DE1483228A1

DE1483228A1 - Aluminiumlegierungen sowie aus diesen gefertigte Artikel

Info

Publication number: DE1483228A1
Application number: DE19651483228
Authority: DE
Inventors: Ashton Stanley James; Doyle William Michael
Original assignee: High Duty Alloys Ltd
Current assignee: High Duty Alloys Ltd
Priority date: 1964-08-28
Filing date: 1965-08-25
Publication date: 1969-04-10
Also published as: DE1483228B2; NL6511260A; GB1089454A; CH476107A; SE334748B; BE668895A; US3414406A

Description

Die Erfindung betrifft Aluminiumlegierungen, die Kupfer, Mangan und Titan enthalten, sowie aus diesen Legierungen gefertigte Artikel.

Geknetete oder heiß bearbeitete Aluminiumlegierungen, die Kupfer, Mangan, und Titan enthalten, werden für Plugmotorenteile verwendet, die bei hohen Temperaturen arbeiten, und werden insbesondere für die Arbeit in dem Temperaturbereich von 200 - 500⁰C verwendet. Obwohl Legierungen dieser Art bei Temperaturen In diesem Bereich befriedigende Eigenschaften aufweisen, ist eine Verbesserung der Dehnungselgen-

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schäften bei Raumtemperatur und einer weniger hohen Temperatur wünschenswert, insbesondere des Streckgrenzwerte§ und des Kriechwiderstandes.

Es wurde festgestellt, daß der Zusatz von 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent Magnesium zu Legierungen auf Alurainiumbasis mit 5 bis 7 % Kupfer, 0,01 bis 0,5 % Titan, 0,01 bis 0,5 % Mangari, 0,1 bis 0,55 % Silizium, 0 bis 0,5 % Silber, und nicht mehr als 0,4 % Eisen, wobei der Rest aus Aluminium besteht, die mechanischen Eigenschaften der Legierungen in Knet- oder Bearbeitungszustand bei Raumtemperatur sehr erheblich verbessert und auch die Eigenschaften bei hohen Temperaturen verbessert, einschließlich des Kriechwiderstandes, und zwar um wesentliche Beträge oberhalb des gesamten Temperaturbereichs bis zu 35O°C. Zusätzlich können die Legierungen mit Magnesiumzusatz ohne weiteres mit dem Argon-Schweißverfahren durch Verwendung von Grundwerkstoff oder herkömmlichen Schweißstabwerkstoffen geschweißt werden.

Die Legierungen können die normalen Unreinigkeitsmengen enthalten, die beispielsweise eines oder mehrere der Elemente Nickel, Chrom und Zink enthalten können oder daraus bestehen können, und zwar in einer Menge bis zu insgesamt etwa 0,25 Gewichtsprozent, und Bor von 0 bis etwa 0,1 Gewichtsprozent.

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Dementsprechend schärft die Erfindung eine Aluminiumlegierung* die die folgenden Elemente in den folgenden Gewi Ghtsproportlonen enthält:

Kupfer .5 bis 1 % __x

Titan 0,01 bis 0,3 %

Mangan 0,01 bis 0,5 %

Silizium 0,1 bis 0,35 %

Eisen 0 bis 0,4 % ......

Magnesium 0,1 bis 0,5 %

Silber 0 bis 0,5 %

Per Restbetrag besteht aus Aluminium und Verunreinigungen.

„_; Unter linet- oder bearbeitetem Zustand wird ein gewalzter, geschmiedeter, gepresster, stranggepresster oder in anderer Weise mechanisch bearbeiteter Zustand verstanden.

Die Legierungen sind besonders geeignet für Plugmotorenteile und für Flugzeugbespannungsteile und -Bauteile, die unter.hohen Temperaturen bei langen Standzeiten komplizierten Spannungssystemen widerstehen müssen.

Um die möglichen Vorteile der nach der Erfindung hergestellten Legierungen noch welter zu nutzen, müssen die

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Legierungen nach der Bearbeitung bis zu J>0 Stunden zwischen 515 und 55O°C lösungsgeglüht werden, abgeschreckt werden und dann während 5 bis 36 Stunden zwischen 170 und 250⁰C künstlich gealtert werden.

Der lösungsvergütete Artikel kann in öl oder Wasser oder geschmolzenem Salz abgeschreckt werden. Die größten Eigenschaften entwickeln sich in denjenigen Teilen, die auf die schnellste Art und Weise abgeschreckt wurden, doch kann ein solches schnelles Abschrecken eine zu hohe innere Restspannung bei bestimmten Bauteilkonstruktionen hervorrufen. Pur diese kritischen Anwendungen kann daher das Abschrecken in heißem oder kochendem Wasser oder geschmolzenem Salz bei I50⁰ bis 250⁰C angewendet werden. Die beiden letztgenannten Abschreckverfahren verringern sehr erheblich den inneren Spannungspegel, bei gleichzeitiger Verminderung der Eigenschaften bei Raumtemperatur und höherer Temperatur, doch liegen die Widerstandspegel erheblich höher als bei vergleich· baren Teilen der Legierungen ohne Magnesium.

Es wurde festgestellt, daß bei bestimmten Bauteilen, an denen eine ausgedehnte Bearbeitung in voll wärmevergütetem Zustand ausgeführt werden mußte, und bei denen die Abmessungstoleranzen innerhalb sehr enger Grenzen gehalten werden mußte, daß die nach der Erfindung hergestellten Legierungen, wenn sie lösungsvergütet und dann in geschmolzenem Salz abgeschreckt und anschließend künstlich gealtert wurden, die

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einzigen Legierungen auf Aluminiumbasis von allen geprüften waren, die einen befriedigenden geringen Verformungsgrad während der Bearbeitung aufwiesen.

Die künstliche Alterungszeit und Temperatur hängen von der erforderlichen Standzeit und der Betriebstemperatur ab, die für den Legierungsartikel vorgesehen sind. Für den Betrieb bei Raumtemperatur oder mäßig hohen Temperaturen werden Alterungsverf :;hren bei Temperaturen zwischen etwa 170 und 200°C verwendet, doch für einen Betrieb bei oberhalb etwa 175⁰C bewirken höhere Temperaturen im Bereich von 190 bis 250° die optimale Leistung bei hoher Temperatur. Die Alterung bei Temperaturen oberhalb von 210⁰C 1st erforderlich, um das Kristallgitter so weit auszuweiten, daß keine wesentlichen Abmessungsänderungen mehr unter lang andauerndem Betrieb bei hohen Temperaturen erfolgen.

Die besten Eigenschaften für irgendeine besondere geknetete Form werden durch sorgfältige Auswahl der Legierungselemente erreicht, und zwar insbesondere von Magnesium, innerhalb der vorstehend aufgeführten Bereiche. Es wurde festgestellt, daß das beste Gleichgewicht der Eigenschaften bei allen gekneteten Formen durch Legierungen auf Aluminiumbasis erreicht wurden, die gewichtsmäßig 5*7 bis 6,3 Kupfer, 0,1 bis 0,3 # Mangan, 0,1 bis 0,25 % Silizium, 0,05 bis 0,15 % Titan, bis zu 0,4 % Eisen, 0 bis 0,05 % Nickel,

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Zink und Chrom jeweils und wahlweise 0,2 bis 0,4 J6 Silber enthielten. Bei diesen bevorzugten Bereichen der Elemente wurde festgestellt, daß im Falle von Schmiede- und Strangpreßteilen das optimale Gleichgewicht der Eigenschaften durch einen Magnesiumgehalfc von 0,15 bis 0,30 % erreicht wurde und im Falle von gewalztem Material (einschließlich Blechen, Bändern und Platten) mit 0,25 bis 0,4 % Magnesium. Der Rest ist in jedem Pail Aluminium und normale VerunifLni gungen. Dementsprechend werden Legierungen mit diesen Zusammensetzungen bevorzugt.

Für Schmiedeteile, Strangpreßteile und Bleche, die aus silberfreien Legierungen hergestellt sind, und die vorgenannten bevorzugten Eleraentbereiche aufweisen, liegt die optimale LösungsvergUtungstemperatur bei 525 bis 535°C und die optimale Vergütungszeit hängt von der jeweiligen Knetform und Querschnittsdicke ab, liegt aber bei Schmiedetellen und Strangpreßteilen in dem Bereich von einer halben und 20 Stunden und für Bleche und Bänder bei bis zu 8 Stunden (normalerweise zwischen 5 Min. u. 2 Std.). Nach erfolgter Lösungsvergütung und Abschreckung wird das beste Gleichgewicht der mechanischen Eigenschaften bei Raum- und höherer Temperatur nach künstlicher Alterung während ö bis 24 Stunden bei 190 bis 200⁰C im Falle von Blechen und Strangpreßteilen erreicht, und während der gleichen Zeit, aber bei 210 bis 220°C, für SchmiedetetIe. Wenn bei den silberfreien Legierungen höhere Magnesiumgehalte verwendet werden, d.h. von 0,30 bis 0,5 %

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Magnesium im Falle von Schraiedeteilen und Strangpreßteilen und von 0,4 bis 0,5 56 Magnesium im Falle von Blechen und Bändern, so ist eine niedrigere Lösungsvergütungstemperatur der Größenordnung von 515» bis 525⁰C in Jedem Falle notwendig, um das Phänomen der Überhitzung zu vermeiden, das auf Grund der Verflüssigung von Bestandteilen mit niedrigem Schmelzpunkt hervorgerufen wird, die aus komplexen Eutektika bestehen, die Aluminium, Kupfer und Magnesium enthalten. Das Vorhandensein des Überhitzens ist deshalb nicht erwünscht, da es die Blasenbildung bewirkt und in der Verminderung einer oder mehrerer der mechanischen Eigenschaften führen kann, insbesondere Ermüdungs- und Kriechwiderstandseigensehaften. Eine Überhitzung in der ,dkrostruktur gekneteter Erzeugnisse ist für unter hoher Spannung befindliche Artikel nicht erwünscht, beispielsweise bei Bespannungs- und Bauteilen für Luftfahrzeuge und Flugmotorteile. Obwohl das Phänomen der Überhitzung, wie vorstehend ausgeführt, durch die Verwendung niedrigerer Lösungsvergütungsteraperaturen als innerhalb des bevorzugten Bereichs vermieden werden kann, ergibt dies eine Verminderung der mechanischen Eigenschaften.

Es wurde festgestellt, daö der Einfluß von Silber in die bevorzugten Legierungen, wie vorstehend beschrieben, eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bei

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allen Knetformen bewirkt. Der Einschluß einer zu großen Silbermenge verringert die Temperatur, bei der der Beginn des Überhitzens eintritt, und wirkt demnach in dieser Beziehung ähnlieh wie Magnesium.

Silber enthaltende geschmiedete oder stranggepreßte Legierungen der bevorzugten Zusammensetzungen und dem Lösungsverfahren für eine halbe bis 20 Stunden bei etwa515 bis 535°C ausgesetzt, bei einem Abschrecken und künstlichen Altern von & bis 24 Stunden bei 210 bis 220⁰C für Schmiedeteile, und einer Lösungsbehandlung von einer halben bis 20 Stunden bei 515 bis 535°C, bei Abschrecken und künstlichem Altern von 8 bis 24 Stunden bei 190 bis 200⁰C im Falle von Strangpreßteilen, weisen diese Teile höhere Spannungseigenschaften bei Raumtemperatur auf, insbesondere Höchstspannung, sowie einen größeren Kriechwider· stand bei höherer Temperatur als die entsprechenden silberlosen Legierungen der vorstehend beschriebenen bevorzugten Zusammensetzungen. Die Erhöhung des Silberzusatzes oberhalb des bevorzugten Bereiches, insbesondere die Anhebung des Gehalts auf zwischen 0,4 und 0,5 % Silber bei Schmiede- und Strangpreßlegierungen der bevorzugten Zusammensetzungen ergibt eine überhitzung, wenn die Lösungsvergütungsbehandlung bei 525 bis 5'5°C durchgeführt wird, und um sicherzugehen, daß die überhitzung nicht stattfindet, wurde festgestellt, daß die Lösungsvergütungstemperatur bei 515 bis 525⁰C liegen müßte, und bei diesem Zustand

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der Lösungswärmevergütung, gefolgt von der- Abschreckung und der künstlichen Alterung für 8 bis 24 Stunden bei 210 bis 220⁰C und 190 bis 200°C für Schmiedeteile bzw. Strangpreßteile, besteht kein Vorteil in bezug auf mechanische Eigenschaften gegenüber derjenigen Legierung, die 0,2 bis 0,4 % Silber enthält und wie vorstehend beschrieben wärmevergütet wurde.

Bei Blechen und Streifen aus Silber enthaltenden Legierungen der bevorzugten Zusammensetzungen findet die Über· hitzung während der Lösungswärmevergütung bei 525 bis 535°C statt, im Unterschied zu dem entsprechenden silberfreien Blech. Um eine Überhitzung zu vermeiden, ist es notwendig, die Lösungsvergütungstemperatur auf 520 bis 55O⁰C herabzusetzen, während die Vergütungsdauer auf b Stunden verlängert wird (normalerweise 5 Min. bis 2 Std!). Für Silber enthaltende Legierungen in Form von Blechen oder Streifen liegt die künstliche Alterungsvergütung nach dem Abschrecken, um einen optimalen Ausgleich der verschiedenen mechanischen Eigenschaften zu gewährleisten, bei H bis 24 Stunden und 175 bis 185⁰C, anstatt bei 190 bis 200°C. Bleche und Streifen der bevorzugten Silber enthaltenden Zusammensetzung, die lösungswärmevergütet wurden bei 520 bis 530 C und bei 175 bis 1Ü5°C künstlich gealtert wurden, weisen eine höhere Prüfdehnungsspannung bei Raumtemperatur auf als Bleche und Streifen der bevorzugten silberfrelen Zusammensetzung,

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die bei 525 bis 535°C lösuitgswlrmevergtttet wurden und bei 190 bis 200°C künstlich gealtert wurden, während sie den gleichen hohen Pegel eines Kriechwideratandea bei hoher Tempera tür aufweisen· Wenn der Silber zusatz über den bevorzugten Pegel für Bleche und Streifen erhöht wird, wie vorstehend beschrieben, insbesondere wenn der Gehalt auf 0,4 bis 0,5 % Silber angehoben wird, so tritt Überhitzung während der LösungswärmevergUtung bei Temperaturen oberhalb 5S5°C ein, und um eine solche überhitzung zu vermelden, muß die Lösung»vergütungstemperatur auf 515 bis 525⁰C herabgesetzt werden. Die Bleche oder Streifen, die 0,4 bis 0,5 % Silber enthalten und bei 513 bis 525 C lösungswärmevergütet wurden und bei 175 bis lb5°C künstlich gealtert wurden, zeigen keinen Vorteil bezüglich der Dehnungseigenschaften bei Raumtemperatur oder Kriechwiderstand bei erhöhter Temperatur gegen« über den Blechen oder Streifen in der bevorzugten si !bereithaltenden Zusammensetzung, die unter den vorstehend beschriebenen bevorzugten Bedingungen wärmevergütet wurden.

Die nach der Erfindung hergestellten Legierungen weisen besonders vorteilhafte Eigenschaften in Form gewalzter Bleche oder Streifen auf. Tn der Blech- oder Streifenform können die Legierungen auf einer oder beiden größeren Flächen mit einer Schicht aus handelsüblich reinem Aluminium verkleidet werden oder auch nicht, oder mit einer Legierung, dl« aus handelsüblich reinen Aluminium und 0,0 bis 1,2 Gewichtsprozent Zink besteht, oder aus einer Le-

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Sierung auf Alurainiurabasis, cite korrosionsbeständig und wärmebearbeltbar 13t und 0,4 bis 1,4 % Magnesium, 0,2 bis 1,3 % Silizium, 0,0 bis 1,0 # Mangan, 0,0 bis 0,3 % Chrom und 0,0 bis 1,2 % Zink aufweist, wobei sämtliche Prozentangaben als Gewichtsprozent zu verstehen sind, der Restgehalt aus Aluminium besteht und die normalen Mengen an Verunreinigungen Kornverfeinerungs. elemente aufweist, die in solchen Legierungen anzutreffen sind.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Verbesserung der Dehnungseigenschaften bei Kaum- und erhöhter Temperatur und des Kriech- und ErmUdungswider-Standes von Legierungen, die nach der Erfindung hergestellt wurden* Die chemische Zusammensetzung jeder in diesen Tests verwendeten Legierungen wird in Tafel T angegeben, wobei der Restbestand in jedem Fall aus Aluminium und normalen Unreinigkeiten besteht.

Tabelle I

ZUSAMMENSETZUNG IN GEWICHTSPROZENT DER VERWENDETEN LEGIERUNGEN

Legierung Cu Mn Fe Sl Tl Mg Ag

A 6.ο 0.27 0.16 0.12 0.'7 -

B 5.95 0.26 0.16 0.11 0.15 0.20 -

C 5.90 0.26 0.1Ö 0.19 0.12 0.34 -

D 6.0 0.26 O.lÖ 0.16 0.14 0.21 0.29

E 5.96 0.25 0.16 0.16 0.15 0.21 0.49

F 6.07 0.27 0.23 0.17 0.13 0.02 -

G 5.82 0.25 0.16 O.l4 0.16 0.20 -

H 6.0 0.27 0.16 0.15 0.14 0.31 -

T 5.91 O.25 O.I5 O.I8 0.12 O.32 O.29

j 5.Bb 0.25 o.i4 0.1b 0.12 0.32 0.47

K 5.95 O.23 0.20 0.11 0.13 0.02 -

L 6.07 O.27 O.I5 O.I5 O.I3 0.20 -

M ... ... 6.O8 O.27 O.I5 O.ld 0.14 0.33 -

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Die Legierungen A bis J wurden nach dem halb kontinuierlichen Gießverfahren gegossen, die Legierungen A bis E und P bis J wurden in runde Barren gegossen, bzw. in rechteckige Walzplatten.

Die Barren der Legierungen A bis E wurden in normaler Weise auf Barren mit einem Durchmesser von 1 Zoll geschmiedet. Die Barren wurden lösungswärmevergütet für 2o Stunden bei 53o° C, soweit in den verschiedenen Tabellen nicht anders angegeben, in kochendem Wasser abgeschreckt und dann während 16 Stunden bei 215° C künstlich gealtert. Von den geschmiedeten Stangen in jeder der Legierungen wurden geeignete Teststücke abgeschnitten und bearbeitet und wurden bei Raum- und erhöhter Temperatur auf Dehnung geprüft, sowie auf Kriechwiderstand und Ermüdungswiderstand nach den verschiedenen Angaben in den Tabellen 2, und 4. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind ebenfalls in diesen Tabellen enthalten.

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Tabelle

CD O CO GD

Legierung A

Legierung B

Legierung C

Geschmiedete Barren

0,1$ P.S. U.T.S. Dehnung 0, ljb P.S. U.T.S. Dehnung 0,1% P.S. U.T.S. to/Zoll² to/Zoll² % to/Zoll² to/Zoll² % to/Zoll² t

Raumtemperatur

Dehnung 15,6

Dehnung bei erhöhter Temperatur 14.3 bei ISO© C nach 2oo Stund.einweichen

Dehnung bei erhöhter Temperatur 9·; bei 2oo° C nach 2oo Stund.einweich.

25,0

21.O

23,1

20.9

12.8

+23,0 +29.5

25.8

Kriechspannung (to Zoll²), um 0,1$ gesamte plastische Kriechdehnung bei 2oo° C in looo ⁿ

loo St.

6,2

5.0

11.2

9.4

Dehnung %

+8

-zu ergeben«

KrieTspannung (to Zoll²) um 0,156 gesamte plastische Kriechdehnung bei 250° C in

loo Stu.

looo

2,Ö

6,6

zu ergeben.

Gesamte plastische

Kriechdehnung (%) _{loo stUe} erzeugt bei 20QOC

mit einer Kriech- 500 " von Io to „ in looo

gebrochen in Io5 Stunden

o,o45

o,o81 o,ll4

o,o46+
o,172+

gebrochen in c 960 Stunden +· kj

00

OQ

Noch Tabelle 2

Halber Spannungsbereich

(to/Zoll^) um nachgeben _{R T}

bei 105 Zyklen unter ₉ "_o*„ ίο λ

Drehauslegerbedingun- f° £ Jf £

gen zu ergeben bei -^^{00 ü} ^¹*⁴

⁺Diese Muster, die 0,^4^ Magnesium enthalten, wurden lösungswärmevergütet bei 52o°C während 2o Stunden, anstatt bei 5^0° C , wie beispielsweise die Legierungen A und B, bei nachfolgendem Abschrecken in kochendem Wasser und Altern während 16 Stunden bei 215°C, da die Lösungswärmevergütung der Legierung C bei 520° C eine erhebliche Überhitzung der MikroStruktur bewirkte.

Die Verbesserung der Spannungseigenschaften bei Raum- und erhöhter Temperatur , sowie der Kriech- und Ermüdungswiderstände, die von der Legierung B aufgewiesen worden sind und nach der Erfindung zu verzeichnen waren, ergibt sich aus dem Vergleich der Testergebnisse dieser Legierung mit denjenigen der Legierung A. Der scheinbare Vorteil der Prüfspannung bei Raumtemperatur, den die Legierung C im Vergleich zu der Legierung B aufweist, wird durch die Verschlechterung des Kriechwiderstandes auf lange Dauer der erstgenannten Legierung aufgehoben.

Die Verminderung der Prüfspannung und letzten Dehnungsstärke bei Raumtemperatur und der Kriech- und Ermüdungswiderstände bei 200⁰C, die sich aus der Lösungswärmevergütung der geschmiedeten Barren der

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4S·

bevorzugten Legierung B bei einer Temperatur von 520° C ergeben, die unter dem bevorzugten Bereich von 525 bis 5550 c liegt, ergibt sich eindeutig aus der Prüfung der Testergebnisse, die in Tabelle 3 aufgeführt sind.

Tabelle 3»

Geschmiedeter Barren der Legierung B

Raum temperatür Dehnung

Lösungsvergütung bei 2o Stun.

und j?20° C , gefolgt von abschrecken in kochendem Wasser und künstlicher Alterung während 16 Stunden Dei 215° C

Lösungsvergütung bei 2o Stund,und 530⁰C gefolgt von Abschrekken in kochendem Wasser und künstlicher Alterung während 16 Stu. bei 215°C

C₁IJb P.S.to U.T.S. Dehnung /ZoIl2 to/Zoll² %

0_tl# P.S.to ü.T.S. Deh-/ZoIl² to/ nung Zoll² %

22,6

Gesamtplastische Kriechdehnung{%) bewirkt bei 2Q0°C mit einer Kriech-Spannung von Io to , /Zoll² bei ^loo°

9 1/2

25,1

loo St. poo "

0*067 0,146 O.297

ο,οοΐ
ο,114

ti

Halbspannungsbereich (to/Zoli²) um Nachgeben bei Io5 Zyklen unter Drehauslegerbediiigungen zu ergeben bei 2ooOC

14.4

Tabelle 4 enthält die Dehnungseigenschaften bei Raumtemperatur und die Ergebnisse der Kriechtests, die bei 200° C an Schmiedebarren aus Legierung B und in den beiden überenthaltenden Legierungen D und E durchgeführt wurden. Diese Tests wurden an zwei Barrensätzen durchgeführt, die während 2o Stunden bei 520° C bzw. 530° C Lösungswärme vergütet wurden, mit nachfolgender

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_C0PY

ORIGINAL

Tabelle jj.

CO O CD CX)

cn

CO

Sohmiedebarren LöBungBverg'ütet abgeschreckt in kochendem Wasser und künstlich gealtert während 16 Stunden bei 2150 C,

Raumtemperatur Dehnung

Legierung B

Legierung D Legierung E

O,1% P.S. U.T.S. Dehnung O,1% U.T.S.Dehnung o,l$ U.T,S.Dehnung /^ to/Zoll² % P.S. to/ $ P.S. to/ _ #

to/Zoll² Zoll² to/₀ ZoIl^

Zoll² ,

LSsungsverjgütet während 2o Stu.bei 520° C \

22,6

1/2 24.2

29.8

24.7 29,2 6

Gesamte plastische Kriechdehnung {%) erzeugt nach ··· Stunden bei 200⁰C mit einer Kriechspannung von Io to/Zoll²

Gesamte plastische Kriechdehnung (#) erzeugt nach ... Stunden bei 2000 C mit einer Krieehepannung von Io to/Zoll2

Lösungsvergütet während 2o Stund, bei 520°

25,6 30.5 6 Überhitzung bei
Mikros truktür

Lösungsvergütet während.2o Stund.bei 520⁰C

L3sungsverautet UMhrend 2o Stund, bei 530° C

0,0^7

Überhitzung bei
MikroStruktur

Lösungsvergütet während 2o Stund, bei 520⁰C

0,069

o, 088

o,o81 ο,ΐοο

Überhitzung bei
MikroStruktur

LÖEUngsvergütet während 2ρ Stunden bei 530° C

öer nutzen, d«r der Pr Uf dehnung epannung bei Raumtemperatur und de® Krleohwlder&tand bei 20G° C durch den Zusatz -von 0,29$ iUlber aukomrat, der dem Schmiedeb&rreη augeführt wird» der Magnesium In dem bevorzugten Bereioh enthält und bei 52o° C lösungswärme* vergütefc wurde, ergibt eich eindeutig aus einem Vergleich der Testerigebnlsse, die in Tabelle 4 für die Legierung D unter diesen Bedingungen aufgestellt wurde »it denjenigen tür Legierung B, die bei entweder 52QQ oder 5JJQQ C LönungewSrniever^ütet wurde« Der Vorteil der LSeun&swärmevergütung der silberfreiem Legierung B bei 5>)° C ist also auf Grund der in der selben Tabelle angegebenen Krgebnl&se naheliegend· Im Felle von legierung Ii, die o_#21,f> Magnesium und Q*49^ Silber enthält* hat die Mikroetrufctur des Schisiedebarrens gexeigt, das während der LSsungswärmevergütnng bei 5>o° C eine überhitzung stattgefunden hat» dad die struktur aber nach einer Lösungswärmevergütung wühread 2o stunden bei 52Ό° C ktine Anselohen eines Überhitzens aufgewiesen hat·

Die Verkleidungsplatten aus der Legierung* die aus handelsüblioh reißen Alueinium und etwa 1% Zink zuBAfflBengesetstt ist» wurden mittels StahlbtRdera an Jder der größeren Seiten der walzplatten bei Jeder der Legierungen F bis Jf festgebunden« wobei die Stärke einer jeden Verkleidungsplatte etwa 5* der desaetetlriee

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der Legierung ausmachte. Die verkleideten Platten wurden vorgewärmt und in normaler Art und Weise Heißgewalzt auf etwa 0,25 Zoll Stärke und dann in 0,o64 ^M starke Bleche Kaltgewalzt, mit mehreren Zwischenstufigen PriS0hverfahren an Ort, wie dies nach dem Stand der Technik üblich ist, Musterbleche in Legierung P, G und H wurden lösungswärmevergütet in einem Salzbad während ßo Minuten bei 550° C , in kaltem Wasser abgeschreckt und in normaler Art und Welse plangestreckt. Wie in Tabelle 6 einzeln aufgeführt, wurden Bleche der Legierungen I und J bei 525 bzw. 520° C lösungswärnievergütet. Die Bleche der silberfreien Legierungen, die Legierungen P, G und H, wurden während 16 Stunden bei 1950 G künstlich gealtert, während die silberenthaltenden Bleche, die Legierungen I und J, während 16 Stunden bei 180° gealtert wurden. Zusätzliche Bleche der Legierung H wurden lösungsvergütet bei 5J5O°C, abgeschreckt und während 16 Stunden bei I8o° C zu Vergleichszwecken gealtert.

Geeignete Prüfabschnitte wurden in Querrichtung von beliebigen Stellen in dem Blech aus jeder Legierung genommen und in geeignete Prüfstücke verarbeitet. Die Muster wurden dann bei Raum- und erhöhter Temperatur auf Dehnung geprüft und entsprechend den Aufstellungen in Tabelle 5 und 6 auf Kriechwiderstand geprüft· Die Er gebnisse dieser Tests der silberfreien und Silber enthaltenden Legierungen werden in Tabelle 5 und 6 aufgeführt,

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Tabelle 5

Al + 1% Zn
Verkleidungsblech

Raumtemperatur Dehnung

Legierung P

Legierung

LepcierunK H

o,l# P.S. U.T.S _o Dehnung o,l# P.S. U.T.S.' Dehnung o,l# U.T.S.Dehnung to/Zoll² ■ to/Zoll^ % to/Zoll² to/Zoll² % P.S. „to/ _ «- to/Zoll^dZoll² *

15»5

23.5

Io

26.6

22,4 28.5

Dehnung bei erhöhter Temperatur nach 4oo Stunden Dauergltlhen bei 1500 C

₁₂ „

17.9

16

22.0

15 19.2 25.7

Erholungsdehnung bei Raumtemperatur nach 4oo Stu. Dauerglühen bei 1-500 ..C

15.1

23.5

12

26.8

Io 21.7 28.2

Gesamte plastische Kriechdehnung \%) nach loo Stund, bei 175° G bei einer Kriechspannung von Io to/Zoll²

2,3

o,Io

Gesamte plastische Kriechdehnung {%) nach loco Stund, bei 1300 C bei einer Kriechepannung von 13 to/ Zoll2

gebrochen bei 9oo Stunden

0,060

o, o59

OO

Tabelle 6

Legierung H Legierung I Legierung J

vi-winl?^^Lei*i ««π Lttsungsvergütet während Lösungs vergütet während Lösungs vergütet während

verKieiaungsDie.cn 4o Minuten bei 5300 c, 4o Minuten bsi 525° C, 4o Minuten bei 52oO c,

in kaltem Wasser abge- in kaltem V/asser abge- in kaltem Wasser abgeschreckt, während 16 schreckt, während 16 sehreckt, während 16 Stui Stunden bei 1800 C Stunden bei 100° C. den bei 180° C.

künstlich gealtert.

o,I^ P.S.ü.T.S. Dehnung""ö,l^ P.S. U.T.S. ' Dehnung o,l^ P.S. ü.T.S. Dehnui

' ~ to/Zoll² # to/Zoll² to/Zoll^ % to/Zoll² to/Zoll² %

Raumtemperatur ·

Dehnung _{li L} 23|1 28.7 9 ²? _y8 28 _yb g 1/2 23_f? 26.^ g 1/',

Gesamte plastische
^ Kriechdehnung{%) nach

_o loo Stund, bei 175° C 0,067 . o,o46 o,o42

cd bei einer Kriechspannung_yon .Io to/Zoll² .„„..,_...,____ „, „ ,._ „ .„, ' .._ ,

Lösungs vergütet während

j^ , in kaltem Wasser abge-

Ki schreckt, während 16

Stunden bei I95⁰ C.

Raumtemperatur

Dehnung 22,4 28,5 9 1/2

Gesamte plastische

Kriechdehnung {%) nach

X00 Stund, bei Ϊ750 C -^, —*

bei einer Kriechspannung o,o**;> ^

von Io to/Zoll² °°

Die Verbesserung der Dehnungseigenschaften bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur und des Kriechwiderstandes« die durch den Zusatz von 0,2o und 0,31$ Magnesium hervorgerufen werden, der aen erfindungsgemäss hergestellten Blechen zugefügt wurde und die Überlegenheit des Bleches mit einem Magneslumgehalt innerhalb des vorstehend angegebenen bevorzugten Bereiches, nämlich 0,25 bis o,k% Magnesium, ist bei einem Vergleich der in Tabelle 5 für Verkleidungsbleche der Legierungen F, G und H augenfällig»

Die silberenthaltenden Legierungsbleehe, Legierungen I und J₉ wurden bei 525 bzw. 520° C lösungswärraevergiltet, da in der MikroStruktur eine Überhitzung vorhanden war und Blasenbildung auf der Oberfläche der wenigen Bleche festgestellt wurde, die bei höheren Temperaturen lösungswärmevergütet wurden. Ein Vergleich der Testergebnisse, die in Tabelle 6 für Bleche aus Legierung I angegeben sind, die bei I8o° C gealtert wurden, mit denjenigen der entsprechenden silberfreien Legierung, Legierung H, die bei der bevorzugten Temperatur der letzteren Legierung, nämlich 195° C gealtert wurden, zeigt den Vorte.1 der Prüf spannung bei Raumtemperatur iles Zusatzes von 0,29^ Silber, der dem erfindungEgemäes hergestellten Blech beigegeben wurde, während der gleiche hohe Kriechwiderstandepegel beibehalten wurd·. Eine Erhöhung des Silbergehaltes an

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dem Blech auf 0, ³VJ¹Ji₉ wie bei Legierung J, ergibt einen ähnlichen Eigenschaftspegel, wie bei Legierung I.

Die Legierungen K, L und M wurden halbkontinuierlich in runde Barren gegossen und in normaler Art und Weise heißstranggepresst, um Barren von 1" Durchmesser zu ergeben. Musterlängen der Barren aus jeder Legierung wurden während 5 Stunden bei 530° C lösungsvergütet, im kalten Wasser abgeschreckt und künstlich während 16 Stunden bei 195° C gealtert, wobei eine andere Länge aus Legierung L während 16 Stunden bei 185° C künstlich gealtert wurde, nach erfolgter Lösungsvergütung und Abschreckung. Eine weitere Länge aus Legierung M wurde während 5 Stunden bei 520° C lösungsvergütet, gefolgt von Abschrecken in kaltem Wasser und Alterung während 16 Stunden bei 195° C. Geeignete längliche Prüfstücke wurden von den Barren bearbeitet, in den verschiedenen Bedingungen der Wärmevergütung und Dehnung und Kriecheigenschaft, die bei Raumtemperatur bzw. 175° C geprüf t wurden, gemäss den Angaben in Tabelle 7, die auch die Testergebnisse aufzeigt.

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Tabelle

Legierung K

Legierung

Legierung M.

Strangpress- Lüsungsvergütet barren 1"0 während 5 Stunden bei

530° C in kaltem Wasser abgeschreckt« 16 Stunden bei 195Q C gealtert. LösungsvergUtet während
5 Stunden 53o° C in
kaltem Wasser abgeschreckt, 16 Stunden
bei 195° C gealtert.

LösungsvergUtet während 5 Stunden 520° C in kaltem Wasser abgeschreckt» 16 Stunden bei 195° C gealtert.

o, 1$ P.S.OTS -.Dehnung o,l# P.S. U.T.S. Dehnung o,l# P.S. U.T,S. Dehnung to/Zoll² to/Zoll² % to/Zoll² te/ „ % to/Zoll² to/Zoll² %

Raumtemperatur

Dehnung 2o.l 27.8

26,3

ZoIT^
31.6

13

3o.4

CD
O
CO
CO

Gesamte plastische Kriechdehnung {%) nach loo Stund^bei 175°C bei einer KrIeehepannung_ von Io to/Zoll

o,o86 o,o38

Raumtemperatur pejhnung

Gesamte plastische Kriechdehnung (#) nach loo Stunden bei 175° C bei einer Kriechepannung von Io to/Zoll² Legierung L

LösungsvergUtet während
5 Stunden bei 5j5o° C in
kaltem Wasser abgeschreckt
16 Stunden bei 105° C
gealtert.

0,£ P.J
to/Zoir

Ü.T.S.

Dehnung

o, o6o

Eine erhebliche überhitzung fand in den Mustern statt, die 0,33% Magnesium enthielten, während 5 Stunden bei 550° C lösungs vergilt et wurden, doch zeigten sich keine Spuren in den Mikrostrukturen der Teststücke, die bei 520° C lö'sungsvergütet wurden.

Die Verbesserung der Dehnungseigenschaften bei Raumtemperatur und des Kriechwiderstandes bei erhöhter Temperatur, die bei dem Strangpressbarren erhalten wurden, der Q, 2o;i Magnesium enthält und erfindungsgemäss hergestellt wurde, ist augenfällig beim Vergleich der Ergebnisse -für die Legierungen K und L. Die Erhöhung des Magnesiumgehaltes auf 0,33% * wie bei Legierung M, ergab einen gleichen Eigenschaftspegel, wie bei LegierungL. Der Vorteil bei dem Kriechwiderstand bei 1750 c, der durch Alterung der Legierung L während 16 Stunden bei I95⁰ C erreicht wurde, #as die bevorzugte Vergütung im Vergleich zu der Alterung während 16 Stunden bei Iö5° C darstellt, ergibt sich eindeutig aus dieser Tabelle, obwohl kein Unterschied der Dehnungseigenschaften bei Raumtemperatur vorhanden ist.

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Claims

1.) Aluminiumlegierung, die folgende Elemente in den folgenden Gewichts Proportionen enthält:

Kupfer 5 bis 7 % Titan o, öl bis o, 3 % Mangan o,öl bis o, 5 % Silizium o,l bis o»35 $ Elsen O bis 0,4 % Magnesium o,l bis o,5 % Silber O bis 0,5 %

Aluminium und Unieinigkeiten der Rest,

2«) Aluminiumlegierung, die folgende Elemente in den folgenden Gewichts Proportionen enthält: Kupfer 5*7 bis 6,3 J» Titan o,o5 bis o,15 % Mangan o,l bis o_f3 P Silizium o,l bis o,25 % Eisen O bis o,4 % Nickel O bis 0,o5 % Zink O bis o,o5 % Chrom O bis o,o5# Magnesium o_s15 bis o,4 % Aluminium und Ünr©inigkeiten der Rest*

5.) Aluminiumlegierung, die folgende Elemente in den folgenden Gewic&tsproportionen enthält! iöipfer 5#7 bis 6,3 $ Titan o,o5 bis o,15 %

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Mangan o,l bis ο,j5 %

Sili2ium o,l bis 0,25 #

Eisen 0 bis o,4 %

Niokel 0 bis 0,o5 %

Zink 0 bis 0,05 %

Chrom 0 bis 0,05 %

MagneoiuTj o,15 bis o,4 :<'

Silber o,2 bis o,4 % Aluminium und Unreinigkeiten dar Rest·

4·) Warrnverforra&ea Eraeugnis aus einer Aluminiumlegierung nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche»

5·) Warmverformtes Erzeugnis , hergestellt durch aohmleden von einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 2g dadurch gekenn»βlehnet, daß die Legierung 0,15 bis 0,Ji Oewlchtsprosent Magnesium enthält.

6.) ^arraverf^rffltee Erzeugnis, hergectellt durch Strangpressen einer Aluniniuelogierung nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 0,15 bim 0,3 Oeniciitsproaent Hagnesiun enthält·

7·} Warmverformtes Erzeugnis in Form von Blechen oder Streifen» hergestellt duroh Walxen von einer Aluadniinlegieruitg n*oh Anspruch 2, dadurch gekean* x*iobn»t_e 4*3 di* Legierung o,25- bis 0,4 0ewlehtsproseat

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9 O 9 a TS'^tfA 2 8

H83228

υ.) Verfahren zur Herstellung eines wan&verfonaten Erzeugnisses nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daS die Legierung nach Bearbeitung Xdsungavergütet wird wahrend ^O Stunden zwischen 515 und 550⁰C, abgeschreckt und dann künstlich gealtert wird während 5 bis $6 btunden zwischen 170 und 25O°C,

9·) Verfahren zur Herstellung einea warn: verformten ..Erzeugnisses nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet» da3 die Legierung nach der Bearbeitung löeungsvergütet wird wHhrend einer halben bis 20 stunden zwischen 525 und 5J55°C, abgeschreckt und dann künstlich gealtert wird·

10·) Verfahren zur Herstellung eines warm verformten Erzeugnisses nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dad die Legierung nach Bearbeitung; lösungsvergütet wird während einer halben bis 20 dtunden zwischen 525 und 5p5°C, abgeschreckt und danrfe künstlich gealtert wird·

11.) Verfahren zur Herstellung eines warm verformten Erzeugnisses nach Anspruch 7# dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach Bearbeitung löeungsvergütet wird, bis zu b ötunden zwischen 5?5 und 3jJ5°C, abgeattreckt und dann künstlich gealtert wird.

12.) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet« daß die Legierung während 5 Minuten und 2 Stunden

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lösungsvergUtet wird.

lju.) Verfahren zur Herstellung eines wans verformten Erzeugnisses nach Anspruch lü, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Alterung 3-24 bei 19J und 200⁰C beträgt.

14.) Verfahren zur He rs teilung eines warm verformten Erzeugnisses nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet« daß die künstliche Alterung b bis 24 Ltundea bei 210 und 220°0 beträft.

15.·) Warm verfilmtes Lrzeugnis, hergestellt durch Schmieden vun Aluminiumlegierung nach Anspruch >* dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 0,1$ bis 0,3 Gewichtsprozent Magnesium enthält·

16.) t.artu verformtes Uzeuyiis, hergestellt durch Strangpressen von Aluminiumlegierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet* daß die Legierung 0,15 bis ü,3 Gewichtsprozent Magnesium enthält·

17·) '«arm verformtes Erzeugnis in Penn von Blechen

τ*

oder Streifen, hergestellt durch v/alzen von Aluminiumlegierung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, da3 die Legierung 0,25 bis 0,4 λ· !Magnesium enthält.

BAD ORlGtNAL - 2ö .-

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IiS₀) Verfahren sur Herstellung «ines warm verformten Erzeugnisses nach Anspruch 15# dadurch gekennzeichnet, daa die Legierung nach Bearbeitung läsungsvergütefc wird während einer halben bis 20 stunden zwischen 315 und 5_S5°C, abgeschreckt und dann künstlich gealtert wird.

19·) Verfahren zur Herstellung eines wann verformten Erzeugnisses nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, da3 die Legierung nach Bearbeitung lösung»vergütet wird wlihrendeeiner halben bis 20 stunden zwischen £15 und 5i5°C, abgeschreckt und dann kilns ti loh gealtert wird.

20.) Verfahren zur Herstellung eines warm verformten Erzeugnisses nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daü die Legierung nach Bearbeitung lösungsvergütet wird bis üu ο stunden «wischen f>2!ji und 5j>i>°C, abgeschreckt und dann künstlich gealtert wird·

21.) Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daä die Legierung lösungsvergUtet wird withrend 5 Hinuten und 2 Stunden.

22.) Verfahren zur Herstellung eines warm verformten Erzeugnisses nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Alterung 6 - 24 Stunden bei 21υ und 220⁰C betragt.

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) Verfahren zur Herstellung eines warm verformten Erzeugnisses nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Alterung b" - 24 Stunden zwischen I9ü und 2üO°C betragt.

24») Verfahren zur Herstellung eines wann verformten üi-zeiigniasee nacri Anspruch ^o oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Alterung B - 24 Stunden bei 175 bis 1Ü5°C beträgt.

25«) Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche d - 14 wad Io bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung in nasser» 31 oder geschmolzenem Salz abgeschreckt wird.

26·} Aluminiumlegierung im wesentlichen wie vorstehend beschrieben unter den Bezeichnungen Legierung E, C, D, E_t Q₉ K, I, J, L, oder H.

27·) Verfahren zur Herstellung eines warm verformten Erzeugnisses aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 26 im wesentlichen wie vorstehend beschrieben«

2ß»} 'Warm verformte« Erzeugnis, dadurch gekennzeichnet, daß ea nach einem Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche U bis 14, Io bis 23 und 27 hergestellt ist.