DE3110227A1

DE3110227A1 - Production process for semifinished products made of an Al-Mn alloy

Info

Publication number: DE3110227A1
Application number: DE19813110227
Authority: DE
Inventors: Heinz Jürgen Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 6370 Oberursel Althoff
Original assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG; Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG; Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1981-03-17
Filing date: 1981-03-17
Publication date: 1982-09-30

Abstract

The invention relates to a process for producing solderable and enamelable semifinished products (wrought materials, blanks) or finished parts made of an Al-Mn alloy which in the completely recrystallised state has a tensile strength of at least 150 N/mm<2> and a tensile yield strength of at least 80 N/mm<2>. A known process (German Patent No. P2754673) does achieve, for an Al-Mn alloy containing at most 0.2 % of Mg, a tensile strength of 150 N/mm<2>, but not a tensile yield strength of 80 N/mm<2>. This material is therefore unsuitable for various fields of application. According to the invention, the required values can be achieved if, for an essentially constant alloy composition, from 0.25 to 0.65 % of magnesium are additionally provided and furthermore the alloy contents, in % by weight, are tailored as follows: Si >/= 0.3 (2Mg + Fe + Mn + 1) Mn >/= 1.5 Fe Mn + Fe >/= 1.5 Mn + Si >/= 2.3, the semifinished products or finished parts being subjected to a final heat treatment for at least three minutes at over 450 DEG C. The diagram in accordance with Figure 1 depicts the strength values achieved as a function of the annealing temperature. <IMAGE>

Description

Herstellungsverfahren für Halbzeuge aus Manufacturing process for semi-finished products

einer AlMn-Legierung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von löt- und emaillierbaren Halbzeugen oder Fertigteilen aus einer Al-Mn-Legierung, die im vollständig rekristallisierten Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens 150 N/mm2 und eine 0,2-Streckgrenze- von mindestens 80 N/mm2 aufweist. an AlMn alloy. The invention relates to a method for the production of solderable and enamellable semi-finished products or finished parts from one Al-Mn alloy that has tensile strength when fully recrystallized of at least 150 N / mm2 and a 0.2 yield strength of at least 80 N / mm2.

Als löt- und emaillierbar werden Halbzeuge und Fertigteile bezeichnet, die - abgesehen von einer evtl. notwendigen Entfettung - keine aufwendige Vorbehandlung durch Chromatieren, Eloxieren, Plattieren, Galvanisieren oder dergleichen erfordern. Als vollständig rekristallisiert wird der thermodynamisch stabile Zustand des Gefüges verstanden, der bei Halbzeugen oder Fertigteilen auch mit "weich" bezeichnet wird. In diesem Zustand sollen die Halbzeuge oder Fertigteile eine Zugfestigkeit von mindestens 150 N/mm2 und eine 0,2-Streckgrenze von mindestens 80 N/mm2 aufweisen.Semi-finished and finished parts are referred to as solderable and enamelled, which - apart from a possibly necessary degreasing - no costly pretreatment by chromating, anodizing, plating, electroplating or the like. The thermodynamically stable state of the structure is fully recrystallized understood, which is also referred to as "soft" for semi-finished products or finished parts. In this state, the semi-finished or finished parts should have a tensile strength of at least 150 N / mm2 and a 0.2 yield point of at least 80 N / mm2.

Aus DIN 1725 in Verbindung mit DIN 1745, jeweils Teil 1 (Ausgabe Dezember 1976) ist eine Al-Mn-Legierung (Werkstoff-Nr. 3.0515) bekannt, die im weichen Zustand eine Mindestzugfestigkeit von 90 N/mm2 und eine 0,2-Streckgrenze von 35 N/mm2 aufweist. Durch einen Zusatz von Cu (Werkstoff-Nr. 3.0517) kann die Zugfestigkeit zwar auf 145 N/mm2 verbessert werden, die 0,2-Streckgrenze bleibt jedoch bei 35 N/mm2.From DIN 1725 in conjunction with DIN 1745, Part 1 (December edition 1976) is an Al-Mn alloy (Material no. 3.0515) known that in the soft state a minimum tensile strength of 90 N / mm2 and a 0.2 yield point of 35 N / mm2. By adding Cu (material no. 3.0517), the Tensile strength can be improved to 145 N / mm2, but the 0.2 yield point remains but at 35 N / mm2.

Durch einen Zusatz von Mg (Werkstoff-Nr. 3.026) kann die Mindestzugfestigkeit auf 155 N/mm2 und die 0,2-Streckgrenze auf 60 N/mm2 im weichen Zustand gesteigert werden.By adding Mg (material no. 3.026), the minimum tensile strength to 155 N / mm2 and the 0.2 yield point increased to 60 N / mm2 in the soft state will.

Beide festigkeitssteigernden Maßnahmen genügen den hier gestellten Anforderungen nicht und sind in anderer Hinsicht nachteilig. Während der Zusatz von Cu in Mengen von 0,05 bis 0,20 % bereits eine erhebliche Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit mit sich bringt, ist eine Al-Mn-Legierung mit 0,8 bis 1,3 % Mg nicht mehr löt- oder emaillierbar. Die eingangs genannten Bedingungen sind auf diesem Wege also nicht zu erfüllen.Both strength-increasing measures are sufficient for the ones presented here Requirements are not and are disadvantageous in other respects. While the addition of Cu in amounts of 0.05 to 0.20% already have a considerable adverse effect on the Bringing resistance to corrosion is an Al-Mn alloy with 0.8 to 1.3 % Mg can no longer be soldered or enamelled. The conditions mentioned at the beginning are not to be fulfilled in this way.

Bekannt sind auch löt- und emaillierbare Al-Mn-Legierungen mit verbesserten Festigkeitseigenschaften, deren Anwendungsbereich durch einen Zusatz von Zirkonium und/oder Chrom erweitert worden ist (vergl.Also known are solderable and enamelled Al-Mn alloys with improved Strength properties, the scope of which is due to the addition of zirconium and / or chrome has been expanded (cf.

DE-PS 16 08 198, 16 08 766, DE-AS 25 29 064, DE-OS 25 55 095). In diesen Fällen handelt es sich jedoch nur um die Erzeugung eines rekristallisationsträgen Gefüges, d.h. um eine Verschiebung des Festigkeitsabfalles zu höheren Temperaturen hin. Im voraussetzungsgemäß "weichem" Zustand liegen die Festigkeitswerte dieser Legierung wieder deutlich unter den angestrebten Werten.DE-PS 16 08 198, 16 08 766, DE-AS 25 29 064, DE-OS 25 55 095). In In these cases, however, it is only a question of the generation of a recrystallization slow Structure, i.e. a shift in the decrease in strength to higher temperatures there. The strength values of these are in the "soft" state as required Alloy again well below the targeted values.

Aus derartigen Legierungen hergestellte Teile können bei der Fertigung (Löt- und Emailliervorgänge) oder auch bei ihrem bestimmungsgemäßen Gebrauch höheren Temperaturen ausgesetzt werden als übliche Al-Mn-Legierungen, weil der Zr- und/oder Cr-Zusatz einen nennenswerten Abfall der durch Kaltumformung erzielten Gefügeverfestigung bei Temperatureinwirkung verhindert.Parts made from such alloys can be used during manufacture (Soldering and enamelling processes) or higher when used as intended Temperatures are exposed than usual Al-Mn alloys because of the Zr and / or Addition of Cr results in a noticeable decrease in the structural hardening achieved by cold forming prevented when exposed to temperature.

Die Rekristallisationshemmung bleibt jedoch nur bis zu einer bestimmten Temperatur bzw. Einwirkungsdauer bestehen. Werden gewisse Grenzwerte während der Fertigung der Teile oder bei deren bestimmungsgemäßen Gebrauch überschritten, so geht bei diesen Legierungen das Gefüge oft in den thermodynamisch stabilen, d.h.However, the recrystallization inhibition only remains up to a certain point Temperature or exposure time. Are certain limit values during the Manufacturing of the parts or their intended use exceeded, so In these alloys, the structure often changes to the thermodynamically stable one, i.e.

weichen Zustand über, wodurch die Festigkeitswerte für viele Anwendungsfälle nicht mehr ausreichend sind.soft state, which increases the strength values for many applications are no longer sufficient.

Der Erfindung liegt d:ie Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von löt- und emaillierbaren Halbzeugen oder Fertigteilen aus einer Al-Mn-Legierung anzugeben, wobei im vollständig rekristallisierten Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens 150 N/mm² und eine 0,2-Streckgrenze von mindestens 80 N/mm² erreicht wird.The invention is based on the object of a method for production of solderable and enamelled semi-finished products or finished parts made of an Al-Mn alloy in the fully recrystallized state a tensile strength of at least 150 N / mm² and a 0.2 yield point of at least 80 N / mm² will.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Halbzeuge oder Fertigteile aus einer Legierung mit 1,15 bis 2,0 % Mn 0,85 bis 2,0 % Si 0,25 bis 0,65 % Mg 0,2 bis 1 % Fe max. 0,2 % Cu max. 0,2 % Zn max. 0,1 % Zr max. 0,1 O/o Ti Rest Aluminium, einschließlich höchstens insgesamt 0,2 % sonstige Verunreinigungen hergestellt werden, wobei außerdem die Legierungsgehalte in Gewichtsprozent wie folgt abzustimmen sind: Si #0,3 (2Mg + Fe + Mn + 1) Mn 51,5 Fe Mn + Fe '1,5 Mn + Si zu 2,3 und die Halbzeuge oder Fertigteile einer wenigstens dreiminütigen abschließenden Wärmebehandlung bei über 4500C unterworfen werden.To solve this problem, it is proposed that the semi-finished products or Finished parts made from an alloy with 1.15 to 2.0% Mn 0.85 to 2.0% Si 0.25 to 0.65% Mg 0.2 to 1% Fe max. 0.2% Cu max. 0.2% Zn max. 0.1% Zr max. 0.1 O / o Ti Remainder aluminum, including a maximum total of 0.2% other impurities manufactured The alloy content in percent by weight must also be coordinated as follows are: Si # 0.3 (2Mg + Fe + Mn + 1) Mn 51.5 Fe Mn + Fe '1.5 Mn + Si to 2.3 and the Semi-finished or finished parts of a final heat treatment lasting at least three minutes subjected to above 4500C.

Die abschließende Wärmebehandlung wird zweckmäßigerweise bei 450 bis 6000C durchgeführt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die abschließende Wärmebehandlung bei emaillierten Halbzeugen oder Fertigteilen gleichzeitig mit dem Email-Einbrennvorgang erfolgt. Bei gelöteten Halbzeugen oder Fertigteilen wird die abschließende Wärmebehandlung vorteilhafterweise gleichzeitig mit dem Lötvorgang vorgenommen. Zur weiteren Steigerung der Zugfestigkeits- und 0,2-Streckgrenzwerte, können die Halbzeuge oder Fertigteile nach der abschließenden Wärmebehandlung einer forcierten Kühlung unterworfen werden.The final heat treatment is expediently at 450 to 6000C carried out. It is particularly advantageous if the final heat treatment in the case of enamelled semi-finished products or finished parts, at the same time as the enamel burn-in process he follows. In the case of soldered semi-finished products or finished parts, the final heat treatment advantageously carried out simultaneously with the soldering process. To further increase the tensile strength and 0.2 yield limit values, the semi-finished or finished parts can be subjected to forced cooling after the final heat treatment.

Ist die abschließende Wärmebehandlung bei einer Temperatur in der Nähe des oberen Grenzwertes vorgesehen, so muß der Magnesiumgehalt der Legierung auf 0,25 bis 0,50 % eingeschränkt werden.Is the final heat treatment at a temperature in the The magnesium content of the alloy must be close to the upper limit can be restricted to 0.25 to 0.50%.

Bei einem ähnlichen Verfahren (vergl. DE-PS 27 54 673) werden mit einer vergleichbaren Legierung, die jedoch maximal 0,2 % Mg enthalten kann, zwar die angestrebten Zugfestigkeitswerte von mindestens 150 N/mm2, nicht aber die geforderten 0,2-Streckgrenzwerte von mindestens 80 N/mm2 erreicht. Letztere liegen unabhängig von der angewandten Temperatur der abschließenden Wärmebehand- lung bei 50 N/mm2 oder wenig darüber. Sie sind für eine Reihe von Anwendungsfällen nicht ausreichend.In a similar process (see. DE-PS 27 54 673) with a comparable alloy, which, however, can contain a maximum of 0.2% Mg the desired tensile strength values of at least 150 N / mm2, but not the required ones 0.2 yield limit values of at least 80 N / mm2 achieved. The latter are independent on the applied temperature of the final heat treatment lung at 50 N / mm2 or a little above. They aren't for a number of use cases sufficient.

Überraschenderweise hat sich aber herausgestellt, daß die 0,2-Streckgrenze noch erheblich verbessert werden kann, wenn der Mg-Gehalt auf0,25 bis 0,65 % angehoben wird, ohne daß Nachteile hinsichtlich der Löt- und Emaillierbarkeit auftreten. Bei Mg-Gehalten von mehr als 0,2 % war nach bisheriger Auffassung die Emaillierbarkeit von Al-Mn-Legierungen nur nach einer aufwendigen Vorbehandlung gegeben. In der. Literatur wird sogar gefordert, den Mg-Gehalt unter 0,01 bzw.0?05 % zu halten (vergl. Aluminium-Taschenbuch, 14. Auflage (1974) Seite 734, Abs. 4; Z. Aluminium, 47. Jahrgang (1971) Seite 688, Tafel 1).Surprisingly, however, it has been found that the 0.2 yield point can be improved considerably if the Mg content is increased to 0.25 to 0.65% without any disadvantages in terms of solderability and enamelling. at According to the previous view, Mg contents of more than 0.2% were the ability to be enamelled of Al-Mn alloys only given after extensive pretreatment. In the. Literature is even required to keep the Mg content below 0.01 or 0.05% (cf. Aluminum-Taschenbuch, 14th edition (1974) page 734, paragraph 4; Z. Aluminum, 47th year (1971) page 688, plate 1).

Es wurden Proben mit der Zusammensetzung nach Tabelle 1 untersucht. Dabei entsprechen die Proben A und B der DE-PS 27 54 673, während die übrigen einen steigenden Mg-Gehalt im Rahmen des beanspruchten Bereichs aufweisen. Die nach einer 30 minütigen Glühung bei einer üblichen Emaillier-Einbrenntemperatur von 560 0C erreichten Festigkeitswerte, sind aus Tabelle 2 ersichtlich.Samples with the composition according to Table 1 were examined. Samples A and B correspond to DE-PS 27 54 673, while the remaining one have increasing Mg content within the claimed range. The one after one Annealing for 30 minutes at a customary enamelling stoving temperature of 560 ° C The strength values achieved are shown in Table 2.

2 Es wurden Zugfestigkeitswerte von über 200 N/mm und 0,2-Streckgrenzwerte von 85 bis 98 N/mm2 bei gleichbleibenden Dehnungswerten von rund 20 % erreicht. Alle Proben haben den Email-Hafttest gemäß Merkblatt DEZ F 17 des deutschen Email-Zentrums nach 96 Stunden in einer Antimontrichloridlösung einwandfrei überstanden. Diese Ergebnisse widerlegen die verbreitete Auffassung, daß ein Magnesiumzusatz bei Al-Mn-Legierungen, die emailliert werden sollen, zu vermeiden ist. (Z. Aluminium, 47. Jahrgang (1971), Seite 688, rechte Spalte, Abs. 3) In Figur 1 ist für eine Legierung mit 1,55 % Mn, 1,53 % Si, 0,39 % Mg, 0,61 % Fe, 0,09 % Zr, Rest Aluminium und Verunreinigungen der Anstieg der Zugfestigkeits- und 0,2-Streckgrenzwerte in Abhängigkeit von der Temperatur der abschließenden Wärmebehandlung dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß oberhalb von 4500C eine bemerkenswerte Steigerung beider Werte auftritt. Ohne Magnesiumzusatz in der beanspruchten Menge ist keine Steigerung der 0,2-Streckgrenzwerte zu erreichen und die Zugfestigkeitswerte gehen nicht wesentlich über 160 N/mm2 hinaus. 2 Tensile strength values of over 200 N / mm and 0.2 yield limit values were found of 85 to 98 N / mm2 with constant elongation values of around 20%. All samples have the enamel adhesion test according to leaflet DEZ F 17 of the German enamel center survived perfectly after 96 hours in an antimony trichloride solution. These Results refute the widespread view that adding magnesium to Al-Mn alloys, which are to be enamelled should be avoided. (Z. Aluminum, Volume 47 (1971), Page 688, right column, para. 3) In Figure 1 is for an alloy with 1.55% Mn, 1.53% Si, 0.39% Mg, 0.61% Fe, 0.09% Zr, the remainder aluminum and impurities the increase in tensile strength and 0.2 yield limit values depending on the Temperature of the final heat treatment shown. It can be clearly seen that above 4500C there is a remarkable increase in both values. Without Magnesium addition in the claimed amount does not increase the 0.2 yield limit values and the tensile strength values do not go significantly beyond 160 N / mm2.

(vergl. DE- AS 27 54 673, Diagramm I.) Demgegenüber läßt sich für den Zustand "weich" die 0,2-Streckgrenze erfindungsgemäß auf über 80 N/mm2 anheben und die Zugfestigkeit auf über 200 N/mm2 steigern.(See. DE-AS 27 54 673, diagram I.) In contrast, for In the "soft" state, according to the invention, raise the 0.2 yield point to over 80 N / mm2 and increase the tensile strength to over 200 N / mm2.

Beim Hartlöten mit Flußmitteln gilt in Al-Mn-Legierungen Magnesium als benetzungsschädlich. Es kann davon ausgegangen werden, daß dieser Nachteil ebenso wenig auftritt, wie eine Beeinträchtigung der Emailhaftung, wenn die Legierungsbestandteile entsprechend der Erfindung auf einander abgestimmt werden. Da beim Hartlöten üblicherweise aber höhere Temperaturen als beim Emaillieren angewendet werden, ist noch zu beachten, daß die Solidus-Temperatur mit steigendem Mg-Gehalt herabgesetzt wird. Dieser Zusammenhang ist aus Figur 2 ersichtlich. Für derartige Anwendungsfälle ist daher die Obergrenze des Mg-Gehaltes in Abhängigkeit von der Temperatur des Lötvorgangs herabzusetzen. Im allgemeinen genügt es, den Mg-Gehalt auf 0,5 % zu begrenzen, um bei einer Hartlöttemperatur bis 6000C ein Anschmelzen zu vermeiden.When brazing with fluxes, magnesium is used in Al-Mn alloys as harmful to wetting. It can be assumed that this disadvantage as well little occurs such as deterioration in enamel adhesion when the alloy components be matched to one another according to the invention. As is usually the case with brazing but higher temperatures than are used for enamelling must be taken into account, that the solidus temperature is lowered with increasing Mg content. This connection can be seen from FIG. The upper limit is therefore for such applications the Mg content depending on the temperature of the soldering process. In general, it is sufficient to limit the Mg content to 0.5% at a brazing temperature to avoid melting up to 6000C.

Es wurden 7 Proben untersucht, deren Zusammensetzung sich aus Tabelle 1 ergibt.7 samples were examined, the composition of which can be found in the table 1 results.

TABELLE 1 Proben- Chemische Zusammensetzung (Gew.%) Nr. Mg Cu Fe Si Mn sonstige Al insgesamt 1 <0,01 0,06 0,52 1,51 1,40 <0,1 Rest 2 0,12 0,06 0,49 1,32 1,38 " " 3 0,26 0,06 0,50 1,40 1,38 " " 4 0,35 0,07 0,51 1,38 1,37 " " 5 0,41 0,13 0,52 1,52 1,37 " " 6 0,51 0,13 0,53 1,57 1,39 " " 7 0,66 0,13 0,55 1,52 1,39 " " TABLE 1 Sample chemical composition (wt.%) No. Mg Cu Fe Si Mn other Al all in all 1 <0.01 0.06 0.52 1.51 1.40 <0.1 remainder 2 0.12 0.06 0.49 1.32 1.38 "" 3 0.26 0.06 0.50 1.40 1.38 "" 4 0.35 0.07 0.51 1.38 1.37 "" 5 0.41 0.13 0.52 1.52 1.37 "" 6 0.51 0.13 0.53 1.57 1.39 "" 7 0.66 0.13 0.55 1.52 1.39 ""

Claims

PATENT CLAIMS 1. Process for the production of solderable and enamellable Semi-finished or finished parts made of an Al-Mn alloy that are completely recrystallized in the Condition has a tensile strength of at least 150 N / mm2 and a 0.2 yield strength of have at least 80 N / mm2, characterized in that the semi-finished products or finished parts from an alloy with 1.15 to 2.0% Mn 0.85 to 2.0% Si 0.25 to 0.65% Mg 0.2 up to 1 Vo Fe max. 0.2 C / o Cu max. 0.2% Zn max. 0.1% Zr max. 0.1% Ti remainder aluminum, including a maximum of 0.2% in total other impurities are produced, The alloy content in percent by weight must also be coordinated as follows: Si> 0.3 (2Mg + Fe + Mn + 1) Mn 21.5 Fe Mn + Fe # 1.5 Mn + Si # 2.3 and the semi-finished products or finished parts undergo a final heat treatment lasting at least three minutes be subjected to over 4500C.

2. The method according to claim 1, characterized in that the final Heat treatment is carried out at 450 to 6000C.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the concluding heat treatment for enamelled semi-finished products or finished parts at the same time takes place with the Ernaille stoving process.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Final heat treatment for soldered semi-finished products or finished products at the same time takes place with the soldering process.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the semi-finished products are used to further increase the tensile strength and 0.2 yield limit values or finished parts after the final heat treatment of forced cooling be subjected.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that the magnesium content is limited to 0.25 to 0.50% if a final Heat treatment is provided at a temperature close to the upper limit value.