PL194727B1

PL194727B1 - Sposób obróbki stopu aluminiowego zawierającego magnez i krzem

Info

Publication number: PL194727B1
Application number: PL99350041A
Authority: PL
Inventors: Ulf Tundal; Reiso Oddvin
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2007-06-29
Also published as: CN1123644C; SK11482001A3; IL144469A; PT1155156E; IS6043A; NO20013782L; ES2196793T3; KR20010108179A; US6602364B1; EP1155156B1; CZ20012906A3; SI1155156T1; JP2002536551A; IL144469A0; CA2361380C; UA71949C2; EA200100885A1; ATE237700T1; SK285690B6; WO2000047789A1

Abstract

1. Sposób obróbki stopu aluminiowego zawierajacego od 0,5% do 2,5% wagowo mieszaniny dodatków stopowych magnezu i krzemu, o stosunku molowym Mg/Si od 0,70 do 1,25, dodatkowa ilosc Si równa w przybli- zeniu 1/3 ilosci Fe, Mn i Cr znajdujacych sie w stopie, wyrazona w procentach wagowo, inne pierwiastki stopo- we i nieuniknione zanieczyszczenia oraz reszte w postaci aluminium, który po ochlodzeniu poddaje sie homo- genizacji, wstepnemu grzaniu przed wyciskaniem oraz starzeniu, przy czym starzenie odbywa sie po wyciskaniu jako dwuetapowa procedura starzenia, z podgrzewaniem do koncowej temperatury utrzymywanej w przedziale temperatur od 160°C do 220°C, znamienny tym, ze starzenie stopu zawiera pierwszy etap, w którym wyciska- ny profil podgrzewa sie, przy predkosci nagrzewania powyzej 100°C na godzine, do temperatury w zakresie od 100°C do 170°C, i drugi etap, w którym wyciskany profil podgrzewa sie, przy predkosci nagrzewania pomiedzy temperatura 5°C a 50°C na godzine, do koncowej utrzymywanej temperatury, przy czym calkowity cykl starzenia stopu odbywa sie w przedziale czasu od 3 do 24 godzin. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki stopu aluminiowego zawierającego magnez i krzem.

Wynalazek dotyczy sposobu obróbki stopu aluminiowego zawierającego od 0,5% do 2,5% wagowo mieszaniny dodatków stopowych magnezu i krzemu, przy czym stosunek molowy Mg/Si wynosi od 0,70 do 1,25, dodatkową ilość Si równą w przybliżeniu 1/3 ilości Fe, Mn i Cr znajdujących się w stopie, wyrażoną w procentach wagowo i inne pierwiastki stopowe, nieuniknione zanieczyszczenia oraz resztę w postaci aluminium. Stop po ochłodzeniu zostaje poddany homogenizacji, wstępnemu grzaniu przed wyciskaniem oraz starzeniu, przy czym starzenie odbywa się po wyciskaniu, jako dwuetapowa procedura starzenia, z podgrzewaniem do końcowej utrzymywanej temperatury, zawierającej się w przedziale temperatur pomiędzy 160°C i 220°C (433°K i 493°K).

Tego typu proces technologiczny został opisany w dokumencie WO 95.06759. Według tej publikacji starzenie jest wykonywane w temperaturze pomiędzy 150°C i 200°C (423°K i 473°K), a prędkość nagrzewania jest od 10°C do 100°C (od 10°K do 100°K) na godzinę, korzystnie od 10°C do 70°C (od 10°K do 70°K) na godzinę. Zaleca się, jako alternatywę, w celu nie przekraczania ogólnej prędkości nagrzewania wewnątrz wymaganego powyższego przedziału, dwustopniowy harmonogram grzania, w którym sugeruje się utrzymywaną temperaturę o wielkości mieszczącej się w zakresie od 80°C do 140°C (od 353°K do 413°K).

Jest ogólnie znaną rzeczą, że wyższe ogólne ilości Mg i Si będą pozytywnie oddziaływać na właściwości mechaniczne finalnego produktu, podczas gdy jednocześnie będą negatywnie oddziaływać na podatność stopu aluminiowego na wyciskanie. Uprzednio przewidywano, że faza utwardzająca w stopach Al-Mg-Si ma skład bliski Mg2Si. Jednakże wiadomo było również, że nadmiar Si podnosi też właściwości mechaniczne.

Późniejsze eksperymenty wykazały, że kolejność wydzielania się składnika strukturalnego jest w rzeczywistości złożona, i że oprócz równowagi fazowej, fazy nie zachowują teoretycznego stosunku Mg2Si. W publikacji S. J. Andersen i in. Acta mater, tom 46, numer 9, strony 3283 - 3298, z roku 1998, zasugerowano, że w stopach Al-Mg-Si jedna z faz utwardzających ma skład bliski Mg₅Si6.

Dlatego też jednym z celów wynalazku jest dostarczenie procesu technologicznego obróbki stopu aluminiowego, który nadaje stopowi lepsze właściwości mechaniczne i lepszą podatność na wyciskanie, przy czym stop ma minimalną ilość czynników stopowych i ma ogólną kompozycję, która jest zbliżona, tak bardzo jak jest to tylko możliwe, do tradycyjnych stopów aluminiowych. Ten i inne cele są osiągnięte przez to, że starzenie stopu zawiera pierwszy etap, w którym wyciskany profil jest podgrzewany, przy prędkości nagrzewania powyżej 100°C (100°K) na godzinę, do temperatury w zakresie pomiędzy 100°C i 170°C (373°K i 443°K), i drugi etap, w którym wyciskany profil jest podgrzewany, przy prędkości nagrzewania pomiędzy 5°C i 50°C (5°K i 50°K) na godzinę, do końcowej utrzymywanej temperatury oraz przez to, że całkowity cykl starzenia stopu jest przeprowadzany w przedziale czasu pomiędzy 3 i 24 godziny.

Sposób obróbki stopu aluminiowego zawierającego od 0,5% do 2,5% wagowo mieszaniny dodatków stopowych magnezu i krzemu, o stosunku molowym Mg/Si od 0,70 do 1,25, dodatkową ilość Si równą w przybliżeniu 1/3 ilości Fe, Mn i Cr znajdujących się w stopie, wyrażoną w procentach wagowo, inne pierwiastki stopowe i nieuniknione zanieczyszczenia oraz resztę w postaci aluminium, który po ochłodzeniu poddaje się homogenizacji, wstępnemu grzaniu przed wyciskaniem oraz starzeniu, przy czym starzenie odbywa się po wyciskaniu jako dwuetapowa procedura starzenia, z podgrzewaniem do końcowej temperatury utrzymywanej w przedziale temperatur od 160°C do 220°C, według wynalazku charakteryzuje się tym, że starzenie stopu zawiera pierwszy etap, w którym wyciskany profil podgrzewa się, przy prędkości nagrzewania powyżej 100°C na godzinę, do temperatury w zakresie od 100°C do 170°C, i drugi etap, w którym wyciskany profil podgrzewa się, przy prędkości nagrzewania pomiędzy temperaturą 5°C a 50°C na godzinę, do końcowej utrzymywanej temperatury, przy czym całkowity cykl starzenia stopu odbywa się w przedziale czasu od 3 do 24 godzin.

Końcowa temperatura starzenia wynosi według wynalazku przynajmniej 165°C i korzystnie co najwyżej 205°C. W drugim etapie grzania prędkość nagrzewania wynosi przynajmniej 7°C na godzinę i korzystnie co najwyżej 30°C na godzinę. Temperatura przy końcu pierwszego etapu grzania wynosi od 130°C do 160°C.

Całkowity czas starzenia sposobem według wynalazku wynosi przynajmniej 5 godzin a korzystnie całkowity czas starzenia wynosi co najwyżej 12 godzin. Podczas grzania wstępnego przed wyciskaPL 194 727 B1 niem, stop podgrzewa się do temperatury od 510°C do 550°C, po czym stop schładza się do normalnej temperatury wyciskania.

Jednym z optymalnych stosunków Mg/Si jest taki stosunek, przy którym cały dostępny Mg i cała ilość Si, są przetworzone w fazę Mg₅Si6. To połączenie Mg i Si daje najwyższą wytrzymałość mechaniczną połączoną z minimalnym zużyciem czynników stopowych Mg i Si. Stwierdzono, że maksymalna prędkość wyciskania jest niemal niezależna od stosunku Mg/Si. A więc przy optymalnym stosunku Mg/Si suma Mg i Si będzie zminimalizowana do pewnych potrzeb związanych z wytrzymałością, a ten stop będzie również odznaczał się dobrą podatnością na wyciskanie.

Przy użyciu kompozycji według wynalazku, w połączeniu z dwuetapową procedurą starzenia według wynalazku, osiąga się to, że wytrzymałość i podatność na wyciskanie zostają zmaksymalizowane, przy wymaganym minimalnym czasie starzenia.

Dodatkowo do fazy Mg₅Si6 występuje też inna faza utwardzająca, która zawiera więcej Mg niż faza Mg₅Si6. Jednak ta faza nie jest tak efektywna w działaniu i nie przyczynia się tak bardzo do wzrostu wytrzymałości mechanicznej jak faza Mg₅Si6. Od strony fazy Mg₅Si6, wzbogaconej w Si, jest bardzo mało prawdopodobne wystąpienie fazy utwardzającej, a stosunki Mg/Si niższe niż 5/6 nie będą korzystne.

Pozytywny wpływ na wytrzymałość mechaniczną, dwuetapowej procedury starzenia, może być wyjaśniony przez fakt, że przedłużony czas, przy niskiej temperaturze, generalnie wzmaga proces formowania się wyższego zagęszczenia wytrąceń Mg-Si. Jeżeli cała operacja starzenia byłaby przeprowadzana przy takiej niskiej temperaturze, ogólny czas starzenia przekraczałby praktyczne granice a wydajność pieców do starzenia byłaby zbyt niska. Przy powolnym wzroście temperatury w czasie dochodzenia do końcowej temperatury starzenia, wysoka liczba wytrąceń połączonych w ziarna przy niskiej temperaturze, będzie ciągle wzrastać. Rezultatem będzie wysoka ilość wytrąceń i poziom wytrzymałości mechanicznej towarzyszący niskiej temperaturze starzenia, ale też i znacznie krótszy ogólny czas starzenia.

Dwustopniowe starzenie daje także udoskonalenia w zakresie wytrzymałości mechanicznej, ale przy szybkim grzaniu, od pierwszej utrzymywanej temperatury do drugiej utrzymywanej temperatury, występuje istotna możliwość cofania się najmniejszych wytrąceń przy niższej ilości powstających wytrąceń utwardzających, co w rezultacie daje niższą wytrzymałość mechaniczną. Inna korzyść dwuetapowej procedury starzenia, w porównaniu z normalnym starzeniem a także z dwustopniowym starzeniem, jest taka, że powolne grzanie zapewni lepszy rozkład temperatury w grzanym ładunku. Rozkład temperatury, w całym ładunku wyciskanych profili, będzie prawie niezależny od rozmiaru ładunku, gęstości upakowania i grubości ścianek wyciskanych profili. Rezultatem będzie lepsza powtarzalność właściwości mechanicznych niż przy innych rodzajach procedur starzenia.

W porównaniu do procedury starzenia, opisywanej w dokumencie WO 95.06759, gdzie powolne grzanie zaczyna się od temperatury pokojowej, dwuetapowa procedura starzenia obniża ogólną ilość czasu przez zastosowanie szybkiego grzania od temperatury pokojowej do temperatur w zakresie od 100°C do 170°C (373°K - 443°K). Wynikająca z tego wytrzymałość będzie prawie równie dobra, przy powolnym grzaniu poczynając od temperatury pośredniej, jak ta wytrzymałość, która jest osiągana przy powolnym grzaniu począwszy od temperatury pokojowej.

Zależnie od klasy wytrzymałościowej, rozważane są różne możliwe kompozycje mieszczące się w ogólnym zakresie wynalazku.

Możliwy jest stop aluminiowy o wytrzymałości na rozciąganie w klasie F19 - F22, z ilością mieszanki składników stopowych magnezu i krzemu od 0,60% do 1,10% wagowo. Na materiał stopowy o wytrzymałości na rozciąganie w klasie F25 - F27 możliwe jest użycie stopu aluminiowego zawierającego od 0,80% do 1,40% wagowo mieszanki składników stopowych magnezu i krzemu, a na materiał stopowy o wytrzymałości na rozciąganie w klasie F29 - F31 możliwe jest użycie stopu aluminiowego zawierającego od 1,10% do 1,80% wagowo mieszanki składników stopowych magnezu i krzemu.

Według wynalazku, korzystnie, wytrzymałość na rozciąganie w klasie F19 (185 MPa - 220 MPa) jest uzyskiwana przez stop zawierający od 0,60% do 0,80% wagowo mieszanki składników stopowych, wytrzymałość na rozciąganie w klasie F22 (215 MPa - 250 MPa) jest uzyskiwana przez stop zawierający od 0,70% do 0,90% wagowo mieszanki składników stopowych, wytrzymałość na rozciąganie w klasie F25 (245 MPa - 270 MPa) jest uzyskiwana przez stop zawierający od 0,85% do 1,15% wagowo mieszanki składników stopowych, wytrzymałość na rozciąganie w klasie F27 (265 MPa - 290 MPa) jest uzyskiwana przez stop zawierający od 0,95% do 1,25% wagowo mieszanki składników stopowych, wytrzymałość na rozciąganie w klasie F29 (285 MPa - 310 MPa) jest uzyskiwana przez stop

PL 194 727 B1 zawierający od 1,10% do 1,40% wagowo mieszanki składników stopowych, wytrzymałość na rozciąganie w klasie F31 (305 MPa - 330 MPa) jest uzyskiwana przez stop zawierający od 1,20% do 1,55% wagowo mieszanki składników stopowych.

Przy dodatkach Cu, które według reguł opartych na doświadczeniu podnoszą wytrzymałość mechaniczną o 10 MPa na każde 0,10% wagowo Cu, ogólna ilość Mg i Si może być obniżana, a wytrzymałość wciąż jeszcze będzie dorównywać klasie wyższej niż byłoby to przy samych tylko dodatkach Mg i Si.

Z przyczyn, o których pisano wyżej, zaleca się żeby stosunek molowy Mg/Si wynosił od 0,75 do 1,25, a jeszcze lepiej od 0,8 do 1,0.

W zalecanym przykładzie, według wynalazku, końcowa temperatura starzenia wynosi przynajmniej 165°C (438°K), a jeszcze korzystniej jest, gdy temperatura starzenia wynosi co najwyżej 205°C (478°K). Kiedy stosuje się te zalecane temperatury, stwierdza się, że wytrzymałość mechaniczna jest maksymalna gdy całkowity czas starzenia utrzymuje się w rozsądnych granicach.

W celu obniżenia ogólnego czasu starzenia, w operacji o dwuetapowej procedurze starzenia zaleca się przeprowadzanie pierwszego etapu podgrzewania przy najwyższej z możliwych dostępnych prędkościach nagrzewania, chociaż z reguły jest to zależne od możliwości będącego do dyspozycji wyposażenia. Zatem zaleca się stosowanie w pierwszym etapie podgrzewania prędkości nagrzewania, przynajmniej na poziomie 100°C (100°K) na godzinę.

W drugim etapie podgrzewania, prędkość nagrzewania musi być zoptymalizowana ze względu na ogólną skuteczność starzenia w czasie i na końcową jakość stopu. Z tego powodu druga prędkość nagrzewania wynosi korzystnie przynajmniej 7°C (7°K) na godzinę, ale co najwyżej 30°C (30°K) na godzinę. Przy niższych prędkościach nagrzewania niż 7°C (7°K) na godzinę, ogólny czas starzenia będzie wydłużony, co w rezultacie daje niską wydajność pieców do starzenia, a przy wyższych prędkościach nagrzewania niż 30°C (30°K) na godzinę właściwości mechaniczne będą odbiegać od ideału.

Korzystnie, pierwszy etap podgrzewania dochodzi i kończy się przy temperaturach od 130°C do 160°C (od 403°K do 433°K), i przy tych temperaturach zachodzi wytrącanie się fazy Mg₅Si6 wystarczające do uzyskiwania wysokiej mechanicznej wytrzymałości stopu. Niższa temperatura końcowa pierwszego etapu doprowadza generalnie do podniesienia ogólnej długości czasu starzenia. Korzystnie jest, gdy ogólny czas starzenia wynosi co najwyżej 12 godzin.

W celu uzyskania wyciskanego wyrobu z prawie całą ilością Mg i Si zawartą w stałym roztworze przed operacją starzenia, ważne jest kontrolowanie parametrów podczas wyciskania i podczas chłodzenia po wyciskaniu. To może być uzyskiwane przy normalnym podgrzewaniu wstępnym, z zachowaniem prawidłowych parametrów. Jednak przy zastosowaniu tak zwanego procesu przegrzewania, opisywanego w dokumencie EP 0302623, który jest operacją podgrzewania wstępnego, gdzie stop podczas operacji podgrzewania przed wyciskaniem jest grzany do temperatury w zakresie pomiędzy 510°C i 560°C (783°K i 833°K), po czym kawałki materiału wyjściowego są chłodzone do normalnych temperatur wyciskania, będzie to już zapewniać, że całe ilości Mg i Si dodane do stopu zostaną rozpuszczone. Przy prawidłowym ochłodzeniu wyciskanego wyrobu, Mg

Si są utrzymywane w stanie rozpuszczonym, a podczas operacji starzenia są dostępne przy formowaniu się wytrąceń utwardzających.

Przy kompozycjach o niskiej zawartości składników stopowych, przechodzenie Mg i Si do roztworu może być uzyskiwane podczas operacji wyciskania, bez stosowania przegrzewania, jeżeli parametry wyciskania są prawidłowe. Jednakże, przy kompozycjach o wyższej zawartości składników stopowych, warunki normalnego podgrzewania wstępnego nie zawsze są wystarczające do wprowadzenia całej ilości Mg i Si do roztworu stałego. W takich przypadkach przegrzewanie uczyni proces technologiczny wyciskania bardziej solidnym i zapewnia, że cała ilość Mg i Si będzie się znajdowała w roztworze stałym przy schodzeniu profilu z prasy.

Inne właściwości i korzyści staną się jasne z następującego dalej opisu pewnej ilości badań wykonanych na stopach według wynalazku.

P r z y k ł a d 1.

Osiem różnych stopów o składzie podanym w tabeli 1 było odlewanych jako kęsy o średnicy 095 mm w standardowych warunkach odlewania dla stopów 6060. Kęsy homogenizowano przy prędkości nagrzewania w przybliżeniu 250°C (250°K) na godzinę, okres utrzymywania temperatury był godziny i 15 minut i odbywał się przy temperaturze 575°C (848°K), a szybkość studzenia po homogenizacji wynosiła w przybliżeniu 350°C (350°K) na godzinę. Dłużyce były pocięte ostatecznie na kęsy o długości 200 mm.

PL 194 727 B1

T a b e l a 1

Stop	Si	Mg	Fe	Razem Si+Mg
1	0,34	0,40	0,20	0,74
2	0,37	0,36	0,19	0,73
3	0,43	0,31	0,19	0,74
4	0,48	0,25	0,20	0,73
5	0,37	0,50	0,18	0,87
6	0,41	0,47	0,19	0,88
7	0,47	0,41	0,20	0,88
8	0,51	0,36	0,19	0,87

Próba wyciskania była przeprowadzana na prasie o nacisku 800 ton, wyposażonej w zasobnik o średnicy 0100 mm i w piec indukcyjny do grzania kęsów przed wyciskaniem.

Tłocznik stosowany do doświadczeń badających podatność na wyciskanie wytwarzał cylindryczny pręt o średnicy 7 mm, z dwoma żebrami o szerokości 0,5 mm i o wysokości 1 mm, rozmieszczonymi co 180°.

W celu uzyskiwania dobrych pomiarów właściwości mechanicznych profili, przeprowadzono oddzielną próbę z tłocznikiem, który dawał 2 pręty o przekroju poprzecznym 25 mm². Kęsy były podgrzewane wstępnie przed wyciskaniem, w przybliżeniu do 500°C (773°K). Po wyciśnięciu profile były ochładzane w spokojnym powietrzu, dającym czas schładzania, do temperatury poniżej 250°C (523°K) w przybliżeniu 2 min. Po wyciśnięciu profile były poddawane rozciąganiu o 0,5% długości. Przed starzeniem był kontrolowany czas składowania w temperaturze pokojowej. Dane o właściwościach mechanicznych były uzyskiwane przy pomocy próby na rozciąganie.

Komplet wyników testów podatności na wyciskanie, dla tych stopów, jest podany w tabeli 2 i w tabeli 3.

Tabel a 2. Testy wyciskania wypływowego dla stopów od 1do 4

Numer stopu	Szybkość suwaka prasy mm/s	Temperatura kęsa °C	Uwagi
1	2	3	4
1	16	502	dobrze
1	17	503	dobrze
1	18	502	rozerwania
1	17	499	dobrze
1	19	475	dobrze
1	20	473	dobrze
1	21	470	rozerwania
2	16	504	dobrze
2	17	503	małe rozerw.
2	18	500	rozerwania
2	20	474	dobrze
2	19	473	dobrze
2	18	470	dobrze
2	21	469	małe rozerw.

PL 194 727 B1 cd. tabeli 2

1	2	3	4
3	17	503	rozerwania
3	16	505	dobrze
3	15	504	dobrze
3	19	477	dobrze
3	18	477	dobrze
3	20	472	dobrze
3	21	470	rozerwania
4	17	504	dobrze
4	18	505	rozerwania
4	16	502	dobrze
4	19	477	dobrze
4	20	478	dobrze
4	20	480	małe rozerw.
4	21	474	rozerwania

Dla stopów od 1 do 4, które mają w przybliżeniu taką samą sumaryczną ilość Mg i Si ale mają różne stosunki ilościowe Mg/Si, przy porównywalnych temperaturach kęsów materiału wstępnego, maksymalna szybkość wyciskania, przed rozrywaniem, jest w przybliżeniu taka sama.

Tabel a 3. Testy wyciskania wypływowego dla stopów od 5 do 8.

Numer stopu	Szybkość suwaka prasy mm/s	Temperatura kęsa °C	Uwagi
1	2	3	4
5	14	495	dobrze
5	14,5	500	rozerwania
5	15	500	rozerwania
5	14	500	małe rozerw.
5	17	476	rozerwania
5	16,5	475	dobrze
5	16,5	476	małe rozerw.
5	17	475	rozerwania
6	14	501	małe rozerw.
6	13,5	503	dobrze
6	14	505	rozerwania
6	14,5	500	rozerwania
6	17	473	rozerwania
6	16,8	473	rozerwania
6	16,5	473	dobrze
6	16,3	473	dobrze
7	14	504	rozerwania
7	13,5	506	małe rozerw.
7	13,5	500	dobrze

PL 194 727 B1 cd. tabeli 3

1	2	3	4
7	13,8	503	małe rozerw.
7	17	472	małe rozerw.
7	16,8	476	rozerwania
7	16,6	473	dobrze
7	17	475	rozerwania
8	13,5	505	dobrze
8	13,8	505	rozerwania
8	13,6	504	dobrze
8	14	505	rozerwania
8	17	473	małe rozerw.
8	17,2	474	małe rozerw.
8	17,5	471	rozerwania
8	16,8	473	dobrze

Dla stopów od 5 do 8, które mają w przybliżeniu taką samą sumaryczną ilość Mg i Si ale mają różne stosunki ilościowe Mg/Si, przy porównywalnych temperaturach kęsów materiału wstępnego, maksymalna szybkość wyciskania, przed rozrywaniem, jest w przybliżeniu taka sama. Jednakże, przy porównywaniu stopów 1-4, które mają niższe sumaryczne ilości Mg i Si, ze stopami 5-8, maksymalna szybkość wyciskania jest ogólnie wyższa dla stopów 1-4.

Właściwości mechaniczne różnych stopów, poddawanych starzeniu w różnych cyklach starzenia, są przedstawione w tabelach od 4 do 11.

Przy objaśnianiu tych tabel odnieść się należy do fig. 1, na której różne cykle starzenia są przedstawione graficznie na wykresach oznaczonych literami. Na fig. 1, na osi x wykresu są pokazane ogólne czasy starzenia, a na osi y są przedstawione stosowane wielkości temperatur. Poza tym różne kolumny tabeli zawierają następujące dane:

Ogólny czas - ogólnyzaas starzeńiadla danego yyklu,

Rm - wstrzymałośćna rocciąganie,

Rp02 - umowna gaaniaa plastyzznośc,,

AB - wddłueenie i^^^yę^kr^^^c^iu,

Au - wddłueenie równomierne.

Wszystkie te dane uzyskano drogą standardowego badania wytrzymałościowego na rozciąganie, a przedstawione liczby są wartościami średnimi, uzyskanymi z równolegle przeprowadzonych badań, dwóch próbek wyciskanego profilu.

T ab ela 4

Stop 1;	0, 4Mg+0,34Si
Ogólny czas (h)	Rm	Rp02	AB	Au
1	2	3	4	5
A	3	143,6	74,0	16,8	8,1
A	4	160,6	122,3	12,9	6,9
A	5	170,0	137,2	12,6	5,6
A	6	178,1	144,5	12,3	5,6
A	7	180,3	150,3	12,3	5,2

PL 194 727 B1 cd. tabeli 4

1	2	3	4	5
B	3,5	166,8	125,6	12,9	6,6
B	4	173,9	135,7	11,9	6,1
B	4,5	181,1	146,7	12,0	5,4
B	5	188,3	160,8	12,2	5,1
B	6	196,0	170,3	11,9	4,7
C	4	156,9	113,8	12,6	7,5
C	5	171,9	134,7	13,2	6,9
C	6	189,4	154,9	12,0	6,2
C	7	195,0	168,6	11,9	5,8
C	8	199,2	172,4	12,3	5,4
D	7	185,1	140,8	12,9	6,4
D	8,5	196,5	159,0	13,0	6,2
D	10	201,8	171,6	13,3	6,0
D	11,5	206,4	177,5	12,9	6,1
D	13	211,7	184,0	12,5	5,4
E	8	190,5	152,9	12,8	6,5
E	10	200,3	168,3	12,1	6,0
E	12	207,1	176,7	12,3	6,0
E	14	211,2	185,3	12,4	5,9
E	16	213,9	188,8	12,3	6,6

T ab ela 5

Stop 2;	0,36Mg+0,37Si
Ogólny czas (h)	Rm	Rp02	AB	Au
1	2	3	4	5
A	3	150,1	105,7	13,4	7,5
A	4	164,4	126,1	13,6	6,6
A	5	174,5	139,2	12,9	6,1
A	6	183,1	154,4	12,4	4,9
A	7	185,4	157,8	12,0	5,4
B	3,5	175,0	135,0	12,3	6,3
B	4	181,7	146,6	12,1	6,0
B	4,5	190,7	158,9	11,7	5,5
B	5	195,5	169,9	12,5	5,2
B	6	202,0	175,7	12,3	5,4
C	4	161,3	114,1	14,0	7,2
C	5	185,7	145,9	12,1	6,1
C	6	197,4	167,6	11,6	5,9
C	7	203,9	176,0	12,6	6,0
C	8	205,3	178,9	12,0	5,5

PL 194 727 B1 cd. tabeli 5

1	2	3	4	5
D	7	195,1	151,2	12,6	6,6
D	8,5	208,9	180,4	12,5	5,9
D	10	210,4	181,1	12,8	6,3
D	11,5	215,2	187,4	13,7	6,1
D	13	219,4	189,3	12,4	5,8
E	8	195,6	158,0	12,9	6,7
E	10	205,9	176,2	13,1	6,0
E	12	214,8	185,3	12,1	5,8
E	14	216,9	192,5	12,3	5,4
E	16	221,5	196,9	12,1	5,4

Tabel a 6

Stop 3;	0,31Mg+0,43Si
Ogólny czas (h)	Rm	Rp02	AB	Au
1	2	3	4	5
A	3	154,3	111,0	15,0	8,2
A	4	172,6	138,0	13,0	6,5
A	5	180,6	148,9	13,0	5,7
A	6	189,7	160,0	12,2	5,5
A	7	192,5	164,7	12,6	5,3
B	3,5	187,4	148,9	12,3	6,3
B	4	193,0	160,3	11,5	5,9
B	4,5	197,7	168,3	11,6	5,1
B	5	203,2	177,1	12,4	5,5
B	6	205,1	180,6	11,7	5,4
C	4	170,1	127,4	14,3	7,5
C	5	193,3	158,2	13,4	6,2
C	6	207,3	179,2	12,6	6,4
C	7	212,2	185,3	12,9	5,7
C	8	212,0	188,7	12,3	5,6
D	7	205,6	157,5	13,2	6,7
D	8,5	218,7	190,4	12,7	6,0
D	10	219,6	191,1	12,9	6,7
D	11,5	222,5	197,5	13,1	5,9
D	13	226,0	195,7	12,2	6,1

PL 194 727 B1 cd. tabeli 6

1	2	3	4	5
E	8	216,6	183,5	12,6	6,8
E	10	217,2	190,4	12,6	6,9
E	12	221,6	193,9	12,4	6,6
E	14	225,7	200,6	12,4	6,0
E	16	224,4	197,8	12,1	5,9

Tabel a 7

Stop 4;	0,25Mg+0,48Si
Ogólny czas (h)	Rm	Rp02	AB	Au
A	3	140,2	98,3	14,5	8,6
A	4	152,8	114,6	14,5	7,2
A	5	166,2	134,9	12,7	5,9
A	6	173,5	141,7	12,8	5,7
A	7	178,1	147,6	12,3	5,2
B	3,5	165,1	123,5	13,3	6,4
B	4	172,2	136,4	11,8	5,7
B	4,5	180,7	150,2	12,1	5,2
B	5	187,2	159,5	12,0	5,6
B	6	192,8	164,6	12,1	5,0
C	4	153,9	108,6	13,6	7,7
C	5	177,2	141,8	12,0	6,5
C	6	190,2	159,7	11,9	5,9
C	7	197,3	168, 6	12,3	6,1
C	8	197,9	170,6	12,5	5,6
D	7	189,5	145,6	12,3	6,4
D	8,5	202,2	171,6	12,6	6,1
D	10	207,9	178,8	12,9	6,0
D 11,5	210,7	180,9	12,7	5,6
D	13	213,3	177,7	12,4	6,0
E	8	195,1	161,5	12,8	5,9
E	10	205,2	174,1	12,5	6,4
E	12	208,3	177,3	12,8	5,6
E	14	211,6	185,9	12,5	6,3
E	16	217,6	190,0	12,4	6,2

PL 194 727 B1

T a b e l a 8

Stop 5; 0,50Mg+0,37Si
Ogólny czas (h)	Rm	Rp02	AB	Au
A	3	180,6	138,8	13,9	7,1
A	4	194,2	155,9	13,2	6,6
A	5	203,3	176,5	12,8	5,6
A	6	210,0	183,6	12,2	5,7
A	7	211,7	185,9	12,1	5,8
B	3,5	202,4	161,7	12,8	6,6
B	4	204,2	170,4	12,5	6,1
B	4,5	217,4	186,7	12,1	5,6
B	5	218,9	191,5	12,1	5,5
B	6	222,4	198,2	12,3	6,0
C	4	188,6	136,4	15,1	10,0
C	5	206,2	171,2	13,4	7,1
C	6	219,2	191,2	12,9	6,2
C	7	221,4	194,4	12,1	6,1
C	8	224,4	202,8	11,8	6,0
D	7	213,2	161,5	14,0	7,5
D	8,5	221,5	186,1	12,6	6,7
D	10	229,9	200,8	12,1	5,7
D	11,5	228,2	200,0	12,3	6,3
D	13	233,2	198,1	11,4	6,2
E	8	221,3	187,7	13,5	7,4
E	10	226,8	196,7	12,6	6,7
E	12	227,8	195,9	12,8	6,6
E	14	230,6	200,5	12,2	5,6
E	16	235,7	207,9	11,7	6,4

T a b e l a 9

Stop 6;	0,47Mg+0,41Si
Ogólny czas (h)	Rm	Rp02	AB	Au
1	2	3	4	5
A 3	189,1	144,5	13,7	7,5
A 4	205,6	170,5	13,2	6,6
A 5	212,0	182,4	13,0	5,8

PL 194 727 B1 cd. tabeli 9

1	2	3	4	5
A	6	216,0	187,0	12,3	5,6
A	7	216,4	188,8	11,9	5,5
B	3,5	208,2	172,3	12,8	6,7
B	4	213,0	175,5	12,1	6,3
B	4,5	219,6	190,5	12,0	6,0
B	5	225,5	199,4	11,9	5,6
B	6	225,8	202,2	11,9	5,8
C	4	195,3	148,7	14,1	8,1
C	5	214,1	178,6	13,8	6,8
C	6	227,3	198,7	13,2	6,3
C	7	229,4	203,7	12,3	6,6
C	8	228,2	200,7	12,1	6,1
D	7	222,9	185,0	12,6	7,8
D	8,5	230,7	194,0	13,0	6,8
D	10	236,6	205,7	13,0	6,6
D	11,5	236,7	208,0	12,4	6,6
D	13	239,6	207,1	11,5	5,7
E	8	229,4	196,8	12,7	6,4
E	10	233,5	199,5	13,0	7,1
E	12	237,0	206,9	12,3	6,7
E	14	236,0	206,5	12,0	6,2
E	16	240,3	214,4	12,4	6,8

T ab e l a 10

Stop 7;	0,41Mg+0,47Si
Ogólny czas (h)	Rm	Rp02	AB	Au
1	2	3	4	5
A	3	195,9	155,9	13,5	6,6
A	4	208,9	170,0	13,3	6,4
A	5	216,2	188,6	12,5	6,2
A	6	220,4	195,1	12,5	5,5
A	7	222,0	196,1	11,5	5,4
B	3,5	216,0	179,5	12,2	6,4
B	4	219,1	184,4	12,2	6,1
B	4,5	228,0	200,0	11,9	5,8
B	5	230,2	205,9	11,4	6,1
B	6	231,1	211,1	11,8	5,5

PL 194 727 B1 cd. tabeli 10

1	2	3	4	5
C	4	205,5	157,7	15,0	7,8
C	5	225,2	190,8	13,1	6,8
C	6	230,4	203,3	12,0	6,5
C	7	234,5	208,9	12,1	6,2
C	8	235,4	213,4	11,8	5,9
D	7	231,1	190,6	13,6	7,6
D	8,5	240,3	208,7	11,4	6,3
D	10	241,6	212,0	12,5	7,3
D	11,5	244,3	218,2	11,9	6,3
D	13	246,3	204,2	11,3	6,3
E	8	233,5	197,2	12,9	7,6
E	10	241,1	205,8	12,8	7,2
E	12	244,6	214,7	11,9	6,5
E	14	246,7	220,2	11,8	6,3
E	16	247,5	221,6	11,2	5,8

Tabel a 11

Stop 8;	0,36Mg+0,51Si
Ogólny czas (h)	Rm	Rp02	AB	Au
1	2	3	4	5
A	3	200,1	161,8	13,0	7,0
A	4	212,5	178,5	12,6	6,2
A	5	221,9	195,6	12,6	5,7
A	6	222,5	195,7	12,0	6,0
A	7	224,6	196,0	12,4	5,9
B	3,5	222,2	186,9	12,6	6,6
B	4	224,5	188,8	12,1	6,1
B	4,5	230,9	203,4	12,2	6,6
B	5	231,1	211,7	11,9	6,6
B	6	232,3	208,8	11,4	5,6
C	4	215,3	168,5	14,5	8,3
C	5	228,9	194,9	13,6	7,5
C	6	234,1	206,4	12,6	7,1
C	7	239,4	213,3	11,9	6,4
C	8	239,1	212,5	11,9	5,9

PL 194 727 B1 cd. tabeli 11

1	2	3	4	5
D	7	236,7	195,9	13,1	7,9
D	8,5	244,4	209,6	12,2	7,0
D	10	247,1	220,4	11,8	6,7
D	1,5	246,8	217,8	12,1	7,2
D	13	249,4	223,7	11,4	6,6
E	8	243,0	207,7	12,8	7,6
E	10	244,8	215,3	12,4	7,4
E	12	247,6	219,6	12,0	6,9
E	14	249,3	222,5	12,5	7,1
E	16	250,1	220,8	11,5	7,0

W oparciu o te wyniki nasuwają się następujące uwagi.

Wytrzymałość na rozciąganie (UTS) stopu numer 1, po starzeniu w cyklu starzenia A i w ciągu ogólnego czasu 6 godzin, jest nieznacznie poniżej 180 MPa. W cyklach dwuetapowej procedury starzenia, wartości UTS są wyższe, ale wciąż są nie większe niż 190 MPa po 5 godzinnym cyklu B, oraz nie większe niż 195 MPa po 7 godzinnym cyklu C. Przy starzeniu w cyklu D, wartości UTS osiągają 210 MPa, ale nie następuje to przed ogólnym czasem starzenia 13 godzin.

Wytrzymałość na rozciąganie (UTS) stopu numer 2, po cyklu starzenia A i w ciągu ogólnego czasu 6 godzin, jest nieznacznie powyżej 180 MPa. Wartości UTS są 195 MPa po 5 godzinnym cyklu B, oraz 205 MPa po 7 godzinnym cyklu C. Przy starzeniu w cyklu D, wartości UTS osiągają w przybliżeniu 210 MPa po 9 godzinach, oraz 215 MPa po 12 godzinach.

Stop numer 3, który ma wzbogacenie w Mg na poziomie najbardziej zbliżonym do Mg₅Si6, wykazuje najwyższe właściwości mechaniczne ze stopów od 1 do 4. Przy cyklu starzenia A, wartość UTS wynosi 190 MPa po ogólnym czasie starzenia 6 godzin. Wartości UTS są bliskie 205 MPa po 5 godzinnym cyklu B, oraz nieznacznie wyższe od 210 MPa po 7 godzinnym cyklu C. Przy starzeniu w cyklu D, wartości UTS są bliskie 220 MPa po 9 godzinach.

Stop numer 4 wykazuje niższe właściwości mechaniczne niż stopy 2 i 3. Po 6 godzinnym ogólnym czasie starzenia w cyklu A, wartości UTS są nie wyższe niż 175 MPa. Przy starzeniu w 10 godzinnym cyklu D, wartości UTS są bliskie 210 MPa.

Wyniki te wyraźnie pokazują, że optymalną kompozycją dla uzyskiwania najlepszych właściwości mechanicznych, przy najniższej sumarycznej ilości Mg i Si, jest poziom wzbogacenia w Mg bliski Mg5Si6.

Innym ważnym aspektem, związanym ze stosunkiem Mg/Si, jest to, że niska wartość stosunku wydaje się dawać krótsze czasy starzenia, potrzebne do uzyskiwania maksymalnej wytrzymałości.

Stopy od 5 do 8 mają stałą sumaryczną ilość Mg i Si, wyższą niż ta, która jest dla stopów od 1 do 4. W porównaniu do poziomu Mg₅Si6, wszystkie stopy od 5 do 8 znajdują się po stronie Mg₅Si6 bogatej w Mg.

Stop numer 5, który jest najbardziej oddalony od Mg₅Si6, wykazuje najniższe właściwości mechaniczne z czterech różnych stopów od 5 do 8. Przy starzeniu w cyklu A, stop numer 5 ma wartość UTS w przybliżeniu wynoszącą 210 MPa po 6 godzinach ogólnego czasu starzenia. Stop numer 8 ma wartość UTS wynoszącą 220 MPa po takim samym cyklu starzenia. Przy starzeniu w cyklu C, w ogólnym czasie starzenia 7 godzin, wartości UTS dla stopów 5 i 8 wynoszą 220 MPa i 240 MPa, odpowiednio. Przy starzeniu w 9 godzinnym cyklu D, wartości UTS są w przybliżeniu 225 MPa i 245 MPa.

Ponownie to pokazuje, że najwyższe właściwości mechaniczne są uzyskiwane przy stopach o składzie najbliższymi Mg₅Si6. Jeśli chodzi o stopy od 1 do 4, to korzyści wynikające z cyklów dwuetapowej procedury starzenia, wydają się być najwyższe dla stopów najbardziej zbliżonych składem do Mg₅Si6.

Czasy starzenia do maksymalnej wytrzymałości wydają się być krótsze dla stopów od 5 do 8 niż dla stopów od 1 do 4. Tego można było oczekiwać, ponieważ czasy starzenia są redukowane przy

PL 194 727 B1 wzroście zawartości składników stopowych. Również przy stopach od 5 do 8, czasy starzenia wydają się być raczej krótsze dla stopu 8 niż dla stopu 5.

Ogólne wartości wydłużenia wydają się być prawie niezależne od cyklu starzenia. Przy szczytowych wartościach wytrzymałości, wartości wydłużenia AB wynoszą zawsze około 12%, nawet pomimo tego, że wartości wytrzymałości są wyższe dla cyklów dwuetapowej procedury starzenia.

P r z y k ł a d 2.

Przykład przedstawia wytrzymałości na rozciąganie profili, wytłoczonych z kęsów materiału wstępnego, bezpośrednio grzanych i przegrzewanych, ze stopu 6061. Kęsy bezpośrednio grzane, były podgrzewane do temperatury pokazanej w tabeli, i były wyciskane przy szybkościach wyciskania o wartościach poniżej maksymalnej szybkości jaka była tuż przed wystąpieniem pogarszania się stanu powierzchni profilu. Kęsy przegrzewane były grzane wstępnie w piecu gazowym, do temperatury powyżej temperatury rozpuszczalności granicznej dla danego stopu, i wtedy były schładzane do normalnej temperatury wyciskania, pokazanej w tabeli 12. Po wyciśnięciu, profile były chłodzone wodą i były starzone przy standardowym (ujednoliconym) cyklu starzenia, do szczytowej wartości wytrzymałości.

T ab e l a 12

Wytrzymałość na rozciąganie (UTS), badana w różnych miejscach, profili wykonanych z kęsów stopu AA6061, bezpośrednio grzanych i przegrzewanych.

Grzanie wstępne	Temperatura kęsa °C (°K)	UTS (przód) MPa	UTS (środek) MPa	UTS (tył) MPa
1	2	3	4	5
bezp. grzane	470 (743)	287,7	292,6	293,3
bezp. grzane	472 (745)	295,3	293,9	296,0
bezp. grzane	471 (744)	300,8	309,1	301,5
bezp. grzane	470 (743)	310,5	318,1	315,3
bezp. grzane	482 (755)	324,3	312,6	313,3
bezp. grzane	476 (749)	327,1	334,0	331,9
bezp. grzane	476 (749)	325,7	325,0	319,5
bezp. grzane	475 (748)	320,2	319,0	318,8
bezp. grzane	476 (749)	316,0	306,4	316,0
bezp. grzane	485 (758)	329,1	329,8	317,4
bezp. grzane	501 (774)	334,7	324,3	331,2
bezp. grzane	499 (772)	332,6	327,8	322,9
bezp. grzane	500 (773)	327,8	329,8	318,8
bezp. grzane	505 (778)	322,9	322,2	318,1
bezp. grzane	502 (775)	325,7	329,1	334,7
bezp. grzane	506 (779)	336,0	323,6	311,2
bezp. grzane	500 (773)	329,1	293,9	345,0
bezp. grzane	502 (775)	331,2	332,6	335,3
bezp. grzane	496 (769)	318,8	347,8	294,6
Średnia UTS i standardowe odchylenie dla kęsów bezpośrednio grzanych	320,8/13,1	319,6/14,5	317,6/13,9

PL 194 727 B1 cd. tabeli 12

1	2	3	4	5
przegrzewane	506 (779)	333,3	325,7	331,3
przegrzewane	495 (768)	334,0	331,9	335,3
przegrzewane	493 (766)	343,6	345,0	333,3
przegrzewane	495 (768)	343,6	338,8	333,3
przegrzewane	490 (763)	339,5	332,6	327,1
przegrzewane	499 (772)	346,4	332,6	331,2
przegrzewane	496 (769)	332,6	335,3	331,9
przegrzewane	495 (768)	330,5	331,2	322,9
przegrzewane	493 (766)	332,6	334,7	333,3
przegrzewane	494 (767)	331,2	334,0	328,4
przegrzewane	494 (767)	329,1	338,8	337,4
przegrzewane	459 (732)	345,7	337,4	344,3
przegrzewane	467 (740)	340,2	338,1	330,5
przegrzewane	462 (735)	344,3	342,9	331,9
przegrzewane	459 (732)	334,0	329,8	326,4
przegrzewane	461 (734)	331,9	326,4	324,3
Średnia UTS i standardowe odchylenie dla kęsów przegrzewanych	337,0/5,9	334,7/5,2	331,4/5,0

Przy wykorzystywaniu procesu przegrzewania, właściwości mechaniczne będą generalnie wyższe, a także będzie mniejszy ich rozrzut, niż było by to bez przegrzewania. Przy przegrzewaniu, mechaniczne właściwości są też praktycznie niezależne od temperatury kęsa materiału wstępnego, jaką ma on przed wyciskaniem. Czyni to bardziej solidnym proces technologiczny wyciskania pod względem wysokości i pod względem powtarzalności właściwości mechanicznych, umożliwiając pracę z kompozycjami o niższej zawartości składników stopowych, przy obniżonych bezpiecznych marginesach zawartości składników stopowych, potrzebnych dla uzyskiwania wymaganych właściwości mechanicznych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób obróbki stopu aluminiowego od 0,5% do 2,5% wagowo mieszaniny dodatków stopowych magnezu i krzemu, o stosunku molowym Mg/Si od 0,70 do 1,25, dodatkową ilość Si równą w przybliżeniu 1/3 ilości Fe, Mn i Cr znajdujących się w stopie, wyrażoną w procentach wagowo, inne pierwiastki stopowe i nieuniknione zanieczyszczenia oraz resztę w postaci aluminium, który po ochłodzeniu poddaje się homogenizacji, wstępnemu grzaniu przed wyciskaniem oraz starzeniu, przy czym starzenie odbywa się po wyciskaniu jako dwuetapowa procedura starzenia, z podgrzewaniem do końcowej temperatury utrzymywanej w przedziale temperatur od 160°C do 220°C, znamienny tym, że starzenie stopu zawiera pierwszy etap, w którym wyciskany profil podgrzewa się, przy prędkości nagrzewania powyżej 100°C na godzinę, do temperatury w zakresie od 100°C do 170°C, i drugi etap, w którym wyciskany profil podgrzewa się, przy prędkości nagrzewania pomiędzy temperaturą 5°C a 50°C na godzinę, do końcowej utrzymywanej temperatury, przy czym całkowity cykl starzenia stopu odbywa się w przedziale czasu od 3 do 24 godzin.

PL 194 727 B1
2. Sposóbwedługzastrz. 1, z namiennytym, że końcowatemperaturastaiareniawynosipiprynajmniej 165°C.
3. Sposóbwedług zasttz. 1, znamiennytym, że końcowetemporaturastarzeninwynnsi co nnjwneej 205°C.
4. Sposóbwedługzastrz. 1,z namiennytym, że w drugim eda-ie gzzasiapeędkoSćnnazzamenia ennsti orennajmniej 7°C ns zskainę.
5. Sposóbwydługzastrz. 1,z namiennytym, że w drugim erasie grzasiapeędkoSćnnsrzamynis ennsti os najwneej 30°C ns zskainę.
6. Sposób według zastrz. 1, tym, że 1emporatura peza kcśco pieer/etae⁰ edase zreania ennsti sk 130°C ks 160°C.
7. Sposóbwydługzastrz. 1,znamiennytym, że cołkowitycoasstaazadiawynnsiprzanąjmpiej 5 zskain.
8. Sposóbwydługzastrz. 1,znamiennytym, że cołkosety coas sta-zadiawynnsico nns/j^e-ej ,2 zskain.
9. Spostb weekjg castrz. 1, cnnmienny tym, će coSkoas cozaaiawytędendo cezad wynisóoniem, ttso eskzzeewa tię ks temeezatuzn sk 5W°C ks 550°C, os oa-m ttso óohłakea tię ks nszmalnej temeezatuzn wnoióOania.