EP0255799B1 - Verfahren zur Herstellung warmfester Aluminiumlegierungs - Erzeugnisse - Google Patents
Verfahren zur Herstellung warmfester Aluminiumlegierungs - Erzeugnisse Download PDFInfo
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- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
Definitions
- the invention relates to a method for producing heat-resistant products from a naturally hard aluminum kneading material of the AIMn type.
- non-hardenable wrought aluminum alloys which have high heat resistance or a greatly delayed recrystallization process. Most of them contain at least 1% manganese. Products are made from these materials which are subjected to temperatures of more than 250 ° C in continuous operation. In addition, these materials can achieve ductility, ductility and corrosion resistance that are sufficient for many areas of application.
- the alloy known under the brand name HEDDAL 1220 is used; This consists of 1.2 to 1.8% manganese, 0.1 to 0.4% silicon, 0.2 to 0.7% iron, up to 0.1% copper, 0.1 to 0.5% titanium + zircon, each up to 0.05%, total up to 0.15% other elements and the rest aluminum.
- the alloy is generally continuously cast, annealed at 450 to 500 ° C for 5 to 10 hours, hot worked, cold worked to the final dimensions and optionally partially softened.
- Such products do not meet the highest requirements for cold, in particular cold massive formability, for corrosion resistance when subjected to extreme loads and for heat resistance in the case of excessive continuous operating temperatures and extremely high short-term temperatures.
- the invention is therefore based on the object of providing a method for producing products which also meet the above-mentioned highest requirements.
- the object is achieved by an alloy consisting of 1.2 to 2.0% by weight of manganese, 0.20 to 0.5% silicon, 0.20 to 0.35% chromium, to 0.6% copper, to 0.10% iron, preferably to 0.08% iron, the rest being aluminum and cast a total of up to 0.4% of other elements and cool to below 410 ° C within a maximum of 0.5 hours by further processing the alloy including a heat treatment of 3 to 24 hours in the temperature range from 290 to 410 ° C, as well as by any further processing necessary Residence times in the temperature range between 410 and 460 ° C are limited to a maximum of 1 hour and those at temperatures above 460 ° C to a maximum of 20 minutes.
- a preferred embodiment of the method according to the invention consists in limiting the manganese content of the alloy to 1.2 to 1.7%, casting the alloy into a strand of at least 40 mm thickness and this after a 3- to 24-hour heat treatment at 290 to 410 ° C. to be hot formed at a maximum temperature of 470 ° C.
- the 3 to 24 hour heat treatment at 290 to 410 ° C. is integrated into the heating of the cast strand to the hot forming temperature.
- the corresponding heating stage can be carried out inductively.
- the result of the heat treatment at 290 to 410 ° C is a non-recrystallized structure in any case, even after any preceding forming operations.
- the manganese content of the alloy is 1.5 to 2.0%. This is cast into a strip with a thickness of 5 to 15 mm, cold rolled to the final thickness and then subjected to the 3 to 24-hour, non-recrystallizing heat treatment at 290 to 410 ° C. The preferred range of heat treatment is 350 to 400 ° C for 3 to 8 hours.
- Hot tensile tests on sheet metal strips showed at 350 ° C a yield stress of 92 MPa and at 400 ° C such of 74 MPa (at a strain rate of 8.3x10- 4 / s). Sheets exposed to a temperature of 350 ° C for 400 hours showed an RT-Rpo. 2 out of 166 MPa. Sheet samples stored at 300 ° C for 120 days achieved an RT-Rpo. 2 out of 174 MPa.
- Sheet blanks were heated to 600 ° C. within 20 s and subjected to rapid compression (at a speed of about 0.3 / s).
- the yield stress was approx. 55 MPa.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung warmfester Erzeugnisse aus einem naturharten Aluminium-Knetwerkstoff vom Typ AIMn.
- Es ist eine Reihe von nichtaushärtbaren Aluminium-Knetlegierungen bekannt, welche eine hohe Warmfestigkeit bzw. einen stark verzögerten Rekristallisationsablauf aufweisen. Ein Grossteil davon enthält mindestens 1 % Mangan. Aus diesen Werkstoffen werden Erzeugnisse hergestellt, welche im Dauerbetrieb Temperaturen von mehr als 250 °C unterworfen werden. Zudem kann mit diesen Werkstoffen eine für viele Anwendungsgebiete hinreichende Duktilität, Verformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit erzielt werden. Für solche Anwendungen wird beispielsweise die unter dem Markennamen HEDDAL 1220 bekannte Legierung eingesetzt; diese besteht aus 1.2 bis 1.8 % Mangan, 0.1 bis 0.4 % Silizium, 0.2 bis 0.7 % Eisen, bis 0.1 % Kupfer, 0.1 bis 0.5 % Titan + Zirkon, je bis 0.05 %, gesamthaft bis 0.15 % anderen Elementen und Rest Aluminium. Die Legierung wird allgemein stranggegossen, bei 450 bis 500 °C während 5 bis 10 Stunden geglüht, warm umgeformt, auf die Endabmessungen kalt verformt und gegebenenfalls teilentfestigt. Höchsten Anforderungen an die kalt-, insbesondere kaltmassiv-Umformbarkeit, an die Korrosionsbeständigkeit bei extremer Beaufschlagung und an die Warmfestigkeit bei übermässigen Dauerbetriebstemperaturen sowie höchsten Kurzzeittemperaturen genügen derartige Erzeugnisse jedoch nicht.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen zu schaffen, welche auch den genannten höchsten Anforderungen genügen.
- Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst indem eine Legierung, bestehend aus 1.2 bis 2.0 Gew.-% Mangan, 0.20 bis 0.5 % Silizium, 0.20 bis 0.35 % Chrom, bis 0.6 % Kupfer, bis 0.10 % Eisen, bevorzugt bis 0.08 % Eisen, Rest Aluminium und gesamthaft bis 0.4 % anderen Elementen gegossen und innerhalb höchstens 0.5 Stunden auf unter 410 °C abgekühlt wird, indem die Weiterverarbeitung der Legierung eine Wärmebehandlung von 3 bis 24 Stunden im Temperaturbereich von 290 bis 410 °C einschliesst, sowie indem bei der Weiterverarbeitung allenfalls nötige Verweilzeiten im Temperaturbereich zwischen 410 und 460 °C auf insgesamt höchstens 1 Stunde und diejenigen bei Temperaturen oberhalb 460 °C auf höchstens 20 Minuten begrenzt werden.
- Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, den Mangangehalt der Legierung auf 1.2 bis 1.7 % zu beschränken, die Legierung zu einem Strang von mindestens 40 mm Dicke zu vergiessen und diesen nach einer 3- bis 24-stündigen Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C bei einer Temperatur von höchtens 470 °C warm umzuformen.
- In einer zweckmässigen Ausführung dieses Verfahrens wird die 3- bis 24-stündige Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C in das Aufheizen des Gussstranges zur Warmumformtemperatur integriert.
- Liegt die vor der Warmumformung zu erreichende Temperatur oberhalb 410 °C, kann die entsprechende Aufheizstufe induktiv erfolgen.
- Das Resultat der Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C ist in jedem Fall, auch nach ev. vorgeschalteten Umformoperationen ein nicht rekristallisiertes Gefüge.
- In alternativer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens beträgt der Mangan-Gehalt der Legierung 1.5 bis 2.0 %. Diese wird zu einem Band von 5 bis 15 mm Dicke vergossen, auf Enddicke kaltgewalzt und anschliessend der 3 bis 24- stündigen, nicht rekristallisierenden Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C ausgesetzt. Der bevorzugte Bereich der Wärmebehandlung liegt bei 350 bis 400 °C während 3 bis 8 Stunden.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich,aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
- Eine Legierung mit 1.45 % Mn, 0.34 % Si, 0.24 % Cr, 0.18 % Cu, 0.06 % Fe, 0.02 % Ti, Rest Aluminium wurde zu zwei Rundbarren mit 155 mm Durchmesser stranggegossen. Beide Rundbarren wurden als Strangpressbolzen eingesetzt. Das Anwärmen der Bolzen wurde so gestaltet, dass die Aufheizzeit zwischen 350 und 390 °C 6 Stunden betrug. Anschliessend wurden die Bolzen induktiv rasch auf 445 °C angewärmt und zu einer Rundstange mit 36 mm Durchmesser, bzw. mehrsträn gig zu einem Rohr mit 36 mm Aussendurchmesser und 1.0 mm Wandstärke verpresst. Die Austrittstemperatur betrug in beiden Fällen etwa 460 °C. Die Profile wurden im bewegten Luftstrom abgekühlt. Von der Rundstange wurden 25 mm hohe Fliesspressbutzen geschnitten und diese zu 200 mm hohen Bechern mit 1 mm Wandstärke kaltfliessgepresst.
- Warmzugsversuche von Rohrwandabschnitten ergaben bei 350 °C eine Fliessspannung von 62 MPa und bei 400 °C eine solche von 43 MPa (bei einer Dehngeschwindigkeit von 8.3x10-4/s). Rohre und Becher wurden während 400 Stunden einer Temperatur von 350 °C ausgesetzt. Die resultierende Raumtemperatur-Streckgrenze RP002 von Becherwandabschnitten betrug 151 MPa. Zudem wurden die Rohre und Becher verschlossen und evakuiert und während 7 Tagen einer Temperatur von 450 °C ausgesetzt. Es konnte keine Gestaltsänderung festgestellt werden.
- Eine Legierung mit 1.75 % Mn, 0.33 % Si, 0.25 % Cr, 0.14 % Cu, 0.07 % Fe, 0.02 % Ti, Rest Aluminium wurde zwischen zwei innengekühlten Walzen zu einem Band von 7 mm Dicke vergossen. Die Austrittstemperatur betrug 270 °C. Das Band wurde auf eine Dicke von 1.0 mm kaltgewalzt und anschliessen während 5 Stunden bei 360 °C geglüht. Das geglühte Band wies ein stabiles, polygonisiertes Subkomgefüge auf; die Raumtemperatur-Streckgrenze Rpo.2 betrug 202 MPa und die Bruchdehnung As 15%.
- Warmzugversuche an Blechstreifen ergaben bei 350 °C eine Fliessspannung von 92 MPa und bei 400 °C eine solche von 74 MPa (bei einer Dehngeschwindigkeit von 8.3x10-4/s). Während 400 Stunden einer Temperatur von 350 °C ausgesetzte Bleche wiesen eine RT-Rpo.2 von 166 MPa auf. 120 Tage lang bei 300 °C gelagerte Blechmuster erzielten ein RT-Rpo.2 von 174 MPa.
- Blechronden wurden innerhalb von 20 s auf 600°C aufgeheizt und einer raschen Stauchung (mit einer Geschwindigkeit von etwa 0.3/s) unterworfen. Die Fliessspannung betrug ca. 55 MPa.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung warmfester Erzeugnisse aus einem Aluminiumwerkstoff vom Typ AIMn,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Legierung, bestehend aus 1.2 bis 2.0 % Mangan, 0.20 bis 0.5 % Silizium, 0.20 bis 0.35 % Chrom, bis 0.6 % Kupfer, bis 0.10 % Eisen, Rest Aluminium und gesamthaft bis 0.4 % anderen Elementen gegossen und innerhalb höchstens ½ Stunde auf unter 410°C abgekühlt wird und die Weiterverarbeitung der Legierung eine Wärmebehandlung von 3 bis 24 Stunden im Temperaturbereich von 290 bis 410°C einschliesst, sowie dass bei der Weiterverarbeitung allenfalls nötige Verweilzeiten im Temperaturbereich zwischen 410 und 460°C auf insgesamt höchstens 1 Stunde und diejenigen bei Temperaturen oberhalb 460°C auf höchstens 20 Minuten begrenzt werden.
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Legierung, bestehend aus 1.2 bis 2.0 % Mangan, 0.20 bis 0.5 % Silizium, 0.20 bis 0.35 % Chrom, bis 0.6 % Kupfer, bis 0.10 % Eisen, Rest Aluminium und gesamthaft bis 0.4 % anderen Elementen gegossen und innerhalb höchstens ½ Stunde auf unter 410°C abgekühlt wird und die Weiterverarbeitung der Legierung eine Wärmebehandlung von 3 bis 24 Stunden im Temperaturbereich von 290 bis 410°C einschliesst, sowie dass bei der Weiterverarbeitung allenfalls nötige Verweilzeiten im Temperaturbereich zwischen 410 und 460°C auf insgesamt höchstens 1 Stunde und diejenigen bei Temperaturen oberhalb 460°C auf höchstens 20 Minuten begrenzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mangan-Gehalt der Legierung 1.2 bis 1.7 % beträgt, die Legierung zu einem Strang von mindestens 40 mm Dicke vergossen und dieser nach der Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C bei einer Temperatur von höchstens 470 °C warm umgeformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C in das Aufheizen des Gussstranges zur Warmumformtemperatur integriert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mangan-Gehalt der Legierung 1.5 bis 2.0 % beträgt, die Legierung zu einem Band von 5 bis 15 mm Dicke vergossen, dieses auf Enddicke kaltgewalzt und anschliessend bei 290 bis 410 °C, vorzugsweise bei 350 bis 400 °C, wärmebehandelt wird.
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