SE426712B - Plat av aluminiumlegering och forfarande for dess vermebehandling - Google Patents

Description

7806251-0 2 Kisel = Mangan = <0,06 % Tüæl = Denna metod har till uppgift att åstadkomma hög seghet och beständighet mot sprickbildning (sönderslitning), varvid dessa egen- skaper enligt patentskriften är förenade med att man åstadkommer partik- lar av fasen E (Al 12 Mg2Cr) med medelpartikelstorlek överstigande l400 Å.

Dessa behandlingar vid hög temperatur: 504-538°C, bör ha en tillräcklig varaktighet för erhållande av denna medelpartikelstorlek hos partiklarna. I praktiken rekommenderas genomförande av behandlingen under 6-48 timmars tid på göt eller plattämnen, varefter man genomför en upplösningsvärmebehandling av plåten under minst en kvarts timmes tid och företrädesvis under cirka 2 timmars tid. Det är även möjligt att genomföra endast en värmebehandling vid 504-5380C vid upplösningssteget eller upplösningsnivån om man kan tolerera en varaktighet av upplösnings- behandlingen vid hög temperatur som är tillräckligt långvarig för er- hållande av partiklar av fasen E)(l400 Å.

Enligt uppfinningen har det visat sig att det icke lönar sig att åstadkomma en medelpartikelstorlek hos partiklarna av fasen E som är lika med eller överstiger 1400 Å för åstadkommande av förbättrade seghets- egenskaper hos denna legering.

Stor partikelstorlek kan även erbjuda olägenheter och exempel- vis gynna deformation vid störtkylning eller snabbkylning. Dessa deforma- tioner är större ju lägre legeringens sträckgräns är vid störtkylnings- temperaturen. Vid dessa temperaturer är egenskaperna icke längre bundna till strukturell härdning (utskiljningshärdning) eftersom Guinier-zonerna uppenbart har försvunnit, men till härdning genom inverkan av dispergera- de faser beroende av närvaron av olösliga beståndsdelar. Denna härdning är emellertid effektivare ju tätare intill varandra och ju mindre dessa partiklar är. Koalescens av partiklarna medför sålunda en sänkning av sträckgränsen och sålunda en ökning av deformationerna.

Det är vidare svårt att öka medelpartikelstorleken hos partik- larna av E-fas utan att åstadkomma koalescens av partiklar med mycket stor partikelstorlek (av mikron-storleksordning). Undersökningar som genomförts av S.A. Levy (Reynolds Metals Companyf och publicerats av National Technical Information Service innefattande jämförelse av legeringar 7075 med zirkonium resp. krom har emellertid visat att de förstnämnda som har den minsta andelen stora partiklar (l-10 Um) även har den högsta segheten. 7806251- 0 Enligt förfarandet enligt uppfinningen är det icke nödvändigt att genomföra en värmebehandling vid hög temperatur vid upplösnings- steget. Värmebehandlingen kan mycket väl genomföras enbart vid homogeni- seringssteget, dvs. på plattämnen eller göt.

Oberoende av om behandlingen genomföres vid homogeniserings- steget eller upplösningssteget utmärkes de produkter som erhålles med förfarandet enligt uppfinningen av en medeldiameter hos partiklarna av E-fas, beräknad med den i det följande beskrivna metoden, av mellan 800 och 1000 Å.

Denna fördelning av partikeldiametrarna kan även definieras med antalet partiklar av E-fas per volymenhet: 70-110 partiklar per um3.

För att noggrannare definieras kännetecknen för uppfinningen är det väsentligt att ange hur mätningen av partiklarnas diameter genom- föres.

Med hänsyn till den ringa diametern av de skiljda partiklarna av E-fas är den enda möjliga metoden att bestämma dessas diameter att undersöka tunna folier av legeringen genom transmissions-elektronmikro- skopi. För att motverka den lokaliseringsbundna karaktären av denna typ av undersökning undersökes i varje särskilt fall ett flertal tunna folier. (i allmänhet 4). På denna grupp av folier undersöktes totalt 30 områden med förstoringsgraden 20000 X vilket representerar en total undersökt yta av 400 umz. Man mäter härvid dimensionerna hos partiklarna med hjälp av en mikrometerlupp med nogrannheten 0,1 mm. Mikroskopet kan kalibreras med hjälp av ett standard-mikrometergaller, och osäkerheten beträffande förstoringsgraden efter kälibreringen understiger 0,2 %. Man har i förväg genom elektronmikrodiffraktion fastställt att alla synliga partik- lar motsvarar E-fas.

För bestämning av storleken hos likaxliga partiklar med oregel- bunden form, såsom korn, celler eller utskiljningspartiklar, är det vanligt att likställa dessa med sfärer och att beräkna medeldiametern enligt: N.

S: J Standardavvikelsen för fördelningen ¿(D) och NV, det totala antalet partiklar per enhetsvolym (enligt Underwood, Quantitative stereology, 1970, Addison - Wesley Publishing Co., New York).

Ifråga om icke likaxliga partiklar, som vid transmissions- elektronmikroskopi uppträder i form av små stavar med tjockleken 1 och 7806251-0 längden L antager man att dessa dimension i den mot observations- planet vinkelräta riktningen likaledes överensstämmer med den största dimension som uppmätes i observationsplanet (dvs. L), och vid beräk- ningen likställes de med eller betraktas såsom sfäriska partiklar med diametern L, vilket leder till en viss överskattning av medeldiametern.

Antalet partiklar per um3 beräknas genom division av antalet partiklar, som räknats på en total yta av 400 umz, med volymen av den undersökta metallen (tjockleken av den intilliggande folien cirka 0,12 Um). _ Värmebehandlingen enligt uppfinningen, som gör det möjligt att erhålla den i det föregående definierade partikelfördelningen, samt de därav följande mekaniska egenskaperna, som anges i det följande, kan tillämpas enligt tvâ varianter: Den första varianten är företrädesvis tillämpbar på tunna produkter, dvs. i praktiken på plåt med en tjocklek mellan l och l2,7 mm samt i synnerhet mellan l och 5 mm. 7 Denna behandling innefattar en homogeniseringsbehandling av plattgöt eller plattämnen under 4-12 timmars tid samt företrädesvis under cirka 8 timmars tid vid en temperatur mellan 505 och 535°C, dvs. ovanför smältpunkten för metastabila eutektika. Plåtarna underkastas därefter varmvalsning och därefter kallvalsning samt underkastas slutligen en konventionell upplösningsbehandling vid en temperatur understigande 499°C, vilken kan vara mycket kortvarig, exempelvis under lO-20 minuters tid. Därefter underkastas materialet på konventionellt sätt störtkylning och anlöpning.

Homogeniseringsbehandlingen genomföres utan något föregående steg eller varmhållning vid en lägre temperatur och utan att man behöver iakttaga någon viss temperaturhöjningshastighet. Ett tillfälligt upp- trädande av smälta faser, som därefter resorberasj är av mindre betydel- se. Det är tillräckligt att vätehalten begränsas till ett värde under- stigande 2 ppm och företrädesvis 0,1 ppm och att man iakttager alla försiktighetsåtgärder för att undvika ett alltför högt partialtryck av vattenånga i ugnen.

Den andra varianten är företrädesvis tillämpbar på tjocka plåtar, dvs. i praktiken plåtar med en tjocklek överstigande 8 mm och i synnerhet överstigande 15 mm.

För denna typ av produkt kännetecknas behandlingen enligt uppfinningen av en kombination av en konventionell homogenisering, dvs. vid temperaturer under 477°C, exempelvis 460°C. Produkten underkastas därefter varmvalsning till sluttjockleken samt underkastas därefter 78062514) före störtkylningen en upplösningsbehandling under vilken behandlingen vid hög temperatur genomföres. Denna upplösningsbehandling utmärkes av två kännetecken: a) behandlingen innefattar två steg: ett första steg vid konventionell temperatur för denna typ av behandling mellan 465 och 488°C samt en varaktighet av mellan 15 minuter och 4 timmar, b) ett andra steg vid hög temperatur (från 505-535°C) under förhållandevis kort tidrymd med beaktande av att denna behandling utgör det enda steget vid hög temperatur under hela.processen (transformationenl med en varaktighet av från 1/2 timme till 1,5 timmar. En störtkylnings- behandling och anlöpningsbehandling avslutar behandlingssteget (trans- formationssteget).

För produkter som icke har en eutektisk smältpunkt vid cirka 490oC är det första steget icke oundgängligen nödvändigt, och det är möjligt att hastigt höja temperaturen till ett värde mellan 505 och 535°C.

Exemplen i det följande åskådliggör uppfinningen och klargör skillnaden mot teknikens tidigare ståndpunkt.

Exemplen I och II avser tunn plåt under det att exemplen III och IV avser tjock plåt.

Exempel I Utgående från samma sats av två plåtar av legering 7475 här- rörande från samma göt genomfördes de i följande tabell angivna behand- lingarna: Konventionellt intervall Intervall enligt plåt nr. l uppfinningen plåt nr. 2 Homogenisering 8 timmar vid 460°C 8 timmar vid 5l5°C Varmvalsning från 280 mm tjocklek från 280 mm tjocklek till 4,5 mm till 4,5 mm Kallvalsning från 4,5 mm tjocklek från 4,5 mm tjocklek till 1,6 mm till 1,6 mm Upplösningsbehandling 15 min. vid 465°C 15 min. vid 465°C Störtkylning kallvatten kallvatten Aniöpmimg 4 timmar via 1z2°c + 4 timmar vid 122°c + 15 timmar via 1e2°c 15 timmar vid 1e2°c 7aoe2s1-0 6 Segheten bestämmdes, dels såsom förhållandet ÄB/ÅO 2, för- I hâllandet mellan brottgränsen (dragbrottgränsen) och sträckgränsen vid förlängningen 0,2 % hos ett anvisningsförsett provstrycke (anvisningens bottenradie mindre än 13 um) samt dels med värdet av koefficienten KC, den kritiska spänningsintensitetsfaktorn uttryckt i megapascal\fmeÉšÄ Förhållandet ÖB/ÅOI2 som anges i ASTM-normen E 338-73 för tunn plåt samt i ASTM-normförslaget för tjock plåt (Book of Standards, del 10, 1974, sid. 657-668) står i god korrelation till faktorn KC.

Resultaten, kompletterade med uppgift om medeldiametern hos partiklarna av E-fas, anges i tabellen i det följande.

Försöksbetingelserna vid uppmätning av KC eller Klc anges med en grupp av två bokstäver av vilka den första betecknar spänningsrikt- ningen och den andra riktningen av sprickans fortplantning, med följande betydelser: L T längdriktning lång tvärriktning S = kort tvärriktning Lä/èb 2 KC (T-L) Medelpartikel- Antal partik- ' diameter lar per um Plåt 1 0,95 128 680 Å 168 Plåt 2 (enligt 0,96 137 825 Å 70 uppfinningen) Exempel II Utgående från samma sats av två plåtar av legering 7475 här- rörande från samma göt som enligt exempel l genomfördes följande behand- lingar: Konventionellt intervall Intervall enligt plåt nr. 3 uppfinningen plåt nr. 4 Homogenisering 8 timmar vid 460°C 8 timmar vid 5l5°C Varmvalsning från 280 mm tjocklek från 280 mm tjocklek till 7,2 mm till 7,2 mm Kallvalsning från 7,2 mm tjocklek från 7,2 mm tjocklek Upplösningsbehandling Störtkylning Anlöpning till 4,75 mm 26 min. vid 46s°c kallvatten _g tim. via 1222C + 15 tim. vid 162°c till 4,75 mm 26 min. vid 465°c kallvatten 4 tim. vid 122°C + 15 tim. vid 1a2°c 7806251-0 Resultaten av mätningar för bestämning av segheten hos de undersökta legeringarna anges i tabellen i det följande: ¿B/åo 2 KC (T-L) Medelpartikel- Antal partik- ' diameter lar Der um Plåt nr. 3 0,83 82,5 680 Å 168 Plåt nr. 4 0,94 123 865 Å 86 Enligt båda dessa exempel erhållas de högsta värdena för KC vid användning av behandlingen enligt uppfinningen.

Exempel III Utgående från samma sats av tre plåtar av legering 7475 här- rörande från samma göt, vilket emellertid var ett annat göt än det vid försöken enligt exemplen I och II använda, genomfördes de behandlingar som anges i följande tabell: Konventionellt Intervall enligt Intervall enligt upp- intervall uppfinningen finningen Plåt nr. 5 Första varianten Andra varianten plåt nr. 6 Plåt nr. 7 Homogeni- 8 tim. vid 46000 8 tim. vid 515°C 8 tim. vid 460°C sering Varmvalsning från 280 mm tjock- från 280 mm tjock- från 280 mm tjocklek lek till 16 mm lek till l6 mm till 16 mm Upplösnings- 3 tim. vid 465% 3 tim. vid 4s2°c 3 tim. vid :iszgc + behandling 1 tim. vid 515 C Störtkylning kallvatten kallvatten kallvatten Anlöpning s tim. vid 12o°c+ s tim. vid 1os°g+ s tim. via 1zo°c + 15 tim. vid l59OC 24 tim. vid 157 C 15 tim. vid 159°C KC, rikt- 147 165 189 ning L-T Exempel 4.

Utgående från två andra plåtar härrörande från samma göt som det enligt exempel 3 använda genomfördes de i följande tabell angivna behandlingsstegen: '_7_8i06251~0 _ 8 Konventionellt inter- Intervall enligt upp- vall finningen, andra varianten Plåt nr. 8 Plåt nr. 9 Homogenisering 8 tim. vid 460°C 8 tim. vid 460oC Varmvalsning från 280 mm tjocklek från 280 mm tjocklek till 80 mm till 60 m Upplösmimgsbehand- 3 tim. vid 4s5°c 3 tim. vid 4a2°c + ling - 1 tim. vid 515°c Störtkylning kallvatten -kallvatten Aniöpning 6 tim. vid losgc + 6 tim. vid losgc + 24 tim. vid l65~C 24 tim. vid 165 C De uppmätta K -värdena i de tre riktningarna: L-T, T-L och lC S-L, samt medelpartikeldiametern för E-fasen anges i följande tabell: KlC (MPaVrm) Medelpartikel- Anšal partiklar per diameter um L-T T-L S-L Plåt nr. 8 40,5 38,9 32,6 695 Å ll9 Plåt nr. 9 51,7 39,3 37,3 842 Å 81 En väsentlig förbättring ifråga om värdet av Klc eller KC kan fastställas för alla fyra exemplen. De resultat som erhölls för plåt nr. 9, som endast underkastats behandling under en timmes vid vid 5l5°C är anmärkningsvärda.

Claims (7)

1. 7806251-0 9 PATENTKRAV l. Plåt av aluminiumlegering innehållande såsom huvudlegerings- element: zink = 5,2 - 6,2 % magnesium = 1,9 - 2,5 % koppar = 1,2 - 2,9 % krom å 0,18 - 0,25 % samt såsom föroreningar: järn < 0,12 % kisel <0,l0 % mangan 40,06 % titan <0,06 % samt med förbättrad seghet, k ä n n e t e c k n a d därav, att partiklar- na av den olösliga fasen All2Mg2Cr i plåten har medeldiameter mellan 800 Å Och 1000 Å.

2. Plåt av aluminiumlegering enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c krua d därav, att antalet partiklar av den olösliga fasen All2Mg2Cr uppgår till mellan 70 och 110 per um3.

3. Förfarande för framställning av en plåt enligt patentkravet l eller 2, varvid man i följd gjuter ett göt eller en platta med den angivna sammansättningen, genomför homogenisering av götet, varmvalsar götet samt därefter eventuellt kallvalsar legeringen, slutligen under- kastar legeringen upplösningsbehandling, störtkylning och anlöpning, k ä n n e t e c k n a t därav, att homogeniseringsbehandlingen genomföres. utan ett förberedande steg, vid en temperatur överstigande temperaturen för smältning av metastabila eutektika under en tid av 4-12 timmar, var- vid upplösningsbehandlingen genomföres vid konventionella betingelser beträffande temperatur och tid.

4. Förfarande för framställning av plåt enligt patentkravet l eller 2, varvid man i följd gjuter ett plattgöt eller plattämne med den angivna sammansättningen samt underkastar detta homogenisering, varm- valsning och slutligen upplösningsbehandling, störtkylning och anlöpning, k ä n n e t e c kun a t därav, att upplösningsbehandlingen genomföres i två steg av vilka det första genomföres vid temperaturer mellan 465 och 48500 under en tidrymd av 2-4 timmar samt det andra vid temperaturer mellan 505 och 535°C under en tidrymd av 30-90 minuter. 7806251-0 -- i 1o

5. Förfarande för framställning av plåt enligt patentkravet 1 eller 2, varvid man i följd gjuter ett plattgöt eller ämne med den angivna sammansättningen, homogeniserar materialet, varmvalsar materialet. samt slutligen genomför upplösningsbehandling, störtkylning och anlöp- ning, k ä n n e t e c k'n a t därav, att upplösningsbehandlingen genom- föres vid temperaturer mellan 505 och 535°C under en tidrymd som är till- räcklig för bildning av partiklar av All2Mg2Cr med en medeldiameter mellaz 800 och looo Å. _

6. Förfarande enligt patentkravet 3, k_ä n n e t e c k n a t därav, att man framställer tunn plåt, eventuellt pläterad, med en tjock- lek understigande 12,7 mm.

7. Förfarande enligt patentkravet 4 eller 5, k ä n n e t e c k - n a t därav, att man framställer plåt med en tjocklek överstigande 8 mm. ANFURDA PUBLIKATIONER: