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Verwendung von Aluminiumlegierungen zur Herstellung von auf Spannungskorrosion
beanspruchten Teilen Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Aluminiumlegierungen
bestimmter Zusammensetzung zur Herstellung von auf Spannungskorrosion beanspruchten
Teilen.
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Es sind bereits Aluminiumlegierungen vom Typ AlZnMg bekannt, die neben
Zink und Magnesium auch noch Gehalte an Kupfer bzw. Nickel und daneben bis zu etwa
2 °% weitere Metalle, unter anderem Chrom, Vanadin und/oder Zirkonium, aufweisen.
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Ferner sind Gegenstand des älteren deutschen Patents 940 324 vergütbare
Aluminiumlegierungen mit einem Gehalt von 2 bis 6 % Zink, 3,4 bis 12
% Magnesium, 0,05 bis z,o°% Chrom, gegebenenfalls bis zu 10[0 Mangan, Rest
Aluminium, wobei der Magnesiumgehalt die zur Bildung der Verbindung MgZn, erforderliche
Menge um mindestens etwa 3 °% übersteigt. Diese letzteren Legierungen eignen sich
auch zur Herstellung von Gegenständen, die hohe mechanische Festigkeitseigenschaften
und eine hohe Beständigkeit gegen interkristalline und Spannungskorrosion aufweisen
sollen.
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Durch Aushärtung in bekannter Weise lassen sich dabei ausgezeichnete
mechanische Festigkeitswerte sowohl bei gegossenen wie auch bei gekneteten Legierungen
dieser Art erzielen, die teilweise diejenigen der vergüteten Legierungen der Gattung
Al
- Cu - Mg nach DIN 1713 erreichen. Als Vorteil ist ferner zu werten, daß das Temperaturgebiet,
aus dem die Legierungen bei der Aushärtungsbehandlung ohne Beeinträchtigung der
Festigkeitswerte abgeschreckt werden können, sehr breit ist und mindestens t 30°C
beträgt. Bei den Legierungen der Gattung Al - Cu - Mg hat demgegenüber die Überschreitung
eines Gebietes von ± 5'C bereits erhebliche Eigenschaftsänderungen zur Folge.
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Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung anders zusammengesetzter
Aluminiumlegierungen der Gattung Al - Zn - Mg zur Herstellung von auf Spannungskorrosion
beanspruchten Teilen. Es handelt sichdabei umLegierungen folgenderZusammensetzung
1,5 bis 7,5 0/, Magnesium, mehr als 1,5 bis 13,5 0/, Zink, 0,05 bis 0,5 0/,
Chrom oder Zirkonium oder 0,05
bis 0,3 0/, Vanadin, Rest Aluminium,
mit der Maßgabe, daß die Summe von Magnesium -f- Zink höchstens 15 0/, beträgt und
das Verhältnis Magnesium zu Zink= i : 8 bis i : i ist, wobei in diesen Bereich
fallende Legierungen ausgenommen sind, die einen Gehalt von 2 bis 6 0/, Zink, 3,4
bis 12 0/, Magnesium, 0,05 bis l0/0 Chrom, Rest Aluminium, aufweisen und in denen
der Magnesiumgehalt die zur Bildung der Verbindung Mg Zu, erforderliche Menge um
mindestens etwa 3 0/, übersteigt.
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Erfindungsgemäß können Chrom, Vanadin und Zirkonium weiterhin zu zweien
oder mehreren, jedoch mit einem Gesamtgehalt von höchstens 1,3 0/" vorhanden sein.
Zweckmäßig ist es, eine Legierung für den genannten Zweck zu verwenden, die durch
eine Wärmebehandlung, bestehend aus Glühen, Abschrecken und Selbstalterung oder
Anlassen, vergütet ist.
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Im folgenden sind einige Beispiele für die Wirksamkeit der Merkmale
der Erfindung wiedergegeben. Zu einer Grundlegierung mit 6 0/, Zink und 3 0/, Magnesium
wurden jeweils kleine Zusätze von siebzehn verschiedenen Metallen gemacht und der
Einfluß auf die Festigkeitseigenschaften und die Empfindlichkeit gegen Spannungskorrosion
ermittelt. Dabei wurde gefunden, daß Zusätze von Chrom, Vanadin und Zirkonium die
Spannungskorrosion beseitigen bzw. weitgehend vermindern. Die hier interessierenden
Versuchsergebnisse sind im folgenden auch für die zusatzfreie Legierung und für
drei weitere Legierungen mit wirkungslosen Zusätzen aufgeführt.
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Die Prüfung wurde an Blechen von 2 mm Dicke vorgenommen. Zur Aushärtung
wurden die Proben bei 475°C geglüht, in Wasser von ?,o' C abgeschreckt und bei Raumtemperatur
kalt ausgehärtet. Da die Spannungskorrosion durch Kaltverformung meist begünstigt
wird, wurde ein Teil der Proben bei einer Dicke von 2,5 mm ausgehärtet und anschließend
auf 2 mm kalt gewalzt, entsprechend einer Kaltverformung von 2o 0/,. Die in Zahlentafel
i wiedergegebenen Werte für Festigkeit und Bruchdehnung bestätigen die eingangs
erwähnte, bekannte Tatsache, daß die Legierungen des Aluminiums mit Zink und Magnesium
ausgezeichnete mechanische Eigenschaften besitzen
Durch eine Wärmeaushärtung läßt sich die Festigkeit noch wesentlich steigern, wie
das Beispiel i in Zahlentafel 2 für eine Legierung mit 6 0/, Zink und 3 0/, Magnesium
zeigt, die von 45o°C abgeschreckt worden ist.
Die Prüfung der Empfindlichkeit gegen Spannungskorrosion wurde bei den Legierungen
i bis 7 in dem durch Zahlentafel i gekennzeichneten Festigkeitszustand vorgenommen.
Blechstreifen von 15 mm Breite wurden über einen Hebelarm durch ein Gewicht mit
einem konstanten Biegemoment beansprucht, das einerAnfangsbeanspruchungder unkorrodierten
Proben von 15 kg/mm2 entsprach. Der Versuch wurde i. in einem normal trockenen Raum
und 2. in einer Lösung von 30/, NaCl und o,10/0 H202 in destilliertem Wasser durchgeführt.
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Es wurden jeweils zwei Proben geprüft, deren Verhalten in Zahlentafel
3 wiedergegeben ist.
| Zahlentafel 3 |
| Versuch in normal trockenem Raum |
| Nr. Zusatz |
| ausgehärtet ausgehärtet und kaltverformt |
| 1 ohne nach 76 und 82 Tagen gebrochen nach 78 und 85 Tagen
gebrochen |
| 2 o,2 % Cr beide nach 230 lagen nicht gebrochen beide
nach 23o Tagen nicht gebrochen |
| 3 0,3 0/0 V beide nach 23o Tagen nicht gebrochen beide nach
23o Tagen nicht gebrochen |
| 4 0,3% Zr nach iii Tagen gebrochen und |
| nach 23o Tagen nicht gebrochen beide nach 135 Tagen nicht gebrochen |
| 5 0,3 % Sb nach 79 und 98 Tagen gebrochen nach 44 und 98 Tagen
gebrochen |
| 6 o,3 % Bi nach 73 und 114 Tagen gebrochen nach 16 und 34 Tagen
gebrochen |
| 7 0,30/,Mo nach 68 und 73 Tagen gebrochen nach 16 und 38 Tagen
gebrochen |
| Versuch in Lösung mit 3 °/o Na Cl und 0,1 % H202 |
| Nr. Zusatz |
| ausgehärtet ausgehärtet und kaltverformt |
| 1 ohne nach 11,5 und 21 Stunden gebrochen nach 18 und 21 Stunden
gebrochen |
| 2 0,2% Cr beide nach 3o Tagen nicht gebrochen nach 693 Stunden
gebrochen und |
| nach 3o Tagen nicht gebrochen |
| 3 0,3 % V nach 720 Stunden gebrochen und beide nach
3o Tagen nicht gebrochen |
| nach 3o Tagen nicht gebrochen |
| 4 0,3 % Zr nach 214 und 334 Stunden gebrochen nach 381 Stunden
gebrochen und |
| nach 3o Tagen nicht gebrochen |
| 5 0,3°/o Sb nach 28,5 und i18 Stunden gebrochen nach 17 und
29 Stunden gebrochen |
| 6 0,3 % Bi nach 25 und 33,5 Stunden gebrochen nach 4 und 4,5
Stunden gebrochen |
| 7 o,3 0/0 Mo nach 9,5 und 11,5 Stunden gebrochen nach 4 und
29 Stunden gebrochen |
Aus diesen Versuchen ergibt sich eindeutig, daB die Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung
durch die Zusätze von Chrom, Vanadin und Zirkonium eine außerordentliche Erhöhung
des Widerstandes gegen Spannungskorrosion erfährt und daB andere Zusätze vergleichsweise
wirkungslos sind.
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Es sei noch am Beispiel des Chroms gezeigt, daB die günstige Wirkung
der Zusätze an eine Mindestgrenze gebunden ist. In Zahlentafel 4 sind die Festigkeitswerte
und in Zahlentafel 5 die Ergebnisse der Korrosionsprüfung wiedergegeben, die mit
Legierungen mit Chromzusätzen von verschiedener Höhe gewonnen worden sind. Die Vorbehandlung
war die gleiche wie bei den Legierungen in Zahlentafel i und 3.
| Versuch in Lösung mit 3 °/o Na Cl und 0,1 0/a H2 03 |
| ausgehärtet ausgehärtet und kaltverformt |
| 1 0,02 nach 4,5 und 43 Stunden gebrochen nach 3 und 41 Stunden
gebrochen |
| 2 0,05 nach 19 und x9 Stunden gebrochen nach 4 und 17 Stunden
gebrochen |
| 3 0,1 nach 11,5 und 21 Stunden gebrochen nach 1o und 17 Stunden
gebrochen |
| 4 0,2 beide nach 3o Tagen nicht gebrochen nach 693 Stunden
gebrochen und |
| nach 3o Tagen nicht gebrochen |
| 5 0,5 beide nach 3o Tagen nicht gebrochen beide nach 3o Tagen
nicht gebrochen |
Zahlentafel 5 zeigt, daß unterhalb o, 05 °% Chrom eine Wirkung des Chroms auf die
Verminderung der Empfindlichkeit gegen Spannungskorrosion nichtmehr besteht.
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Aus den Angaben in Zahlentafel 4 geht auch hervor, daß die Festigkeit
mit steigendem Chromzusatz zunimmt, die Dehnung j edoch abnimmt. Eine Erhöhung des
Zusatzes über 0,5 °/o ist daher meist nicht mehr von technischem Interesse.
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Ferner sind noch magnesium- und zinkhaltige Aluminiumlegierungen bekanntgeworden,
in denen das Verhältnis von Magnesium zu Zink etwa wie 3 : 1 sein soll. Abgesehen
davon, daß in den Legierungen gemäß der Erfindung das Magnesium zu Zink im umgekehrten
Verhältnis, nämlich von 1 : 8 bis 1 : 1 vorliegen soll und der in der erfindungsgemäß
zu verwendenden Legierung vorgesehene Zusatz von Chrom, Vanadin oder Zirkonium in
den bekannten Legierungen nicht enthalten ist, wurde aber auch bei den erfindungsgemäß
zu verwendenden Legierungen eine höhere Festigkeit erzielt als bei den bekannten
Legierungen.
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Die Wirkung der Zusätze von Chrom, Vanadin und Zirkonium bleibt erhalten,
wenn zur Herstellung der Aluminium-Magnesium-Zink-Legierung statt des normalen Reinaluminiums
ein in besonderem Verfahren gewonnenes hochreines Aluminium verwendet wird.
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Diese Wirkung wird auch durch weitere, auf die Festigkeit bekanntlich
eine steigernde Wirkung ausübende Legierungszusätze, wie z. B. Kupfer, Silizium,
Mangan und Nickel, deren Gesamtmenge nach den im Normblatt DIN 1712 angegebenen
Grenzen i0/, nicht überschreiten soll, nicht beeinträchtigt.
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Aber auch einzeln in Mengen von unter o,1 °% zuzusetzende, bekanntlich
das Korn verfeinernde Metalle, wie Beryllium, Cer und Thorium sowie solche Zusätze
von Kobalt, Nickel und Molybdän, die dann in Frage kommen, wenn ein unerwünscht
hoher Eisengehalt in der Legierung kompensiert werden soll, beeinträchtigen bis
zu einer gewissen Höhe von 0,5 °/o die obengenannte Wirkung nicht. Ein solcher
unerwünscht hoher Eisengehalt in der Legierung kann sich z. B. durch Eisenaufnahme
beim Schmelzen leicht einstellen und ruft eine das Gefüge schädigende Wirkung hervor;
die Kompensierung dieser Eisenmenge kann beispielsweise durch Überführung der nadelförmigen
Eisenverbindung in eine kugelige Form mittels der genannten Zusatzmetalle erfolgen.