DE60309711T2

DE60309711T2 - Aluminum alloy forging material with excellent high temperature fatigue strength

Info

Publication number: DE60309711T2
Application number: DE2003609711
Authority: DE
Inventors: Yasuki Kamitakahara; Toshihiro Katsura; Manabu Nakai; Yasuaki Watanabe
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2023-09-27
Also published as: EP1522600B1; EP1522600A1; DE60309711D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Aluminiumlegierungsschmiedematerial der A-2000er-Reihen (anschließend wird Aluminium nur als Al bezeichnet), und insbesondere ein Al-Legierungsschmiedematerial mit einer ausgezeichneten Hochtemperaturermüdungsfestigkeit und anderen ausgezeichneten Hochtemperatureigenschaften (Wärmebeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit).The The present invention relates to aluminum alloy forged material the A-2000 series (subsequently aluminum is referred to as Al only), and in particular an Al alloy forging material with an excellent high temperature fatigue strength and others excellent high temperature properties (heat resistance and high temperature strength).

Al-Legierungsschmiedematerialien mit ausgezeichneten Hochtemperatureigenschaften werden in Materialien für Luft- und Raumfahrtausrüstungen, wie Raketen und Flugzeuge; Materialien für Transportausrüstungen, wie Schienenfahrzeuge, Kraftfahrzeuge und Schiffe; oder Materialien für Maschinenteile, wie Motorenteile und Kompressoren; speziell in Teilen, die aus Al-Legierung hergestellt sind, welche bei Betriebsbedingungen von besonders hohen Temperaturen, die 100°C übersteigen, eingesetzt werden, wie in Drehrotoren und Propellern oder Kolben, verwendet. Die Hochtemperatureigenschaften schließen hier Kriechbeständigkeit und eine Hochtemperaturfestigkeit unter hohen Temperaturen ein.Al alloy forged materials with excellent high temperature properties are used in materials for air and space equipment, like missiles and planes; Materials for transport equipment, such as rail vehicles, motor vehicles and ships; or materials for machine parts, such as engine parts and compressors; especially in parts made of Al alloy are manufactured, which under operating conditions of particularly high Temperatures exceeding 100 ° C, be used, as in rotors and propellers or pistons, used. The high temperature features close here Creep resistance and a high-temperature strength under high temperatures.

Üblicherweise wurden die Al-Legierungen der 2000er-Reihen von AA-Standard oder JIS-Standard (nachstehend als 2000er-Reihen bezeichnet) für diese so genannten wärmebeständigen Al-Legierungsschmiedematerialien verwendet. Diese Art von Al-Legierung schließt 2219, 2618, usw. ein. Jedoch die längere Anwendung bei hohen Temperaturen über 120°C ergibt auffällige Festigkeitsverminderung in diesen Aluminiumlegierungen der 2000er-Reihen. Um eine Kriecheigenschaft und eine Hochtemperaturfestigkeit bei Betriebsbedingungen bei hohen, 120°C übersteigenden Temperaturen zu verbessern, wurde aus diesem Grund in den letzten Jahren 2219-Al-Legierung, die 0,3 % Mg einschließt, zugesetzt; das heißt, 2519-Al-Legierung (Al /6,1 Cu; 0,3 Mn; 0,15 Zr; 0,1 V) wurde entwickelt. Zusätzlich wurde auch 2519(Ag)-Al-Legierung entwickelt, worin Ag in 2519-Al-Legierung zugesetzt wird. Und viele Al-Legierungen in Beziehung zu diesen 2519-Al-Legierungen und 2519(Ag)-Al-Legierungen wurden auch vorgeschlagen (siehe beispielsweise JP-A-Nr. 1987-112748 und US-Pat. Nr. 4610733).Usually were the Al alloys of the 2000 series of AA standard or JIS standard (hereinafter referred to as 2000 series) for these so-called heat-resistant Al alloy forging materials used. This type of Al alloy includes 2219, 2618, etc. however the longer application at high temperatures over 120 ° C results showy Strength reduction in these 2000 series aluminum alloys. To provide a creeping property and high-temperature strength Operating conditions at high temperatures exceeding 120 ° C For this reason, in recent years, 2219-Al alloy has been improving 0.3% Mg, added; this means, 2519 Al alloy (Al / 6.1 Cu, 0.3 Mn, 0.15 Zr, 0.1 V) was developed. additionally also became 2519 (Ag) -Al alloy wherein Ag is added in 2519 Al alloy. And many Al alloys were related to these 2519 Al alloys and 2519 (Ag) Al alloys also proposed (see, for example, JP-A Nos. 1987-112748 and US Pat. No. 4610733).

Die Erfinder haben auch wärmebeständige Al-Legierungen vorgeschlagen, die die Garantie von verbesserten Hochtemperatureigenschaften mit ausreichender Reproduzierbarkeit ermöglichen. Dies schließt nachstehenden Inhalt ein: eine mittlere Größe der θ' Phase wird als nicht mehr als 120 nm eingestellt, und ein mittleres Intervall zwischen den Ausscheidungen in der θ' Phase wird als nicht mehr als 100 nm eingestellt und eine mittlere Größe der Ω Phase wird als nicht mehr als 100 nm eingestellt, und ein mittleres Intervall zwischen den Ausscheidungen in der Ω Phase wird als nicht mehr als 150 nm eingestellt, wobei in der θ' Phase und/oder Ω Phase einer wärmebeständigen Al-Legierung Cu: 1,5–7,0 % und Mg: 0,01–2,0 % enthalten sind, und weiterhin selektiv Ag: 0,05–0,7 % (siehe JP-A-Nr. 1999-302764, und 93 enthalten ist. Herbsttagung-Vortragsentwurf des Japanischen Instituts für Leichtmetalle (eingereicht am 20. Januar 1997, Seiten 233–234)).The Inventors also have heat resistant Al alloys suggested that the guarantee of improved high temperature properties with sufficient reproducibility. This includes the following Content: an average size of the θ 'phase is considered not set more than 120nm, and a middle interval between the precipitates in the θ 'phase is considered not set more than 100 nm and a mean size of Ω phase is considered no more set as 100nm, and a middle interval between the Excretions in the Ω phase is set as not more than 150 nm, wherein in the θ 'phase and / or Ω phase of a heat-resistant Al alloy Cu: 1.5-7.0 % and Mg: 0.01-2.0 %, and further selectively Ag: 0.05-0.7% (see JP-A-No. 1999-302764, and 93 is included. Autumn Conference presentation design of the Japanese Institute for Light metals (filed January 20, 1997, pages 233-234)).

Weiterhin haben Anwendungsteile, für die Hochtemperatureigenschaften gefordert werden, grundsätzlich Formen von einer dicken zylindrischen Form und eine komplizierte Form mit vielen Schneiden darum. Aus diesem Grund werden, wenn diese Teile durch Al-Legierung hergestellt werden, Barren bzw. Rohlinge mit einer Form des Hauptteils von Al-Legierung (massiv) heiß geschmiedet (Kaltschmieden nach Heißschmieden ist auch eingeschlossen) und dann wird erhaltenes geschmiedetes Material durch Schneiden verarbeitet, um Zielteile zu ergeben. Und, da diese Anwendungsteile zwischen engem Raum oder Spielraum bei hohen Geschwindigkeiten gleiten oder rotieren, sind hohe Genauigkeit der Abmessungen und hohe Glätte für dieselben sehr erforderlich.Farther have application parts, for the high temperature properties are required, basically shapes of a thick cylindrical shape and a complicated shape with many cutting around it. Because of this, if these parts are produced by Al alloy, ingots or blanks with a Shape of the main part of Al alloy (solid) hot forged (Cold forging after hot forging is also included) and then obtained forged material processed by cutting to give target parts. And, there these Applied parts between tight space or travel at high speeds Sliding or rotating, are high accuracy of the dimensions and high smoothness for them very much required.

Um deshalb Hochtemperatureigenschaften für wärmebeständige Al-Legierungs-Schmiedematerialien für Hochgeschwindigkeitsbewegungsteile und Maschinenverarbeitbarkeit beim Schneiden von Hochgeschwindigkeitsbewegungsteilen zu garan tieren, schlagen die Erfinder vor: Mikrostrukturen nach Lösungswärmebehandlung von Al-Legierungs-Schmiedematerialien haben θ' Phase und/oder Ω Phase; und ein Kristallkorndurchmesser ist von isometrisch rekristallisierten Teilchen von nicht mehr als 500 μm (siehe JP-A-Nr. 2000-119786).Around Therefore, high temperature properties for heat resistant Al alloy forged materials for high speed moving parts and machinability when cutting high-speed moving parts to guarantee animals, the inventors propose: microstructures after Solution heat treatment Al alloy forged materials have θ 'phase and / or Ω phase; and a crystal grain diameter is of isometrically recrystallized particles of not more than 500 μm (see JP-A-No. 2000-119786).

Selbst wenn Al-Legierungs-Schmiedematerialien, die in Hochtemperatureigenschaften ausgezeichnet sind, durch solche Technik in der Metallurgie entwickelt werden, können Verfahren zum künstlichen Altern unter Härtung bei hohen Temperaturen, die nach einer Lösungswärmebehandlung und Härtungsverarbeiten in Al-Legierungs-Schmiedematerialien ausgeführt werden, die manchmal ausgeführt werden, die Festigkeit jedoch eigentlich nicht verbessern, und es kann die Festigkeit nach künstlichem Altern unter Härtungsverarbeiten, das für diese Art von Al-Legierungs-Schmiedematerialien (wärmebeständige Al-Legierungs-Schmiedematerialien) und auch für eine Hochtemperaturermüdungsfestigkeit erforderlich ist, senken. Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Beachtung einer solchen Situation und einer ihrer Zwecke ist die Bereitstellung von Al-Legierungs-Schmiedematerialien, die nicht nur Hochtemperatureigenschaften, wie Wärmebeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeitsbelastung, sondern auch eine ausgezeichnete Hochtemperaturermüdungsfestigkeit aufweisen.Even if Al alloy forged materials excellent in high-temperature properties are developed by such a technique in metallurgy, high aging artificial aging processes performed after solution heat treatment and hardening processing in Al alloy forged materials can be used however, can not actually improve the strength, and it can lower the strength after artificial aging under hardening processing required for this kind of Al alloy forging materials (heat-resistant Al alloy forging materials) and also for high-temperature fatigue strength. The present invention In consideration of such a situation and one of its purposes, it is the provision of Al alloy forged materials which not only have high-temperature properties such as heat resistance and high-temperature strength load but also excellent high-temperature fatigue resistance.

Ein wichtiger Aspekt von einem Aluminiumlegierungsschmiedematerial der vorliegenden Erfindung, um den Zweck zu erreichen, ist es, dass das Material einschließt, Cu: 4,0–7,0 %; Mg: 0,2–0,4 %; Ag: 0,05–0,7 %; V: 0,05 %–0,15 %, wobei eine Verteilungsdichte von Ausscheidungen auf Al-V-Basis in der Struktur des Schmiedematerials nicht weniger als 1,5 Stück/μm³ beträgt, und wobei die Kristallkorngröße des Aluminiumlegierungsschmiedematerial äquiaxial ist und der mittlere Korndurchmesser in einem Bereich von 10–500 μm liegt.An important aspect of an aluminum alloy forging material of the present invention to achieve the purpose is that the material includes Cu: 4.0-7.0%; Mg: 0.2-0.4%; Ag: 0.05-0.7%; V: 0.05% -0.15%, wherein a distribution density of Al-V-based precipitates in the structure of the forging material is not less than 1.5 pieces / μm ³ , and wherein the crystal grain size of the aluminum alloy forged material is equiaxial, and the average grain diameter is in a range of 10-500 microns.

Um außerdem in erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsschmiedematerialien eine Verteilungsdichte von Ausscheidungen auf Al-V-Basis in der Struktur des Schmiedematerials auf nicht weniger als 1,5 Stück/μm³ einzustellen, wird ein Aluminiumlegierungsgießmaterial, einschließlich Cu: 4,0–7,0 %; Mg: 0,2–0,4 %; Ag: 0,05–0,7 %; V: 0,05 %–0,15 %, nach homogenisierter Wärmebehandlung bei einer Tempe ratur von 500–535°C für nicht weniger als 15 Stunden, vorzugsweise bei einer Temperatur von 280–430°C, heiß geschmiedet und anschließend wird Lösungswärmebehandlung bei einer Temperatur von 510–545°C ausgeführt, um ein Härtungsverarbeiten zu ergeben.Further, in aluminum alloy forging materials of the present invention, to set a distribution density of Al-V-based precipitates in the structure of the forging material to not less than 1.5 pieces / μm ³ , an aluminum alloy casting material including Cu: 4.0-7.0%; Mg: 0.2-0.4%; Ag: 0.05-0.7%; V: 0.05% -0.15%, after homogenized heat treatment at a temperature of 500-535 ° C for not less than 15 hours, preferably at a temperature of 280-430 ° C, hot forged and then solution heat treatment at a temperature of 510-545 ° C to give a cure processing.

Außerdem geben alle %-Wiedergaben von einem Legierungselementinhalt ein Masse-% wieder. Nebenbei wird die Definition der Verteilungsdichte von Ausscheidungen auf Al-V-Basis in der Struktur des vorstehend erwähnten Schmiedematerials für thermisch veredelte Aluminiumlegierungsschmiedematerialien ausgewiesen.Besides, give all% reproductions of one alloy element content one mass% again. Incidentally, the definition of the distribution density of precipitates Al-V based in the structure of the above-mentioned forging material for thermal refined aluminum alloy forgings.

Die Erfinder beantragten bereits, als eine Anmeldung für die Japanische Patentanmeldung Nr. 2003-90660, ein Patent als Schmiedematerial-Erfindung, welches V als Legierungselement einschließt, um Hochtemperatureigenschaften, wie Wärmebeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit, von Aluminiumlegierungsschmiedematerialien zu verbessern. Jedoch haben die Erfinder gefunden, dass nur eine geringe Menge an Verbindungen auf Al-V-Basis erhalten werden könnte, die in Schmiedematerialstrukturen ausgeschieden sind, die tatsächlich unter einigen Herstellungsbedingungen hergestellt wurden, auch wenn eine im Wesentlichen ausreichende Menge an V als Legierungselement eingeschlossen war, und folglich hatte die Verbesserung, insbesondere in der Hochtemperaturermüdungsfestigkeit, eine Grenze in den Hochtemperatureigenschaften. Tatsächlich zeigt eine Hochtemperaturermüdungsfestigkeit, die durch die vorstehend erwähnte Japanische Patentanmeldung Nr. 2003-90660 ausgewiesen ist, eine Anzahl von (3 – 6) × 10⁶ -mal [wiederge-geben auch als (3 – 6)e6] von Bruchwiederholungen in dem Dreh-Biege-Ermüdungstest (unter Bedingungen von maximaler Belastung 130 MPa und einem Spannungsverhältnis von 1, und 150°C).The inventors have already applied as an application for Japanese Patent Application No. 2003-90660, a patent forging material invention including V as an alloying element to improve high-temperature properties such as heat resistance and high-temperature strength of aluminum alloy forged materials. However, the inventors have found that only a small amount of Al-V-based compounds excreted in forging material structures actually produced under some manufacturing conditions could be obtained even if a substantially sufficient amount of V was included as an alloying element and thus, the improvement, especially in the high temperature fatigue strength, has a limit in the high temperature properties. In fact, a high-temperature fatigue strength designated by the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2003-90660 shows a number of (3 - 6) × 10 ⁶ times [also represented as (3-6) e 6] of break repeats in the US Pat Rotary bending fatigue test (under conditions of maximum load 130 MPa and a stress ratio of 1, and 150 ° C).

Andererseits wird in der vorliegenden Erfindung eine Verbindung auf Al-V-Basis in einer Schmiedematerialstruktur ausgeschieden, sodass eingeschlossenes V einer ausreichenden Menge (Zahl) genügt, um die Hochtemperaturermüdungsfestigkeit zu erhöhen. Im Ergebnis wird eine Hochtemperaturermüdungsfestigkeit auffällig verbessert, verglichen mit einem Schmiedematerial, einschließlich vergleichsweise kleiner Menge an Verbindung auf Al-V-Basis, die in einer Struktur des Schmiedemate rials ausgeschieden wurde, neben einem ähnlichen Gehalt an V.on the other hand In the present invention, an Al-V-based compound is used excreted in a forged material structure, so that enclosed V of a sufficient amount (number) suffices for the high temperature fatigue strength to increase. As a result, a high-temperature fatigue strength is conspicuously improved, compared with a forging material, including comparatively smaller Amount of Al-V based compound present in a structure of forging material was excreted, in addition to a similar content of V.

(Verteilungsdichte von Ausscheidung auf Al-V-Basis)(Distribution density of Excretion based on Al-V)

Um in der vorliegenden Erfindung ein Schmiedematerial mit nicht nur ausgezeichneten Hochtemperatureigenschaften, wie Wärmebeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit, sondern ausgezeichnete Hochtemperaturermüdungsfestigkeit zu erhalten, wird eine Verteilungsdichte von Ausscheidung auf Al-V-Basis in der Struktur des Schmiedematerials auf nicht weniger als 1,5 Stück μm³ eingestellt. Eine Verteilungsdichte von Ausscheidung auf Al-V-Basis von weniger als 1,5 Stück/μm³ kann die Hochtemperaturermüdungsfestigkeit nicht auffällig verbessern.In the present invention, in order to obtain a forging material having not only excellent high temperature properties such as heat resistance and high temperature strength but excellent high temperature fatigue strength, a distribution density of Al-V precipitate in the structure of the forging material becomes not less than 1.5 pieces μm ³ set. A distribution density of Al-V-based precipitation of less than 1.5 pieces / μm ³ can not noticeably improve the high-temperature fatigue strength.

Um die Hochtemperaturermüdungsfestigkeit eines Aluminiumlegierungsschmiedematerials zu sichern, ist es bevorzugt, dass die Verteilungsdichtedefinition von solcher Ausscheidung auf Al-V-Basis über die Gesamtheit der Schmiedematerialstruktur oder mindestens in einem geschmiedeten Materialbereich, der eine Hochtemperaturermüdungsfestigkeit erfordert, genügen kann.Around the high temperature fatigue strength of an aluminum alloy forging material, it is preferred that the distribution density definition of such excretion Al-V base over the entirety of the forging material structure or at least in one Forged material area, which has a high temperature fatigue strength requires, suffice can.

Beobachtung, unter Verwendung eines Transmissions-Elektronen-Mikroskops (TEM) mit 10000-facher Vergrößerung für die Schmiedematerialstruktur, nach Thermoraffinierungsverarbeiten (Wärmebehandlung), die später erwähnt wird, kann die Verteilungsdichte von Ausscheidung auf Al-V-Basis ergeben. Das heißt, die vorstehend erwähnte Beobachtung für eine Vielzahl von Bereichen über die Gesamtheit der Strukturen von jedem Bereich des Schmiedematerials oder für den Schmiedematerialbereich, der mindestens Hochtemperaturermüdungsfestigkeit erfordert, ergibt eine Vielzahl von Ausscheidungen auf Al-V-Basis innerhalb eines mikroskopischen Gebiets (dispergiertes Korn), das in eine Zahl pro μm³ umgewandelt werden kann. Obwohl die Verteilungsdichtemessung von der Ausscheidung auf Al-V-bei einem Punkt des Schmiedematerialbereichs, der besonders eine Hochtemperaturermüdungsfestigkeit erfordert, um Reproduzierbarkeit zu genügen, Basis ausgeführt werden kann, ist die Messung in zwei oder mehreren Punkten bevorzugt. In der Messung in zwei oder mehreren Punkten werden die Verteilungsdichten von Ausscheidungen auf Al-V-Basis natürlich durch einen Mittelwert von gemessenen Werten einer Vielzahl von Messpunkten ausgedrückt.Observation, using a transmission electron microscope (TEM) with 10000-fa The enlargement of the forging material structure after thermo-refining processing (heat treatment) mentioned later may give the distribution density of Al-V-based precipitate. That is, the above-mentioned observation for a plurality of regions over the entirety of the structures of each region of the forging material or for the forging material region requiring at least high-temperature fatigue strength results in a variety of Al-V-based precipitates within a microscopic region (dispersed grain ), which can be converted into a number per μm ³ . Although the distribution density measurement may be performed based on the precipitation on Al-V at a point of the forging material region particularly requiring a high-temperature fatigue strength to satisfy reproducibility, the measurement in two or more points is preferable. In the measurement in two or more points, the distribution densities of Al-V-based precipitates are naturally expressed by an average of measured values of a plurality of measurement points.

Zusätzlich wird visuelle Beobachtung, die auf einer Formeigenschaft von dispergierten Körnern in einer Struktur (Ausscheidung) usw. beruht, Differenzierung zwischen einer Ausscheidung auf Al-V-Basis und anderer Ausscheidung in der Beobachtung ermöglichen, unter Verwendung des vorstehend erwähnten Transmissions-Elektronen-Mikroskops mit 10000-facher Vergrößerung. Jedoch kann herausgefunden werden, dass Elemente und die Mengen der Elemente (im Fall von Ausscheidung auf Al-V-Basis des Elements von V), die die Ausscheidungen in der Schmiedematerialstruktur ausmachen unter Verwendung von EPMA (Röntgenstrahl-Mikroanalyse) für höhere Genauigkeit von anderen Ausscheidungen unterschieden werden können.In addition will visual observation that dispersed on a shape property of grains is based in a structure (elimination), etc., differentiation between an excretion based on Al-V and other excretion in the Enable observation using the above-mentioned transmission electron microscope with 10000x magnification. However, it can be found out that elements and the quantities of the elements (in the case of Al-V-based precipitation of the element of V) that make up the precipitates in the forging material structure using EPMA (X-ray microanalysis) for higher accuracy can be distinguished from other excretions.

(Verbesserung des Verfahrens für die Verteilungsdichte von Ausscheidung auf Al-V-Basis)(Improvement of the procedure for the Distribution density of precipitation on Al-V basis)

Um V auszuscheiden, das als Legierungselement in einer Schmiedematerialstruktur, wie der vorliegenden Erfindung, eingeschlossen ist, sodass nicht weniger als 1,5 Stück μm³ Verteilungsdichte der Ausscheidung auf Al-V-Basis erhalten werden können, wird längere homogenisierte Wärmebehandlung gefordert, um Gießmaterialien zu ergeben, die eine erfindungsgemäße Komponentenzusammensetzung, einschließlich V, umfassen. Das heißt, eine längere homogenisierte Wärmebehandlung bei Temperaturen von 500–535°C für nicht weniger als 15 Stunden wird gefordert.In order to precipitate V, which is included as an alloying element in a forging material structure such as the present invention, so that not less than 1.5 parts μm ³ Al-V-based precipitate distribution density can be obtained, longer homogenized heat treatment is required to cast materials to give a component composition according to the invention, including V, include. That is, a longer homogenized heat treatment at temperatures of 500-535 ° C for not less than 15 hours is required.

Gewöhnlich wird eine homogenisierte Wärmebehandlung für diese Art von Gießmaterial bei Temperaturen von 500–535°C für weniger als 15 Stunden beim Maximum und in vielen Fällen für eine Verarbeitungszeit von etwa 8 Stunden ausgeführt. Auch homogenisierte Wärmebehandlungsbedingungen für einen solchen kurzen Zeitraum ermöglichen Homogenisierung des Gießmaterials selbst. Jedoch hat V eine sehr langsame Diffusionsrate, verglichen mit anderen Elementen. Deshalb behält unter solchen Kurzzeit homogenisierten Wärmebehandlungsbedingungen V, eingeschlossen als Legierungselement, einen Zustand von fester Lösung während der homogenisierten Wärmebehandlung bei, was Ausscheidungen verhindert, um eine tatsächliche Masse zu ergeben, die ausreichend ist, um die Hochtemperaturermüdungsfestigkeit deutlich zu verbessern, wie einer Verbindung auf Al-V-Basis; das heißt, um nicht weniger als 1,5 Stück/μm³ Verteilungsdichte der Ausscheidung auf Al-V-Basis in der Struktur des Schmiedematerials zu ergeben.Usually, a homogenized heat treatment is performed for this type of casting material at temperatures of 500-535 ° C for less than 15 hours at maximum and in many cases for a processing time of about 8 hours. Also, homogenized heat treatment conditions for such a short period of time allow homogenization of the casting material itself. However, V has a very slow rate of diffusion compared to other elements. Therefore, under such a short time, homogenized heat treatment conditions V included as an alloying element maintain a state of solid solution during the homogenized heat treatment, which prevents precipitation to give an actual mass sufficient to remarkably improve the high-temperature fatigue strength as a compound al-V based precipitate; that is, to give not less than 1.5 pieces / μm ³ Al-V-based precipitate distribution density in the structure of the forging material.

(Herstellungsverfahren für Al-Legierungsschmiedematerial)(Production method for Al alloy forging material)

Eine Beschreibung über das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Schmiedematerials wird nachstehend angegeben. Die Herstellungsbedingungen und das Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes Al-Legierungsschmiedematerial sind grundsätzlich die gleichen wie übliche Verfahren, ausgenommen für einen Zeitraum der vorstehend erwähnten homogenisierten Wärmebehandlung. In anderen Worten, ist es auch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine starke Modifizierung der Herstellungsbedingungen oder Herstellungsverfahren für ein Al-Legierungsschmiedematerial zu vermeiden.A Description about The production method of the forging material of the present invention will be described below specified. The manufacturing conditions and the manufacturing process for a Al alloy forging material according to the invention are basically the same as usual Procedures except for a period of the above-mentioned homogenized heat treatment. In other words, it is also an advantage of the present invention a strong modification of the manufacturing conditions or manufacturing process for a Al alloy forged material to avoid.

Beim Gießen wird ein Al-Legierungsschmelzmetall geschmolzen, innerhalb eines Komponentenbereichs der vorliegenden Erfindung eingestellt, und wird zur Herstellung von Barren bzw. Rohlingen unter Anwendung von gewöhnlich Schmelzgießverfahren, ausgewählt in geeigneter Weise, wie ein kontinuierliches Gießwalzverfahren und ein halbkontinuierliches Gießverfahren (direktes Abschreckungsgießverfahren), gegossen.At the to water For example, an Al alloy molten metal is melted within one Set component range of the present invention, and Is used for the production of ingots or blanks using usually melt casting, selected suitably, such as a continuous casting-rolling process and a semi-continuous casting process (direct quench casting process), cast.

Bei Temperaturen von 280–430°C wird Heißschmieden der Rohlinge nach der vorstehend erwähnten, längeren homogenisierten Wärmebehandlung ausgeführt, um ein Al-Legierungsschmiedematerial herzustellen. Zusätzlich können als Materialien zum Schmieden, Extrudieren oder walzverarbeiteten Rohlingen extrudierte Materialien und gewalzte Materialien verwendet werden. Temperaturen von weniger als 500°C in der vorstehend erwähnten homogenisierten Wärmebehandlung können keine feste Lösung von kristallisiertem Gegenstand von einem Rohling hier ergeben, liefern jedoch unzureichende Homogenisierung. Andererseits erhöhen Temperaturen, die 535°C der vorstehend erwähnten homogenisierten Wärmebehandlung übersteigen, eine Möglichkeit der Erzeugung von Bränden. Deshalb wird eine Temperatur der vorstehend erwähnten homogenisierten Wärmebehandlung in einen Bereich von 500–535°C eingestellt.At temperatures of 280-430 ° C, hot forging of the blanks is carried out after the above-mentioned longer homogenized heat treatment to produce an Al alloy forged material. In addition, extruded materials and rolled materials may be used as materials for forging, extruding, or roll-worked blanks. Temperatures of less than 500 ° C in the above-mentioned homogenized heat treatment can not solid solution of crystallized Subject matter of a blank here, but provide insufficient homogenization. On the other hand, temperatures exceeding 535 ° C of the above-mentioned homogenized heat treatment raise a possibility of generation of fires. Therefore, a temperature of the above-mentioned homogenized heat treatment is set in a range of 500-535 ° C.

Temperaturbedingungen zum Heißschmieden sind wichtig für das Herstellen eines Al-Legierungsschmiedematerials mit ausreichender Reproduzierbarkeit gemäß vorgesehenen Hochtemperatureigenschaften. Üblicherweise wurden gut bekannte Schmiedeverfahren, wie freies Schmieden und Formschmieden (Streckschmieden), in geeigneter Weise unabhängig oder in Kombination, angepasst, und eine Heißschmiedetemperatur wurde auf etwa 380–430°C eingestellt, um eine Mikrostruktur mit einem äquiaxialen Kristallkorn nach Lösungsbehandlung des Al-Legierungsschmiedematerials zu erhalten, weil es eine Erkenntnis gab, dass Nieder-Heißschmiedetemperaturen in der Regel lokal gemischte Teilchen in der Struktur des Al-Legierungsschmiedematerials bereitstellen, was zur Verschlechterung der Hochtemperatureigenschaften führt.temperature conditions for hot forging are important for producing an Al alloy forged material with sufficient Reproducibility as provided High temperature properties. Usually Well-known forging processes such as free forging and Form forging (stretch forging), suitably independent or in combination, adjusted, and a hot forging temperature was up set at about 380-430 ° C, around a microstructure with an equiaxial Crystal grain after solution treatment of the Al alloy forging material because it is a realization gave that low-hot forging temperatures typically locally mixed particles in the structure of the Al alloy forging material provide, leading to the deterioration of high temperature properties leads.

An diesem Punkt werden in der vorliegenden Erfindung die Heißschmiedetemperaturen vorzugsweise in einem Bereich von 280–430°C eingestellt, das heißt, unterhalb der Rekristallisationstemperaturen. Heißschmiedetemperaturen, die 430°C übersteigen, bilden leicht grobe Körner in Al-Legierungsschmiedematerialien innerhalb eines Bereichs von Komponenten der vorliegenden Erfindung, was die Hochtemperatureigenschaften der Al-Legierungsschmiedematerialien verschlechtert und das Herstellen von Al-Legierungsschmiedematerialien mit ausgezeichneten Hochtemperatureigenschaften unmöglich macht. Andererseits ergeben Heißschmiedetemperaturen von weniger als 280°C in der Regel einen Riss mit der Heißschmiedezeit und machen das Schmiedeverarbeiten selbst schwierig.At At this point, in the present invention, the hot forging temperatures become preferably set in a range of 280-430 ° C, that is, below the recrystallization temperatures. Hot forging temperatures that Exceed 430 ° C, easily form coarse grains in Al alloy forging materials within a range of Components of the present invention, what the high temperature properties Al alloy forging materials deteriorates and manufacturing Al alloy forging materials with excellent high temperature properties impossible power. On the other hand, hot forging temperatures result less than 280 ° C usually a crack with the hot forge and do that Forging process itself difficult.

Auch wenn die Temperaturen des Heißschmiedens in einem Bereich von 280–430°C in der vorliegenden Erfindung eingestellt werden, ergibt in einem Al-Legierungsschmiedematerial ein Bereich von Komponenten der vorliegenden Erfindung geeignete Lösungsbehandlung und Härtungsverarbeiten, äquiaxiales Kristallkorn bis Mikrostrukturen nach thermischem Raffinieren des Al-Legierungsschmiedematerials und ergeben keine gemischten Körner.Also when the temperatures of hot forging in a range of 280-430 ° C in the present invention results in an Al alloy forging material a range of components of the present invention are suitable solution treatment and hardening processing, equiaxial Crystal grain to microstructures after thermal refining of the Al alloy forged material and do not give mixed grains.

Außerdem werden die Mikrostrukturen der Al-Legierungsschmiedematerialien durch ein Schmiedeverhältnis bei dem Heißschmieden beeinflusst. Um deshalb äquiaxiales Kristallkorn in den Mikrostrukturen zu erhalten, wird vorzugsweise ein geeigne tes Schmiedeverhältnis für das Heißschmieden von nicht weniger als 1,5 in den Al-Legierungsschmiedematerialien eingestellt. Schmiedeverhältnisse von weniger als 1,5 stellen leicht gemischte Körner für Strukturen der Al-Legierungsschmiedematerialien bereit. Bevorzugter wird Schmieden nicht nur in einer Richtung ausgeführt, jedoch mindestens in zwei verschiedenen Richtungen und Schmiedeverhältnisse in jeder Richtung werden auf nicht weniger als 1,5 eingestellt.In addition, will through the microstructures of the Al alloy forging materials forging ratio in the hot forging affected. Therefore, equiaxial To obtain crystal grain in the microstructures is preferably a suitable forging ratio for the hot forging of not less than 1.5 in the Al alloy forging materials. forging relationships of less than 1.5 slightly mixed grains for structures of Al alloy forging materials ready. More preferably, forging is not performed only in one direction, however at least in two different directions and forging relationships in each direction are set to not less than 1.5.

Nun wird Lösungsbehandlung und Härtungsverarbeiten beschrieben. Das Verarbeiten wird vorzugsweise innerhalb Bedingungen, die in JIS H 4140, AMS-N-6088, usw. angegeben werden, ausgeführt, um lösliche intermetallische Verbindungen zu festen Lösungen erneut zu überführen und wiederholte Ausscheidung während des Kühlens so viel wie möglich in dieser Lösungsbehandlung und im Härtungsverarbeiten zu unterdrücken. Auch wenn die Wärmebehandlung, bezogen auf Standards von AMS-H-6088 usw., ausgeführt wird, wenn Lösungsbehandlungstemperaturen zu hoch sind, wird sich Brennen ergeben, das auffällig die mechanischen Eigenschaften verschlechtern wird. Und Lösungsbehandlungstemperaturen von nicht mehr als den minimalen Temperaturen können eine Festigkeit von nicht weniger als 400 MPa bei Raumtemperaturen nach künstlichem Altern unter Härtungsverarbeiten bereitstellen und auch die Lösungsbehandlung selbst schwierig machen. Deshalb wird ein Maximum der Lösungsbehandlungstemperatur bei 545°C eingestellt und ein Minimum bei 510°C eingestellt.Now becomes solution treatment and curing processing described. The processing is preferably carried out within conditions which are given in JIS H 4140, AMS-N-6088, etc., executed to soluble to recycle intermetallic compounds to solid solutions and repeated excretion during of cooling as much as possible in this solution treatment and in curing processing to suppress. Even if the heat treatment, based on standards of AMS-H-6088, etc., is executed when Solution treatment temperature are too high, burning will result, the conspicuous the mechanical properties will deteriorate. And solution treatment temperatures of not more than the minimum temperatures can not have a strength of less than 400 MPa at room temperatures after artificial aging under cure processing provide and also the solution treatment make yourself difficult. Therefore, a maximum of the solution treatment temperature becomes at 545 ° C set and set a minimum at 510 ° C.

In Anwendungen, wie kleinen Teilen, Kolben mit Durchmessern bis etwa 100 mm, und in Produkten, worin eine vergleichsweise große verbleibende Belastung keine Probleme beim Verarbeiten durch Schneiden bzw. Drehen, usw. verursacht, wird künstliches Altern unter Härtungsverarbeiten vorzugsweise nach einer Lösungsbehandlung und einem Härtungsverarbeiten ausgeführt, um thermisch veredelte T6-Materialien zu erhalten. Um in diesem Fall Hochfestigkeitseigenschaften und Hochtemperatureigenschaften zu erhalten, auch wenn verbleibende Belastungen vergleichsweise größer werden, ist es erwünscht, dass Härtungstemperaturen nicht mehr als 40°C betragen. Wenn die Härtungstemperaturen hoch sind, ist es schwierig, die Festigkeit bei Raumtemperaturen nach künstlichem Altern unter Härtungsverarbeiten als nicht weniger als 400 MPa einzustellen.In Applications, such as small parts, pistons with diameters up to about 100 mm, and in products in which a comparatively large remaining Load no problems during processing by cutting or turning, etc., becomes artificial Aging under hardening processing preferably after a solution treatment and a curing process executed Thermally refined T6 materials to obtain. In this case, high-strength properties and High temperature properties, even if remaining Loads become comparatively larger, is it desirable that curing temperatures not more than 40 ° C be. When the curing temperatures are high, it is difficult to maintain the strength at room temperatures after artificial Aging under hardening processing to be set as not less than 400 MPa.

Andererseits wird bei Produkten mit größeren Abmessungen, wie Rotoren, eine stark verbleibende Belastung, die 10 kgf/mm² in der Produktoberfläche übersteigt, erzeugt, da Kühlraten in einer Produktoberfläche und in einer zentralen Fläche während eines Härtungsverarbeitens sehr unterschiedliche Werte zueinander aufweisen. Die Erzeugung von einer solchen hohen verbleibenden Belastung stellt starke Störung während der Schneidezeit des Produkts bereit, und macht genaues Schneiden sehr schwierig, und schlimmstenfalls wird Bruch durch Risse, die durch die Restspannung usw. verursacht werden, manchmal während des Schneideverarbeitens erzeugt. Auch wenn Bruch durch Risse usw. beim Schneideverarbeiten nicht entsteht, verbreiten sich bei der Verwendung über einen langen Zeitraum des Produkts leicht Risse und wachsen aus intermetallischen Verbindungen, wie kristallisiertem Stoff, der in dem Material verbleibt, oder aus sehr kleinen Oberflächenrissen, die während des Transports des Produkts als Ausgangspunkte erzeugt werden, was möglicherweise dazu führt, dass schließlich ein Bruch erzeugt wird. Deshalb muss aus Produkten mit möglichen Problemen durch Restspannung, wie Rotoren, Restspannung entfernt werden und vorzugsweise auf nicht mehr als 3,0 kgf/mm² gesenkt werden. Hierzu ist es bevorzugt, dass Wasserhärtungstemperaturen nach Lösungsbehandlung auf vergleichsweise hohe Temperaturen, wie nicht weniger als 90°C, eingestellt und anschließend künstliches Altern unter Härtungsverarbeiten ausgeführt wird, um thermisch veredelte T61-Materialien zu erhalten.On the other hand, for products with larger dimensions, such as rotors, a strong remaining Be load, which exceeds 10 kgf / mm ² in the product surface, because cooling rates in a product surface and in a central area during hardening processing have very different values from each other. The generation of such a high residual stress provides severe disturbance during the cutting time of the product, and makes accurate cutting very difficult, and at worst, breakage caused by cracks caused by the residual stress, etc. is sometimes generated during the cutting processing. Although cracking, cracking, etc., does not occur in the cutting process, cracks tend to spread in use over a long period of the product and grow from intermetallic compounds such as crystallized matter remaining in the material or very small surface cracks occurring during the process Transports of the product are generated as starting points, which may eventually cause a break is generated. Therefore, from products with potential residual stress problems such as rotors, residual stress must be removed and preferably lowered to not more than 3.0 kgf / mm ² . For this, it is preferable that water-hardening temperatures after solution treatment are adjusted to comparatively high temperatures, such as not lower than 90 ° C, and then artificial aging is carried out under curing processing to obtain thermally refined T61 materials.

Darüber hinaus muss Restspannung in Abhängigkeit von den Anwendungen und Produkten, ungeachtet der Größe der Produkte, streng gehandhabt werden. In solchen Produkten wird, um möglichst kleine Restspannung zu erzeugen, Kaltpressen oder Kaltbearbeiten hinzugefügt, und die Restspannung wird vorzugsweise entfernt oder auf nicht mehr als 3 kgf/mm² vermindert und anschließend wird künstliches Altern unter Härtungsverarbeiten ausgeführt, um thermisch veredelte T652-Materialien zu erhalten. Um in diesen Produkten die Restspannung zu entfernen oder auf vorzugsweise nicht mehr als 3 kgf/mm² zu vermindern, und Hochfestigkeitseigenschaften und Hochtemperatureigenschaften zu erhalten, sind die Härtungstemperaturen vorzugsweise nicht mehr als 40°C. Wenn diese Härtungstemperatur hoch ist, wird es schwierig, die Festigkeit bei Raumtemperatur nach künstlichem Altern unter Härtungsverarbeiten auf nicht weniger als 400 MPa einzustellen. Wenn eine Menge des Kaltpressens (Verarbeitens) oder Kaltbearbeitens gering ist, kann kein ausreichender Verminderungseffekt der Restspannung erhalten werden. Da andererseits während des Bearbeitens für künstliches Alterungshärten oder unter Hochtemperaturen eine große Menge des Kaltpressens eine Menge der Ausscheidung an θ' Phasenerhöhung erzeugt wird, verschlechtert sich leicht die Festigkeit. Deshalb ist es bei dem Kaltpressen (Verarbeiten) bevorzugt, dass eine Verdichtungsrate (Verarbeiten) auf 1–5 % eingestellt wird.In addition, residual stress must be strictly controlled depending on the applications and products, regardless of the size of the products. In such products, to produce as little residual stress as possible, cold pressing or cold working is added, and the residual stress is preferably removed or reduced to not more than 3 kgf / mm ² , and then artificial aging is carried out under hardening processing to give thermally refined T652 materials receive. In order to remove the residual stress in these products or to reduce it to preferably not more than 3 kgf / mm ² , and to obtain high-strength properties and high-temperature properties, the curing temperatures are preferably not more than 40 ° C. When this curing temperature is high, it becomes difficult to adjust the strength at room temperature after artificial aging under curing processing to not less than 400 MPa. When an amount of cold pressing (working) or cold working is small, a sufficient residual stress reduction effect can not be obtained. On the other hand, since a large amount of cold pressing generates an amount of precipitation of θ 'phase increase during machining for artificial aging hardening or high temperature, the strength easily deteriorates. Therefore, in the cold pressing (processing), it is preferable that a compaction rate (processing) is set to 1-5%.

Anschließend werden diese Al-Legierungsschmiedematerialien verarbeitet, um Anwendungsteile herzustellen. Natürlich kann nach Verarbeiten des Al-Legierungsschmiedematerials, um Anwendungsprodukte zu erhalten, Lösungsbehandlung, Härtungsverarbeiten, Kaltpressen, künstliches Alterungshärtungsverarbeiten, usw. in geeigneter Weise ausgeführt werden.Then be these Al alloy forging materials are processed to application parts manufacture. Naturally can after processing the Al alloy forging material to application products to receive, solution treatment, curing processing, Cold pressing, artificial Aging hardening processing, etc. executed in a suitable manner become.

In zum thermischen Raffinerieren verwendeten Öfen (Wärmebehandlung) sind als solche Lösungsbehandlungs- und Härtungsverarbeiten Öfen vom Chargentyp, ein kontinuierlicher Sinterungsofen, ein Salzschmelzenbad-Ofen, ein Ölofen in geeigneter Weise anwendbar. Als Kühlverfahren zum Härten können Verfahren, wie Wassereintauchen, Warmwassereintauchen, Eintauchen in kochendes Wasser, Wassereinspritzung und Lufteinspritzung, in geeigneter Weise ausgewählt werden.In Furnaces used for thermal refining (heat treatment) are as such Lösungsbehandlungs- and Hardening Furnaces from Batch type, a continuous sintering furnace, a molten salt furnace, an oil stove suitably applicable. As a cooling method for curing, methods, like water immersion, hot water immersion, immersion in boiling Water, water injection and air injection, in a suitable manner selected become.

Ein mittlerer Korndurchmesser der Kristalle eines erfindungsgemäßen Al-Legierungsschmiedematerials, das auf diese Weise erhalten wird, ist nicht mehr als 1 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 10–500 μm und bevorzugter in einem Bereich von 50–300 μm, und die Kristalle sind kleine, rekristallisierte Körner (äquiaxiales rekristallisiertes Korn) mit fast festgelegter Größe. Das auf diese Weise erhaltene, erfindungsgemäße Al-Legierungsschmiedematerial hat Hochtemperatureigenschaften und Maschinenverarbeitbarkeit, wie ausgezeichnete Kriecheigenschaften, und weist keine Gruppen auf, die durch Aggregation von kleinen, rekristallisierten Körnern (oder Unterkörnern) mit Korndurchmessern von nicht mehr als 1 μm erhalten werden, wie in den vorstehend erwähnten, gemischten Kornstrukturen gefunden, grobe rekristallisierte Körnern mit Korndurchmessern von etwa einigen Millimetern – einigen Zentimetern oder verbleibende Rohlingsstrukturen.One average grain diameter of the crystals of an Al alloy forging material according to the invention, obtained in this way is not more than 1 mm, preferably in a range of 10-500 μm, and more preferably in a range of 50-300 microns, and the Crystals are small, recrystallized grains (equiaxial recrystallized Grain) with almost fixed size. The thus obtained Al alloy forging material of the present invention has high temperature properties and machinability, such as excellent Creep properties, and has no aggregate groups of small, recrystallized grains (or lower grains) Can not be obtained grain diameters of more than 1 micron, as in the mentioned above, mixed grain structures found, coarse recrystallized grains with Grain diameters of about a few millimeters - a few centimeters or remaining blank structures.

Jedoch gibt eine Struktur von vorzugsweise äquiaxialem, rekristallisiertem Korn in der vorliegenden Erfindung nicht nur notwendiger Weise eine Struktur, die 100 % von äquiaxialem, rekristallisiertem Korn einschließt, mit einer festen Größe wieder und erlaubt das Untereinandervermischen der gegossenen Strukturen oder vermischten Kornstrukturen innerhalb eines Bereiches, worin Hochtemperatureigenschaften, wie Maschinenverarbeitbarkeit, Kriechbruchfestigkeit, nicht negativ beeinflusst werden. Beispielsweise verschlechtert das Vorliegen in einem dispergierten Zustand von einzelnen Kristallkörnern von kleinen, rekristallisierten Körnern (oder Unterkörnern) mit Korndurchmessern von nicht mehr als 1 μm nicht die Hochtemperatureigenschaften, wie die Maschinenverarbeitbarkeit, Kriechbruchfestigkeit. Jedoch im Fall, wenn diese Kristallkörner aggregieren oder Gruppe in einem Zustand von gegenseitig eng eingefangen sind, werden Maschinenverarbeitbarkeit und Hochtemperatureigenschaften verschlechtert. Deshalb wird im Hinblick auf diesen Punkt eine Rate von der Fläche des Aggregats aus kleinen, rekristallisierten Körnern mit nicht mehr als 1 μm Durchmesser in der Mikrostruktur nach Lösungsbehandlung vorzugsweise auf nicht mehr als 10 % eingestellt.However, a structure of preferably equiaxed recrystallized grain in the present invention not only necessarily gives a structure including 100% of equiaxed recrystallized grain having a fixed size, and allows the intermeshing of the cast structures or mixed grain structures within a range, wherein high temperature properties such as machinability, creep rupture strength are not adversely affected. For example, existence in a dispersed state of single crystal grains of small recrystallized grains (or lower grains) having grain diameters of not more than 1 μm does not deteriorate the high-temperature properties, like machinability, creep resistance. However, in the case where these crystal grains aggregate or group are closely trapped in a state of each other, machinability and high temperature properties are deteriorated. Therefore, in view of this point, a rate of the area of the aggregate of small recrystallized grains of not more than 1 μm in diameter in the microstructure after solution treatment is preferably set to not more than 10%.

Außerdem wird in der Beschreibung von erfindungsgemäßen äquiaxialen, rekristallisierten Körnern und Identifizierung des Vorliegens von gemischten Kornstrukturen die Probe durch ein Mikroätzverarbeiten, wie elektrolytisches Ätzen, behandelt und kann mit einem optischen Mikroskop mit 50- bis 400-facher Vergrößerung beobachtet oder gemessen werden.In addition, will in the description of equiaxed, recrystallized Grains and Identify the presence of mixed grain structures Sample by microetching, such as electrolytic etching, treated and can with an optical microscope with 50- to 400-fold Magnification observed or measured.

Um nun weiterhin die Hochtemperatureigenschaften, wie Hochtemperaturfestigkeit und Kriechbruchfestigkeit, zu erhöhen, wird in einer Al-Legierungsschmiedematerialstruktur der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die θ' Phase in einer Ebene (100) der Al-Legierung, und Ω Phase in einer Ebene (111), unter Bedingungen, ausgewählt aus einem Bereich von 7–60 Stunden, bei 160–190°C in einem künstlichen Alterungshärtungsverarbeiten nach einer Lösungsbehandlung und einem Härtungsverarbeiten ausgeschieden. Das Fehlen von diesem Ausscheiden durch künstliches Alterungshärtungsverarbeiten senkt die Hochtemperaturfestigkeit bei Temperaturen von etwa 180°C, auch wenn das künstliche Alterungshärtungsverarbeiten bereitgestellt wird.Around now the high temperature properties, such as high temperature resistance and creep rupture strength is increased in an Al alloy forging material structure of the present invention preferably the θ 'phase in a plane (100) of the Al alloy, and Ω phase in a plane (111), under conditions selected from a range of 7-60 hours, at 160-190 ° C in one artificial aging curing after a solution treatment and a curing process excreted. The absence of this elimination by artificial aging curing lowers the high temperature strength at temperatures of about 180 ° C, even when the artificial one aging curing provided.

Zusätzlich kann die Identifizierung eines Ausfällungszustands von θ' Phase und Ω Phase in der Al-Legierungsschmiedematerialstruktur durch eine Strukturbeobachtung, unter Anwendung eines Transmissions-Elektronen-Mikroskops (TEM), mit 50000-facher Vergrößerung und, falls erforderlich, unter Anwendung des vorstehend erwähnten EPMA, ermöglicht werden.In addition, can the identification of a precipitation state of θ 'phase and Ω phase in Al alloy forging material structure through structure observation, using a transmission electron microscope (TEM), with 50000x magnification and, if necessary, using the aforementioned EPMA, allows become.

(Chemische Komponentenzusammensetzung in dem Al-Legierungsschmiedematerial)(Chemical component composition in the Al alloy forging material)

Nun wird Beschreibung über die chemische Komponentenzusammensetzung in dem erfindungsgemäßen Al-Legierungsschmiedematerial gegeben. Obwohl eine chemische Komponentenzusammensetzung der erfindungsgemäßen Al-Legierung grundsätzlich einen Komponentenstandard von auf Al-Legierungen, wie 2519 oder 2618, und 2519(Ag), basierende Al-Legierung, worin das Ag in 2519 zugesetzt wird, aufweist, kann es in geeigneter Weise aus einem Komponentenzusammensetzungsbereich, der nachstehend beschrieben wird, ausgewählt werden. Zunächst werden positiv eingeschlossene Elemente beschrieben.Now will description about the chemical component composition in the Al alloy forging material of the present invention given. Although a chemical component composition of the Al alloy according to the invention in principle a component standard of Al alloys such as 2519 or 2618, and 2519 (Ag) based Al alloy, wherein the Ag in 2519 is added, it may suitably consist of a Component composition range, which will be described below selected become. First positively encapsulated elements are described.

(Cu: 4,0–7,0 %)(Cu: 4.0-7.0%)

Cu ist eine grundsätzliche Komponente des erfindungsgemäßen Al-Legierungsschmiedematerials, und es zeigt beide Funktionen von fester Lösungs-Verfestigen und Ausscheidungsverfestigen, und weiterhin ist es unabdingbar, um bei normalen Temperaturen und hohen Temperaturen und Hochtemperaturfestigkeit und weiterhin einer Hochtemperaturermüdungsfestigkeit, die hauptsächlich in Anwendungen von dem erfindungsgemäßen Al-Legierungsschmiedematerial gefordert wird, Kriecheigenschaften zu sichern. Spezieller, wie vorstehend ausgewiesen, fällt Cu θ' Phasen und Ω Phasen in einer Ebene (100) und einer Ebene (111) der Al-Legierung in einem kleinen Zustand mit hoher Dichte während eines heißen, künstlichen Alterungshärtungsverarbeiten unter Verbessern einer Festigkeit des Al-Legierungsschmiedematerials nach künstlichem Alterungshärtungsverarbeiten aus. Diese Wirkung wird durch nicht weniger als 4,0 % Gehalt gezeigt, und weniger als 4,0 % des Gehalts an Cu ergibt ein wenig des vorstehend erwähnten Effekts, und ergibt nicht ausreichend Kriecheigenschaften und eine Hochtemperaturfestigkeit bei normalen Temperaturen und hohen Temperaturen von dem Al-Legierungsschmiedematerial. Andererseits ergibt ein Gehalt, der 7,0 % Cu übersteigt, eine zu hohe Festigkeit und verschlechtert die Schmiedbarkeit des Al-Legierungsschmiedematerials. Deshalb wird ein Gehalt an Cu in einem Bereich von 4,0–7,0 % eingestellt.Cu is a fundamental one Component of the Al alloy forging material according to the invention, and it shows both functions of solid solution strengthening and precipitation strengthening, And furthermore, it is essential to be at normal temperatures and high temperature and high temperature strength and continue one High temperature fatigue strength, the main ones in applications of the Al alloy forging material of the present invention is required to secure creep properties. More specifically, how stated above Cu θ 'phases and Ω phases in a plane (100) and a plane (111) of the Al alloy in one small state of high density during a hot, artificial aging curing improving a strength of the Al alloy forged material after artificial aging curing out. This effect is shown by not less than 4.0% content and less than 4.0% of the content of Cu gives a little of the above mentioned Effect, and does not yield sufficient creep properties and a High temperature strength at normal temperatures and high temperatures of the Al alloy forging material. On the other hand, a salary, which exceeds 7.0% Cu, too high a strength and worsens the forgeability of the Al alloy forged material. Therefore, a content of Cu in a range of 4.0-7.0 % set.

(Mg: 0,2–0,4 %)(Mg: 0.2-0.4%)

Mg sowie Cu zeigen sowohl Funktion von fester Lösungs-Verfestigen als auch Ausscheidungsverfestigen, und ist unabdingbar, um hauptsächlich ausreichend Kriecheigenschaften bei normalen Temperaturen und hohen Temperaturen und eine Hochtemperaturfestigkeit und auch eine Hochtemperaturermüdungsfestigkeit des Al-Legierungsschmiedematerials zu sichern. Spezieller scheiden Mg sowie Cu θ' Phasen und Ω Phasen in einer Ebene (100) und einer Ebene (111) von der Al-Legierung in einem geringen Zustand und mit hoher Dichte während eines heißen, künstlichen Alterungshärtungsverarbeitens aus, unter Verbessern einer Festigkeit des Al-Legierungsschmiedematerials nach dem künstlichen Alterungshärtungsverarbeiten. Dieser Effekt wird mit nicht weniger als 0,2 % Gehalt gezeigt, und weniger als 0,2 des Gehalts an Cu ergeben einen kleinen, vorstehend erwähnten Effekt, und ergeben nicht ausreichend Kriecheigenschaften und eine Hochtemperaturfestigkeit bei normalen Temperaturen und hohen Temperaturen des Al-Legierungsschmiedematerials. Andererseits ergibt ein Gehalt an Mg, der 0,4 übersteigt, eine zu hohe Festigkeit und erzeugt Risse, die während der Zeit der Lösungsbehandlung Brennen genannt werden, oder erhöht eine Möglichkeit der Verschlechterung der Schmiedbarkeit. Deshalb wird ein Gehalt an Mg in einem Bereich von 0,2–0,4 % eingestellt.Mg and Cu exhibit both solid solution strengthening and precipitation strengthening functions and are indispensable for securing mainly sufficient creep properties at normal temperatures and high temperatures and high temperature strength and high temperature fatigue strength of the Al alloy forging material. More specifically, Mg and Cu θ 'phases and Ω phases precipitate in a plane (100) and a plane (111) of the Al alloy in a low state and high density during a hot artificial age hardening processing, thereby improving a strength of Al Alloy Forging Material After Artificial Aging Hardening Processing. This effect is shown as not less than 0.2% in content, and less than 0.2% in Cu gives a small effect mentioned above, and does not give sufficient creep properties and high-temperature strength at normal temperatures and high temperatures of the Al alloy forged material. On the other hand, a content of Mg exceeding 0.4 gives too high strength and generates cracks called burning during the time of the solution treatment, or increases a possibility of deterioration of forgeability. Therefore, a content of Mg is set in a range of 0.2-0.4%.

(Ag: 0,05–0,7 %)(Ag: 0.05-0.7%)

Während Ag kleine und gleichförmige Ω Phasen in einem Al-Legierungsschmiedematerial bildet, ist es auch unabdingbar, um eine Zone ohne das Vorliegen von Ausscheidungsphase (PFZ; gelöster Stoff – verarmte ausscheidungsfreie Zone) mit sehr enger Breite zu bilden, und eine Festigkeit bei normalen Temperaturen und hohen Temperaturen von dem Al-Legierungsschmiedematerial zu verbessern. Ein Gehalt von weniger als 0,05 % Ag zeigt diese Wirkung nicht, und andererseits sättigt ein Gehalt, der 0,7 % Ag übersteigt, die Wirkung. Deshalb wird ein Gehalt von Ag in einem Bereich von 0,05–0,7 % eingestellt.While Ag small and uniform Ω phases in an Al alloy forging material, it is also essential around a zone without the presence of excretion phase (PFZ; solute - depleted precipitation free Zone) with very narrow width, and a strength at normal Temperatures and high temperatures of the Al alloy forging material to improve. A content of less than 0.05% Ag shows this Effect, and on the other hand saturates a content that is 0.7% Ag exceeds, the effect. Therefore, a content of Ag in a range of 0.05-0.7 % set.

(V: 0,05 %–0,15 %)(V: 0.05% -0.15%)

V scheidet in Schmiedematerialstrukturen, wie Verbindungen auf Al-V-Basis, aus, und ist unabdingbares Element, um eine Hochtemperaturermüdungsfestigkeit zu verbessern. Während einer homogenisierten Wärmebehandlung fällt V dispergierte Körner auf Al-V-Basis aus, die thermisch stabile Verbindungen in den Al-Legierungsschmiedematerialstrukturen darstellen. Diese Ausscheidung hat eine Funktion zum Verteilen der Korngrenzenmigration nach Rekristallisation und kann somit eine Wirkung der Verhinderung des Vergröberns zeigen; das heißt, das Raffinieren eines Durchmessers von mittlerem Kristallkorn in einem Bereich von nicht mehr als 500 μm. Im Ergebnis bildet es Faserstrukturen der Mikrostrukturen des Al-Legierungsschmiedematerials, das eine Festigkeit bei normalen Temperaturen und eine Festigkeit bei Hochtemperaturen und insbesondere eine Hochtemperaturermüdungsfestigkeit verbessert. Und V hat eine vergleichsweise kleine Funktion zum Ausscheiden von stabiler und grober Phase, verglichen mit Zr, Cr und Mn.V separates in forging material structures, such as Al-V based compounds, and is an indispensable element to high-temperature fatigue resistance to improve. While a homogenized heat treatment falls V dispersed grains based on Al-V, the thermally stable compounds in the Al alloy forging material structures represent. This precipitate has a function of distributing the grain boundary migration after recrystallization and thus can have an effect of prevention of browsing; this means, refining a diameter of medium crystal grain in a range of not more than 500 μm. As a result, it forms fiber structures the microstructures of the Al alloy forging material, the strength at normal temperatures and strength at high temperatures and in particular a high temperature fatigue strength improved. And V has a comparatively small function to leave of stable and coarse phase compared to Zr, Cr and Mn.

Um diese Wirkung zu zeigen, wird nicht weniger als 0,05 % Gehalt gefordert. Ein Gehalt von weniger als 0,05 % V ist unzureichend. Wenn der Gehalt an V weniger als 0,05 % ist, kann auch die vorstehend erwähnte, längere homogenisierte Wärmebehandlung von nicht weniger als 15 Stunden nicht die Ausscheidung auf Al-V-Basis in der Schmiedematerialstruktur um nicht weniger als 1,5 Stück μm³ Verteilungsdichte ausscheiden. Andererseits wird ein Gehalt, der 0,15 % V übersteigt, in der Regel grobe, unlösliche, intermetallische Verbindungen während der Zeit des Schmelzgießens bilden, was zu mangelhaftem Formen und Bruch führt. Deshalb ist V in einem Bereich von 0,05 %–0,15 % eingeschlossen.To show this effect, no less than 0.05% content is required. A content of less than 0.05% V is insufficient. If the content of V is less than 0.05%, even the above-mentioned longer homogenized heat treatment of not less than 15 hours can not cause the Al-V-based precipitation in the forging material structure by not less than 1.5 pieces μm ³ Eliminate distribution density. On the other hand, a content exceeding 0.15% V tends to form coarse, insoluble, intermetallic compounds during the time of melt casting, resulting in defective molding and breakage. Therefore, V is included in a range of 0.05% -0.15%.

Hierin anschließend erfolgt eine Beschreibung über das Element, das vorzugsweise gesteuert wird. Zr, Cr und Mn scheiden während der Zeit der homogenisierten Wärmebehandlung dispergierte Körner auf Al-Zr-Basis, Al-Cr-Basis bzw. Al-Mn-Basis aus, die thermische stabile Verbindungen in Al-Legierungsschmiedematerialstrukturen darstellen, wie das vorstehend erwähnte V. Und diese dispergierten Körner bilden Faserstrukturen mit Mikrostrukturen des Al-Legierungsschmiedematerials, und haben eine Wirkung auf das Verbessern einer Festigkeit bei normalen Temperaturen und einer Festigkeit bei hohen Temperaturen.Here in subsequently a description is made about the element that is preferably controlled. Divide Zr, Cr and Mn while the time of homogenized heat treatment dispersed grains Al-Zr based, Al-Cr based or Al-Mn based, the thermal stable compounds in Al alloy forged material structures as the above-mentioned V. and these dispersed grains form fiber structures with microstructures of the Al alloy forging material, and have an effect on improving firmness in normal Temperatures and high temperature strength.

Wenn jedoch eine mittlere Kühlrate zwischen 400°C und 290°C weit unter bis 3000°C/Minute in einem Härtungsbearbeiten nach Lösungsbehandlung eingestellt wird, scheidet ein Gehalt von diesem Zr, Cr und Mn grob stabile Phasen, wie AlCu₂, um die dispergierten Körner, auf Al-Cr-Basis, Al-Zr-Basis und Al-Mn-Basis, in einem Verfahren des Härtungsverarbeitens nach Lösungsbehandlung aus. Im Ergebnis kann, auch wenn das heiße, künstliche Alterungshärtungsverfahren in einem nächsten Schritt ausgeführt wird, Festigkeit bei hohen Temperaturen, wie nicht weniger als 310 MPa, nach Verwendung von 100 Stunden bei einer Temperatur von 120°C, nicht erhalten werden. Um deshalb eine Härtungsempfindlichkeit des Al-Legierungsschmiedematerials zu senken, sind Regulierungen für Zr: nicht mehr als 0,09 %, Cr: nicht mehr als 0,05 % bzw. Mn: nicht mehr als 0,8 %, bevorzugt.However, when an average cooling rate between 400 ° C and 290 ° C is set far below to 3000 ° C / minute in a solution treatment hardening treatment, a content of these Zr, Cr and Mn precipitates roughly stable phases such as AlCu ₂ around the dispersed ones Al-Cr-based, Al-Zr-based and Al-Mn-based grains in a process of hardening processing after solution treatment. As a result, even if the hot artificial age hardening process is carried out in a next step, strength at high temperatures such as not less than 310 MPa can not be obtained after using 100 hours at a temperature of 120 ° C. Therefore, in order to lower a hardening sensitivity of the Al alloy forged material, regulations for Zr: not more than 0.09%, Cr: not more than 0.05% and Mn: not more than 0.8% are preferable.

Fe wird vorzugsweise auf nicht mehr als 0,15 % reguliert. Da jedoch Verunreinigung von Abfall usw. unvermeidbar ist, und es beim Verbessern von Hochtemperatureigenschaften des Al-Legierungsschmiedematerials effektiv ist, kann der Gehalt an Fe auf bis zu 0,15 % erlaubt werden. Ein Gehalt, der 0,15 % übersteigt, bildet unlösliche intermetallische Verbindungen und wird in der Regel Formdefekte und Bruch erzeugen.Fe is preferably regulated to not more than 0.15%. However, since Contamination of waste etc. is unavoidable, and in improving it high-temperature properties of the Al alloy forging material is effective, the content of Fe can be allowed up to 0.15%. A content exceeding 0.15% forms insoluble intermetallic compounds and is usually shaped defects and generate breakage.

Si vereinigt mit Mg, um Mg₁Si und auf Al-Fe-Si basierende, kristallisierte Stoffe in der Al-Legierungsschmiedematerialstruktur zu bilden. Deshalb scheidet dieses Si θ' Phasen und Ω Phasen während des künstlichen Alterungshärtungsverarbeitens bei hohen Temperaturen aus, und verbraucht Mg, das zum Verbessern einer Festigkeit des Al-Legierungsschmiedematerials, das nach künstlichem Alterungshärtungsverarbeiten gefordert wird, aus, was eine Festigkeit der Al-Legierung nach künstlichem Alterungshärtungsverarbeiten verschlechtert. Da Mg ursprünglich weniger, wie verglichen mit Cu, eingeschlossen ist, ist dieser durch das Si eingeführte Einfluss we sentlich. Zusätzlich, obwohl das Meiste von dem kristallisierten Stoff in den festen Lösungszustand durch Lösungsbehandlung gelangt, verbleibt zu hohe Bildung von Mg₂Si auch bei der Lösungsbehandlung und bildet Ausgangspunkte für Bruch bis zur Verschlechterung der Formbarkeit. Deshalb wird Si vorzugsweise auf nicht mehr als 0,1 % gesteuert.Si combines with Mg to form Mg ₁ Si and Al-Fe-Si based crystallized species in the Al alloy to form a forged material structure. Therefore, this Si θ 'phase and Ω phase precipitates during the artificial aging hardening processing at high temperatures, and consumes Mg, which improves the strength of the Al alloy forged material required after artificial age hardening processing, resulting in strength of the Al alloy artificial aging hardening processing deteriorates. Since Mg is originally less trapped, as compared with Cu, this influence introduced by the Si is significant. In addition, although most of the crystallized substance comes to the solid solution state by solution treatment, excessive formation of Mg ₂ Si also remains in the solution treatment and forms starting points for breakage until deterioration of moldability. Therefore, Si is preferably controlled to not more than 0.1%.

Zusätzlich wird, obwohl Ti kleine Kristallkörner während des Gießens erzeugt, zu hoher Zusatz grobe intermetallische Verbindungen bilden, um Ausgangspunkte von Bruch während der Herstellung zu bilden, was zur Senkung der Formbarkeit führt. Deshalb kann nicht mehr als 0,1 % Gehalt an Ti erlaubt werden.In addition, although Ti is small crystal grains while of the casting produces too high a coarse intermetallic compound, around starting points of breakage during to produce, which leads to the reduction of moldability. Therefore can not be allowed more than 0.1% content of Ti.

Deshalb werden die nachstehenden Elemente in dem Al-Legierungsschmiedematerial vorzugsweise reguliert: Si: nicht mehr als 0,1 %; Fe: nicht mehr als 0,15 %; Zr: nicht mehr als 0,09 %; Cr: nicht mehr als 0,05 %; Mn: nicht mehr als 0,8 % bzw. Ti: nicht mehr als 0,1 %, um die Verschlechterung einer Festigkeit nach künstlichem Alterungshärtungsverarbeiten und einer Festigkeit bei der Verwendung von hohen Temperaturen eines Al-Legierungsschmiedematerials in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform zu verhindern.Therefore For example, the following elements will be in the Al alloy forging material preferably regulated: Si: not more than 0.1%; Fe: not anymore as 0.15%; Zr: not more than 0.09%; Cr: not more than 0.05%; Mn: not more than 0.8% or Ti: not more than 0.1% to the deterioration a firmness after artificial aging curing and strength in the use of high temperatures of an Al alloy forged material in a preferred embodiment of the invention.

Außerdem, wie für Zn, Ni und B, außer den vorstehend erwähnten Elementen, kann der Gehalt in einem Bereich liegen, der keine Verschlechterung der Hochtemperatureigenschaften oder anderen Eigenschaften des Al-Legierungsschmiedematerials erlaubt, was die vorliegende Erfindung betrifft, oder Gehalt von etwa einem maximalen Standard für die Aluminium-2000er-Reihen.in addition, as for Zn, Ni and B, except the aforementioned Elements, the content may be in a range that does not cause deterioration the high temperature properties or other properties of the Al alloy forging material as regards the present invention, or content of about a maximum standard for the aluminum 2000 series.

[Beispiel 1][Example 1]

Beschreibungen über Beispiele der vorliegenden Erfindung werden anschließend gegeben. Eine Beziehung wurde zwischen einer Verteilungsdichte von einer Ausscheidung auf Al-V-Basis und einer Hochtemperaturermüdungsfestigkeit in einer Aluminiumlegierungsschmiedematerialstruktur, einschließlich V, und der Einfluss von homogenisierter Wärmebehandlungszeit auf eine Verteilungsdichte einer Ausscheidung auf Al-V-Basis untersucht.Descriptions about examples The present invention will be given below. A relationship was between a distribution density of an excretion Al-V base and high temperature fatigue strength in an aluminum alloy forged material structure, including V, and the influence of homogenized heat treatment time on one Distribution density of an Al-V-based precipitate examined.

Das heißt, Al-Legierungsrohling (500 mm ⌀ × 2000 mm L) wurden zu Rohlingen gegossen, die einen hauptsächlich verschiedenen V-Gehalt, wie in Tabelle 1 gezeigt, aufweisen und die chemische Komponentenzusammensetzungen von A-C innerhalb eines Bereichs der vorliegenden Erfindung bzw. chemische Komponentenzusammensetzungen von D und E außerhalb eines Bereichs der vorliegenden Erfindung aufweisen. Anschließend wurden nur Verarbeitungszeiträume, wie in Tabelle 2 gezeigt, variiert, und homogenisierte Wärmebehandlung (Luftofen) wurde bei einer Temperatur von 510°C ausgeführt.The is called, Al alloy blank (500 mm ⌀ × 2000 mm L) were cast into blanks, the one mainly different V content as shown in Table 1, and the chemical Component compositions of A-C within a range of present invention or chemical component compositions from D and E outside a range of the present invention. Subsequently were only processing periods, as shown in Table 2, and homogenized heat treatment (Air oven) was carried out at a temperature of 510 ° C.

In jedem Beispiel wurden Rohlinge nach der homogenisierten Wärmebehandlung derart verarbeitet, dass nicht weniger als 1,5 der Schmiedeverhältnisse in allen Richtungen gegeben werden können, um Vierkantstäbe von 150 mm pro Seite (Dicke) und Vierkantstäbe von 80 mm pro Seite (Dicke) zu erhalten. Jene Vierkantstäbe wurden durch eine Länge von 300 mm L geschnitten und Al-Legierungsschmiede-materialien wurden hergestellt. In jedem Beispiel wurden die Al-Legierungsschmie-dematerialien um eine Heizrate von 200°C/h mit Luftofen erhitzt bzw. nach einer Lösungsbehandlung von 528°C × 6 h wurde Wasserhärten bei verschiedenen Härtungstemperaturen, wie in Tabelle gezeigt (mittlere Kühlrate zwischen 400°C und 290°C, mehr als 30000°C/Minute), ausgeführt und wurden dann nach Halten unter Wasser für 10 Minuten herausgenommen.In each example was blanks after the homogenized heat treatment processed so that not less than 1.5 of the forging conditions can be given in all directions to square bars of 150 mm per side (thickness) and square bars of 80 mm per side (thickness) to obtain. Those square bars were by a length cut from 300 mm L and were Al alloy forging materials produced. In each example, the Al alloy fusing materials became at a heating rate of 200 ° C / h was heated with an air oven or after a solution treatment of 528 ° C × 6 h water hardness at different curing temperatures, as shown in table (average cooling rate between 400 ° C and 290 ° C, more than 30000 ° C / minute) accomplished and were then taken out after being kept under water for 10 minutes.

Basierend auf der Annahme von Anwendungen, wie kleine Teile und Kolben, worin eine vergleichsweise große Restspannung erlaubt wird, wurde ein Wasserhärtungsverarbeiten bei niederer Temperatur von 30°C nach Lösungsbehandlung auf das Al-Legierungsschmiedematerial von diesen Proben (Beispiel 5) mit einer Dicke von 80 mm ausgeführt, und anschließend künstliches Alterungshärtungsverarbeiten bei 175°C × 18 h ausgeführt, um ein veredeltes T6-Material zu erhalten.Based on the assumption of applications, such as small parts and pistons, in which a comparatively large one Residual stress is allowed, was a water hardening processing at low Temperature of 30 ° C after solution treatment on the Al alloy forging material made of these samples (Example 5) with a thickness of 80 mm, and subsequently artificial aging curing carried out at 175 ° C × 18 h to to get a finished T6 material.

Darüber hinaus wurden, basierend auf der Annahme von Anwendungen, in denen eine Restspannung ein Problem induziert, 91 °C Warmwasserhärten nach Lösungsbehandlung auf das Al-Legierungsschmiedematerial mit einer Dicke von 150 mm ausgeführt, um eine Restspannung zu vermindern, und künstliches Alterungshär tungsverarbeiten von 175°C × 18 h wurde ohne Kaltverdichtung ausgeführt, um ein veredeltes T61-Material zu erhalten.Moreover, based on the assumption of applications in which residual stress induces a problem, 91 ° C hot water hardening after solution treatment was carried out on the Al alloy forging material having a thickness of 150 mm to reduce residual stress, and artificial aging hardening processing of 175 ° C x 18 h was carried out without cold compaction to a refined To obtain T61 material.

Außerdem wurde, basierend auf der Annahme von Anwendungen, worin eine Restspannung ein Problem induziert, nach Lösungsbehandlung nach Beispiel 6 unter Proben mit 150 mm Dicke ein 30°C Wasserhärtungsverarbeiten ausgeführt. Dann wurde Kaltpressungsverarbeiten bei 0,8 % Rate von Kaltpressen zur Verminderung der Restspannung ausgeführt, und anschließend wurde künstliches Alterungshärtungsverarbeiten von 175°C × 18 h ausgeführt, um ein veredeltes T652-Material zu erhalten.In addition, based on the assumption of applications, wherein a residual stress induces a problem after solution treatment according to Example 6 under samples with 150 mm thickness, a 30 ° C water hardening process executed. Then cold pressing processing was at 0.8% rate of cold pressing carried out to reduce the residual stress, and then artificial aging curing of 175 ° C x 18 h carried out to to obtain a finished T652 material.

Proben von diesen veredelten Al-Legierungsschmiedematerialien wurden erhalten und jeweils Ermüdungsfestigkeit bei Raumtemperatur (maximale Belastung 190 MPa, Belastungsverhältnis 1) und bei hoher Temperatur von 150°C (maximale Belastung 130 MPa und Belastungsverhältnis 1) wurden erhalten. Rotierender Biegeermüdungstest wurde in dieser Ermüdungsfestigkeitsbewertung ausgeführt. Die vorstehend erwähnte Belastung wurde wiederholt auf einen als Rundstäbe geformten Probenstäbe mit einem ⌀ von 8 mm von parallelem Teildurchmesser und einer Länge von 20 mm vom parallelen Teil gegeben und mit Schleifpapier Nr. 1000 endbehandelt, und eine Anzahl von Malen Wiederholungen, die einen Bruch ergeben, wurde untersucht. Tabelle 2 zeigt die Testergebnisse. Zusätzlich wird in Tabelle 2 eine Anzahl an Wiederholungen an Bruch, wie 1,2e7 für 1,2 × 10⁷-fach und wie 9,0e6 für 9,0 × 10⁶-fach, gezeigt.Samples of these refined Al alloy forging materials were obtained and each fatigue strength at room temperature (maximum load 190 MPa, load ratio 1) and at high temperature of 150 ° C (maximum load 130 MPa and load ratio 1) was obtained. Rotational bending fatigue test was performed in this fatigue strength evaluation. The above-mentioned load was repeatedly applied to a round rod-shaped sample rod having a diameter of 8 mm of a parallel partial diameter and a length of 20 mm from the parallel part and finished with # 1000 abrasive paper, and a number of times of repetitions giving a fracture , was examined. Table 2 shows the test results. In addition, in Table 2, a number of repetitions of broken as shown -fold to 1.2 x 10 ⁷ and as 9,0e6 -fold to 9.0 x 10 ⁶ 1,2e7.

Die nachstehenden Punkte wurden als Streckeigenschaften gemessen: mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur (Bruchlast σ_B: MPa; 0,2 % Festigkeit σ_0,2: MPa; Dehnung δ: %); mechanische Eigenschaften bei der Temperatur im Fall, dass die Probe einer hohen Temperatur von 180°C × 100 h als Hochtemperatureigenschaften (σ_B; σ_0,2, Dehnung) ausgesetzt wird; und 1000 h Kriechbruchfestigkeit bei 204°C; Charpy Schlagwert (J/cm²). Der Probenstab mit der Größe des Rundstabs hat einen parallelen Teil von 10 mm ⌀ × 28 mm L. Tabelle 2 zeigt diese Testergebnisse.The following items were measured as stretch properties: mechanical properties at room temperature (breaking load σ _B : MPa, 0.2% strength σ _0.2 : MPa, elongation δ:%); mechanical properties at temperature in case the sample is exposed to a high temperature of 180 ° C × 100 h as high temperature properties (σ _B ; σ _0.2 , elongation); and 1000 h creep rupture strength at 204 ° C; Charpy impact value (J / cm ² ). The round rod rod has a parallel part of 10 mm ⌀ × 28 mm L. Table 2 shows these test results.

Drei Positionen mit einem Intervall von 100 mm in der Längsrichtung von einer Probe wurden für eine Verteilungsdichte [Stück/μm³] von Ausscheidung auf Al-V-Basis in einer Struktur unter Anwendung des vorstehend erwähnten Verfahrens, gemessen und ein Mittelwert wurde erhalten. Tabelle 2 zeigt mittlere Verteilungsdichtemessergebnisse von den Ausscheidungen auf Al-V-Basis.Three positions with an interval of 100 mm in the longitudinal direction of a sample were measured for a distribution density [piece / μm ³ ] of Al-V-based precipitate in a structure using the above-mentioned method, and an average value was obtained. Table 2 shows average distribution density results from the Al-V based precipitates.

Weiterhin wurden in jedem Beispiel und im Vergleichsbeispiel, ausgenommen 12, Mikrostrukturbeobachtung für Strukturen der drei vorstehend erwähnten Positionen unter jeder vorstehend erwähnten Bedingung durchgeführt, und Al-Legierungsstrukturen erwiesen sich, dass sie eine äquiaxiale Struktur und als ein mittlerer Kristallkorndurchmesser von fester Größe in einem Bereich von 50–500 μm aufweisen, bzw. weiterhin wurden Ausscheidung von θ' Phasen auf (100) Ebene und Ω Phasen auf (111) Ebene bestätigt.Farther were excluded in each example and in the comparative example 12, microstructure observation for Structures of the three aforementioned positions below each mentioned above Condition performed, and Al alloy structures proved to be an equiaxial Structure and as a mean crystal grain diameter of solid Size in one Range of 50-500 μm, Furthermore, precipitation of θ 'phases on (100) plane and Ω phases have been reported confirmed at (111) level.

Beschreibungen über Punkte, die Tabelle 1 und Tabelle zeigen, werden hierin nachstehend deutlicher angegeben.Descriptions about points, Table 1 and Table show more clearly hereinafter.

Homogenisierte Wärmebehandlung von nicht weniger als 15 Stunden wird in Beispielen 1–6 mit chemischen Komponentenzusammensetzungen innerhalb des Bereichs von A-C, einschließlich V, der vorliegenden Erfindung ausgeführt und die Proben haben eine Verteilungsdichte von 1,5 Stück/μm³ von Ausscheidung auf Al-V-Basis in einer Schmiedematerialstruktur. Im Ergebnis werden eine Ermüdungsfestigkeit bei Raumtemperatur und eine Ermüdungsfestigkeit bei hoher Temperatur von nicht weniger als 8,0e6 (8,0 × 10⁶) gezeigt, und es wird deutlich, dass diese in diesen physikalischen Eigenschaften ausgezeichnet sind.Homogenized heat treatment of not less than 15 hours is carried out in Examples 1-6 with chemical component compositions within the range of AC including V of the present invention, and the samples have a distribution density of 1.5 pieces / μm ³ of precipitate on Al-V Base in a forged material structure. As a result, a room temperature fatigue resistance and a high temperature fatigue strength of not less than 8.0 e6 (8.0 x 10 ⁶ ) are shown, and it is apparent that they are excellent in these physical properties.

Jedoch in homogenisierter Wärmebehandlungszeit in einer gleichen Legierung, wenn Beispiele eine lange Zeit von 20 Stunden ergeben, und Beispiele, die eine vergleichsweise kurze Stundenzahl von 15 Stunden ergeben, werden miteinander verglichen, wobei Beispiel 1 eine vergleichsweise höhere Verteilungsdichte von Ausscheidungen auf Al-V-Basis in einer Schmiedematerialstruktur, verglichen mit Beispiel 2, ergeben; im Ergebnis zeigt es eine vergleichsweise ausgezeichnete Ermü dungsfestigkeit bei hohen Temperaturen.however in homogenized heat treatment time in a same alloy, if examples a long time of 20 hours, and examples that are comparatively short Hours of 15 hours are compared, Example 1 being a comparatively higher distribution density of Al-V based precipitates in a forged material structure, compared with Example 2; as a result, it shows a comparatively excellent fatigue strength at high temperatures.

Andererseits zeigen sie, auch wenn Vergleichsbeispiele 7–10, in denen kurz homogenisierte Wärmebehandlungszeit von 8 Stunden oder 12 Stunden angepasst wird und Legierungen innerhalb eines Bereichs von A-C, gezeigt in Tabelle 1 der vorliegenden Erfindung, verwendet werden, auffällig geringere Verteilungsdichten von weniger als 1,5 Stück μm³ von Ausfällung auf Al-V-Basis in der Schmiedematerialstruktur, verglichen mit den vorstehend erwähnten Beispielen, die zeigen, dass eine Ermüdungsfestigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen, auffällig verschlechtert ist.On the other hand, although Comparative Examples 7-10, in which a brief homogenized heat treatment time of 8 hours or 12 hours is adjusted and alloys within a range of AC shown in Table 1 of the present invention are used, they show conspicuously lower distribution densities of less than one , 5 pieces μm ³ of Al-V based precipitate in the forging material structure, compared with the above-mentioned examples, showing that fatigue strength, especially at high temperatures, is conspicuously deteriorated.

Weiterhin zeigt Vergleichsbeispiel 11, worin ein Legierungsbeispiel D mit einem V-Gehalt, geringer als eine Grenze, verwendet wird, eine Verteilungsdichte von weniger als 1,5 Stück μm³; auffällig geringer als in dem vorstehend erwähnten Beispiel von Ausscheidung auf Al-V-Basis, in der Schmiedematerialstruktur, trotz 20 Stunden von langem homogenisierten Wärmebehandlungszeitraum, was eine auffällig verschlechterte Ermüdungsfestigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen, zeigt.Further, Comparative Example 11, wherein an alloy example D having a V content less than a limit is used, a distribution density of less than 1.5 pieces μm ³ ; Notably lower than in the above-mentioned example of Al-V-based precipitation in the forged material structure, despite 20 hours of a long homogenized heat treatment period, which shows conspicuously deteriorated fatigue strength, especially at high temperatures.

Außerdem zeigt in Vergleichsbeispiel 12 unter Verwendung einer Legierung von Beispiel E mit einem V-Gehalt, höher als eine Grenze, die Strukturbeobachtung von dem vorstehend erwähnten Schmiedematerial grobe intermetallische Verbindungen, was in anderen Beispielen nicht gefunden wurde. Deshalb war klar, dass dies verschlechterte mechanische Eigenschaften ergab, und genauere Messungen und Identifizierung wurden nicht weiter ausgeführt.Also shows in Comparative Example 12 using an alloy of Example E with a V content, higher as a limit, the structure observation of the above-mentioned forging material is gross intermetallic compounds, which was not found in other examples has been. Therefore, it was clear that this degraded mechanical properties revealed, and more accurate measurements and identification were not further executed.

Deshalb werden diese Ergebnisse eine kritische Bedeutung in der Definition der Verteilungsdichte von einer Ausscheidung auf Al-V-Basis in einer Schmiedematerialstruktur für eine Hochtemperaturermüdungsfestigkeit und eine Bedeutung von einem homogenisierten Wärmebehandlungszeitraum zur Verbesserung in der Verteilungsdichte von einer Ausscheidung auf Al-V-Basis garantieren.Therefore These results will have a critical meaning in the definition the distribution density of an Al-V-based precipitate in one Forged material structure for a high temperature fatigue strength and a meaning of a homogenized heat treatment period Improvement in the distribution density of an excretion Guarantee Al-V basis.

[Tabelle 1]

[Table 1]

[Tabelle 2]

[Table 2]

aa: Beispielexample
bb: VergleichbeispielComparative example
cc: Klassifizierungclassification
dd: Abkürzungabbreviation
ee: Probennummer in Tabelle 1sample number in Table 1
gG: Homogenisierungs-WärmebehandlungHomogenization heat treatment
hH: Temperatur (°C)temperature (° C)
ii: Zeitraum (h)Period (H)
jj: Reinigungsklassifizierungcleaning classification
kk: Al-V-basierte Ausscheidungsverteilungsdichte in geschmiedeter Materialstruktur Stück/μm3Al-V-based Excretion distribution density in forged material structure Pieces / micron3
ll: σB MPaσB MPa
mm: Festigkeit MPastrength MPa
nn: Dehnung (%)strain (%)
oO: KriechspannungLeakage
pp: Charpy-Schlag-WertCharpy impact value
qq: Raumtemperatur Anzahlroom temperature number
rr: bei 150°C Anzahlat 150 ° C number
ss: Ermüdungsfestigkeitfatigue strength
tt: Raumtemperaturroom temperature
uu: 180°C × 100 h180 ° C × 100 h
u + tu + t: Zugfestigkeitseigenschaftentensile

Claims

Aluminum alloy forging material comprising: Cu: 4.0% -7.0%, Mg: 0.2% -0.4%, Ag: 0.05-0.7%, and V: 0.05% -0.15% , and optionally: Si: not more than 0.1%, Fe: not more than 0.15%, Zr: not more than 0.09%, Cr: not more than 0.05%, Mn: not more than 0 , 8% and Ti: not more than 0.1%, the balance being Al, wherein a distribution density of Al-V-based precipitates in the structure of the forging material is not less than 1.5 pieces μm ³ , and wherein Crystal grain of the aluminum alloy forging material is equiaxial and a mean grain diameter of the crystal grain is in a range of 10 to 500 microns.