SE433947B - Forfarande for framstellning av halvhard aluminiumplat - Google Patents

Description

15 20 25 DJ \.T| HO 79055 50-5 det gjutna plåtmaterialet, innan det föreligger som en produkt med tillfredsställande mekaniska egenskaper. Denna bearbetning inne- fattar, att je: gjutna materialet kallvalsas ned till en passande iimention, därefter blir materialet mjukglödgat vid ca H20 OC un- iêf Ü ïim, êfïëfföljï av s k tempervalsning (kallvalsning med Ji- ten reduktion efter glödgning). Under denna tempervaläfiíng gëfiflß- gar materialet en tjockleksreduktion av 15 % eller mer.

Det är känt att tillsättning av vissa element, såsom Zr, Nb, Ta och Ni i en total mängd av 0,5 - 0,8 % till vissa icke härd- :ara smidbara aluminiumlegeringar, ge, en ökning av rekriszalli- sationstemperaturenl Sålunda rekommenderas enligt amerikanska pa- zentet 2 205 166 en tillsättning av 0,01 - l procent zirkonium till en kopparfri Al/Mg-smidbar legering, innehållande 0,25 - 10 % magnesium för att öka rekristallisationstemperaturenl Man har även rekommenderat, att använda zirkoniumtillsatser i flera kommersiella höghållfasta och mellanhâllfasta legeringar i 7 ooo- serien AlZnMg(Cu). Vid sådana tillsatser uppnås en viss höjning av rekristallisationstemperaturen, vilket ger större möjlighet för framställning av varmformade produkter utan att det sker nå- gon väsentlig rekristallisation i den färdiga produkten. Någon väsentlig förbättring av de mekaniska egenskaperna, flytgräns och~ hållfastheter samt duktiiitet uppnås icke genom konventionell värmebehandling och varmvalsning av gjutna valsgöt.

Föreliggande uppfinning avser kallbearbetbara smidbara lege- ringar bestående av följande aluminiumlegeringar: l. Smidbar AlMn-legering innehållande 0,50 - l,35 viktprocent Mn Smidbar AlMgMn-legering innehållande 0,2 - 0,8 viktprocent .Mg och 0,3 - 0,8 viktprocent Mn I\) 3. Smidbar ÅlMgSi-legering innehållande O,H5 - 0,90 viktprc- cent Mg och 0,2 - 0,6 viktprocent Si H. Smidbar AlMg-legering innehållande 0,5 - 1,1 viktprocent Mg _ - . 5. Tekniskt rent aluminium med minimum 99,0 viktprocent Al och resten huvudsakligen Si och Fe.

Enligt föreliggande uppfinning har man med hjälp av bandgjutnings- teknologi med direkt påföljande kallvalsning och en speciell vär- mebehandling framställt plåt av smidbara aluminiumlegeringar med starkt förbättrade egenskaper, d v s en betydlig ökning av duktili- f--*““"""-ia--q Pno uuA \TY 10 20 BO b! \-< _ 0 7905550-s teten med bibehållen hållfasthet och en väsentlig höjning av re- krístallisatiznstemperaturen samt en hög varmhållfasthec kombine- rat med hög varmduktilitet.

Det överraskande vid framställning av Al-plåtmaterial enlig: uppfinningen är, att även smä tillsatsmängder av rekristallisa- tionsmodifierande element som exempelvis Zr, Nb, Ta, Hf, Ni, Cr, Ti, V eller H, kan ge den smidbara legeringen en betydlig för- bättring i termomekaníska egenskaper. Förbättringen är ett resul- tat av den använda-bandgjutningsteknologin, där de modifierande e elementen pa grund av hög stelningshastighet föreligger i all? väsentligt i fast lösning och användningen av den speciella av- slutande värmebehandlingen efter kallvalsningen till den önskade sluttjockleken. Samtidigt är framställningsprocessen väsentligen förenklad i förhållande till de konventionella varm- och kall- valsningsprocesserna. Tillsatsen av strukturmodifierande element i dessa smidbarz legeringar är så liten, att gjutningshastighe- ten icke påverkas, exempelvis vid användning av zirkonium i hal- ter upp till 0,5 viktprocent.

Dessa väsentliga tekniska framsteg uppnås med hjälp av det speciella förfarande som definieras i efterföljande patentkrav.

Nedan skall en praktisk utföringsform av uppfinningen beskri- Si, 0,5 % Fe, 0,75 % Mn, 0,22 % Zr och resten huvudsakligen Al, göts genom kontinuer- vas. En aluminiumlegering bestående av 0,15 % lig bandgjutning, d v s gjutning mellan invändigt vattenkylda , roterande metallvalsar. Efter haspling och kylning till rumstem- peratur valsas bandet, som från början hade en tjocklek av ca 7 mn, ned till en önskad sluttjocklek exempelvis 1,0 mm, genom en kall- valsningsprocess. Kalldeformationen resulterade i en kraftig ök- ;ning av hårdneten samtidigt som duktiliteten minskar och detta är N: 'i en kombination av egenskaper som för en rad användningsområden föga önskvärd. Med en konventionell legeringssammansättning skulle det därför bli aktuellt efter nedvalsning att företa en mjukglïig- ring efterföljt av tempervalsning för att uppna de önskade egenska- perna i materialet. Genom förfarandet enligt uppfinningen gives däremot det färdiga valsade bandet helt enkelt en avslutande vär- mehehandling, varvid temperaturen i metallen sakta höjes till QBO - H70 OC och hâlles där i ca 2 tim före påföljande avkylning till rumstemperatur. I motsats till vanliga aluminiumlegeringar, som efter en sådan avslutande värmebehandling utan tempervalsnízg skulle bli helt mjukglödgat, kommer de mekaniska egenskaperna i i Pflflí uuAUTY MH |.-| CI? 20 I\J \J'l 30 \.rl \ 51 *79Û5550-5 i den Zr-haltiga legeringen rmatíonshärdad, halvhård kvalitet av “varar en defo :irkoniumfri legering, dock med den skillnaden att är väsentligt förbättrad. För att'åstadkomma denna av deformationsstrukturen krävas emellertid, att efter kallvalsningen icke ö Den kritiska hastigheten ligger vid ca 50 OC per minut, optimal värmningshastighet för värmebehandlingen enligt uppfin- ningen är i storleksordningen från l till H OC per minut. Denna att stabilisera sig på den Zr-haltige legerin en nivå som met- en motsvaranš duxtilizeten stabilisering gsvarianten :erskrider en viss kritisk hastighet. och en vármningshastigheten vid värmebehandlingen långsamma värmningshastighet är nödvändig för groddbildning av de fint dispergerande A13 stabilisera sub-strukturen. Gjutningstemperaturen vid bandgjut- Zr-partiklarna som är nödvändiga för att ning ligger i området 650 - 750 OC, beroende av den använda smid- bara legeringen och det modifierande tillsatselementet. För AlMn- legering och zirkoniumtillsats är det lämpligt att gjuta vid 680- ïoo °C.

Den grundläggande'skillnaden mellan en legering med och utan Zr-tillsats skall belysas genom följande exempel: Exempel l Med utgångspunkt från 2 bandgjutna Alün-legeringar'(åÖuttjock- -leken ca 7 mm) som är lika bortsett från Zr~tillsatsen; legering l (Al0,8 Mn 0,23 Zr) och legering 2 (Al0,8 Mn), företogs följande försök. Efter gjutning vid 690 OC kallvalsades båda kvaliteterna till l mmzs tjocklek. Från dessa plåtar tog man ut prov som värm- des vid olika temperaturer i temperaturomrâdet H00 °c - 520 °c. lla värmebehandlingarna utfördes med samma värmningshastigbet till hâlltemperaturen, 50 OC per timme. Hålltiden var för samtliga försök 2 tim, varefter proven kyldes i luft.

Tabell 1 Mekaniska egenskaper mätta vid rumste handling vid olika temperaturer. mperatur efter Värmeba- Temp. RPG. 2 MPa êß ° c A1o.8Mn A1o.8Mno.29zr A1o.8Mn A1o.&3no.;3:: A05 160 lüš 8 11 usa _55 lßs _ BH 16 51o 55 .62 37 27 F .Vi 20 *vi @ 7905550-s F en som är givna i tabell l och fig. l, visa' hur hall- Äšfiul (f 3 CI ïastheten, definierad genom flytgränsen är Rp 0,2 (fig. la) ocï xaktiwafeten, iefinierad,gen>m förlängningen AÉ (fig. lb), där mätlängden är lika med fyra gånger provoredden, ändras med vär- dnebenandlingstemteraturen. Man ser av dessa resultat, att medan legering 2 visar ett raskt fall i hållfasthet med ökande tempe- ratur i omradet H00 OC ~ H25 OC, visar legering l en anmärknings- värd hållffsthetsstabilitet. Först vid värmebehandlingstempera- turer över ;a H80 OC börjar ett snabbare fall med ökande tempe- ratur. Dette tetyder, att vil en tillsats av ca 0,2 Zr har man fiqnnat höja rekristallisaticnstemperataren (definierad genom fl ä reduktion i hållfastheï efter två timmar vid hålltem;eratl~ :en med neia 80°c från ui0°0 tiil 09000.

För att ytterligare belysa de fördelar som uppnås genom för- farandet enligt uppfinningen redogöres nedan för försök, som vi- sar att det vid förfarandet kan framställas legeringskvaliteter med väsentligt förbättrade termiska metastabila hållfasthetse- genskaper jämfört med konventionellt framställda plâtmaterial av samma legeringar utan zirkoniumtillsats.

Exempel 2 Det konventionellt framställda plåtmaterialet utan zirkonium- tillsats (legering 2) blev först bandgjutet och därefter valsat i fyra stick till 1,25 mm, mjukglödgat vid H20 OC i fyra timmar (vanlig batch), därefter följde tempervalsning från 1,25 mm till 0,88 mm, alltså en tjockleksreduktion av ca 30 %.

Plåtmaterialet som var framställt enligt uppfinningen (lege- . _ _ . . o . .g , ring i) blev ggutet vid 690 C och direkt utvalsat från 7 mm - till l mm plät (ca 85 % reduktion), efterföljt av en batchglödg- . _ . . . . . , 0 _ "_ . ningsbehandling i 2 tim vid aflu C. men exakta sammansättningen av legeringarna angives i tabell 2 nedan.

Tabell 2 Legeringssammansättning Zr Si Fe Mg Mn Cu Ti E V _ Lea. 1 0.25 0,15 om 0,05 0,s0,oo2 0,011 0,0; Leg. 2 - 0,12 0,01 0,008 0,8 0,002 0,017 0,00h 0,000 se ~í,N!(sç\- _v.l U| 10 15 20 25 \ JJ IJ 40 7905550-5 6 Be två plâzkïaliteterna provades sedan i en standard dragprov- níngsmaskín zei na; 1 vid högre 9 efter en sikte på att kartlägga de mekaniska egenskaper- temperatur ech långvarig väsmebehandlíng vid hög temperatur Resultaten framgår av tabell 3 och H nedan och visas även gra- fiskt med hjälp av diagrammen i fig. 2 och 5.

Tabell 3 ' Varmhållfasthet och varmduktilitet vid rumstemperatur och högre temperaturer Temp RPO. 2 R A oc MPa m _B MPa % Lëâ 1 Lêå- 2 Leg. l Leg. 2 Leg. l Leg. 2 RT 123 154 165 0 146 1u,2 7,2 250 94 73 lon 78 15,0 11,8 300 69 51 77 58 28,5 20,0 550 H5 32 5u 39 31,0 50,0 380 54 25 H3 33 H?,3 3fi,2 TæeH.fl Mekaniska egenskaper efter värmebe- nandling vid olika nàllniaer vid A0o°c.

(Egenskaperna är mätta vid rumstempera- tur.) (J CHJÅAXTY' *~ I p; \\'l 20 _neten has legeringarna 1 och 2 är jämförbara, är legering 1 vä- ( 79055 50-5 mi, , P ro.2 En **“ ï*^ MPa ¶Pa i _:;w$: Leg. 1 neg. 2 Leg. 1 Leg. 2 Leg. 1 Leg. à 2 148 107 165 126 15,2 15,1 20 159 10U 159 118 l§,2 16,0 72 134 82 158 106 13,9 22,6 135 130 5 81 155 10M 17,2 25,0 let framgår av resultaten, att medan rumstempera:;rhål1fas eent1igt mera duktil och visar en bättre värmehällïastnet nell 5).

Vidare kan Zr-legeringen hållas längre tider vid relativt hög Temperatur, utan att rumstexperaturegenskaperna minskar. Exem- lvis visar legering 1 endast en liten minskning i nàllfastnet ~ liê timmar vid 400 OC. under det att hållfastheten i lege- ring 2 reduceras med ca BC % redan efter 2 timmar vid samma temperatur (fig. 3). Av andra försök som är utförda framgår att legeringen enligt uppfinningen har överlägsna formbarhetsegen-_ skaper och hög värmeduktilítet vid användning av låga töjnings- ha ' stigheter. iiIWPOiOiRfiiii QUALITY

Claims (1)

vsassso-5 - 3 Ii. _, Patentkrav l. Färfarande för framställning av halvnårt e1umêr5ump1¿__ med hög hållfasthet, kombinerat med hög duktilitet av rsiellt tillgängliga smidbara Al-legeringar, försatta med et: rekristallisationsmodifierande element, såsom Zr, Hb, v ïa Ef, Ni, ZP, Ti, V eller W, k ä n n e t e c k n a d därav, att de smidbara legeringarna innehållande mindre än 0,5 viktpro- cent av de modifierande tillsatselementen, som i allt väsentligt er i fast lösning, gjutes genom kontinuerlig bandgjut- et: band sóm direkt kyles till rumstemperatur och kall- ï*Tl önskad tjocklek efterföljt av en avslutanie värmebe~ ; __ _, ~ 1 _¿___Y A ..- - - Ûp, .- lng, varvid temperaturen hoges till 400 - 500 t genom varm- 'aszigheter som är lägre än 50 OC per minut med påföljande avkylníng till rumstemperatur. 2. Förfarande för framställning av halvhârda aluminiumplâtar enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t 'därav, att tillsatsele- mentet utgöres av zirkonium i koncentrationer av 0,1 - 0,5 vikt- procent. 9. Förfarande för framställning av halvhårda~aluminiumplåtar _en1igt krav l eller 2,, k ä n n e t e c k n a t därav, att värm- ningshastigheten under värmebehandlingen ligger vid 1 - H OC per minut. I V H. Förfarande för framställning av halvhårda aluminiumplåtar enligt krav l - 5, k ä n n e t e e k n a t därav, att hâlltem- peraturen under värmebehandlingen är HHC - H60 OC. 5. Förfarande för framställning av halvhårda aluminíumplåtar 0 enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att legeringens materialtjocklek reduceras med minst 65 % av dess ursprungliga rjucklek genom kallvalsning. ' ' ' 0. Förfarande för framställning av halvhårda aluminiumplâtar enligt krav 1 - 5, k ä n n e t e c k_n a t därav, att vid gjut- ningen användes smidbara Alwn-legeringar, innehållande 0,50 - 1,15- viktprocent Mn. g _ 7. Förfarande för framställning av halvhårda aluminiumplåtar enligt krav l - 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att vid gjut- ningen användes smidbara AlMgMn-legeringar, innehållande 0,2 - C,š viktprocent Mg och 0,3 - 0,8 viktprocent Si. _ 8. Förfarande för framställning av halvhårda aluminiumplåtar enligt krav l - 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att vid gjut- ningen användes smidbara AlMgSi-legeringar innehållande 0,H5 - 0,90 viktprocent Mg och 0,2 - 0,6 viktprocent Si. i uixixuïv w 9 7905550-5 3. Föríarande för framszlllning av halvhåria aluminíunplåtar 5, K ä n n e c e c K n a t därav, af: vid gjut- .xänfles smidbara AlH¿-legeringar, innehållande 5,5 - 1,1 fär frams:ë;lning av halvhåråa aluxiniumplâtar enligt krav

1. - , k ä n n e t e c k n a t därav, att vid gjun- eknisktrent aluminium innehållande 99,0 vikt- (T \_fl ningen anväpdes procent aluminium och resten i huvudsak Si och Fe.