EP0828008A2 - Aluminiumlegierung mit guter Spanbarkeit - Google Patents

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EP0828008A2 EP97810609A EP97810609A EP0828008A2 EP 0828008 A2 EP0828008 A2 EP 0828008A2 EP 97810609 A EP97810609 A EP 97810609A EP 97810609 A EP97810609 A EP 97810609A EP 0828008 A2 EP0828008 A2 EP 0828008A2
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Karel Placek
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Alusuisse Lonza Services Ltd
Alusuisse Technology and Management Ltd
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    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to an aluminum alloy with good Machinability, especially a machine material on the Basis AlCu or AlMgSi.
  • Wrought alloys suitable as machine materials on the Basis AlCu and AlMgSi contain as a chip-breaking additive Lead, possibly in combination with bismuth. Alloys of this type are designated according to EN 573: 1994 as follows: EN AW-AlCu6BiPb, possibly EN AW-AlCu6BiPb (A) and EN AW-Almg1SiPb, EN AW-AlMglSiPbMn, possibly EN AW-AlMgSiPb.
  • the inventor has the Task, a suitable as a machine material, to provide lead-free aluminum alloy with good machinability, compared to conventional machine materials comparable or better mechanical properties having.
  • the Alloy 0.2 to 1.2 wt% tin and 0.2 to 1.0 wt% bismuth contains as chip-breaking additives.
  • An aluminum alloy based on AlCu contains in% by weight copper 4.6 to 6.0 bismuth 0.2 to 1.0 tin 0.2 to 0.7 zinc Max. 0.45 iron Max. 0.7 silicon Max. 0.4 as well as further alloy elements individually max. 0.05, total max. 0.15 and aluminum as the rest.
  • An alloy based on AlMgSi contains in% by weight magnesium 0.6 to 1.2 silicon 0.6 to 1.4 tin 0.6 to 1.2 bismuth 0.2 to 0.7 manganese 0.2 to 0.6 iron Max. 0.5 copper Max. 0.5, preferably 0.15 to 0.40 titanium Max. 0.2, preferably 0.04 to 0.10 as well as further alloy elements individually max. 0.05, total max. 0.15 and aluminum as the rest.
  • the alloys according to the invention can be produced in a known manner through semi-continuous casting and extrusion are processed. Usually they become semi-continuous continuously cast ingots subjected to an annealing; however, this can also be omitted. The extruded Products are then subjected to a heat treatment or thermomechanical processing in various final states transferred.
  • Three alloys were used in a crucible resistance furnace a composition according to Table 3 made of aluminum 99.5, Magnesium 99.9, tin 99.95, bismuth 99.9 and from the master alloys AlCu 45, AlMn 10, AlTi 6 and AlSi 30 melted. From each batch of melt were made by continuous casting a water-cooled mold made of an aluminum alloy using a lubricant bolts with a diameter cast of 135 mm. After turning on one Part of the bolts was annealed to a diameter of 110 mm, another part was left in the as-cast state without superheating. After heating to extrusion temperature in one Continuous induction furnace, the bolts were turned into rods with a diameter of 36 mm and with hexagonal profiles extruded.

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Abstract

Aluminiumlegierungen mit guter Spanbarkeit, insbesondere Automatenwerkstoffe auf der Basis AlCu oder AlMgSi, enthalten 0,2 bis 1,2 Gew.-% Zinn und 0,2 bis 1,0 Gew.-% Wismut als spanbrechende Zusätze.
Eine Legierung auf der Basis AlCu enthält in Gew.-% Kupfer 4,8 bis 6,0 Wismut 0,2 bis 1,0 Zinn 0,2 bis 0,7 Zink max. 0,45 Eisen max. 0,7 Silizium max. 0,4
   sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminuium als Rest.
Eine Legierung auf der Basis AlMgSi enthält in Gew.-% Magnesium  0,6 bis 1,2 Silizium  0,6 bis 1,4 Zinn  0,6 bis 1,2 Wismut  0,2 bis 0,7 Mangan  0,2 bis 0,6 Eisen max. 0,5 Kupfer max. 0,5, vorzugsweise 0,15 bis 0,40 Titan max. 0,2, vorzugsweise 0,04 bis 0,10
   sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminium als Rest.
Durch die kombinierte Anwendung von Zinn und Wismut kann auf einen gesundheitsschädlichen Zusatz von Blei verzichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung mit guter Spanbarkeit, insbesondere einen Automatenwerkstoff auf der Basis AlCu oder AlMgSi.
Als Automatenwerkstoffe geeignete Knetlegierungen auf der Basis AlCu und AlMgSi enthalten als spanbrechenden Zusatz Blei, ggf. in Kombination mit Wismut. Derartige Legierungen werden gemäss EN 573:1994 wie folgt bezeichnet: EN AW-AlCu6BiPb, ggf. EN AW-AlCu6BiPb(A) und EN AW-Almg1SiPb, EN AW-AlMglSiPbMn, ggf. EN AW-AlMgSiPb.
Wegen der gesundsheitsschädlichen Wirkung von Blei ist man derzeit bemüht, dessen Anwendung in der Industrie auf ein Minimum zu beschränken. Hinzu kommt, dass bereits die Anwesenheit kleiner Bleimengen in einer Aluminium-Knetlegierung zu einer Erhöhung der Spannungsrissanfälligkeit unter Dauerbelastung bei Raumtemperatur führt.
Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, eine als Automatenwerkstoff geeignete, bleifreie Aluminiumlegierung mit guter Spanbarkeit bereitzustellen, die gegenüber herkömmlichen Automatenwerkstoffen vergleichbare oder bessere mechanische Eigenschaften aufweist.
Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass die Legierung 0,2 bis 1,2 Gew.-% Zinn und 0,2 bis 1,0 Gew.-% Wismut als spanbrechende Zusätze enthält.
Eine Aluminiumlegierung auf der Basis AlCu enthält in Gew.-%
Kupfer 4,6 bis 6,0
Wismut 0,2 bis 1,0
Zinn 0,2 bis 0,7
Zink max. 0,45
Eisen max. 0,7
Silizium max. 0,4
   sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminuium als Rest.
Bei der Legierung auf der Basis AlCu liegt der Vorzugsbereich für Wismut bei 0,4 bis 0,9, insbesondere 0,6 bis 0,8 Gew.-%, der Vorzugsbereich für Zinn bei 0,3 bis 0, 6, insbesondere 0,4 bis 0, 6 Gew.-%.
Eine Legierung auf der Basis AlMgSi enthält in Gew.-%
Magnesium 0,6 bis 1,2
Silizium 0,6 bis 1,4
Zinn 0,6 bis 1,2
Wismut 0,2 bis 0,7
Mangan 0,2 bis 0,6
Eisen max. 0,5
Kupfer max. 0,5, vorzugsweise 0,15 bis 0,40
Titan max. 0,2, vorzugsweise 0,04 bis 0,10
   sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminium als Rest.
Bei der Legierung auf der Basis AlMgSi liegt der Vorzugsbereich für Zinn bei 0,7 bis 1,0, vorzugsweise 0,7 bis 0,9 Gew.-%, der Vorzugsbereich für Wismut bei 0,3 bis 0,6, insbesondere 0,4 bis 0, 6 Gew.-%.
Die erfindungsgemässen Legierungen können in bekannter Art durch halbkontinuierliches Stranggiessen und Strangpressen verarbeitet werden. Ueblicherweise werden die halbkontinuierlich stranggegossenen Barren einer Hochglühung unterworfen; diese kann jedoch auch entfallen. Die stranggepressten Erzeugnisse werden sodann durch eine Wärmebehandlung oder thermomechanische Verarbeitung in verschiedene Endzustände überführt.
Für Legierungen auf der Basis AlCu eignen sich zur Erzielung unterschiedlicher Auslagerungszustände die folgenden Wärmebehandlungsverfahren:
  • Lösungsglühen mit nachfolgender Warmaushärtung
  • Lösungsglühen, Abbau innerer Spannungen durch Recken, nachfolgende Warmaushärtung
  • Lösungsglühen, Kaltverformung mit nachfolgender Kaltaushärtung während mindestens drei Tagen
Für Legierungen auf der Basis AlMgSi eignen sich zur Erzielung unterschiedlicher Aushärtungszustände die nachstehenden Wärmebehandlungsverfahren:
  • Lösungsglühen mit nachfolgender Warmaushärtung
  • Lösungsglühen, Abbau der inneren Spannungen durch Recken, nachfolgende Warmaushärtung
  • Lösungsglühen, Kaltverformung und nachfolgende Warmaushärtung
  • Lösungsglühen, Warmaushärtung mit nachfolgender Kaltverformung
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Legierung auf der Basis AlCu
In einem Tiegelwiderstandsofen wurden drei Legierungen mit einer Zusammensetzung gemäss Tabelle 1 aus Aluminium 99,5, einer Vorlegierung AlCu 45, Zinn 99,95 und Wismut 99,9 erschmolzen. Aus jeder Schmelzcharge wurden durch halbkontinuierliches Stranggiessen mittels einer wassergekühlten Kokille aus einer Aluminiumlegierung unter Anwendung eines Schmiermittels Bolzen mit einem Durchmesser von 135 mm abgegossen. Nach dem Abdrehen auf einen Durchmesser von 110 mm wurde ein Teil der Bolzen hochgeglüht, ein anderer Teil wurde ohne Hochglühung im Gusszustand belassen. Nach Anwärmung auf Strangpresstemperatur in einem Durchlaufinduktionsofen wurden die Bolzen zu Stangen mit einem Durchmesser von 36 mm sowie zu Sechskantprofilen stranggepresst.
Die auf diese Weise hergestellten Strangpresserzeugnisse wurden durch unterschiedliche Wärmebehandlungen auf die gewünschten Endzustände verarbeitet. Die mit den verschiedenen Wärmebehandlungsverfahren erzeugten Endzustände und die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierung auf der Basis AlCu sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Legierung auf der Basis AlMgSi
In einem Tiegelwiderstandsofen wurden drei Legierungen mit einer Zusammensetzung gemäss Tabelle 3 aus Aluminium 99,5, Magnesium 99,9, Zinn 99,95, Wismut 99,9 sowie aus den Vorlegierungen AlCu 45, AlMn 10, AlTi 6 und AlSi 30 erschmolzen. Aus jeder Schmelzcharge wurden durch Stranggiessen mittels einer wassergekühlten Kokille aus einer Aluminiumlegierung unter Anwendung eines Schmiermittels Bolzen mit einem Durchmesser von 135 mm abgegossen. Nach dem Abdrehen auf einen Durchmesser von 110 mm wurde ein Teil der Bolzen hochgeglüht, ein anderer Teil wurde ohne Hochglühung im Gusszustand belassen. Nach Anwärmung auf Strangpresstemperatur in einem Durchlaufinduktionsofen wurden die Bolzen zu Stangen mit einem Durchmesser von 36 mm sowie zu Sechskantprofilen stranggepresst.
Die auf diese Weise hergestellten Strangpresserzeugnisse wurden durch unterschiedliche Wärmebehandlungen auf die gewünschten Endzustände verarbeitet. Die mit den verschiedenen Wärmebehandlungsverfahren erzeugten Endzustände und die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierung auf der Basis AlMgSi sind in Tabelle 4 zusammengestellt.
Si Fe Cu Sn Bi Zn sonstige Rest
einzeln max. gesamt max.
0,11 0,21 5,06 0,49 0,60 0,42 0,05 0,15 Al
0,16 0,27 5,67 0,52 0,72 0,41 0,05 0,15 Al
0,10 0,16 5,24 0,50 0,63 0,02 0,05 0,15 Al
Zustand nach EN 515 Rp 0,2 (MPa) Rm (MPa) A5 (%) HB
T6, T651 min. 280 min. 370 min. 10 110
T3 min. 150 min. 270 min. 20 80
Si Fe Cu Mn Mg Ti Sn Bi sonstige Rest
einz. max. gesamt max.
1,16 0,39 0,45 0,32 0,93 0,042 0,81 0,45 0,05 0,15 Al
Zustand Rp 0,2 (MPa) Rm (MPa) A5 (%) HB
T6, T651 min. 240 min. 320 min. 10 110
T8 min. 315 min. 350 min. 8 115
T9 min. 330 min. 360 min. 5 120
Die in Tabelle 2 und 4 verwendeten Kurzbezeichnungen bedeuten:
EN 515
Europäische Norm EN 515: 1993 Aluminium und Aluminiumlegierungen-Halbzeug-Bezeichnung der Werkstoffzustände
Rp 0,2
Streckgrenze
Rm
Zugfestigkeit
A5
Bruchdehnung
HB
Brinellhärte

Claims (12)

  1. Aluminiumlegierung mit guter Spanbarkeit, insbesondere Automatenwerkstoff auf der Basis AlCu oder AlMgSi,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Legierung 0,2 bis 1,2 Gew.-% Zinn und 0,2 bis 1,0 Gew.-% Wismut als spanbrechende Zusätze enthält.
  2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung in Gew.-% Kupfer 4,6 bis 6,0 Wismut 0,2 bis 1,0 Zinn 0,2 bis 0,7 Zink max. 0,45 Eisen max. 0,7 Silizium max. 0,4
    sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminuium als Rest enthält.
  3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,4 bis 0,9 Gew.-%, vorzugsweise 0,6 bis 0,8 Gew.-% Wismut enthält.
  4. Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,3 bis 0,6 Gew.-%, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 Gew.-% Zinn enthält.
  5. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung in Gew.-% Magnesium 0,6 bis 1,2 Silizium 0,6 bis 1,4 Zinn 0,6 bis 1,2 Wismut 0,2 bis 0,7 Mangan 0,2 bis 0,6 Eisen max. 0,5 Kupfer max. 0,5, vorzugsweise 0,15 bis 0,40 Titan max. 0,2, vorzugsweise 0,04 bis 0,10
    sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminium als Rest enthält.
  6. Aluminiumlegierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,7 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,7 bis 0,9 Gew.-% Zinn enthält.
  7. Aluminiumlegierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,3 bis 0,6 Gew.-%, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 Gew.-% Wismut enthält.
  8. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach halbkontinuierlichem Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern auf maximalen Aushärtungsgrad eine Zugfestigkeit von mindestens 370 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 280 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 110 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 10% aufweist.
  9. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach halbkontinuierlichem Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern auf weniger als maximalen Aushärtungsgrad eine Zugfestigkeit von mindestens 270 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 150 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 80 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 20% aufweist.
  10. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach halbkontinuierlichem Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen, Abschrecken und Kaltauslagern während mindestens drei Tagen bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von mindestens 320 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 240 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 110 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 10% aufweist.
  11. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach halbkontinuierlichem Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen, Abschrecken, ggf. Recken und Warmauslagern auf maximalen Aushärtungsgrad eine Zugfestigkeit von mindestens 350 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 315 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 115 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 8% aufweist.
  12. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach halbkontinuierlichem Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen, Abschrecken, Kaltverformen und Warmauslagern auf maximalen Aushärtungsgrad eine Zugfestigkeit von mindestens 360 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 330 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 120 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 5% aufweist.
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