application number: DE19782810958
Authority: DE
Inventors: Damian V Gullotti; William C Setzer
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1979-07-05

Description

Verfahren zur Wärmebehandlung von aushärtbaren
Aluminiumlegierungen Verfahren zur Wärmebehandlung von aushärtbaren Aluminiumlegierungen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von aushärtbaren Aluminiumlegierungen, mit welchem hohe Festigkeitswerte erhalten werden.
Uebliche Verfahren, die zum Erhalt von höheren Festigkeitseigenschaften von aushärtbaren Aluminiumlegierungen angewendet werden, bestehen aus einem Lösungsglühen, gefolgt von einem schnellen Abschrecken und dann einem Auslagern. Während dem Lösungsglühen wird die aushärtbare Aluminiumlegierung auf eine geeignete Temperatur erwärmt, welche aufrecht erhalten wird, bis alle löslichen Legierungskomponenten in feste Lösung gegangen sind. Während dem anschliessenden raschen Abschrecken auf Raumtemperatur werden die Legierungskomponenten in einem übersättigten Zustand in Lösung gehalten. Die Aluminiumlegierungen werden dann bei Raumtemperatur kalt oder bei erhöhter Temperatur warm aus gelagert. Während dem Aus lagern werden die Legierungskomponenten, welche durch das Abschrecken in übersättigter Lösung gehalten worden sind, aus der festen Lösung ausgeschieden. Dieses Auslagern bewirkt deshalb, dass die Festigkeit der aushärtbaren Aluminiumlegierungen erhöht wird.
Die Erfinder haben die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von aushärtbaren Aluminiumlegierungen zu schaffen, das Festigkeitseigenschaften, die bedeutend über denjenigen liegen, die mittels üblicher Wärmebehandlungsverfahren erhalten werden, gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass - die Legierung bei einer ersten Temperatur lösungsgeglüht wird, - die Legierung bei dieser ersten Temperatur gehalten wird, bis alle löslichen Legierungskomponenten aufgelöst sind, - die Legierung nach dem Lösungsglühen schnell auf eine zweite Temperatur, die unterhalb der Temperatur mit der grössten Keimbildung und dem grössten Kornwachstum liegt, aber für die Diffusion der gelösten Legierungskomponenten ausreichend hoch ist, abgekühlt wird, wobei die gelösten Legierungskomponenten in übersättigter Lösung bleiben, - die Legierung während einer für die Diffusion der Legierungskomponenten genügend langen Zeit isotherm bei dieser zweiten Temperatur gehalten wird, - die Legierung anschliessend auf Raumtemperatur abgeschreckt wird, und - die abgeschreckte Legierung bei einer dritten Temperatur, bis zum Erreichen einer maximalen Festigkeit, ausgelagert wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann bei allen aushärtbaren Aluminiumlegierungen angewendet werden, insbesondere bei Al-Mg-Si-Legierungen, Al- Cu-Legierungen, Al- Zn - Mg -Legierungen und Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen. Die erreichten Festigkeitseigenschaften liegen bedeutend über denjenigen, die mittels einer gewöhnlichen T6 -Wärmebehandlung von aushärtbaren Aluminiumlegierungen erhalten werden. Die T6-Wärmebehandlung ist bei Erzeugnissen, die lösungsgeglüht, von dieser Temperatur zum Lösungsglühen auf Raumtemperatur abgeschreckt und abschliessend warm ausgelagert werden, anwendbar.
Die Erfindung wird anhand der Aluminiumlegierungen 6005 und 6007, deren Zusammensetzung in der Tabelle I gezeigt wird, näher erläutert.

Tabelle I

Anteil in Gew. -%

Komponente

Leg. 6005 Leg. 6007

Magnesium 0,55 0,81

Silizium 0,68 1,18

Chrom <0,01 0,14

Zirkon 1 - 0,09

Mangan 0, 014 0,14

Eisen 0,11 0,39

Kupfer 0, 036 0, 02

Zink - 0, 01

Titan <0,01 <0,03

Bor 0,002

Beispiel 1 Geeignete Barren einer 6005-Aluminiumlegierung wurden zu blechförmigen Proben verarbeitet und einem Lösungsglühen unterworfen, bis alle Legierungskomponenten in fester Lösung vorlagen. Das Lösungsglühen umfasste ein Aufheizen der Legierung auf eine Temperatur von 5400C, auf welcher sie während einer Stunde gehalten wurde. Die Legierung wurde dann in einer Salzschmelze auf eine Temperatur von 175 0C abgeschreckt. Anschliessend wurde die Legierung während 16 Minuten isotherm bei 175°C gehalten. Darauf wurde die Legierung in Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt.

Schliesslich wurde die Legierung warm aus gelagert, indem sie während 5 Stunden wieder auf 175 0C erwärmt wurde. Eine weitere Probe dieser Legierung wurde nach dem üblichen T6-Verfahren, welches ein Lösungsglühen, Abschrecken auf Raumtemperatur und Warmauslagern umfasst, behandelt. Es zeigte sich, dass die erfindungsgemäss behandelte Probe wesentlich bessere Festigkeitseigenschaften aufwies als die nach dem üblichen T6-Verfahren behandelte Vergleichsprobe aus demselben Material. Die Resultate werden in der nachfolgenden Tabelle II gezeigt.
Tabelle II

0, 2 -Dehngrenz e Bruchfestigkeit Dehnung

(kg/cm2) (kg/cm2) (%)

6005-Erf. 30, 4 32, 5 6, 0

6005-T6 26,7 30, 2 13, 0

Beispiel 2 Barren der Aluminiumlegierung 6007 wurden zu blechförmigen Proben verarbeitet und während einer Stunde einem Lösungsglühen bei 5400C unterworfen. Die Legierung wurde dann in einer Salzschmelze auf eine Temperatur von 175°C abgeschreckt und während 8 Minuten isotherm bei dieser Temperatur gehalten. Anschliessend wurde die Legierung in Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt und schliesslich während 5 Stunden bei 1750C warm ausgelagert.
Zu Vergleichszwecken wurden wiederum Proben aus derselben Legierung nach dem üblichen T6-Verfahren behandelt. Wie im vorhergehenden Beispiel zeigte sich erneut, dass die Festigkeitseigenschaften der nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelten Proben der Legierung 6007 wesentlich höher waren als jene, die nach dem üblichen T6-Verfahren behandelt wurden. Die Resultate werden in der nachfolgenden Tabelle III gezeigt.
Tabelle III

0, -Dehngrenze Bruchfestigkeit Dehnung

(kg/cm2) (kg/cm2) (%)

6007-Erf. 35, 4 38, 3 8, 0

6007-T6 33,0 35,9 11,0

Gefühlsmässig kann gesagt werden, dass die mittels des erfindungsgemässen Verfahrens erhaltenen erhöhten Festigkeitseigenschaften dem Behandlungsschritt zuzuschreiben sind, bei welchem die Legierung isotherm unterhalb der Temperatur mit maximaler Keimbildung und grösstem Kornwachstum, welche aber genügend hoch ist, um die Diffusion der Legierungskomponenten zu erlauben, gehalten wird. Diese Diffusion von Legierungskomponenten wirkt sich in einer homogeneren Verteilung und höheren Dichte von Keimbildungsstellen aus. Dank dieser höheren Dichte von Keimbildungsstellen wird beim Auslagern eine Legierungsstruktur erreicht, die bei Anwendung üblicher Verfahren feinere Ausscheidungen zeigt. Durch die feineren Ausscheidungen wird die mittlere freie Weglänge zwischen den Einzelausscheidungen stark vermindert. Diese kürzere freie Weglänge hemmt ihrerseits die Bewegungsfreiheit der Versetzungen, was zu einem Material mit Festigkeitseigenschaften, die höher sind, als dies mit grösseren freien Weglängen erreicht werden könnte führt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist, wie oben erwähnt, bei allen aushärtbaren Aluminiumlegierungen, welche die folgenden Kriterien erfüllen, anwendbar: Die isothermen Zeit- Temperatur - Umwandlungs -kurve bzw. Zeit - Temperatur - Ausscheidungskurve muss: - einen deutlichen Knick aufweisen, sodass ein Abschrecken nach dem Lösungsglühen physikalisch möglich ist, ohne den Umwandlungsbereich zu durchschreiten, - einen so weiten und tiefen Bereich unterhalb der Zeit-Temperatur- Umwandlungskurve aufweisen, dass ein isotherme Halten auf einer bestimmten Temperatur in diesem Bereich möglich ist, ohne den Bereich, in welchem eine Umwandlung erfolgt, zu erreichen, und - im Bereich unterhalb der Kurve während genügend langer Zeit eine genügend hohe bestimmte Temperatur erlauben, bei welcher eine Diffusion der Legierungskomponenten möglich ist.
Die Figuren 1 und 2 zeigen isotherme Zeit-Temperatur-Ausscheidungskurven für die Aluminiumlegierung 6005 bzw. 6007.
Auf der Abszisse ist in logarithmischem Massstab die Zeit in Sekunden, und auf der Ordinate die Temperatur in OC aufgetragen.
Die Kurven stellen den Ort aller Punkte für eine 0, 2-Dehngrenze von 90 % der üblichen Abschreck- und T6-Auslagerungsbehandlung dar. Die Kurven weisen bei K einen deutlichen Knick auf. Mit andern Worten zeigen die Zeit-Temperatur-Ausscheidungskurven, wie lange eine Aluminiumlegierung im Salzbad belassen werden muss, bis 90 % der 0,2-Dehngrenze erreicht sind.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Wärmebehandlung von aushärtbaren Aluminiumlegierungen mit erhöhten Festigkeitseigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass - die Legierung bei einer ersten Temperatur lösungsgeglüht wird, - die Legierung bei dieser ersten Temperatur gehalten wird, bis alle löslichen Legierungs komponenten aufgelöst sind, - die Legierung nach dem Lösungsglühen schnell auf eine zweite Temperatur, die unterhalb der Temperatur mit der grössten Keimbildung und dem grössten Kornwachstum liegt, aber für die Diffusion der gelösten Legierungskomponenten ausreichend hoch ist, abgekühlt wird, wobei die gelösten Legierungskomponenten in übersättigter Lösung bleiben, - die Legierung während einer für die Diffusion der Legierungskomponenten genügend langen Zeit isotherm bei dieser zweiten Temperatur gehalten wird, - die Legierung anschliessend auf Raumtemperatur abgeschreckt wird, und - die abgeschreckte Legierung bei einer dritten Temperatur, bis zum Erreichen einer maximalen Festigkeit, ausgelagert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine aushärtbare Aluminiumlegierung mit einer Zeit - Temperatur -Aus 5 cheidungs -kurve, welche - einen deutlichen Knick aufweist, sodass ein Abschrecken nach dem Lösungsglühen physikalisch möglich ist, ohne den Ausscheidungsbereich zu durchschreiten, - einen so weiten und tiefen Bereich unterhalb der Ausscheidungskurve aufweist, dass die zweite Temperatur ausreichend lange aufrecht erhalten werden kann, ohne den Ausscheidungsbereich zu erreichen, und - während genügend langer Zeit eine zweite Temperatur im Bereich unterhalb der Ausscheidungskurve erlaubt, die für eine Diffusion der Legierungskomponenten genügend hoch ist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 and 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung in einer Salzschmelze auf die zweite Temperatur abgeschreckt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine 6005-Aluminiumlebierung während 1 Stunde bei 5400C lösungsgeglüht, in einer Salzschmelze auf 175°C abgeschreckt, während 16 Min. isotherm bei dieser Temperatur gehalten, in Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt und während 5 Stunden bei 1750C ausgelagert wird.
5. Verfahren nach einem der Ans stiche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine 6007-Aluminiumlegierung während 1 Stunde bei 5400C lösungsgeglüht, in einer Salzschmelze auf 175 0C abgeschreckt, während 8 Min. isotherm bei dieser Temperatur gehalten, in Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt und während 5 Stunden bei 1750C ausgelagert wird.