DE744718C

DE744718C - Process for the heat treatment of hardenable aluminum alloys, which at the same time have a high degree of hardness and the dimensional and dimensional stability required for sliding parts at higher operating temperatures

Info

Publication number: DE744718C
Application number: DESCH120598D
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Dullenkopf
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1940-06-16
Filing date: 1940-06-16
Publication date: 1944-01-24

Description

Verfahren zur Wärmebehandlung von äushärtbaren Aluminium-Legierungen, die gleichzeitig eine hohe Härte und die für gleitende Teile bei höheren Betriebstemperaturen erforderliche Raum- und Formbeständigkeit aufweisen Es ist bekannt, daß gewisse aushärtbare Aluminiumlegierungen, z. B. solche, die auf Alumänium-Silicium-Basis eutektscher und übtekmscher Zusammensetzung aufgebaut sind, oder aber auch Legierungen der Gattung Aluminium-Kupfer-Nickel, vorteilhaft zur Herstellung von Kolben und Lägern brauchbar sind. Die Verwendbarkeit' derartiger Legierungen für Maschinenteile, die der gleitenden -Reibung ausgesetzt sind und die im Betrieb eine mehr oder weniger starke Erwärmung erfahren., ist abhängig davon, daß der Werkstoff neben einer genügend hohen Härte, besonders bei höheren Betriebstemperaturen, keine bleibende Raum- oder Volumenveränderung erleidet.Process for the heat treatment of hardenable aluminum alloys, which at the same time has a high degree of hardness and that for sliding parts at higher operating temperatures It is known that certain age-hardenable aluminum alloys, e.g. B. those based on aluminum-silicon Eutectian and practiced composition are built, or alloys of the type aluminum-copper-nickel, advantageous for the manufacture of pistons and Warehouses are usable. The usability of such alloys for machine parts, which are exposed to sliding friction and those in operation to a greater or lesser extent experienced strong heating., depends on the fact that the material in addition to a sufficient high hardness, especially at higher operating temperatures, no permanent room or Suffers volume change.

Um den in Frage kommenden. Legierungen sowohl im GuB=, besonders aber auch -ihn PreBzustand die für den Betrieb dieser Maschinenteile. notwendige Härte und Raum-bzw. Gestaltsbeständigkeit zu geben,, werden sie bekanntlich einer Wärmebehandlung unterworfen.' Letztere besteht beispielsweise bei einer Legierung mit 12 °% Silicium, i °/o Kupfer, i °/a Magnesium-, i % Nickel, Rest Aluminium, darin, daß nach einem mehrstündigen Glühen bei 5oo° ein Abschrecken in Wasser und sodann eine Anlassen bei 2oo° während beispielsweise q. bis 6 Stunden vorgenommen wird. Die Wahl der AnlaBtemperatur muß dabei so getroffen werden, daB, mit Rücksicht auf den. Umstand, daß die Härte und die Raumbeständigkeit von der A,nlaB-temperatur im entgegengesetzt-en Sinn beeinfluBt werden, d, h. also, bei hoher AniaB-temperatur zwar eine gute Raumbeständigkeit, aber ein starker Härteabfall eintritt und bei niedriger Anlaßtemperatur die umgekehrten, Verhältnisse sich einstellen, sowohl eine gute Härte als auch eine ausreichende Raum- Beständigkeit erreichbar ist. Eine Erniedrigung der Anlaßtemperatur würde zwar zu einer Erhöhung der Härte führen, dafür aber eine starke Neigung zur Gestaltsänderung zur Folge haben, die praktisch bei Kolben, Pleuel, Lagerschalen., Lagerbuchsen o. dgl. einer gleitenden Bewegung unterworfenen Maschinenteilen nicht zulässig ist.To the eligible. Alloys both in the GuB =, but also in the preB state, which are necessary for the operation of these machine parts. necessary hardness and space or. To give shape stability, they are known to be subjected to a heat treatment. In the case of an alloy with 12% silicon, 10% copper, 10% magnesium, 1% nickel, the remainder aluminum, the latter consists in quenching in water and then tempering after several hours of annealing at 500 ° at 2oo ° while, for example, q. up to 6 hours. The choice of the starting temperature must be made in such a way that, with consideration for the. The fact that the hardness and the dimensional stability are influenced by the A, nlaB temperature in the opposite sense, i.e. Thus, at a high annealing temperature there is a good spatial stability, but a sharp drop in hardness occurs and at a low tempering temperature the opposite conditions are established, both good hardness and sufficient spatial stability can be achieved. A lowering of the tempering temperature would lead to an increase in hardness, but it would result in a strong tendency to change shape, which is practically not permissible in the case of pistons, connecting rods, bearing shells, bearing bushes or the like. Machine parts subject to sliding movement.

Um diese Schwierigkeiten zu beheben, also auf die weitgehende Raum- und Gestaltsbeständigkeit, wie sie etwa durch eine normale Wärmebehandlung erlangt werden. kann, nicht verzichten zu müssen und trotzdem noch Härtewerte zu erhalten, die innerhalb der geforderten Grenzen liegen, wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, gemäß der nach einem mehrstündigen Glühen bei 500° und daran anschließendem Abschrecken in Wasser erfindungsgemäß zunächst bei etwa i5o bis i8o° C und schließlich bei höheren Temperaturen, die bei ungefähr 2oo° C liegen, angelassen wind.In order to resolve these difficulties, i.e. to the extensive spatial and shape retention such as that obtained by normal heat treatment will. can not do without and still get hardness values, which are within the required limits, a heat treatment is carried out, according to that after annealing for several hours at 500 ° and subsequent quenching in water according to the invention initially at about 150 to 180 ° C. and finally at higher Temperatures that are around 2oo ° C, let wind.

An sich ist ein stufenweises Anlassen bekannt. Es wird jedeh dabei nur eine Steigerung der mechanischen Eigenschaften, und zwar der Dehnung, Kontraktion und Biegezahl einerseits und der Härte und Festigkeit andererseits erzielt. Die Anwendung der zur Durchführung des bekannten Verfahrens gegebenen Regel reicht wohl aus, um einen bestimmten Härtegrad zu: erzielen; sie ist jedoch nicht brauchbar, um gleichzeitig auch eine bestimmte Raum- und Formbeständigkeit zu erlangen, wie sie für einen Leichtmetall-,verkstoff gewährleistet sein müssen, der zur Herstellung gleitender Teile dient, die erhöhten Betriebstemperaturen ausgesetzt sind, weil die vorgeschlagenen Temperaturbereiche bei dem bekannten Verfahren zu niedrig gewählt wurden.A gradual tempering is known per se. Everyone will be there only an increase in mechanical properties, namely elongation and contraction and bending number on the one hand and the hardness and strength on the other hand. the Applying the rule given for carrying out the known method is sufficient to achieve a certain degree of hardness; however, it is not useful in order to achieve a certain spatial and dimensional stability at the same time, like they have to be guaranteed for a light metal material that is used for production sliding parts are used that are exposed to increased operating temperatures because the proposed temperature ranges for the known method are too low became.

Wird z. B. eine Legierung, die aus: 12.070 Silicium - i '/o Kupfer i o/o Magnesium . i % Nickel Rest Aluminium besteht, nach einem vorausgehenden. Glühen auf etwa 5o0° und danach anschließendem Abschrecken bei i2o und iqo° C so lange angelassen, daß sie eine Brinellhärte von ungefähr 114 bis 1,5 kg/mm2 aufweist, so zeigt diese nach dem bekannten Verfahren behandelte Legierung eine fünfmal so große Volumszunahme als die gleiche Legierung, die bei 170 und 225° angelassen wird; wobei die Brinellhärte nahezu die gleiche Größe (etwa 'io8 bis iiokg/min2) aufweist.Is z. B. an alloy consisting of: 12,070 silicon - i '/ o copper io / o magnesium. i% nickel, the remainder aluminum, according to a preceding one. Annealing to about 50 ° and then subsequent quenching at i2o and iqo ° C so long that it has a Brinell hardness of about 114 to 1.5 kg / mm 2, this alloy treated according to the known method shows a volume increase that is five times greater than the same alloy tempered at 170 and 225 °; the Brinell hardness being almost the same size (about 10 8 to 10 g / min 2).

Überraschenderweise wurde weiterhin gefunden, .daß sich bei den vorgehärteten Legierungen eine zeitlich viel längere Nachbehandlung, die bei normaler Anlaßtemperatur von etwa 2oo° oder auch noch darüber vorgenommen wird, zur Erzielung der als ausreichend zu erachtenden Raum- und Gestaltsbeständigkeit durchführen läßt, ohne Gefahr zu laufen, daß die Härte auf den Wert absinkt, der bei normaler Wärmebehandlung schon nach viel kürzerer Anlaßzeit gemessen wird.Surprisingly, it has also been found that in the case of the pre-hardened Alloys have a much longer post-treatment that takes place at normal tempering temperature of about 2oo ° or even more is carried out to achieve the as sufficient The space and shape stability to be considered can be carried out without danger run so that the hardness drops to the value that already occurs with normal heat treatment is measured after a much shorter starting time.

Zur Erläuterung dient das nachstehende Versuchsergebnis Zwei Proben der Aluminiumlegierung mit der eingangs erwähnten Zusammensetzung wurden q. Stunden bei 5oo° geglüht und zusammen in Wasser abgeschreckt. Die Probe i wurde alsdann ¢ Stunden bei 2oo° angelassen und ergab nach dieser Behandlung eine Bri- -nellhärte von i iö kg/mm2. Die Probe :2 wurde nach Art der Erfindung behandelt. Sie wurde 6 Stunden bei 170° angelassen und wies eine Brinellhärte von 130 bis i4o kg/min' auf. Danach erfuhr diese Probe zusätzlich eine weitere Behandlung bei 2oo°, worauf die Brinellhärte erst nach 7 Stunden auf 127 bis 130 kg/mm' absank. Um also eine Erweichung an dieser Probe auf iio Brinellhärte zu erhalten, muß daher noch viel länger bei 200° angelassen werden. Für die praktische Behandlung erscheint es jedoch vorteilhafter, die zweite Anlaßbebandlung auf eine kürzere Zeitdauer zu beschränken und die Anlaßtemperatur über 2oo° zu steigern, was bezüglich der Raum- und Gestaltsbeständigkeit nur von Vorteil ist.The following test result serves as an explanation. Two samples of the aluminum alloy with the composition mentioned at the beginning were q. Annealed for hours at 500 ° and quenched together in water. The sample i was then tempered for ¢ hours at 2oo ° and after this treatment gave a Bri- nell hardness of 10 kg / mm 2. Sample: 2 was treated in the manner of the invention. It was tempered for 6 hours at 170 ° and had a Brinell hardness of 130 to 14o kg / min '. This sample was then additionally treated at 2oo °, whereupon the Brinell hardness only fell to 127 to 130 kg / mm 'after 7 hours. In order to soften this sample to the Brinell hardness, tempering must be carried out much longer at 200 °. For practical treatment, however, it appears more advantageous to limit the second tempering treatment to a shorter period of time and to increase the tempering temperature to over 200 °, which is only advantageous with regard to the stability of the space and shape.

Diese Erscheinung kann durch die unterschiedliche Ausscheidungsart der löslichen Komponenten aus den übersättigten Mischkristallen der Lagerlegierungen etwa dadurch erklärt werden, daß bei der normalen Anläßbehandlung sofort eine grobe Ausscheidungsform, die mit niederer Härte einhergeht, entsteht, während bei der gestuften Behandlung durch die niedere Anlaßtemperatur eine feindisperse Ausscheidungsform im-Mischkristall entsteht, die zu den festgestellten . hohen Härtegraden führt. Diese- feindispersen Ausscheidungen scheinen, nun. bei der Nachbehandlung, also bei höherer Temperatur, in anderer Art zu koagulieren und; damit beständdgeT zu sein als die bei hohler Temperatur ohne vorherige Anlaßvorbeharidlung - sofort entstandenen Ausscheidungen aus dem übersättigten Mischkristall. Der Koagulation der feindispersen Phase stehen offensichtlich mehr Kristallfis -ationskeime zur Verfügung, so daß die gegenseitige Aufzehrung dieser vielen Kristallisationszentren, viel längere Anlaßzeit bedarf, bis die Ausscheidungen so stark vergröbert sind, wie dies der niederen Härte der normal behandelten Probe entspricht.This phenomenon can be caused by the different types of excretion the soluble components from the supersaturated mixed crystals of the bearing alloys can be explained, for example, by the fact that in normal treatment at first a rough treatment immediately occurs Precipitation form associated with lower hardness arises while in the stepped treatment due to the low tempering temperature a finely dispersed form of precipitation im mixed crystal arises, which lead to the established. high degrees of hardness. These- finely dispersed excretions seem, well. in the follow-up treatment, that is at higher temperature, to coagulate in a different way and; so that it is permanent than those immediately created at a hollow temperature without prior tempering Precipitations from the supersaturated mixed crystal. The coagulation of the finely dispersed Phase are obviously more crystallization nuclei available, so that the mutual consumption of these many centers of crystallization, much longer Tempering time is required until the excretions are as coarse as this corresponds to the lower hardness of the normally treated sample.

Claims

PATENT CLAIMS: - i. Process for the heat treatment of hardenable aluminum alloys :: -which at the same time have a high hardness and that for sliding parts at higher. Operating temperatures have the required space and dimensional stability, characterized in that after several hours of annealing. at 500 ° and subsequent quenching in water initially at around 150 to 180 ° C and then at higher temperatures, around 200 ° C.

2. The method according to claim i, characterized in that the second Anlaßbphan @ dlung over the period of time for normal heat treatment is extended beyond the usual period of time.

3. The method according to claim i, characterized in that the tempering temperature is selected to be increased above the tempering temperature which is decisive for normal heat treatment, that is to say above about 2oo °. To distinguish the subject matter of the application from the state of the art, the following publication was considered in the granting procedure: German patent specification ...... No. 544 i35.