SK285689B6

SK285689B6 - Spôsob prípravy Al-Mg-Si zliatiny spracovateľnej teplom

Info

Publication number: SK285689B6
Application number: SK1147-2001A
Authority: SK
Inventors: Ulf Tundal; Reiso Oddvin
Original assignee: Norsk Hydro Asa
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2007-06-07
Also published as: IS6044A; BR9917097A; AU2833599A; BG105805A; CA2361760C; KR100566359B1; HU226904B1; EP1155161A1; BR9917097B1; JP4495859B2; DE69910444D1; HUP0200160A3; NO333530B1; IL144605A0; WO2000047793A1; HUP0200160A2; CZ20012907A3; US6679958B1; UA73113C2; DK1155161T3

Abstract

Opisuje sa spôsob prípravy Al-Mg-Si zliatiny spracovateľnej teplom, ktorá sa po tvarovaní podrobí procesu starnutia, pričom starnutie sa po ochladeníextrudovaného výrobku uskutoční v prvom štádiu, vktorom sa extrudovaný materiál zahreje s rýchlosťou zahrievania nad 30 °C/hodinu na teplotu medzi 100 a 170 °C, a v druhom štádiu, v ktorom sa extrudovaný výrobok zahreje s rýchlosťou zahrievania medzi 5 a 50 °C/hodinu na konečnú udržiavaciu teplotumedzi 160 a 220 °C. Celkový cyklus starnutia sa uskutoční v časovom intervale medzi 3 a 24 hodinami.

Description

Vynález sa týka spôsobu prípravy teplom spracovateľnej Al-Mg-Si zliatiny, ktorá sa po ochladení podrobí dvojstupňovému procesu starnutia s dvojakou rýchlosťou na zlepšenie jej mechanických vlastností.

Doterajší stav techniky

Podobný proces starnutia je opísaný vo WO 95/06759. Podľa tejto publikácie sa starnutie uskutočňuje pri teplote medzi 150 a 200 °C a rýchlosť zahrievania je medzi 10 a 100 °C/h, výhodne medzi 10 a 70 °C/h. Navrhuje sa alternatívna schéma zahrievania vo dvoch krokoch, pričom sa navrhuje udržiavacia teplota v rozsahu 80 až 140 °C, aby sa dosiahla celková rýchlosť zahrievania v uvedenom intervale.

Cieľom tohto vynálezu je poskytnúť hliníkovú zliatinu, ktorá má lepšie mechanické vlastnosti než pri použití tradičných postupov starnutia a kratšie celkové časy starnutia než pri použití procesu starnutia, opísaného vo WO 95/06759. S navrhnutým procesom starnutia s dvojakou rýchlosťou sa pevnosť maximalizuje pri minimálnom celkovom čase starnutia.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je spôsob prípravy teplom spracovateľnej Al-Mg-Si zliatiny, ktorá sa po tvarovaní podrobí procesu starnutia, ktorý zahrnuje prvé štádium, v ktorom sa extrudovaný výrobok zahreje s rýchlosťou zahrievania nad 30 °C/hodinu na teplotu medzi 100 a 170 °C, a druhé štádium, v ktorom sa extrudovaný výrobok zahreje s rýchlosťou zahrievania medzi 5 a 50 °C/hodinu na konečnú udržiavaciu teplotu medzi 160 a 220 °C a celkový cyklus starnutia sa uskutoční v časovom intervale medzi 3 a 24 hodinami.

Pozitívny účinok procesu starnutia s dvojakou rýchlosťou na mechanickú pevnosť sa dá vysvetliť skutočnosťou, že predĺžený čas pri nízkej teplote vo všeobecnosti zlepšuje vznik vyššej hustoty precipítátov Mg-Si. Ak sa celá operácia starnutia uskutoční pri takejto teplote, celkový čas starnutia prekročí praktické hranice a výkon peci na starnutie bude príliš nízky. Pomalým zvyšovaním teploty na konečnú teplotu starnutia bude vysoký počet precipítátov, ktoré vznikajú pri tejto nízkej teplote, pokračovať v raste. Výsledkom bude vysoký počet precipítátov a hodnoty mechanickej pevnosti, spojené s nízkoteplotným zrením, ale s podstatne kratším celkovým časom starnutia.

Dvojstupňové starnutie tiež poskytuje zlepšenia v mechanickej pevnosti, ale s rýchlym zahrievaním z prvej udržiavacej teploty na druhú udržiavaciu teplotu bude existovať podstatná šanca reverzie najmenších precipítátov, s nižším počtom vytvrdzujúcich precipítátov, a teda s menšou mechanickou pevnosťou ako dôsledkom. Ďalšou výhodou procesu starnutia s dvojakou rýchlosťou v porovnaní s normálnym zrením a tiež dvojstupňovým zrením je to, že malá rýchlosť zahrievania zabezpečí lepšiu teplotnú distribúciu v šarží. Teplotná história extrúzií v šarži bude takmer nezávislá od veľkosti šarže, hustoty uloženia a hrúbky stien extrúzií. Výsledkom budú konzistentnejšie mechanické vlastnosti než pri iných typoch procesov starnutia.

V porovnaní so spôsobom starnutia, opísaným vo WO 95/06759, kde sa malá rýchlosť zahrievania začína od teploty miestnosti, spôsob starnutia s dvojakou rýchlosťou skráti celkový čas starnutia tým, že sa aplikuje vysoká rýchlosť zahrievania z teploty miestnosti na teploty medzi 100 a 170 °C. Výsledná pevnosť bude takmer taká dobrá, keď sa pomalé zahrievanie začne pri nejakej medziľahlej teplote, ako keby sa pomalé zahrievanie začalo od teploty miestnosti.

Vynález sa tiež týka Al-Mg-Si zliatiny, pri ktorej sa po prvom kroku starnutia použije 1- až 3-hodinová výdrž pri teplote medzi 130 a 160 °C.

Vo výhodnom uskutočnení tohto vynálezu je konečná teplota starnutia najmenej 165 °C a výhodnejšie je teplota starnutia najviac 205 °C. S použitím týchto výhodných teplôt sa zistilo, že mechanická pevnosť sa maximalizuje, zatiaľ čo celkový čas starnutia zostáva v prijateľných medziach.

Aby sme skrátili celkový čas starnutia v operácii starnutia s dvojakou rýchlosťou, je výhodné uskutočniť prvé štádium zahrievania s najvyššou možnou rýchlosťou zahrievania, čo spravidla závisí od zariadenia, ktoré máme k dispozícii. Preto je výhodné použiť v prvom štádiu zahrievania rýchlosť zahrievania najmenej 100 °C/h.

V druhom štádiu zahrievania sa rýchlosť zahrievania musí optimalizovať z hľadiska celkovej efektívnosti v čase a konečnej kvality zliatiny. Z tohto dôvodu je druhá rýchlosť zahrievania výhodne najmenej 7 °C/h a najviac 30 °C/h. Pri rýchlostiach zahrievania nižších než 7 °C/h bude celkový čas starnutia dlhý s malým výkonom v peciach na starnutie ako dôsledkom, a pri rýchlostiach zahrievania vyšších než 30 °C/h budú mechanické vlastnosti nižšie než ideálne.

Prvé štádium zahrievania sa výhodne skončí pri 130 až 160 °C a pri týchto teplotách je dostatočná precipitácia Mg₅Si₆ fázy, aby sa dosiahla vysoká mechanická pevnosť zliatiny. Nižšia konečná teplota prvého štádia povedie vo všeobecnosti k predĺženému celkovému času starnutia. Celkový čas starnutia je výhodne najviac 12 hodín.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obrázku sú graficky znázornené rôzne cykly starnutia a sú identifikované písmenom, pričom celkový čas starnutia je na osi x a použitá teplota je v smere osi y.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Tri rôzne zliatiny so zložením, ktoré je uvedené v tabuľke 1, sa odliali ako ingoty s priemerom 0 95 mm pri štandardných podmienkach odlievania pre zliatiny AA6060. Ingoty sa homogenizovali s rýchlosťou zahrievania približne 250 °C/h, pričom interval výdrže bol 2 hodiny a 15 minút pri 575 °C a rýchlosť chladenia po homogenizácii bola približne 350 °C/h. Tieto predvalky sa nakoniec narezali na 200 mm dlhé ingoty.

Tabuľka 1

Zliatina	Si	Mg	Fe
1	0,37	0,36	0,19
2	0,41	0,47	0,19
3	0,51	0,36	0,19

Pokus s extrúziou sa uskutočnil v 800-tonovom lise, vybavenom 0 100 mm kontajnerom a indukčnou pecou na zahriatie ingotov pred extrúziou.

Aby sa dosiahli dobré merania mechanických vlastností profilov, urobil sa samostatný pokus s lisovnicou, ktorá poskytla 2*25 mm* tyč. Ingoty sa pred extrúziou predhriati na približne 500 °C. Po extrúzii sa profily ochladili v stojacom vzduchu, čo viedlo k času chladenia približne 2 min. na teploty pod 250 °C. Po extrúzii sa profily natiahli o 0,5 %. Čas skladovania pri teplote miestnosti sa kontroloval do 4 hodín pred zrenim. Mechanické vlastnosti sa zistili pomocou ťahových skúšok.

Mechanické vlastnosti rôznych zliatin, ktoré sa nechali zrieť v rôznych cykloch starnutia, sú uvedené v tabuľkách 2 až 4.

Na vysvetlenie k týmto tabuľkám odkazujeme na obrázok, na ktorom sú graficky znázornené rôzne cykly starnutia a sú identifikované písmenom. Na obrázku je znázornený celkový čas starnutia na osi x a použitá teplota je v smere osi y.

Ďalej, rôzne stĺpce majú nasledujúce významy: celkový čas = celkový čas pre cyklus starnutia; Rm = konečná pevnosť v ťahu;

Rpm = konvenčná medza klzu;

AB = pomerné predĺženie pri pretrhnutí;

Au = rovnomerné predĺženie.

Všetky tieto údaje sú priemerom z dvoch paralelných vzoriek extrudovaného profilu.

Tabuľka 2

Zliatina 1-0,36Mg + 0,37Si
	Celkový čas [h]	Rm	Rp02	AB	Au
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	H.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

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

Tabuľka 3

Zliatina 2 - 0,47Mg + 0,41 Si
	Celkový čas f h]	Rm	Rp02	AB	Au
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

Zliatina 2 - 0,47Mg + 0,41 Si
	Celkový čas [h]	Rm	Rp02	AB	Au
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

Tabuľka 4

Zliatina 3 - 0,36Mg + 0,51 Si
	Celkový čas [hl	Rm	Rp02	AB	Au
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	H,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	H,9	5,9

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	H,8	6,7
D	H,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

Na základe týchto výsledkov platí nasledujúci komentár:

Konečná pevnosť v ťahu (UTS) zliatiny č. 1 je tesne nad 180 MPa po A-cykle a 6 hodinách celkového času. UTS hodnoty sú 195 MPa po 5-hodinovom B-cykle a 204 MPa po 7-hodinovom C-cykle. S D-cyklom UTS hodnoty dosahujú približne 210 MPa po 10 hodinách a 219 MPa po 13 hodinách.

S A-cyklom má zliatina č. 2 UTS hodnoty približne 216 MPa po 6 hodinách celkového času. S B-cyklom a 5 hodinami celkového času je UTS hodnota 225 MPa. S D-cyklom a 10 hodinami celkového času sa UTS hodnota zvýšila na 236 MPa.

Zliatina č. 3 má UTS hodnotu 222 MPa po A-cykle a 6 hodinách celkového času. S B-cyklom a 5 hodinami celkového časuje UTS hodnota 231 MPa. S C-cyklom a 7 hodinami celkového času je UTS hodnota 240 MPa. S D-cyklom a 9 hodinami celkového času je UTS hodnota 245 MPa. S E-cykiom sa dajú dosiahnuť UTS hodnoty až do 250 MPa.

Hodnoty celkového predĺženia sa zdajú byť takmer nezávislé od cyklu starnutia. Pri najvyššej pevnosti sú hodnoty AB celkového predĺženia okolo 12 %, hoci hodnoty pevnosti sú vyššie pre cykly starnutia s dvojakou rýchlosťou.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob prípravy teplom spracovateľnej A)-Mg-Si zliatiny, ktorá sa po tvarovaní podrobí procesu starnutia, pričom toto starnutie sa po ochladení extrudovaného výrobku uskutočňuje v prvom štádiu, v ktorom sa extrudovaný výrobok zahreje na teplotu medzi 100 a 170 °C, a v druhom štádiu, v ktorom sa extrudovaný výrobok zahreje na konečnú udržiavaciu teplotu medzi 160 °C a 220 °C, vyznačujúci sa tým, že rýchlosť zahrievania v prvom štádiu je najmenej 100 °C/h a v druhom štádiu medzi 5 a 50 °C/h, a že celý cyklus starnutia sa uskutoční v časovom intervale medzi 3 a 24 hodinami.
2. Spôsob prípravy hliníkovej zliatiny podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že spôsob starnutia je modifikovaný tak, že po prvom kroku starnutia sa použije 1 - až 3-hodinová výdrž pri teplote medzi 130 a 160 °C.
3. Spôsob prípravy hliníkovej zliatiny podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že konečná teplota starnutia je najviac 165 °C.
4. Spôsob prípravy hliníkovej zliatiny podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že konečná teplota starnutia je najviac 205 “C.
5. Spôsob prípravy hliníkovej zliatiny podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že v druhom štádiu zahrievania jc rýchlosť zahrievania najmenej 7 °C/h.
6. Spôsob prípravy hliníkovej zliatiny podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že v druhom štádiu zahrievania je rýchlosť zahrievania najviac 30 °C/h.
7. Spôsob prípravy hliníkovej zliatiny podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že na konci prvého kroku zahrievania je teplota medzi 130 a 160 °C.
8. Spôsob prípravy hliníkovej zliatiny podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že celkový čas zahrievania je najmenej 5 hodin.
9. Spôsob prípravy hliníkovej zliatiny podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačuj úci sa tým, že celkový čas zahrievania je najviac 12 hodín.