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Spannungskorrosionsbeständige Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung Die
bisherigen Versuche zur Einführung der Aluminium-Zink-Magnesium-Legi@erungen in
die Technik erfolgten in dem Bestreben, Festigkeitswerte zu erreichen, die höher
lagen als die der festesten Aluminiumlegierungen der Gruppe Aluminium-Kupfer-Magnesium.
Dazu sind hohe Magnesium- und Zinkgehalte erforderlich, bei denen naturgemäß die
Empfindlichkeit gegen Spannungskorrosion größer ist als bei niederen Gehalten. An
dieser Empfindlichkeit ist dann die Verwendung dieser Legierungen gescheitert.
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In dem Bestreben der Einsparung von Kupfer durch Schaffung von kupferfreien
Aluminiumlegierungen, deren Festigkeitseigenschaften denen der mittleren Legierungen
der Aluminium-Kupfer-Magnesium-Gruppe entsprechen, wurden neue Versuche angestellt,
die zu überraschenden Ergebnissen führten. Sie zeigten, daß man mit geringen Zink-
und Magnesiumgehalten und geeigneten anderen Zusätzen, wie z. B. Silizium und Mangan,
aushärtbare Legierungen herstellen kann mit hervorragenden Eigenschaften, deren
Spannungsempfindlichkeit wesentlich geringer ist als die der Legierungen mit den
bisher vorgeschlagenen Gehalten, zum Teil sogar gänzlich verschwunden ist. Diese
Aluminiumlegierungen bestehen aus 2 bis 6,5 % Zink, 0,3 bis 2,5 % Magnesium, mehr
als o,2 bis 2,0°/o Mangan, gegebenenfalls o,r5 bis
450/0 Silizium,
Rest Aluminium, wobei nachstehend gegebene Beziehungen zwischen. Zink- und Magnesiumgehalt
einzuhalten sind.
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Als notwendig erweist es sich, zwei Legierungsgruppen zu unterscheiden,
und zwar eine mit Zinkgehalten unter 4% und eine zweite Gruppe mit Zinkgehalten
über 4 bis 6,5 0/0. In der ersten Gruppe darf der Magnesiumgehalt nicht über 2,5'/o
gesteigert werden, da dann die Empfindlichkeit gegen Spannungskorrosion merklich
wird. In der zweiten Gruppe ist der Magnesiumgehalt niedriger als in der ersten
Gruppe, und zwar unter 1,5 %. Bei gleichzeitigen hohen Zinkgehalten und hohen Magnesiuingehalten
nimmt die Spannüngskorrosionsempfindlichkeit stark zu, so daß bei diesen Legierungen
der zweiten Gruppe der Magnesiumgehalt unter 1,5 % gehalten werden muß.
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Als günstig wirken sich in beiden Gruppen die Zusätze Silizium und
Mangan aus. Sie steigern die Festigkeit und Härte und setzen die- Empfindlichkeit
gegen Spannungskorrosion beträchtlich herab. Die nützliche Wirkung des Mangans beginnt
bei über o,2 0/a. Der Mangangehalt soll jedoch 2 % nicht überschreiten, da bei höheren
Mangangehalten unerwünschte Nebenwirkungen auftreten, wie Versprödung der Legierung,
fabrikatorische Schwierigkeiten bei der Verarbeitung usw. Auch eine Steigerung des
Siliziumgehaltes über 2% ist ungünstig.
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Mit Legierungen der angedeuteten Zusammensetzung, also mit 2 bis 6,51/o
Zink und 0,3 bis 2,5 % Magnesium - wobei der Magnesiumgehalt bei Zinkgehalten
über 4% unter 1,5% bleibt -mit über o.2 bis :2,o1/9 Mangan und gegebenenfalls mit
o,15 bis 2,o% Silizium, Rest Aluminium, erreicht man ausgezeichnete Festigkeitswerte
und sehr günstiges Verhalten gegen Spannungskorrosion. Diese Festigkeitswerte erhält
man durch die laekannten Vergütungsverfahren, indem Glühtemperatur, Anlaßtemperatar
und Anlaßdauer in bekannter Weise zur Erzielung der günstigsten Festigkeitseigenschaften
gewählt werden. Neben den angegebenen Legierungsbestandteilen können die Legierungen
noch bis i % Eisen und Titan, einzeln oder gemeinsam, haben. Kupfer ist als nachteilig
zu vermeiden, da es schädlich sowohl auf die allgemeine Korrosionsbeständigkeit
als auch auf die Spannungskorrosionsbeständigkeit wirkt.
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Die Erfindung sei an Hand folgender Beispiele gezeigt
Tabelle i enthält zunächst Legierungen der zweiten Gruppe mit Zinkgehalten über
4%. Man, erkennt, daß die Festigkeitswerte sämtlicher Legierungen über 42 kg/mm2
liegen, ein Wert, der sonst nur von Legierungen der Gattung Aluminium-Kupfer-Magnesium
erreicht wird. Die Spannungskorrosionsversuche wurden in der Weise durchgeführt,
daß aus den Legierungen 1,5 mm starke Bleche gewalzt, diese durch eine Wärmebehandlung
(Glühen, Abschrecken, Lagern) veredelt und danach aus herausgeschnittenen Streifen
Schlaufen gebogen und gespannt wurden. Diese wurden dann der Korrosion in einer
Lösung mit 3 % Na Cl und o, i % H2 02 ausgesetzt und die Zeit bis zum Auftreten
eines Risses beobachtet. Es ist wesentlich zu bemerken, daß sämtliche Vorgänge für
alle Legierungen in gleicher Weise durchgeführt wurden. Ein Vergleich von Legierung
i mit den Legierungen 2 und 3 zeigt die günstige Wirkung des Silizium- und Magnanzusatzes
auf die Zugfestigkeit sowohl wie vor allem auf den Widerstand gegen.Spannungskorrosion.
Legierung 4 läßt erkennen, daß man den Zusatz von Mangan und Silizium kombinieren
und dadurch noch höhere Festigkeitswerte erreichen kann, ohne daß die günstigen
Einflüsse, wie sie Mangan und Silizium im einzelnen auf das Verhalten gegen Spannungskorrosion
ausüben, beeinträchtigt werden.
In Tabelle 2 sind Versuchsergebnisse an Legierungen der ersten
Gruppe mit Zinkgehalten unter 4% zusammengestellt. Die Festigkeitswerte auch dieser
Legierungen konnten seither nur mit solchen der Gattung Aluminium-Kupfer-Magnesium
erzielt werden. Spannungskorrosionsprüfungen wurden mit den Legierungen 6 und 7
durchgeführt. Die Proben hielten den Angriff in der als sehr aggressiv bekannten
Lösung aus 3'/o Na Cl und o, i % H202 mehr als i Jahr aus. Die Legierungen sind
also praktisch spannungsunempfindlich.
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Zum Vergleich sei noch das Versuchsergebnis an einer Legierung mit
3,8% Zink, i % Mangan, o,6 1/o Silizium und einem Magnesiumgehalt über 30/0, nämlich
3,2% mitgeteilt. Diese Legierung weist eine Festigkeit von etwa 52 kg/mm2 auf. Ihr
Widerstand gegen Spannungskorrosion ist allerdings wesentlich geringer als die der
Legierungen der Tabelle 2. Er betrug nur etwa 3o Tage. Die Versuche wurden an vergüteten
Legierungen vorgenommen, die einem Veredelungsverfahren, bestehend aus Glühen bei
einer höheren Temperatur, Abkühlen und natürlichem oder künstlichem Altern, unterworfen
wurden.
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Die Verbesserung der Spannungskorrosion durch den Zusatz von Mangan
bzw. den Zusatz von Mangan und Silizium läßt sich noch steigern dadurch, daß man
durch geeignete Vergütungsverfahren die Spannungskorrosionsempfindlichkeit zusätzlich
beeinflußt. So hat die Wahl der Glühtemperatur unter 45o° C einen günstigen Einfluß
auf den Widerstand gegen Spannungskorrosion. Die anschließende Aushärtung erfolgt
dann zur Erzielung guter Festigkeitseigenschaften, vorzugsweise bei verhältnismäßig
niedrigen Temperaturen, beispielsweise Raumtemperatur, kann aber auch eventuell
nach einer vorübergehenden Zwischenlagerung bei solchen tieferen Temperaturen bei
höheren Anlaßtemperaturen vorgenommen werden, um die diesen entsprechenden Aushärtungswirkungen
erzielen zu können. Eine solche besondere Auswahl der Wärmebehandlungsverfahren
kann eine zusätzliche Steigerung der Spannungskorrosionsbeständigkeit erbringen
und daher für den angestrebten Zweck vorteilhaft sein. Es kann aber auch jede andere
bekannte Wärmebehandlung mit den Legierungen vorgenommen werden und auch auf diese
Weise allein durch die Wirkung der angegebenen Zusätze die Erhöhung des Widerstandes
gegen Spannungskorrosion erzielt werden.