DE1608148C3 - Aluminiumlegierung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminiumlegierung mit Kupfer als Hauptlegierungsbestandteil, as insbesondere auf solche Aluminiumlegierungen, die zusätzlich Magnesium enthalten.

Aluminiumlegierungen, die Kupfer oder Kupfer und Magnesium als Hauptlegierungsbestandteile enthalten, sind bekannt. Sie werden wegen ihrer sehr erwünschten mechanischen und physikalischen Eigenschaften und der Einfachheit der Herstellung verwendet. Seit kurzem werden sie mehr und mehr als dauerstandfeste Materialien benutzt.

Solche Legierungen werden je nach Zusammensetzung bei Temperaturen von 450 bis 550° C lösungsgeglüht, worauf ein schnelles Abkühlen auf Temperaturen unter 250° C folgt. Alsdann können die Legierungen entweder bei Zimmertemperatur (Kaltaushärtung) oder bei hoher Temperatur (Warmaushärtung) ausgelagert. werden, um ihre Wider-Standsfähigkeit zu erhöhen.

Die Warmaushärtung bewirkt ein schnelles Härten und gestattet, die Höchstwiderstandsfähigkeit zu erreichen. Es kann notwendig sein, die Legierung zu verformen, z. B. zur Vereinfachung der Herstellung oder zum Unterstützen des Härtens, und dies wird vorzugsweise sobald als möglich nach einem schnellen Abkühlen durchgeführt, das auf das Lösungsglühen folgt und bevor die maximale Härte erreicht '50 ist.

Es ist weiterhin eine aushärtbare magnesiumhal-. tige Aluminiumlegierung bekanntgeworden, die außer Kupfer und Magnesium audv Germanium enthält. Der Germaniumanteil ist jedoch bei dieser be- kannten Legierung relativ hoch, nämlich mindestens 1 bis zu 5%. Dabei ist als Magnesiumanteil ein solcher von mindestens 0,5% angegeben.

Werden aber wesentliche Mengen von Germanium zugefügt und die Komponente Mg₂Ge gebildet, so wird der effektive Magnesiumahteil neutralisiert oder erniedrigt mit der Folge, daß er nicht an dem Ausfällprozeß teilnimmt, der die Härtung der Aluminiumlegierung ergibt.

Es ist auch bekannt, durch Zusatz von insgesamt 2,7% Magnesium und Germanium ein Ausfällen von Mg.,Ge durch Abschrecken mit nachfolgendem JnVsü bewirken, um die Legierung zu härten.

Es wurde gefunden, daß ein bestimmter Anteil einer Magnesium-Germanium-Komponente, insbesondere kleine Zusätze von Germanium, die mechanischen Eigenschaften der Legierung verbessert. Es hat sich gezeigt, daß die Festigkeit sich dann erhöht, wenn der Magnesium- und Germaniumanteil in fester Lösung bleiben. Insbesondere wurde gefunden, daß -*- wenn Magnesium und Germanium einer Aluminiumlegierung zugefügt werden, die Kupfer in solchen Mengen enthält, daß das Härten eine Folge des Niederschlages der Komponenten von Aluminium und Kupfer ist — dann die Anwesenheit von Magnesium und Germanium in fester Lösung im Aluminium die Kupfer-Aluminium-Komponenten veranlaßt, in sich reiner veredelter Form auszuscheiden.

Die erfinduhgsgemäße Aluminiumlegierung, die die verbesserten Eigenschaften ergibt, besteht aus 0,02 bis 0,4% Germanium, 0,1 bis 0,5% Magnesium, 4 bis 6,5% Kupfer, Rest Aluminium mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen sowie den üblichen kornfeinenden Zusätzen.

Die Legierung kann Silicium enthalten. Dabei soll der Siliciumanteil 0,5% nicht übersteigen. Die Legierungen können z.B. Silicium bis zu 0,1 %> enthalten, wenn die Kaltaushärtung bei Zimmertemperatur vermieden werden soll, oder über 0,1%, wenn ein leichtes Verarbeiten nicht von großer Bedeutung ist, sondern Dauerstandfestigkeit nach dem Warmaushärten gefordert wird.

Darüber hinaus können die Legierungen noch Mangan bis zu 1 % enthalten.

Irgendwelche der üblichen Kornfeinungsmittel können ebenfalls den Legierungen nach der Erfindung zugefügt werden, beispielsweise Silber, Titan oder Chrom zum Zwecke der Veränderung der Korngröße oder. ihrer Wirkungen auf das Rekristallisationsverhalten.

Für gewisse Anwendungsgebiete, insbesondere diejenigen, die einen Widerstand gegen hohe Temperaturen erfordern, kann es wünschenswert sein, bis zu 2,5% Nickel und 1,5% Eisen zuzufügen.

Die Legierungen können auch die üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen enthalten, vorausgesetzt, daß diese Elemente die günstigen Wirkungen der anderen Elemente nicht beeinflussen.

Die vorstehend genannten günstigen Wirkungen sind:

1. daß die Geschwindigkeit des Härtens und die maximale Härte, die beim Kaltaushärten erreicht wird, sehr stark verringert werden, so daß es nicht nötwendig ist, Verformungsarbeiten so-

:..■ fort nach dem Abschrecken nach dem Vergütungsglühen durchzuführen;

2. daß die Geschwindigkeit des Härtens auf die größte Härte und die maximalen mechanischen Eigenschaften nach dem Warmauslagern beträchtlich höher ist als bei Legierungen, die frei von Magnesium oder Germanium sind, oder die entweder Magnesium oder Germanium allein enthalten, und

3. daß der Widerstand gegen eine Überhärtung bei hohen Temperaturen, insbesondere während einer Kriechverformung des Materials, besser, ist als bei vergleichbaren Legierungen ohne Magnesium und Germanium.

Versuche haben gezeigt, daß Magnesium und Germanium-Zuschläge den Sauerstoff-Niederschlag des Aluminium-Kupfersystems wirksamer zur Keimbildung bringen als andere Spurenelemente, wie etwa Kadmium, Indium und Zinn in Aluminiumlegierungen, die 2 bis 7% Kupfer enthalten, oder als Magnesium und Silicium zusammen in der bekannten Legierung, die typischerweise 5 bis 6% Cu, 0,3 °/o Mg, 0.15 °/oSi und 0,25% Mn enthält.

Wie Versuche gezeigt haben, erreicht die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung nach einem Lösungsglühen bei 530° C und Abschrecken in kaltem Wasser und anschließendem Warmauslagern bei 170° C eine 0,1-Grenze von etwa 42,2 kp/mm² (σ 0,1) bei einer Auslagerungsdauer von 7Va Stunden und eine 0,1-Grenze von etwa 43,6 kp/mm² (σ 0,1) nach einer Auslagerungsdauer von 16 Stunden. Die Zugfestigkeit beträgt etwa 49,2 bzw. 50,5 kp/mm².

Die Wirkung des Magnesiums zusammen mit den Germaniumzuschlägen ist bei höheren Auslagerungstemperaturen stärker ausgeprägt. So z. B. wurde bei einer Temperatur von 190° C und einer Dauer von 7Va Stunden eine 0,1-Grenze von 44,7 kp/mm² (σ 0,1) erzielt. Nach einem Lösungsglühen der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung bei 530° C und anschließendem Abschrecken zeigt sich bei der darauffolgenden Kaltauslagerung im Laufe von 32 Tagen, daß die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung bei Raumtemperatur langsamer aushärtet.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Legierung besteht in einer erhöhten Kriechfestigkeit bei Temperaturen von etwa 150⁰C.

Da Silicium eine natürlich vorkommende Verunreinigung in Aluminium ist, wurden auch Legierungen nach der Erfindung untersucht, die verschiedene Mengen an Silicium enthalten, zusammen mit Veränderungen des Magnesium- und Germaniumgehaltes.

Bei siliciumfreien Legierungen haben sich nur geringe Vorteile bei der Härtungscharakteristik gezeigt oder in den mechanischen Eigenschaften beim Hinzufügen von mehr als 0,2 % Germanium. Das Vorhandensein des Siliciums stört die Wirkung der kombinierten Magnesium- plus Germaniumzusätze nicht.

ao Selbst bei Vorhandensein von Silicium bewirkt eine Menge von nicht mehr als 0,2% Germanium eine bedeutsame Verbesserung in der Maximalfestigkeit, und wie bei siliciumfreien Legierungen ist nur ein geringer Vorteil vorhanden, wenn mehr als ungefähr

as 0,2% Germanium hinzugefügt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Aushärtbare Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,02 bis 0,4% Germanium, 0,1 bis 0,5 %> Magnesium, 4 bis 6,5 °/o Kupfer, Rest Aluminium mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen sowie den üblichen kornfeinenden Zusätzen.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß sie bis zu 0,5% Silicium enthält.

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem bis zu 1% Mangan enthält. *5

4. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem bis zu 2,5% Nickel und bis zu 1,5% Eisen enthält.