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Verfahren zur Verbesserung der Verformbarkeit von ausgehärteten metallischen
Werkstoffen Ausgehärtete metallische Werkstoffe, wie z. B. bestimmte Aluminiumlegierungen,
insbesondere solche der Gattung Al-Cu-Mg, ertragen bekanntlich keine stärkeren sparlosen
Verformungen, wie sie beispielsweise beim Tiefziehen, Drücken, Sicken oder Abkanten
auftreten.
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1 an hat daher beispielsweise diese Aluminiumlegierungen fast ausschließlich
in einem solchen Zustand der Verformung unterworfen, in dem der Vergütungsprozeß
einschließlich der Auslagerungszeit noch nicht abgelaufen war, also entweder vor
dem Vergütungsglühen oder innerhalb einer nur kurz bemessenen Spanne zwischen Vergütungsglühen
und Aushärtung.
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Da einerseits die Halbzeug verarbeitenden Betriebe meistens nicht
über die zum Vergütungsglühen erforderlichen kostspieligen Einrichtungen verfügen,
andererseits eine Vergütung des bereits geformten Gegenstandes in den meisten Fällen
schlecht durchführbar ist, wird die Vergütung des Halbzeugs üblicherweise bereits
im Halbzeugwerk vorgenommen, so daß es im ausgehärteten Zustand in die weiterverarbeitenden
Betriebe gelangt. Dieser Umstand hat die Verwendbarkeit vergütbarer Legierungen
bisher stark beeinträchtigt.
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Es stellte sich nun überraschenderweise heraus, daß auch ausgehärtete
Halbzeuge, wie z. B. Bleche aus Legierungen der Gattung AI-Cu-Mg, sich gut sparlos
verformen lassen, wenn sie vor der sparlosen Weiterverarbeitung eine bestimmte Zeit
lang auf Temperaturen etwa zwischen roo und 300° C, insbesondere zwischen r5o und
25o° C, erwärmt wurden, und daB einige Zeit nach dieser Wärmebehandlung die vollen
Festigkeitseigenschaften des
ausgehärteten Zustandes ohne erneute
Vergütung wieder auftreten, wenn die Erwärmungszeiten in Abhängigkeit von der Temperatur
so kurz bemessen wurden, daB noch keine irreversible Erweichung des Werkstoffs erfolgen
konnte.
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Eine solche Wärmebehandlung bei weit niedrigerer Temperatur als sonst
bei der Vergütungsglühung notwendig kann in den Halbzeug verarbeitenden Betrieben
mit einfachen Hilfsmitteln durchgeführt werden, beispielsweise mittels Ölbädern,
Sandbädern, Salzlösungen, Luftöfen, induktiver Beheizung, beheizter Walzen oder
auch mittels direkter, gut dosierter Gasbeheizung.
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Nach dieser Wärmebehandlung bleibt der Werkstoff einige Zeit lang
in gut verformungsfähigem Zustand, doch nimmt der Verformungswiderstand mit der
Zeit zwischen Wärmebehandlung und Verformung allmählich wieder zu. Die Länge dieser
Zeitspanne hängt von der Legierung und der Dauer und Höhe der vorausgegangenen Erwärmung
ab, wobei im allgemeinen hohe Temperaturen eine Verkürzung dieser Zeitspanne und
umgekehrt bewirken. Sie kann jedoch durch Versuche jeweils leicht ermittelt werden,
ist aber dann praktisch ohne Belang, wenn wie folgt gearbeitet wird.
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Es ist auch aus anderen Gründen besonders vorteilhaft, die Wärmebehandlung
direkt vor den Formgebungsvorgang zu schalten, so daß die Formgebung in noch warmem
Zustand erfolgt, da dann einerseits das Wiedererreichen der Festigkeit des ausgehärteten
Zustandes noch nicht merklich wieder angelaufen ist, andererseits in warmem Zustand
die Halbzeuge an sich besser verformbar sind.
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Diese Arbeitsweise läßt sich besonders einfach und wirkungsvoll so
durchführen, daß beispielsweise beim Einwalzen von Sicken in Blechen unmittelbar
vor der Walze eine Erwärmungszone, am einfachsten aus geeignet ausgebildeten Gasbrennern
bestehend, angebracht ist.
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Es ist auch möglich, die notwendige Erwärmung des Werkstücks durch
Beheizung der zur Verformung dienenden Werkzeuge aufzubringen. Werden mehrere Verformungsstufen
angewandt, so ist im allgemeinen nur eine Beheizung der in der ersten Stufe angewandten
Werkzeuge erforderlich. Diese Arbeitsweise kann mit oder ohne Vorwärmung des Werkstücks
angewandt werden.
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Bei Al-Cu-Mg-Blechen genügt eine Erwärmung von einigen Sekunden bis
zu Minuten auf Temperaturen zwischen ioo und 300° C, vorzugsweise zwischen 150 und
25o° C, um den Werkstoff vorübergehend in einen gut verformungsfähigen Zustand zu
überführen. Man muh jedoch gerade bei den höheren Temperaturen eine längere Erwärmung
als notwendig vermeiden, die zu einer irreversiblen Erweichung des Werkstoffs, die
nur durch eine erneute Vergütung beseitigt werden könnte, führen würde. Andererseits
ist bei der bei Anwendung von Temperaturen unter 2oo° C erforderlichen längeren
Erwärmungsdauer bei Al-Cu-Mg-Legierungen mit Warmaushärtungserscheinungen zu rechnen,
die die erwünschte Erniedrigung des Verformungswiderstandes verhindern können. Es
existiert jedoch unterhalb dieser Werte für Erwärmungsdauer und Temperatur, bei
denen die Wärmebehandlung nicht zu den gewünschten Ergebnissen führen würde, ein
Gebiet, dessen Werte durch einfache Versuche für die einzelnen Werkstoffe jeweils
leicht ermittelt werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachfolgend beschrieben.
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In ein Band aus einer ausgehärteten Al-Cu-Mg-Legierung von 1,5 mm
Dicke, i m Breite und 6,5 m Länge werden mit Hilfe von mehreren hintereinander angeordneten
Profilwalzen parallellaufende Längssicken in der Weise einge«-alzt, daß das Band
vor dem Eintritt in das erste Walzenpaar durch über die Bandbreite möglichst gleichförmig
wirkende beidseitige Gasbrenner in einer quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden
Zone auf etwa 200° C erwärmt wird. Das Band wird mit einer Geschwindigkeit von etwa
o,8 m/min durch die Walzen bewegt und nach Austritt aus der Walzmaschine an der
Luft auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei die Austrittstemperatur über ioo° C liegt.
Die mechanischen Eigenschaften des Bandes im Anlieferungszustand und nach verschieden
langer Lagerung nach Durchführung des Walzvorgangs sind in nachstehender Zahlentafel
zusammengestellt. Hierzu wurden die Eigenschaften des gesickten Bandes zwischen
den Sicken ermittelt, also an Stellen, an denen mit einer Verfestigung durch Kaltverformung
nicht zu rechnen ist.
Wie aus obiger Zahlentafel ersichtlich, haben sich nach 183stündiger Lagerzeit die
Festigkeitseigenschaften des Anlieferungszustandes wieder eingestellt, nachdem durch
die angewandte Erwärmung eine vorübergehende Erweichung eingetreten war.
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Die Erwärmungszeiten richten sich nach den angewandten Temperaturen,
die zwischen ioo und 300° C, vorzugsweise zwischen 15o und 25o° C, liegen können.
Sie betragen wenige Sekunden bis zu mehreren Minuten, wobei die kürzeren Erwärmungszeiten
den höheren Temperaturen und umgekehrt zuzuordnen sind.
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Die Festigkeitseigenschaften können bei einer Reihe von Legierungen
weiter erhöht werden, wenn die Auslagerung des verformten Werkstücks nicht bei Raumtemperatur,
sondern bei erhöhter Temperatur, für Al-Cu-N1g-Legierungen bei 15o bis 200° C, vorgenommen
wird. Zu diesem Zweck kann die im Werkstück vorhandene `'Wärme ausgenutzt werden,
indem dieses nach Verlassen des Werkzeugs durch Isolation und/oder zusätzliche Beheizung
auf
einer für die Warmaushärtung günstigen Temperatur gehalten wird.
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Das beschriebene Verfahren kann sinngemäß auch auf andere Formgebungsarbeiten,
wie z. B. Tiefziehen, Drücken, Abkanten o. dgl., angewandt werden.
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Es ist möglich, das Verfahren nicht nur auf aushärtbare Aluminiumlegierungen,
sondern auch auf andere aushärtbare Werkstoffe, wie z. B. bestimmte Magnesiumlegierungen,
Kupferlegierungen und Stähle, anzuwenden. Die Erwärmungs- und Verformungsbedingungen
sind diesen Werkstoffen entsprechend anzupassen.