DE918412C - Verfahren zur Herstellung von Gegenstaenden aus Aluminiumbronze - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Aluminiumbronze Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von hochbeanspruchbaren Gegenständen aus Aluminiumbronze, insbesondere aus solcher, die aus Kupfer mit 8 bis 12 % Aluminium sowie gegebenenfalls bis zu 8 °/o eines oder mehrerer der Metalle Eisen, Nickel, Kobalt und Mangan besteht, wobei in der Bronze entweder absichtlich oder als Verunreinigung kleine Gehalte an anderen Elementen, z. B. Antimon, Arsen, Wismuth, Chrom, Blei, Magnesium, Phosphor, Silizium oder Zink in Mengen vorhanden sein können, die 0,3 °/o nicht übersteigen.
• Normalerweise werden für hochbeanspruchte Teile solche Aluminiumbronzen verwendet, die einerWärmebehandlung bei Temperaturen von ungefähr 8oo bis 1050° C unterworfen worden sind, wobei die Temperatur von dem Aluminiumgehalt und von der Gegenwart zusätzlicher Bestandteile in der Legierung abhängt. Die Behandlungstemperaturen werden höher gewählt, wenn die. Legierungen kleinere Gehalte an Aluminium in dem angegebenen Bereich enthalten und wenn zusätzliche Bestandteile, wie Eisen, Nickel, Kobalt, Mangan und/oder Chrom, vorhanden sind. Dagegen benutzt man geringere Temperaturen, wenn in den Legierungen höhere Prozentsätze an Aluminium innerhalb des angegebenen Bereiches vorhanden sind, oder wenn als zusätzliche Elemente Silizium, Zinn und/oder Zink vorkommen: Das Verfahren gemäß der Erfindung bezweckt nun, aus den einschlägigen Legierungen durchweg homogene Produkte mit verbesserten mechanise1 Eigenschaften und insbesondere mit hoher Dauerfestigkeit schnell und zuverlässig herzustellen.
• Dies gelingt dadurch, daß man das Material zunächst je nach seiner Zusammensetzung einerWärmebehandlung bei 8oo° C bis io5o° C unterwirft, um es im wesentlichen in die ß-Phase zu überführen, bei der das gesamte Aluminium sich in festere Lösung befindet, daß dann das Material unter 6oo° C abgeschreckt wird, um diesen Zustand festzuhalten unc um zu gewährleisten, daß etwa vorhandene a-Teilchei als feine Dispersion vorliegen, und daß erst dann, di( Legierung einer endgültigen Warmverformung, z. B einem Schmieden, unterworfen wird, und zwar be Temperaturen, bei denen noch a-Teilchen vorhanden sind.
• Im Anschluß an das Abschrecken und vor der end. gültigen Warmverformung kann die Legierung, fall; erwünscht, einer erneuten Wärmebehandlung be: Temperaturen von q.oo bis 80o° C unterworfen werden; wodurch die Menge und Verteilung der a-Teilcher genauer gesteuert werden kann. In dem so erzielter Zustand wird dann die Legierung erneut auf die erforderliche Temperatur gebracht und endgültig warmverformt. In Abhängigkeit von der besonderen Zusammensetzung der Legierung und der Art dei endgültigen Erhitzung und Bearbeitung hat sich ein Temperaturbereich von 70o bis iooo° _C als zweckmäßig erwiesen.
• Der aus der Legierung hergestellte Guß kann warm gewalzt, geschmiedet oder gezogen werden, um voi der Behandlung zu Stangenmaterial verarbeitet zu werden. Die Wärmebehandlung und das anschließende Abschrecken kann aber auch unmittelbar nach dem Anfall der Aluminiumbronze als Kokillenguß vorgenommen werden, und endlich kann die erfindungsgemäße Behandlung zu irgendeinem Zeitpunkt nach der vorläufigen Wärmebehandlung und vor der endgültigen Verformung in die Wege geleitet werden.
• Schließlich ist zu erwähnen, daß das gepreßte, geschmiedete, gewalzte oder gezogene Material abschließend einer Vergütung oder einer künstlichen Alterung bei einer Temperatur unterworfen werden kann, die nicht über der Warmverformungstemperatur liegt, wobei die Gegenstände im Zuge dieser Nachbehandlung in einem geeigneten Mittel abgeschreckt oder langsam abgekühlt werden können, sofern man sie nicht in natürlicher Weise an der Luft auskühlen läßt.
• Bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung kann man beispielsweise so verfahren, daß eine Aluminiumbronze aus 11 % Aluminium, 5 0/0 Eisen, 5 % Nickel, 1 % Mangan, Rest Kupfer (abgesehen von etwaigen Verunreinigungen) als Barren zunächst durch Walzen, Schmieden oder Ziehen bei einer Temperatur von ungefähr goo° C zu geeignetem Stangenmaterial aufgearbeitet wird.
• Anschließend wird das Material in der beschriebenen Weise einer Wärmebehandlung bei gio° C unterworfen, so daß im wesentlichen die ,B-Phase entsteht. Diese Behandlung wird etwa während 3/4 Stunden fortgesetzt, worauf abgeschreckt wird. Etwa vorhandene a-Teilchen liegen dabei in Form einer feinen Dispersion vor und sind gleichmäßig über die ganze Masse verteilt. In diesem Zustand ist das Material dann für die Endverformung vorbereitet, die vorzugsweise durch Ziehen, Pressen, Gesenkformung, Walzen oder Schmieden bei 80o bis 89o° C erfolgt. Nach einer solchen Behandlung besitzt die Legierung eine außerordentlich feine Konstruktur in der die a-Teilchen gleichmäßig verteilt sind und eine Größe besitzen, die 5o ß nicht übersteigt. Die fertig geformten Gegenstände, z. B. Turbinenöder Kompressorschaufeln, können dann, falls erwünscht, einer abschließenden künstlichen Vergütung bei 60o bis 70o° C unterworfen werden, worauf sie hochwertige mechanische Eigenschaften zeigen" insbesondere hohe Dauerfestigkeit, und zwar auch bei erhöhten Temperaturen und unter Arbeitsbedingungen, die erhebliche Schwingungen verursachen.
• Es ist zwar bisher schon möglich gewesen, eine Aluminiumbronze einschlägiger Art herzustellen, die hohe Festigkeit, insbesondere Zugfestigkeit, aufweist. Indessen haben die, die hierbei angewendet wurden, keine gleichmäßigen Ergebnisse gezeitigt. Demgegenüber ist es mit dem Verfahren nach der Erfindung möglich, weit überlegene Eigenschaften zu erzielen und sie insbesondere mit gleichbleibender Sicherheit zu erreichen. Die in der erfindungsgemäßen Weise hergestellten Gegenstände zeigen folgende Eigenschaften:

  o,1 0/0 Probebelastung ....... 7216 kg/cm2

  Maximalbelastung .......... 9072 kg/cm'

  Bruchdehnung .............. 16 0/0

  Dauerfestigkeit ............. 4ooo kg/cm2

  Eine Analyse einer Probe der Aluminiumbronze zeigt folgende Verunreinigungen:

  Arsen ......................... o,oo5 0/0

  Chrom ......................... o,001 0/0

  Blei ........................... o,oi 0/0

  Silizium ....................... 0,07 0/

  0

  Zinn .......................... 0,05 0/0

  Zink ......................... o,oi 0/0

  Magnesium ..................... 0,05 0/0

  Phosphor ...................... o,oi 0/0

  Aluminiumbronze mit der Zusammensetzung:

  Eisen .......................... 5,26 0/0

  Nickel......................... 5,15 0/0

  Mangan ....................... o,23 0/0

  Arsen ......................... 0,005 Ü/ o

  Chrom ......................... o,ooi 0/0

  Blei ........................... 0,015 (/o

  Silizium ....................... 0,05 0/0

  Zinn .......................... 0,007%

  Zink .......................... 0,o2 0/0

  Magnesium ..................... 0,05 ()/o

  Phosphor ...................... o,oi 0l0

  Rest ..........:............... Kupfer

  wurde in. der gleichen Weise wie das erste Beispiel behandelt, abgesehen davon, daß nach einem Walzen bei goo° C und einem Schneiden in abgemessene Stücke die Knüppel während 3/4 Stunden auf 93o° C erhitzt wurden, worauf sie in Wasser abgeschreckt wurden, ehe sie bei 80o bis goo° C fertig geformt und 2 Stunden lang bei 65o° C künstlich vergütet wurden. Muster davon zeigten die folgenden Eigenschaften

  o,1 °/0 Probebelastung ....... 616o kg/cm'

  Maximalbelastung .......... 880o kg/cm'

  Bruchdehnung ....... . ...... 1g 0/0

  Einige Muster des genannten Materials haben, wenn sie wechselnden, Beanspruchungen, wie bei Ermüdungsversuchen, unterworfen wurden, 25 ooo ooo Belastungswechsel bei einer Belastung von q.160 kg/cm2 ausgehalten, ehe sie brachen.
• Ein Materialmuster von ähnlicher Zusammensetzung und Größe, das nach bekannten Verfahren hergestellt wurde, hatte vergleichsweise nur i Zoo ooo Wechselbelastungen ausgehalten, während ein anderes Muster mit nur 4000 kg/cm2 belastet nach i 80o ooo Lastwechseln brach. Das bekannte Material zeigte folgende mechanische Eigenschaften:

  o,1 0/0 Probebelastung ....... 5q.80 kg/cm'

  Maximalbelastung .......... 916o kg/cm2

  Bruchdehnung .............. i0,5 0/0.

  Die Erfindung erweist sich im übrigen als besonders vorteilhaft bei der Wiedererhitzung von Knüppeln für die Warmverformung, wenn für die Erhitzung ein hochfrequenter Induktionsprozeß benutzt wird.
• In normalem gezogenem oder gewalztem Stangenmaterial, wie es für die Schmiedestücke verwendet wird, treten die a-Teilchen in verhältnismäßig großer und oftmals langgestreckter Form auf. Man muß daher bei der Erhitzung für die Warmverformung diesen Teilchen der a-Phase genügend Zeit lassen, um in der ß-Masse in Lösung zu gehen; wenn man also zur Erhitzung eine Hochfrequenzinduktion verwenden würde, wäre es nicht möglich, die außerordentliche Schnelligkeit voll auszunutzen, mit welcher dieses Verfahren die Rohlinge auf die gewünschte Temperatur bringt, da ein erheblicher Teil der a-Phase ungelöst bleiben würde. Werden jedoch die Knüppel gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt, so läßt es die sehr feine Verteilung der a-Phase in den Knüppeln vor dem Wiedererhitzen zu, die Erhitzung in sehr viel größerer Schnelligkeit vorzunehmen und trotzdem den erforderlichen Lösungsgrad der a-Teilchen in der ß-Phase zu erzielen, so daß also die Möglichkeit einer schnellen Erhitzung und demgemäß die (Steigerung der Produktion ausgenutzt werden kann, die bei Hochfrequenzerhitzung möglich ist.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren können geschmiedete Aluminiumbronzen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften in gleichmäßiger Zuverlässigkeit hergestellt werden. Dabei läßt sich der Erfindungsgedanke auch auf andere Legierungen anwenden, die in irgendeinem Stadium ihrer Warmbearbeitung eine Struktur aus zwei oder mehr Phasen besitzen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von hochbeanspruchbaren Gegenständen aus Aluminiumbronze, die aus Kupfer mit 8 bis 12 0/0 Aluminium sowie gegebenenfalls mit kleineren Beimengungen anderer Bestandteile besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man den Werkstoff zunächst einer Wärmebehandlung bei 80o bis io5o° C unterwirft, um ihn im wesentlichen in die ß-Phase zu überführen, bei der das gesamte Aluminium sich in fester Lösung befindet, daß dann die Legierung auf eine Temperatur unter 60o° C abgeschreckt wird, um diesen Zustand festzuhalten und um zu gewährleisten, daß etwa vorhandene a-Teilchen als feine Dispersion vorliegen, worauf die Legierung wiedererhitzt wird, um einer endgültigen Warmverformung, z. B. einem Schmieden, bei Temperaturen unterzogen zu werden, bei denen noch a-Teilchen vorhanden sind.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung zur Steuerung der Menge und Verteilung der a-Teilchen nach dem Abschrecken und vor der endgültigen Warmverformung nochmals einer Wärmebehandlung bei q.oo bis 80o° C unterworfen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegossene Legierung einer vorläufigen Warmverformung bei etwa goo° C unterworfen wird, die so erhaltenen Rohlinge dann der Wärmebehandlung bei höherer Temperatur unterzogen, abgeschreckt und schließlich durch Warmverformung, z. B. durch Ziehen, Pressen, Walzen oder Schmieden, in die Endform gebracht werden. q.
4. Verfahren nach Anspruch i oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das fertig verformte Material einem Tempern oder künstlichen Altern bei Temperaturen unterworfen wird, die nicht über der Verformungstemperatur liegen, und daß gegebenenfalls ein Abschrecken angeschlossen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch i oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung, die aus 11 0/0 Aluminium, 5 % Eisen, 5 % Nickel, 10/0 Mangan, Rest Kupfer (abgesehen von Verunreinigungen) besteht, zunächst bei etwa goo° C warmverformt, dann etwa 3/4 Stunden bei gio° C warmbehandelt wird, um die a-Teilchen gleichmäßig in der Masse zu dispergieren, und schließlich bei 80o bis 89o° C warmverformt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die warmbehandelte Legierung vor der Lagerung (für die anschließende Warmverformung) abgeschreckt und der verformte Gegenstand einer abschließenden künstlichen Vergütung bei 60o bis 70o° C unterzogen wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung aus i0,72 0/0 Aluminium, 5,26 % Eisen, 5,15 0/0 Nickel, 0,23 0/0 Mangan, Rest (abgesehen von Verunreinigungen) i Kupfer zunächst einer Warmverformung bei etwa goo° C und dann etwa 3/4 Stunden einer Warmbehandlung bei 93o° C unterworfen wird, um die a-Teilchen gleichmäßig zu verteilen, und schließlich bei 80o bis goo° C fertig verformt wird. B. Verfahren nach Anspruch i oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des Werkstückes für die Fertigformung durch hochfrequente Induktion erfolgt. g. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung vor der endgültigen Warmverformung einer Wärmebehandlung unterwirft, um zu gewährleisten, daß alle in der Legierung vorhandenen a-Teilchen als fein und gleichmäßig verteilte Dispersion vorliegen.