DE3788387T2

DE3788387T2 - Dispersionsverstärkte Aluminiumlegierungen.

Info

Publication number: DE3788387T2
Application number: DE87112144T
Authority: DE
Inventors: Stephen James Donachie; Paul Sandford Gilman; Robert Douglas Schelleng
Original assignee: Inco Alloys International Inc
Current assignee: Huntington Alloys Corp
Priority date: 1986-08-21
Filing date: 1987-08-21
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2007-08-22
Also published as: ATE98301T1; DE3788387D1; EP0258758B1; US4758273A; EP0258758A3; EP0258758A2; JPS6369937A; ES2046980T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein dispersionsverfestigtes Legierungssystem mit Aluminium, Lithium und Silizium sowie ein Verfahren zum Herstellen gekneteter Aluminium-Legierungen dieses Systems mit verbesserten mechanischen Eigenschaften.
In den letzten Jahren hat es eine erfinderische Suche nach hochfestem Aluminium gegeben, das den Anforderungen fortschrittlicher Konstruktionen in der Flugzeug- und Automobilindustrie sowie im Schiffsbau und der elektrischen Industrie genügt.
Die Anforderungen an derartige Legierungen ergeben sich im einzelnen aus der europäischen Offenlegungsschrift 0 180 144.
Insbesondere erfordern diese Legierungen eine Kombination aus hoher Festigkeit und Duktilität, niedriger Dichte, Zähigkeit sowie Dauerfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit je nach dem endgültigen Verwendungszweck. Das Endprodukt besitzt oft eine verwickelte Konstruktion; es ist daher wünschenswert, daß sich die Legierungen rasch und wirtschaftlich in solche Formen bringen lassen: so ist es von Vorteil, wenn sich verwickelte Konstruktionen durch Schmieden statt auf eine Weise herstellen lassen, die eine individuelle Formgebung durch spanendes Bearbeiten erfordert.
Bei der Konzeption von Aluminium-Legierungen mit niedriger Dichte stehen Zusätze von Magnesium und Lithium im Vordergrund. Diese Elemente verringern nicht nur die Dichte sondern erhohen auch die Festigkeit des Aluminiums. Lithium erhöht zudem den Elastizitätsmodul von Aluminium. Diese in hohem Maße vorteilhaften Wirkungen sind die Grundlage für das laufende Interesse an der Entwicklung von Legierungen dieses Typs. Die Bestrebungen hochfeste Legierungen dieses Typs zu entwickeln wurden jedoch in starkem Maße durch die Neigung dieser Legierungen behindert, verhältnismäßig niedrige Zugfestigkeiten und Bruchzähigkeiten anzunehmen.
In der europäischen Offenlegungsschrift 0 180 144 sind dispersionsverfestigte Aluminium-Magnesium-Lithium-Legierungen beschrieben, die durch mechanisches Legieren, Strangpressen und Formschmieden hergestellt werden. Die wesentlichen Bestandteile des Grundgefüges dieser Legierungen sind Aluminium, Magnesium und Lithium sowie dispersionsverfestigende Bestandteile wie Karbide, Oxyde und/oder Silizide. Die Legierungen können daher auch Silizium enthalten. Numerisch enthalten diese Legierungen - in Gewichtsprozent - etwa 0,5 bis 7% Magnesium, etwa 0,5 bis 4% Lithium, 0 bis 4% Silizium sowie zur Festigkeitserhöhung eine geringe, jedoch wirksame Menge bis etwa 5% Kohlenstoff, eine geringe, jedoch zur Verbesserung der Stabilität und Festigkeit wirksame Menge von bis etwa 1% Sauerstoff, Rest im wesentlichen Aluminium. Außerdem enthalten die Legierungen eine geringe, aber wirksame Menge, und zwar bis etwa 10 Vol.-% eines Dispersoids.
Soweit nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Prozentangaben der Beschreibung und der Patentansprüche auf Gewichtsprozent.
Die Legierungen besitzen vorteilhafte Eigenschaften und lassen sich nach den beschriebenen Herstellungsverfahren in einem weiten Bereich von Bedingungen schmieden und reproduzierbar herstellen. Wenngleich diese Legierungen in hohem Maße wünschenswerte Eigenschaften besitzen, haben sie jedoch auch ihre Grenzen. So ist Lithium weitaus wirksamer bei der Verringerung der Dichte des Aluminiums als andere Elemente. Jedes Prozent Lithiumzusatz verringert die Dichte um etwa 3%. Die maximale Löslichkeit des Lithiums im Aluminium liegt im Falle höherer Temperaturen bei 4%, fällt jedoch auf 1,3% bei Raumtemperatur (Sanders & Starke, Aluminium-Lithium Alloys, AIME Proceedings, May 19-21, 1980) Angesichts der vorteilhaften Wirkungen eines Lithiumzusatzes ist es wünschenswert, soviel Lithium zuzusetzen wie möglich. Übersteigt der Lithiumgehalt jedoch die Löslichkeitsgrenze, werden die Legierungen aushärtbar und unterliegen der Gefahr einer Versprödung im Betrieb.
Die Erfindung gründet sich auf die Feststellung, daß sich bei der Anwesenheit von Silizium in einer dispersionsverfestigten, zwar Lithium, jedoch kein Magnesium enthaltenden Aluminiumbasis-Legierung die Neigung zum Aushärten und Verspröden durch Lithium verringert. Demgemäß erhöht sich bei gleichzeitiger Anwesenheit von Silizium die Menge des Lithiums, die ohne Beeinträchtigung der Duktilität zugesetzt werden kann und eröffnet sich die Möglichkeit, Legierungen mit verringerter Dichte und guter Duktilität herzustellen.
Diese überraschende Wirkung eröffnet die Möglichkeit zu einer Verfestigung des Legierungssystems durch schwerere Elemente wie Kupfer, Kobalt, Zink, Magnesium, Nickel, Eisen, Chrom, Titan, Niob, Zirkonium, Vanadium und Seltene Erdmetalle, beispielsweise Niob.
Die erfindungsgemäße dispersionsverfestigte Aluminium-Lithium-Silizium-Legierung enthält daher mindestens 0,5% Lithium bis zur Löslichkeitsgrenze des Lithiums bei Raumtemperatur, jedoch höchstens 4% Lithium, 0,2 bis 4% Silizium, 0,05 bis 5% Kohlenstoff, 0,05 bis 1% Sauerstoff, sowie fakultativ einzeln oder nebeneinander bis 6% Kobalt, bis 6% Kupfer, bis 7% Zink, bis 2% Mangan, bis 6% Chrom, bis 6% Nickel, bis 8% Eisen, bis 6% Titan, bis 6% Niob, bis 6% Zirkonium, bis 6% Vanadium und bis 5% Seltene Erdmetalle, insgesamt jedoch vorzugsweise nicht über 20%, Rest außer Verunreinigungen Aluminium.
Vorteilhafterweise beträgt der Lithiumgehalt 1 bis 3%, vorzugsweise 1,5 oder 1,6 bis 2,5%. Das Lithium wird als Pulver (elementar oder vorzugsweise als Aluminium-Vorlegierung) dem Legierungssystem zugesetzt, um auf diese Weise Probleme beim Schmelzen und Blockgießen von Aluminium zu vermeiden.
Verbindungen des Kohlenstoffs, Sauerstoffs und des Siliziums sind in geringen Mengen als unlösliche Dispersoide, beispielsweise als Oxyde und/oder Karbide und/oder Silizide vorhanden. Die Legierung kann andere Elemente enthalten, solange diese nicht die für den jeweiligen endgültigen Verwendungszweck erforderlichen Eigenschaften beeinträchtigen. In gleicher Weise kann die Legierung geringe Mengen Verunreinigungen aus den Einsatzmaterialien oder beim Herstellen der Legierung aufnehmen. Des weiteren kann das System weitere unlösliche stabile Dispersoide oder dispersoidbildende Stoffe, beispielsweise zur Erhöhung der Festigkeit bei höheren Temperaturen, enthalten, solange diese nicht gleichzeitig auch die Legierung nachteilig beeinflussen.
Der Siliziumgehalt der Legierungen beträgt vorteilhafterweise 0,2 bis 2%. Vorzugsweise liegt der Siliziumgehalt jedoch bei 0,5 bis 1,5%, typischerweise bei 0,5 bis 1%.
Das System enthält im Hinblick auf eine erhöhte Festigkeit Kohlenstoff. Typischerweise liegt der Kohlenstoffgehalt im Hinblick auf eine erhöhte Festigkeit bei 0,05 bis 2%, vorteilhafterweise bei 0,2 bis 1% oder auch 1,5%, insbesondere bei 0,5 bis 1,2%.
Beim Herstellen der mechanisch legierten Pulver wird der Kohlenstoff normalerweise mit Hilfe eines Verfahrenshilfsmittels, vorzugsweise Methanol, Stearinsäure und Graphit, eingetragen. Im allgemeinen bildet der Kohlenstoff Karbide, beispielsweise mit einem oder mehreren der Komponenten des Systems. Sauerstoff in einer Menge von 0,05 bis 1% erhöht die Festigkeit und Stabilität. Vorzugsweise übersteigt der Sauerstoffgehalt jedoch 0,4 oder auch 0,5% nicht. Der niedrige Sauerstoffgehalt dürfte kritisch sein. Übersteigt der Sauerstoffgehalt 1%, besitzt die Legierung eine geringe Duktilität. In Legierungen mit über 1,5% Lithium übersteigt der Sauerstoffgehalt vorzugsweise etwa 0,5% nicht.
Zu den Dispersoiden der Legierungen gehören Oxyde, Karbide und Silizide. Der Dispersoidanteil der Karbide und Oxyde bewegt sich im Bereich einer geringen, jedoch im Hinblick auf eine erhöhte Festigkeit wirksame Menge bis etwa 25 Vol.-%, gerechnet auf Basis der Karbide als Al&sub4;C&sub3; und der Oxyde als Al&sub2;O&sub3;. Vorteilhafterweise liegt der Anteil jedoch unter 10 Vol.-%, oder besser noch unter 8 Vol.-%. Der Dispersoidgehalt ist vorzugsweise so gering wie möglich im Hinblick auf die angestrebte Festigkeit. Typische Dispersoidgehalte liegen bei 1,5 bis 7 Vol.-%, vorzugsweise bei 2 bis 6 Vol.-%. Auch andere Dispersoide können anwesend sein, beispielsweise Verbindungen oder intermetallische Verbindungen von Aluminium, Lithium und Silizium einzeln oder nebeneinander. Karbid- und Silizid-Dispersoide können sich beim mechanischen Legieren und/oder danach beim Konsolidieren oder thermomechanischen Prozessieren und/oder im Wege eines Zusatzes dieser Dispersoide zu der Pulvercharge bilden. Andere Dispersoide können zugesetzt werden oder sich in situ bilden. Vom Standpunkt der Festigkeit und der Stabilität des Grundgefüges her erweisen sich diejenigen Dispersoide als vorteilhaft, die bei der höchsten Betriebstemperatur in dem Aluminiumgrundgefüge stabil sind. Beispiele für Oxyd- und Karbid-Dispersoide in der Legierung sind Al&sub2;O&sub3;, AlOOH, Li&sub2;Al&sub2;O&sub4;, LiAlO&sub2;, LiAl&sub5;O&sub8;, Li&sub5;AlO&sub4;, Al&sub4;C&sub3;. Andere Dispersoide, beispielsweise Al&sub2;Cu und Al&sub2;CoLi können je nach dem Legierungssystem ebenfalls anwesend sein.
Die dispersoidverfestigten Legierungen werden als Pulver, beispielsweise durch mechanisches Legieren, durch Zugeben eines dispersoidbildenden Elements zu Sprühpulvern oder eine Kombination solcher Pulver hergestellt.
Vorzugsweise werden die Pulverlegierungen zu Schmiedestücken verarbeitet. Bei einer bevorzugten Verwirklichung der Erfindung wird ein Schmiedestück aus einer erfindungsgemäßen Legierung aus einem mechanisch legierten Pulver wie folgt hergestellt: Entgasen und Kompaktieren des Pulvers zum Herstellen eines Kompaktkörpers mit etwa im wesentlichen der vollen Dichte, beispielsweise durch Vakuumheißpressen, Strangpressen und Schmieden.
Unter einem Aspekt der Erfindung besitzen die Aluminium-Legierungen eine Dichte unter etwa 2,8 g/cm³, beispielsweise etwa 2,3 bis etwa 2,6 g/cm³.

Herstellen der Legierung vor dem Fertigen des Endprodukts

Wie bereits erwähnt wird die Legierung - wenngleich ohne Beschränkung darauf - als dispersionsverfestigtes Pulver hergestellt. Vorzugsweise geschieht dies durch mechanisches Legieren und/oder Sprühtechnologien. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf das Herstellen des Pulvers durch mechanisches Legieren.
Das pulvermetallurgische Herstellen hochfesten Aluminiums wurde vorgeschlagen und war Gegenstand umfangreicher Untersuchungen. Die Pulvermetallurgie bietet generell einen Weg zum Herstellen homogener Werkstoffe, zum Einstellen der chemischen Zusammensetzung und zum Einbringen dispersionsverfestigender Teilchen in die Legierung. Außerdem lassen sich schwierig zu verarbeitende Legierungselemente pulvermetallurgisch leichter einbringen als durch ein Blockschmelzen. Das Herstellen dispersionsverfestigter Pulver mit verbesserten Eigenschaften durch pulvermetallurgische Verfahren ist als mechanisches Legieren bekannt und in der US-Patentschrift 3 591 362 beschrieben. Mechanisch legierte Werkstoffe zeichnen sich durch ein feinkörniges, durch gleichmäßig verteilte Dispersoidteilchen wie Oxyde und/oder Karbide stabilisiertes Gefüge aus. Die US-Patentschriften 3 740 210 und 3 816 080 beziehen sich insbesondere auf das Herstellen mechanisch legierter dispersionsverfestigten Aluminiums. Andere Aspekte mechanisch legierter Aluminiumbasis-Legierungen sind in den US-Patentschriften 4 292 079, 4 297 136, 4 409 038, 4 532 106, 4 557 893 und 4 600 556 beschrieben.

(1) Mechanisches Legieren zum Herstellen des Pulvers

Beim mechanischen Legieren handelt es sich um ein Feststoff-Mahlen, wie es in den vorerwähnten Patentschriften beschrieben ist.
Kurzum das Aluminiumpulver wird durch trockenes Mahlen einer Pulvercharge in Anwesenheit eines Mahlmittels, beispielsweise Kugeln, und eines Verfahrenshilfsmittels unter Bedingungen hergestellt, die gewährleisten, daß sich die Pulverteilchen miteinander verreiben und durch gleichzeitiges Verreiben und Verschweißen beim Mahlen neue, dichte Verbundteilchen mit Fragmenten der Ausgangspulver in inniger Vermischung und gleichmäßiger Verteilung bilden. Das Mahlen geschieht unter einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise unter Argon, um so den Sauerstoffgehalt einzustellen, da unter diesen Umständen als Sauerstoffquelle tatsächlich nur die Ausgangspulver und die Verfahrenshilfsmittel in Frage kommen. Gleichwohl können auch eingestellte Sauerstoffmengen als weitere Sauerstoffquelle in die Mühle eingebracht werden. Bei den Verfahrenshilfsmitteln handelt es sich um einen das Verschweißen steuernden und Kohlenstoff liefernden Stoff, beispielsweise Graphit oder einen sauerstoffhaltigen, verdampfenden Kohlenwasserstoff wie organische Säuren, Alkohole, Aldehyde und Äther. Das Herstellen dispersionsverfestigten mechanisch legierten Aluminiums ist im einzelnen in den US-Patentschriften 3 740 210 und 3 816 080 beschrieben. Geeignet ist das Herstellen eines Pulvers in einer Kugelmühle bei einem Kugel/Pulver-Gewichtsverhältnis von 15 : 1 bis 60 : 1. Wie oben bereits erwähnt, zählen zu den bevorzugten Verfahrenshilfsmitteln Methanol, Stearinsäure und Graphit. Der Kohlenstoff dieser organischen Verbindungen und/oder des Graphits wird in das Pulver inkorporiert und leistet so einen Beitrag zu dem Dispersoidgehalt.

(2) Entgasen und Kompaktieren

Ehe das dispersionsverfestigte, mechanisch legierte Pulver weiterverarbeitet wird, muß es entgast und kompaktiert werden. Dies geschieht unter Vakuum und generell bei einer Temperatur von 480ºC (895ºF) bis unmittelbar unterhalb des beginnenden Verflüssigens der Legierung. Die Entgasungstemperatur sollte höher als jedwede Betriebstemperatur der Legierung sein. Das Entgasen geschieht vorzugsweise beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 480ºC (900ºF) bis 545ºC (1015ºF) und mehr, insbesondere oberhalb 500ºC (930ºF). Das Pressen der Legierung findet bei einer Temperatur von etwa 545ºC (1015ºF) bis etwa 480ºC (895ºF) statt.
Besonders vorteilhaft ist ein Entgasen und Kompaktieren durch Vakuumheißpressen, wenngleich auch andere Technologien angewandt werden können. So läßt sich das entgaste Pulver beispielsweise durch Vakuum-Strangpressen weiterverarbeiten. Um das Pulver bis zum Erreichen im wesentlichen der vollen Dichte strangzupressen, sollte das Kompaktieren darauf ausgerichtet sein, die Porosität abzuschließen, um ein internes Verunreinigen des Strangpreßlings durch das Schmiermittel beim Strangpressen zu vermeiden. Dies läßt sich durch ein Kompaktieren bis mindestens 85% der vollen Dichte, vorteilhafterweise bis über 95% der Dichte und insbesondere bis über 99% der vollen Dichte erreichen. Vorzugsweise werden die Pulver bis auf 99% ihrer vollen Dichte und mehr, d. h. bis im wesentlichen zu ihrer vollen Dichte kompaktiert.
Die nach dem Entgasen und Kompaktieren anfallenden Produkte werden dann zu Endprodukten weiterverarbeitet.

Herstellung

Das Herstellen verwendbarer Endprodukte aus der Legierung geschieht sowohl durch Konsolidieren als auch durch Formgeben. Das Konsolidieren und Formgeben bis zur endgültigen Gestaltung kann mittels üblicher Herstellungsverfahren geschehen, beispielsweise durch Walzen, Gesenkschmieden, Strangpressen und Schmieden einzeln oder nebeneinander, ohne daß die Erfindung auf eines der vorerwähnten Verfahren beschränkt wäre. Gleichwohl werden die erfindungsgemäßen Legierungen nachfolgend im wesentlichen mit Bezug auf ein Schmieden beschrieben. Wie bereits erwähnt, besitzt das Schmieden unter bestimmten Voraussetzungen Vorteile.

(1) Konsolidierung

Das Konsolidieren zielt im Rahmen der einzelnen Fabrikationsstufen auf eine volle Dichte der Legierung ab. Sowohl die volle Dichte als auch das Aufbrechen jedweder Oberflächenoxyde läßt sich beispielsweise durch Strangpressen erreichen.
Liegt die Legierung als Schmiedestück vor, wie in der europäischen Offenlegungsschrift 0 180 144 beschrieben, dann bewegt sich die Strangpreßtemperatur vorteilhafterweise innerhalb eines engen Bereichs und kommt dem Schmieren sowie dem konischen Strangpreßwerkzeug eine gewisse Bedeutung zu. So liegt bei einem erfindungsgemäßen Schmiedestück die Strangpreßtemperatur im Bereich über der anfänglichen Strangpreßtemperatur bis etwa 400ºC (750ºF), und findet das Strangpressen unter Verwendung eines Schmiermittels statt, vorzugsweise mittels eines konischen Werkzeugs, um so einen stranggepreßten Knüppel mit im wesentlichen der vollen Dichte zu schaffen, so daß die erreichte Höchsttemperatur in der Strangpresse nicht mehr als 28ºC (50ºF) unter der Solidustemperatur liegt. Typischerweise beträgt die Temperatur etwa 230ºC (450ºF) bis 400ºC (750ºF). Vorteilhafterweise sollte das Konsolidieren jedoch unter etwa 370ºC (700ºF), insbesondere bei etwa 260ºC (500ºF) bis etwa 300ºC (675ºF), vor allem jedoch nicht über etwa 345ºC (650ºF) oder auch unter etwa 330ºC (625ºF) stattfinden. Die Temperatur sollte jedoch so hoch sein, daß sich die Legierung bei einem vertretbaren Druck durch das Strangpreßwerkzeug bringen läßt. Typischerweise ist dies bei einer Temperatur über etwa 230ºC (450ºF) der Fall. Es wurde festgestellt, daß Temperaturen über etwa 260ºC (500ºF) in hohem Maße vorteilhaft sind. Beim Strangpressen mit einer Temperatur von etwa 260ºC (500ºF) ergibt sich der zusätzliche Vorteil einer größeren Flexibilität bei den Schmiedebedingungen. Diese Flexibilität nimmt im oberen Bereich der Strangpreßtemperaturen ab.
Unter der Anfangstemperatur des Strangpressens ist die niedrigste Temperatur zu verstehen, bei der sich eine bestimmte Legierung unter Verwendung einer bestimmten Presse und bei einem bestimmten Strangpreßverhältnis strangpressen läßt. Das Strangpreßverhältnis beträgt mindestens 3 : 1 und kann beispielsweise bei etwa 20 : 1 und darüber liegen.
Die vorerwähnten Strangpreßtemperaturen für Aluminium-Lithium-Silizium-Legierungen gewährleisten ein Maximum an Festigkeit, da die Festigkeit normalerweise der anfängliche Eignungstest für Schmiedeteile aus Aluminiumbasis-Legierungen ist. Dabei bleibt festzuhalten, daß es dann, wenn die Festigkeit nicht im Vordergrund steht, die Lehre der Erfindung erlaubt, zugunsten anderer Eigenschaften in Grenzen auf die Festigkeit zu verzichten.
Das Strangpressen geschieht vorzugsweise mit Hilfe eines konischen Werkzeugs anstelle eines scherenden Werkzeugs. Unter einem konischen Werkzeug ist ein Werkzeug zu verstehen, bei dem der Übergang von dem Strangpreßbehälter zu dem Werkzeug stetig ist. Vorteilhafterweise liegt der Winkel des Werkzeugkopfs in bezug auf den Strangpreßbehälter unter etwa 60º, er beträgt vorzugsweise etwa 45º.
Das Schmiermittel wird in das Werkzeug und/oder den Strangpreßling gegeben. Die beim Strangpressen zur Verwendung kommenden Schmiermittel müssen mit der Legierung und der Strangpresse verträglich sein, d. h. dem Strangpreßbehälter und dem Werkzeug. Das dem Ausgangskörper zugesetzte Schmiermittel schützt diesen vor dem beim Strangpressen verwendeten Schmiermittel.
Geeignete Schmiermittel für bestimmte Metalle sind allgemein bekannt. Derartige Schmiermittel berücksichtigen beispielsweise das Erfordernis, eine Korrosion zu vermeiden und den Kontakt des Strangpreßlings mit der Strangpresse weniger kritisch zu machen. Als Schmiermittel kommen beispielsweise in Frage: Kerosin, mineralisches Öl, Fettemulsionen und mineralisches Öl mit sulfidierten Fettölen. Füllstoffe wie Kalk, Schwefel und Graphit können zugegeben werden. Als Beispiel eines Schmiermittels für eine Strangpresse mag kolloidaler Graphit in Öl oder Wasser, Molybdändisulfid, Borsulfid und Bornitrid dienen.
Die Strangpreßknüppel eignen sich zum Schmieden. Falls erforderlich, können die Knüppel zur Beseitigung von Oberflächenfehlern spanend bearbeitet werden.

(2) Schmieden

Im allgemeinen zeichnen sich die erfindungsgemäßen Legierungen durch eine im Hinblick auf ihre Zusammensetzung und die Schmiedevorrichtung niedrigst mögliche Schmiedetemperatur aus. Das Schmieden kann ein- oder mehrstufig geschehen. Beim mehrstufigen Schmieden ist die Temperatursteuerung auf den Schmiedebeginn oder die Blockstufe gerichtet. Wie beim Strangpressen scheint im Hinblick auf eine hohe Festigkeit ein Schmieden der erfindungsgemäßen Aluminium-Legierungen bei einer Temperatur unterhalb derjenigen, bei der sich eine Festigkeitsabnahme ergibt, geeignet. Das Schmieden sollte unterhalb etwa 400ºC (750ºF) und insbesondere unter 370ºC (700ºF), beispielsweise bei 230ºC (450ºF) bis etwa 345ºC (650ºF), typischerweise bei etwa 260ºC (500ºF) stattfinden.
Obgleich sich die Schmiedbarkeit mit zunehmender Temperatur verbessert, hat sich herausgestellt, daß sich höhere Schmiedetemperaturen nachteilig auswirken. Bei einem mehrstufigen Schmieden ist die Eingangsstufe kritisch. Beim nachfolgenden Schmieden eines mehrstufigen Schmiedens nach der Eingangsstufe sollte die Schmiedetemperatur über der für das Verfahren Empfohlenen liegen. Im Hinblick auf eine maximale Festigkeit findet das Schmieden im unteren Teil des Temperaturbereichs statt, wenn das Strangpressen im oberen Bereich stattgefunden hat, so findet das Schmieden für das vorliegende Legierungssystem (oder bei einem mehrstufigen Schmieden die Eingangsstufe) im oberen Bereich der Strangpreßtemperaturen, beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 230ºC (450ºF) bis etwa 400ºC (750ºF) statt, wenn das Strangpressen bei etwa 260ºC stattgefunden hat, und die Schmiedetemperatur (oder die Temperatur des Schmiedebeginns) liegt in einem engeren Bereich am unteren Ende der Strangpreßtemperatur, beispielsweise bei etwa 260ºC (500ºF), wenn das vorhergehende Strangpressen bei 370ºC (700ºF) stattgefunden hat.
Wenngleich sich aus der obenerwähnten europäischen Offenlegungsschrift 0 180 144 ergibt, daß die Schmiedebedingungen mit der Legierungszusammensetzung variieren, hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die Schmiedebedingungen - insbesondere die Schmiedetemperatur - bei denen sich die Legierungen schmieden lassen, von der Temperatur des Konsolidierens, insbesondere Strangpressens abhängen.

(3) Aushärten

Wie oben bereits erwähnt, verringert sich bei Siliziumzugaben das Aushärten in Folge des Lithiums, was vorteilhafterweise eine Verringerung der Versprödung in Folge des Lithiums unter Beibehaltung einer guten Duktilität mit sich bringt. Demzufolge sind höhere Lithiummengen verbunden mit dem Vorteil des Herstellens von Legierungen mit geringerer Dichte möglich. So bewirkt eine Lithiumzugabe von etwa 0,5% eine Verringerung der Dichte der Legierung um etwa 0,02 bis 0,03 g/cm³. Das Silizium ist im wesentlichen ohne Wirkung auf die Dichte der Legierungen. Das erlaubt andere Legierungsmittel, beispielsweise schwerere Elemente wie Kupfer, Kobalt, Zink, Mangan, Nickel, Eisen, Chrom, Titan, Niob, Zirkonium, Vanadium und/oder Seltene Erdmetalle zur Verbesserung der Festigkeit, unter Beibehaltung einer zufriedenstellenden Duktilität und einer Dichte der Legierung in einem erträglichen Rahmen.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich Aluminium-Legierungen mit niedriger Dichte und hoher Festigkeit, beispielsweise einer 0,2%-Streckgrenze über 410 MPa (60 ksi) und einer Dehnung über 3% im Schmiedezustand ohne Rückgriff auf ein Ausscheidungshärten erreichen lassen, das zu Legierungen mit weniger attraktiven Eigenschaften außer der Festigkeit führen kann.
Gleichwohl ist eine Wärmebehandlung möglich, wenn es sich um auf ein Aushärten ansprechende Legierungssysteme handelt.
Es ist festzuhalten, daß bei den vorstehenden Ausführungen die Umrechnung der Temperaturen von ºF in ºC ebenso aufgerundet wurde wie bei der Umrechnung von ksi in MPa. Mit Blick auf die Bedingungen einer kommerziellen Herstellung ist es nicht praktisch oder realistisch Bedingungen bis zur Grenze des bei Laborversuchen Möglichen anzuwenden oder zur Bedingung zu machen. Temperaturen können, beispielsweise, um 50ºF von der Vorgabe abweichen. So leistet der größere Rahmen bei den Verfahrensbedingungen einen Beitrag zu dem praktischen Wert des Verfahrens.

(4) Beispiele

In der nachfolgenden Tabelle sind Beispiele von Aluminium-Lithium-Silizium-Legierungen mit weiteren Elementen zur Dispersionsverfestigung nach der Erfindung zusammengestellt.
In jedem Falle können Knüppel der Legierungen aus dispersionsverfestigten Legierungspulvern mit Aluminium, Lithium, Silizium, Kohlenstoff und Sauerstoff sowie Zusatzelementen beispielsweise durch mechanisches Legieren hergestellt werden.
So enthalten typische Aluminiumbasis-Legierungen außer Kohlenstoff und Sauerstoff 0,5 bis 4% Silizium, beispielsweise 1 bis 3%, 0,3 bis 4% Silizium, beispielsweise 1 bis 3%, 0 bis 6% Kobalt, beispielsweise 2 bis 4%, 0 bis 6% Kupfer, beispielsweise 2 bis 4%, 0 bis 7% Zink, beispielsweise 4 bis 6%, 0 bis 2% Mangan, beispielsweise 0,5 bis 1,5%, 0 bis 6% Nickel, beispielsweise 2 bis 4%, 0 bis 8% Eisen, beispielsweise 4 bis 6%, 0 bis 6% Chrom, beispielsweise 3 bis 5%, 0 bis 6% Titan, beispielsweise 3 bis 5%, 0 bis 6% Niob, beispielsweise 3 bis 5%, 0 bis 6% Zirkonium, beispielsweise 3 bis 5%, 0 bis 6% Vanadium, beispielsweise 3 bis 5%, 0 bis 5% Seltene Erdmetalle, beispielsweise 2 bis 4%. Tabelle Al Cr Ti Li Si Zr Co Ni Fe Ce V Nb Rest

Claims

1. Dispersionsverfestigte Aluminium-Lithium-Silizium-Legierung mit - jeweils in Gewichtsprozent - mindestens 0,5% Lithium bis zur Löslichkeitsgrenze des Lithiums bei Raumtemperatur, jedoch höchstens 4%, 0,2 bis 4% Silizium, 0,05 bis 5% Kohlenstoff, 0,05 bis 1% Sauerstoff, sowie fakultativ einzeln oder nebeneinander bis 6% Kobalt, bin 6% Kupfer, bis 7% Zink, bis 2% Mangan, bis 6% Chrom, bis 6% Nickel, bis 8% Eisen, bis 6% Titan, bis 6% Niob, bis 6% Zirkonium, bis 6% Vanadium und bis 5% Seltene Erdmetalle, Rest außer Verunreinigungen Aluminium.

2. Legierung nach Anspruch 1 mit Lithium, Silizium, Kohlenstoff und Sauerstoff in den angegebenen Mengen, Rest außer Verunreinigungen Aluminium.

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2 mit höchstens 2% Silizium.

4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit höchstens 2% Kohlenstoff.

5. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit höchstens 0,5% Sauerstoff.

6. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit höchstens 10 Vol.-% eines Dispersoids.

7. Legierung nach Anspruch 6 mit einem Dispersoidgehalt von 2 bis 6 Vol.-%.

8. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Form eines mechanisch legierten Pulvers.

9. Verfahren zum Herstellen gekneteter Produkte aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisch legiertes Pulver konsulidiert und durch Vakuumheißpressen, Strangpressen und Schmieden geformt wird.