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EP0255799A1 - Verfahren zur Herstellung warmfester Aluminiumlegierungs - Erzeugnisse - Google Patents

Verfahren zur Herstellung warmfester Aluminiumlegierungs - Erzeugnisse Download PDF

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EP0255799A1
EP0255799A1 EP87810400A EP87810400A EP0255799A1 EP 0255799 A1 EP0255799 A1 EP 0255799A1 EP 87810400 A EP87810400 A EP 87810400A EP 87810400 A EP87810400 A EP 87810400A EP 0255799 A1 EP0255799 A1 EP 0255799A1
Authority
EP
European Patent Office
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alloy
maximum
cast
heat
heat treatment
Prior art date
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Granted
Application number
EP87810400A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0255799B1 (de
Inventor
Günter Höllrigl
Heinz Bichsel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3A Composites International AG
Original Assignee
Alusuisse Holdings AG
Schweizerische Aluminium AG
Alusuisse Lonza Services Ltd
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to a method for producing heat-resistant products from a naturally hard aluminum wrought material of the AlMn type.
  • non-hardenable wrought aluminum alloys which have high heat resistance or a greatly delayed recrystallization process. Most of them contain at least 1% manganese. Products are made from these materials which are subjected to temperatures of more than 250 ° C in continuous operation. In addition, these materials can achieve ductility, ductility and corrosion resistance that are sufficient for many areas of application.
  • the alloy known under the brand name HEDDAL 1220 is used; This consists of 1.2 to 1.8% manganese, 0.1 to 0.4% silicon, 0.2 to 0.7% iron, up to 0.1% copper, 0.1 to 0.5% titanium + zircon, each up to 0.05%, total up to 0.15% other elements and the rest aluminum.
  • the alloy is generally continuously cast, annealed at 450 to 500 ° C for 5 to 10 hours, hot worked, cold worked to the final dimensions and optionally partially softened.
  • Such products do not meet the highest requirements for cold, in particular cold massive formability, for corrosion resistance when subjected to extreme loads and for heat resistance in the case of excessive continuous operating temperatures and extremely high short-term temperatures.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for producing products which also meet the highest requirements mentioned.
  • the object is achieved by an alloy consisting of 1.2 to 2.0% by weight of manganese, 0.20 to 0.5% silicon, 0.20 to 0.35% chromium, to 0.6% copper, to 0.10% iron, preferably to 0.08% iron, the rest being aluminum and poured a total of up to 0.4% of other elements and cooled to below 410 ° C within 0.5 hours by further processing the alloy including a heat treatment of 3 to 24 hours in the temperature range from 290 to 410 ° C, as well as by any further processing necessary Residence times in the temperature range between 410 and 460 ° C are limited to a maximum of 1 hour and those at temperatures above 460 ° C to a maximum of 20 minutes.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention consists in limiting the manganese content of the alloy to 1.2 to 1.7%, casting the alloy into a strand of at least 40 mm thickness and this after a 3- to 24-hour heat treatment at 290 to 410 ° C. to be hot formed at a maximum temperature of 470 ° C.
  • the 3 to 24-hour heat treatment at 290 to 410 ° C. is integrated into the heating of the cast strand to the hot forming temperature.
  • the corresponding heating stage can be carried out inductively.
  • the result of the heat treatment at 290 to 410 ° C is a non-recrystallized structure in any case, even after any preceding forming operations.
  • the manganese content of the alloy is 1.5 to 2.0%. This is cast into a strip with a thickness of 5 to 15 mm, cold-rolled to the final thickness and then subjected to the 3 to 24-hour, non-recrystallizing heat treatment at 290 to 410 ° C. The preferred range of heat treatment is 350 to 400 ° C for 3 to 8 hours.
  • Hot tensile tests on pipe wall sections showed a yield stress of 62 MPa at 350 ° C and 43 MPa at 400 ° C (at an expansion rate of 8.3x10 ⁇ 4 / s). Pipes and beakers were exposed to a temperature of 350 ° C for 400 hours. The resulting room temperature yield strength Rp 0 ⁇ 2 of cup wall sections was 151 MPa. In addition, the tubes and cups were sealed and evacuated and exposed to a temperature of 450 ° C for 7 days. No change in shape could be determined.
  • Hot tensile tests on sheet metal strips showed a yield stress of 92 MPa at 350 ° C and 74 MPa at 400 ° C (at an elongation rate of 8.3x10 ⁇ 4 / s).
  • Sheets exposed to a temperature of 350 ° C for 400 hours had an RT-Rp 0 ⁇ 2 of 166 MPa.
  • Sheet samples stored at 300 ° C for 120 days achieved an RT-Rp 0 ⁇ 2 of 174 MPa.
  • Sheet blanks were heated to 600 ° C. within 20 s and subjected to rapid compression (at a speed of about 0.3 / s).
  • the yield stress was approx. 55 MPa.

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Abstract

In einem Verfahren zur Herstellung hochwarmfester Aluminiumlegierungs-Erzeugnisse wird eine Legierung, bestehend aus 1.2 bis 2.0 % Mangan, 0.20 bis 0.5 % Silizium, 0.20 bis 0.35 % Chrom, bis 0.6 % Kupfer, bis 0.10 %, bevorzugt bis 0.08 % Eisen, Rest Aluminium und gesamthaft bis 0.4 % anderen Elementen gegossen und innert höchstens 1/2 Stunde auf unter 410 °C abgekühlt. Die Weiterverarbeitung der Legierung schliesst eine Wärmebehandlung von 3 bis 24 Stunden im Temperaturbereich von 290 bis 410 °C ein; allenfalls nötige Verweilzeiten im Temperaturbereich zwischen 410 und 460 °C werden auf insgesamt höchstens 1 Stunde und diejenigen bei Temperaturen oberhalb 460 °C auf höchstens 20 Minuten begrenzt. Die Erzeugnisse zeichnen sich zudem durch eine gute Warmumformbarkeit, eine gute Kaltmassivumformbarkeit sowie durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Sie werden beispielsweise für verschiedenste Teile einer Hochtemperatur-Batterie verwendet, welche einer Dauertemperatur von 350 °C ausgesetzt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung warm­fester Erzeugnisse aus einem naturharten Aluminium-Knet­werkstoff vom Typ AlMn.
  • Es ist eine Reihe von nichtaushärtbaren Aluminium-Knetle­gierungen bekannt, welche eine hohe Warmfestigkeit bzw. einen stark verzögerten Rekristallisationsablauf aufwei­sen. Ein Grossteil davon enthält mindestens 1 % Mangan. Aus diesen Werkstoffen werden Erzeugnisse hergestellt, welche im Dauerbetrieb Temperaturen von mehr als 250 °C unterwor­fen werden. Zudem kann mit diesen Werkstoffen eine für viele Anwendungsgebiete hinreichende Duktilität, Verform­barkeit und Korrosionsbeständigkeit erzielt werden. Für solche Anwendungen wird beispielsweise die unter dem Mar­kennamen HEDDAL 1220 bekannte Legierung eingesetzt; diese besteht aus 1.2 bis 1.8 % Mangan, 0.1 bis 0.4 % Silizium, 0.2 bis 0.7 % Eisen, bis 0.1 % Kupfer, 0.1 bis 0.5 % Titan + Zirkon, je bis 0.05 %, gesamthaft bis 0.15 % anderen Ele­menten und Rest Aluminium. Die Legierung wird allgemein stranggegossen, bei 450 bis 500 °C während 5 bis 10 Stunden geglüht, warm umgeformt, auf die Endabmessungen kalt ver­formt und gegebenenfalls teilentfestigt. Höchsten Anforde­rungen an die kalt-, insbesondere kaltmassiv-Umformbarkeit, an die Korrosionsbeständigkeit bei extremer Beaufschlagung und an die Warmfestigkeit bei übermässigen Dauerbetriebs­temperaturen sowie höchsten Kurzzeittemperaturen genügen derartige Erzeugnisse jedoch nicht.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ren zur Herstellung von Erzeugnissen zu schaffen, welche auch den genannten höchsten Anforderungen genügen.
  • Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst indem eine Legie­rung, bestehend aus 1.2 bis 2.0 Gew.-% Mangan, 0.20 bis 0.5 % Silizium, 0.20 bis 0.35 % Chrom, bis 0.6 % Kupfer, bis 0.10 % Eisen, bevorzugt bis 0.08 % Eisen, Rest Alumi­nium und gesamthaft bis 0.4 % anderen Elementen gegossen und innert höchstens 0.5 Stunden auf unter 410 °C abgekühlt wird, indem die Weiterverarbeitung der Legierung eine Wär­mebehandlung von 3 bis 24 Stunden im Temperaturbereich von 290 bis 410 °C einschliesst, sowie indem bei der Weiterver­arbeitung allenfalls nötige Verweilzeiten im Temperaturbe­reich zwischen 410 und 460 °C auf insgesamt höchstens 1 Stunde und diejenigen bei Temperaturen oberhalb 460 °C auf höchstens 20 Minuten begrenzt werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Ver­fahrens besteht darin, den Mangangehalt der Legierung auf 1.2 bis 1.7 % zu beschränken, die Legierung zu einem Strang von mindestens 40 mm Dicke zu vergiessen und diesen nach einer 3- bis 24-stündigen Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C bei einer Temperatur von höchtens 470 °C warm umzu­formen.
  • In einer zweckmässigen Ausführung dieses Verfahrens wird die 3- bis 24-stündige Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C in das Aufheizen des Gussstranges zur Warmumformtemperatur integriert.
  • Liegt die vor der Warmumformung zu erreichende Temperatur oberhalb 410 °C, kann die entsprechende Aufheizstufe induk­tiv erfolgen.
  • Das Resultat der Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C ist in jedem Fall, auch nach ev. vorgeschalteten Umformoperationen ein nicht rekristallisiertes Gefüge.
  • In alternativer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Ver­fahrens beträgt der Mangan-Gehalt der Legierung 1.5 bis 2.0 %. Diese wird zu einem Band von 5 bis 15 mm Dicke ver­gossen, auf Enddicke kaltgewalzt und anschliessend der 3 bis 24-stündigen, nicht rekristallisierenden Wärmebehand­lung bei 290 bis 410 °C ausgesetzt. Der bevorzugte Bereich der Wärmebehandlung liegt bei 350 bis 400 °C während 3 bis 8 Stunden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
    • Beispiel 1
  • Eine Legierung mit 1.45 % Mn, 0.34 % Si, 0.24 % Cr, 0.18 % Cu, 0.06 % Fe, 0.02 % Ti, Rest Aluminium wurde zu zwei Rundbarren mit 155 mm Durchmesser stranggegossen. Beide Rundbarren wurden als Strangpressbolzen eingesetzt. Das An­wärmen der Bolzen wurde so gestaltet, dass die Aufheizzeit zwischen 350 und 390 °C 6 Stunden betrug. Anschliessend wurden die Bolzen induktiv rasch auf 445 °C angewärmt und zu einer Rundstange mit 36 mm Durchmesser, bzw. mehrsträn­ gig zu einem Rohr mit 36 mm Aussendurchmesser und 1.0 mm Wandstärke verpresst. Die Austrittstemperatur betrug in beiden Fällen etwa 460 °C. Die Profile wurden im bewegten Luftstrom abgekühlt. Von der Rundstange wurden 25 mm hohe Fliesspressbutzen geschnitten und diese zu 200 mm hohen Bechern mit 1 mm Wandstärke kaltfliessgepresst.
  • Warmzugsversuche von Rohrwandabschnitten ergaben bei 350 °C eine Fliessspannung von 62 MPa und bei 400 °C eine solche von 43 MPa (bei einer Dehngeschwindigkeit von 8.3x10⁻⁴/s). Rohre und Becher wurden während 400 Stunden einer Tempera­tur von 350 °C ausgesetzt. Die resultierende Raumtempera­tur-Streckgrenze Rp0·2 von Becherwandabschnitten betrug 151 MPa. Zudem wurden die Rohre und Becher verschlossen und evakuiert und während 7 Tagen einer Temperatur von 450 °C ausgesetzt. Es konnte keine Gestaltsänderung festgestellt werden.
    • Beispiel 2
  • Eine Legierung mit 1.75 % Mn, 0.33 % Si, 0.25 % Cr, 0.14 % Cu, 0.07 % Fe, 0.02 % Ti, Rest Aluminium wurde zwischen zwei innengekühlten Walzen zu einem Band von 7 mm Dicke vergossen. Die Austrittstemperatur betrug 270 °C. Das Band wurde auf eine Dicke von 1.0 mm kaltgewalzt und anschlies­sen während 5 Stunden bei 360 °C geglüht. Das geglühte Band wies ein stabiles, polygonisiertes Subkorngefüge auf; die Raumtemperatur-Streckgrenze Rp0·2 betrug 202 MPa und die Bruchdehnung A₅ 15 %.
  • Warmzugversuche an Blechstreifen ergaben bei 350 °C eine Fliessspannung von 92 MPa und bei 400 °C eine solche von 74 MPa (bei einer Dehngeschwindigkeit von 8.3x10⁻⁴/s). Während 400 Stunden einer Temperatur von 350 °C ausgesetzte Bleche wiesen eine RT-Rp0·2 von 166 MPa auf. 120 Tage lang bei 300 °C gelagerte Blechmuster erzielten ein RT-Rp0·2 von 174 MPa.
  • Blechronden wurden innerhalb von 20 s auf 600 °C aufgeheizt und einer raschen Stauchung (mit einer Geschwindigkeit von etwa 0.3/s) unterworfen. Die Fliessspannung betrug ca. 55 MPa.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung warmfester Erzeugnisse aus einem Aluminiumwerkstoff vom Typ AlMn,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Legierung, bestehend aus 1.2 bis 2.0 % Man­gan, 0.20 bis 0.5 % Silizium, 0.20 bis 0.35 % Chrom, bis 0.6 % Kupfer, bis 0.10 %, bevorzugt bis 0.08 % Ei­sen, Rest Aluminium und gesamthaft bis 0.4 % anderen Elementen gegossen und innert höchstens 1/2 Stunde auf unter 410°C abgekühlt wird und die Weiterverarbeitung der Legierung eine Wärmebehandlung von 3 bis 24 Stunden im Temperaturbereich von 290 bis 410 °C einschliesst, sowie dass bei der Weiterverarbeitung allenfalls nötige Verweilzeiten im Temperaturbereich zwischen 410 und 460 °C auf insgesamt höchstens 1 Stunde und diejenigen bei Temperaturen oberhalb 460 °C auf höchstens 20 Minuten begrenzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mangan-Gehalt der Legierung 1.2 bis 1.7 % beträgt, die Legierung zu einem Strang von mindestens 40 mm Dicke vergossen und dieser nach der Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C bei einer Temperatur von höchstens 470 °C warm umgeformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei 290 bis 410 °C in das Aufheizen des Gussstranges zur Warmumformtemperatur integriert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mangan-Gehalt der Legierung 1.5 bis 2.0 % beträgt, die Legierung zu einem Band von 5 bis 15 mm Dicke ver­gossen, dieses auf Enddicke kaltgewalzt und anschlies­send bei 290 bis 410 °C, vorzugsweise bei 350 bis 400 °C, wärmebehandelt wird.
EP87810400A 1986-08-04 1987-07-16 Verfahren zur Herstellung warmfester Aluminiumlegierungs - Erzeugnisse Expired - Lifetime EP0255799B1 (de)

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CH3112/86 1986-08-04

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DE (1) DE3764904D1 (de)

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