EP0136731A1 - Aluminium rivets - Google Patents

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EP0136731A1 EP84201010A EP84201010A EP0136731A1 EP 0136731 A1 EP0136731 A1 EP 0136731A1 EP 84201010 A EP84201010 A EP 84201010A EP 84201010 A EP84201010 A EP 84201010A EP 0136731 A1 EP0136731 A1 EP 0136731A1
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    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
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Definitions

  • the invention relates to a process for the creation H dauerschlagbarer rivets from a wrought aluminum alloy with 0.20 to 0.80% Si, from 0 to 0.70% F e, 3.5 to 4.5% Cu, 0, 40 to 1.0% Mn, 0.40 to 1.0% Mg, 0 to 0.10% Cr, 0 to 0.25% Zn. 0 to 0.20% T i + Zr, other elements individually 0 to 0.05% and total 0 to 0.15%, balance aluminum.
  • this alloy has material no. 3.1324 or No. 2017 of the Aluminum Association. It is primarily for the production of rivets for the F lugzeugindustrie according LN 9197, 9198 and 9199 used. In the delivery state, it has a tensile strength of 215-295 N / mm 2 and an S cherfestmaschine transverse to the longitudinal axis of 255 N / mm 2.
  • the AlZnMg AA 7050 alloy should be usable as a permanent rivet material. These rivets are heat-cured in two stages, whereby the curing temperatures must be adhered to very precisely, otherwise the specified strength properties will not be achieved. This material is also prone to stress cracking and is relatively expensive.
  • the aim is to achieve permanent beatability with a known and used alloy because a new alloy could only be used; if it also meets the requirements with regard to all other properties, which would require extensive technical investigations and lengthy approval procedures.
  • cadmium is added to the alloy.
  • the addition of cadmium is preferably 0.002 to 0.05%. With the same effect, it can also be in the range 0.05 to 0.3%. In this case, however, the limit of 0.05% specified in WL 3.1324 becomes tolerable other elements exceeded, and a new alloy for the new depending on the application testing and Z umiks vide are required.
  • the ietwerkstoff in the usual N within 8.5 hours of entering loss of compression capability affects the D of the riveted joint auer Touch- strength of non-negative, or, in the invention alloy Cd with material the compressibility is so high, even after an arbitrary long time, that there is no fear of a deterioration in the fatigue strength.

Abstract

Rivets for use in the aircraft industry are made from a wrought aluminum alloy (Material No. 3.1324 in accordance with DIN). As that alloy will precipitation-harden at room temperature, the rivets must be closed immediately after they have been annealed and quenched. The time in which the rivets can be deformed can be extended to as much as one week if the rivets are stored below -17 DEG C. In order to overcome said disadvantages in the processing of the rivets, 0.002 to 0.3% cadmium is added to the wrought aluminum alloy. The resulting modified material exhibits a delayed precipitation hardening at room temperature and even when it is fully precipitation-hardened has a very high ductility. For this reason the precipitation hardening will not impose restrictions as regards the time in which rivets made of said alloy can be closed.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung dauerschlagbarer Niete aus einer Aluminium-Knetlegierung mit 0,20 bis 0,80 % Si, 0 bis 0,70 % Fe, 3,5 bis 4,5 % Cu, 0,40 bis 1,0 % Mn, 0,40 bis 1,0 % Mg, 0 bis 0,10 % Cr, 0 bis 0,25 % Zn. 0 bis 0,20 % Ti+Zr, andere Elemente einzeln 0 bis 0,05 % und gesamt 0 bis 0,15 %, Rest Aluminium.The invention relates to a process for the creation H dauerschlagbarer rivets from a wrought aluminum alloy with 0.20 to 0.80% Si, from 0 to 0.70% F e, 3.5 to 4.5% Cu, 0, 40 to 1.0% Mn, 0.40 to 1.0% Mg, 0 to 0.10% Cr, 0 to 0.25% Zn. 0 to 0.20% T i + Zr, other elements individually 0 to 0.05% and total 0 to 0.15%, balance aluminum.

Diese Legierung hat nach DIN die Werkstoff-Nr. 3.1324 bzw. die Nr. 2017 der Aluminum Association. Sie wird überwiegend zur Herstellung von Nieten für die Flugzeugindustrie gemäß LN 9197, 9198 und 9199 verwendet. Sie besitzt im Anlieferungszustand eine Zugfestigkeit von 215 bis 295 N/mm2 und eine Scherfestigkeit quer zur Längsachse von 255 N/mm 2 . According to DIN, this alloy has material no. 3.1324 or No. 2017 of the Aluminum Association. It is primarily for the production of rivets for the F lugzeugindustrie according LN 9197, 9198 and 9199 used. In the delivery state, it has a tensile strength of 215-295 N / mm 2 and an S cherfestigkeit transverse to the longitudinal axis of 255 N / mm 2.

Gemäß Beiblatt 1, Seite 4, zum Werkstoff-Legierungsblatt WL 3.1324, Ausgabe Juni 1983, müssen Niete aus der genannten Legierung unmittelbar vor der Verarbeitung lösungsgeglüht und abgeschreckt werden. Die Verarbeitung ist im sogenannten instabilen Zustand durchzuführen und muß innerhalb von 2 Stunden nach dem Abschrecken beendet sein. Falls eine Verarbeitung innerhalb von 2 Stunden nach dem Lösungsglühen nicht möglich ist, muß eine Lagerung in Tiefkühltruhen bei -170C erfolgen. Aber auch dann ist die Verarbeitungszeit auf eine Woche beschränkt. Bei Raumtemperatur kalt ausgelagerte Niete oder überlagerte Niete können etwa fünfmal erneut wärmebehandelt werden.According to Supplement 1, page 4, to the material alloy sheet WL 3.1324, June 1983 edition, rivets made from the alloy mentioned must be solution-annealed and quenched immediately before processing. Processing must be carried out in the so-called unstable state and must be completed within 2 hours after quenching. If processing takes place within 2 hours after the L ösungsglühen not possible, storage in T must iefkühltruhen carried out at -17 0C. But even then the processing time is limited to one week. Rivets or rivets overlaid at room temperature can be heat-treated about five times.

Bei einer Verarbeitung im kaltausgehärteten zustand entfallen die zeitlichen Beschränkungen. Es muß jedoch mit erhöhter Gefahr der Rißbildung am Schließkopf und mit veiminderter Schwingungsfestigkeit der Nietverbindung gerechnet werden.When processing in the cold-hardened state, the time restrictions no longer apply. However, an increased risk of crack formation on the closing head and reduced vibration resistance of the riveted joint must be expected.

Durch die Vorschriften für die Verarbeitung der Niete im weichgeglühten und abgeschreckten Zustand, wird deren Anwendung sehr erschwert. Beim Neubau von Flugzeugen oder anderen genieteten Gegenständen, lassen sich die Verarbeitungsbedingungen durch entsprechende Einrichtungen und Organisation noch am ehesten einhalten. Aber auch hier sind Fehler und Verwechselungen nicht auszuschließen. Sehr nachteiltig sind die Bedingungen für die Bearbeitung der Niete aber bei Reparaturarbeiten, die praktisch auf jedem Flugplatz anfallen können, wo die Voraussetzungen für eine vorschriftsmäßige Verarbeitung einrichtungsmäßig und personell nicht immer gewährleistet sind.The regulations for processing the rivets in the soft annealed and quenched condition make their use very difficult. When building new aircraft or other riveted objects, the processing conditions are best met by appropriate facilities and organization. However, mistakes and confusion cannot be ruled out here either. However, the conditions for processing the rivets are very disadvantageous in the case of repair work that can occur at practically any airport, where the requirements for proper processing are not always guaranteed in terms of equipment and personnel.

Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die eingangs genannte Legierung durch einen sogenannten dauerschlagbaren Werkstoff zu ersetzen, bei dem also die Verarbeitung ohne Nachteile in beliebigem zeitlichen Abstand nach dem Glühen und Abschrecken der Niete erfolgen kann.There has therefore been no shortage of attempts to replace the alloy mentioned at the outset with a so-called permanent-impact material, in which the processing can therefore take place at any time after the annealing and quenching of the rivets without disadvantages.

Verarbeitet man die Legierung WL 3.1324 im kaltausgehärteten zustand, so entfallen zwar die einschränkenden Bedingungen, es muß aber im Vergleich zu der empfohlenen Verarbeitung mit einer erhöhten Gefahr der Rißbildung und mit verminderter Schwingungsfestigkeit der Nietverbindung gerechnet werden (vergl. Beiblatt zu WL 3.1324, Seite 4).If the alloy WL 3.1324 is processed in the cold-hardened state, the restrictive conditions do not apply, but it has to be compared to the recommended process processing with an increased risk of crack formation and reduced vibration resistance of the rivet connection (see supplement to W L 3.1324, page 4).

Nach einem anderen Vorschlag soll die Legierung AlZnMg AA 7050 als dauerschlagbarer Nietwerkstoff brauchbar sein. Diese Niete werden in zwei Stufen warmausgehär- tet, wobei die Aushärtungstemperaturen sehr genau eingehalten werden müssen, weil sonst die vorgegebenen Festigkeitseigenschaften nicht erreicht werden. Außerdem ist dieser Werkstoff auch spannungsrißgefährdet und verhältnismäßig teuer.According to another proposal, the AlZnMg AA 7050 alloy should be usable as a permanent rivet material. These rivets are heat-cured in two stages, whereby the curing temperatures must be adhered to very precisely, otherwise the specified strength properties will not be achieved. This material is also prone to stress cracking and is relatively expensive.

Schließlich wird angestrebt, die Dauerschlagbarkeit bei einer bekannten und einschlägig verwendeten Legierung zu erreichen, weil eine neue Legierung erst dann eingesetzt werden könnte; wenn sie auch hinsichtlich aller anderen Eigenschaften den Forderungen entspricht, wozu umfangreiche technische Untersuchungen und langwierige Zulassungsverfahren nötig wären.Finally, the aim is to achieve permanent beatability with a known and used alloy because a new alloy could only be used; if it also meets the requirements with regard to all other properties, which would require extensive technical investigations and lengthy approval procedures.

Es besteht somit die Aufgabe, den Werkstoff WL 3.1324 dahingehend weiterzubilden bzw. abzuwandeln, daß daraus hergestellte Niete dauerschlagbar sind, d.h. daß die Verarbeitung nicht auf eine kurze zeit nach dem Glühen und Ab-schrecken beschränkt ist bzw., daß die umständliche und fehlerträchtige Kühlhaltung vermieden werden kann.There is thus the object of developing the material W L 3.1324 accordingly or modify that rivets produced therefrom are dauerschlagbar, that is, the processing of non-shrink b for a short time after annealing, and A is limited or that the cumbersome and faulty cooling can be avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Legierung 0,002 bis 0,30 % Cadmium zugesetzt werden. Vorzugsweise beträgt der Cadmiumzusatz 0,002 bis 0,05 %. Er kann mit gleichem Effekt aber auch im Bereich 0,05 bis 0,3 % liegen. In diesem Fall wird allerdings die in WL 3.1324 angegebene Grenze von 0,05 % für tolerierbare sonstige Elemente überschritten und eine neue Legierung gebildet, für die je nach Anwendungsgebiet neue Prüf- und Zulassungsverfahren erforderlich sind.This object is achieved in that 0.002 to 0.30% cadmium is added to the alloy. The addition of cadmium is preferably 0.002 to 0.05%. With the same effect, it can also be in the range 0.05 to 0.3%. In this case, however, the limit of 0.05% specified in WL 3.1324 becomes tolerable other elements exceeded, and a new alloy for the new depending on the application testing and Z ulassungsverfahren are required.

Die bisherigen Versuche, dauerschlagbare Niete zu schaffen, waren vor allem darauf gerichtet, das Aushärungsver- halten des Werkstoffs 3.1324 zu beeinflussen, um die Verarbeitungszeit verlängern zu können, ohne jedoch letztlich eine Aushärtung des verarbeiteten Niets zu unterdrücken. Es war schon länger bekannt, daß man durch geringe Zusätze an Cadmium, Indium oder Zinn das Aushärtungsverhalten von AlCu- bzw. AlCu4,5LiMn-Legierungen verzögern kann (Hardy, H.K. Inst. Metals 80 (1951/52), S.483/492; Anderko/Wiencierz in Z. Aluminium 37. JG (1961) H.9, S. 493/460 und H.10, S.663/677). Diese Erkenntnisse konnten bisher aber zur Lösung des Problems wdauerschlagbare Niete" nicht umgesetzt werden. Es stellte sich nämlich heraus; daß Zusätze an Indium und Zinn ebenso wie solche an Cadmium erwartungsgemäß zwar das Aushärten verzögern oder sogar unterdrücken können, daß die für längere Zeit aufrechterhaltene geringere Härte sich auf die Dauerschlagbarkeit aber nicht positiv auswirkt. Hierfür ist nämlich nicht die Härte, sondern das Formänderungsvermögen des Werkstoffs maßgebend. Das Formänderungsvermögen war bei Indium- und Zinn-Zusätzen nicht ausreichend, um einwandfreie Nietverbindungen herstellen zu können. Bei Cadmium-Zusätzen wurde dagegen festgestellt, daß nicht nur der Aushärtungsverlauf verzögert wird, sondern auch das Formänderungsvermögen nach dem Glühen und Abschrecken auch nach längerer Zeit auf sehr hohem Niveau erhalten bleibt. Für Nietwerkstoffe läßt sich letzteres am besten im Stauchversuch nachweisen.Previous attempts to create dauerschlagbare rivets were mainly aimed at the A ushärungsver- keep the material to influence 3.1324, to extend the processing time, but without ultimately suppress hardening of the processed rivet. It has long been known that one ushärtungsverhalten by small additions of cadmium, indium or tin, the A may delay alloys AlCu4,5LiMn of AlCu and (Hardy, H. K. Inst. Metals 80 (1951/52), S .483 / 492; Anderko / Wiencierz in Z. Aluminum 37.JG (1961) H.9, p. 493/460 and H .10, p.663 / 677). These findings have so far but to solve the problem w dauerschlagbare rivet "not be implemented It turned out namely;. That additions of indium and tin also can such Although delay of cadmium expected to curing or even suppress such that the sustained for a long time lower hardness on the D but auerschlagbarkeit not have a positive effect. for this, not the hardness but the formability of the material is in fact prevail. the F was ormänderungsvermögen additives tin to insufficient manufacture to perfect riveted joints with indium and. in cadmium additives has been found, however, that not only the A is ushärtungsverlauf delayed but also the F ormänderungsvermögen after annealing and quenching even after a long time at a high level is maintained. For rivet materials to the latter can be detected diving attempt in south best.

Es wurden Proben mit 4,7 mm Durchmesser und 5,65 mm Länge in zeitlichem Abstand nach dem Glühen und Abschrecken mit konstant 1150 N/mm2 gestaucht und die Stauchung in % über der Auslagerungszeit aufgetragen (Fig. 1). Während die Cd-freie Legierung nach WL 3.1324 unter diesen Bedingungen eine Anfangsstauchfähigkeit von etwa 57 % aufweist, die nach 8,5 Stunden auf etwa 48 % und nach 35 Tagen auf 45 % absinkt, hat der erfindungsgemäß mit 0,002 bis 0,05 % Cadmium legierte Werkstoff eine Anfangsstauchfähigkeit von 58 %, nach 8,5 Stunden von 52 bis 52,5 % und nach 35 Tagen von 48 bis 50 %. Wichtig ist, daß die Cd-legierten Proben auch nach beliebig langer Zeit noch eine Stauchfähigkeit besitzen, die größer ist als die der Cd-freien Proben nach 8,5 Stunden. Nach einem Bericht der "Vereinigte flugtechnische Werke GmbH' TE 245/480/82 vom 10.08.1982, ist eine Erweiterung der Verarbeitungszeit von 2 auf 8,5 Stunden für Niete aus dem Werkstoff 3.1324 möglich, ohne daß dadurch die im Wöhler-Versuch ermittelte Lebensdauer abfällt. Mit anderen Worten, der bei dem bisher üblichen Nietwerkstoff innerhalb von 8,5 Stunden eintretende Verlust an Stauchfähigkeit, wirkt sich auf die Dauerwechsel- festigkeit der Nietverbindung nicht negativ aus, bzw. bei dem erfindungsgemäß mit Cd-legiertem Werkstoff ist die Stauchfähigkeit auch nach beliebig langer Zeit noch so hoch, daß eine Verschlechterung der Dauerwechselfestigkeit nicht zu befürchten ist.Samples with a diameter of 4.7 mm and a length of 5.65 mm were compressed at constant intervals after annealing and quenching with a constant 1150 N / mm 2 and the compression was plotted in% over the aging time (FIG. 1). While the C d-free alloy according to WL 3.1324 has an initial compressibility of about 57% under these conditions, which drops to about 48% after 8.5 hours and to 45% after 35 days, according to the invention it has 0.002 to 0.05% cadmium alloy material has an initial compressibility of 58%, after 8.5 hours from 52 to 52.5% and after 35 days from 48 to 50%. It is important that the Cd alloy nor a S have to dive samples even after any length of time which is greater than that of Cd-free samples after 8.5 hours. According to a report by "Vereinigte Flugtechnische Werke GmbH 'TE 245/480/82 of August 10, 1982, it is possible to extend the processing time from 2 to 8.5 hours for rivets made of material 3.1324, without this resulting in the Wöhler test life drops. in other words, the ietwerkstoff in the usual N within 8.5 hours of entering loss of compression capability affects the D of the riveted joint auerwechsel- strength of non-negative, or, in the invention alloy Cd with material the compressibility is so high, even after an arbitrary long time, that there is no fear of a deterioration in the fatigue strength.

Damit ist das gesteckte Ziel, nämlich einen dauerschlagbaren Nietwerkstoff zu schaffen, erreicht, bei Cd-Zugaben bis zu 0,05 % sogar ohne daß für die Legierung 3.1324 ein neues Zulassungsverfahren erforderlich ist, denn in den Vorschriften sind sonstige Zusätze bis 0,05 % ausdrücklich zugelassen.This means that the goal of creating a permanent rivet material can be achieved with Cd additions of up to 0.05% even without a new approval procedure being required for alloy 3.1324, because the regulations contain other additives of up to 0.05% expressly approved.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung dauerschlagbarer Niete aus einer Aluminium-Knetlegierung mit 0,20 bis 0,80 % si, 0 bis 0,70 % Fe, 3,5 bis 4,5 % Cu, 0,40 bis 1,0 % Mn, 0,40 bis 1,0 % Mg, 0 bis 0,10 % Cr, 0 bis 0,25 % Zn. 0 bis 0,20 % Ti+Zr, andere Elemente einzeln 0 bis 0,05 % und gesamt 0 bis 0,15 %, Rest Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierung 0,002 bis 0,3 % Cadmium zugesetzt werden.1. Process for the production of permanent rivets from a wrought aluminum alloy with 0.20 to 0.80% si, 0 to 0.70% Fe, 3.5 to 4.5% Cu, 0.40 to 1.0% Mn , 0.40 to 1.0% Mg, 0 to 0.10% Cr, 0 to 0.25% Zn. 0 to 0.20% Ti + Zr, other elements individually 0 to 0.05% and total 0 to 0.15%, balance aluminum, characterized in that 0.002 to 0.3% cadmium is added to the alloy. 2. verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, das der Legierung 0,002 bis 0,05 % Cadmium zugesetzt werden.2. The method of claim 1; characterized in that 0.002 to 0.05% cadmium is added to the alloy. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierung 0,05 bis 0,3 % Cadmium zugesetzt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that 0.05 to 0.3% cadmium are added to the alloy.
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