NO781110L - Aluminiumslegering, samt fremgangsmaate for fremstilling derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører aluminiumslegeringsprodukter som utviser superplastiske egenskaper, samt en fremgangsmåte ved fremstilling av slike produkter. Ytterligere vedrører oppfinnelsen nye aluminiumlegeringer for anvendelse ved fremstilling av metallark og andre produkter som utviser superplastiske egenskaper..

Superplastiske legeringer kan undergå betydelig deformasjon under påvirkning av små krefter ved temperaturer innen et om-råde bestemt av legeringens sammensetning. Et ark av en superplastisk legering kan ved passende temperatur gis komplekse former ved blåsestøpning med trykkluft ved relativt lave trykk, på en tilsvarende måte som for plast eller glass.

Det mest tilfredsstillende kriterium anvendt for å definere superplastisitet er en strekkforlengelse på minst 100% og fortrinnsvis minst 200%. Det er også betraktet som tilfredsstillende at en. superplastisk legering bør utvise en forlengelseshastighet-sensitivitetsindeks-verdi m på minst 0,3. Legeringen bør utvise disse egenskaper ved en valgt formnings-temperatur innen området 300-600°C (mere vanlig 400-500°C), men behøver ikke utvise verdier over hele dette området. Generelt kan det sies at både strekkforlengelse og forlengelseshastighet-sensitivitetsindeks -verdiene forøker med stigende temperatur.

Kjente superplastiske legeringer er funnet anvendbare ved fremstilling- av metalldeler med konfigurasjoner som det er vanskelig å fremstille fra arkmeta.ll ved hjelp av konvensjon-elle teknikker. En kjent superplastisk legering er en sink-basert legering, inneholdende 22% aluminium. En kjent super plastisk aluminiumbasert legering inneholdende 6% kobber og 0,5% zirkonium er funnet fordelaktig for forskjellige anvend-elser p.g.a. dens lettere vekt og fordi den utviser -en bedre krypemotstandsevne og en bedre overflatefinish enn den sinkbaserte legering, men er relativt vanskelig å fremstille og er noe utsatt for korrosjon. Den binære eutektiske legering av aluminium med 7,6% kalsium er også superplastisk, men kan ikke lett koldbearbeides p.g.a. dens sprøhet.

I henhold til et trekk ved den foreliggende oppfinnelse kan en aluminiumlegering inneholdende kalsium og sink, i forhold som er relativt nær til den .terniære eutektiske blanding, behandles for å utvikle nyttige superplastiske egenskaper når den støpes og bearbeides på en spesiell måte som vil bli beskrevet i det etterfølgende. "Bearbeidet" betyr i det etterfølgende at legeringen har vært utsatt for en eller flere av behandlingene så som valsing, trekking, ekstrudering eller smidning.

De superplastiske produkter fremstilt av disse legeringer utviser fordelaktige egenskaper så som lett vekt og utmerket krypresistens og overflatefinishegenskaper, slik som kjente superplastiske aluminiumlegeringer (sammenlignet med sinkbaserte legeringer, i tillegg er de lette å fremstille og gir en forbedret kombinasjon av korrosjonsmotstandsevne og koldbe-arbeidingsegenskaper (sammenlignet med kjente.superplastiske aluminiumlegeringer) .

I henhold til et annet trekk ved oppfinnelsen er det tilveie-brakt et nytt superplastisk legeringsprodukt dannet av en legering som i det vesentlige består av 2 - 8% Ca, 1,5 - 15% Zn og opptil 2% av hver av Mg, Si, Mn og Cu og opptil 1%' hver (totalt 2%) av andre elementer, idet resten utgj,øres av aluminium, og hvor produktet er særpreget ved at Ca-og Zn-innholdet er til stede i en mengde på minst 10 volum-% i form av dispergerte terniære Al-Ca-Zn partikler med en størrelse i området

0,05 - 2 um. Foretrukne øvre grenser for legeringsbestand-delene i legeringen er 7% Ca, 10% Zn, 1,0% Si, 1% Mn, 0,2% Cu, 0,2% Mg, 0,5% av (1,0% total) Fe, Ti, V, Cr, Zr og Sr, 0,25% av (1,0% total) for de andre elementer (innbefattende urenheter) .

Fortrinnsvis ligger forholdet mellom Ca og Zn innen koordinatene 2% Ca' og 8% Zn, 6% Ca og 8% Zn, 3% Ca og 3% Zn, og 7% Ca og 3% Zn.

I henhold til et ytterligere trekk ved op<p>finnelsen støpes

en legering med den ovenfor gitte sammensetning under beting-else som gir rask størkning slik at en vesentlig volumandel (vanligvis 10 - 30 volum-%) av fine eutektiske staver av minst en terniær Ca-Zn-Al intermetallisk forbindelse dannes under støpeoperasjonen, og hvilke staver har en midlere diameter på 0,05 - 1,5 pm. Ved bearbeidelse av den støpte masse vil de intermetalliske staver brytes opp til partikler med en midlere partikkeldiameter ( som definert i det etterfølgende) på mindre enn 2 um. Disse partikler bidrar til superplastisiteten av det bearbeidede produkt ifølge oppfinnelsen ved å bibeholde en fin kornstørrelse ved' formningstemperaturene.

Fortrinnsvis innbefatter bearbeidingstrinnet (valsing eller ekstrudering) koldbearbeiding for å gi en minst 60% reduksjon i tverrsnittet. De superplastiske legeririgsprodukter ifølge oppfinnelsen kan undergå betydelig deformasjon (ved blåsestøp-ning e.l.) ved en.formningstemperatur i området 300 - 600°C, vanligvis innen området 400 - 500°C.

Den vedlagte tegning viser grafisk brede og foretrukne Al-Ca-Zn-blandingsområder og viser forholdet for disse områder gjennom eutektikumet for det terniære Al-Ca-Zn-system.

Fremgangsmåten ved fremstilling av produkter som utviser superplastiske egenskaper fra de nevnte Al-Ca-Zn-legeringer innbefatter å underkaste de ovenfor nevnte legeringer visse behandlingstrinn. De vesentlige trekk av denne blanding kan forklares under henvisning til den vedlagte tegning. Det er funnet at for det terniære system Al-Ca-Zn, d.v.s. det system av legeringer som.omfatter en vesentlig del aluminium med kalsium og sink som de vesentlige legeringselementer så eksi-sterer det et eutektikum som er representert i tegningen av

linjen 10. Al-Ca-Zn-legeringer. med blandinger nær . dette eutektikum kan støpes til å gi en cellulær eutektisk struktur

innbefattende i en aluminiummatrise en vesentlig volumandel (10 - 30 volum-%, vanligvis 18 - 23 volum-%) av fine eutektiske staver av en eller flere Ca-Zn-Al interraetalliske for-bindelser, som dannes fra smeiten under støpéoperasjonen og hvilke staver haren midlere diameter på 0,05 - 1,5 um. Disse staver kan brytes opp til partikler med en gjennomsnittlig partikkeldiameter (som definert i det etterfølgende) i området 0,05 - 2 um. Det er antatt at denne intermetalliske fasen er (CaZn)Al2som adskiller seg fra sprøtt CaAl^-fasen som finnes i en binær Al-Ca-legering.

I den videste forstand kan superplastiske, smidde produkter fremstilles fra legeringer hvor forholdene mellom Ca og Zn ligger innenfor grensene definert av de stiplede linjer i rektangel 12, d.v.s. 2 - 8% Ca og 1,5 - 15% Zn. Selv om de beste superplastiske egenskaper utvises av legeringsprodukter med blandinger nær viste eutektikum så vil avtagede men dog nyttige superplastiske egenskaper oppnås med blandinger som ligger til venstre eller høyre for linjen 10, innen de vide grenser av rektangelet 12. Graden av den oppnålige superplastisitet avtar progressivt med synkende Ca-innhold, inn-til ved 2% Ca-innhold vil volumandelen av de intermetalliske partikler av Al-Ca-Zn bli for små til å tilveiebringe superplastisk oppførsel. En stigning i Ca-innholdet til høyre for linjen 10 fører til en tendens for uønsket dannelse av grove primære intermetalliske krystaller. Grove primære krystaller kan i en hvis grad undertrykkes ved å heve støpetemperaturen, men dette tiltak.blir meget vanskelig for blandinger inneholdende mere enn 8% Ca. Som indikert av den stiplede linje for rektangelet 14 så er den foretrukne øvre grense for Ca-innholdet 7%.

Legeringer inneholdende mindre enn 1,5% Zn kan bli superplastiske men de er meget sprø og har en tendens til kraftig oppsprekning ved bøying og/eller koldvalsing. Legeringer inneholdende mere enn 10 - 15% Zn kan også være superplastiske men utviser meget dårlig korrosjonsmotstandsevne. Variasjonen i superplastisitet (uttrykt som %-strekkforlengelse ved formingstemperatur) hvor sinkinnholdet er slik at

de beste superplastiske egenskaper oppnås ved blandinger

inneholdende mindre enn ca. 8,5% eller mere enn ca. 12,5%'Zn, og i lys av den nedsatte korrosjonsmotstand for legeringer med høyt sinkinnhold så foretrekkes et sinkinnhold i den nedre del av det vide området, hvilket gir en fordelaktig kombinasjon av superplastisitet og korrosjonsmotstandsevne. Som det ytterligere fremgår av rektangelet 14 er 10% den øvre foretrukne grense for sinkinnholdet. Det mest foretrukne området for Ca og Zn-forholdene, som gir den beste kombinasjon av superplastisk oppførsel, korrosjonsmotstandsevne og mot-standsevne mot sprekking ved koldbearbeiding eller bøying er det som.erdefinert av fig. ABCD i tegningen, d.v.s. legeringer hvor forholdene av Ca og Zn ligger innen koordinatene 2,0% Ca og 8,0% Zn, 6,0% Ca og 8,0% Zn, 3,0% Ca og 3,0% Zn, og 7,0% Ca og 3,0% Zn.

For et spesifikt sinkinnhold innen området 1,5 - 15% Zn og særlig innen området 3,0 - 8,0% Zn er det foretrukket at Ca-innholdet ligger innen 0,5% av Ca-verdien for det eutektiske minimum.

Bortsett fra Si, Mn, Cr, Cu, Zr og Sr, vil forurensninger og mindre tilsetninger av andre elementer ha en tendens til å gjøre den støpte eutektiske struktur grovere, og er således uønskelige. Generelt sagt er de øvre grenser for tilsetninger eller urenheter i legeringer egnet for utøvelse av foreliggende oppfinnelse 2% av hver av Mg, Si, Mn og Cu, andre elementer 1% av hver og 2% totalt. Fortrinnsvis er de øvre grenser som

følger:

Si, Mn opptil 1% for hver

Cu, Mg opptil 0,2% for hver

Fe, Ti, V, Cr, Sr opptil 0,5% for hver og.opp til 1%

totalt

Andre opptil 0,25% av hver og opp til 1%

totalt

De ovenfor foretrukne grenser er gitt for Cu og Mg fordi Mg-nivåer over 0,25% fører til sprekking ved koldvalsing, mens Cu-nivåer over 0,2% nedsetter korrosjonsmotstandsevnen.

En spesielt foretrukket legering er den som i det vesentlige består av Ca og Zn innen det områdeforhold som er definert av fig. ABCD og hvor alle tilsetninger og urenheter er holdt under de ovenfor gitte foretrukne maksimalverdier og. hvor resten utgjøres av aluminium.

Som ovenfor angitt vil Al-Ca-Zn-legeringene -med sammensetninger innenfor de brede eller foretrukne grenser som angitt ovenfor, være i stand til å utvikle en støpestruktur av fine eutektiske Ca-Zn-Al-intermetalliske staver, som ved bearbeidelse brytes opp til partikler som bibringer aluminiumproduktet superplastisitet. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen innbefatter trinn-ene å støpe Al-Ca-Zn-legeringen på en slik måte at det oppnåes den ønskede eller nødvendige støpestruktur og deretter bearbeide den støpte masse for å bryte opp stavene til de ønskede partikler ved fremgangsmåter i henhold til de som er beskrevet i norsk søknad nr. 74.1817.

Som angitt i denne søknad er den mest velegnede metode for fremstilling av s tavlignende, intermetalliske faser i en aluminiums-masse å støpe en eutektisk eller nær eutektisk legering, inn-arbeide legeringselementer som danner intermetalliske faser med aluminium ved størkning under valgte støpebetingelser for å gi en fin koblet vekststruktur. Dette fenomen er velkjent og er forklart i en artikkel av J.D. Livingston i Material Science Engineering, Vol. 7 (1971), s. 61-70.

Når den eutektiske Al-Ca-Zn-blanding støpes i barreform ved den direkte avkjølte, halvkontinuerlige støpeprosess eller støpes ved hjelp av en annen kontinuerlig eller halvkontinuerlig støpeprosess som innbefatter en høy størkningshastig-het vil det dannes en stavlignende eutektisk struktur.

For foreliggende oppfinnelses formål er det foretrukket at

de stavlignende faser ikke bør være innrettet med den støpte masses akse.

Følgelig kan barrer fremstilles ved konvensjonell, direkte

avkjølt halvkontinuerlig støping under betingelser valgt for

å sikre en koblet vekst av den intermetalliske fase i fine J

staver i en matrise bestående av det mere smidige aluminium, j Meget tilfredsstillende superplastiske produkter kan er-holdes under forutsetning av at den støpte masse fremstilles på en slik måte at den intermetalliske fase vokser i form av fine nærhverandre liggende staver som kan brytes opp ved den etterfølgende bearbeidning til å gi en jevn dispersjon av fine intermetalliske partikler som har en midlere diameter mindre enn 2 um. Disse partikler har en tendens til å bli noe grovere under den superplastiske formning, d.v.s. opptil, en midlere partikkelstørrelse på 3 u eller større. I mot-setningen til disse partikler dannet ved oppbrytning av den stavlignende Al-Ca-Zn eutektiske fase kan grove primære inter^metalliske partikler foreligge generelt i form av fasetterte polyhedra, som følge av kiming foran størkningsfronten underStøpning og kan i størrelse være fra ca. 3 pm og vanligvis opptil 10 um. Ved utøvelse av foreliggende oppfinnelse så anses den.støpte legering i det vesentlige å være fri for slike grove primære partikler når deres totalvolum er mindre enn 2%. Den midlere partikkeldiameter for partiklene dannes ved oppbrytning av stavene bestemmes ved å telle antall partikler som er tilstede i et enhetsareal i et fotomikrografi av et tverrsnitt, idet det sees bort fra grove, primære intermetalliske partiklerbg fine partikler som presbyteres fra den faste oppløsning. Slike grove og fine partikler kan lett igjen-kjennes av en erfaren metallurg. Den gjennomsnittlige partikkeldiameter er gitt av formelen:

hvor: d = partikkeldiameter

Np = antallet partikler pr enhetsareal, målt fra et fotomikrografi,

V = volumfraksjonen av de intermetalliske faser

målt ved punktanalyse av en metallografisk seksjon under anvendelse av visuell observasjon gjennom et mikroskop med et okular forsynt med et fin-masket, kvadratisk nettverk, se s. 165, 168 og

169 i den etterfølgende henvisning til Modin og Modin.

I

Den ovenfor nevnte formel er tatt fra H. Modin og S. Modin Metallurgical Microscopy, trans. G.G. Kinnané (London:

Butterworths, 1973), s. 164 og uttrykker størrelsen av partiklene uttrykt som diameteren for en kule med et tilsvarende volum. Diameteren for en forlenget partikkel dannet ved segmentering av en sylindrisk stav, uttrykt som ovenfor angitt, vanligvis større enn diameteren av staven fra hvilken den er dannet. Da det ikke er noe krav at de koblede faser (de intermetalliske staver) skal være rettet i en enkelt retning er det unødvendig å undertrykke dannelse av eutektisk cellulær vekst (forårsaket av segresjon av urenheter) og derfor kan aluminiummetall av kommersiell renhet anvendes ved fremstilling av den ,støpte legering. Denne cellulære eller "koloni" størkningsmekanikk gir ikke-rettede intermetalliske staver. Ved fremstilling av den. støpte legering bør.metallet støpes under slike betingelser at i det vesentlige ingen kjærnedannelse av intermetalliske bestanddeler finner sted i det smeltede metall foran fronten mellom flytende metall og fast metall, d.v.s. at den støpte legering i det vesentlige er fri for grovere primærpartikler. Størkningshastigheten (avsetningshastighetén av fast metall i en retning i det vesentlige perpendikulær på størkningsfront-en) bør være minst 1 cm/min. for å oppnå vekst av den stavlignende, intermetalliske fase. Barrer med de ønskede egenskaper kan fremstilles ved en konvensjonell direkte avkjølt ("D.C.")kontinuerlig støpeprosess hvor kjølemidlet påføres direkte på overflaten av barren når denne kommer ut av en åpenendet form eller ved hjelp av tvilling-valsestøpeprosesser så som "Hunter-Engineering" prosessen hvor smeltet metall trekkes ut fra et munnstykke og størkner mellom et par kraftig avkjølte valser. Ikke-tilfredsstillende strukturer fremstilles ved sandstøpning og permanentformstøpning eller andre prosesser som gir en ikke-jevn mikrostruktur. D.C.-støpe-prosessen, spesielt når det anvendes en "hot-top"-støpeform i'forbindelse med en glassdukfordeler gir relativt stabile betingelser i nærheten av størkefronten, mens det størknede metall underkastes en kraftig avkjøling ved påføring av et kjølemiddel på overflaten av barren som kommer ut av formen. Dette gjør det mulig å oppnå den ønskede høye størkningshastig-het som er nødvendig for koblet vekst av metallmatrisen og den intermetalliske fase ved at det dannes en steil termisk gradient i den umiddelbare nærhet av størkningsfronten hvor-ved det unngås vekst av grove primære intermetalliske partikler. •Når den støpte legering deformeres ved bearbeidelse vil de intermetalliske staver ha en tendens til å brekke jevnt langs deres lengde og danner noe forlengede partikler med relativt jevn størrelse,. Disse partikler utviser en tendens til å dis-pergere seg jevnt i den smidige metallmatrise under den etter-følgende deformering av barren. Forholdet mellom lengde og diameter for størstedelen av partiklene dannet ved desinte--grering av de intermetalliske staver ligger i området 1:1 til 5:1. I motsetning til dette er den gjennomsnittlige lengde av de stavlignende intermetalliske fase i den støpte legering vanligvis mere enn 100 ganger deres diameter.

Når det således er støpt en legering med den'nødvendige struktur kan den nødvendige nedbrytning av den sprø, intermetalliske fase til dispergerte partikler med en midlere diameter på mindre enn 2 um (beregnet i henold til den tidligere gitte formel) oppnås ved enten varm og/eller kold bearbeiding av den støpte legering på forskjellige måter. En reduksjon på minst 60% er krevet for å oppnå den nødvendige dispergering av partiklene dannet ved.oppbrytning av de intermetalliske staver. Ved fremstilling av et valset ark egnet for en etter-følgende superplastisk deformasjon er det foretrukket at en vesentlig del av tykkelsesreduksjonen av den opprinnelige barre skjer ved varmevalsing, men det er også foretrukket å anvende en etterfølgende koldvalseopperasjon. Generelt sagt er det foretrukket at bearbeidingstrinnet innbefatter en av sluttende koldbearbeidning tilsvarende minst ca. 60% tykkelses-reduks jon ved koldbearbeidingen.

Med betegnelsen "koldbearbeidning" må det forstås at legeringen underkastes bearbeiding ved en temperatur under 250°C.

Forvarming før varmevalsing bør holdes ved et minimum. Varm- ;

valsetemperaturer på 400 - 500°C er funnet tilfredsstillende og anvendelse av lavere valsetemperaturer(innen det gitte området) vil ha en tendens til å forhindre partikkelvekst. En etterfølgende koldvalsing kan utføres uten noen mellomliggende herdning og ingen behandling er nødvendig etter koldvalsing fordi det koldvalsede ark har den nødvendige superplastiske mikrostruktur.

Typiske betingelser for superplastiske formning til ønsket form fra et arklegeringsprodukt ifølge oppfinnelsen er som følger: arktykkelse 1 mm, temperatur 450°C presstrykk 5,25 kp/c~ m 2, tid 2 min. Arkene forvarmes vanligvis, eksempelvis til 450°C for å sikre en jevn temperaturf ordeling., men vel-lykket formning kan også oppnås ved å utgå fra kolde ark som oppvarmes i stilling i formningsapparatet.

Legeringsproduktene ifølge.oppfinnelsen, eksempelvis etark kan formes superplastisk ved blåsestøpning under anvendelse av utstyr og teknikker som er kjent og anvendt for forming av andre superplastiske legeringer ved passende temperaturer innen det ovenfor angitte området. De mekaniske egenskaper ved romtemperatur for'de således erholdte produkter varier-er i en hvis grad, avhengig av tiden og temperaturen under formningsoperasjonen (forøkelse i formingstid og temperatur nedsetter flytegrensen og endelig bruddstyrke og forøker for-lengelsen) typiske egenskaper er som følger: 0,2% flytegrensen, 1480-1900 kp/cm 2 , endelig bruddstyrke 1760-1970 kp/cm 7, forlengelse (5 cm) 13 - 19%. Disse egenskaper tillater konvensjonell koldformning etter superplastisk formning.

Krypmotstandsevnén for legeringsproduktene ifølge foreliggende oppfinnelse er funnet å være som for andre aluminiumlegeringer, d.v.s. meget bedre enn sinkbaserte legeringer. I tillegg utviser foreliggende produkter god korrosjonsmotstandsevne bestemt ved nøytral saltpåsprøytning og springvann-graveforsøk.

Oppfinnelsen illustreres av de følgende eksempler:

I

Eksempel 1

En legering inneholdende 5,0% Ca, 4,8% Zn ble fremstilt fra superrent aluminium og Ca og Zn av kommersiell "renhet og støpt i form av en direkte avkjølt barre med dimensjonen 95 mm x 229 mm under anvendelse av en glassduksikt i formen. Støpehastig-heten var 102 mm/min. og støpetemperaturen 700°C. Barren ble avskrapet 6 mm på hver overflate, varmvalset ved 490°C til en tykkelse til 6 mm og deretter koldvalset til en endelig tykkelse på 1 mm eller 0,6 mm. Det erholdte ark var superplastisk i temperaturområdet 4 50°C - 500°C, slik som bestemt ved de

følgende målinger:

1) Forlengelseshastighet-følsomindeksen "m", verdier på 0,3 ble erholdt både ved 450°C og 500°C målt ved varmestrekkfor-søk for prøvestykker med en innspenningslengde på 51 mm oa mer en initial forlengelseshastighet på 2 x 10 — 3 s.—1 (2) Bruddforlengelsesverdier på 232% og 267% ble målt ved hen-holdsvis 450°C og 500°C under anvendelse av prøvestykker med en lengde på 50 mm, bestemt ved en deformasjonshastighet på 3 x 10 ^ s. ^. (3) Former så som halvkuleformede kupler ble formet ved 450°C ved hjelp av lavtrykksluftforming: eksempelvis et ark

2 med en tykkelse på 0,6 mm ble formet ved trykk på 1,4 kp/cm ved 450°C til en kuppel i løpet av 50 s.

Eksempel 2

En legering inneholdende 4,94% Ca, 5,25% Zn ble fremstilt fra aluminium av kommersiell renhet inneholdende 0,16% Fe og 0,07% Si og anvendt kalsium og-.sink- var av kommersiell, type. Legeringen ble støpt i form av enl27 mm x 508 mm x 1016 mm D.C.-barre under tilsvarende betingelser som de beskrevet i eksempel 1. 9 mm av hver flate av barren ble avfrest, hvoretter denne

ble varmvalset til en tykkelse på 6 mm og deretter koldvalset til forskjellige endelige tykkelser i området 1,5 mm og 0,38

mm. Dette ark utviste superplastisk oppførsel. Deformasjons-hastighetsfølsomindeks m ble målt ved hjelp av en blåsestøpe-teknikk, slik som beskrevet av Belk, Ing. J. Mech. Sei., Vol. , 17, s.505 (1975). Verdier av m i området 0,26 - 0,37 ble funnet over det undersøkte prøvetemperaturområdet nemlig 375 - 525°C.

Etter superplastisk forming ved 450°C utviste denne legering ved romtemperatur de følgende mekaniske egenskaper:

Eksempel 3

Legeringer inneholdende ca. 5% Ca, 5% Zn og forskjellige tilsetninger av et tredje element (idet resten ble utgjort av aluminium av kommersiell renhet) ble støpt i form av 89 mm x 229 mm D.C.-barrer og ark ble fremstilt slik som beskrevet i eksempel 1. Sammensetninger og verdier for den prosentvise forlengelse og m ved 450°C for disse legeringer er gitt i den etterfølgende tabell I.

Eksempel 4

En legering inneholdende 5,0% Ca og 5,0%- Zn og. hvor resten

ble utgjort av aluminium av kommersiell renhet, ble støpt i form av en ekstrudert D.C.-barre i form av en sylinder med diameter .178 mm under anvendelse av tilsvarende betingelser som gitt i eksempel 1. Barren ble foroppvarmet til ca. 500°C og ekstrudert til en rørformet del med en ytre diameter på 33 mm og en indre diameter på 25 mm. Denne delen ble koldtrukket til et rør med en ytre diameter på 25 mm og en indre diameter 21 mm. Dette koldtrukne røret utviste superplastisk oppførsel

ved 450°C, vist ved rørets evne til å ekspandere i en form under anvendelse av trykkluft med et trykk på kun 5,6 kp/cm<2>

i løpet av en tidsperiode på 15 min.<0>

Eksempel 5 -

En legering inneholdende 4,0% Ca og 4,0% Zn og hvor resten utgjordes av aluminium av kommersiell renhet ble støpt i form av en 89 mm x 229 mm D.C.-barre og valset ned til et metallark på samme måte som beskrevet i eksempel 1. Strekkforsøk ble utført ved 4 50°C under anvendelse av prøvestykker med en innspenningslengde på 25,4 mm. Ved en deformasjonshastighet

— 3—1

på 1,67 x 10 s. ble det oppnådd en forlengelse på 226% hvilket indikerer denne legerings superplastiske natur.

Eksempel 6

En legering inneholdende 4,94% Ca og 5,25% Zn ble fremstilt

av aluminium av kommersiell renhet inneholdende 0,16% Fe og 0,07% Si, det anvendte kalsium og sink var av kommersiell renhet. Legeringen ble støpt i form av en 127 mm x 508 mm x 1016 mm D.C.-barre under anvendelse av tilsvarende betingelser som de beskrevet i eksempel 1. Hver side av barren ble avfrest 9 mm hvoretter denne ble varmevalset til en tykkelse på 6 mm. Strekkprøvestykker'utskåret fra den erholdte plate ble undersøkt ved 450°C ved en deformasjonshastighet på -2-1

3 x 10 s. , og det blé oppnådd en forlengelse på 408 % uten

, brudd hvilket bekrefter det varmvalsede produkts superplastiske natur.

j

i Eksempel 7

Prøver av den 6 mm.tykke varmvalsede plate som fremstilt i henhold til eksempel 6 ble banket til stykker (eller "slugs") med en diameter på 31,8 mm. Disse ble støtekstrudert ved romtemperatur til sylindriske kopper med en diameter på 31,8 mm og med en lengde på ca. 100 mm. Disse kopper utviste superplastisk oppførsel hvilket fremgår av det faktum at de kunne ekspanderes til komplekse former ved 4 50°C under anvendelse av trykkluft ved 4,2 kp/cm 2.

Eksempel 8

Legeringene vist i den etterfølgende tabell III ble støpt som 89 mm x 229 mm D.C.-barrer som ble varmvalset til en tykkelse på 6 mm og deretter koldvalset til en tykkelse på 1 mm. Strekkforsøk ble utført ved 450°C ved en deformasjonshastighet på 5 x 10 -3 s. -1 og den målte forlengelse vist i tabell II:

Av disse resultater fremgår det at mens 1% Ca er utilstrekkelig til å bibringe superplastiske egenskaper vil tilsetninger av 3,5% og 5,0% Ca i forbindelse med 5% Zn bibringe superplastisk oppførsel og den sistnevnte blanding er overlegent best og har en sammensetning som er nær det eutektiske minimum 10 i tegningen.

Eksempel 9

Legeringer med den i tabell III angitte sammensetning (resten aluminium av kommersiell renhet) ble støpt som angitt i eksemp el 1 og ble valset til ark med en tykkelse på 1 mm. Arket ble underkastet bøyeforsøk ved romtemperatur og strekkforsøk ved 450°C. Resultater fra bøyeforsøk hvor spindelen med den minimale radius over hvilke prøvestykkene kunne bøyes uten sprekking er angitt i tabellen. Disse viser at høyere sinknivå-er er assosiert med mindre bøyningsradiuser, d.v.s. de er mindre sprø. Høytemperaturstrekkforsøk ga forlengelsesverdier som viste at legeringene er superplastiske.

Claims (9)

1. Superplastisk aluminiumslegeringsprodukt, karakterisert ved at det i det vesentlige består av 2,8% Ca, 1,5 - 15% Zn og ikke mere enn 2% av hver av Mg,Si, Mn og Cu, og ikke mere enn 1% av hver (men ikke mer enn 2% totalt) av andre elementer og hvor resten utgjøres av Al, idet produktet omfatter et legeme av legeringen som innbefatter minst 10 volum-% av Ca-Zn-Al-intermetalliske partikler med en midlere partikkeldiameter i området 0,05 - 2 pm, idet partiklene er fragmenter av fine eutektiske Al-Ca-Zn-intermetalliske staver som dannes ved støpning og som er brutt opp ved bearbeiding.

2. Superplastisk aluminiumsprodukt ifølge krav 1, karakterisert ved . at det inneholder 2 - 7% Ca og 1,5 - 10% Zn.

3. Superplastisk aluminiumprodukt ifølge krav 2, karakterisert ved at andre elementer eventuelt er til stede i de følgende mengder: Mg 0 - 0,2% Cu 0 - 0,2% Si 0 - 1,0% Mn 0 - 1,0% Fe, Ti, V, Cr, Zr og Sr hver 0 - 0,5% (0 - 1,0% totalt) Andre elementer 0 -1,0% totalt (0,25% maks. for et enkelt element) Al ad 100%

4. Aluminiumlegeringsprodukt ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at den består av (a) Ca og Zn innen koordinatene 2,0% Ca og 0,0% Zn, 6,0% Ca og 8,0% Zn, 3,0% Ca og 3,0% Zn, og 7% Ca og 3,0% Zn, (b) ikke mere enn 1,0% av hver av Si og Mn, ikke mere enn 0,2% av Cu eller Mg, ikke mere enn 0,5% av hver av (ikke mer enn 1% totalt) av Fe, Ti, V, Cr, Zr og Sr, ikke mere enn 0,25% av hver (og ikke mer enn 1% totalt) av andre elementer, . (c) Al ad 100%.

5. Aluminiumlegeringsprodukt i henhold til kravene 1-4, karakterisert ved at i forhold til Zn-innholdet ligger Ca-innholdet innen 0,5% av verdien for Ca-innholdet ved det eutektiske minimum.

6. Fremgangsmåte ved fremstilling av et superplastisk aluminiumprodukt ■ ifølge kravene 1-5, karakterisert ved (a) støpe en legering som i det vesentlige består av 2 - 8% Ca, 1,5 - 15% Zn, ikke mere. enn 2% av hver av Mg, Si, Mn og Cu og ikke mere enn 1,0% av hver (og ikke mere enn 2% totalt), av andre elementer og hvor resten utgjøres av Al tii å gi en støpt masse som innbefatter, i en aluminiummatrise, fine eutektiske Ca-Zn-Al intermetalliske staver dannet fra smeiten under støpe-operasjonen, og (b) bearbeide den støpte masse for å bryte opp stavene til partikler med en midlere partikkeldiameter mindre enn 2 um.« I <!>

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at det støpes en legering som ikke inneholder mere enn 7% Ca og hvor Zn-innholdet ikke er mere enn 10%.

8. Fremgangsmåte ifølge kravene 6 eller 7 karakterisert ved at det støpes en legering hvor bestand-delene bortsett fra Ca og Zn ligger under de følgende maksimalverdier, ikke mer enn 1,0% av Si og Mn, ikke mere enn 0,2% av hver av Cu og Mg, ikke mer enn 0,5% av hver (ikke overstig-ende 1% total) av Fe, Ti, V, Cr, Zr og Sr ikke mere enn 0,25% av hver og ikke mere enn 1% totalt av andre elementer, og hvor resten utgjøres av Al.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at det støpes en legering hvori Ca- og Zn-innholdet ligger innen koordinatene 2,0% Ca og 8,0% Zn, 6,0% Ca og 8,0% Zn, 3,0% Ca og 3,0% Zn og 7,0% Ca og 3,0% Zn.