DE69308402T4

DE69308402T4 - Hochfestige Legierung auf Aluminiumbasis und verdichteter und verfestigter Werkstoff daraus

Info

Publication number: DE69308402T4
Application number: DE1993608402
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Kita
Original assignee: YKK Corp
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1993-05-05
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: EP0577944B1; DE69308402T2; JPH05311359A; EP0577944A1; DE69308402D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis, die hohe Festigkeit, hohe Duktilität und hohe spezifische Festigkeit besitzt, und auf ein verdichtetes und verfestigtes Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis, das durch Verdichten und Verfestigen der Legierung erzeugt ist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Eine Legierung auf Aluminiumbasis mit hoher Festigkeit und hoher Wärmebeständigkeit wurde bisher durch das Flüssigkeits-Abschreckverfahren oder andere ahnliche Schnell-Verfestigungsverfahren erzeugt. Insbesondere ist eine derartige schnellverfestigte Legierung auf Aluminiumbasis im japanischien Patent mit der Offenlegungsnr. 275732/1989 offenbart. Eine schnellverfestigte Legierung auf Aluminiumbasis ist amorph oder mikrokristallin, und ist eine hervorragende Legierung, welche hohe Festigkeit, hohe Wärmebeständigkeit und hohe Korrosionsbestandigkeit besitzt.
Auch wenn die im japanischen Patent mit der Offenlegunsnr. 275732/1989 offenbarte Legierung auf Aluminiumbasis eine hervoragende Legierung ist, die hohe Festigkeit, hohe Wärmebeständigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit besitzt und auch von hervorragender Bearbeitbarkeit ist, gibt es, wenn sie als hochfestes Material verwendet wird, noch Raum für Verbesserungen, wenn sie als Material verwendet wird, bei welchem hohe Zahigkeit und hohe spezifische Festigkeit erforderlich ist.
Die oben beschriebene Legierung ist eine Legierung, die eine hohe Festigkeit, eine große Wärmebeständigkeit und große Korrosionsbeständigkeit besitzt und hervorragend zu bearbeiten ist, wenn sie in Pulver- oder Flockenform durch das Flüssigkeits-Absehreckverfahren erzeugt ist und als Rohmaterial verschiedenen Bearbeitungsvorgahnngen unterzogen wird, um ein Endprodukt zu erzeugen, d.h. wenn ein Produkt lediglich durch Primarbearbeitung erzeugt wird. Jedoch gibt es, wenn ein verfestigtes Material aus dem Pulver oder den Flocken als Rohmaterial erzeugt wird und weiter bearbeitet wird, d.h. einer sekundären Bearbeitung unterzogen wird, Raum für Verbesserungen bei der Bearbeitbarkeit und der Beibehaltung der hervorragenden Eigenschaften des Materials nach der Bearbeitung.
"Chemical Abstracts", Bd. 104. Nr.4, 27. Januar 1986, Abstract Nr. 22818r beschreibt eutektische (in Gew.-%) Al-6% Ni-Zusammensetzungen mit Ternärelementen wie beispielsweise 0,5% Cu, Fe und Mg, 0,2% Ti und 1% Cr und Mn.
JP-A-6223 0963 offenbart wärmebestandige, schnell veifestigte Al-Legierungen, welche (in Gew.-%) enthalten: 3 bis 12 Ni, 0,03 Mn und mindestens eines von 0,02 bis 1 Cr, 0,02 bis 0,7 Zr, 0,03 bis 0,7 V, 0,03 bis 1 Co, 0,08 bis 1 Fe und 0,02 bis 0,5 Ti.
Demgemäß ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Aluminiumlegierung zu liefern, die hohe Festigkeit, hohe warmebestandigkeit, hohe spezifische Festigkeit und hervorragende Zähigkeit besitzt, während eine Festigkeit auf rechterhalten wird, die für ein Strukturelement erforderlich ist, bei dein eine hohe Zuverlässigkeit gefordert wird, sowie ein verdichtetes und verfestigtes Material aus einem Material auf Aluminiumbasis zu liefern, das ermöglicht, daß eine Sekundärbearbeitung (Extrudieren, spanabhebende Bearbeitung, etc.) leicht durchgeführt werden kann und die dem Rohmaterial eigenen, hervorragenden Eigenschaften sogar nach der Bearbeitung erhalten bleiben.

INHALT DER ERFINDUNG

Um das obenbeschriebene Problem zu lösen, zielt der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung auf eine hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis mit einer Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:
AlbalNiaM1b
wobei M&sub1; mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co und Mo ausgewahlt ist, und a und b, in Atom-% 6 ≤ a ≤ 10 und 0,1 ≤ b ≤ 5 sind.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfndung zielt auf eine hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis mit einer Zusammensetztung, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:
AlbalNiaMlbM&sub2;c
wobei M&sub1; mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co und Mo ausgewählt ist, M2 mindestens ein Element darstellt, das aus Nb, Ta und Hf ausgewählt ist, und a, b und c, in Atom-%, 5 ≤ a ≤ 10 und 0,1 ≤ b ≤ 5 und 0,1 ≤ c ≤5 sind.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung zielt auf eine hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis mit einer zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:
AlbalNiaM1bQd
wobei M&sub1; mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co und Mo ausgewählt ist, Q mindestens ein Element darstellt, das aus Mg, Cu und Zu ausgewählt ist, und a, b und d, in Atom-% 6≤a≤10, 0,1≤b≤5 und 0,01≤d≤4 sind.
Dwe vierte Asj)ekt der vorliegenden Erfindung zielt auf eine hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis hut einer Zusammen setztuig, die durch die alhgemeine Formel dargestehht ist:
AlbalNiaM1bM&sub2;cQd
wobei M&sub1; mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co unnd Mo ausgewählt ist, M&sub2; mindestens ein Element darstellt, das aus Nb, Ta und Hf ausgewählt ist, Q mindestens ein Element darstellt, das aus Mg, Cu und Zu ausgewählt ist, und a, b, e und d, in Atom-%, 5≤a≤10, 0,1≤b≤5, 0,1≤c≤5 und 0,01≤d≤4 sind.
Die obenbeschriebenen Legierungen des ersten bis vierten Aspekts sind bevorzugt aus einer Matix aus Alumiuium oder aus einer festen Lösung aus übersättigtem Aluminium und homogen und fein in der Matrix verteilten Aluminiumpartikeln aufgebaut, die aus einer stabilen Phase oder einer metastabilen Phase von verschiedenen intermetalliselnen Verbindungen, welche aus dem Matixelement und weiteren Legierungselementen gebildet sind, und/oder Voll verschiedenen intermetallischen Verbindungen bestelnen, die selber aus weiteren Legierungselementen gebildet sind.
Die vorliegende Erflindung liefert weiter ein verdichtetes und verfestigtes Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis, das eine hohe Festigkeit besitzt und durch Verdichten uiid Verfestigen einer Abschreck-verfestigtein Legierung auf Aluminiumbasis, die eine durch eine beliebige der oben angegebenen allgemeinen Formehr dargestellte Zusammensetzung besitzen, erhalten wird.
Das veedichtete und verfestigte Legierungsunateral auf Aluminiunnbasis ist bevorzugt aus einer Matrix aus Aluminium oder aus euler festen Lösung aus übersättigtem Aluminium bei denen die durchschnnittliche Kristallkorngröße 40 bis 2000 nm beträgt, und homogen in der Matrix verteilten Aluminumpartikeln aufgebaut, welche aus einer stabilen Phase oder einer metastabilen Phase von verschiedenen intermetallischen Verbindungen, die aus dem Matixelement und weiteren Legienungselementen gebildet sind, und/oder von verschiedenen intermetallischen Verbindungen bestehen, die selber aus weiteren Legierungselementen gebildet sind, wobei die intermetallischen Verbindungen eine mittlere Partikelgröße von 10 bis 1000 nm besitzen.
Weiter wird das verdichtete und verfestigte Material der vorliegenden Erfindung bevorzugt erzeugt durch: Schmelzen eines Materials einer oben angegebenen Zusammensetzung, Abschreck-Verfestigen der Schmelze zu Pulver oder Flocken, Verdichten des enthaltenen Pulvers oder der Flocken, und Preßformen und Verfestigen des verdichteten Pulvers oder Flocken zu der oben erwähnten Struktur durch herkömmliche verformende Bearbeitung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 bis 5 zeigen jeweils einen Graph, welclie die Beziehung zwischen der Anderung der Legierungszusammensetzung und ihrer Eigenschaften zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Legierung auf Aluminiumbasis der vorliegenden Erfindung kann durch die Schnell-Verfestigung eines geschmolzenen Metalls mit der oben beschriebenen Zusammensetzung durch das Flüssigkeits-Abschreckverfahren erzeugt werden. Das Flüssigkeits-Abschreckverfahren ist ein Verfahren, bei dem eine geschmolzene Legierung schnell gekühlt wird, und beispielsweise sind das Einzeltrommel-Schmelzspinnverfahren, das Zwillingstrommel-Sclnmelzspinnverfähren, das Umlaufwasser-Schmelzspinnverfahren, etc., insbesondere nützlich. Bei diesen Verfahren kann eine Kühlgeschwindigkeit von ungefähr 102 bis 108 ºK/sec erreicht werden. Beim Herstellen eines dünnen Bandmaterials durch das Einzeltrommel-Schmelzspinnverfahren, das Zwillingstrommel- Schmelzspinnverfahren oder dergleichen, wird ein geschmolzenes Metall durch eine Düse in, beispielsweise, eine Kupfer- oder Stahltrommel mit einem Durchmesser von 30 bis 300 min eingespritzt, welche sich bei einer konstanten Geschwindigkeit im Bereich von ungefähr 300 bis 10.000 Upm dreht. Auf diese Weise können verschiedene Dünnbandmateralien mit einer Breite von ungefähr 1 bis 300 mm und einer Dicke von ungefähr 5 bis 500 µm in einfacher Weise erzeugt werden. Andererseits kann ein feines Drahtmaterial in einfacher Weise durch das Umlaufwasser-Schmelzspinnverfahren erzeugt werden, indem ein geschmolzenes Metall durch die Gegendruckwirkung von Angongas durch eine Düse in eine flüssige Kühlmediumsschicht von einer Tiefe von 1 bis 10 ein, die mittels Zentrifugalkraft innerhalb einer sieh mit 50 bis 500 Upm drehenden Trommel gehalten wird, eingespritzt wird. In diesem Fall beträgt der Winkel des durch die Düse auf die Kühlmitteloberfläehe aufgespritzten gesehmolzeuen Metalls bevorzugt ungefähr 60º bis 90º, während das Relativgeschwindigkeitsverhältnis des herausgespritzten geschmolzenen Metalls zur Oberfläche des flüssigen Kühlmediums bevorzugt 0,7 bis 0,9 beträgt.
Anstatt der Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens kann ein dünner Film durch Sputtern erzeugt werden, und ein abgeschrecktes Pulver kann durch verschiedene Zerstäubungsverfaliren, wie beispielsweise ein Hochdruck-Gassprühverfahren, oder ein Sprühverfahren erzeugt werden.
Die Legierung der vorliegenden Erfindung kann durch das oben beschriebene Einzeltrommel-Schmelzspinnverfahren, das Zwillingstrommel-Schmelzsprühverfahren, das Umlaufwasser-Schmelzsprühverfahren, Sputtern, verschiedene Zerstäubungsverfahren, ein Sprühverfahren, ein mechanisches Legierungsverfahren, etc. durchgeführt werden. Weiter kann, falls erforderlich, die mittlere Kristallkorngröße und die mittlere Größe der intermetallischen Verbindungspartikel durch eine geeignete Auswahl der Produktionsbedingungen gesteuert werden.
Weiter können einige Zusammensetzungen eine unnötige Struktur liefern. Wenn die Struktur unötig fein ist, wird es jedoch in häufig unmöglich, die für die Bearbeitung erforderliche Duktilität zu erzielen. In diesem Fall wachsen, wonn die sich ergebende Struktur erwärmt wird, die Kristalle oberhalb einer spezifischen Temperatur. Zu diesem Zeitpunkt fallen verschiedene intermetallische Verbindungen innerhalb der Kristalle aus. Auf diese Weise ist es durch geeignete Wahl der Erwärmungsbedingungen auch möglich, eine Legierung zu erzeugen, die eine Kritallkorngröße und eine metalische Verbindungspalhrtikelgröße besitzt, die für die vorhiegende Erfindung geeignet sind.
Bei der Legierung auf Aluminiumbasis, welche eine durch die allgemeinen Formeln dargestellte Zusammensetzung gemäß der ersten bis vierten Aspekte besitzt, wird, wenn sich die Werte von a, b, c ulnd d, außerhalb der Beieiche von 5 bis 10%, Vol 0,1 bis 5%, von 0,1 bis 5% bzw. von 0,01 bis 4% , bezogen auf Atom-%, befinden, die Legierung so spröde, daß weder eine zufriedenstellende Zähigkeit noch eine hohe Festigkeit erzielt werden können. Mit anderen Worten kann bei Verwendung des oben erwähnten Flüssigkeits-Abschreckverfahrens etc., keine Legierung mit den in der vorliegenden Erfindung beabsichtigteii Eigenschaften durch eine Abschreckvorrichtung in großtechnischem Maßstab erzeugt werden.
Genauer gesagt verbindet sich das Ni-Element nnit Al zu Verbindungen (beispielsweise Al&sub3;Ni), welche homogen in der Al-Matrix dispergiert sind, um die Festigkeit, die dynamische Elastizität und die Wärmebeständigkeit zu verbessern. Bei der ob ein beschriebenen Legierung kann, wenn der Ni-Gehalt weniger als 5 Atom-% beträgt, die Matrix nicht ausreichend verfestigt werden, wohingegen bei einem Ni-Gehalt oberhalb 10 Atom-% die Duktilität geling wird.
Das M&sub1;-Element ist mindestens ein Element, das aus V, Cr, Ma, Co und Mo ausgewählt ist und sich mit Al zu Verbindungen verbindet, welche homogen und fein in der Al-Matrix dispergiert sind, um die Festigkeit der Matrix ztn erhöhen und gleichzeitig die Wärmebeständigkeit zu verbessern. In der oben beschriebenen Legierung wird, wenn der M&sub1;-Element- Gehalt weniger als 0,1 Atom-% beträgt, die Matiix vergröbert, und damit die Festigkeit vermindert. Wenn andererseits der M&sub1;-Element-Gehalt 5 Atom-% übersteigt, sinkt die Elongation bei Raumtemperatur ab, was ein Problem bei der Bearbeitung verursacht.
Das M&sub2;-Eleinnent ist mhndestens ein Element, welches aus Nb, Ta und Hf ausgewählt ist, und wenn es ztnsammen mit dem M&sub1;-Element vorhanden ist, kann die Festigkeit der Matrix, zusammen mit der Wärmebeständigkeit, weiter erhöht werden. Bei der oben beschriebenen Legierung wird, wenn der M&sub2;-Element-Gehalt weniger als 0,1 Atom-% beträgt, die Matiix vergröbert, wodurch die Festigkeit vermindert wird. Andererseits sinkt, wenn der Gehalt des M&sub2;-Elements 5 Atom-% übersteigt, die Elongation bei Raumtemperatur ab, was ein Problem bei der Bearbeitung verursacht. Weiter betragen, wenn der Elongation der Legierung die größte Wichtigkeit begemessen wird, sowolnl der M&sub1;-Element-Gehalt als auch der M&sub2;-Element-Gehalt bevorzugt 5 Atom-% oder weniger. Weiter ist in oben beschriebenem Legierungssystem das Zusetzen des M&sub2;-Elements in selnr geringer Menge bezogen auf das M&sub1;-Element insbesondere hinsichtlich der Verbesserung der Festigkeit uiid der Duktilität der Legierung nützlich.
Das Q-Element ist mindestens ein Element, welches aus Mb, Cu und Zn ausgewählt ist und sich mit Al oder anderen Q-Elementen zu Verbindungen verbindet. Das Zusetzeil des Q-Elements in sehr geringer Menge dient dazu, die Matrix zu verfestigen, um die Festigkeit zu verbessern und kann gleichzeitig die Wärmebeständigkeit, die spezifische Festigkeit und die spezifische Elastizität verbessern. In der oben beschriebenen Legierung kann, wenn der Q-Element- Gehalt weniger als 0,01 Atom-% beträgt, der Effekt des Zusatzes des Q-Elements nicht erwartet werden. Wenn andererseits der Gehalt 4 Atom-% übersteigt, nimmt die Festigkeit ab.
Das verdichtete und verfestigte Material der Legierung auf Aluminiumbasis der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt erzeugt durch: Abschreckverfestigen eines Materials, dessen Zusammensetzung durch eine beliebige der allgemeinen, im ersten bis vierten Aspekt obenstehend definierten Formeln dargestellt ist, Verdichten des sich ergebenden Pulvers oder der Flocken und Untelziehen des verdichteten Pulvers oder der Flocken einem Preßformen, und Verfestigen durch herkömmliche verformende Bearbeitungsvorrichtungen. In diesem Fall sollten das Pulver oder die Flocken als Rohmaterial eine mittlere Kristallkorngröße von 2.000 µm oder welliger aufweisen, und wenn die intermetallischein Verbindungen ausfallen, sollte die mittlere Partikelgröße 1.000 nm oder weniger betragen. Das Rohmaterial wird auf eine Temperatur von 50 bis 600ºC beim Schritt des Verdichtens erwärmt und einer Umformungsverfestigung unterzogen, rum das verdichtete und verfestigte Material der vorliegenden Erfindung zu liefern.
Die oben beschriebene herkömmliche Verformungsbearbeitungsvorichtung versteht sich als umfassender Begriff und beinhaltet auch Preßformen und pulvermetallurgische Verfahren.
In den oben beschriebenen allgemeinen Formen besitzt das Material, wenn die Werte von a, b, e und djeweils aufs bis 10%, 0,5 bis 5%, 0,5 bis 5% und 0,01 bis 4%, bezogen auf Atom-%, begrenzt sind, das Material von der Raumtemperatur bis zu hohen Temperaturen (speziell 200ºC) eine höhere Festigkeit als die herkömmlichen (handelsüblichem) hodifesten Aluminiumlegierungen, und eine fiü die Bearbeitung in der Praxis ausreichende Duktilität.
im verfestigten Legierungsmaterial der vorliegenen Erfindung ist Ni ein Element, das ein relativ geringes Diffusionsvermögen in der Al-Matrix besitzt, und wenn Ni als intermetanische Verbindung (beispielsweise Al&sub3;Ni) in der Al-Matrix dispergiert wird, besitzt es den Effekt, die Matrix zu verfestigen und das Wachstum der Kristallkörner zu hemmen. Somit kann es die Härte und Festigkeit der Legierung verbessern und die feine Kristallphase nicht nur bei Raumtemperatur sondeni auch bei hohen Temperaturen stabilisieren und somit Wärmebeständigkeit vermitteln.
Das M&sub1;-Element ist ein Element, das geringes Diffusionsvermögen in der Al-Matiix besitzt und verschiedene metastabile oder stabile intermetallische Verbindungen bildet, was zur Stabilisierung der sich ergebenden feinkristallinen Struktur beiträgt.
Wie das M&sub1;-Element besitzt das M&sub2;- Element geringes Diffusionsvermögen in der Al-Matrix, um verschiedenen metastabile oder stabile intermetallische Verbindungen zu bilden, und liegt zusammen mit dem M&sub1;-Element vor, um zul weiteren Stabilisierung der feinkristallinen Struktur beizutragen.
[)as Q-Element velbilidet sich mit Al oder eineni weiteren Q-Element, um zum Verfestigen der Matrix Verbindungen zu bilden und gleichzeitig die Wärmebeständigkeit zu verbessern. Weiter kann es die spezifische Festigkeit und die spezifische Elastizität verbessern.
Beim verfestigten Material der Legierung auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist die mittlere Kristallkorngröße der Matrix bevorzugt aul den Bereich zwischen 40 bis 2.000 nm begrenzt, da unterhalb einenn Wert von 40 nm die Festigkeit hoch, jedoch die Duktilität ungenügend ist und eine mittlere Kristallkorngröße von 40 nm oder mehr zum Erreichen einer für existierende Bearbeitungsverfahren ausreichenden Duktilität erforderlich ist, hingegen bei einem Wert oberhalb 2.000 nm die Festigkeit so rapide abnimmt, daß kein Material hoher Festigkeit erzeugt werden kann. Um ein Material mit hoher Festigkeit zu erzeugen, beträgt die mittlere Kristallkorngröße der Matrix bevorzugt 2.000 min oder weniger.
Die mittlere Partikelgröße der intermetallischen Verbindungen ist bevorzugt auf dem Bereich zwischen 10 und 1.000nm begrenzt, da außerhalb des oben beschriebenen Bereichs die intermetallischen Verbindungen nicht als ein die Al-Matitx verfestigendes Element dienen. Speziell wenn die mittlere Partikelgröße weniger als 10 nm beträgt, tragen die intermetallischen Verbindungen nicht zur Festigung der Al-Matrix bei, und wenn die intermetallischen Verbindungen im Übermaß in Form einer festen Lösung in der Matrix gelöst sind, besteht die Möglichkeit, daß das Material brüchig wird. Wenn andererseits die mittlere Partikelgröße 1.000 nm übersteigt, wird die Größe der dispergierten Partikel zu groß, nun die Festigkeit aufrechtzuerhalten, und die intermetallischen Verbindungen können nicht als verlestigendes Element diell cli.
Wenn die mittlere Partikelgröße in dem oben beschriebenen Bereich liegt, ist es möglicht, den Elastizitätsmodul, die Hochtemperaturfestigkeit und die Ermüdungsfestigkeit zu verbessern.
In dem verdichteten und verfestigten Material einer Legierung auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung kann die mittlere Kristallkorngröße und der Dispersionszustand der intermetallischen Verbindungen durch geeignete Wahl der Herstellungsbedingungen gesteuert werden. Wenn der Schwerpunkt auf die Festigkeit gelegt wird, werden die mittlere Kristallkorngröße der Matrix und die mittlere Kristallkorngröße der intermetallischen Verbindungen so gesteuert, daß sie klein werden. Wenn andererseits der Schwerpunkt auf die Duktilität gelegt wird, werden die mittlere Kristallkongröße der Matrix und die mittlere Korngröße der intermetallischen Verbindungen so gesteuert, daß sie gering werden. Wenn andererseits der Schwerpunkt auf die Duktilität gelegt wird, werden die mittlere Kristallkorngröße der Matrix und die mittlere Partikelgröße der intermetallisehen Verbindungen so gesteuert, daß sie groß werden. Auf diese Weise können verdichtete und verfestigte Materialien, die für verschredene Zwecke geeignet sind, erzeugt werden.
Wenn weiter die mittlere Kristallkorngröße der Matrix so gesteuert wird, daß sie in den Bereich zwischen 40 und 2.000 nm zu liegen kommt, wird es möglich, daß sie hervorragende Eigenschaften als superelastisclies Arbeitsmaterial vermittelt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Jede der Vorlegierungen, die eine in Tabelle 1 angegebene Zusammensetzung (in Atom-%) besitzen, wurde durch den Schmelzprozeß in einem Lichtbogen-Schmelzofen erzeugt, und ein dünnes Band (Dicke: 20 µm, Breite 1,5 mm) wurde aus diesem mittels eines herkömmlichen Einzeltrommel-Flüssigkeitsabschreckvorrichtung (einem Schmelzspinngerät) erzeugt. In diesem Fall war die Trommel eine Kupfertrommel mit einem Durchmesser von 200 mm, die Anzahl der Umdrehungen betrug 4.000 Upm, und das Verfahren fand in einer Argon-Atmosphäre mit einem Druck von 10&supmin;³ Torr statt.
Die Bänder der Legierungen mit den jeweiligen, in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen, die unter den oben beschriebenen Herstellungsbedingungen erzeugt wurden, wurden allf ihre Härte (HV) und Duktilität untersucht.
Die Härte ist der Wert (DPN), der mit einem Milno-Vickers-Härtetester unter einer Belastung von 25 g gemessen wird. Die Duktilität wird mit dem Begriff "Duc" ("ductile"=duktil) ausgedrückt, wenn das Material eine solche Duktilität besitzt, das es bei einem 180º-Adhäsions-Biegetest nicht bricht, hingegen mit dem Begriff Bri ("brittle" spröde) ausgedrückt, wenn das Material eine solche Duktilität besitzt, daß es den 180º-Adhäsions-Biegetest nicht übersteht.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, sind die Legierungen der vorliegenden Erfindung Materialien, die hervorragende Härte und Duktilität besitzen.
Weiter wurden die dünnen Bänder, welche unter den ob ein beschriebenen Herstellungsbedingungen erzeugt wurden, unter einem TEM (Transmissionselektronenmikroskop) untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, daß alle Proben eine fehlkristaline Struktur besaßen, aufgebaut aus einer Aluminiummatrix oder einer übersättigten festen Aluminiumlösung und homogen in der Matrix verteilten Partikeln, die aus einer stabilen oder metastabilen Phase von verschiedenen, vom Matrixelement und anderen Legierungselementen aufgebauten intermetallischen Verbindungen, und/oder von verschiedenen, von den Legierungselementen selbst gebildeten intennetalliselien Verbinduiigen bestand.

Beispiel 2

Legierungspulver auf Aluminiumbasis mit den jeweiligen vorbestimmten Zusammensetzungen (Al97,5-xNixCr2,5 und Al92-xNi&sub8;Crx) wurden unter Verwendung eilnes Gaszerstäubungsgerätes erzeugt. Die auf diese Weise erzeugten Legierungspulver auf Aluminiumbasis wurden in eine Metallkapsel eingefüllt und zur Erzeugung von Extrudiertabletten entgast. Diese Tabletten wurden bei einer Temperatur von 200 bis 550ºC durch einen Extruder extrudiert. Die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Elongation) bei Raumtemperatur der unter den oben beschriebenen Herstellungsbedingungen erzeugten extrudierten Materialien (verferfestigte Materialien) sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, nimmt die Zugfestigkeit des verfestigten Materials bei Raumtemperatur schnell zu, wenn der Ni- Gehalt 5 Atom-% oder mehr beträgt, und ninnmt rasch ab, wenn der Ni-Gehalt 10 Atom-% übersteigt. Weiter geht hervor, daß, weun der Ni-Gehalt 10 Atom-% übersteigt, die Elongation gering ist und die für eine allgemeine Bearbeitung erforderliche Minimal-Elongation (2%) erreicht wird, wenn der Ni-Gehalt 10 Atom-% oder weniger beträgt.
Weiter beginmt, wie in Fig. 2 dargestellt, die Festigkeit des verfestigten Materials bei Raumtemperatur zuzunehmen, wenn der Cr Gehalt 0,1 Atom-% elteicht, und nimmt rasch ab, wenn der Cr-Gehalt 5 Atom-% übersteigt. Weiter geht hervor, daß die Elongation abnimmt, weinn der Cr-Gehalt 5 Atom-% übersteigt und die für eine allgemeine Bearbeitung erforderliche Minimal-Elongation (2%) wird erreicht, wenn der Cr- Gehalt 5 Atom-% oder weniger beträgt.

Beispiel 3

Die Vorgehensweise von Beispiel 2 wurde wiederholt, um extrudierte Materialien (verfestigte Materialien) mit den durch die Formeln Al98-xNixCr&sub1;Nb&sub1; bzw. Al91,5-xNi7,5Cr&sub1;Nbx zu erzeugen. Die Materialien wurden auf ihre mechanischen Eigeenschaften hin (Zugfestigkeit und Elongation) untersucht. Die Ergebnisse sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ninmit die Zugfestigkeit des verfestigten Materials bei Raumtemperatur rasch zu, wenn der Ni-Gehalt 5 Atom-% oder mehr beträgt, und nimmt rasch ab, wenn der Ni-Gehalt 10 Atom-% übersteigt. Weiter geht hervor, daß, wenin der Ni-Gehalt 10 Atom-% übersteigt, die Elongation gering ist und die für eine algemeine Bearbeitung erforderliche Minimal-Elongation (2%) erreicht wird, wenn der Ni- Gehalt 10 Atom-% oder wenigel betrahngt.
Weiter begilillt, Wie in Fig. 4 dargestellt, die Festigkeit des verfestigten Materials bei Raumtemperatur zuzunelimen, wenn der Nb-Gehalt 0, 1 Atom-% erreicht, und nimmt rasch ab, wenn der Nb- Gehalt 4,5 Atom-% übersteigt. Weiter geht hervor, daß die für eine allgemeine Bearbeitung erforderliche Minimal-Elongation (2%) erreicht wird, wenn der Nb-Gehalt 5 Atom-% oder weniger beträgt. Weiter geht hervor, daß die Festigkeit rasch abninnnt, wenin der Gesamtgehalt von Nb und Cr ca. 5 Atom-% überstreigt.

Beispiel 4

Die Vorgehensweise von Beispiel 2 wurde wiederholt, um extrudierte Materialien (verfestigte Materialien) mit einer durch die Formel Al91,5-xNi8,5Cox zu erzeugen. Das Material wurde auf seine mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Elongation) untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht, beginnt die Zugfestigkeit des verfestigten Materials bei Raumtemperatur zuzunehmen, wenn der Co-Gehalt 0,1 Atom-% erreichtt, und nimmt rasch ab, wenn der Co-Gehalt 5 Atom-% übersteigt. Weiter geht hervor, daß, wenn der Co-Gehalt 5 Atom-% übersteigt, die Elongation abinimmt und die für eine allgemeine Bearbeitung erforderliche Minninnal-Elongation (2%) erreicht wird, wenn der Co-Gehalt 5 Atom-% oder weniger beträgt.

Beispiel 5

Die Vorgehensweise von Beispiel 2 wurde wiederholt, um extrudierte Materialien (verfestigte Materialien) mit den in der linken Spalte von Tabelle 2 angegeben Zusammensetztungen zu erzeugen, und bei diesen Materialien wurde die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur, die Zugfestigkeit bei einer hohen Temperatur (200ºC), der Elastizitätsmodul und die Flärte gemessen, wie in der rechten Spalte von Tabelle 2 gezeigt.
Aus den in Tabelle 2 angegebenen Ergebnissen geht hervor, daß die verfestigten Materialien der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Zugfestigkeit bei Raumtemperatur und einer hohen Temperatur (200ºC), sowie einen hervorragenden Elastizitätsmodul und Härte besitzen. Weiter ist die Zugfestigkeit groß und das spezifische Gewicht gering, so daß hervorgeht, daß die verfestigten Materialien der vorliegenden Erfindung eine große spezifische Festigkeit besitzen.
Bei den in Tabelle 1 aufgeführten verfestigten Materialien wurde die Elongation bei Raumtemperatur gemessen, um nachzuweisen, daß die Elongation die für eine allgemeine Bearbeitung erforderliche Minimal-Elongation (2%) übersteigt.
Teststücke für eine Beobachtung unter dem TEM wurden aus die verfestigen Materialien (extrudierte Materialien) ausgeschnitten, welche verfestigte Materialien der Beispiele 2 bis 4 beinhalteten, die unter den oben beschriebenen Herstellungsbedingungen erzeugt wurden, und es wurde eine Untersuchung vorgenommen, um die Kristallkorngröße von deren Matrix und die Partikelgröße der intermetallischen Verbindungen zu bestimmen. Alle Proben waren aus einer Matrix aus Aluminium oder aus einer festen Lösung aus übersättigtem Aluminium, bei denen die durchschnittliche Umkristallkorngröße 40 bis 2000 nm betrahngt, und homogen in der Matrix verteilten Aluminumpartikeln aufgebaut, welche aus einer stabilen Phase oder einer metastabilen Phase voll verschiedenen intermetalliscben Verbindungen, die aus dem Matrixelement und weiteren Legierungselementen gebildet sind, und/oder von verschiedenen intermetallischen Verbindungen bestehen, die selber aus weiteren Legierungselementen gebildet sind, wobei die intermetallisehen Verbinc ungen eine mittlere Partikelgröße von 10 bis 1000 nm besitzen. Tabelle 2 Tabelle 2 (Fortsetzung)
Wie oben beschrieben besitzt die Legierung auf Aluminiumbasis der vorliegenden Erfindung hohe Festigkeit und große Wärmebeständigkeit, was sie als Material hoher spezifischer Festigkeit nutzbar macht, welches gleichzeitig dank seiner hohen spezifischen Elastizität und seiner großer Zährgkeit hervorragende Bearbeitbarkeit besitzt. Weiter kann es bearbeitet werden und behält dabei eine für Strukturmaterialien, bei denen eine hohe Zuverlässigkeit gefordert wird, notwendige Festigkeit.
Weitel kann das verdichtete und verfestigte Material einer Legierung auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Eifindung leicht einer sekundären Bearbeitung (Extrudieren, Schneiden, etc.) unterzogen werden und kann, selbst nach der Bearbeitung, immer noch die dem Rohmaterial innewohnenden excellenten Eigenschaften beibehalten.

Claims

1. Hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis mit einei Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:

AlBalNiaM1b

wobei M&sub1; mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co und Mo ausgewählt ist, und a und b, in Atom-%, 6≤a≤10 und 0,1≤b≤5 sind.

2. Hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis mit einer Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:

AlbalNiaM1bM2c wobei M&sub1; mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co und Mo ausgewählt ist, M&sub2; mindestens ein Element darstellt, das aus Nb, Ta und Hf ausgewählt ist, und a, b und c, in Atom-%, 5≤a≤10 und 0,1≤b≤5 und 0,1≤c≤5 sind.

3. Hochfeste Legierung aufalumniumbasis mit einer Zusammensetzung die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:

AlbalNiaM1bQd

wobei M&sub1; mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co und Mo ausgewählt ist, Q mindestens ein Element darstellt, das aus Mg, Cu und Zu ausgewählt ist, und a, b und d, in Atom-%, 6≤a≤10 und 0,1≤b≤5 und 0,01≤f≤4 sind.

4. Hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis mit einer Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:

AlbalNiaM1bM2cQd

wobei M&sub1; mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co und Mo ausgewählt ist M mindestens ein Element darstellt, das aus Nb, Ta und Hf ausgewählt ist, Q mindestens ein Element darstellt, das aus Mg, Cu und Zu ausgewählt ist, und a, b, e und d, in Atom-%, 5≤a≤10 0,1≤b≤5, 0,1≤c≤5 und 0,01≤d≤4 sind.

5. Hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis nach Anspruch 2 oder 4, wobei b und e in der allgemeinen Formel, in Atom-%, b + c ≤ 5 sind.

6. Hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Legierung auf Aluminiumbasis aus einer Matrix aus Aluminium oder aus einer festen Lösung aus übersättigtem Aluminium und homogen und fein in der Matrix verteilten Aluminiumpartikeln aufgebaut ist, welche aus einer stabilen Phase oder einer meta stabilen Phase von verschiedenen intermetallischen Verbindungen bestellen, welche aus dem Mattixelement und weiteren Legierungselementen und/oder verschiedenen intermetallischen Verbindungen gebildet sind, die selber aus weiteren Legierungselementen gebildet sind.

7. Verdichtete und verfestigte Legierung auf Aluminiumbasis, welche durch Verdichten und Verfestigen eines abschreck-verfestigten Materials hergestellt ist, welches eine Zusammensetzung besitzt, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:

AlbalNiaM1b

8. Verdichtete und veifestigte Legierung auf Aluminiumbasis, welche durch Verdichten und Verfestigen eines abschreckverfestigten Materials hergestellt ist, welches eine Zusammensetzung besitzt, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:

AlbalNiaM1bM2c

wobei M&sub1; mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co und Mo ausgewählt ist M mindestens ein Element darstellt, das aus Nb, Ta und Hf ausgewählt ist, und a, b und c, in Atom-%, 5≤a≤10 und 0,1≤b≤5 und 0,1≤c≤5 sind.

9. Verdichtete und verfestigte Legierung auf Aluminiumbasis welche durch Verdichten und Verfestigen eines abschreckverfestigten Materials hergestellt ist, welches eine Zusammensetzung besitzt, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:

AlbalNiaM1bQ2

wobei M&sub1; mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co und Mo ausgewählt ist, Q mindestens ein Element darstellt, das aus Mg, Cu und Zu ausgewählt ist, und a, b und d, in Atom-% 6≤a≤10, 0,1≤b≤5 und 0,01≤d≤4 sind.

10. Verdichtete und verfestigte Legierung auf Aluminiumbasis, welche durch Verdichten und Verfestigen eines abschreckverfestigten Materials hergestellt ist, welches eine Zusammensetztung besitzt, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:

AlbalNiaM1bM2cQd

wobei M&sub1; in mindestens ein Element darstellt, das aus V, Cr, Mn, Co und Mo ausgewählt ist, M&sub2; mindestens ein Element darstellt, das aus Nb, Ta und Hf ausgewählt ist, Q mindestens ein Element darstellt, das aus Mg, Cu und Zn ausgewählt ist, und a, b, e und d, in Atom-%, 5≤a≤10, 0,1≤b≤5, 0,1≤c≤5 und 0,01≤d≤4 sind.

11. Verdichtetes und verfestigtes Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das verdichtete und verfestigte Material erzeugt wurde durch: Schmelzen eines Materials mit einer durch die allgemeine Formel dargestellten Zusammensetzung, Abschreck-Verfestigen des geschmolzenen Materials in Pulver oder Flocken, Verdichten des sich ergebenden Pulvers oder der Flocken unnd Unterziehen des verdichteten Pulvers oder der Flocken einem Preßformen, und Verfestigen des verdichteten Pulvers oder der Flocken durch herkömmliche formgebende Bearbeitungseinrichtungen.

12. Verdichtetes und verfestigtes Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das verdichtete und verfestigte Material aus einer Matrlx aus Aluminium oder aus einer festen Lösung aus übersättigtem Aluminium, bei denen die durchschnittliche Kristallkorngröße 40 bis 2000 µm beträgt, und homogen in der Matrix veihrteilten Aluminiumpaihrtikeln aufgebaut ist, welche aus einer stabilen Phase oder einer metastabilen Phase von verschiedenen intermetallischen Verbindungen bestehen, welche aus dem Matrixelement und weiteren Legierungselementen und/oder verschiedenen intermetallischen Verbindungen gebildet sind, die selber aus weiteren Legierungselementen gebildet sind, wobei die intermetallischen Verbindungen eine mittlere Partikelgröße von 10 bis 1000 nm besitzen.