DE3426175A1 - Aluminiumlegierung mit hohem elektrischen widerstand und ausgezeichneter formbarkeit - Google Patents
Aluminiumlegierung mit hohem elektrischen widerstand und ausgezeichneter formbarkeitInfo
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- DE3426175A1 DE3426175A1 DE19843426175 DE3426175A DE3426175A1 DE 3426175 A1 DE3426175 A1 DE 3426175A1 DE 19843426175 DE19843426175 DE 19843426175 DE 3426175 A DE3426175 A DE 3426175A DE 3426175 A1 DE3426175 A1 DE 3426175A1
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Description
Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, die im Vergleich mit bislang erhältlichen Aluminiumlegierungen
nicht nur einen höheren elektrischen Widerstand aufweist, sondern ebenfalls eine ausgezeichnete Formbarkeit,
wie beispielsweise Preßformbarkeit und Biegeformbarkeit.
Aluminiumlegierungen wurden bislang als gute Leiter verwendet, da sie im Vergleich zu Eisen und Eisenlegierungen
einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweisen. Jedoch sind in den letzten Jahren Aluminiumlegierungen in weitem
Umfang in anderen Anwendungsgebieten eingesetzt worden.
Im Falle der Verwendung unter einem starken magnetischen Feld sind Aluminiumlegierungen mit einem erhöhten elektrischen
Widerstand erforderlich. Die Verwendung von Aluminiumlegierungen
unter derartigen Bedingungen verursacht einen induzierten Strom entsprechend der Änderung des magnetischen
Feldes und die Aluminiumlegierungen werden durch die äußere Kraft beeinflußt, die sich aus den Wirkungen des
magnetischen Feldes und des elektrischen Feldes ergibt.
Da die äußere Kraft proportional zur Dichte des induzierten Stromes ist, ist es erforderlich, die Stromdichte zu minimieren.
Aus diesem Grunde war es sehr wichtig, den elektrischen Widerstand zu erhöhen.
Herkömmliche praktische Aluminiumlegierungen vom Al-Mg-Typ
besitzen einen spezifischen Widerstand unterhalb von 6,4 μΛ-cm (IACS-Wert oberhalb von 27 %) .
Vorhergehende Untersuchungen, die in einer anhängigen Anmeldung beschrieben werden, zeigten, daß eine Zugabe von
Lithium sehr wirksam ist zur Steigerung des elektrischen
Widerstandes. Jedoch führt die Zugabe von Lithium in einer großen Menge zu einer Abnahme der Duktilität und verringert
entsprechend die Dehnung unter 10 %. Aus diesem Grunde besteht eine lebhafte Nachfrage nach der Entwicklung von AIuminiumlegierungen
mit hohem elektrischen Widerstand, die gleichzeitig eine stark verbesserte Duktilität und Formbarkeit
aufweisen.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte
Legierungen zur Verfügung zu stellen, die sowohl einen hohen elektrischen Widerstand als auch eine gute Formbarkeit
aufweisen, und insbesondere Aluminiumverbindungen mit ausgezeichneter Formbarkeit, die als Baumaterialien geeignet
sind bei Strukturen, die der Wirkung eines starken magnetischen Feldes ausgesetzt sind.
Erfindungsgemäß werden Aluminiumlegierungen zur Verfügung
gestellt, die einen hohen elektrischen Widerstand und eine ausgezeichnete Formbarkeit aufweisen, bestehend in Gewichtsprozenten
im wesentlichen aus
(1) Mg: 1,0 bis 8,0 %, vorzugsweise 2,0 bis 7,0 %, Li: 0,05 bis weniger als 1,0 %,
zumindest ein Element aus der Gruppe von, angegeben
in Gewichtsprozenten 25 Ti: 0;05 bis 0,20 %,
Cr: 0,05 bis 0,40 %, Zr: 0,05 bis 0,30 %, V: 0,05 bis 0,35 %,
W: 0,05 bis 0,30 %, 30 Mn: 0,05 bis 2,0 %,
und dem Rest an Aluminium und zufälligen Verunreinigungen; oder
(2) Mg: 1,0 bis 8,0 %, vorzugsweise 2,0 bis 7,0 %, Li: 0,05 bis weniger als 1,0 %,
g5 Bi: 0,05 bis 0,50 %,
und mindestens einem Element aus der Gruppe von, angegeben in Gewichtsprozenten
Ti: 0,05 bis 0,20 %,
Cr: 0,05 bis 0,40 %, 5 Zr: 0,05 bis 0,30 %, V: 0,05 bis 0,35 %,
W: 0,05 bis 0,30 % und Mn: 0,05 bis 2,0 %
und dem Rest an Aluminium und zufälligen Verunreinigungen.
Die erfindungsgemäßen Aluminiumlegxerungen ermöglichten
es, ihren elektrischen Widerstand auf ein höheres Niveau als den spezifischen Widerstand von 6,4 μϋ·οπι, der von den
bislang verwendeten Aluminiumlegxerungen gezeigt wurde, durch Verwendung der oben aufgeführten Zusammensetzung zu
erhöhen.
Wie zuvor kurz erwähnt wurdef schafft die vorliegende Erfindung
Aluminiumlegxerungen mit einem hohen elektrischen Widerstand und einer verbesserten Formbarkeit, bestehend
in Gewichtsprozenten im wesentlichen aus (1) Mg: 1,0 bis 8,0 %, vorzugsweise 2,0 bis 7,0 %,
Li: 0,05 bis weniger als 1,0 %,
mindestens einem Element aus der Gruppe von, angegeben in Gewichtsprozenten
Ti: 0,05 bis 0,20 %,
Cr: 0,05 bis 0,40 %,
Zr: 0,05 bis 0,30 %,
V: 0,05 bis 0,35 %,
W: 0,05 bis 0,30 %,
Mn: 0,05 bis 2,0 %
Ti: 0,05 bis 0,20 %,
Cr: 0,05 bis 0,40 %,
Zr: 0,05 bis 0,30 %,
V: 0,05 bis 0,35 %,
W: 0,05 bis 0,30 %,
Mn: 0,05 bis 2,0 %
und dem Rest an Aluminium und zufälligen Verunreinigungen; oder
35 (2) Mg: 1,0 bis 8,0 %, vorzugsweise 2,0 bis 7,0 %,
Li: 0,05 bis weniger als 1,0 %, Bi: 0,05 bis 0,50 %,
mindestens einem Element aus der Gruppe von, angegeben
in Gewichtsprozenten
Ti: 0,05 bis 0,20 %,
Cr: 0,05 bis 0,40 %,
Zr: 0,05 bis 0,30 %,
V: 0,05 bis 0,35 %,
W: 0,05 bis 0,30 %,
Mn: 0,05 bis 2,0 %
Ti: 0,05 bis 0,20 %,
Cr: 0,05 bis 0,40 %,
Zr: 0,05 bis 0,30 %,
V: 0,05 bis 0,35 %,
W: 0,05 bis 0,30 %,
Mn: 0,05 bis 2,0 %
und dem Rest an Aluminium und zufälligen Verunreinigungen.
In der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung ist Mg ein unerläßlicher Bestandteil, um die Festigkeit der Legierungen
vom Al-Li-Typ auf einem bestimmten Niveau zu gewährleisten und zu diesem Zweck muß Mg in einer Menge von 1,0
bis 8,0 Gew.-%, vorzugsweise 2,0 bis 7,0 Gew.-%, zugesetzt werden. Die Zugabe von mehr als 8 Gew.-% verursacht Risse
während der Herstellung des Gußblockes oder des Rollvorgangs und schafft Schwierigkeiten bei der Herstellung der
20 vorgesehenen Legierungen.
Lithium ist ein wesentliches Element zur Steigerung des elektrischen Widerstandes. Wenn Lithium in einer Menge von
1,0 Gew.-% oder mehif zugesetzt wird, so sinkt die Dehnung
unterhalb von 10 % und dadurch wird die Formbarkeit beträchtlich unter ein annehmbares Niveau gesenkt, wenn auch
die weitgehende Zugabe von Lithium zur Verbesserung der Festigkeit wirksam ist.
QQ Andererseits gewährleistet Lithium in einer Menge von
weniger als 1,0 Gew.-% eine Dehnung von nicht weniger als 10 % und insbesondere bei Aussetzung der Legierung gegenüber
einer Hitzebehandlung in Masse, ist ein weiteres hohes Dehnungsniveau von annähernd 20 % leicht zu erhalten. Auf-
gj- grund der guten Dehnung kann ein Biegeformen und Druckformen
erfolgreich durchgeführt werden. Jedoch kann die Zu-
gäbe von Lithium unterhalb von 0,05 % nicht die Anforderung
des höheres elektrischen Widerstandswertes im Verhältnis zu den bislang erhältlichen Legierungen erfüllen.
Ti, Cr, Zr, V und W dienen zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes und haben ferner Einfluß auf die Aufarbeitung
der Korngröße (refining grain size) und die Steigerung der
Festigkeit.
^q Wenn diese Elemente in Mengen unterhalb der entsprechenden
oben angegebenen oberen Grenzen zugesetzt werden, bilden diese Elemente intermetallische Verbindungen mit Al und
bewirken die Kristallisation der sich ergebenden intermetallischen Verbindungen während der Verfestigung. Da die intermetallischen
Verbindungen in nachträglicher Weise die Zähigkeit und Bruchdehnung (elongation) beeinträchtigen, sollte
die übermäßige Zugabe dieser Elemente oberhalb der oberen Grenzwerte vermieden werden. Diese fünf Elemente wirken
entweder allein oder in Kombination zweier oder mehrerer
2Q dieser Elemente.
Ferner ist Mn ebenfalls wirksam zur Steigerung des elektrischen Widerstandes, zur Verfeinerung (refine) der Korngröße
und zur Steigerung der Festigkeit, wie auch die oben er-2g
wähnten Ti, Cr, Zr, V und W. Da eine Zugabe von mehr als 2,0 % eine gegenteilige Wirkung auf die Zähigkeit ausübt,
sollte die obere Grenze von 2,0 % für Mn eingehalten werden.
Wenn spezielle Überlegungen erforderlich sind hinsichtlich A der Restradioaktivität, wie im Falle von Materialien, die
in Kernfusionsreaktoren gebraucht werden, kann Mn nachteilig wirken. Wenn Mn beispielsweise in den Aluminiumlegierungen
in einer Menge von 1 % vorhanden ist, verringert sich die Restradioaktivität nach der D-T-Entladung auf Iediglich
10 mrem/Std. nach Ablauf eines Jahres und sogar nach Ablauf von fünf Jahres nach der D-T-Entladung ist
die Restradioaktivität auf ein Zehntel verringert. Somit sollte bei derartigen Anwendungen die Zugabe von Mn vermieden
werden.
Bi wird zugegeben, um Risse des Blockes zu vermeiden, die von einem Mg-Gehalt von mehr als 6,5 % herrühren.
Die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen, die aus der
oben angegebenen Zusammensetzung hergestellt worden sind, besitzen einen hohen Wert für den elektrischen Widerstand
von nicht weniger als 6,4 μΛ-crn (IACS: weniger als 27 %),
eine gesteigerte Festigkeit von tfß: nicht weniger als 15 kg/mm2 und ferner OB: nicht weniger als 20 kg/mm2, hinsichtlich
der Zugfestigkeit, und ferner eine verbesserte Bruchdehnung von nicht weniger als 10 % und ferner nicht
weniger als 20 %. Die erwünschte Kombination der Eigenschaften macht die erfindungsgemäßen Legierungen wertvoll
für die Anwendung als beispielsweise Baumaterialien für Gehäuse-Fahrzeuge (liner motorcars), die in einem starken
magnetischen Feld von Kernfusionsreaktoren und ähnlichen Anlagen verwendet werden. Unter den erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen
sind von Mn freie Aluminiumlegierungen bevorzugt für die Verwendung als Strukturmaterialien von
Kernfusionsreaktoren, da die von Mn freien Legierungen bei der Verringerung von Rest-Radioaktivitäten wirksam sind,
während sie einen erhöhten elektrischen Widerstand aufweisen.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und der daraus abgeleiteten Vorteile sind die nachfolgenden
erläuternden Beispiele angegeben.
Aluminiumlegierungen des Al-Mg-Li-Typs mit verschiedenen
Legierungszusammensetzungen, die in der nachfolgenden Ta-
belle I angegeben sind/ wurden unter Verwendung eines Hochfrequenzofens
(high frequency furnace) unter einer Argonatmosphäre gelöst und zu einem Block mit einer Dicke von
30 mm und einem Durchmesser von 175 mm χ 175 mm, der auszurollen war, gegossen. Danach wurden die entstehenden-Blöcke
homogenisiert bei einer Temperatur von 450 bis 5000C in
einer bezüglich der Atmosphäre angepaßten Ofen, zu 4 mm Dicke heißgewalzt bei einer Temperatur von 350 bis 4500C
und zu 2 mm Dicke kaltgewalzt. Das so kaltgewalzte Blech wurde einer Erweichungsbehandlung bei einer Temperatur von
300 bis 4000C unterworfen, um Testproben zur Verfügung zu
stellen. Die so erhaltenen Formstücke mit unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen wurden hinsichtlich ihres
elektrischen Widerstandes (spezifischer Widerstand) und hinsichtlich der Zugfestigkeitseigenschaften untersucht
und die Testergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt. Der elektrische Widerstand wurde nach dem Wirbelstromverfahren
(eddy current method) gemäß ASTM-B-342 gemessen. Die gemessenen Werte sind in IACS angegeben und ferner wurden
zum Vergleich die gemessenen Werte für den Widerstand umgerechnet
in μβ-cm. Beispielsweise ist der Wert. 27 % in IACS
das Äquivalent für den Widerstandswert von 6,4 μΠ-crn.
Wenn Mg als Legierungselement in den Legierungen in einer Menge oberhalb der oberen Grenze, die oben angegeben wurde,
vorhanden war, tauchten während des Heißwalzens Risse auf und die oben erwähnten Formstücke konnten nicht erhalten
werden. Da ferner Ti, Mn, Cr, Zr, V und W in Mengen, welche die angegebenen Bereiche überschreiten, zur Kristallisation
einer sekundären Dispersionsphase, nämlich Al-Ti, Al-Mn, Al-Cr, Al-Zr, Al-V und Al-W vom Typ der Riesenkristalle
führten, wurden Legierungen mit derartigen überschüssigen Mengen dieser Elemente nicht hergestellt.
Der Biegearbeitstest wurde durchgeführt über die Untersuchung der Grenze des Biegeradius, d.h. durch die Unter-
suchung, um wieviele Male der Dicke des Bleches die Test-Formstücke
gebogen werden können. Ferner wurde eine Bewertung der Restradioaktivität durch Messung des radioaktiven
Niveaus jeder Probe nach Ablauf eines Monats ausgehend von der D-T-Reaktion durchgeführt. In Tabelle II bedeutet das
I -2
Zeichen "0" das Niveau (10 mrem/Std.) welches gegenüber dem Menschen nahezu unschädlich ist, die Bezeichnung
Zeichen "0" das Niveau (10 mrem/Std.) welches gegenüber dem Menschen nahezu unschädlich ist, die Bezeichnung
zeigt das Niveau (10
bis 10 mrem/Std.) an, welches
einige Vorsicht erfordert, und das Zeichen "X" zeigt das
Niveau an (>10 rru
nicht nähern kann.
nicht nähern kann.
— *1
Niveau an (>10 mrem/Std.) unter dem sich ein Mensch fast
| Vergleichs-Le gierungen " fj K ^ -" K ^ ν > |
-J | O | VO | 00 | Legierungen gemäß | CTl | Ul | NJ | U) | NJ | der vorliegenden | O | VO | co | -J | CT1 | Erfindung | ν | -J | U) | NJ | —' |
| NJ | UI | 00 | Ul | (Ti | ui | -1 | U) | —* | Ul | O | φ» | _i | ||||||||||
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tr1 Φ lQ
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Cd M
M H
| Nr. | Auftreten von Rissen während des Walzens |
Elektrischer Widerstand IACS (%) uß.cm |
7,98 | TABELLE II | Dehnung % |
Grenze des Beu gungsradius Z = Blechdicke |
Restradio aktivität |
to | co | |
| 1 | Kein | 21,6 | 7,66 | 21 | 1,2 t | A | K. \ | |||
| Legierung | 2 | Il | 22,5 | 7,24 | Zugfestigkeit kg/um2 |
22 | 1,2 t | O | ro co |
|
| 3 | " | 23,8 | 7,70 | 34,6 | 25 | 1,1 t | O | «_ Ί | ||
| 4 | Il | 22,4 | 8,02 | 33,4 | 22 | 1,2 t | O | ^»J OI |
||
| 5 | Il | 21,5 | 7,91 | 32,5 | 21 | 1,2 t | Δ | |||
| 6 | Il | 21,8 | 7,94 | 33,1 | 22 | 1,2 t '■""" | Δ | |||
| B | 7 | Il | 21,7 | 7,91 | 34,5 | 21 | 1,2 t | A | ||
| I | 8 | Il | 21,8 | 7,91 | 34,1 | 21 | 1,2 t | Δ | ||
| ■I | 9 | II | 21,8 | 7,84 | 34,2 | 22 | 1,2 t | O | ||
| 10 | Il | 22,0 | 7,80 | 34,0 | 21 | 1,2 t | Δ | |||
| β | 11 | Il | 22,1 | 7,80 | 33,2 | 24 | 1,1 t | O | ||
| I | 12 | Il | 22,1 | 7,50 | 34,0 | 24 | 1,1 t | O | ||
| 13 | Il | 23,0 | 6,84 | 33,0 | 30 | 1,0 t | O | |||
| I | 14 | Il | 25,2 | 8,09 | 33,1 | 32 | 1,0 t | X | ||
| 15 | Il | 21,3 | 8,25 | 23,7 | 21 | 1,2 t | O | |||
| B | 16 | Il | 20,9 | 7,90 | 21,5 | 20 | 1,2 t | O | ||
| 17 | Il | 21,9 | 7,91 | 34,4 | 21 | 1,2 t | O | |||
| 18 | Kein | 21,8 | - | 39,6 | 21 | 1,2 t | O | |||
| 19 | Ifeißrißspalten | - | 6,14 | 33,4 | - | - | - | |||
| 20 | Kein | 28,0 | 9758 5,71 |
33,5 | 26 | 1,0 t | O | |||
| CD O) Γ*. CTI ^s <~* |
21 22 |
Il Il |
18,0 30,2 |
- | 14 28 |
2,5 t 1,0 t |
O O |
|||
| 3 § CL! fi |
30,5 | |||||||||
| Vergl Legie |
37,8 27,7 |
|||||||||
Wie zuvor erwähnt wurde, besitzen die erfindungsgemäßen
Legierungen nicht nur einen höheren elektrischen Widerstand, sondern auch eine ausgezeichnete Formbarkeit.
20 25 30 35
Claims (4)
1. Aluminiumlegierung mit hohem elektrischen Widerstand
und ausgezeichneter Formbarkeit, bestehend in Gewichtsprozenten im wesentlichen aus
Mg: 1,0 bis 8,0 %,
Li: 0,05 bis weniger als 1,0 %, mindestens einem Element aus der Gruppe von, angegeben in Gewichtsprozenten
Li: 0,05 bis weniger als 1,0 %, mindestens einem Element aus der Gruppe von, angegeben in Gewichtsprozenten
Ti: 0,05 bis 0,20 %, Cr: 0,05 bis 0,40 %, Zr: 0,05 bis 0,30 %,
V: 0,05 bis 0,35 %, W: 0,05 bis 0,30 %, Mn: 0,05 bis 2,0 %,
und dem Rest an Aluminium und zufälligen Verunreinigung
gen.
»(089) 98 82 72 ■ 74 Telex: 5 24 560 BERG d Bankkonten: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 700 202 70)
Telegramme (cable): Telekopierer: (089) 983049 Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM
BERGSTAPFPATENT München KaIIe Infotec 6350 Gr. Il + III Postscheck München 653 43-808 (BLZ 700100 80)
2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Legierung 2,0
bis 7,0 Gew.-% Mg enthält.
3. Aluminiumlegierung mit hohem elektrischen Widerstand
und ausgezeichneter Formbarkeit, bestehend in Gewichtsprozenten im wesentlichen aus
Mg: 1,0 bis 8,0 %,
Li: 0,05 bis weniger als 1,0 %, Bi: 0,05 bis 0,50 %,
Mg: 1,0 bis 8,0 %,
Li: 0,05 bis weniger als 1,0 %, Bi: 0,05 bis 0,50 %,
mindestens einem Element aus der Gruppe von, angegeben in Gewichtsprozenten
Ti: 0,05 bis 0,20 %,
Cr: 0,05 bis 0,40 %,
15 Zr: 0,05 bis 0,30 %,
V: 0,05 bis 0,35 %, W: 0,05 bis 0,30 %, Mn: 0,05 bis 2,0 %
und dem Rest an Aluminium und zufälligen Verunreinigungen.
4. Aluminiumlegierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Legierung 2,0
bis 7,0 Gew.-% Mg enthält.
25
25
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58169217A JPS6063345A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 電気抵抗が高く成形性に優れたアルミニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3426175A1 true DE3426175A1 (de) | 1985-04-04 |
| DE3426175C2 DE3426175C2 (de) | 1988-11-03 |
Family
ID=15882380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19843426175 Granted DE3426175A1 (de) | 1983-09-16 | 1984-07-16 | Aluminiumlegierung mit hohem elektrischen widerstand und ausgezeichneter formbarkeit |
Country Status (7)
| Country | Link |
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| CA (1) | CA1227671A (de) |
| CH (1) | CH654332A5 (de) |
| DE (1) | DE3426175A1 (de) |
| FR (1) | FR2552111B1 (de) |
| GB (1) | GB2146353B (de) |
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- 1984-06-18 US US06/621,592 patent/US4620961A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-06-28 FR FR8410275A patent/FR2552111B1/fr not_active Expired
- 1984-06-29 GB GB08416584A patent/GB2146353B/en not_active Expired
- 1984-07-16 DE DE19843426175 patent/DE3426175A1/de active Granted
- 1984-09-10 CH CH4308/84A patent/CH654332A5/de not_active IP Right Cessation
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| DE3426175C2 (de) | 1988-11-03 |
| GB2146353B (en) | 1987-01-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: SCHWABE, H., DIPL.-ING. SANDMAIR, K., DIPL.-CHEM. |
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| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |