NO131035B

NO131035B -

Info

Publication number: NO131035B
Application number: NO00778/72A
Authority: NO
Inventors: A Aarflot; F Rudi; G Sorensen; B Alvsaker; O Berg
Original assignee: Ardal Og Sunndal Verk
Priority date: 1972-03-10
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1974-12-16
Also published as: IT980423B; RO62272A; NL7303409A; FR2175850A1; ES412459A1; CA992358A; AU5298773A; DE2311509A1; AU474737B2; NO131035C; FR2175850B3; CH598355A5; IN138730B; JPS491418A; GB1419691A; SE396774B; AT327573B; US3852122A; IS2144A7; BR7301720D0

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av en sveisbar og utherdbar aluminiumlegering med finkornet støpestruktur, jevn submikroskopisk fordeling av zirkoniumaluminidutfellinger og høy Process for the production of a weldable and hardenable aluminum alloy with a fine-grained cast structure, uniform submicroscopic distribution of zirconium aluminide precipitates and high

styrke i utherdet tilstand. strength in the hardened state.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av en sveisbar og utherdbar aluminiumlegering som utmerker seg ved finkornet støpestruktur, jevn submikroskopisk fordeling av zirkoniumaluminidutfellinger og høy styrke i utherdet tilstand, som egner seg for anvendelse ved fremstilling av støtfangere og annet utstyr for person- og lastebiler. - Videre er den godt egnet til konstruksjon av trailere, busser og jernbanemateriell, samt til mer generelle konstruksjoner som master og broer. Den er også godt egnet for fremstilling av utstyr for produksjon, lagring og transport av kondenserte gasser i temperaturområdet ned til -270°c. The invention relates to a method for the production of a weldable and hardenable aluminum alloy which is distinguished by a fine-grained cast structure, uniform submicroscopic distribution of zirconium aluminide deposits and high strength in the hardened state, which is suitable for use in the production of bumpers and other equipment for cars and trucks. - Furthermore, it is well suited for the construction of trailers, buses and railway equipment, as well as for more general constructions such as masts and bridges. It is also well suited for the manufacture of equipment for the production, storage and transport of condensed gases in the temperature range down to -270°c.

Legeringen som fremstilles i henhold til oppfinnelsen The alloy produced according to the invention

består av fra 4,5 til 5,8 % sink, fra 1,0 til 1,8 % magnesium, fra 0,10 til 0,30 % zirkonium, fra 0 til 0,20 % jern, fra 0 til 0,15 % Kfr. kl. 40b-21/00 consists of from 4.5 to 5.8% zinc, from 1.0 to 1.8% magnesium, from 0.10 to 0.30% zirconium, from 0 to 0.20% iron, from 0 to 0.15 % Cf. at 40b-21/00

silisium, fra 0 til 0,25 % mangan, mindre enn 0,05 % av hvert av andre elementer, idet summen av disse andre elementer er høyst 0,15 %, og resten aluminium. En legering med denne sammensetning er f.eks. kjent fra fransk patent 1.307.370 som angir en legering bestående av 2,25-6,5 % Zn, 0,75-3 % Mg, 0,05-0,25 % Zr, 0-0,7 % Mn, 0-0,4 % Cr og resten Al, bortsett fra eventuelle forurensninger. silicon, from 0 to 0.25% manganese, less than 0.05% of each of the other elements, the sum of these other elements not exceeding 0.15%, and the remainder aluminum. An alloy with this composition is e.g. known from French patent 1,307,370 which states an alloy consisting of 2.25-6.5% Zn, 0.75-3% Mg, 0.05-0.25% Zr, 0-0.7% Mn, 0 -0.4% Cr and the rest Al, apart from any impurities.

Aluminium/sink/magnesium-legeringer forefinnes i dag med Aluminium/zinc/magnesium alloys are also found today

en rekke variasjoner i legeringssammensetning. De sveisbare aluminium/sink/magnesium-legeringer inneholder fra 3,5 til 5,0 % sink og fra 0,5 til 2,0 % magnesium. I flere legeringer utviklet etter 1960 er det enten i tillegg til, eller istedenfor krom benyttet zirkonium som kornforfinende og rekrystallisasjonshemmende element. Zirkoniuminnholdet er eksempelvis for AA 7005 fra 0,06 til 0,20 % a number of variations in alloy composition. The weldable aluminum/zinc/magnesium alloys contain from 3.5 to 5.0% zinc and from 0.5 to 2.0% magnesium. In several alloys developed after 1960, zirconium is used either in addition to or instead of chromium as a grain-refining and recrystallization-inhibiting element. The zirconium content is, for example, for AA 7005 from 0.06 to 0.20%

og for "Unidur"-100 fra 0 til 0,20 %. and for "Unidur"-100 from 0 to 0.20%.

Fra f.eks. DT-PS 803.131 er det kjent å innføre zirkonium From e.g. DT-PS 803.131 it is known to introduce zirconium

i aluminiumlegeringer ved hjelp av en forlegering som i alt vesentlig består av aluminium og zirkonium. in aluminum alloys using a pre-alloy which essentially consists of aluminum and zirconium.

Anvendelse av aluminium-knalegeringer til bildeler er særlig begrenset til produkter som vindusrammer og pyntelister, The use of aluminum alloys for car parts is particularly limited to products such as window frames and decorative strips,

mens aluminium-legeringer har hatt liten eller ingen anvendelse i komponenter som skal kunne motstå større belastninger, f.eks. støt-fangere. while aluminum alloys have had little or no use in components that must be able to withstand greater loads, e.g. shock absorbers.

Legeringer som fremstilles i henhold til oppfinnelsen, kan foruten til de tidligere nevnte formål, også anvendes ved fremstilling av trafikksikringsutstyr, verktøy, master og kraner, maskin- og bygningskonstruksjoner, og til sportsutstyr. Alloys produced according to the invention can, in addition to the previously mentioned purposes, also be used in the production of traffic safety equipment, tools, masts and cranes, machine and building structures, and for sports equipment.

Hensikten med å tilsette små mengder zirkonium er å oppnå: a. en finkornet støpestruktur The purpose of adding small amounts of zirconium is to achieve: a. a fine-grained casting structure

b. stabilisasjon av en høy subkornkonsentrasjon b. stabilization of a high subgrain concentration

c. høyere mekaniske fasthetsegenskaper c. higher mechanical strength properties

d. redusert følsomhet for varmsprekking ved sveising. d. reduced sensitivity to hot cracking during welding.

Det er kjent at zirkonium har positiv innflytelse på ovennevnte egenskaper, og at særlig øket rekrystallisasjonsmotstand forbedrer spenningskorrosjonsegenskapene. Ved smeltepunktet er løselig-heten av zirkonium i aluminium oppgitt til 0,11 % i flytende fase og 0,24 % i fast fase. Løseligheten avtar med synkende temperatur til 0,05 % ved 500°C. Som tidligere omtalt, benyttes zirkoniumkonsentra-sjoner i området fra 0 til 0,20 %. It is known that zirconium has a positive influence on the above-mentioned properties, and that particularly increased recrystallization resistance improves the stress corrosion properties. At the melting point, the solubility of zirconium in aluminum is stated to be 0.11% in the liquid phase and 0.24% in the solid phase. The solubility decreases with decreasing temperature to 0.05% at 500°C. As previously discussed, zirconium concentrations in the range from 0 to 0.20% are used.

Det er funnet at zirkoniuminnholdet er kritisk for å oppnå flere av de ovenfor nevnte egenskaper. Blant annet vil et zirkonium-innhold på 0,05 % ikke være tilstrekkelig for å kunne oppnå en optimal finkornet støpestruktur. Dessuten vil rekrystallisasjonsmotstanden avta og subkorngrensene bli mindre stabile med avtagende konsentra-sjon, av zirkonium ved at det dannes færre zirkoniumaluminidutfellinger. It has been found that the zirconium content is critical for achieving several of the above-mentioned properties. Among other things, a zirconium content of 0.05% will not be sufficient to achieve an optimal fine-grained casting structure. Moreover, the recrystallization resistance will decrease and the subgrain boundaries will become less stable with decreasing concentration of zirconium, as fewer zirconium aluminide precipitates are formed.

Legeringer som'inneholder krom og dessuten jern i en mengde av over O, 20 %, er- tydelig omfintlige for sjiktkorrosjon i kaldutherdet tilstand. Krominnholdet i legeringen som fremstilles i henhold til oppfinnelsen, skal ikke være høyere enn 0,05 %. Dette be-virker en jevnere fordeling av zirkoniumaluminider, forbedret korrosjonsmotstand og nedsatt bråkjølingsømfintlighet. Alloys containing chromium and also iron in an amount of more than 0.20% are clearly susceptible to layer corrosion in the cold-hardened state. The chromium content in the alloy produced according to the invention must not be higher than 0.05%. This results in a more even distribution of zirconium aluminides, improved corrosion resistance and reduced sensitivity to quenching.

Et formål ved oppfinnelsen er ved egnet smelte- og støpe-behandling å sikre en finkornet støpestruktur og tilstrekkelig overmetting av zirkonium, slik at man ved etterfølgende varmebehandling i temperaturområdet fra 450°c til 560°C, avhengig av zirkoniuminnholdet, får dannet finfordelte utfellinger av zirkoniumaluminider. Utfellingene stabiliserer korn- og subkorngrensene og bidrar til å forbedre en rekke egenskaper. One purpose of the invention is to ensure, by suitable melting and casting treatment, a fine-grained casting structure and sufficient supersaturation of zirconium, so that by subsequent heat treatment in the temperature range from 450°C to 560°C, depending on the zirconium content, finely distributed precipitates of zirconium aluminides. The precipitates stabilize the grain and subgrain boundaries and help to improve a number of properties.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å fremskaffe en herd-bar aluminiumlegering som er lett formbar og som tilfredsstiller egen-skapene for anvendelse til støtfangere og lignende bildeler, der kravene til mekanisk fasthet er særlig store. Another object of the invention is to provide a hardenable aluminum alloy which is easily moldable and which satisfies the properties for use in bumpers and similar car parts, where the requirements for mechanical strength are particularly high.

Et ytterligere formål ved oppfinnelsen er å fremskaffe en sveisbar og utherdbar aluminiumlegering med høyere mekanisk styrke etter sveising enn hos andre aluminiumlegeringer, med tanke på fremstilling av bærende konstruksjoner i transportmateriell og mer generelt i master og mindre brokonstruksjoner. A further purpose of the invention is to provide a weldable and hardenable aluminum alloy with higher mechanical strength after welding than with other aluminum alloys, with a view to the production of load-bearing structures in transport equipment and more generally in masts and smaller bridge structures.

Enda et formål ved oppfinnelsen er å fremskaffe en sveisbar og utherdbar aluminiumlegering med høyere mekanisk styrke enn andre aluminiumlegeringer, spesielt etter sveising, for anvendelse i utstyr til produksjon, lagring og transport av kondenserte gasser i temperaturområdet ned til -270°C. Another purpose of the invention is to provide a weldable and hardenable aluminum alloy with higher mechanical strength than other aluminum alloys, especially after welding, for use in equipment for the production, storage and transport of condensed gases in the temperature range down to -270°C.

De ovennevnte fordeler oppnås med legeringer som fremstilles i henhold til oppfinnelsen. The above-mentioned advantages are achieved with alloys produced according to the invention.

Oppfinnelsen vedrører således en fremgangsmåte for fremstilling av den innledningsvis angitte legering, hvorved zirkonium tilsettes smeiten, som består av legeringens øvrige komponenter, i form av en forlegering som i alt vesentlig består av aluminium og zirkonrium, og fremgangsmåten er karakterisert ved at tilsetningen skjer ved en temperatur høyere enn 760°c, og at smeiten, etter en standtid ved minst 74#°C i minst 30 minutter, avkjøles til ca. The invention thus relates to a method for the production of the alloy stated at the outset, whereby zirconium is added to the melt, which consists of the other components of the alloy, in the form of a prealloy which essentially consists of aluminum and zirconium, and the method is characterized by the addition taking place at a temperature higher than 760°C, and that the melt, after a standing time at at least 74#°C for at least 30 minutes, is cooled to approx.

720°C samtidig som argon eller en annen inert gass bobles gjennom smeiten med etterfølgende henstand i ca. 10 minutter ved ca. 720°C, 720°C at the same time as argon or another inert gas is bubbled through the smelting with a subsequent rest for approx. 10 minutes at approx. 720°C,

og da uten tilføring av gass, hvoretter smeiten utstøpes og homogeniseres . and then without the addition of gas, after which the melt is cast and homogenized.

Legeringen som fremstilles i henhold til oppfinnelsen, er velegnet for bærende konstruksjoner i transportmateriell og for andre generelle konstruksjonsformål. Basislegeringen har i kaldutherdet tilstand en bruddfasthet på o fra 38 kp/mm 2 til 40 kp/mm 2, og en flytegrense på o fra 25 kp/mm 2 til 30 kp/mm 2. I varmutherdet tilstand er bruddfastheten fra 40 kp/mm 2 til 58 kp/mm 2, og flytegrensen er fra 38 kp/mm 2 til 55 kp/mm 2. The alloy produced according to the invention is suitable for load-bearing constructions in transport equipment and for other general construction purposes. In the cold-hardened state, the base alloy has a fracture toughness of o from 38 kp/mm 2 to 40 kp/mm 2, and a yield strength of o from 25 kp/mm 2 to 30 kp/mm 2. In the heat-hardened state, the fracture strength is from 40 kp/mm 2 to 58 kp/mm 2, and the yield strength is from 38 kp/mm 2 to 55 kp/mm 2.

Etter sveising er bruddfastheten i kaldutherdet tilstand After welding, the fracture toughness is in the cold-hardened state

fra 30 kp/mm 2 til 35 kp/mm 2 og flytegrensen fra 25 kp/mm 2 til 30 kp/mm 2. from 30 kp/mm 2 to 35 kp/mm 2 and the yield strength from 25 kp/mm 2 to 30 kp/mm 2.

Etter sveising er bruddfastheten i varmutherdet tilstand After welding, the fracture toughness is in the heat-hardened state

fra 33 kp/mm 2 til 40 kp/mm 2 og flytegrensen fra 31 kp/mm 2 til 40 kp/mm 2. from 33 kp/mm 2 to 40 kp/mm 2 and the yield strength from 31 kp/mm 2 to 40 kp/mm 2.

Legeringen som fremstilles i henhold til oppfinnelsen er The alloy produced according to the invention is

som nevnt velegnet for anvendelse ved fremstilling av utstyr til produksjon, lagring og transport av kondenserte gasser i temperaturområdet ned til -270°c. Med synkende temperatur øker dens mekaniske fasthet uten at duktiliteten forringes. as mentioned, suitable for use in the manufacture of equipment for the production, storage and transport of condensed gases in the temperature range down to -270°c. With decreasing temperature, its mechanical strength increases without the ductility deteriorating.

Fordelene som oppnås med legeringen som fremstilles i henhold til oppfinnelsen er: a. Ved tilsetning av 0,10 til 0,30 % zirkonium til smeiten oppnås en tilstrekkelig overmetting av zirkonium, slik at det støpte materialet får en finkornet struktur som forbedrer legeringens pressbarhetsegenskaper. Presse-trykket kan reduseres og/eller pressehastigheten kan økes. De finfordelte zirkoniumaluminidutfellingene stabiliserer subkornstrukturen og bidrar til øket re-krystallisas jonsmotstand. Derved oppnås høyere mekanisk fasthet, bedre duktilitet og mindre følsomhet overfor The advantages achieved with the alloy produced according to the invention are: a. By adding 0.10 to 0.30% zirconium to the forging, a sufficient supersaturation of zirconium is achieved, so that the cast material has a fine-grained structure that improves the alloy's compressibility properties. The press pressure can be reduced and/or the press speed can be increased. The finely divided zirconium aluminide precipitates stabilize the subgrain structure and contribute to increased ionic resistance to re-crystallization. This results in higher mechanical strength, better ductility and less sensitivity to

varmsprekking ved sveising. hot cracking during welding.

b. I innherdet tilstand er legeringen tilstrekkelig bløt for rollforming, og høy mekanisk fasthet gjenvinnes etter b. In the hardened state, the alloy is sufficiently soft for roll forming, and high mechanical strength is recovered after

kald- eller varmutherding. cold or heat curing.

c Legeringen har gode sveiseegenskaper og spesielt gode mekaniske egenskaper som kan gjenvinnes etter sveising med etterfølgende kald- eller varmutherding. Med varmutherding oppnås en flytegrense over 31 kp/mm 2, som mulig-gjør konstruksjoner med langt lavere vekt enn ved bruk av andre sveisbare aluminiumlegeringer. d. Betydelige material- og vektbesparelser i sveisede konstruksjoner og utstyr som skal kunne benyttes i temperaturområdet ned til -270°C. c The alloy has good welding properties and especially good mechanical properties that can be recovered after welding with subsequent cold or heat hardening. With heat hardening, a yield strength of over 31 kp/mm 2 is achieved, which enables constructions with far lower weight than when using other weldable aluminum alloys. d. Significant material and weight savings in welded structures and equipment that must be able to be used in the temperature range down to -270°C.

I det følgende skal det bringes et eksempel som beskriver fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. In the following, an example will be given which describes the method according to the invention.

Eksempel Example

For å oppnå en tilfredsstillende kornfor fining og tilstrekkelig overmetting med zirkonium må smelte- og støpebehandlingen utføres som følger: Legeringselementene sink og magnesium tilsettes aluminium-smelten i henhold til vanlig praksis. Smeiten oppvarmes til en temperatur høyere enn 760°c, og zirkonium tilsettes i mengde 0,10 til 0,30 % i form av en forlegering, som i alt vesentlig består av aluminium og zirkonium. For å sikre fullstendig oppløsning av zirkonium i smeiten holdes denne ved minst 760°c i minst 30 minutter. Temperaturen senkes deretter til ca. 720°c mens smeiten gjennom-bobles med argon for å gi god omrøring i badet. Istedenfor argon kan det benyttes en annen inertgass. In order to achieve a satisfactory grain refinement and sufficient supersaturation with zirconium, the melting and casting treatment must be carried out as follows: The alloying elements zinc and magnesium are added to the aluminum melt in accordance with normal practice. The forge is heated to a temperature higher than 760°c, and zirconium is added in an amount of 0.10 to 0.30% in the form of a prealloy, which essentially consists of aluminum and zirconium. To ensure complete dissolution of zirconium in the melt, this is held at at least 760°c for at least 30 minutes. The temperature is then lowered to approx. 720°c while the melt is bubbled through with argon to give good stirring in the bath. Instead of argon, another inert gas can be used.

Deretter har smeiten en standtid på 10 minutter uten gjennombobling, for settling av grove zirkoniumaluminidpartikler. Ved kontinuerlig støping bør smeltetemperaturen i ovnen være ca. 720°c og i fordelerbassenget ca. 700°C. The melt then has a standing time of 10 minutes without bubbling through, for coarse zirconium aluminide particles to settle. For continuous casting, the melting temperature in the furnace should be approx. 720°c and in the distribution basin approx. 700°C.

Etter støping og avkjøling må materialet varmebehandles fra 6 til 12 timer ved fra 450 til 560°C som tidligere angitt, for at det skal bli jevn fordeling av zirkoniumaluminidutfellinger. Dette kan gjennomføres samtidig med homogenisering. After casting and cooling, the material must be heat treated from 6 to 12 hours at from 450 to 560°C as previously stated, so that there is an even distribution of zirconium aluminide precipitates. This can be carried out at the same time as homogenisation.

Den ovenfor nevnte legering vil umiddelbart etter av-kjøling av pressede profiler eller etter separat innherding være tilstrekkelig bløt for rollforming av f.eks. støtfangere til person- og lastebiler. Ved etterfølgende lagring ved romtemperatur kaldutherder legeringen og oppnår en mekanisk fasthet som tilfredsstiller kravene for støtfangere til biler som selges på det amerikanske marked. The above-mentioned alloy will immediately after cooling of pressed profiles or after separate hardening be sufficiently soft for roll forming of e.g. bumpers for cars and trucks. Upon subsequent storage at room temperature, the alloy cold hardens and achieves a mechanical strength that meets the requirements for bumpers for cars sold on the American market.

Claims

Procedure fo;. production of a weldable and hardenable aluminum alloy with a fine-grained casting structure, - even submicroscopic distribution of i;irconium aluminide precipitates and high strength in the hardened state, and which consists of 4.5-5.8% zinc, 1.0-1.8 % magnesium, 0.10-0.30% zirconium, 0-0.20% iron, 0-0.15% silicon, 0-0.25% manganese, less than 0.05% of each of the other elements, being the sum of these other elements is no more than 0.15%, and the rest aluminium, by means of a pre-alloy which essentially consists of aluminum and zirconium, characterized in that the addition of the Ib alloy takes place at a temperature higher than '7 60°C , and that the melt, after a standing time at at least 760°C for at least 30 minutes, is cooled to approx. 720°c at the same time as argon or another inert gas is bubbled through the smelting with a subsequent rest for approx. 10 minutes at approx. 720°C, and then without the addition of gas, after which the melt is cast and homogenised.