EP1098009B2 - Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumknetlegierung des Typs AlMgSi mit Sn und Mn - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumknetlegierung des Typs AlMgSi mit Sn und Mn Download PDF

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EP1098009B2
EP1098009B2 EP00121632A EP00121632A EP1098009B2 EP 1098009 B2 EP1098009 B2 EP 1098009B2 EP 00121632 A EP00121632 A EP 00121632A EP 00121632 A EP00121632 A EP 00121632A EP 1098009 B2 EP1098009 B2 EP 1098009B2
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EP
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alloy
maximum
proportion
alloys
tin
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EP00121632A
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EP1098009A2 (de
EP1098009B1 (de
Inventor
Joachim Dr. Becker
Gernot Dr.-Ing. Fischer
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Otto Fuchs KG
Original Assignee
Otto Fuchs KG
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Publication date
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Application filed by Otto Fuchs KG filed Critical Otto Fuchs KG
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Publication of EP1098009A3 publication Critical patent/EP1098009A3/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an extruded article according to the preamble of claim 1.
  • Aluminum alloys of this type are used as high-performance machining materials, since they meet particularly high demands on machinability. It is therefore also referred to as a free-cutting alloy.
  • lead (Pb) in amounts of 2% or more is alloyed as alloying component.
  • a disadvantage of an addition of lead to achieve this desired property is the health risk posed by this element, in particular for those persons who work on such a workpiece.
  • the lead content has a negative effect on the creep behavior of the aluminum alloy, so that the workpieces or the products produced therefrom can only be used to a limited extent at relatively high temperatures.
  • Such machine alloys have become known.
  • the alloys described in these documents may contain, in addition to lead, further elements which favor further chip breaking: tin (Sn), bismuth (Bi), cadmium (Cd) or thallium (TI), which may be used alone or in a mixture with lead with proportions between 0 , 3 and 4 wt .-% may be involved in the construction of the alloy.
  • the metals copper (Cu), nickel (Ni) or zinc (Zn) are provided which are available in proportions of not more than 6, 4 or 10% by weight. may be included in the known alloys.
  • the generous dimensioning of the interval given in the aforementioned prior art, in which these alloy constituents can be present, makes it clear that in fact not inconsiderable proportions of these elements are needed or must be present in order to achieve the desired properties of the alloys described in these documents to be able to. Corresponding show the embodiments described in these documents. It should be noted that lead is basically a quite suitable element for achieving the desired machinability.
  • AlMgSi alloys which, instead of the element, contain lead in order to obtain the desired properties with regard to machinability of tin.
  • Such alloys are for example in US 5,810,952 A or in US 5,776,269 A described.
  • An additional component of these alloys besides tin is bismuth, which is used as an element to optimize the machinability.
  • copper contents between 0.3 and 0.4 wt .-% are alloyed.
  • the thermosetting alloy registered with the AA 6020 Aluminum Association copper is an essential ingredient for increasing strength. The copper content can be between 0.3 to 0.9 wt .-%. This alloy has a tin content between 0.9 and 1.5 wt .-%.
  • JP-A-07 197 163 discloses an Al alloy whose composition is 0.2-0.75 wt% Mg; 0.2-1.5% by weight of Si; 0.05-1.0% by weight of Cu; 0.01-1.0 wt% Sn; 0.005-0.20 wt% Ti; at least one of: 0.1-1.0 wt% Fe; 0.1-1.0% by weight of Mn; 0.05-0.3 wt.% Cr; Rest Al, contains.
  • the invention is therefore based on the object to propose an improved method for producing an article mentioned above.
  • the invention provides an aluminum wrought alloy which not only contains an unusually small amount - namely only 0.6 to 1.5% by weight - of a chip-promoting element and yet also has the same and in some cases even improved machining properties a single element as a chipping favoring element - contrary to the previously known proposals, in which in addition to this element other elements have been regularly alloyed - contains.
  • the use of tin as the only element that significantly promotes the chip breaking is harmless with regard to its environmental compatibility. Since in the prior art free-cutting alloys, several elements favoring machining were contained in larger proportions, it was not to be expected in the light of this state of the art that the alloy according to the invention would have such positive machining properties with the defined narrow proportion intervals of the elements used.
  • the claimed aluminum wrought alloy does not contain any admixtures of lead, bismuth or other heavy metals which had been incorporated into the previously known free-cutting alloys.
  • the inventors involved in the practice of this invention have found that it is precisely in the claimed intervals of the elements employed that phases are formed which greatly favor the machinability of an article made from such an alloy. For this, however, the inventors first had to break away from the prevailing doctrine.
  • tin is additionally used in addition to the constituents magnesium, silicon and manganese.
  • the use of bismuth and / or indium is just as unnecessary in the aluminum wrought alloy according to the invention for achieving the desired strengths as is the use of copper.
  • the alloy may also contain chromium at low levels.
  • the use of this additional alloy constituent in the context of its claimed proportions has a positive effect on the strength and the machinability of the aluminum wrought alloy. Higher levels, on the other hand, affect alloy properties.
  • titanium contents of up to 0.1% by weight may be included in the alloy. Titanium contents between 0.02 and 0.08% by weight are preferably used.
  • the aluminum wrought alloy has, compared to the previously known Aluminiumknetleg réelleen, during extrusion to a much larger temperature-related working window, so that with this Aluminiumknetleg réelle a solution annealing in the Preß locker can be done.
  • This property can not be removed from the prior art at any point.
  • the alloy according to the invention can be subjected to solution heat treatment in the heat of pressing, the articles produced by extrusion can be subjected to the stretching process in their full length and do not need to be cut into pieces suitable for solution heat treatment, as in the known prior art. Consequently, the number of non-usable stretchers in such a production process, as with the invention Alloy possible, significantly reduced.
  • the pressing temperature necessary for carrying out the extrusion process is considerably lower than that necessary for the previously known copper-containing aluminum wrought alloys.
  • the required pressing temperature is reduced by about 30-50 ° C compared to copper-containing AlMgSi alloys. Consequently, the temperature-related working window is larger, so that not only a solution annealing in the Preß locker can be done in a wider temperature range, but also makes a faster extrusion and extended quenching delay possible.
  • the targeted selection of the approved elements in the claimed weight fractions has resulted in an aluminum wrought AlMgSi alloy which not only has excellent machinability and strength properties, but which can also be processed particularly favorably, especially in extrusion molding.
  • the exclusion of copper as an alloying ingredient which is deliberately not integrated into the alloy and is only tolerated as an impurity, enables an extrusion product to be made by solution annealing in press heat and press quenching.
  • a free-cutting alloy which is not only particularly economical to manufacture but also to process.
  • the alloys "Stanal 32", “AA6020” and “KA62” have been made according to the so-called T6 method and the separate solution annealing step contained therein.
  • the other alloys have been prepared by the T5 process with a solution annealing in the heat of pressing. From the above comparison it is clear that the machining behavior of articles made of an alloy according to the invention is excellent and corresponds to that which could previously be achieved only with lead-containing AlMgSi alloys.
  • the copper-containing AlMgSi alloys have been subjected to a separate solution annealing step prior to the step of thermosetting to at least partially achieve the same cutting performance as an article made from an alloy according to the invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines stranggepressten Gegenstandes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aluminiumlegierungen dieses Typs werden als Hochleistungsbearbeitungswerkstoffe eingesetzt, da diese besonders hohen Anforderungen an die Zerspanbarkeit genügen. Man bezeichnet Sie daher auch als Automatenlegierung. Um den gewünschten Spanbruch bei einer spanenden Bearbeitung eines aus einer solchen Legierung bestehenden Werkstükkes, etwa beim Drehen, Fräsen oder Bohren, herbeizuführen, ist als Legierungsbestandteil Blei (Pb) in Gehalten von 2% oder mehr zulegiert. Nachteilig bei einer Zulegierung von Blei zum Erzielen dieser gewünschten Eigenschaft ist jedoch die von diesem Element ausgehende Gesundheitsgefahr, insbesondere für diejenigen Personen, die ein solches Werkstück bearbeiten. Darüberhinaus wirkt sich der Bleigehalt negativ auf das Kriechverhalten der Aluminiumlegierung aus, so daß die Werkstücke oder die daraus hergestellten Produkte bei höheren Temperaturen nur bedingt eingesetzt werden können.
  • Aus CH 239 996 sowie aus FR 977 514 sind derartige Automatenlegierungen bekannt geworden. Die in diesen Dokumenten beschriebenen Legierungen können neben Blei als weitere Spanbruch begünstigende Elemente enthalten: Zinn (Sn), Wismut (Bi), Cadmium (Cd) oder Thallium (TI), die alleine oder in einer Mischung auch mit Blei miteinander mit Anteilen zwischen 0,3 und 4 Gew.-% am Aufbau der Legierung beteiligt sein können. Tatsächlich eingesetzt worden sind solche Legierungen jedoch mit ganz erheblichen Anteilen dieser Elemente, wie dies auch aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel der CH 239 996 ersichtlich ist, bei dem mehr als 2 Gew.-% eines Spanbruch begünstigenden Zusatzes eingesetzt ist, nämlich alleine Blei mit einem Anteil von 2,56 Gew.-%. Neben Blei ist auch ein Einsatz von Wismut, Cadmium oder Thallium unerwünscht, da die Umweltverträglichkeit dieser Elemente zum Teil nicht unproblematisch ist oder diese kostenträchtig sind.
  • Bezüglich der Legierungsbestandteile, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Legierung eingesetzt sind, sind die Metalle Kupfer (Cu) , Nickel (Ni) oder Zink (Zn) vorgesehen, die in Anteilen von maximal 6 bzw. 4 bzw. 10 Gew.-% in den bekannten Legierungen enthalten sein können. Die großzügige Bemessung des bei vorgenannten Stand der Technik angegebenen Intervalles, in dem diese Legierungsbestandteile enthalten sein können, macht deutlich, daß tatsächlich nicht unerhebliche Anteile an diesen Elementen benötigt werden bzw. vorhanden sein müssen, um die gewünschten Eigenschaften der in diesen Dokumenten beschriebenen Legierungen erzielen zu können. Entsprechendes zeigen die in diesen Dokumenten beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ist festzuhalten, daß Blei grundsätzlich ein durchaus geeignetes Element zum Erzielen der gewünschten Zerspanbarkeit ist.
  • Um die aus einem Einsatz von Blei, Wismut, Cadmium oder Thallium resultierenden Nachteile zu vermeiden, sind AlMgSi-Legierungen vorgeschlagen worden, die anstelle des Elementes Blei zum Erzielen der gewünschten Eigenschaften hinsichtlich einer Zerspanbarkeit Zinn enthalten. Derartige Legierungen sind beispielsweise in US 5 810 952 A oder in US 5 776 269 A beschrieben. Zusätzlicher Bestandteil dieser Legierungen neben Zinn ist Wismut, welches als Element eingesetzt wird, um die Zerspanbarkeit zu optimieren. Damit eine solche bleifreie AlMgSi-Legierung eine ausreichende Festigkeit aufweist, sind Kupfergehalte zwischen 0,3 und 0,4 Gew.-% zulegiert. Auch bei der bei der Aluminum Association mit der Bezeichnung AA 6020 registrierten, warm aushärtbaren Legierung ist Kupfer wesentlicher Bestandteil zur Erhöhung der Festigkeit vorgesehen. Der Kupfergehalt kann zwischen 0,3 bis 0,9 Gew.-% betragen. Diese Legierung weist einen Zinnanteil zwischen 0,9 und 1,5 Gew.-% auf.
  • Auch wenn bei einer wortlautgemäßen Lektüre der CH 239 996 oder der FR 977 514 grundsätzlich entnommen werden kann, daß auch Zinn alleine als den Spanbruch begünstigender Bestandteil enthalten sein kann, so ist tatsächlich eine solche Legierung niemals ohne weitere Zusätze hergestellt worden. Hergestellt worden sind, wie sich dies bereits auch aus den in diesen Dokumenten genannten Ausführungsbeispielen ergibt, lediglich solche Aluminiumknetlegierungen, die regelmäßig weitere Zusätze enthalten.
  • Die mit den zuvor bezeichneten bleifreien Al-Legierungen erzielten Festigkeitswerte entsprechen in etwa denjenigen der bleihaltigen Varianten. Im Gegensatz zu den vorbekannten bleihaltigen Al-Hochleistungsbearbeitungswerkstoffen müssen jedoch bei den beschriebenen bleifreien Varianten Nachteile in Kauf genommen werden. Nachteilig ist beispielsweise bei einer Verarbeitung einer solchen Al-Legierung beim Strangpressen mit Lösungsglühen in der Preßwärme, daß die zum Durchführen des Preßvorganges notwendige Temperatur relativ hoch sein muß. Da das Strangpressen nur in dem zwischen der notwendigen Mindestpreßtemperatur und der Anschmelztemperatur liegenden Temperaturfenster stattfinden kann, hat dies zur Folge, daß bei der hohen notwendigen Preßtemperatur das Bearbeitungsfenster mit einer Temperaturspanne zwischen 20 bis 40°C nur sehr klein ist. Zum einen ist die Einhaltung der Verfahrensparameter in einem solchen engen Temperaturfenster schwierig, zum anderen kann der Preßvorgang nur langsam durchgeführt werden, um aufgrund der sich zusätzlich einstellenden Reibungswärme das Temperaturfenster nicht zu verlassen und auch das eingesetzte Preßwerkzeug nicht zu überhitzen, was zu einer Verformung oder auch zu einer Zerstörung des Preßwerkzeuges führen kann. Ein Lösungsglühen kann in einer wirtschaftlich vertretbaren Art und Weise mit den vorbekannten Automatenlegierungen in der Preßwärme aus diesen Gründen nicht vorgenommen werden. Die stranggepreßten Produkte werden daher in einem weiteren Verfahrensschritt einem Lösungsglühen unterworfen, was notwendig ist, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erzielen. Baubedingt können in einen solchen, zum Lösungsglühen vorgesehen Ofen nur solche Profile bzw. Profilabschnitte eingebracht werden, die eine bestimmte Maximallänge nicht überschreiten. Diese Abschnitte sind erheblich kürzer als die im Strangpreßverfahren hergestellten Profile. Das Lösungsglühen hat jedoch zumeist eine Formveränderung der Gegenstände, beispielsweise ein Verwerfen zur Folge. Die Gegenstände müssen daher nach dem Lösungsglühen in einem weiteren Arbeitsschritt gerichtet werden, wobei die Reckenden, die etwa 50 cm lang sind, nicht weiter verwendet werden können.
  • JP-A-07 197 163 offenbart eine Al-Legierung, deren Zusammensetzung : 0,2-0,75 Gew.-% Mg; 0,2-1,5 Gew.-% Si; 0,05-1,0 Gew.-% Cu; 0,01-1,0 Gew.-% Sn; 0,005-0,20 Gew.-% Ti; mindestens ein von: 0,1-1,0 Gew.-% Fe; 0,1-1,0 Gew.-% Mn ; 0,05-0,3 Gew.-% Cr; Rest Al, enthält.
  • Research Disclosure Nr. 397 (1997), Seite 39777 erwähnt die Legierung AA 6012 mit einem Blei-Gehalt und erwähnt, dass dieser durch Zinn ersetzt werden kann.
  • Eine legierung AA 6012 A ist registriert worden am 16.12.1999 unter Angabe der Verwendung zum Strangpressen.
  • Ausgehend von dem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines eingangs genannten Gegenstandes vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch die Erfindung ist eine Aluminiumknetlegierung bereitgestellt, die nicht nur eine ungewöhnlich geringe Menge - nämlich nur 0,6 bis 1,5 Gew.-% - eines die Zerspanung begünstigenden Elementes beinhaltet und dennoch dieselben und zum Teil sogar verbesserte Zerspanungseigenschaften aufweist, sondern auch nur ein einziges Element als eine Zerspanung begünstigendes Element - entgegen den vorbekannten Vorschlägen, bei denen neben diesem Element weitere Elemente regelmäßig zulegiert worden sind - enthält. Der Einsatz von Zinn als einziges den Spanbruch maßgeblich begünstigendes Element ist bezüglich seiner Umweltverträglichkeit unbedenklich. Da in den vorbekannten Automatenlegierungen mehrere, die Zerspanung begünstigende Elemente in größeren Anteilen enthalten waren, war im Lichte dieses Standes der Technik nicht zu erwarten, daß die erfindungsgemäße Legierung mit den definierten engen Anteilsintervallen der eingesetzten Elemente derartig positive Zerspanungseigenschaften aufweisen würde. So kommt die beanspruchte Aluminiumknetlegierung ohne Beimengungen von Blei, Wismut oder anderen Schwermetallen aus, die in die vorbekannten Automatenlegierungen eingebaut worden waren. Die am Zustandekommen dieser Erfindung beteiligten Erfinder haben herausgefunden, daß eben genau in den beanspruchten Intervallen der eingesetzten Elemente Phasen gebildet werden, die die Zerspanbarkeit eines aus einer solchen Legierung hergestellten Gegenstandes in hohem Maße begünstigen. Dazu mußten sich die Erfinder zunächst jedoch von der herrschenden Lehre lösen.
  • Zum Erzielen der gewünschten Festigkeit der Aluminiumlegierung wird neben den Bestandteilen Magnesium, Silizium und Mangan zusätzlich Zinn eingesetzt. Ein Einsatz von Wismut und/oder Indium ist bei der erfindungsgemäßen Aluminiumknetlegierung zum Erzielen der gewünschten Festigkeiten ebenso wenig notwendig wie ein Einsatz von Kupfer. Als fakultativen Legierungsbestandteil kann die Legierung ferner zu geringen Anteilen auch Chrom enthalten. Auch der Einsatz dieses zusätzlichen Legierungsbestandteiles im Rahmen seiner beanspruchten Anteile wirkt sich positiv auf die Festigkeit und die Zerspanbarkeit der Aluminiumknetlegierung aus. Höhere Gehalte beeinträchtigen dagegen die Legierungseigenschaften. Zur Kornfeinung können Titangehalte von bis zu 0,1 Gew.-% in der Legierung enthalten sein. Bevorzugt werden Titangehalte zwischen 0,02 und 0,08 Gew.-% eingesetzt.
  • Die Aluminiumknetlegierung weist, verglichen mit den vorbekannten Aluminiumknetlegierungen, beim Strangpressen ein weitaus größeres Temperatur bezogenes Arbeitsfenster auf, so daß mit dieser Aluminiumknetlegierung ein Lösungsglühen in der Preßwärme erfolgen kann. Auch diese Eigenschaft kann dem vorbekannten Stand der Technik an keiner Stelle entnommen werden. Insbesondere war im Lichte des Standes der Technik nicht zu erwarten, daß die Legierung bei einer geringen Preßtemperatur verarbeitet werden könnte. Daher ist auch ein nachgeschaltetes Lösungsglühen mit den sich daraus ergebenden Nachteilen vermieden. Da mit der erfindungsgemäßen Legierung ein Lösungsglühen in der Preßwärme erfolgen kann, können die durch das Strangpressen hergestellten Gegenstände in ihrer vollen Länge dem Reckvorgang unterworfen werden und brauchen nicht - wie beim vorbekannten Stand der Technik - in in einen Lösungsglühungsofen passende Stücke zerteilt werden. Folglich ist die Zahl der nicht verwertbaren Reckenden bei einem solchen Herstellungsverfahren, wie mit der erfindungsgemäßen Legierung möglich, erheblich reduziert.
  • Bei der Aluminiumknetlegierung liegt die zum Durchführen des Strangpreßvorganges notwendige Preßtemperatur erheblich unter derjenigen, die für die vorbekannten kupferhaltigen Aluminiumknetlegierungen notwendig sind. Die notwendige Preßtemperatur ist etwa um 30 - 50°C gegenüber kupferhaltigen AlMgSi-Legierungen reduziert. Folglich ist das temperaturbezogene Arbeitsfenster größer, so daß nicht nur ein Lösungsglühen in der Preßwärme in einem größeren Temperaturbereich erfolgen kann, sondern macht auch ein rascheres Strangpressen sowie eine erweiterte Abschreckverzögerung möglich. Diese Vorteile machen sich ebenfalls bei einer Schmiede- oder Walzbearbeitung eines Werkstückes, hergestellt aus einer solchen Aluminiumknetlegierung, bemerkbar. Überdies weist die beanspruchte Aluminiumknetlegierung verglichen mit derjenigen des vorbekannten Standes der Technik eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf.
  • Die gezielte Auswahl der zugelassenen Elemente in den beanspruchten Gewichtsanteilen hat eine Aluminiumknetlegierung des Typs AlMgSi hervorgebracht, die nicht nur hervorragende Eigenschaften hinsichtlich ihrer Zerspanbarkeit und ihrer Festigkeit aufweist, sondern die ebenfalls besonders günstig, insbesondere beim Strangpressen verarbeitet werden kann. Vor allem der Ausschluß von Kupfer als Legierungsbestandteil, der bewußt in die Legierung nicht integriert wird und lediglich als Verunreinigung geduldet ist, ermöglicht es, daß ein Strangpreßprodukt mit Lösungsglühung in der Presswärme und Pressabschreckung gefertigt werden kann. Es ist somit eine Automatenlegierung bereitgestellt, die nicht nur besonders wirtschaftlich in ihrer Herstellung sondern auch in ihrer Verarbeitung ist.
  • Lediglich als unvermeidbare Verunreinigungen sind die Elemente Eisen, Kupfer und Zink ohne Beeinträchtigung der festgestellten Legierungseigenschaften bis zu bestimmten Anteilen in der Legierung geduldet. Höhere Gehalte beeinträchtigen dagegen die gewünschten Legierungseigenschaften. Diese Elemente brauchen jedoch nicht Bestandteil der Legierung zu sein.
  • Weitere unvermeidbare Verunreinigungen der Aluminiumknetlegierung sollen elementbezogen jeweils einen Maximalgehalt von 0,05 Gew.-% nicht überschreiten, da ansonsten die gewünschten Legierungseigenschaften beeinträchtigt sein können.
  • Durch die sich insbesondere bei einer Verwendung der beanspruchten Aluminiumknetlegierung beim Strangpressen einstellenden Vorteile ist eine bevorzugte Verwendung dieser Legierung das Herstellen stranggepresster Produkte.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Aluminiumknetlegierung umfaßt diese in der Gruppe ihrer Hauptlegierungsbestandteile:
    • 1,0 bis 1,2 Gew.-% Magnesium,
    • 0,8 bis 1,0 Gew.-% Silizium,
    • 0,9 bis 1,1 Gew.-% Zinn und
    • 0,6 bis 0,8 Gew.-% Mangan.
    Der Chromgehalt dieser Aluminiumknetlegierung sollte 0,1 Gew.-% nicht überschreiten.
  • In zwei Proben sind die Temperatur bezogenen Bearbeitungsfenster sowie die Zugfestigkeit einer stranggepreßten Aluminiumknetlegierung bestehend aus
    • 1,1 Gew.-% Magnesium,
    • 0,95 Gew.-% Silizium,
    • 1,1 Gew.-% Zinn,
    • 0,65 Gew.-% Mangan,
    • 0,19 Gew.-% Eisen
    • Rest Aluminium,
    • alle weiteren Elemente in ihrer Summe kleiner 0,05 Gew.-%
    untersucht worden. Ein aus dieser Aluminiumknetlegierung stranggegossenes Blockformat (Probe 1) mit einem Durchmesser von 360 mm wurde in einem ersten Schritt nach dem Guß homogenisiert und anschließend bei einer Blocktemperatur von 510 - 520°C zu unterschiedlich dickwandigen Profilen mit Wandstärken von 30 - 60 mm im Zuge eines Strangpreßvorganges verpreßt. Das Lösungsglühen dieser Legierung erfolgte beim Verpreßvorgang. Nach dem Auspressen kühlten die Profile an Luft auf Temperaturen bis zu 470°C ab und wurden erst anschließend in Wasser abgeschreckt. Ohne ein zwischengeschaltetes Lösungsglühen durchführen zu müssen, wie beim vorbekannten Stand der Technik, wurden die so behandelten Profile bei 170°C auf höchste Härte warm ausgelagert und anschließend im Zugversuch auf ihre typische Festigkeit und Duktilität hin untersucht. Die Profile zeichneten sich in Längsrichtung durch eine 0,2%-Streckgrenze Rp0,2 von 345 Mpa und eine Zugfestigkeit Rm von 367 Mpa bei einer Bruchdehnung A5 von 10 % aus.
    Eine zweite Probe mit demselben Blockformat derselben Legierung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, wurde bei einer Blocktemperatur von 530 - 540°C nach dem Guß homogenisiert und mit unmittelbarer Wasserabschreckung bei einer Mindesttemperatur von 530 - 540°C verpreßt, wobei auch bei dieser Probe der Schritt des Lösungsglühens durch die beim Verpressen notwendige Wärme automatisch mit durchgeführt worden ist. Anschließend wurde dieses Profil ebenfalls bei 170°C auf seine höchste Härte warm ausgelagert. Bei dieser Probe wurde eine 0,2%-Streckgrenze Rp0,2 von 348 Mpa, eine Zugfestigkeit Rm von 371 Mpa und eine Bruchdehnung A5 von 10 % ermittelt. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Untersuchungsergebnisse zusammengefaßt und im Vergleich zu denjenigen einer vorbekannten Aluminiumknetlegierung:
    Fertigungsparameter Zugversuchskennwerte
    Strangpresstemperatur [°C] Strangpressgeschwindigkeit [m/min] separates Lösungsglühen Rp0,2 [MPa] Rm [MPa] A5 [%]
    AlMgSi1Cu0,5 (AA6110A) 510 6 nein 275 305 12
    540 3 nein 314 338 12
    500 6 ja 352 372 12
    Probe 1 510 6 nein 345 367 10
    Probe 2 540 3 nein 348 371 10
  • Die Festigkeits- und Duktilitätswerte der beiden aus den Proben (Probe 1, Probe 2) hergestellten Profile sind trotz der unterschiedlichen Behandlung fast identisch. Ferner wird aus dieser Gegenüberstellung deutlich, daß mit kupferhaltigen Aluminiumknetlegierungen die bestmöglichen Festigkeitswerte nicht erzielt werden können, wenn diese Legierungen nicht einem separatem Lösungsglühen unterworfen sind. Überdies zeigen die Ergebnisse des vorbekannten Standes der Technik, daß ein Lösungsglühen in der Preßwärme zu unterschiedlichen Festigkeitswerten in Abhängigkeit von der Strangpreßtemperatur führt. Folglich resultieren Temperaturschwankungen innerhalb der Strangpreßtemperatur beim Strangpressen auch in unterschiedlichen Festigkeitswerten der stranggepreßten Profile, was jedoch unerwünscht ist. Diese legierungsbedingten Nachteile können nur durch den Schritt des separaten Lösungsglühens mit den sich daraus ergebenden Nachteilen (siehe oben) vermieden werden. Die Untersuchungen zeigen somit, daß das Verarbeitungsfenster zum Verarbeiten einer erfindungsgemäßen Aluminiumknetlegierung - beispielhaft an einer Strangpreßverarbeitung dargestellt - bei gleichen Festigkeits- und Duktilitätswerten sehr viel größer ist und die Ergebnisse verbessert sind.
  • Zum Darstellen des unterschiedlichen Zerspanungsverhaltens verschiedener AlMgSi-Legierungen wird auf die nachfolgend wiedergegebene Tabelle verwiesen, in der in der letzten Zeile das Zerspanungsverhalten eines Gegenstandes, hergestellt aus der erfindungsgemäßen Legierung, nämlich der Proben 1 und 2, verglichen ist mit dem Zerspanungsverhalten vorbekannter Legierungen. Zum Teil sind die in der Tabelle aufgeführten Daten entsprechenden Werkstoffblättern entnommen, in denen die gleichen Bewertungsstufen, wie bei den übrigen Legierungen dargestellt, verwendet worden sind:
    Zerspanungsverhalten beim
    Fräsen Bohren Senken Gewindeherstellung Sägen Drehen
    AlMgSi0,5 C1) D2) B3) C4) A C5)
    AlMgSi1 B1) C2) B3) B4) A B5)
    AlMgSiCuSnBi (Stanal 32) AX) AX) AX) AX) AX) AX)
    AlMgSiCuSn (AA6020) AY) AY) AY) AY) AY) AY)
    AlMgSiCuSnBi (KA62) BZ) BZ) BZ) BZ) BZ) BZ)
    AlMgSi1Pb1,4 A A A A A A
    AlMgSi1Sn0,8 Proben 1,2 A A A A A A
    Bewertungsstufen: A = sehr gut bis D = sehr schlecht
    Problem: 1) Oberflächenrauhheit, Gratbildung
    2) Langspäne, Gratbildung, Rauhheit
    3) Toleranzeinhaltung, Langspäne, Rauhheit
    4) Ausrisse, Langspäne
    5) Lang- und Wirrspäne
    X) aus Alusuisse Werkstoffblatt
    Y) aus Alcoa Werkstoffblatt
    Z) aus Kaiser Aluminium Werkstoffblatt No. 1015
  • Es wird darauf hingewiesen, daß die Legierungen "Stanal 32", "AA6020" und "KA62" nach dem sogenannten T6-Verfahren und dem darin enthaltenen separaten Lösungsglühungsschritt hergestellt worden sind. Die übrigen Legierungen sind nach dem T5-Verfahren mit einem Lösungsglühen in der Preßwärme hergestellt worden. Aus obiger Gegenüberstellung wird deutlich, daß das Zerspanungsverhalten von Gegenständen, hergestellt aus einer Legierung gemäß der Erfindung ausgezeichnet ist und demjenigen entspricht, der zuvor nur mit bleihaltigen AlMgSi-Legierungen erzielt werden konnte. Hingewiesen sei insbesondere auch darauf, daß die kupferhaltigen AlMgSi-Legierungen einem separaten Schritt des Lösungsglühens vor dem Schritt des Warmaushärtens unterworfen worden sind, um zumindest teilweise dasselbe Zerspanungsverhalten zu erzielen, wie ein Gegenstand hergestellt aus einer Legierung gemäß der Erfindung.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Herstellen eines strangegepreßten Gegenstandes aus einer Alummumknetlegierung des Typs AIMgSi mit folgenden Anteilen seiner Hauptlegierungsbestandteile:
    - 0,6 bis 2,0 Gew.-% Magnesium (Mg),
    - 0,6 bis 3,0 Gew.-% Silizium (Si),
    - 0,6 bis 1,5 Gew.-% Zinn (Sn),
    - 0,4 bis 1,0 Gew.-% Mangan (Mn),
    und mit Chrom (Cr) und Titan (Ti) als fakultativen Legierungsbestandteilen mit Anteilen von maximal 0,25 Gew.-% bzw. 0,1 Gew.-% sowie mit einem Rest Aluminium (Al) nebst unvermeidbaren Verunreinigungen, in denen Eisen (Fe) mit maximal 0,4 Gew.-%, Kupfer (Cu) mit maximal 0,1 Gew.-% und Zink (Zn) mit maximal 0,2 Gew.-% enthalten sein können, dadurch gekennzeichnet, daß während des Vorganges des Strangpressens in der Preßwärme ein Lösungsglühen erfolgt und daß nach einem Austritt des stranggepreßten Gegenstandes aus dem Preßwerkzeuges der stranggepreßte Gegenstand abgeschreckt wird und daß nachfolgend der stranggepreßte Gegenstand dem Vorgang des Warmaushärtens unterworfen wird, wobei nach dem Austritt des Gegenstandes aus dem Preßwerkzeug dieser zunächst an Luft bis auf eine Temperatur von etwa 460 - 485°C abgekühlt wird, bevor der Schritt des Abschreckens vorgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unvermeidbaren Verunreinigungen elementbezogen einen Anteil von jeweils maximal 0,05 Gew.-% nicht überschreiten.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnesium-Anteil 1,0 bis 1,2 Gew.-% beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Silizium-Anteil 0,8 bis 10 Gew.-% beträgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinn-Anteil 0,9 bis 1,1 Gew.-% beträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mangan-Anteil 0,6 bis 0.8 Gew.-% beträgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß Chrom-Anteil maximal 0,1 Gew.-% beträgt.
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