NO167214B - Ekstrusjonsblokk av al-mg-si-legering samt fremstilling derav. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ekstrusjonsblokk av den art som er angitt i krav l's ingress, samt fremstilling derav som angitt i kravene 8-14. Ved hjelp av oppfinnelsen oppnås kontroll av mikrostrukturen av legeringen fra støping til ekstrusjon for å maksimere dets mulighet til å ekstruderes konsistent ved høy hastighet med overflater uten defekter og med akseptable mekaniske egenskaper.

I en aluminium-ekstrusjonsfabrikk mates aluminium til ekstrusjonsanordningen i form av støpeblokker av passende størrelse som først varmes til en passende temperatur som er høy nok for ekstrusjon, og presses derpå gjennom en ekstrusjonsdyse for å danne et ekstrudat med et på forhånd bestemt tverrsnitt. Blokkene er dannet ved å støpe en aluminiumslegering med på forhånd bestemt sammensetning og blir derpå homogenisert ved høy temperatur for å kontrollere oppløselighetsgraden av sekundærfasepartikler (magnesium silisid, Mg2Si). Denne oppfinnelse oppnår kontroll av legeringsmikrostrukturen ved å kontrollere sammensetningen av legeringen, og ved å kontrollere støpebetingelsene og mere spesielt homogeniseringsbeting-eIsene.

Kravene til en ekstrusjonsblokk i sammenheng med denne oppfinnelsen er: a) Den bør ha en kjemisk sammensetning innbefattende et tilstrekkelig nivå av hovedlegeringselementer, magnesium og silisium for å tilfredsstille kravene til mekaniske egenskaper av ekstrudatet. b) Matrisestrukturen bør kontrolleres for å minimali-sere strekkbelastning ved høye temperaturer for den gitte kjemiske sammensetningen for å maksimalisere ekstrusjons-lettheten. c) Mikrostrukturen bør ha maksimal uniformitet med hensyn til både matrisestruktur og størrelse, form og fordeling av sekundærfasepartikler• d) De oppløselige sekundærfasepartikler (magnesium silisid) bør ha en tilstrekkelig fin og uniform fordeling for å forbli uoppløst opptil ekstrusjonsdeformering finner sted, og derpå fullstendig å oppløses i deformeringssonen, slik at maksimale mekaniske egenskaper kan oppnås ved et-terfølgende eldeherding. e) De uoppløselige sekundærfasepartikler bør fortrinnsvis være små og uniformt fordelt, slik at de ikke gir opp-hav til ikke-uniformitet i ekstrudatet, enten før eller etter anodisering.

US patent 3222227 beskriver en fremgangsmåte for å pene-trere en ekstrusjonsblokk av aluminiumslegering av 606 3-type. Blokken homogeniseres og avkjøles derpå raskt nok for å sikre tilbakeholdelse i oppløsning av en stor del av magnesiumet og silisiumet,fortrinnsvis mesteparten av det, og for å sikre at ethvert presipitat som dannes i hovedsak er tilstede i form av små eller meget fine lett gjenoppløselige Mg2Si. Ekstrudater dannet fra slike blokker har etter elding forbedret styrke og hardhetsegen-skaper.

US-patent 3113052 beskriver en annen trinnavkjølt behand-ling med sikte på å- oppnå uniforme mekaniske egenskaper langs lengden av ekstrudatet uten et rekrystallisert ytre bånd.

US-patent 3816190 beskriver enda en annen trinnavkjøl-ingsbehandling rettet mot å forbedre behandlingsmulighet-ene av blokken i en. ekstruder. Opprinnelige avkjølingshas-tigheter på minst 100°C pr. time er angitt uten at det er gitt detaljer ned til en stopptemperatur på 2 30-270°C.

I henhold til et aspekt av foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en ekstrusjonsblokk av en Al-Mg-Si-legering hvor i hovedsak all Mg er tilstede i form av partikler med en gjennomsnittlig diameter på minst 0,1 ym av beta'-fase Mg2Si i hovedsak ved fravær av betafase Mg2Si. Blokkene er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del. Ytterligere trekk frem-går av kravene 2-7.

I et annet aspekt av oppfinnelsen er det fremskaffet en me-tode for å danne en slik ekstrusjonsblokk ved:

å støpe en blokk av Al-Mg-Si-legeringen,

homogenisere blokken,

avkjøle den homogeniserte blokk til en temperatur på

250°C til 425°C ved en avkjølingshastighet på minst

400°C pr. time,

- å avkjøle blokken ved en stopptemperatur på fra 250°C til 425°C i en tid for å utfelle i hovedsak all Mg som beta'-fase Mg2Si i hovedsak ved fravær av betafase Mg2Si,

avkjøle blokken. v

slik som angitt i krav 8's karakteriserende del.

Legeringen kan være av 6000-serien (fra the Aluminium Asso-ciation Inc. Register) innbefattende 6082, 6351, 6061 og spesielt 606 3-typene. Legeringssammensetningen kan være som følger (i vekt-%).

balanse Al, bortsett fra tilfeldige urenheter og mindre legeringselementer så som Mo, V, W og Zr, hver maksimalt 0.05% er totalt 0.15%.

For en 6063-type legering er sammensetningen som følger

(i vekt-%):

balanse Al bortsett fra tilfeldige urenheter opptil et maksimum på 0.05% hver og 0.15% totalt.

For å tilfredsstille Europeiske 6063-F22 spesifikasjoner angående mekaniske egenskaper, er det nødvendig at ekstrudater er istand til å oppnå en total strekkstyrke (UTS)-verdi på minst ca- 2 30 MPa, f.eks. fra 2 30 til 240 MPa.

Det er bestemt eksperimentelt at dette mål kan oppnås med magnesium og silisium-innhold i området 0.39 til 0.46%, fortrinnsvis 0.42 til 0.46% for å fremskaffe et Mg2Si-innhold fra 0.61 til 0.73%, fortrinnsvis'0.66 til 0.73%, forutsatt at alt det tilgjengelige løsnihgsmateriale anvendes i eldeherding. Bruken av legeringer med høyere innhold av silisium og magnesium, så som vanlige 6063-legeringer, eller 6082,; 6351 eller 6061-legeringer øker hardheten og reduserer soliditeten med det resultat at en ekstrusjonsblokk av legeringen kan ekstruderes kun ved lavere hastigheter, selv om andre fordeler allikevel erholdes som beskrevet nedenfor.

Jerninnholdet av 6063-legeringer er spesifisert som 0 til 0.24%. fortrinnsvis 0.16 til 0.24% optimalt 0.16 til 0.20%. Jern danner uløselige Al-Fe-Si-partikler som ikke er ønsket. Legeringer inneholdende mindre enn 0,16% Fe er dyrere,

og kan vise mindre god fargeuniformitet etter anodisering.

Manganinnholdet av 6063-legeringer er spesifisert som fra

0 til 0.10%, fortrinnsvis fra 0.02 til 0.10%, spesielt 0.03 til 0.0 7%. Mangan hjelper til ved å sikre at ethvert jern som er tilstede i-.'.den således støpte blokk i form av fine

beta-Al-Fe-Si-plater er fortrinnsvis ikke større enn 5 um i lengde eller hvis i alfaform er i hovedsak fri for slike og eutekti.

Titan er tilstede ved et nivå på 0.05%, fortrinnsvis 0.01 til 0.04%, spesielt 0.015 til 0.025% i form av titandibo-rid som kornrafinator.

Ekstrusjonsblokkene kan være støptved en direkte avkjølt (DC) støpeprosess, fortrinnsvis ved hjelp av en kort form eller "hot-top" DC-prosess, såsom beskrevet i US-patent 3326270. Under passende støpebetingelser erholdes en blokk med en uniform kornstørrelse på 70 til 90 pm og en celle-størrelse på 28 til 35 pm, fortrinnsvis 28 til 32 um over hele blokktverrsnittet med den uløselige sekundære fase

i form av fine beta-Al-Fe-Si-plater, fortrinnsvis ikke mer enn 15 pm i lengde eller hvis i alfaform fri for slike og grove eutentiske partikler.

Formålet med å homogenisere ekstrusjonsblokken er å bringe de løselige sekundære magnesium-silisium-faser til passende form. Som bakgrunn er det underforstått at magnesium-silisium-partiklene kan utfelles fra en oppløsning i aluminium i tre former, avhengige av betingelsene. (K. Shibata, I. Otsuka, S. Anada, M. Yanabi and K. Kusabiraki. Sumitomo Light Metal Technical Reports Vol. 26 (7) , 327 - 335 (1976) . a) Ved holding ved 400OC til 480OC (avhengig av legeringsammensetningen) feller Mg2Si ut som betafaseblokker på et kubisk nettverk som er initielt av sub-mikronstørrelse men vokser raskt% b) Ved holding ved 250°C til 425°C, spesielt omkring 300°C til 350°C (avhengig av legeringsammensetningen) feller Mg2Si ut som beta<1->faseplater typisk 3 til 4 pm lange og 0.5 um brede ved heksagonal krystallstruktur. Disse plater er semi-koherente med legeringsmatrisen hvor belast-ningene blir avlastet ved forskyvning av aluminiumkrystall-strukturen. Oppløsning og vekst av beta 1 fasepresipitat ved 350°C i arkprøver har blitt rapportert i(Chemical Ab-stracts, vol 75, No.10, 6. september 19 71, side 30 3, ab-stract 68335 s). c) Ved å holdes ved ca. 180°C feller Mg2Si ut som beta<1>'-fasenåler, mindre enn 0.1 um i lengde med heksagonal struktur og som er koherent med krystallstrukturen til matrisen. Dette fine presipitat er det som dannes ved eldeherding.

De større presipitater (a) og (b) hjelper ikke til med hardheten av produktet.

Presipitatene (b) og (c) er metastabile med hensyn til

(a), men er i praksis uendelig stabile ved romtemperatur.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen innbefatter å varme

opp ekstrusjonsblokken i en tid og ved en temperatur for å sikre i hovedsak fullstendig oppløselighet av magnesiumet og silisiumet. Blokken blir så raskt avkjølt til en temperatur i området 250°C til 425°C, fortrinnsvis i området 2 80°C til 400°C og optimalt i området 300°C til 350°C. De tillatte og optimale holdetemperaturområder kan variere, avhengig av legeringssammensetningen. Av-kjølingsgraden bør være tilstrekkelig rask, slik at ing-en signifikant utfelling av betafase flfc^Si finner sted. Det spesifiseres en minimumsavkjølingshastighet på 400°C pr. time, men avkjølingen skjer fortrinnsvis i en hastighet på minst 500°C pr. time. Blokken blir så holdt ved en ho lde tempera tur innenfor.- ovenfor angitte område i en tid for å utfelle i hovedsak alt magnesiumet som beta'-fase Mg2Si. Denne, tiden kan typisk være i området fra 0.25 eller 0.5 til 3 timer, og lengre tider vanligvis er' krevet ved lavere holdetemperaturer. Derpå avkjøles blokken generelt til romtemperatur, og fortrinnsvis ved en hastighet på minst 100°C pr. time for å unngå risikoen for uønskede bieffekter.

Når det hevdes at i hovedsak alt Mg er felt ut som beta'-fase Mg2Si, er det ment at i hovedsak alt det overmettede

Mg i den avkjølte blokk er tilstede i form av beta'-fase Mg2Si ved i hovedsak intet, og fortrinnsvis intet er tilstede

som betafase Mg2Si. Si er tilstede i et støikiometrisk overskudd i forhold til Mg, og ca. enfjerdedels vektdel av overskuddet er tilgjengelig for å danne Al-Fe-Si som bør være i form av alfa-Al-Fe-Si-partikler, fortrinnsvis under 15 um lange og med 90% under 6 (um lange. Det gjenværende av silisiumoverskuddet virker til ved eldeherding-en av matrisen.

Det refereres nedenfor til følgende tegninger hvor:

Figur 1 er et firedelt diagram som viser tilstanden til Mg2Si presipitatetunder og etter avsluttet avkjøling etter homogenisering; Figur 2 er en kurve som viserveffekten av Mg2Si og overskytende Si ved maksimal erholdbar hårdhet; Figur 3 er en tidstemperatur-transformasjonskurve (TTT) under avsluttet avkjøling etter homogenisering; Figur 4 er en todelt kurve som karakteriserer mengden av Mg2Si utfelt på kontinuerlig og på stykkevis avkjøling fra homogenisering; Figur 5 er et diagram som viser responsen av to forskjellige legeringer til et antall forskjellige varmebehandlinger, og Figur 6 er en kurve som viser ekstrusjonshastigheten mot utgangstemperaturen på to forskjellige legeringer.

Selv om denne oppfinnelse omhandler resultater istedet for mekanismer, følger en diskusjon av hva som for tiden er an-tatt å finne sted under avkjøling etter homogenisering. Det refereres til figur 1. Når en blokk som har blitt homogenisert i flere timer ved ca. 580°C raskt avkjøles til ca. 350°C, undertrykkes dannelsen av betafase Mg2Si, og utfellingen finner sted totalt som beta'-fase. Dette er en metastabil heksagonal fase som vokser som et nettverk ved et irregulært tverrsnitt, hvor denne uregelmes-sighet er en følge av holdetemperaturen. Etter 0.25 til 3 timer holding, er Mg2Si nesten fullstendig utfelt som uniforme nettverkformede partikler 1 til 15 (generelt 3 til 4) pm lange ved et partikkeltverrsnitt på opptil 0.5 (generelt 0.1 til 0.3) pm og en partikkeltetthet på 7

til 16.IO4 pr. mm<2> (generelt 8 til 13.IO<4> pr. mm<2>). Par-tikkelstørrelsen og tettheten erholdes ved enkel observa-sjon på et snitt gjennom blokken). Denne beta'-fase er semi-koherent med aluminiummatrisen, og den resulterende forskjell er fullt av interfasielle forskyvningsnettverk som gjennomskjærer fasen. Hovedtrekkene ved presibitatet er vist skjematisk i figurene l(a).

Ved gjenvarming i området 425 til 450°C for ekstrusjon begynner rask oppløsning av presipitatetved temperaturer ved eller større enn 380oC. Oppløsningsprosessen er sam-mensatt på grunn av de uregelmessige tverrsnitt av presipi-tatet. Oppløsningen er raskest ved punktene hvor partiklene bryter ned nær kanten som vist skjematisk i figur 1(b). Resultatet av denne mekanisme er isoleringen av rader av beta'-fase vrakgods som avtegner de opprinnelige kanter av beta'-fasenettverket før oppløsning. Oppløsning av den sentrale ryggrad av beta'fasen fortsetter til den når en endelig størrelse stabilisert også ved dislokasjoner. Dette trinn er skjematisk representert i figur l(c). Ved dette punkt av beta'-fase oppløsningssekvensen bygges kubisk betafase Mg2Si hetrogent på.beta'-fasepartiklene. Hver gjenværende del av beta'fase Mg2Si blir et nuklierings-senter for betafase Mg2Si, og danner en høy tetthet av små partikler av denne fase som vist skjematisk i figur l('d) . Disse små partikler er typisk av sub-pm-størrelse (ca. 0.1 pm lange); sammenlignet med de 5 til 10 pm partikler som var dannet når betafase Mg2Si nuklieres direkte fra fast oppløsning ved temperaturer omkring 4 30°C.

En lignende begrensning for betafase-partikkelvekst obser-veres under en holdeperiode i gjenvarmingstemperaturområ-detfør ekstrusjon. Således forårsaker den avbrutte avkjøl-ing, fått istand i henhold til foreliggende oppfinnelse, ikke bare en fullstendig utfellelse av supermettet Mg2Si i fin uniform fordeling gjennom matrisen, men også i en som ikke er gjenstand for forgrovning av partiklene under gjenvarmingen før ekstrusjon. Finpartiklene blir så lett og raskt løselige under ekstrusjon, og gir et ekstrudat som derpå kan varmeherdes for å oppnå de ønskede UTS-verdier i området 230 til 240MPa.

Den avbrutte avkjølingsbehandling ifølge foreliggende oppfinnelse er intermediær mellom forskjellige behandlinger som tidligere er brukt. For eksempel, etter homogenisering av 6063-legeringen for ekstrusjon har det vært vanlig å luftavkjøle blokken. Denne avkjøling resulterer i utfellelse og rask forgrovning av betafase Mg2Si-temperaturer omkring 4 30°C. Disse grove partikler blir ikke gjen-oppløst under gjenoppvarming, og ekstrusjon med det resultat at ekstrudatet ikke svarer passende på varmeherd-ingsbehandling, slik at mer Mg og Si er krevet for å oppnå en gitt UTS.

I motsetning til dette i metoden beskrevet i US-patent 3222227 blir den homogeniserte blokk raskt nok avkjølt for å sikre tilbakeholdelse i oppløsning av en stor del av Mg og Si, fortrinnsvis det meste, og å sikre at ethvert presipitat som dannes i hovedsak er tilstede i form av små partikler, det vil si under 0,3 jam i diameter,. Imidlertid, som et resultat av denne raske avkjølingsbe-handling er blokken unødvendig hard med det resultat at de oppnåelige ekstrusjonshastigheter er lavere og ekstru-sjonstemperaturene høyere enn ønsket. Også vil forvarming av blokken før ekstrusjon måtte utføresnøye, kontrol-lert for å unngå risikoen med utfelling av en grov beta-fase Mg2Si ved dette tidspunkt.

Foreliggende oppfinnelse har et antall fordeler i for-

hold til tidligere teknikk innbefattende de følgende:

1. Den homogeniserte ekstrusjonsblokk har en ettergiv-ningsbelastning som' nærmer seg den minst mulige for legeringssammensetningen. Dette resulterer fra tilstanden av Mg2Si-presipitatet. Som et resultat kreves mindre arbeid for å ekstrudere blokken. 2. Oppvarmingshastigheten til blokken før ekstrusjon og holdetiden til den varme blokk før ekstrusjon er mindre kritisk enn hva som. tidligere har vært tilfelle. Blokker i henhold til denne? oppfinnelsen kan holdes i opptil tred-ve minutter eller til og med opptil seksti minutter med høye temperaturer,, uten å tape sine forbedrede ekstru-sjonskarakteristika. Igjen kommer dette fra tilstanden av Mg2Si-presipitatet i blokken. 3. Under deformering og ekstrusjon når metallet kort høye temperaturer i størrelsesorden 550°C til 600°C. Under denne tid er Mg2Si-partiklene som et resultat av sin lille størrelse i hovedsak fullstendig tatt tilbake i oppløs-ning i matrisemetallet. 4. Som et resultat av 3 kan det avkjølte ekstrudat lett varmeherdes. For en 6063-type legering dannet i henhold til oppfinnelsen er typiske UTS-verdier i området 2 30 til 240MPa. 5. På grunn av effektiviteten med hvilken Mg og Si bruk-es for å oppnå de krevende harhetsverdier om ønsket kan konsentrasjonene av disse elementer i ekstrusjonsleger-ingen være mindre enn hva som tidligere har blitt ansett som nødvendig for å. oppnå de ønskede ekstrudategenskaper. 6. Som et resultat av 1 kan en høyere ekstrusjonshastighet for en gitt emergenttemperatur erholdes med øket pro-duktivitet. Det er kjent at den maksimale utgangstemperatur er en av hovedbegrensningene som begrenser ekstrusjonshastigheten, siden dette kan nå området med legerings-soliditet som fører til flytebrudd ved dyseåpningen. 7. Som et resultat av 5 kan soliditeten til ekstrusjons-legeringen dannet i henhold til oppfinnelsen, være høyere enn den til en tilsvarende legering dannet for å tilfredsstille vanlige spesifikasjoner, og dette tillater høyere ekstrusjonstemperaturer og således ytterligere øket pro-duktivitet .

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen. Eksemplene 1 til 5 refererer til 606 3-type legeringer, eksempel 6 til 6082 og eksempel 7 til 6061.

Eksempel 1.

Kontroll av kjemisk sammensetning.

Legeringer blir støpt i form av D.C.-blokk 178 mm i diameter med magnesiuminnhold mejlom 0.35 og 0.55 vekt-prosent, silisium mellom 0.37 og 0.50 vekt-prosent, jern 0.16 til 0.20 vekt-prosent og mangan enten null eller 0.07%. Prøv-er fra blokkene ble homogenisert i to timer ved 585°C, vannavkjølt og herdet i 24 timer ved romtemperatur fulgt av fem timer ved 185°C. Hardhetsforsøk ble så utført og resultatene nedtegnet som hardhetskurver mot Mg2Si-innhold av forsøksmaterialene ved forskjellige overskytende silisiumnivå, hvor verdiene av Mg2Si og overskytende Si er utregnet i vekt-prosent fra legeringssammensetningene. Kurvene er vist i figur 2. Denne figur er en hardhetskurve (målt på Vickers skala som HV5) mot Mg2Si-innhold av legeringen, og viser effekten av Mg2Si pluss overskytende Si på maksimal erholdbar hardhet fra 606 3-type legering. Kurvene indikerer at et Nfc^Si-innhold på ca. 0.66% med overskudd av Si på 0.12% kan oppnå de ønskede mekaniske egenskaper på 78 til 82 HV5 (UTS på 230 til 240MPa).

Eksempel 2.

Avkjølingskontroll etter homogenisering for å danne en uniform heterogenisert mikrostrukture.

For å bestemme den optimale avkjølingsrute for å danne full utfelling av den oppløste magnesium i den prøvde fine uniforme fordeling ble tidstemperatur-transformasjonskurver (TTT) bestemt for legeringer i sammensetningsområdet under forsøket. For dette formål ble ytterligere skiver skåret fra legeringer ved øvre og nedre ende av Mg og Si-området, og så ytterligere delt i kubiske biter på ca. 5 mm, homogenisert i 2 timer ved 585°C og avkjølt ved kontrol-lerte hastigheter mellom 400 og 1000°C pr. time til in-termediære temperaturer ved 25°C-intervaller mellom 450

og 200°C, og derpå, avkjøling til romtemperatur ved hastigheter på ca. 8000 (vannavkjøling) og 100°C pr. time. Etter avslutning av avkjølingen ble hver prøve eldet i 24 timer ved romtemperatur og så 5 timer ved 185°C. Prø-vene ble så underkastet hardhetsforsøk, og verdiene teg-net ned på aksene, med holdetemperatur og holdetid til TTT-kurver. Et typisk eksempel på en erholdt kurve er gitt i figur 3 for en legering med sammensetning Mg 0.44%, Si 0.36%, Mn 0.07%, Fe 0.17% og resten Al.

Den generelle form av kurvene er den samme for både øv-

re og nedre ender av magnesium og silisium-område som er testet, og viser at full uttelling av oppløst materiale finner sted raskest i temperaturområde mellom 350°C og 30 0°C progressivt senere over 350°C og meget sakte over 425°C og under 250°C. Holding mellom 350°C og 300°C gir

nesten fullstendig utfelling av Mg2Si i ca. 1.5 time for initielle avkjølingsgrader ned til 1000°C pr. time og ca. 1 time for lavere initielle avkjølingshastigheter. Tem-,

peraturområdene for rask utfelling har en tendens til å bli noe bredere hvis mangan mellom 0.0 3 og 0.10 prosent er tilstede.

Eksempel.3.

Ytterligere prøver for legeringen brukt i eksempel 2 ble homogenisert og så avkjølt under forskjellige betingelser. Enkelte av prøvene ble så eldet i 24 timer ved romtemperatur og i 5 timer ved 185°C. Hardheten av prøvene både som homogenisert og etter elding, ble målt. Figur 4 er en todelt kurve som viser hardhet på HV5-skalaen mot av-kjølingsbetingelsene.

I figur 4(a) ble prøvene kontinuerlig avkjølt fra homoge-niseringstemperaturen til romtemperatur ved de viste hastigheter. Det går frem at eldebehandlingen dannet en mar-kert økning i hardhet fra 35 HV5 til 50 HV5. Dette indikerer at en vesentlig mengde Mg2Si ble utfelt under el-deherdingen, det vil si at de homogeniserte avkjølte blokker inneholdt en vesentlig del av Mg og Si i supermettet oppløsning.

Figur 4(b) er en hardhetskurve mot holdetemperatur hvor al-le prøver opprinnelig ble avkjølt fra homogeniseringstemperatur ved en hastighet på 600OC pr. time holdt ved holdetemperaturen i 1 time, og så avkjølt til romtemperatur ved 300°C pr. time. Den heltrukkede kurve representerer hardheten av de eldede prøver og viser et uttalt minimum ved 300 til 350°C holdetemperatur, hvor den faktisk ikke er langt over den stiplede linje som representerer hardheten til ueldede prøver. Dette indikerer at etter holding ved disse temperaturer ble meget lite Mg2Si utfelt ved eldeherding, det vil si at i hovedsak alt Mg2Si hadde blitt feldt ut under den avbrutte kjølesekvens.

Eksempel 4.

Oppførsel av avbrutt kjølepresipitat ved etterfølgende varmebehandlingssimulering av gjenvarming og ekstrusjon -

varmesyklus.

Målinger av temperaturer nådd ved 606 3-blokk under en typisk forvarming og ekstrusjonssyklus ved å bruke en rask gassvarmet samleovn og ekstrusjonshastigheter på 50-100 meter pr. minutt, har vist at en blokk kan oppholde ca. ti minutter ved en temperatur på 350°C eller over i for-varmingsovnen og derpå når maksima på 550 til 660°C i deformeringssonen under ekstrusjon i meget korte perioder,

for eksempel 0.2 til 1 sekund. For å utføre en laborato-rie-varmebehandlingssimulering av syklusen ble følgende

fremgangsmåte tilpasset.

Kubiske prøver på ca. 10 mm ble skåret fra 178 mm i diameter blokker med en sammensetning mellom 0.41 til 0.45 vekt-prosent hver av magnesium og silisium 0.16 og 0.20 vekt-prosent jern, 0.0 3 til 0.0 7 prosent mangan, og 0.015 til 0.025 prosent titan (som Al-5Ti-lB kornraffiner), homogenisert i 2 timer ved 585-590°C og avkjølt ved 600°C pr. time til 350°C, holdt ved denne temperatur i 1 time og så avkjølt ved 300°C pr. time til romtemperatur.

De følgende varmebehandlinger ble utført:

(a) Elding fra den lik-homogenisert tilstand i 24 timer ved romtemperatur, og så 5 timer pr. I85°C. (b) Oppvarming 0.5 timer pr. 350°C,, vannavkjøling, elding 24 timer ved romtemperatur, derpå 5 timer pr. 185°C.

(c) Varming 0.5: timer pr. 350°C, rask økning til 550°C i

1 sekund, vannavkjøling,r elding 24 timer ved romtemperatur, derpå 5 timer pr. 185°C. (d) Som (c), men ved å bruke endelig varmebehandlings-temperatur på 5 75°C. (e) Som (c), men ved å bruke endelig varmebehandlings-temperatur på 600°C.

Hardhetsforsøk ble utført på alle prøver etter elding, og resultatene er vist skjematisk i figur 5. For sammenlig-ning ble prøver fra blokken med samme sammensetning, men homogenisert medl kontinuerlig avkjøling ved 200 og 600°C pr. time lignende behandlet.

Hardhetsforsøksresultatene for dette materiale er også gitt i figur 5. Disse resultater bekrefter at magnesium-silisidutfelling er så godt som fullstendig i materialet homogenisert med avbrutt avkjøling, og forblir stabil etter en simulert gjenvarming og gjenoppløses nesten fullstendig etter en meget kort oppløsningsbehandling ved temperaturer som sannsynligvis oppnås i ekstrusjons-deforma-sjonssonen. På den annen side oppviser materialet homogenisert med den kontinuerlige avkjølingsbehandling mindre fullstendig magnesium-silisidutfellelse, og oppløses mindre fullstendig ved lignende kortoppløsningsbehandling-er, og antyder en mindre konsistent oppførsel i den simu-lerte ekstrusjon-temperatursyklus•

Eksempel 5.

Ekstrusjonsoppførsel av spesifikasjonsblokk homogenisert med avbrutt avkjøling.

For å undersøke ekstrusjonsoppførselen til blokken dannet i henhold til oppfinnelsen, ble et forsøk utført ved å bruke en kommersiell ekstrusjonspresse. Blokker fremstilt i henhold til alle trekkene ifølge oppfinnelsen innbefattende avbrutt avkjøling ettewr homogenisering ble ekstrudert sammen med en kontrollblokk dannet til normale 606 3-legeringssammensetningsgrenser under støte- og homogeni-seringsprosedyrer. Utgangstemperaturer og hastigheter til de ekstruderte deler dannet fra hver av forsøksblokkene samt strekkegenskaper og anodiserende oppførsel av de ekstruderte deler etter elding til T5-tilstanden, ble bestemt. Ekstrusjons-utgangstemperaturer og hastigheter er vist grafisk i figur 6. Strekkegenskaper og overflate-kvalitetsbestemmelser er angitt i tabell 1 nedenfor, som også gir de kjemiske sammensetninger av de ekstruderte blokker.

Overflatebekreftelse - ekstrudert produkt

Både kontroll og spesifiseringsmateriale tilfredsstillende fri for defekter og normal for den ekstruderte dyse.

Anodiserte ekstrusjoner

Både kontroll og spesifikasjonsmateriale tilfredsstillende jevn finish og fri for defekter.

Figur 6 viser at for det fullstendige spesifikasjonsmateriale var utgangstemperaturen for en gitt utgangshastig-

het 10-20°C lavere (avhengig av hastigheten) enn for kon-trollmaterialet. Strekkegenskapene ble lavere for det angitte materialet enn for kontrollen, selv om den var godt over Europeiske 6063-F22-krav (minimum U.T.S. 215 MPa) og godt opp til målet på 2 30-240 MPa. Overflatekvaliteten til de ekstruderte produkter, både før og etter anodisering, var fullstendig tilfredsstillende både for det angitte materialet og kontrollmaterialene.

Temperatur/hastighetsforholdene erholdt viser at den fullstendige angitte blokk har egenskapene å oppnå høyere hastigheter for en gitt utgangstemperatur enn kontrollmateri-alet, og gir på samme tid et ekstrudert produkt med fullstendig akseptable mekaniske egenskaper og overflatekvali-tet.

Eksempel 6.

Eksperimenter ifølge mønsteret fra eksemplene 1 til 4 in-dikerte at innenfor grensene av 6082 kjemisk spesifikasjon er det mulig å oppnå en typisk UTS på 330 MPa i T6-ekstrusjoner innenfor sammensetningsbegrensningene gitt ovenfor. Det ble funnet mulig å danne denne sammensetning som 178 mm diablokk med en passende tynn-shell D.C.-støpepraksis og kornbegrensning med 0.02% Ti, tilsatt som TiB2 med en uniform kornstørrelse på 3 3-38 /Um, en uniform kornstør-relse på 50-70 /um og en overflatesegregeringsdybde på mindre enn 50 jam. Full homogenisering av oppløste elementer oppnås med en badetid på to timer ved 550 til 570°C. Trinnvis avkjøling fra homogeniseringstemperatur i en time ved 4 00°C, 15 minutter ved 320°C eller 30 minutter ved 275°C (i hvert tilfelle avkjøling til trinn-temperaturen ved 800°C pr. time) gir full utfelling av supermettet-Mg2Si som beta<1> i en fin, uniform fordeling. Imidlertid var en meget liten del av betafase-presipitat også observert ved alle holdetemperaturer og dette ble dannet under avkjøling til holdetemperatur. Varme tor-sjonsforsøk viser ca. 5% reduksjon i strømningsbelast-ning for slike behandlinger sammenlignet med konvensjo-nell avkjøling. Dette ville ventes å gi ca. 24% økning , i ekstrusjonshastighet for et gitt trykk.

Et ekstrusjonsforsøk ble utført for å sammenligne oppfør-selen av blokk av den angitte sammensetning, og støpt struktur homogenisert med trinnavkjøling og med konvensjo-nell kontinuerlig avkjøling. De følgende resultater ble erholdt:

(a) Ekstrusjonstemperatur: 470-510°C

Ekstrusjonsform: 25 mm diameter bjelke Ekstrusjonspress (maks.)

Vanlig homogenisert blokk 15 3-155 kp/cm<2>. Trinnavkjølt blokk 144/148 kp/cm<2>. Ekstrusjonsutgangshastighet: Vanlig homogenisert blokk: 20 meter pr. minutt. Trinnavkjølt blokk 25-30 meter pr. minutt. Vannavkjøling ved trykk - avkjølingshastighet> 1500°C pr. minutt.

Mekaniske egenskaper av ekstrudat (eldes til T6 herd-ing, 10 timer pr. 170°).

Vanlig homogenisert: 0.2% belastning 343.8 - 344.1 MPa. Endelig strekkstyrke 36 3.9 - 364.0 MPa. Forlengelse ved 50 mm 16.3%.

Reduksjon av areal ved brudd 56.58%. Trinnavkjøling 0.2% belastning 335.9 - 356.2 MPa. Forlengelse ved 50 mm 14.7-15.2%.

Reduksjon av areal ved brudd 55 - 56%.

(b) Ekstrusjonstemperatur: 480-515°C.

Ekstrudert form: 50 x 10 mm flat bjelke.

Ekstrusjonstrykk (maks.)

Vanlig homogenisert blokk: 140 kp/cm<2.>

Trinnavkjølt blokk: 135 kp/cm<2>

Ekstrusjonsutgangshastighet:

Vanlig homogenisert blokk: 40 meter pr. minutt. Trinnavkjølt blokk: 42-45 meter pr. minutt. Vannavkjøling ved trykk - avkjølingshastighet> 1500°C pr. minutt.

Mekaniske egenskaper av ekstrudat (eldes til T6 herd-ing 10 timer pr. 170°C).

Vanlig homogenisert: 0.2% belastning 307.5 — 311.0 MPa. Endelig strekkstyrke 324.3 - 327.9 PMa. Forlengelse ved 55mm: 15.4 - 16.3%.

Reduksjon av areal ved brudd: 6 3 - 65%. Trinnavkjølt:- 0.2% belastning 302.7 - 302.9 MPa. Endelig strekkstyrke 326.4 - 32 7.1 MPa. Forlengelse ved 55 mm: 15.6 - 16.4%.

Reduksjon av areal ved brudd: 61 - 62%.

Eksempel 7.

Lignende eksperimenter som de i eksempel 6 viste at det var mulig å oppnå en reduksjon i strømningsbelastning på ca. 3% med tilfredsstillende T6 herdende ekstruderte mekaniske egenskaper i 6061-blokk homogenisert med en passende trinnavkjølingsbehandling hvor legeringen hadde sammensetningsbegrensningene gitt ovenfor. Følgende homogenisering for opptil fire timer ved 550 - 570°C, hvor trinn-avk jølingsbehandlingen i dette tilfellet ble oppnådd ved avkjøling ved 600°C pr. time til 400°C, holding i 30 minutter ved 400°C, og så rask avkjøling til 100°C.

Et ekstrusjonsforsøk ble utført for å sammenligne oppfør-selen av vanlig homogenisert blokk med den til den trinn-avk jølte blokk med denne sammensetning. De følgende resultater ble erholdt:

Blokksammensetning (vekt-prosent)

Cu 0.34, Fe 0.19, Mg 1.04, Mn 0.09, Si 0.65, Cr 0.18,

Ti 0.027.

Blokkdiameter: 75 mm.

Homogenisasjon: 1 time ved 570°C.

Kjøling:

Vanlig:

600°C pr. time til under 100°C

Trinnavkjøling: 600°C pr. time til 400°C, holde 30 minutter, deretter rask avkjøling til under 100°C. Utføringshastighet: 21.8 meter pr. minutt. Ekstrusjonstemperatur: 520°C.

Ekstrusjonsform: 5 x 32 mm flat bjelke.

Induksjon formvarming (2 minutter til slutt-temperatur) maks. ekstrusjonstrykk ved "ram/billet" overgang:

Vanlig homogenisert blokk: 373 MPa.

Trinnavkjølt blokk: 363 MPa.

Gassforvarming (15 minutter til slutt-temperatur) maks. ekstrusjonstrykk ved "ram/billet" overgang:

Vanlig homogenisert Blokk: 349 MPa.

Trinnavkjølt blokk: 343 MPa

Mekaniske egenskaper av ekstrudatet etter trykkvannav-kjøling (kjølningsgrad) > 1500°C pr. minutt) deretter elding i 24 timer ved romtemperatur plus 7 timer ved 175°C (T6-herding).

Induksjonsforvarming:

Vanlig homogenisert blokk: 0.2% belastning 290.9 MPa. Endelig strekkstryke: 324.1 MPa.

Forlengelse: 12% ved 50 mm.

Trinnavkjølt blokk:

0.2% belastning 280.9 MPa.

Endelig strekkstyrke: 314.8 MPa.

Forlengelse: 11.6% ved 50 mm.

Gassforvarming:

Vanlig homogenisert blokk: 0.2% belastning 296.7 MPa. Endelig strekkstyrke: 325.4 MPa.

Forlengelse: 10.5% ved 50 mm.

Trinnavkjølt blokk: 0.2% belastning 27 MPa.

Endelig strekkstyrke_ 324.3 MPa.

Forlengelse: 11.0% ved 50 mm.

Claims (14)

1. Ekstrusjonsblokk av Al-Mg-Si-legering inneholdende Mg2Si partikler, karakterisert ved at hovedsakelig alt av magnesiumet i legeringen er tilstede i form av partikler med en midlere diameter på minst 0,1 jjm av beta'-fase Mg2Si og at beta-fase Mg2Si i det vesentlige er fraværende.

2. Ekstrusjonsblokk ifølge krav 1, karakterisert ved at den inneholder i vekt%: og resten Al bortsett fra tilfeldige urenheter og under-ordnete legeringselementer opp til et maksimum på hver 0,05% og totalt 0,15%.

3. Ekstrusjonsblokk ifølge krav 2, karakterisert ved at den inneholder i vekt%: og resten Al, bortsett fra tilfeldige urenheter opp til et maksimum på hver 0,05% og totalt 0,15%.

4. Ekstrusjonsblokk ifølge krav 3, karakterisert ved at den inneholder i vekt% og resten Al bortsett fra tilfeldige urenheter opp til et maksimum på hver 0,05% og totalt 0,15%.

5. Ekstrusjosnblokk ifølge krav 2, karakterisert ved at den inneholder i vekt% bg resten Al bortsett fra tilfeldige urenheter og mindre legeringselementer, hver på maksimalt 0,05% og totalt 0,15%.

6. Ekstrusjonsblokk ifølge krav 2, karakterisert ved at den inneholder: og resten Al bortsett fra tilfeldige urenheter og mindre legeringselementer, hver opp til et maksimum på 0,05% og totalt 0,15%.

7. Ekstrusjonsblokk ifølge hvilke som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at jernfasen foreligger i form av alfa-Al-Fe-Si-partikler med en lengde mindre enn 15 um, og hvor 90% har en lengde mindre enn 6 um.

8. Fremgangsmåte ved fremstilling av en ekstrusjonsblokk ifølge hvilke som helst av kravene 1 -7, karakterisert ved de følgende trinn: - støpe en blokk av Al-Mg-Si-legeringen, - homogenisere blokken, - avkjøle den homogeniserte blokk til en temperatur på 250°C til 425°C ved en avkjølingshastighet på minst 400°C/time, - holde blokken ved en holdetemperatur på fra 250"C til 425'C i en tid for å utfelle hovedsakelig alt Mg som beta'-fase Mg2Si i hovedsak ved fravær av beta-fase Mg2Si, - avkjøle blokken.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at blokken støpes ved hjelp av en kortformig eller "hot-topp" direkteavkjølet støpeprosess.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at det anvendes en på forhånd støpt blokk som har en uniform kornstørelse på 70 til 90 um og en kornstørrelse på 28-35 um over hele blokktverrsnittet med den uløselige sekundære fase i form av fine beta-Al-Fe-Si-plater ikke større enn 15 um lange og fri for alfa-Al-Fe-Si-spor og grove eutektiske partikler.

11. Fremgangsmåte ifølge et hvert av kravene 8-10, karakterisert ved at den homogeniserte blokk avkjøles til holdetemperatur ved en avkjølingsha-stighet på minst 500°C pr. time, holdt ved holdetemperaturen ifra 0,5 til 3 timer, og så avkjølt til romtemperatur med en hastighet på minst 100°C pr. time.

12. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av kravene 8-11, karakterisert ved at det anvendes en holdetemperatur i området 280-400°C.

13. Fremgangsmåte for å danne en blokk ifølge ethvert av kravene 1-7, karakterisert ved at den omfatter å gjenvarme blokken og varmeekstrudere denne fra en dyse.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at det anvendes en blokk av en 6063-legering og ekstrudatet varmeherdes til en strekkfasthet i området 230 til 240 MPa.