DE3409811A1

DE3409811A1 - Aluminiumlegierung fuer kugelsicher gepanzerte bauelemente

Info

Publication number: DE3409811A1
Application number: DE19843409811
Authority: DE
Inventors: Ettore di Novara Russo
Original assignee: Alluminio Italia SpA
Current assignee: Alluminio Italia SpA
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1984-03-16
Publication date: 1984-09-20
Also published as: FR2542762A1; IT8320156A0; IT1163151B; FR2542762B3

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung der Serie 7000 (Bezeichnung gemäss der Aluminium Association), die speziell zur Verwendung in Panzerungselementen und insbesondere in gepanzerten Verbundbauelementen, wie Türen, Fenstern und Läden, geeignet sind.

Zur Herstellung von Türen, Fenstern und Läden (nachstehend kurz Bauelemente) aus Leichtmetallegierungen werden im allgemeinen Aluminiumlegierungen der Serie 6000 verwendet, die sich durch gute Eigenschaften in bezug auf Verformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und anodische Oxidation auszeichnen. Mit derartigen Legierungen lassen sich daher in der Architektur verschiedenartige dekorative Wirkungen erzielen,

Eine für die vorgenannten Verwendungszwecke besonders geeignete Aluminiumlegierung ist die Legierung 6060, die folgende Zusammensetzung aufweist:

Si = von 0,30 bis 0,6 Gewichtsprozent, Fe = von 0,10 bis 0,30 Gewichtsprozent, Cu = bis 0,10 Gewichtsprozent,

Mn = bis 0,10 Gewichtsprozent, 30 Mg ₌ von 0,35 bis 0,6 Gewichtsprozent, Cr = bis 0,05 Gewichtsprozent, Zn = bis 0,15 Gewichtsprozent, Ti = bis 0,10 Gewichtsprozent,

eventuell vorhandene weitere Elemente in einer Gesamtmenge bis 0,15 Gewichtsprozent und davon jedes dieser Elemente

bis 0,05 Gewichtsprozent,

Al = Rest auf 10^ Gewichtsprozent.

Allerdings reicht die mechanische Festigkeit dieser Legierungen der Serie 6000 zur Herstellung von Bauelementen, die kugelsicher gepanzert sein sollen, nicht aus. In diesem Fall werden die Bauelemente verstärkt, indem man (in sandwichartiger Bauweise) eine oder mehrere Stahlplatten einarbeitet oder auf die Aussenseite der Bauelemente Schilde aus kugelsicheren Materialien, z.B. Platten aus metall-keramischen Materialien und ähnlichen Materialien, aufbringt. Es liegt auf der Hand, dass die Sandwich- oder Verbundbauweise bei der Herstellung oder beim Zusammenbau relativ komplizierte Arbeitsgänge erfordert, während mit Schildelementen verstärkte Bauelemente im allgemeinen in archi- ■ tektonischer und ästhetischer Hinsicht zu wünschen übrig lassen.

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An sich besteht die Möglichkeit, bei der Herstellung von kugelsicheren Bauelementen aus Leichtmetallegierungen AIuminiumlegierungen von erhöhter mechanischer Festigkeit zu verwenden, wie z.B. die bekannten Legierungen 7075, 7010

20 und dergleichen.

Diese Legierungen weisen jedoch eine schlechtere Bearbeitbarkeit und Verformbarkeit auf und erweisen sich bei der Oberflächenbehandlung, insbesondere bei der anodischen Oxidation, als unzureichend. Ausserdem weisen entsprechende Halbfertigprodukte auch nach der anodischen Oxidation eine verringerte Korrosionsbeständigkeit auf, was auf die ungenügende schützende Wirkung der anodisch erzeugten Oxidschicht zurückzuführen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leichtmetallegierung bereitzustellen, die in wohl ausgewogener Weise folgende Eigenschaften in sich vereinigt: Eine hohe mechanische Festigkeit zur Gewährleistung der gewünschten Kugelsicherheit, gute Eigenschaften in bezug auf Verarbeitbarkeit und Verformbarkeit, günstiges Verhalten bei der anodischen Oxidation und eine hohe Korrosionsbeständigkeit nach der

-δ- Ι anodischen Oxidation. Diese Legierung soll technisch und wirtschaftlich zur Verwendung in gepanzerten Gegenständen, insbesondere in kugelsicher gepanzerten Bauelementen, wie Türen und Fenster, geeignet sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung von kugelsicher gepanzerten Verbundbauelementen. .

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Aluminiumlegierung folgender Zusammensetzung gelöst: Si = bis 0,08 Gewichtsprozent,

Fe = bis 0,12 Gewichtsprozent, Cu = von 0,6 bis 0,9 Gewichtsprozent, Mn = von 0,05 bis 0,20 Gewichtsprozent,

Mg = von 1,5 bis 1,9 Gewichtsprozent, 15 Zn = von 4,6 bis 5,2 Gewichtsprozent, Zr = von 0,08 bis 0,14 Gewichtsprozent, Ti = bis 0,03 Gewichtsprozent,

eventuell vorhandene weitere Elemente in einer Gesamtmenge bis 0,10 Gewichtsprozent und davon jedes dieser Elemente bis 0,03 Gewichtsprozent,

Al = Rest auf 100 Gewichtsprozent.

Die erfindungsgemässe Legierung zeigt bei üblichen Formgebungsschritten, z.B. bei der Schichtstoffherstellung und beim Strangpressen, günstige Eigenschaften. Die dabei erhaltenen Halbfertigprodukte können durch anschliessende mechanische Bearbeitung zu Bauelementen, wie Türen (ohne Verglasung), verglaste Türen, Fenster und dergleichen, verarbeitet werden.

Diese Bauelemente werden erfindungsgemäss vorzugsweise in Verbundbauweise hergestellt, wobei z.B. die Aussenseite aus Halbfertigteilen aus einer erfindungsgemässen Legierung und die Innenseite aus Halbfertigteijen aus einer herkömmlichen Legierung, z.B. aus der vorerwähnten Legierung 6060, bestehen. Dabei sind die Aussenseite und die Innenseite auf herküiiimliche Weise miteinander verbunden. Ge-

pebenenfalls ist zwischen diesen beiden Teilen ein Isolierungszwecken dienender Zwischenraum vorgesehen, der mit herkömmlichem, nichtmetallischem Isoliermaterial gefüllt ist.

Nachstehend ward die erfindungsgemässe Legierung und ihre Verwendung anhand der Beispiele und anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Teilansicht eines vereinfachten Modells eines gepanzerten Verbundbauelements im Querschnitt.

Beispiel 1

Auf halbkontinuierliche Weise wird aus einer Legierung der nachstehend angegebenen Zusammensetzung ein Rundstab ° mit einem Durchmesser von 250 mm gegossen: Si = 0,07 Gewichtsprozent,
Fe = 0,09 Gewichtsprozent,
Cu = 0,78 Gewichtsprozent,

Mn = 0,12 Gewichtsprozent,

Mg =1,68 Gewichtsprozent, Zn = 4,98 Gewichtsprozent, Zr = 0,11 Gewichtsprozent, Ti = 0,012 Gewichtsprozent, andere Elemente = Spuren,

Al = Rest auf 100 Gewichtsprozent.

Der Stab wird 20 Stunden bei etwa 465 C homogenisiert, (nach Abkühlung auf Umgebungstemperatur) gedreht und

schliesslich nach vorheriger Erwärmung auf etwa 415 C zu einem Flachprofil der Abmessungen 12,5 x 175 mm stranggepresst.

Das auf diese Weise erhaltene Flachprofil wird folgendem Wärmebehandlungszyklus unterworfen: 2-stündige Solubilisierung bei etwa 460⁰C, Wasserhärtung bei Umgebungstemperatur, Recken um etwa 1,5 Prozent und künstliche Alterung in 2 aufeinanderfolgenden Stufen, wobei die erste Stufe

9 Stunden bei etwa 10O⁰C und die zweite Stufe 11 Stunden bed etwa 150⁰C durchgeführt werden.

Aus dem auf diese Weise behandelten Profil werden Prüfstücke hergestellt, an denen Zugeigenschaften und Dauerhaftigkeit, das Verhalten bei der anodischen Oxidation in einem üblichen Schwefelsäurebad sowie die Korrosionsbeständigkeit im Freien (12 Monate in industrieller Atmosphäre) bestimmt werden.

Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt, in der zu Vergleichszwecken auch die entsprechenden Ergebnisse für ein unter ähnlichen Bedingungen aus der Legierung 7075 erhaltenes Flachprofil der gleichen Abmessungen, das gemäss dem bekannten Zyklus T 6510 behandelt worden ist, angegeben sind. Diese Legierung ergibt bei der Analyse folgende Zusammensetzung:

Si = 0,17 Gewichtsprozent, Fe = 0,24 Gewichtsprozent, Cu = 1,6 Gewichtsprozent, Cr = 0,22 Gewichtsprozent, Mn = 0,1 Gewichtsprozent, Mg = 2,5 Gewichtsprozent,

Zn = 5,7 Gewichtsprozent, Zr = 0,11 Gewichtsprozent, Ti = 0,03 Gewichtsprozent, übrige Elemente = unter 0,05 Gewichtsprozent, Al = Rest auf 100 Gewichtsprozent.

Die in Tabelle I angegebenen Werte lassen klar erkennen, ²^ dass die erfindungsgemässe Legierung im Vergleich zur Legierung 7075 deutlich unterschiedliche und im Hinblick auf die erfindungsgemässe Aufgabe bessere Eigenschaften aufweist.

³⁰ Beispiel 2

Aus dem Stab von Beispiel 1 werden 2 Flachprofile der Abmessungen 18O χ 6 mm und 175 x 12,5 mm gemäss dem in Beispiel 1 beschriebenen metallurgischen Verfahren hergestellt,

Diese Profile werden auf einer Metallunterlage befestigt und herkömmlichen ballistischen Untersuchungen unterzogen.

-δι In Tabelle II sind die Ergebnisse dieser Untersuchungen zusammengestellt. Für die erfindungsgemässen Profile ergeben sich sehr günstige Eigenschaften in bezug auf die Kugelsicherheit.
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Beispiel 3

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung der erfindungsgemässen Legierung als kugelsicheres Aussenelement für ein Verbundbauelement, das in Fig. 1 in Teilansicht schematisch im Querschnitt dargestellt ist.

In Fig. 1 bedeuten 1 das kugelsichere Aussenelement aus der erfindungsgemässen Legierung, 2 und 2a Bauteile aus der

Legierung 606Ό T5 und 3 eine Panzerglasscheibe. 15

Mit einem Modell eines vereinfachten Bauelements gemäss den vorstehenden Angaben· und gemäss Fig. Ί, das ein Aussenelement in der Form eines stranggepressten Flachprofils von 10 mm Stärke (hergestellt entsprechend dem metallurgi-

sehen Verfahren von Beispiel 1) aufweist, wird eine ballistische Prüfung durchgeführt. Mit dieser Prüfung soll gezeigt werden, wie durch eine Verbindung der Elemente aus der Legierung 6060 und aus der erfindungsgemässen Legierung das

erstgenannte Element aus der Legierung 6O6O neben seiner 25

Hauptfunktion als Bauteil auch eine unterstützende Wirkung

bei der kugelsicheren Ausrüstung ausüben kann.

Bei Anwendung der nachstehend angegebenen Schiessbedingungen,

die sich für ein Aussenelement aus der erfindungsgemässen 30

Legierung von 10 mm Stärke als kritisch erweisen, durchdringen alle abgeschossenen Projektile (insgesamt 8 Projektile) das Aussen- bzw. Frontelement und werden anschliessend vom dahinterliegenden Strukturelement aus der Legierung _qf. 6060 aufgefangen, wobei das letztgenannte Element nur eine lokale Deformation erleidet. Bei dieser Schiessprüfung werden folgende Bedingungen eingehalten:

1 Waffe: Revolver Uberti Kai. 44 Remington Magnum,

Projektil: Half Jacket Hollow Point mit 11,66 g,

V3 = 514 m/s; Ec3 = 1540 Joule;

Schiessabstand: 5m, ■

Schussbahn: senkrecht zur Oberfläche des Frontelements, Abstand zwischen den Einschussteilen: mindestens 23 mm,

höchstens 85 mm.

Die erfindungsgemässe Legierung eignet sich insbesondere für Elemente, die zum Bau von gepanzerten Türen und Fenstern geeignet sind, wobei gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Verbundbauelemente insbesondere in Frage kommen. Die erfindungsgemässe Legierung eignet sich jedoch auch für zahlreiche andere Anwendungszwecke, bei denen es auf eine ausgewogene Eigenschaftenkombination von mechanischen Eigenschaften, Verformbarkeit, Verhalten bei der anodischen Oxidation und Korrosionsbeständigkeit ankommt, wie sie bei der erfindungsgemässen Legierung verwirklicht sind. Beispielsweise kommt die erfindungsgemässe Legierung auch für die Herstellung von gepanzerten Fahrzeugen und dergleichen in Frage.

OD σι	CD O	fcO	^A5	fcO O Tabelle I	cn	Verhalten bei der ano dischen Oxi dation	CJi ι-¹	ι '
	R N/mm	Rp(O,2) N/mm	11		Extrudier- barkeit (1)	gut	Korrosionsbe-" ständigkeit gegenüber Aussenluft
Legierungs probestücke	515	475	8	% , HB	gut	vermindert	gut
erfindungsgemässe Legierung	625	590	,5 143	vermindert	vermindert
Legierung 7075		170

R = Belastung im Moment des Bruchs; Rp (0,2) = Belastung beim Verlassen der Proportionalitätszone; A[-% = prozentuale Dehnung beim Bruch, gemessen bei einer Basislänge Lo =
5,65 x V So , wobei So den widerstandsfähigen Querschnitt des Probestücks bedeutet;
HB = Brinell-Härte (Kugel 2,5 mm, Belastung 613 Newton, Zeit 15 see)

(1) Bewertung während der Herstellung des Flachprofils (direktes Strangpressen mit einer
Matrize mit einer öffnung)

ω cn	UBERTI Magnum	ω to ο cn	to O Tabelle II	Ec 3 Joule	cn	O cn ^
	UBERTI Remington	Geschoss		856
Waffe	Typ und Gewicht in g		1423	Stärke der Profile
	Metal Piercing 10,2 g	V3 m/s	6 mm	Ergebnisse
Revolver Kai. 357	Half Jacket Hollow Point 11,66 g	409	12,5 mm	Alle Geschosse (5) wurden festgehalten
Revolver Kai. 44 Magnum	494 *	Alle Geschosse (5) wurden festgehalten

V3 = Geschwindigkeit des Geschosses in 3 m Entfernung von der Revolvermündung
Ec3 = Kinetische Energie in 3 m Entfernung von der Revolvermündung
Schiessbedingungen: - Abstand von der Revolvermündung zu den Profilteilen = 5 m

- Schussbahn des Geschosses = senkrecht zur Oberfläche der Profilteile

- Abstand zwischen den Einschusstellen: mindestens 35 mm, höchstens
50 mm.

CD CO OO

. -ASt- - Leerseite -

Claims

E L M A-"-R-^Ä

Patentanwalt European Patent Attorney

E 021

Dr.-Mach-Strißr 83 D-SOl3 Haar (bei Mündicn) Phunc: Miindicn 47 1079 Cable; Rlicinpatcni München TrIn : 5-226 59 groen d

16. März 1984

Alluminio Italia

S.p.A. Portoscuso (Cagliari)

Aluminiumlegierung für kugelsicher gepanzerte

Bauelemente

Patentansprüche

\1.»Aluminiumlegierung, gekennzeichnet durch folgende ^S Zusammensetzung:

Si = bis 0,08 Gewichtsprozent, Fe = bis 0,12 Gewichtsprozent, Cu = von 0,6 bis 0,9 Gewichtsprozent, Mn = von 0,05 bis 0,20 Gewichtsprozent, Mg = von 1,5 bis 1,9 Gewichtsprozent, Zn = von 4,6 bis 5,2 Gewichtsprozent, Zr = von 0,08 bis 0,14 Gewichtsprozent, Ti = bis 0,03 Gewichtsprozent,

eventuell vorhandene weitere Elemente in einer Gesamtmenge bis 0,10 Gewichtsprozent und davon jedes dieser

Elemente bis 0,03 Gewichtsprozent, Al = Rest auf 100 Gewichtsprozent.
2. Verwendung der Legierung nach Anspruch 1 zur Herstellung

von kugelsicheren Bauelementen. 35

3- Kugelsicher gepanzerte Verbundbauelemente, insbesondere zur Verwendung in Wohn- und Industriegebäuden, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Aussenelement aus der Legierung nach Anspruch 1 und mindestens ein Innenelement aus einer Legierung der Serie 6000, vorzugsweise aus der Legierung 6060, aufweisen, wobei das Aussenelement und das Innenelement auf herkömmliche Weise miteinander verbunden sind, so dass sie entweder in direktem Kontakt miteinander stehen oder durch eine Zwischenschicht aus nichtmetallischem, wärmeisolierendem Material getrennt sind.