Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung mit hoher Festigkeit und
hoher Zähigkeit und insbesondere eine Verbesserung einer Aluminiumlegierung,
hergestellt durch Kristallisierung eines von zwei
Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien: eines hat eine metallographische Struktur mit einer Volumenfraktion Vf einer
gemischtphasigen Textur, die eine amorphe Phase und eine Aluminium-kristalline
Phase von gleich oder größer als 50 % (Vf ≥ 50 %) aufweist, und das andere hat
eine metallographische Struktur mit einer Volumenfraktion Vf einer amorphen
einphasigen Textur von gleich oder größer als 50 % (Vf ≥ 50 %).
Beschreibung vom Stand der Technik
-
Es sind herkömmlich Aluminiumlegierungen bekannt, wie etwa auf Al-Fe-Zr
basierende Legierungen (siehe beispielsweise Japanische
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 248860/85 und U.S. Patent Nr.4 743 317).
-
Jedoch besteht bei den herkömmlichen Aluminiumlegierungen ein Problem darin,
daß sie einerseits eine relativ hohe Festigkeit haben und andererseits eine
außerordentlich geringe Zähigkeit, weil während der kristallisierung des
Aluminiumlegierungs-Rohmaterials eine intermetallische Verbindung Al&sub2;Fe entsteht.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Aluminiumlegierung
des obenbeschriebenen Typs anzugeben, in der man eine erhöhte Zähigkeit, nicht
zu erwähnen eine hohe Festigkeit, erreicht, indem man gestattet, daß eine
bestimmte Menge eines chemischen Bestandtelis oder von chemischen Bestandteilen
in einem bestimmten amorphen Aluminiumlegierungs-Zusammensetzungssystem
enthalten ist.
-
Um dieses Ziel zu erreichen, wird nach der vorliegenden Erfindung eine
Aluminiumlegierung mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit erzeugt durch Kristallisierung
von Aluminiumlegierungs-Rohmaterial mit einer metallographischen Struktur, die
aus der Gruppe ausgewählt ist, die eine gemischtphasige Textur, die eine
amorphe Phase und eine Aluminium-kristalline Phase mit einer Volumenfraktion Vf
gleich oder größer als 50 % (Vf ≥ 50 %) aufweist, und eine amorphe einphasige
Textur mit einer Volumenfraktion Vf gleich oder größer als 50 % (Vf ≥ 50 %)
aufweist, wobei die Aluminiumlegierung durch eine chemische Formel dargestellt ist:
-
Al(a) X(b) Z(c) Si(d)
-
wobei X Fe oder Fe und zumindest ein Element aufweist, das aus der Gruppe
ausgewählt ist, die Mn, Co und Ni aufweist; Z zumindest ein Element ist, das aus
der Gruppe ausgewählt ist, die Zr und Ti aufweist; und (a), (b), (c) und (d) jeweils
in folgendem Bereich festgelegt ist:
-
84 Atom % ≤ (a) ≤ 94 Atom %,
-
4 Atom % ≤ (b) ≤ 9 Atom %,
-
0,6 Atom % ≤ (c) ≤ 4 Atom %, und
-
0,5 Atom % ≤ (d) ≤ (b)/3 und
-
Si in Form von zumindest einem vorliegt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die
ein gelöstes Atom einer Aluminiumfestlösung und ein Verbindungselement einer
intermetallischen Verbindung aufweist, und wobei Fe im Bereich von 4 Atom % ≤
Fe ≤ 9 Atom % vorliegt.
-
Mit dem obigen Merkmal sind X (d.h. Mn, Fe, Co und Ni) sowie Z (d.h. Zr und Ti)
erforderliche chemische Bestandteile zum Erzeugen eines Aluminiumlegierungs-
Rohmaterials mit Volumenfraktionen Vf einer gemischtphasigen Textur oder einer
amorphen einphasigen Textur von gleich oder größer als 50 % (Vf ≥ 50 %).
-
Wenn die amorphe Phase des Aluminiumlegiewngs-Rohmaterials, das diese
chemischen Bestandteile X und Z enthält, kristallisiert wird, entsteht Al&sub6;Mn, wenn X Mn
ist; Al&sub6;Fe, wenn X Fe ist; Al&sub3;Co, wenn X Co ist; oder Al&sub3;Ni, wenn X Ni ist, als
intermetallische Verbindung, die für die Zähigkeit der Aluminiumlegierung schädlich ist.
Gleichzeitig entsteht Al&sub3;Zr, wenn Z Zr ist; oder Al&sub3;Ti, wenn Z Ti ist, als
intermetallische Verbindung, die für die Zähigkeit der Aluminiumlegierung unschädlich ist.
-
Danach ist eine bestimmte Menge von Si in dem amorphen Aluminiumlegierungs-
Zusammensetzungssystem enthalten, das die oben beschriebenen chemischen
Bestandteile X und Z enthält. Dies ermöglicht, daß die intermetallischen
Verbindungen Al&sub6;X und Al&sub3;X, die für die Zähigkeit der Aluminiumlegierung schädlich sind, in
eine unschädliche intermetallische Verbindung X&sub1;&sub2; (SiAl)&sub1;&sub2; gewandelt wird. Somit ist
es möglich, eine Aluminiumlegierung mit hoher Festigkeit und mit erhöhter
Zähigkeit herzustellen.
-
Wenn der X Gehalt (b) kleiner als 4 % Atom % ist ((b) < 4 % Atom %), oder wenn
der Z Gehalt (c) kleiner als 0,6 % Atom % ist ((c) < 0,6 % Atom %), läßt sich ein
Aluminiumlegierungs-Rohmaterial mit einer metallographischen Struktur des
obenbeschriebenen Typs nicht herstellen. Wenn andererseits der X Gehalt größer als 9
% Atom % ist, oder wenn der Z Gehalt größer als 4 % Atom % ist, nimmt die
Bildungsmenge der intermetallischen Verbindungen Al&sub6;X und Al&sub3;X, die für die
Zähigkeit schädlich sind, zu, und aus diesem Grund können die schädlichen
intermetallischen Verbindungen durch die Zugabe von Si nicht vollständig in eine unschädliche
intermetallische Verbindung gewandelt werden. Wenn darüber hinaus der Z Gehalt
größer als 4 % Atom % ist, besteht die Neigung, daß eine intermetallische
Verbindung Al&sub3;Z entsteht, wenn ein Aluminiumlegierungs-Rohmaterial hergestellt wird,
d.h. beim Abschrecken. Um dies zu vermeiden, muß man die Anstichtemperatur
anheben, was ein Aluminiumlegierungs-Rohmaterial mit schlechteren Eigenschaften
ergibt. Al&sub3;Z ist ursprünglich eine intermetallische Verbindung, die für die Zähigkeit
der Aluminiumlegierung unschädlich ist, wenn aber beim Absohrecken Al&sub3;Z
entsteht, koalesziert es nachteilig im nachfolgenden Kristallisierungsschritt.
-
Wenn der Si Gehalt kleiner als 0,5 Atom % ist, läßt sich der oben beschriebene
Effekt durch Si nicht erzielen. Wenn andererseits (d) > (b)/3, ist der Si Gehalt zu
groß, so daß die intermetallische Verbindung Al&sub3;Z in eine intermetallische
Verbindung AlZSi gewandelt wird. AlZSi ist für die Zähigkeit der Legierung schädlich, und
daher geht die Bedeutung, Si der Legierung hinzuzufügen, verloren.
-
Wenn die Volumenfraktionen Vf der gemischtphasigen Textur und der amorphen
einphasigen Textur in der metallographischen Struktur kleiner als 50 % sind (Vf <
50 %), nimmt der koaleszierte Bereich der metallographischen Struktur der
Aluminiumlegierung zu, was eine reduzierte Festigkeit und Zähigkeit der
Aluminiumlegierung zu Folge hat.
-
Das Si in der Aluminiumlegierung liegt in Form eines gelösten Atoms einer
Aluminiumfestlösung oder als Verbindungselement einer intermetallischen Verbindung oder
als beides vor, und liegt daher nicht in Form von Primärkristall Si oder von
eutektischem Si vor. Dies vermeidet eine Minderung der Zähigkeit der Aluminiumlegierung
aufgrund des Primärkristall-Si oder dergleichen.
-
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungen in Verbindung mit
dem beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Figur 1 ist ein Diagramm eines Röntgenbeugungsmusters für verschiedene
Aluminiumlegierungs- Rohmaterialien;
-
Figur 2 ist ein Thermokurvendiagramm einer Differential-Thermoanalyse für
verschiedene Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien;
-
Figur 3 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der
Thermobehandlungs-Temperatur und der Vickers Härte für verschiedene Aluminiumlegierungen;
-
Figur 4 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der
Thermobehandlungs-Temperatur und der maximalen Dehnung für verschiedene Aluminiumlegierungen;
-
Figur 5 ist ein Diagramm eines Röntgenbeugungsmusters für verschiedene
Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
-
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungen in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Beispiel 1)
-
Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzungen einer Aluminiumlegierung (1) der
vorliegenden Erfindung und zweier Aluminiumlegierungen (2) und (3) gemäß
Vergleichsbeispielen.
Tabelle 1
-
Bei der Herstellung dieser Aluminiumlegierungen (1), (2) und (3) wurde das
nachfolgend beschriebene Verfahren verwendet. Es wurde geschmolzenes Metall mit
einer Zusammensetzung entsprechend jeder der drei Aluminiumlegierungen (1), (2)
und (3) in einem Bogenschmelzprozess hergestellt und dann verwendet zur
Herstellung
jeder von drei bandartigen Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien (1), (2) und
(3) (der Einfachheit halber werden die gleichen Bezeichnungen für die
entsprechenden Aluminiumlegierungen (1), (2) und (3) verwendet) durch Anwendung eines
Einzelwalzenprozesses. Die Bedingungen für diesen Einzelwalzprozess waren wie
folgt: der Durchmesser der Kupfewalze war 250 mm; die Drehzahl der Walze war
4000 UpM; der Durchmesser einer Quarzdüse war 0,5 mm; ein Spalt zwischen der
Quarzdüse und der Walze war 0,3 mm; der Druck, unter dem das geschmolzene
Metall eingespritzt wurde, war 0,4 kgf/cm²; und die Atmosphäre war eine
Argonatmosphäre unter -40 cmHg.
-
Figur 1 ist ein Diagramm eines Röntgenbeugungsmusters für die
Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien (1), (2) und (3), und Figur 2 ist ein Thermokurvendiagramm
einer Differential-Abtastcolorimeter (DSC) Thermoanalyse für die
Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien (1), (2) und (3). In den Figuren 1 und 2 entspricht (a) der
Aluminiumlegierung (1); (b) der Aluminiumlegierung (2) und (c) der
Aluminiumlegierung (3).
-
Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, sind die metallographischen Strukturen
der Aluminiumlegierungen (1) und (2) gemischtphasige Texturen, die jeweils eine
amorphe Phase und eine Aluminiumkristallphase mit einer flächenzentrierten
kubischen Gittertextur umfassen. Die Volumenfraktion Vf der gemischtphasigen Textur
beträgt 100 % (Vf = 100 %). Die metallographische Struktur der
Aluminiumlegierung (3) ist eine amorphe einphasige Textur, deren Volumenfraktion Vf 100 %
beträgt (Vf = 100 %).
-
Dann wurden die Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien (1), (2) und (3) einer
Thermobehandlung für eine Stunde bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 450
ºC unterzogen, um hierdurch die amorphe Phase zu kristallisieren, um die
Aluminiumlegierung (1) der vorliegenden Erfindung und die Aluminiumlegierungen (2) und
(3) der Vergleichsbeispiele herzustellen.
-
Figur 3 zeigt die Beziehung zwischen der Thermobehandlungs-Temperatur und der
Vickers Härte Hv für die Aluminiumlegierungen (1), (2) und (3), und Figur 4 zeigt
die Beziehung zwischen der Thermobehandlungs-Temperatur und der maximalen
Dehnung εf in einem Biegetest für die Aluminiumlegierungen (1), (2) und (3). In
beiden Figuren 3 und 4 sind die Zahlen, welche die Linien bezeichnen, identisch
mit den Zahlen, welche die Aluminiumlegierungen bezeichnen.
-
Für das Kriterium der Festigkeitszunahme der Aluminiumlegierungen, wurde die
Vickers Härte Hv auf einen Wert von gleich oder mehr als 200 gesetzt (Hv ≥ 200).
Dies deswegen, weil die Beziehung Hv/3 = B zwischen der Vickers Härte Hv und
der Zugfestigkeit vorliegt. Auch wenn daher die Vickers Härte Hv der
Aluminiumlegierung gleich oder größer als 200 ist (Hv ≥ 200), ist die Zugfestigkeit B der
Aluminiumlegierung gleich oder größer als 65 kgf/mm² ( B ≥ 65 kgf/mm²). Im Ergebnis
hat die Aluminiumlegierung eine hohe Festigkeit.
-
Für das Kriterium der Zähigkeitszunahme der Aluminiumlegierungen wird die
maximale Dehnung εf auf einen Wert von gleich oder größer als 0,02 gesetzt (εf ≥
0,02). Wenn nämlich die maximale Dehnung εf der Aluminiumlegierung gleich oder
größer als 0,02 ist (εf ≥ 0,02), ist die prozentuale Streckung der
Aluminiumlegierung gleich oder größer als 2 %, und infolge dessen hat die Aluminiumlegierung
eine hohe Zähigkeit, was deren Anwendung als Gebrauchsmaterial ermöglicht.
-
Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß die Aluminiumlegierungen (1), (2) und (3) bei jeder
Thermobehandlungs-Temperatur von 450 ºC eine Festigkeitszunahmebedingung
der Vickers Härte Hv ≥ 200 erfüllt.
-
Wenn man die maximale Dehnung εf jeder der Aluminiumlegierungen in Figur 4
betrachtet, erfüllt die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung (1), die bei der
Thermobehandlungs-Temperatur von 340ºC oder mehr hergestellt wurde, die
Bedingung εf > 0,02, und daher ist ersichtlich, daß die Aluminiumlegierung (1) eine
hohe Zähigkeit hat. Die Aluminiumlegierungen (2) und (3) der Vergleichsbeispiele
haben die maximale Dehnung εf < 0,02 auch bei der
Thermobehandlungs-Temperatur von 340ºC oder mehr, und sie haben daher jeweils eine geringe Zähigkeit.
-
Das Auftreten der obenbeschriebenen Zähigkeitsdifferenz zwischen der
Aluminiumlegierung (1) der Erfindung und den Aluminiumlegierungen (2) und (3) der
Vergeichsbeispiele wird mit den folgenden Daten substantuert.
-
Figur 5 ist eine Serie von Röntgenbeugungsmuster-Diagrammen für
Aluminiumlegierungen, die unter der Bedingung einer Thermobehandlungs-Temperatur von
einer Stunde hergestellt wurden, wobei (a) der Aluminiumlegierung (1) der
Erfindung entspricht; (b) den Aluminiumlegierungen (2) des Vergleichsbeispiels und (c)
den Aluminiumlegierungen (3) des Vergleichsbeispiels entspricht. Jede der mit
markierten Spitzen entspricht einer Aluminiumlegierung; jede der mit einer Δ
markierten Spitzen entspricht einer intermetallischen Verbindung Fe&sub1;&sub2;(SiAl)&sub1;&sub2;; jede der
mit X markierten Spitzen entspricht einer intermetallischen Verbindung Al&sub3;Zr; jede
mit einem markierten Spitzen entspricht einer intermetallischen Verbindung
Al&sub6;Fe; und jede von mit markierten Spitzen entspricht einer intermetallischen
Verbindung AlZrSi. Wenn jede der Aluminiumlegierungen (1) und (3) Primärkristall
Si und darin niedergeschlagenes eutektisches Si aufweist, treten deren Spitzen an
Stellen mit unterschiedlichen Beugungswinkeln = 40 º, 46,4º, 67,8º, 81,5º und
86,3º auf. In Figur 5 treten keine solchen Spitzen auf, und daher ist evident, daß Si
nicht in Form von Primärkristall Si existiert.
-
Wie aus (a) in Figur 5 ersichtlich, wurden in der erfindungsgemäßen
Aluminimlegierung intermetallische Verbindungen Fe&sub1;&sub2; (SiAl)&sub1;&sub2; und Al&sub3;Zr hergestellt. Jedoch sind
diese intermetallischen Verbindungen für die Zähigkeit der Aluminiumlegierung
unschädlich. Zusätzlich aus der Tatsache, daß Si in Form eines
Verbindungselements der intermetallischen Verbindung vorliegt, wurde eine Zähigkeitszunahme
der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung (1) erreicht.
-
Bezüglich (b) in Figur 5, wurden intermetallische Verbindungen Al&sub6;Fe und Al&sub3;Zr in
der Aluminiumlegierung (2) des Vergleichsbeispiels hergestellt. Die
Aluminiumlegierung (2) des Vergleichsbeispiels enthält kein Si, und daher konnten die
intermetallischen Verbindungen Al&sub6;Fe, die für die Zähigkeit schädlich sind, nicht unschädlich
gemacht werden. Aufgrund dessen hat die Aluminiumlegierung (2) des
Vergleichsbeispiels
eine geringe Zähigkeit.
-
Bezüglich (c) in Figur 5 wurden intermetallische Verbindungen AlZrSi und
Fe&sub1;&sub2;(SiAl)&sub1;&sub2; in der Aluminiumlegierung (3) des Vergleichsbeispiels hergestellt. Die
Beziehung zwischen dem Si Gehalt (d) und dem Fe Gehalt (b) ist (d) > (b)/3, und
daher wurde die intermetallische Verbindung AlZrSi, die für die Zähigkeit der
Legierung schädlich ist, hergestellt, und aufgrund dessen hat die Aluminiumlegierung (3)
des Vergleichsbeispiels eine geringe Zähigkeit. In diesem Fall wurde auch in einem
Aluminiumkristallkorn eine intermetallische Verbindung AlZrSi hergestellt, welche für
die Zähigkeit besonders schädlich ist. Jedoch ist in Folge der Gegenwart von
Fe&sub1;&sub2;(SiAl)&sub1;&sub2; die Zähigkeit der Aluminiumlegierung (3) des Vergleichsbeispiels höher
als jene der Aluminiumlegierung (2) des Vergleichsbeispiels.
-
Tabelle 2 zeigt die Zusammensetzungen der anderen Aluminiumlegierungen (4)
und (7) der Erfindung und anderer Aluminiumlegierungen (5), (6) und (8) von
Vergleichsbeispielen und die metallographische Strukturen von Aluminiumlegierungs-
Rohmaterialien. Die Bezeichnung a in einer Säule metallographischer Strukturen in
Tabelle 2 bedeutet, daß die metallographische Struktur eine amorphe einphasige
Textur hat, und a + c bedeutet, daß die metallographische Struktur eine
gemischtphasige Textur hat. Vf ist eine Volumenfraktion jeweils der amorphen einphasigen
Textur und der gemischtphasigen Textur. In der folgenden Beschreibung werden
die gleichen Bezeichnungen verwendet.
Tabelle 2
-
Der Prozeß zur Herstellung jeder der Aluminiumlegierungen (4) bis (8) ähnelte dem
für die jeweiligen Aluminiumlegierungen (1) bis (3). Jedoch bestand die thermische
Behandlung aus der Konditionierung der Legierungen bei einer Temperatur von
450ºC für eine Dauer von einer Stunde.
-
Tabelle 3 zeigt die Beziehung zwischen jeder der Aluminiumlegierungen (4) bis (8)
und einer darin enthaltenen intermetallischen Verbindung, wobei ein " " bedeutet,
daß die entsprechende intermetallische Verbindung vorhanden ist.
Tabelle 3
-
Aus den Tabellen 2 und 3 ist ersichtlich, daß jede der Aluminiumlegierungen (4)
und (7) der Erfindung, die eine bestimmte Menge von Si enthalten, nur die
intermetallischen Verbindungen Fe&sub1;&sub2;(SiAl)&sub1;&sub2; und Al&sub3;Zr enthalten, die für die Zähigkeit
unschädlich sind. Jedoch enthalten die Aluminiumlegierungen (5) und (8) der
Vergleichsbeispiele, die kein Si enthalten, jeweils die intermetallische Verbindung
Al&sub6;Fe, die für die Zähigkeit schädlich ist, und die intermetallische Verbindung Al&sub3;Zr,
die für die Zähigkeit unschädlich ist. Die Aluminiumlegierung (6) des
Vergleichsbeispiels, die eine Überschußmenge von Si enthält, enthält die intermetallische
Verbindung Fe&sub1;&sub2;(SiAl)&sub1;&sub2;, die für die Zähigkeit unschädlich ist, und die intermetallische
Verbindung AlZrSi, die für die Zähigkeit schädlich ist.
(Beispiel 2)
-
Figur 4 zeigt die Zusammensetzungen von Aluminiumlegierungen (9) bis (13),
hergestellt mit veränderlichen Fe Gehalten und mit festen Zr und Si Gehalten;
schädliche intermetallische Verbindungen in den Aluminiumlegierungen; Vickers Härte Hv
maximale Dehnung εf der Aluminiumlegierungen; und metallographische Strukturen
der Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien. Der Herstellungsprozeß für die
Aluminiumlegierungen (9) bis (13) war im wesentlichen ähnlich dem in Beispiel 1. Jedoch
bestand die thermische Behandlung aus der Konditionierung der Legierungen bei
einer Temperatur von 450 ºC für eine Dauer von einer Stunde. In der vorliegenden
Ausführung ist dieser Herstellungsprozeß der gleiche für die anderen
Aluminiumlegierungen.
Tabelle 4
-
H.I.M.V. = schädliche intermetallische Verbindung V.H. = Vickers Härte
-
M.D. = maximale Dehnung Me.St. = metallographische Struktur
-
X bedeutet "nicht meßbar"
-
Die Aluminiumlegierungen (10) und (12) in Tabelle 4 entsprechen den
erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen. Die Aluminiumlegierung (9) hat einen Fe Gehalt
von weniger als 4 Atom % (Fe < 4 Atom %) und hat eine geringe Festigkeit und
geringe Zähigkeit. Die Aluminiumlegierung (13) hat einen Fe Gehalt von mehr als 9
Atom % (Fe > 9 Atom %) und hat eine geringe Festigkeit und eine
außerordentliche geringe Zähigkeit.
-
Tabelle 5 zeigt die Zusammensetzungen von Aluminiumlegierungen (14) bis (17),
die mit veränderlichen Zr Gehalten und mit festen Fe und Si Gehalten hergestellt
wurden, und der gleichen. In Tabelle 5 bedeutet die Bezeichnung c, daß die
metallographische Struktur eine kristalline einphasige Textur hat.
Tabelle 5
-
H.I.M.V. = schädliche intermetallische Verbindung V.H.. = Vickers Härte
-
M.D. = maximale Dehnung Me.St. = metallographische Struktur
-
In Tabelle 5 entsprechen die Aluminiumlegierungen (15) und (16) den
Aluminiumlegierungen der Erfindung. Die Aluminiumlegierung (14) hat einen Zr Gehalt von
weniger als 0,6 Atom % (Zr < 0,6 Atom %). Im Ergebnis hat sie eine hohe
Festigkeit, jedoch eine geringe Zähigkeit. Die Aluminiumlegiewng (17) hat einen Zr
Gehalt von mehr als 4 Atom % (Zr > 4 Atom %) und hat gleichermaßen eine hohe
Festigkeit, jedoch eine geringe Zähigkeit.
-
Tabelle 6 zeigt die Zusammensetzungen von zwei Aluminiumlegierungen (18) und
(19), hergestellt mit veränderlichen Al Gehalten und mit festen Fe und Zr Gehalten,
und der gleichen.
Tabelle 6
-
H.I.M.V. = schädliche intermetallische Verbindung V.H. = Vickers Härte
-
M.D. = maximale Dehnung Me.St. = metallographische Struktur
-
In Tabelle 6 entspricht die Aluminiumlegierung (19) einer Aluminiumlegierung der
Erfindung. Die Aluminiumlegierung (18) hat einen Al Gehalt von mehr als 94 Atom
% (Al > 94 Atom %). Im Ergebnis hat sie eine hohe Zähigkeit, jedoch geringe
Festigkeit.
-
Tabelle 7 zeigt die Zusammensetzungen von zwei Aluminiumlegierungen (20) und
(27), hergestellt mit veränderlichen Si Gehalten und mit festen Fe und Zr Gehalten,
und der gleichen.
Tabelle 7
-
H.I.M.V. = schädliche intermetallische Verbindung V.H. = Vickers Härte
-
M.D. = maximale Dehnung Me.St. = metallographische Struktur
-
In Tabelle 7 entsprechen die Aluminiumlegierungen (21), (22), (25) und (26)
Aluminiumlegierungen der Erfindung. Die Aluminiumlegiewngen (20) und (24) enthalten
kein Si und haben daher eine hohe Festigkeit, jedoch eine geringe Zähigkeit. Die
Aluminiumlegierungen (23) und (27) haben die Beziehung von (d) > (b)/3 zwischen
dem Si Gehalt (d) und dem Fe Gehalt (b), und haben somit gleichermaßen eine
hohe Festigkeit, jedoch eine geringe Zähigkeit.
-
Tabelle 8 zeigt die Zusammensetzungen und der gleichen verschiedener
Aluminiumlegierungen (28) bis (31), hergestellt unter Verwendung von zumindest einem
Element als X, das aus Ni, Fe und Co ausgewählt ist (jedoch ohne Verwendung
von nur Fe allein) und mit festen Konzentrationen von X, Zr und Si.
Tabelle 8
-
H.I.M.V. =
schädliche intermetallische Verbindung V.H. = Vickers Härte
-
M.D. = maximale Dehnung Me.St. = metallographische Struktur
-
In Tabelle 8 entsprechen die Aluminiumlegierungen (28) und (30) den
Aluminiumlegierungen der Erfindung.
-
Tabelle 9 zeigt die Zusammensetzungen und der gleichen verschiedener
Aluminiumlegierungen (32) bis (35&sub1;), hergestellt unter Verwendung von zumindest einem
Element als X, das aus Fe und Mn ausgewählt ist, und unter Verwendung von
zumindest einem Element als Z, das aus Zr und Ti ausgewählt ist, und mit festen
Konzentrationen von X, Z und Si.
Tabelle 9
-
H.I.M.V. = schädliche intermetallische Verbindung V.H. = Vickers Härte
-
M.D. = maximale Dehnung Me.St. = metallographische Struktur
-
In Tabelle 9 entsprechen alle Aluminiumlegierungen (32) bis (35&sub1;) außer für (33)
Aluminiumlegierungen der Erfindung.
(Beispiel 3)
-
Tabelle 10 zeigt die Zusammensetzungen einer Aluminiumlegierung (36) der
Erfindung und zweier Aluminiumlegierungen (37) und (38) der Vergleichsbeispiele. Die
Zusammensetzung der Aluminiumlegierung (36) der Erfindung gleicht jener der
Aluminiumlegierung (1) der Erfindung in Beispiel 1, und die Zusammensetzungen
der Aluminiumlegierungen (37) und (38) der Vergleichsbeispiele gleichen jenen der
Aluminiumlegierungen der Vergleichsbeispiele in Beispiel 1.
Tabelle 10
-
Bei der Herstellung jeder der Aluminiumlegierungen (36) bis (38) wurde der
nachfolgend beschriebene Prozeß verwendet. Geschmolzene Metalle mit
Zusammensetzungen entsprechend jenen der drei Aluminiumlegierungen (36) bis (38) wurden
in einem Hochfrequenzschmelzprozeß in Argonatmosphäre vorbereitet und dann
verwendet, um drei pulverisierte Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien (36) bis (38)
herzustellen (der Einfachheit halber werden die gleichen Bezeichnungen für die
entsprechenden Aluminiumlegierungen verwendet) durch Anwendung eines
Hochdruck He Gaszerstäubungprozesses. Die hergestellten
Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien (36) bis (38) wurden einer Klassifizierungsbehandlung unterzogen,
wodurch die Korngröße jeder der Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien (36) bis (38)
auf einen Bereich von gleich oder kleiner als 22 µm eingestellt wurde. Die
Bedingungen für den Hochdruck He Gaszerstäubungsprozeß waren wie folgt: der
Durchmesser einer Düse war 1,5 mm; der He Gasdruck war 100 kgf/cm²; und die
Temperatur des geschmolzenen Metalls war 1300ºC.
-
Die Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien (36) bis (38) wurden einer
Röntgenbeugung und einer Differential-Abtastkalorimeter (DSC) Thermoanalyse unterzogen,
und man erhielt ähnliche Ergebnisse wie in den Figuren 1 und 2. Daher war die
Volumenfraktion Vf der gemischtphasigen Textur in der metallographischen Struktur
jeder der Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien (36) und (38) 100 %, und die
Volumenfraktion Vf der amorphen einphasigen Textur in der metallographischen
Struktur des Aluminiumlegierungs-Rohmaterials (38) war 100 %.
-
Dann wurden die jeweiligen Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien (36) bis (38) in
einem Gummibecher angeordnet und einem CIP (kaltem isostatischen Pressen)
unter einer Bedingung von 4 Tonnen/cm² unterzogen, um einen Barren mit einem
Durchmesser von 50 mm und einer Länge Von 60 mm herzustellen. Jeder der
Barren wurde in einem Becher aus Aluminiumlegierung (A5056) angeordnet, und auf
eine Öffnung in dem Becher wurde ein Deckel geschweißt. Ein Verbindungsrohr
jedes der Deckel wurde mit einer Vakuumquelle verbunden, und jeder der Becher
wurde in einem Heizofen angeordnet. Das Innere jedes der Becher wurde auf 2 x
10&supmin;³ Torr evakuiert, und jeder der Barren wurde einer Thermobehandlung für eine
Stunde bei 450ºC unterzogen, um die amorphe Phase zu kristallisieren.
-
Dann wurden die Becher abgedichtet, in einem Behälter mit einer Temperatur von
450ºC angeordnet sowie unter einer Bedingung eines Extrusionsverhältnisses von
etwa 13 einer Heißextrusion unterzogen, um eine gerundete stangenartige
Aluminumlegierung (36) der Erfindung und Aluminiumlegierungen (37) und (38) von
Vergleichsbeispielen herzustellen.
-
Jede der Aluminiumlegierungen (36) bis (38) wurde spanend bearbeitet, um ein
Zugversuchsstück herzustellen, das einen M12 Gewindeabschnitt und einen
Parallelabschnitt mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von 20 mm
aufwies. Diese Versuchsstücke wurden einem Versuchstest unterzogen, um die
Ergebnisse in Tabelle 11 zu erhalten.
Tabelle 11
-
Aus Tabelle 11 ist ersichtlich, daß die Aluminiumlegierung (36) der Erfindung im
Vergleich zu den Aluminiumlegierungen (37) und (38) der Vergleichsbeispiele eine
hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit hat.
Wichtige Aspekte der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
-
Eine Aluminiumlegierung mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit wird durch
Kristallisierung eines von zwei Aluminiumlegierungs-Rohmaterialien hergestellt: eines
hat eine metallographische Struktur mit einer Volumenfraktion Vf einer
gemischtphasigen Struktur, die aus einer amorphen Phase und einer Aluminium-kristallinen
Phase von gleich oder größer als 50 % besteht (Vf ≥ 50 %), und das andere eine
metallographische Struktur mit einer Volumenfraktion Vf einer amorphen
einphasigen Textur gleich oder größer als 50 % (Vf ≥ 50 %). Die Aluminiumlegierung wird
durch eine chemische Formel dargestellt:
-
Al(a) X (b) Z (c) Si (d)
-
wobei X aus Fe oder Fe und zumindest einem Element besteht, das aus der Gruppe
ausgewählt ist, die aus Mn, Fe, Co und Ni besteht; Z zumindest ein Element ist, das
aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zr und Ti besteht; und jedes von (a), (b), (c)
und (d) in folgendem Bereich festgelegt ist:
-
84 Atom % ≤ (a) ≤ 94 Atom %,
-
4 Atom % ≤ (b) ≤ 9 Atom %,
-
0,6 Atom % ≤ (c) ≤ 4 Atom %, und
-
0,5 Atom % ≤ (d) ≤ (b)/3.
-
Si legt in Form eines gelösten Atoms einer Aluminiumfestlösung oder/und eines
Verbindungselements einer intermetallischen Verbindung vor, und wobei Fe im
Bereich von 4 Atom % ≤ Fe ≤ 9 Atom % vorliegt.