DE2813810A1 - Aluminiumlegierung von hoher festigkeit - Google Patents
Aluminiumlegierung von hoher festigkeitInfo
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Description
SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, Chippis
28.3.78
FPA-HBr/ho 8 0 9 8 41 /0866
-1191-
nachträglich geändert
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Aluminiumlegierungen von
hoher Festigkeit, insbesondere auf geknetetes Halbzeug von hoher Festigkeit in Form von Strangpressprofilen oder warm gewalzten
Platten, welche für nachfolgende Schweissverfahren gut geeignet sind,
sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung. Während dieser Schweissverfahren bleiben die Festigkeitseigenschaften bei hohen
Werten. Die 0, 2-Dehngrenze kann für Strangpressprodukte oberhalb
28 kg/mm.2 und bei warm gewalzten Platten oberhalb 21 kg/mm 2 liegen,
ohne dass irgendwelche spezielle Wärmebehandlungs schritte zwischengeschaltet werden müssen.
Die Versuche mit bisher üblichen Legierungszusammensetzungen auf der Basis von Aluminium waren begleitet von einem' übermässigen
Verlust an Festigkeit während des Schweissens und/oder dem Erfordernis spezieller Wärmebehandlungsverfahren und Warmauslagerungs
schritten nach dem Schweissen, um die verlorenen guten Festigkeitseigenschaften
wenigstens teilweise wieder herzustellen, und/oder einer übermässige Tendenz zu Brüchen an der Schweissstelle, wie
beispielsweise Rissen unterhalb der Schvveissraupe und/oder Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Typen von Korrosion, wie Spannungs-
oder Schichtkorrosion, welche während dem Gebrauch zu einer übermässigen Ausschussrate führen können.
Mindestens einer der oben erwähnten Nachteile, gewöhnlich aber mehrere davon, treten bei Schweissversuchen mit vorbekannten Aluminiumlegierungen
von hoher Festigkeit, welche Magnesium, Silizium und Kupfer als wesentliche Komponenten enthalten, auf. Beispiele für
solche Legierungen sind Legierung AA 6066 der Aluminum Association (0,9-1,8 % Silizium, 0, 8-1, 4 % Magnesium, 0, 7-1, 2 % Kupfer, 0,6-1,
1 % Mangan, 0, 50 % Eisen, 0, 40 % Chrom, 0, 25 % Zink und 0, 20 % Titan) und AA 6351 (0,7-1,3 % Silizium, 0,40-0,8 % Magnesium, 0,40-
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0, 8 % Mangan, 0, 50 % Eisen, 0, 20 % Zink, 0, 20 % Titan und 0, 10 %
Kupfer), sowie aus der US-PS 3 498 221, der US-PS 3 935 007, der GB-PS 1 383 895 und Journal of Metals Sept. 1976, S. 15-18 bekannte
Legierungszusammensetzungen, welche im allgemeinen im Hinblick auf verschiedene Verwendungszwecke beschrieben worden sind.
Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Aluminiumlegierung
von hoher Festigkeit, welche leicht und ohne übermässigen Festigkeitsverlust schweissbar ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung
von entsprechendem, geknetetem Halbzeug zu schaffen, wobei
die Legierung, im Zusammenwirken mit anderen wesentlichen Elementen, einen bestimmten Bereich für den Magnesiumgehalt umfassen
soll, damit die erwünschten Funktionsmerkmale erreicht werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Legierung
0, 9-1, 5 Gew. -% Magnesium, 0, 9-1, 5 Gew. -% Kupfer, 0, 4-0, 9 Gew. -%
Silizium, bis zu 3, 5 Gew. -% Nickel, bis zu 0, 4 Gew. -% von mindestens einem Element der Gruppe bestehend aus Mangan, Eisen, Chrom und
Kobalt, bis zu 0, 2 Gew. -% von mindestens einem Element der Gruppe bestehend aus Zirkon, Vanadium und Titan und weitere, als Verunreinigungen
auftretende Elemente in einer Menge von je bis zu 0, 05 Gew. -%, gesamthaft jedoch weniger als 0,15 Gew. -%, Rest im wesentlichen
Aluminium, enthält, wobei der Kupfergehalt die Summe des Magnesium- und Siliziumgehalts, und der Siliziumgehalt die Summe von
0, 58x den Magnesiumgehalt und 0, 25x den aufaddierten Mangan- und Eisengehalt nicht übersteigt.
Die Legierung enthält bevorzugt 1-1, 5 Gew. -% Magnesium, 1-1, 5 Gew.-%
Kupfer, 0, 4-0, 7 Gew. -% Silizium und 0, 05-0, 4 Gew. -% von mindestens einem Element der Gruppe, bestehend aus Mangan, Eisen und
Chrom, insbesondere 1, 3-1, 5 Gew. -% Magnesium, 1, 3-1, 5 Gew. -%
Kupfer, 0, 6-0, 7 Gew. -% Silizium und 0, 2-0, 4 Gew. -% von mindestens einem Element der Gruppe, bestehend aus Mangan, Eisen und Chrom.
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Mindestens einer der übrigen Legierungsbestandteile kann beispielsweise
in folgenden Mengen zugegeben werden: 0, 01-3, 5 Gew. -% Nickel, 0, 01-0, 4 Gew.-% Kobalt, 0, 01-0, 2 Gew.-% Zirkon, 0,01-0,2
Gew. -% Vanadium und 0, 01-0, 2 Gew. -% Titan. .
Bei allen Legierungszusammensetzungen ist es von Vorteil, wenn Magnesium und Kupfer in im wesentlichen gleichen Anteilen in der
Legierung enthalten sind.
Wie später noch ausführlicher gezeigt wird, bewirkt die Zugabe von
mindestens einem der erwähnten Elemente eine erhöhte Festigkeit und/oder Stabilität der durch Warmverformung erreichten Knetstruktur,
indem feine, dispergierte intermetallische Ausscheidungen gebildet werden. Innerhalb der beanspruchten Grenzen vorhandene
Legierungsverunreinigungen beeinträchtigen die erwünschten Eigenschaften nicht nachteilig.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt ein Verfahren zur Herstellung
von geknetetem, eine verbesserte Schweissbarkeit aufweisendem Halbzeug von hoher Festigkeit, welches dadurch gekennzeichnet
ist, dass
- die in Anspruch 1 spezifizierte Legierung vergossen wird,
- die Barren aus dieser Legierung auf eine Homogenisierungstemperatur
erwärmt und bei dieser Temperatur homogenisiert werden,
- die homogenisierte Legierung verformt wird, und
- das geknetete Halbzeug ausgelagert wird, bis es zur Herstellung von Gegenständen mittels plastischer Verformung geeignet
ist.
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nach trag υ ο s ί - if -
Mit diesem Verfahren können Gegenstände hergestellt werden, welche
nach den beim Schweissen üblichen Wärmebehandlungsverfahren Festigkeitswerte von über 21 kg/mm 2 (Warmwalzen) bzw. über 28 kg/
mm2 (Strangpressen) aufweisen und nichts als ein Kaltauslagern erforderlich
machen. Dies stellt gegenüber bisher üblichen Verfahren, welche beispielsweise im Fachbuch "Aluminum" der American
Society for Metals, Ausgabe 1967, Band 3, Kapitel 12, insbesondere Seiten 407-415, zusammengefasst sind. Im Gegensatz zu der vorliegenden
Erfindung weisen gewalzte und ausgelagerte Bleche der Aluminiumlegierung 5456 (4, 7-5, 5 % Magnesium, 0, 50-1, 0 Gew. -%
Mangan, je 0, 40 Gew. -% Silizium und Eisen, 0, 25 Gew. -% Zink, 0, 20 Gew. -% Titan, 0, 05-0, 20 Gew. -% Chrom und 0, 10 Gew. -%
Kupfer) der hochfestesten Zusammensetzung der 5000-er Serie von nicht aushärtbaren Aluminiumlegierungen, nach dem Schweissen einen
Verlust von Festigkeitseigens chatten auf, der zu Festigkeits- und
Dehnungswerten führt, welche für geglühte Metalle kennzeichnend sind. Wenn gewisse aushärtbare Aluminiumlegierungen, welche nach
dem Schweissen ihre hohen Festigkeitswerte besser aufrecherhalten, gewählt würden, wiesen diese andere Probleme und Nachteile auf, wie
z.B. mit Rissen versehene oder anderweitig nicht zufriedenstellenden Schweissraupen, unzureichende Korrosionsfestigkeit oder die Unabdingbarkeit,
spezieller Wärmebehandlungsverfahren.
Um ein umfassendes Studium der für diesen Verwendungszweck hergestellten,
verbesserten Legierungszusammensetzung zu erleichtern, wurde ein simulierter Schweissversuch entwickelt, welcher die von
der Anwendung des Schweissverfahrens herrührenden Festigkeitsverluste genau aufzeigte. Dies wurde erreicht, indem auf jeder Seite von
6 mm dicken Platten aus einer 6061-T6 Aluminiumlegierung (0, 8-1, 2 %
Magnesium, 0, 40-0, 8 % Silizium, 0, 7 % Eisen, 0, 15-0, 40 % Kupfer,
0, 04-0, 35 % Chrom, 0, 25 % Zink, 0, 15 % Mangan und 0, 15 % Titan; lösungsgeglüht, abgeschreckt und ohne Verfestigung warm ausgelagert)
in einem. Durchgang eine Stumpfnaht gebildet und während Messzeiten bis zu 90 Sek, in einer Reihe von Punkten, auf jeder Seite
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HiGhträn'·'·;; '
der Schweissnaht, eine Zeit-Temperaturkurve aufgenommen wurde. Bei diesen Punkten wurden Härte, 0, 2-Dehngrenze, Zerreissfestigkeit
und MikroStruktur bestimmt. Diese Untersuchung hat ergeben, dass die nieder energetischen Einflüsse des MIG-Schweissens (entsprechend
einem einfachen Durchgang im Lichtbogen unter Inertgas, wobei ein Schweissdraht von Legierung 5356 mit einer Geschwindigkeit von 40
und 75 cm/min, aufgetragen wird) durch ein 10 see. dauerndes Eintauchen
einer 1, 5 mm dicken Platte aus der Probenlegierung in geschmolzenes Salz von 400°C und Abkühlen in unbewegter Luft reproduziert
werden kann. Ebenso hat sich gezeigt, dass hochenergetisches Schweissen (entsprechend einem mehrfachen Durchgang oder
der Reparatur der Raupe) durch eine 20 see. dauernde Behandlung in
einem geschmolzenen Salz von 400 C reproduziert werden kann.
Es wurde gefunden, dass die obenstehenden simulierten Schweissbedingungen
einen Verlust an Härte und Festigkeitseigenschaften, sowie eine Veränderung der MikroStruktur j welche den innerhalb 7, 5-10 mm
von der Mittellinie einer Schweissraupe entfernten Bereichs auftretenden Veränderungen entsprachen, festgestellt. So wurde die
ursprüngliche Zerreissfestigkeit von ungefähr 35 kg/mm. nach der Behandlung während 10 see. auf ungefähr 21 kg/ram2 und nach 20 see.
auf ungefähr 17. 5 kg/mm. 2 erniedrigt; die 0, 2-Dehngrenze wurde von
ursprünglich 31, 5 kg/mm·.2 nach 10 see. auf ungefähr 14 kg/mm 2 und
nach 20 see. auf ungefähr 10, 5 kg/ mm.2 erniedrigt. Das Studium der
MikroStruktur ergab, dass der oben erwähnte Bereich, innerhalb welches die Zugbrüche während der Versuche zur Ermittlung der Festigkeit
erfolgten, durch einen übermässig ausgelagerten, grobkörnige Partikel von ausgeschiedenem Mg0Si enthaltenden Bereich gekennzeichnet
war. Weder die Schweissplatten noch die in geschmolzenem Salz behandelten Proben zeigten nach dem Aufbewahren während
längerer Zeit die geringste Kaltauslagerung, was durch die Vollständigkeit der Ausscheidung während der Behandlung bedingt war.
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Die allgemeine Gültigkeit der oben beschriebenen simulierten Schweiss bedingungen
ermöglichte die Durchführung einer Reihe von Sortierversuchen mit verschiedenen Aluminiumlegierungszusammensetzungen;
deren Resultate zeigten, dass die erwünschten Ziele durch eine Verbesserung von Aluminium- Magnesium- Siliziumlegierungen gut erreichbar
sein können, wenn ihre ursprünglichen Festigkeitseigenschaften erhöht und während des Schweissens gegen einen unzulässig
grossen Verlust an Festigkeit geschützt, der Widerstand gegen übermässige
Auslagerung gleichzeitig erhöht und während des Schweiss Verfahrens ein Kaltauslagerungsverhalten verleiht wird. Wie in den
nachfolgenden Ausführungsbeispielen gezeigt wird, werden die Ziele durch die in diesen Beispielen näher beschriebenen Legierungszusammensetzungen
erreicht, innerhalb bestimmter Bereiche und ange-
der gebener Verhältnisse und bei strikter Beachtung im. Verhältnis
zum Gehalt an Magnesium, Eisen und Mangan, maximal erlaubten Grenze für Silizium, sowie einem Kupfergehalt welcher die Summe
von Mangan und Silizium nicht überschreitet.
Die durch eine umfassende Versuchsreihe festgestellten Grenzen für die Legierungszusammensetzung sind im wesentlichen jene, welche
anlässlich des Aneignens der erwünschten hohen Festigkeit und anderen wichtigen Eigenschaften, eingeschlossen die Schweissbarkeit "ohne
übermässigen Festigkeitsverlust, gefunden worden sind, und welche einen befriedigenden Widerstand gegen Spannungskorrosion und
Korrosion durch verschiedene, während dem Gebrauch auftretende Umgebungseinflüsse aufweisen.
Der tatsächliche Bereich des Magnesiumgehalts liegt so, dass sowohl
erhöhte anfängliche Festigkeitseigenschaften, welche durch die Ausscheidung von fein verteilten MgoSi-Partikeln erhalten wird, als auch
ein hinreichendes Aufrechterhalten von solchen Eigenschaften während der Schweissbehandlung gewährleistet sind. Solche Einflüsse werden
unterhalb des angegebenen minimalen Magnesiumgehaltes nicht erhalten, während sich ein das Maximum überschreitender Magnesium-
809841/0866 .
gehalt dahingehend nachteilig auswirkt, dass die Tendenz zur Ueberalterung
während der Schweissbehandlung erhöht wird, was die Festigkeitseigenschaften in unerlaubtem Masse vermindert. Ueberdies
ist die Anwendung eines über 1, 5 Gew. -% liegenden Magnesiumgehaltes
nachteilig, weil dadurch ein verminderter Widerstand gegen Spannungskorrosion auftritt. Ein Ueberschuss von Magnesium in bezug
auf Silizium ist jedoch bevorzugt, weil dadurch die Ueberalterung vermindert, und die Wiedererlangung der Festigkeit mittels Kaltauslagerns
gefördert wird.
Das in einer Menge von 0, 9-1, 5 Gew. -% zugegebene Kupfer bewirkt
eine wesentliche Erhöhung der Ausgangsfestigkeitseigenschaften, insbesondere der 0, 2-Dehngrenze und der Zerreissfestigkeit. Weiter
fördert die Zugabe von Kupfer die Beibehaltung der Festigkeit während dem Schweissverfahren und verleiht nach dem Schweissen eine
Festigkeitszunahme mittels Kaltauslagerns. Diese Merkmale zeigten sich bei Legierungszusammensetzungen mit weniger als 0, 9 Gew. -0Jo
Kupfer nicht in nennenswertem Umfang. Bei Kupfergehalten oberhalb des Maximums von 1, 5 Gew. -% war die Beibehaltung der Festigkeit
weniger ausgeprägt, und die Tendenz zu verschlechterter Wirksamkeit, welche der Umgebungskorrosion zuzuschreiben ist, wurde im allgemeinen
erhöht.
Die obenstehenden Einflüsse im nutzbringenden Bereich scheinen durch
die Einführung von zusätzlichen Phasen und die im wesentlichen gleichförmige Verteilung der feinen, härtendend wirkenden intermetallischen
Ausscheidungen über das Metall bewirkt zu werden. Eine synergistische Folge davon ist, dass Mg9Si in Form von winzigen Nadeln oder Stäbchen
ausgeschieden wird und nicht in Form von grossen Plättchen oder Körnern, wie dies bei Legierungszusammensetzungen mit ungenügendem
Kupfer anteil erfolgt.
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Der angegebene Bereich für die optimal zugegebenen Elemente, insbesondere
Mangan, Eisen und Chrom beinhalten ebenfalls die Grenzen, innerhalb welcher die wirkungsvollste Erhöhung der Ausgangsfestigkeit
und Beibehaltung der Festigkeit während des Schweissens erhalten werden. Die Zugabe von weniger als den minimal angegebenen Anteilen
bringt keinen oder keinen wesentlichen Nutzen, höhere als die angegebenen maximalen Anteile sind entsprechend weniger wirkungsvoll
und können zu nachteiligen Tendenzen in Richtung erniedrigter Korrosionsfestigkeit und verminderter Wirkung des Kaltauslagerns
führen.
Aehnliche Einflüsse bestehen in bezug auf Abweichungen vom angegebenen
Bereich für den Siliziumgehalt, wobei es auch kritisch ist, dass die Beschränkung des Siliziumgehalts auf nicht mehr als die
Summe von 0, 58x den Magnesiumgehalt und 0, 25x den aufaddierten Magnesium- und Eisengehalt beachtet wird. Mit dieser Beschränkung
soll gewährleistet werden, dass ein Ueberschuss an Magnesium in bezug auf die zur Bildung von ausgefälltem. Magnesiumsilizid notwendigen
Mengen vorhanden ist, was, wie dies schon gezeigt worden ist, zu der vorteilhaftesten Kombination von erwünschten Eigenschaften
führt, insbesondere hoher Ausgangsfestigkeit, Beibehaltung der Festigkeit während des Schweissens und Erhöhung der Festigkeit durch
ein dem Schweissverfahren nachfolgendes Kaltauslagern. Es ist gefunden
worden, dass sich überschüssiges Silizium vor allem nachteilig auf die beiden letztgenannten Merkmale auswirkt. Im Gegensatz
dazu ist der Einfluss von überschüssigem Magnesium am auffälligsten bei hochenergetischen Schweissverfahren, bei welchen sich ein nachfolgendes
Kaltauslagern in der vollständigsten Wiedererlangung der Festigkeitseigenschaften auswirkt.
Erfindungsgemässe L/egierungszusammensetzungen und Vergleichslegierungen wurden geschmolzen, durch Behandlung während fünf
Minuten mit durchfliessendem Chlor oder während zehn Minuten mit
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nachträglich geändert
einer durchfliessenden Stickstoff-Dichlorodifluoromethanmischung
gereinigt und bei einer Metalltemperatur von 7200C zu 2, 5 kg schweren
Durville-Barren vergossen. Nach dem Homogenisieren während 24 Stunden bei 5000C wurden die Barren in 19 mm dicke, quadratische
Profile von 10 cm Seitenlänge geschnitten. Diese Profile wurden bei
5000C in einem Stich auf eine Dicke von 4 mm warm abgewalzt und mit
Wasser abgeschreckt. Diese Profile, welche vor dem Auslagern kein Lösungsglühen benötigen, könnten verwendet werden, um den Einfluss
der Abschreckung, beim Austritt des Profils aus der Presse, welcher bei handelsüblichen Strangpressprofilen zu erwarten ist, abzuschätzen.
Ein Teil der warm abgewalzten Platten wurde kalt auf eine Dicke von
1, 5 mm abgewalzt, lösungsgeglüht, mit Wasser abgeschreckt und während 18 Stunden bei 160°C ausgelagert, um maximale Auslagerungseigenschaften zu erzielen, welche auch als T6-Behandlung bezeichnet
wird.
Ein anderer Teil der oben erwähnten warm abgewalzten Platten wurde
geprüft, nachdem sie ohne Kaltwalzen während 18 Stunden bei 1600C
ausgelagert wurde, was auch als T5-Behandlung bezeichnet wird.
Versuche mit wie oben beschrieben hergestellten Aluminiumlegierungen,
welche 0, 36-1, 0 Gew. -% Magnesium und 0, 25-1, 5 Gew. -% Silizium enthielten und einer T6-Wärmebehandlung unterworfen wurden,
ergaben folgende gemessene Werte für die 0, 2-Dehngrenze (Y)-Zerreissfestigkeit (T)-Dehnung (E): 8,4 kg/mm.2 - 12, 7 kg/mm 2 - 13%als
Ausgangswerte für eine Aluminiumlegierung mit 0, 36 Gew. -% Magnesium und 0, 25 Gew. -% Silizium, nach einem 10 see. dauernden Eintauchen
bei 4000C (simulierter Schweissversuch) lagen die Werte für
Y, T und E bei 2,8 - 9, 1 - 28. Die entsprechenden Werte für eine Aluminiumlegierung mit 0,71 Gew. -% Magnesium und 1, 5 Gew. -%
Silizium lagen bei 28, 1 - 30, 9-6 (Ausgangslegierung) bzw. 9, 8 - 15, 5 14
(simulierter Schweissversuch). Ternäre Legierungen dieser drei
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_— - Iß -
nachträglich r
geändert j
Elemente innerhalb der oben angegebenen Grenzen erlitten nach dem Schweissversuch Festigkeitsverluste, welche für die 0, 2-Dehngrenze
zwischen 5, 6 und 18, 3 kg/mm ^, und für die Zerreissfestigkeit zwischen
3, 5 und 15, 5 kg/mm ^ lagen. Vergleichbare Werte für die Festigkeitsverluste ergaben sich mit ähnlichen Aluminiumlegierungen, welche
neben Magnesium und Silizium einen kleinen Zusatz von mindestens einem der Elemente Zinn, Cadmium, Mangan, Kobalt, Vanadium und
Chrom enthielten.
Die Versuchsserien beinhalteten ebenfalls drei Aluminium - Vergleichs legierungen
mit Magnesium, Silizium und Kupfer, welche in ausserhalb dem in der Erfindung beanspruchten Bereich liegenden Mengen
zugegeben wurden. Die Versuchsresultate waren mit denjenigen der obenstehenden Legierungen vergleichbar, wie dies in Tabelle I gezeigt
wird.
| Mg | Si | Cu | Ausgangs- werte |
Nach 10 see. bei 4000C |
|
| Leg. | 0,66 | 0,44 | 0,25 | Y TE | YTE |
| 1 | 0,71 | 0,45 | 1,5 | 24,6-27,4-12 | 10,5-14,8-12 |
| 2 | 0,75 | 0,47 | 3,1 | 29, 5-36,6-13 | 17,6-23,9-13 |
| 3 | 34, 5-40,8-10 | 21,1-30,2-10 | |||
In Tabelle I und in allen weiteren Tabellen sind die Legierungskomponenten
in Gew. -% angegeben, wobei der Rest immer Aluminium ist. Mit Y wird immer die 0, 2-Dehngrenze in kg/mm ", mit T die Zerreissfestigkeit
in kg/mm ^ und mit E die Dehnung in % bezeichnet.
Im Gegensatz zu den obenstehenden Beispielen verkörpern die nachfolgenden
Ausführungsbeispiele das Erreichen der Aufgabe der vorliegenden Erfindung, indem die darin beanspruchten Legierungszusammensetzungen
eingesetzt werden.
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Die Aluminiumlegierung A, mit 1, 38 Gew. -% Magnesium, O1 67 Gew. -%
Silizium, 1, 41 Gew. -% Kupfer und 0, 39 Gew. -% Mangan wurde nach
der T5-Wärmebehandlung getestet und wies bei Beginn, nach 10 see.
bei 400°C und nach 20 see. bei 4000C die folgenden, in Tabelle II zusammengefassten
Festigkeitseigenschaften auf, wobei jeder Wärmebehandlung ein zwei Wochen dauerndes Kaltauslagern folgte, nach welchem
die Festigkeit erneut gemessen wurde.
| Y_ | 39,4 | R |
| 28,8 | 31,6 | 15 |
| 23,2 | 33,7 | 13 |
| 26,0' | 27,4 | 14 |
| 18,3 | 31,6 | 14 |
| 23,3 | 14 | |
Beginn Nach 10 see. bei 400°C, 2 Wochen kalt ausgelagert
Nach 20 see. bei 4000C,
2 Wochen kalt ausgelagert
Aus Tabelle II ist ersichtlich, dass der simulierte niederenergetische
Schweissversuch einen wesentlich geringeren Verlust in bezug auf die Festigkeits eigenschaften als bei den vorhergehenden Versuchen bewirkte.
Ueberdies bewirkte das Kaltauslagern nach dem hochenergetischen Versuch (20 see.), dass ein wesentlicher Anteil der verlorenen
Festigkeit wieder hergestellt wurde.
Vergleichslegierungen mit den in Tabelle III(a) gezeigten Zusammensetzungen,
die ausserhalb des beanspruchten Bereichs der vorliegenden Erfindung lagen, wurden nach der T5-Wärmebehandlung den gleichen
Versuchen, wie sie im vorhergehenden Beispiel angewendet wurden, unterworfen.
Mit diesen Aluminiumlegierungen ergaben sich die in Tabelle III(b) zusammengefassten
Versuchsresultate.
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Tabelle Ill(a)
| Vergleichs - legierung |
Mg | Si | Cu ί Andere |
| 4 5 6 |
0, 50 1, 35 1,35 |
1,03 0,68 0,74 |
0,02 j 0,38 Fe, 0,49 Mn, 0,007 Ti, 0,043 Zn 1, 53 : 0,41 Mn 0,54 I 0,42 Mn |
Tabelle IH(b)
Festigkeitseigenschaften (Υ-Τ-Ξ)
er»
(J) cn
| Vergleichs legierung |
Beginn | Nach 10 sec. bei 400°C | 2 Wochen kalt ausgelagert |
Nach 20 see. bei 4000C | 2 Wochen kalt ausgelagert |
| 4 5 6 |
26,7-30, 2-12 23, 3-31,6-16 17,6-24,6-15 |
sofort | 14, 8-20,4-15 16,9-24,6-13 13,4-21, 1-18 |
sofort | 9, 1-16, 2-20 13,4-24,6-19 8,4-18, 3-21 |
| 12,7-18,3-17 14,8-23,2-17 12,7-20,4-18 |
8,4-15, 5-21 9,8-21, 1-20 9, 1-17,6-20 |
CO
QQ
• /ft.
Im Gegensatz zu den Vergleichslegierungen werden mit Aluminiumlegierungen,
deren Zusammensetzung laut Tabelle IV(a) innerhalb des erfindungsgemässen Bereichs liegt, wesentlich bessere Versuchsresultate
erhalten, wie dies in der Tabelle IV(b) gezeigt wird.
Tabelle IV(a)
| Legierung | Mg | Si | Cu | Andere | 0, | 38 | Mn |
| B | 1,35 | 0,64 | 1,45 | 0,4 Fe | |||
| C | 1,00 | 0,77 | 1,44 | 0,4 Fe, | 0, | 19 | Cr |
| D | 1,41 | 0,59 | 1,45 | 0,18 Cr | 0, | 38 | Mn |
| E | 1,01 | 0,67 | 1,47 | 0,4 Fe, | |||
| F | 1,35 | 0,74 | 1,47 | 0,39 Fe, | |||
| 0, 19 Cr | |||||||
| G | 0,96 | 0,66 | 1,41 | 0,38 Mn | |||
| H | 1,35 | 0, 58 | 1,41 | 0, 14 Zr | |||
Drei handelsübliche Aluminiumlegierungen mit in Tabelle V(a) gezeigter
Zusammensetzung wurden für einen direkten Vergleich mit den erfindungsgemässen Legierungen ausgewählt, dabei gaben sich die in
Tabelle V(b) dargestellten Versuchsresultate.
| Handels - legierung |
Mg | Si | Cu | Mn | Cr | Andere |
| 7(6361) 8(7006) 9(7039) |
0,5 2,40 2, 8 |
1,03 0,072 |
0,02 0,10 |
0,49 1, 19 0,11 |
0,09 0, 17 |
0,38 Fe 4,53 Zn 4,41 Zn |
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Tabelle IV(b)
Festigkeitseigenschaften (Y-T-E)
| Legierung | Beginn | Nach 10 see. bei 4000C | 2 Wochen kalt ausgelagert |
Nach 20 see. bei 4000C | 2 Wochen kalt ausgelagert |
| B C D E F G H |
27,4-37,3-17 33,7-40,8-13 26,0-36,6-16 32,3-40, 1-13 30,9-39,4-14 33,7-40,8-13 28,8-37,3-17 |
sofort | 26,0-33,7-13 25, 3-33,0-11 25,3-33,0-16 26,7-33,0-12 24, 6-33,0-12 26,7-34, 5-13 25, 3-31,6-13 |
sofort | 21,8-29,5-14 19,7-28, 1-12 22, 5-30, 9-16 19,7-28, 1-13 19,7-30,9-14 18,3-28,8-14 20,4-28,8-13 |
| 24,6-31,6-13 26,0-33,0-12 24,6-31,6-14 26,0-33,0 -12 23,9-32, 3-12 23,9-31,6-12 22,5-28,8-13 |
16, 9-25,3-13 19,0-27,4-13 19,0-23,7-15 19,7-26,7-13 16,9-27,4-14 16,2-26,7-14 16,9-25,3-14 |
Festigkeitseigenschaften (Y-T-E)
| Handels- legierung |
Beginn | Nach 10 see. bei 4000C | 2 Wochen kalt ausgelagert |
Nach 20 see. bei 400°C | 2 Wochen kalt ausgelagert |
| 7 (6351) 8 (7006) 9 (7039) |
26,7-30,2-12 38,7-44,3-12 40,1-45,7-11 |
sofort | 14,8-20,4-15 19,7-35,2-18 20,4-34,5-15 |
sofort | 9, 1-16,2-20 21, 1-36,6-22 23, 9-40,8-18 |
| 12,7-18,3-17 14,8-28,0-19 21, 1-33,7-16 |
8,4-15,5-21 15,5-29,5-21 16,2-31,6-19 |
Beispiel 5 ' lJ*
Gleichzeitig durchgeführte Versuche mit in Tabelle VI(a) dargestellten,
erfindungsgemässen Legierungen zeigen den Handelslegierungen deutlich überlegene Ergebnisse (vgl. Tabelle VI(b))s
Die mittels der beiden obenstehenden Beispiele durchgeführten Vergleiche
zeigen, dass die erfindungsgemässen Legierungen nach dem niederenergetischen Schweissen und Kaltauslagern den handelsüblichen
Legierungen wesentlich überlegen sind. Nach dem hochenergetischen Schweissen und Kaltauslagern weisen die erfindungsgemässen Legierungen
über das Doppelte der Festigkeit von Legierung 6351 auf und haben Festigkeitseigenschaften, die mit denjenigen der Legierungen
7006 und 7039 vergleichbar sind, ohne jedoch deren operative Nachteile aufzuweisen.
Dieses Beispiel veranschaulicht den nachteiligen Einfluss, der auftritt,
wenn Silizium in der Legierung in überschüssiger Menge vorhanden ist, d.h. der Siliziumanteil grosser ist als die Menge, welche
durch Abbinden mit Magnesium oder einem andern Metall als Silizid ausgeschieden werden kann. Die in Tabelle VII(a) gezeigten Legierungen
wurden wie in den vorhergehenden Beispielen hergestellt, die Versuchsresultate sind in Tabelle VII(b) zusammengefasst, wobei die
Werte für "Beginn" bei nach der T5-Wärmebehandlung hergestellten Proben gemessen wurden.
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| Legierung | Mg | Si | Cu | Andere |
| J K A |
0,4 0, 95 1, 38 |
0, 64 0,65 0,67 |
1,3 1,38 1,41 |
0,4 Mn 0,4 Mn, 0, 21 Cr 0, 39 Mn |
Tabelle VI(b)
Festigkeitseigenschaften (Y-T-E)
| Legierung 5 | Beginn | Nach 10 sec. bei 4000C | 2 Wochen kalt ausgelagert |
.Nach 20 see. bei 4000C | 2 Wochen kalt ausgelagert |
| J K A |
30,2-38,0-18 33, 7-40,8-13 28,8-39,4-15 |
sofort | 24,6-30, 9-15 28,0-35,9-12 26,0-33,7-14 |
sofort | 21,1-30,9-15 19,7-28,8-12 23,2-31,6-14 |
| 23,9-30,2-16 28,8-35, 2-12 23, 2-31,6-13 |
16, 9-26,0-14 18, 3-27,4-13 18,3-27,4-14 |
Tabelle Vll(a)
| Legierung | Mg | Si | Cu | Mn | Si-Ueberschuss |
| 10 | 0,95 | 0,56 | 1,46 | 0,01 | |
| 11 | 0,95 | 0,69 | 1,4 | 0,4 | 0,04 |
| 12 | 1,00 | 1,00 | 1,45 | 0,4 | 0,32 |
CD O CO OO
| Legierung | Beginn | Nach 10 see. bei 400°C | 2 Wochen kalt ausgelagert |
Nach 20 see. bei 4000C | 2 Wochen kalt ausgelagert |
| 10 11 12 |
32, 3-39,4-15 35,2-39,4-13 37,3-42,2-13 |
sofort | 26,0-31,6-12 25,3-31,6-12 24,6-30,2-12 |
sofort | 20,4-26,7-12 19,0-27,4-12 19,7-28,0-11 |
| 26,0-31,6-12 26,7-31,6-10 24,6-30,9-10 |
18,3-26,0-12 19,0-26,7-12 19,0-27,4-12 |
π: ..-■■
Die Beispiele zeigen, dass mit der vorliegenden ErfindungT^ruminiumlegierungen
von hoher Festigkeit erhalten werden, welche nach dem Behandeln bei erhöhten Temperaturen, wie z.B. bei Schweissverfahren,
eine Festigkeit von ungefähr 28 kg/mm· oder mehr für Strangpressprodukte
und eine etwas geringere Festigkeit für warm abgewalzte
Platten beibehalten. Mit den vorliegenden Legierungen' können starke, rissfreie Schweissraupen gleichmässig und schnell erhalten
werden, welche eine vorzügliche Formbarkeit aufweisen und zur Umwandlung in Produkte mit gutem Widerstand gegen Spannungskorrosion
und anderen korrosiven Einflüssen geeignet sind. Demgemäss
sind diese Legierungen für zahlreiche handelsübliche Verwendungsmöglichkeiten gut einsetzb'ar, wie in Automobilaufbauten
und Bestandteilen, wie z.B. Tanks und Behälter.
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Claims (11)
1. Aluminiumlegierung von hoher Festigkeit und verbesserter Schweissbarkeit, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0, 9-1, 5 Gew. -%
Magnesium, 0, 9-1, 5 Gew. -% Kupfer, 0, 4-0, 9 Gew. -% Silizium, bis zu 3, 5 Gew. -% Nickel, bis zu 0, 4 Gew. -% von mindestens
einem Element der Gruppe, bestehend aus Mangan, Eisen, Chrom und Kobalt, bis zu 0, 2 Gew. -% von mindestens einem Element der
Gruppe, bestehend aus Zirkon, Vanadium und Titan und weitere, als Verunreinigungen auftretende Elemente in einer Menge von je
bis zu 0, 05 Gew. -%, gesamthaft, jedoch weniger als 0, 15 Gew. -%, Rest im wesentlichen Aluminium, enthält, wobei der Kupfergehalt
die Summe des Magnesium- und Siliziumgehalts, und der Siliziumgehalt die Summe von 0, 58x den Magnesiumgehalt und 0, 25x den
aufaddierten Mangan- und Eisengehalt nicht übersteigt.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1-1, 5 Gew. -% Magnesium, 1-1, 5 Gew. -% Kupfer, 0, 4-0, 7 Gew. -%
Silizium und 0, 05-0, 4 Gew. -% von mindestens einem Element der Gruppe, bestehend aus Mangan, Eisen und Chrom, enthält.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1, 3-1, 5 Gew. -% Magnesium, 1, 3-1, 5 Gew. -% Kupfer, 0, 6-0, 7
Gew. -% Silizium und 0, 2-0, 4 Gew. -% von mindestens einem Element der Gruppe, bestehend aus Mangan, Eisen und Chrom,
enthält.
4. Legierung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
dass sie 0, 01-3, 5 Gew. -% Nickel, 0, 01-0, 4 Gew. -% Kobalt und 0, 01-0, 2 Gew. -% von mindestens einem Element der Gruppe, bestehend
aus Zirkon, Vanadium und Titan, enthält.
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MI INSPECTED
5. Legierung nach einem der Ansprüche 1-4/ dadurch gekennzeichnet,
dass sie Magnesium und Kupfer in im wesentlichen gleichen Anteilen enthält.
6. Verfahren zur Herstellung von geknetetem, eine verbesserte Schweissbarkeit aufweisendem Halbzeug von hoher Festigkeit,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Legierung mit 0, 9-1, 5 Gew. -% Magnesium, 0, 9-1, 5 Gew. -%
Kupfer, 0, 4-0, 9 Gew. -% Silizium, bis zu 3, 5 Gew. -% Nickel, bis zu 0,4 Gew. -% von mindestens einem Element der Gruppe,
bestehend aus Mangan, Eisen, Chrom und Kobalt, bis zu 0, 2 Gew. -% von mindestens einem Element der Gruppe, bestehend
aus Zirkon, Vanadium und Titan und weitere, als Verunreinigungen auftretende Elemente in einer Menge von je bis zu 0, 05
Gew. -0Jo, gesamthaft jedoch weniger als 0, 15 Gew. -%, Rest im
wesentlichen Aluminium, enthält, wobei der Kupfergehalt die Summe des Magnesium- und Siliziumgehalts, und der Siliziumgehalt
die Summe von 0, 58x den Magnesiumgehalt und 0, 25x den aufaddierten Mangan- und Eisengehalt nicht übersteigt, vergossen
wird,
- die Barren aus dieser Legierung auf eine Homogenisierungstemperatur
erwärmt und bei dieser Temperatur homogenisiert werden.
- die homogenisierte Legierung verformt wird, und
- das geknetete Halbzeug ausgelagert wird, bis es zur Herstellung von Gegenständen mittels plastischer Verformung geeignet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die geschmolzene
Legierung während 5 Minuten mit durchfliessendem Chlor oder während 10 Minuten mit einer durchflies senden Stick stoff-Dichlorodifluoromethanmischung
gereinigt wird.
8 0 9 8 4 1 /0866
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Legierung bei 7200C vergossen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet,
dass die Barren auf 5000C erwärmt und während 24 Std. bei dieser
Temperatur homogenisiert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet,
dass die homogenisierte Legierung warm und kalt abgewalzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet,
dass das geknetete Halbzeug während 2 Wochen kalt ausgelagert wird.
809841/0866
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