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Verfahren zur Erhöhung der Spannungskorrosionsbeständigkeit von Aluminium-Knetlegierungen
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Erhöhung der Spannungskorrosionsbeständigkeit
von Aluminium-Knetlegierungen, die aus 3 bis zo °/o Zn, o,5 bis 6 °/o Mg, o,2 bis
2 °/o Mn, o,2 bis 2,o °/o Si, Rest Aluminium, bestehen, mit der Maßgabe, daß der
Zn-Gehalt den Mg-Gehalt übersteigt, wobei gegebenenfalls noch geringe Zusätze bis
zu 10/" an anderen Metallen vorhanden sein können.
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Derartige Legierungen gehören bereits seit längerer Zeit zum Stande
der Technik, jedoch ist ihre Einführung in die Praxis bisher an einer gerade für
diesen Legierungstyp bezeichnenden nachteiligen Eigenschaft gescheitert, nämlich
an ihrer Empfindlichkeit gegen Zugspannungen bei gleichzeitig korrodierenden Einwirkungen,
d. h. ihrer Spannungskorrosionsempfindlichkeit. Es entstehen dadurch meistens bereits
nach sehr kurzer Zeit Risse und Brüche, welche die Verwendung dieser Legierungen,
insbesondere für tragende Bauteile, unmöglichmachen. UrsacheundErscheinungsform
der Spannungskorrosion sind wesentlich verschieden von den sonst vorkommenden Korrosionserscheinungen,
so daß auch die Beseitigung der Spannungskorrosionsempfindlichkeit mit den sonst
üblichen Schutzmaßnahmen, z. B. Anstrichen, Lakkierungen od. dgl., nicht ausreichend
gelingt.
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Man hat bereits bei Legierungen mit Zn-Gehalten zwischen 2 und 6 °/o
und Mg-Gehalten bis zu 12 °/o, Rest Al, wobei der Mg-Gehalt mindestens um etwa
3
% die zur Bildung der Verbindung Mg Zn2 notwendige Menge überschreitet, versucht,
die Spannungskorrosionsbeständigkeit durch Zusatz von bis zu T % Cr und/oder Ca
und gegebenenfalls auch Mn bis zu = 0/0 zu verbessern, was bereits einen wesentlichen
Erfolg mit sich brachte, jedoch nicht in allen Fällen ausreichend befriedigte. Unter
anderem war es nämlich nicht möglich, derartige Legierungen mit in jeder Richtung
genügendem Erfolg als hochbeanspruchte Knetlegierungen zu verwenden, sondern man
mußte sich in der Regel auf die Herstellung von weniger beanspruchten Gußteilen
beschränken.
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Durch die französische Patentschrift 835 117 ist es bei Legierungen
des vorliegenden Typs, die 4 bis 6,5% Zn, 1,5 bis 3,504 Mg, 0.Z5 bis 1,50/, Si und
gegebenenfalls auch andere Zusätze, wie Antimon, Mangan, Molybdän, Kobalt, Nickel
0d. dgl., enthalten können, bekannt, die Beständigkeit dieser Legierungen gegen
interkristalline Korrosion dadurch zu steigern, daß die Legierungen bei Temperaturen
zwischen 450 und 550°C, vorzugsweise 480 und 530°C, lösungsgeglüht, anschließend
in Luft, Wasser oder anderen Flüssigkeiten schnell abgekühlt und schließlich durch
Warmlagerung getempert werden. Die schnelle Abkühlung nach dem Lösungsglühen hat
dabei den Sinn, die Legierungsbestandteile im Mischkristall gelöst zu halten, worauf
eine Ausscheidung der bei Raumtemperatur im Mischkristall unlöslichen Bestandteile
durch die Aushärtung herbeigeführt wird.
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Versuche haben nun gezeigt, daß das bekannte Verfahren zwar eine erhebliche
Steigerung der Beständigkeit der Legierungen gegen interkristalline Korrosion mit
sich bringt, jedoch die Spannungskorrosionsbeständigkeit der Legierungen nicht verbessert.
Dies tritt, wie gefunden wurde, erst dann ein, wenn man erfindungsgemäße Aluminium-Knetlegierungen,
die aus 3 bis io% Zn, o,5 bis 6% Mg, o,2 bis 2,0% Mn, o,2 bis a,o % Si, Rest Aluminium,
bestehen, wobei der Zn-Gehalt den Mg-Gehalt übersteigt und gegebenenfalls noch geringe
Zusätze an anderen Metallen (bis zu 10/0) vorhanden sind, so behandelt, daß die
Legierungen von Homogenisierungstemperatur derart langsam abgekühlt werden, daß
eine geringe Ausscheidung der gelösten Komponenten eintritt. Im Gegensatz zu den
bekannten Wärmebehandlungsverfahren wird somit die Abkühlung derart verzögert ausgeführt,
daß der Mischkristall nach der Abkühlung nicht die Gesamtmenge der Legierungsbestandteile
gelöst enthält, sondern ein gewisser Prozentsatz derselben sich bereits während
der Abkühlung ausscheidet.
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Das Abkühlen von der Lösungsglühtemperatur kann erfindungsgemäß z.
B. in ruhender Luft von Raum- oder erhöhter Temperatur erfolgen. Es ist jedoch auch
möglich, das Abkühlen von der Glühtemperatur in Flüssigkeiten von Temperaturen unterhalb
350'C kontinuierlich oder stufenweise vorzunehmen. DasAbkühlen kann schließlich
auch dadurch verzögert werden, daß man die Legierungen im Ofen erkalten läßt.
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Besonders vorteilhaft ist es, nicht nur die Abkühlungsgeschwindigkeit
zu erniedrigen, sondern auch die Temperatur, von der nach der Homogenisierungsglühung
verlangsamt abgekühlt wird, unterhalb 450'C, vorzugsweise zwischen 350 und
420°C, zu wählen, insbesondere die Homogenisierungsglühung bei Temperaturen unterhalb
450°C vorzunehmen.
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Es wurde festgestellt, daß durch eine Verringerung der Abkühlungsgeschwindigkeit
beim Abkühlen nach dem Homogenisierungsglühen der Widerstand gegen Spannungskorrosion
erhöht wird, ohne daß dadurch ein erheblicher Verlust an Aushärtbarkeit eintritt.
So betrug z. B. bei einem schroff von 450°C in Wasser von Raumtemperatur abgeschreckten
Blech der Widerstand gegenüber Spannungskorrosion etwa 9 Tage, bei freiwilliger
Abkühlung an Luft dagegen mehr als 6o Tage. Die Festigkeit dagegen sank nur um 1,8
kg/mm2 von 57,5 auf 55,7 kg/mm2. Die Verzögerung der Abkühlung kann auch dadurch
erreicht werden, daß die Abschreckung in Medien erhöhter Temperatur vorgenommen
wird. Das zeigte eine Versuchsreihe, in der die Abschreckung einmal in Wasser von
Raumtemperatur und ferner in kochendem Wasser erfolgte. Die mechanischen Gütewerte
wurden nicht beeinflußt. Der Korrosionswiderstand bei Zug dagegen stieg von 2o Tagen
auf mehr als Zoo Tage. Auch diese Wirkung ist neuartig, da man bei den übrigen bekannten
Aluminiumlegierungen eine möglichst schroffe Abschreckung von möglichst hohen Temperaturen
anstrebt (vgl. H. M an n, Korrosion und Metallschutz, Bd. g [1g337, S. 141).
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Weitere Vergleichsversuche zeigten die Überlegenheit des erfindungsgemäßen
Verfahrens gegenüber der durch die französische Patentschrift 835 117 bekannten
Arbeitsweise. Die Versuche wurden durchgeführt mit i,o mm starken Blechen einer
Legierung folgender Zusammensetzung: 0,57°/o Mn, 2,64% Mg, 0,30% Si, 0,170/, Fe,
5,72)!o Zn.
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Drei Abschnitte dieses Bleches wurden zunächst i Stunde lang bei 47o'
C lösungsgeglüht und dann unterschiedlich abgekühlt. Abschnitt i: schnelles Abkühlen
in bewegter Luft bei Raumtemperatur, Abschnitt 2: langsames Abkühlen in ruhender
Luft bei Raumtemperatur, Abschnitt 3: langsames Abkühlen in ruhender Luft bei 70°C.
Anschließend wurden die drei Abschnitte bei iio°C 24 Stunden ausgehärtet. Aus jedem
Abschnitt wurden sodann Zerreiß- und Schlaufenproben zur Prüfung auf Spannungskorrosionsbeständigkeit
hergestellt. Letztere wurden der Einwirkung einer 3%igen NaCl-Lösung ausgesetzt.
| Versuchsergebnisse |
| I. Festigkeitswerte: |
| 60,-,'. aB 10°o |
| kg/mm= |
| hg!mm@ |
| Abschnitt Z .. 4o,7 48,5 ig,o |
| Abschnitt 2 . . 38,o 47,0 ig,o |
| Abschnitt 3 . . 32,0 43,6 19,o |
IL Lebensdauer von je drei Schlaufenproben in Tagen (bis zum Eintreten
des Bruches)
| or0,2 (rB |
| kg/mm, kg/mm2 |
| 510o/ |
| ° |
| Abschnitt 1 . . 2 Tage 2 Tage 21/,Tage |
| Abschnitt 2 . . 15 Tage io Tage >2o Tage |
| Abschnitt 3 . . i5 Tage >2o Tage >2o Tage |
Die Versuchsergebnisse lassen erkennen, daß die Spannungskorrosionsbeständigkeit
der Schlaufen aus den Blechabschnitten 2 und 3 erheblich gegenüber den Werten bei
den Schlaufen aus Abschnitt i gestiegen ist. Dies zeigt sich bereits bei den Schlaufen
aus Blechabschnitt 2, welcher in ruhender Luft auf Raumtemperatur abgekühlt worden
war. Eine weitere Herabsetzung der Abkühlgeschwindigkeit, wie diese bei Abschnitt
3 geschehen ist, steigert die Spannungskorrosionsbeständigkeit noch weiter. Der
hierbei in Kauf zu nehmende Festigkeitsabfall ist demgegenüber von geringerer Bedeutung,
erweist aber gleichzeitig, daß die Legierungen von Homogenisierungstemperatur derart
langsam abgekühlt worden sind, daß eine geringe Ausscheidung der gelösten Komponenten
eintritt.