DE905425C - Verfahren zur Erhoehung der Knickfestigkeit von Aluminiumlegierungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Erhöhung der Knickfestigkeit von .Aluminiumlegierungen Das meistgebrauchte Mittel, um die Festigkeitswerte metallischer Werkstoffe gegenüber Zugbeanspruchungen zu erhöhen, ist das Reckverfahren, durch dessen Anwendung sowohl Zugfestigkeit als auch Streckgrenze zunehmen, während sich gleichzeitig die Dehnung vermindert. Für die Aufgabe, die Knickfestigkeit zu erhöhen, ist jedoch dieses Verfahren von zweifelhaftem Wert, da es trotz Erhöhung der Zugfestigkeit bei kleinen Reckungen sogar eine Herabsetzung der Knickfestigkeit wegen des Bauschingereffektes bewirken kann.
• Weiterhin ist für aushärtbare Aluminiumlegierungen eine Erhöhung der Festigkeitseigenschaften durch W'@ärmebehandlung möglich, bei der die Legierungen geglüht, abgeschreckt und natürlich oder auch künstlich gealtert werden. So sind z. B. bereits für: Legierungen mit 8 bis 12 /o Mg Zn. Lagerzeiten von 7 Tagen bei goP' C vorgeschlagen worden. Magnesiumfreie kupferhaltige Aluminiumlegierungen, die Bekannterweise erheblich langsamer altern, werden nach der britischen Patentschrift z92 414 mehrereTage bei 15ö"C gealtert. Bei denLegierungen mit geringeren Magnesiumgebalten und besonders den Aluminiumlegierungen, die neben geringen Magnesiumgehalten noch Kupferzusätze aufweisen, wurde dagegen nur erheblich kürzere Zeit erhitzt, da die Steigerung der Festigkeiten schneller hervortrat. So schlägt die französische Patentschrift Nr. 559 603 Lagerzeiten von 6o Stunden bei 1q.5° C vor, und die USA.-Patentschrift 1 472 740 will höchstens 70 Stunden bei iao° C bzw. 48 Stunden bei iq.o° C erhitzen.
• Wenn aus diesen Vorschlägen auch als bekannt zu entnehmen ist, daß bei der Warmaushärtung die Zugfestigkeit gesteigert werden kann, so sind die angegebenen Zeitdauern doch gleichfalls bewußt nicht über ein gewisses Maß hinaus gesteigert, da die weitere Ausdehnung der Warmlagerung keine nennenswerte Festigkeitssteigerung, wohl aber eine bedeutsame Verminderung der Dehnung erbringt. Aus diesem Grunde ist eine Verlängerung der Warmlagerungsdauer über das zur Erzielung guter Zugfestigkeiten bei gleichzeitig guter Dehnung notwendige Maß bisher noch nicht angewandt worden, abgesehen vielleicht von einigen Forschungsarbeiten, «-o eben dieses festgestellt wurde. Uniberücksichtigt blieb aber in jedem Fall der Einfluß der Warmhärtung auf die Knickfestigkeit. Eis wurde nun gefunden, daß eine Vergrößerung der Aushärtungsdauer auf das Vielfache der bisher üblichen Zeiten von größtem Nutzen sein kann, wenn es sich um die Behandlung von Bauteilen, handelt, von denen. hohe Knickfestigkeit verlangt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Steigerung der Knickfestigkeit von aushärtbaren Legierungen des Aluminiums mit geringen Zusätzen von Magnesium, vorzugsweise aber solchen, die gleichzeitig Zusätze von Kupfer und Magnesium enthalten. ES besteht aus einer Wärmebehandlung, bei der die Legierungen zunächst in an sich bekannter Weise geglüht, abgeschreckt und dann gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer natürlichen Alterung warm gelagert werden. Das Neuartige ist dabei die Ausdehnung der Warmlagerung auf ein Vielfaches der bisher üblichen Zeitdauer. Es ist auf diese Weise möglich, die Knickfestigkeit weit mehr zu steigern, als es in bezug auf die Zugfestigkeit möglich ist, und es muß als überraschend bezeichnet werden:, daß zwar bei kurzzeitiger Warmaushärtung die Erhöhung der Knickfestigkeit sich in denselben Größenordnungen bewegte wie die der Zugfestigkeit, daß aber eine Verlängerung der Warmlagerung, durch die die Zugfestigkeit kaum mehr geändert wurde, noch mehr als das Doppelte an Knickfestigkeitsgewinn brachte. Die folgende Zahlentafel zeigt dies am Beispiel einer handelsüblichen Al-Cu-Mg-Legierung.

  Knick- Q Zunahme in

  Aushärtung festigkeit B Knick-

  kg,/mmz kg/mm" /o festigkeit

  7 Tage Raumtemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38,7 46,3 14,0 o,o 0,0

  7 Tage Raumtemperatur + 2 Tage 15o° C ... 43,2 49,7 8,7 11,6 7,3

  7 Tage Raumtemperatur -j- 8 Tage 15o ° C ... 49,x 50,2 4,0 26,9 8,4

  Aus Zeile 2 der Zahlentafel geht hervor, daß nach 2tägiger Lagerung bei 15o° C der Gewinn an Knickfestigkeit 1 1,6, der an Zugfestigkeit 7,3 % beträgt. Eine Verlängerung der Warmlagerungsdauer auf das 4fache (Zeile 3) ändert die Zugfestigkeit nur um i °/o, während sich die Dehnung auf die Hälfte vermindert. Die Knickfestigkeit hingegen hat sich noch um 15,3% erhöht.
• Därin liegen zwei völlig neue Erkenntnisse, nämlich: r. Die durch Warmaushärtung erreichbare Erhöhung der Knickfestigkeit beträgt mehr als das 3fache der Steigerung der Zugfestigkeit. 2. Der hauptsächliche Anstieg der Knickfestigkeit tritt erst nach einer Zeit ein, zu der die Zugfestigkeit schon annähernd ihr Maximum erreicht hat.
• In der unter 2 angeführten Tatsache liegt auch der Grund, warum bisher nicht erkannt wurde, wie sehr die Knickfestigkeit durch Warmaushärtung gesteigert werden kann. Man interessierte sich, wie das ausnahmslos aus allen diesbezüglichen Behandlungsvorschriften hervorgeht, von vornherein nur für eine Art der Wärmebehandlung, bei der der Werkstoff roch hohe Dehnbarkeit aufwies. Auch wissenschaftliche Untersuchungen über Warmaushärtung beschränkten sich daher meist auf derartig kurzeAuslagerungszeiten (vgl. z. B. die Arbeit von K. L. Meißner, »Zeitschrift für Metallkunde«, 1931, S. 64 Hugh O'Neill, JFB Jackson und G. S. Farnham, Phil. Mag., 1933, S. 7 und viele andere).
• Wenn es auch volle Berechtigung hat, von Bauteilen, dieZugbeanspruchung aufnehmen sollen,hohe Bruchdehnung zu verlangen, so ist dies doch für Teile zur Aufnahme von Druckkräften sinnlos. Eis steht also nichts im Wege, die Langzeitwarmaushärtung zur Erhöhung der Tragfähigkeit von Knickteilen zu benutzen.
• Dazu kommt noch ein weiterer Grund', der eine Anwendung großer Warmaushärtungsdauer günstiger als die kürzere Dauer erscheinen läßt. Kupferhaltige Aluminiumlegierungen der Gattungen Al-Cu und Al-Cu-Mg werden durch die bisher üblichen Warmaushärtungsbedingungen in einen Gefügezustand gebracht, der außerordentlich korrosionsgefährlich ist. Die starke Neigung zu interkristalliner Korrosion in diesem Zustand war sicher ein Hauptgrund, der eine weitergehende Verwendung derartigen Materials hinderte. Es ist bekannt, (s. H. Mann, Beitrag zur Frage des Einflusses der Art der Wärmebehandlung aushärtbarer Aluminiumwalzlegierungen auf die Korrosionsbeständigkeit gegen Seewasser; Dissertation Berlin i932), daß eine Verlängerung der Warmaushärtungsdaner zu einer bedeutenden Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit führen kann. Bei geeigneter 'Wahl von Aushärtungsdauer und -temperatur ist es sogar möglich, einen Zustand zu erreichen, dessen Korrosionsbeständigkeit beträchtlich über :der von natürlich ausgehärtetem Werkstoff liegt. Korrosionsversuche an Aluminium-Kupfer-Magnesium-Legierungen, die in der beschriebenen Art zwecks Erreichung hoher Knickfestigkeit warm ausgelagert worden waren, haben ergeben, daß sich dieser Werkstoff in einem Zustand befindet, dessen Korrosionswiderstand beträchtlich höher liegt als der von Legierungen, die in bisher üblicher Weise warm ausgelagert wurden.
• Die praktische Ausführung des Verfahrens erfolgt so, daß der fertige Bauteil aus der Aluminium-Kupfer-Magnesium-Legierung, der nicht mehr wesentlich verformt werden muß, entweder unmittelbar nach dem Abschrecken von der Vergütungsglühung oder aber nach zwischengeschalteter Raumtemperaturauslagerung auf Temperaturen zwischen 140 und 17o° C gebracht und auf dieser Temperatur während 4 bis 14 Tagen gelagert wird. Die höhere Temperatur entspricht dabei der niedrigeren Lagerzeit, und umgekehrt. Für die handelsüblichen Legierungen dieses Typs mit etwa 4,5 % Kupfer, i % Magnesium, o,5 bis 1,4% Mangan, 0,3 bis 0,7% Silizium, Rest Aluminium, hat sich eine Lagerungstemperatur von 15o bis 16o° C und eine Lagerungszeit von 5 bis 8Tagen als die zweckmäßigste erwiesen. Das ist eine Zeit, die mindestens doppelt so lang ist als die bisher äußerstenfalls angewendeten.

Claims (1)

1. PATE\TANSPRUCH: Verfahren zur .'Erhöhung der Knickfestigkeit von aushärtbaren Legierungen des Aluminiums mit geringen Zusätzen an Magnesium, vorzugsweise solchen, die gleichzeitig Zusätze von Kupfer und Magnesium enthalten, unterAnwendung einer Wärmebehandlung, bei der die Legierungen geglüht, abgeschreckt und künstlich gealtert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Alterung während 14 bis jagen bei 14obis 170°C, vorzugsweise 8 bis 5 Tagen bei 15o bis 16o° C, durchgeführt wird. Angezogene Druckschriften: Zeitschrift für Metallkunde, 1933, S. 293 bis 2g8.