NO854266L - Fremgangsmaate til kaldflytpressing av aluminium eller aluminiumlegeringer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til kaldflytpressing av sluminium eller aluminiumlegeringer, hvorved man som rondell anvender et råemne.

Kjente fremgangsmåter til flytpressing skiller seg fra hverandre når ' det gjelder gjennomføring, spesielt ved utgangsmaterialene som velges, nemlig'aluminium eller naturlig harde (blandkrystall-herdede) legeringer samt legeringer som lar seg herde ved utfellinger.

Ren aluminium og ikke-herdbare aluminiumlegeringer flytpresses utelukkende i tilstanden "mykglødet". Tilstanden "mykglødet" beskriver tilstanden med lavest fasthet.

Deformasjonsevnen for materialet bestemmes ved hjelp av kjente prøvefremgangsmåter (trykk-, trekke- og torsjons-forsøk) og bestemmes i det vesentlige ved følgende para-metre. Deformasjonsevnen synker med økende andel legerings-elementer, samt med stigende andel utfellingsherdende faser. Deformasjonsgraden synker også i tilfeller hvor materialet på forhånd er deformasjonsherdet, f.eks. ved kaldvalsing, trekking o.l. Til sist synker deformasjonsgraden også avhengig av den tilstedeværende struktur. Av denne anvendes støpelegeringer overhodet ikke til kaldflytpressing.

Et unntak utgjør legeringer av typen AlMgSi. Fra "Aluminium-Taschenbuch", 14. opplag, 1984, side 472, er det kjent å forarbeide AlMgSi-legeringer i tilstanden "nylig bråkjølt" eller "utskillingsherdet i kald tilstand" ved kaldflytpressing. Grunnen til dette er at disse legeringene etter en løsningsglødning og en bråkjøling ikke er vesentlig fastere enn i tilstanden "mykglødet". Heller ikke deformerbarheten avtar sterkt. AlMgSi-legeringer viser ingen spesielt utpreget kaldutskillingsherding. Fastheten av disse legeringene øker ikke sterkt ved kaldutskillingsherding, i motsetning til andre utskillingsherdbare legeringer, f.eks. av typen AlCuMg eller AlZnMgCu.

Naturharde legeringer av typen AlMg, med et legeringsinnhold på 2 til 3 vekt-% magnesium, bearbeides bare når det er tvingende nødvendig, siden deformasjonsevnen sammenlignet med ren aluminium er betydelig forringet (K. Mayerhofer "Kaltfliesspressen von Stahl und NE-Metallen", 1983, side 29, 30).

Som eksempel på legeringer som bare flytpresses i tilstanden "mykglødet", kan ifølge "Aluminium-Taschenbuch", 14. opplag, 1984, sidene 471, 472 og K. Mayerhofer "Kaltfliesspressen von Aluminium und NE.Metallen", 1983, sidene 30, 31, AlCuMgl og AlZnMgCuO,5 nevnes. Som grunn for dette angis den lave deformasjonsevnen for de utfellingsherdbare legeringene.

Ulemper ved kjente, fra utfellingsherdbare legeringer i tilstanden "mykglødet" fremstilte flytpressingsdeler er den ofte utilstrekkelige fastheten, samt det faktum at bare tykkveggede gjenstander kan fremstilles. For å oppnå en høyere fasthet blir de flytpressede delene deretter be-handlet med en ytterligere varmebehandling ved løsnings-glødning og bråpkjøling, samt eventuelt etterfølgende kald-og/eller varm-utlagring. På tross av denne relativt omfattende etterbehandlingen ligger fasthetsverdiene for gjenstandene normalt fremdeles under verdiene for stang-presset eller smidd materiale. Videre er det en ulempe at det ved bråkjøling etter løsningsglødningen ofte kan komme til en forvridning av materialdelen, slik at et ekstra opprettingstrinn er nødvendig, hvilket fordyrer fremgangsmåten i betydelig grad.

Av de ikke-utfellingsherdbare materialene anvendes spesielt ren aluminium på grunn av den lave fasthetsverdien og de dertilhørende gode deformasjonsegenskapene. Ved foreliggende oppfinnelse skal det tilveiebringes en fremgangsmåte hvorved fasthetsverdiene for flytpressingsdeler av ren aluminium og aluminiumlegeirnger forbedres, uavhengig av fremstillingen og behandlingen, samtidig som gode deforma-sjonsegenskaper oppnås, uten at de gunstige kostnadsfor-holdene ved kaldflytpressing påvirkes i negativ retning. Det tilstrebes også å fremstille formlegemer som tidligere ikke har latt seg fremstille ved kaldflytpresing ved denne fremgangsmåten.

Oppfinnelsen angir, avhengig- av de anvendte aluminium-materialene, tre alternative fremgangsmåter til fremstilling av legemer ved kaldflytpressing, disse beskrives i detalj ved de karakteristiske trekk i patentkravene 1 til 3.

Bedømmelsen av deformerbarheten foregår ifølge teknikkens stand ved de vanlige prøvefremgangsmåtene for massivt formede legemer (trekke-, kompresjons- og torsjonsforsøk). Herved går man ut fra at alt etter den for et bestemt materiale oppnådde deformasjonsverdien er det også forbundet en maksimal deformerbarhet for det aktuelle materialet.

Herav følger også den slutning at for å oppnå høyere deformasjonsgrad må enten materialer med opprinnelig høyere deformasjonsverdier velges, eller materialer med opprinnelig lavere deformasjonsverdier må etterbehandles for å oppnå en økning av formendringsevnen, f.eks. ved mykglødning. Som eksempel på de førstnevnte materialene kan ren aluminium nevnes. Ren aluminium har f.eks. i trekkforsøk ca. 401 tøyningsevne, flytpressdeler fremstilt fra ren aluminium oppviser ifølge teknikkens stand en deformasjonsevne på over 90%.

Vanlige plastiske legeringer, f.eks. AlCuMg-legeringer, har i fullstendig utskillingsherdet tilstand en maksimal deformasjonsevne i trekkfcrsøk på 10 til 15%. Uten en foregående mykglødning kan man herfra ifølge teknikkens stand ved direkte fremgangsmåte bare oppnå flytpressingsdeler med en deformasjonsgrad på ca. 30%.

Oppfinnelsen angir derimot en fremgangsmåte hvorved mye høyere deformasjonsgrader kan oppnås, spesielt med utgangspunkt i legemer av aluminium eller aluminiumlegeringer som opprinnelig har de laveste deformasjonsverdiene, uten at det før kaldflytpressingen f.eks. må mykglødes.

Oppfinnelsen beror på den oppdagelse at deformasjonsevnen for alle aluminiummaterialer kan forhøyes i betydelig grad ved en hydrostatisk trykkspenningstilstand overlagret belastningen. Jo lavere deformerbarheten for utgangs-materialet er, jo høyere må den anvendte hydrostatiske trykkandelen være ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

I motsetning til teorien ifølge teknikkens stand kan man tiloppnåelse av den høyeste deformasjonsgraden ved flytpressingsfremgangsmåten også anvende slike materialer som Sr-

opprinnelig bare "oppviser svært lave derformasjonsverdier, f.eks. fullstendig utfellingsherdede AlCuMg-legeringer.

Spesielt gjelder dette også for legeringer i støpet tilstand, spesielt for legeringer med høyt silisiuminnhold og materialer som er fremstilt ved pulvermetallurgiske fremgangsmåter, som ifølge teknikkens stand forkastes fullstendig med hensyn til flytpressingsfremgangsmåten på grunn av sin sprøhet.

Ved anvendelsen av fullstendig utfellingsherdede råemner kan man oppnå fasthetsverdier som ligger betydelig over verdiene for flytpressede og deretter varmebehandlede deler av mykglødede råemner.

På grunn av den ifølge teknikkens stand herskende teori er det fullstendig uventet at slike sprøve aluminiummaterialer overhodet lar seg kald-deformere, når man ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen også oppnår betydelige forhøyede fasthetsverdier er dette fullstendig overraskende.

Med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan man oppnå deformasjonsgrader på langt over 90%. Når det i foreliggende oppfinnelse tales om høye deformasjonsgrader forstås deformasjonsgrader over 60%.

Ved siden av de betydelige forbedrede mekaniske egenskapene som oppnås i deler fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, ligger en betydelig ekstra fordel i den forbedrede kostnadssituasjonen for fremgangsmåten. De ved de tidligere fremgangsmåtene til flytpressing nødvendige mykglødnings- og deretter herdebehandlingstrinnene faller nemlig bort, samt eventuelt, opprettingen av deler som er deformert ved utfellingsherdingen.

Med muligheten for også å deformere aluminiumlegeringer med høyt sislisiuminnhold (støpelegeringer) ved kaldflytpressing oppstår videre nye anvedelsesområder, som er betinget av de spesielle egenskapene for disse legeringene (meget høy slitestyrke, høy varmefasthet, liten varmeutvidelse).

Ved fremgangsmåten ifølge opfinnelsen kan man også anvende aluminium-litium-legeringer, som utpeker seg ved en spesielt høy fasthet og en spesielt høy elastisitetsmodul. Slike materialer utpeker seg fremfor alt ved en lav spesifikk vekt, derved oppstår flere anvendelsesområder.

Ved bearbeidelsen av pulvermetallurgisk fremstilte aluminiummaterialer oppnår man ved oppfinnelsen flere fordeler, disse kommer spesielt til uttrykk ved den høye korrosjons-bestandigheten, den meget høye varmefastheten og slite- styrken og alt etter legeringen den forhøyede elastisitets-modulen. Også i denne forbindelse oppnås ifølge oppfinnelsen nye anvendelsesområder.

Tilsvarende fordeler oppnås i det vesentlige også for naturhårde legeringer.

Såvidt fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vedrører rondeller som umiddelbart er utvunnet fra støpestykket og deretter varmebehandlet, så forstås herved en mykglødning og en varmebehandling i form av en homogenisering. Varmebehandlingen kan imidlertid også bestå i en løsningsglødning med etterfølgende bråkjøling samt etterfølgende kald-og/eller varmutlagring.

Det samme gjelder også for de pulvermetallurgiske materialene.

For samtlige andre aluminiummaterialer kommer ved siden av den ovenfor nevnte varmebehandlingen før kaldflytpressingen, alternativt eller i tillegg, også en deformasjonsherding på tale. Denne deformasjonsherdingen kan f.eks. oppnås ved stangpressing, flytpressing, smiing og/eller valsing.

Slike forbehandlings-fremgangsmåter før kaldflytings-pressingen reduserer deformasjonsverdien for aluminium-materialet, men muliggjør likevel forhøyede deformasjonsgrader ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for å oppnå forhøyet fasthet.

Andre trekk ved oppfinnelsen beskrives i patentkravene samt i de øvrige søknadsunderlagene.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med utgangspunkt i noen utførelseseksempler.

Det anvendes en legering av typen AlMgSiO,5 (AA 6060). Råemnet fremstilles på følgende måte: Fra en rund barre fremstilt ved stangstøping fremstilles en rund stav ved stangpressing, denne avkjøles fra temperaturen for stangpressingen ved luft fra en vifte. Deretter varmeutlagres stangen. Fra den fremstilte stangen sages det råemner som har en diameter på 26,3 mm og en høyde på 14,2 mm.

For referanseeksemplene mykglødes råemnene i tillegg i 4 timer ved 360°C, og avkjøles deretter langsomt. Tilstanden "deformasjonsherdet" tilveiebringes ved stangpressingen.

Deretter bestemmes fasthetsverdiene for råemnene, nærmere bestemt flytgrensen, den maksimale strekkfastheten og bruddforlengelsen ved strekkforsøk.

Verdien er, på samme måte som verdiene for mantler fremstilt fra råemnene ved flytpressing, gjengitt i tabell 1. De angitte verdiene vedrører mantler med en deformasjonsgrad på 92% .

Deretter løsningsglødes de flytepressede formlegemene i referanseeksemplene, (7 minutter ved 525°C), deretter bråkjøles de og varmeutlagres (10 timer ved 180°C), for å oppnå en fasthetsforhøyelse.

De maksimale fasthetsverdiene som kan oppnås ifølge teknikkens stand ligger under verdiene for råemnene som etter varmeutfellingsherdingen ikke mykglødes mer, som det fremgår av tabell 1.

På tross av den allerede ekstremt høye fastheten for disse råemnene kaldflytpresses de deretter ved en deformasjonsgrad på nok en gang 92%. Derved opnås nok en betydelig fasthets- økning. Fasthetene som er angitt i tabell 1 ligger ca. 100

<N/mm2>over ^ e maksimale fasthetsverdiene som kan oppnås for gjenstander fremstilt på konvensjonell måte med samtidig drastisk kostnadsreduksjon.

Slike høye fasthetsverdier kan ved fremgangsmåter ifølge teknikkens stand bare oppnås med langt høyere legerte materialer ved svært mye høyere produksjonskostnader (foregående varmebehandling og etterfølgende utfellings-herding). I dette tilfellet lar ifølge teknikkens stand visse former seg ikke lenger fremstille.

Tilsvarende forbedringer av egenskapene, spesielt høye fastheter, kan også oppnås ved en rondell som umiddelbart er utvunnet fra et støpestykke og evnetuelt deretter varmebehandlet, som kaldflytpresses ved tilsvarende høye deforma-s jonsgrader.

Til slutt oppnås også de omtalte fordelene for legemer av aluminium- eller aluminiumlegerigner, for legemene fremstilles fra en rondell som er dannet av et pulvermetallurgisk fremstilt materiale ved etterfølgende kaldflytpressing.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av svært faste og/eller svært slitesterke legemer med høy deformasjonsgrad fra aluminium eller ikke-utfellingsherdende aluminiumslegeringer, karakterisert ved at legemene fremstilles a) fra en rondell som umiddelbart er utvunnet fra et støpestykke og eventuelt deretter varmebehandlet, b) fra en, unntatt ifølge a) fremstilt, eventuelt etterbehandlet rondell av en Si-holdig aluminium-legering, eller c) fra en, unntatt ifølge a) fremstilt, eventuelt etterbehandlet, unntatt en ved mykglødning etterbehandlet rondell, unntatt en legering av typen ifølge ved kaldflytpressing.

2 . Fremgangsmåte til fremstilling av meget faste og/eller meget slitesterke legemer med høy deformasjonsgrad fra utfellingsherdbare aluminiumlegeringer, hvor legemet fremstilles a) fra en rondell som umiddelbart er utvunnet fra et støpestykke og eventuelt deretter varmebehandlet, b) fra en, unntatt ifølge a) fremstilt, eventuelt etterbehandlet rondell av en legering av typen Al-Li, Al-Si eller Al-Zn, eller c) fra en, unntatt ifølge a) fremstilt, eventuelt etterbehandlet, unntatt en ved mykglødning etterbehandlet rondell av en legering, unntatt typene ifølge b) ved kaldflytpressing.

3 . Fremgangsmåte til fremstilling av meget faste og/eller meget slitesterke legemer med høy deformasjonsgrad av aluminium eller aluminiumlegeringer, karakterisert ved at. legemet fremstilles fra en rondell av et pulver-raetallurgisk fremstilt materiale ved kaldflytpressing.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3 til fremstilling av meget faste og/eller meget slitesterke legemer med en deformasjonsgrad høyere enn 90%.

5 . Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4 til fremstilling av meget faste og/eller meget slitesterke tynnveggede hul-legemer.

6 . Anvendelse av en rondell ifølge et av kravene 1-3, til fremstilling av meget faste og/eller meget slitesterke legemer med høy deformasjonsgrad ved kaldflytpressing.

7 . Fremgangsmåte til flytpressing av aluminium og aluminiumlegeringer, karakterisert ved at en rondell etter fremstillingen ved stangpressing, flytpressing, smiing, valsing, støping eller en hvilken som helst fremgangsmåtekombinasjon kaldflytpresses i deformasjonsherdet tilstand.

8 . Fremgangsmåte til flytpressing av aluminium og aluminiumlegeringer hvor den rondell fremstilles ved stangpressing, flytpressing, smiing, støping og/eller valsing og eventuelt flytpresses etter er varmebehandling, karakterisert ved at rondellen kaldflytpresses i denne tilstanden.

9 . Fremgangsmåte til flytpressing av aluminium og aluminiumlegeringer under anvendelse av en rondell, karakterisert ved at rondellen flytpresses i støpe-tilstanden.

10. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at rondellen består av en legering av typen AlCuMg, AlZnMg, AlZnMgCu og kaldflytpresses etter en løsningsglødning og bråkjøling.

1 1 . Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at rondellen løsningsglødes og bråkjøles før kaldflytpressingen.

12 . Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at rondellen kaldutlagres etter bråkjølingen og før flytpressingen.

13 . Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at rondellen varmutlagres etter bråkjølingen og før flytpressingen.

14 . Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at rondellen kald- og varmutlagres etter bråkjølingen og før flytpressingen.

15 . Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den flytpressede gjenstanden kald- og/eller varmutlagres.

16 . Anvendelse av en rondell i deformasjonsherdet tilstand til kaldflytpressing av aluminium og aluminiumlegeringer.

17 . Rondell til gjennomføring av fremgangsmåten ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den kaldflytpresses i tilstanden "deformasjonsherdet".