DE2221660B2 - Verfahren zur Erhöhung der Bruchdehnung von Aluminiumlegierungen hoher Festigkeit - Google Patents
Verfahren zur Erhöhung der Bruchdehnung von Aluminiumlegierungen hoher FestigkeitInfo
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-
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Description
festgelegt ist, in der T die Glühtemperatur in 0K
bedeutet, und die Kaltverformungsstufe wiederholt wird. Insbesondere soll dabei in der ersten Bearbeitungsstufe
ein besonderes Gefüge in Form einer Subkornstruktur erzielt werden.
Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß die Bruchdehnung unter Vermeidung eines Rückschritts
in den erzielten Festigkeitseigenscliaften dadurch erhöht
werden kann, daß man vor der ersten KaItbearbeitungsstufe eine besondere Warmverformung
durchführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Bruchdehnung von Legierungen, bestehend aus
0,05 bis 1 % Eisen, 0,05 bis 1 % Silicium, sowie mindestens einem der Legierungszusätze aus der
Gruppe bis zu 5 % Magnesium, weniger als 3,0 % Mangan, weniger als 1,0% Kupfer, weniger als
0,5 % Zirkonium, weniger als 0,5 % Titan und/oder weniger als 0,5% Chrom, weniger als 0,5% Zink,
weniger als 0,1% Bor, Rest Aluminium mit den üblichen herstellungsbeclingten Verunreinigungen von
insgesamt weniger als 1,5%, einzeln jedoch weniger als 0,5%, die nach Anwendung eines Verfahrens, bei
dem man die Legierung
(B) bei Temperaturen unter 2320C, vorzugsweise
durch Walzen oder Ziehen, mit einem auf die Dicke bezogenen Verformungsgrad von mindestens
20 % verformt,
(C) danach bei 120 bis 345° C mit der Maßgabe entfestigend glüht, daß die maximale Glühdauer
t in Minuten nach der Formel
T (8,95 + log t) = 5700
festgelegt ist, in der T die Glühtcmperalur in
0K bedeutet und
(D) die Stufe (B) wiederholt,
eine hohe /ngfestiyk-'!! aufweisen, ist demgemäß dadurch
gekennzeichnet. 'IaH man die Legierung voider Verfall! ι-nsstufc (Ii)
(A) bei IM bis SlD C mit einem aiii die Dkkc
bezogenen VeilViinimgigrad von mindestens
20" ,) veiformt.
Nach eir»er bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wiederholt man nach der Verfahrensstufe (D) die Verfahrensstufe (C).
Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn man nach der Verfahrensstufe (C) die Verfahrensstufen
(B) und (C) mehrmals wiederholt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine beachtliche Verbesserung der Festigkeit unter gleichzeitiger
Beibehaltung einer hohen Duktilität und damit hoher Bruchdehnung selbst bei handelsüblichen
Aluminiumlegierungen erreicht. Beispielsweise wurden reproduzierbar hohe Zugfestigkeitseigenschaften
in Kombination mit hoher Duktilität von mehr als 5°/o erhalten, wenn die Stufen (B) und (C) wiederholt
werden, wobei überraschend eine wesentlich verbesserte Duktüität bei hohen Fenigkeitswerten in
der Größenordnung von 38,6 bis 49,2 kp/mm2 erhalten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf die verschiedensten Al-Fe-Si-Legierungen anwendbar. Bei
allen diesen Legierungen wird eine deutliche Verbesserung erzielt.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß man eine Legierung, bestehend aus 0,3 bis 0,7 "/u
Silicium, 0,4 bis 0,8 °/o Eisen, mindestens einem der Elemente aus der Gruppe 0,1 bis 0,5 0Zo Kupfer, bis
zu 1,6 °/o Mangan, bis zu 5 0Zo Magnesium, bis zu
0,20Zo Chrom, bis zu 0,30Zo Zink, bis zu 0,2", ο Titan,
bis zu 0,3 °/o Zirkonium und oder bis zu 0,050Zo Bor,
Rest Aluminium, behandelt.
Im allgemeinen sind die bevorzugten Legierungen diejenigen der 1000-, 3000- und~5000-Reihc der
Aluminium Association.
Erfindungsgemäß können die Aluminiumlegierungen in üblicher Weise gegossen werden, z. B. kontinuierlich
oder nach dem Schwcnk-Kokillengußvcrfahren. Das Gießverfahren ist nicht von entscheidender
Bedeutung. Nach dem Gießen wird die Legierung vorzugsweise einer Homogenisierungsbehandlung
oder einem Lösungsglühen unterworfen. Die Temperatur der Homogenisierungsbehandlung hängt
von der Legierung ab, sie soll jedoch bei Temperaturen oberhalb 455° C und im Einphasenbereich für
die Hauptbestandteile durchgeführt werden. Das Gußstück soll bei dieser Temperatur mindestens
4 Stunden gehalten werden. Nach der Homogenisierungsbehandlung oder der Lösungsglühstufe soll das
Gußstück rasch auf unterhalb 2320C und vorzugsweise
unterhalb 120° C in einer Geschwindigkeit von oberhalb 204° C/Stunde abgekühlt werden.
Erfindungsgemäß kann die Lösungsglühstufe zusammen mit dem Gießvorgang kombiniert werden,
d. h., während des Gießvorgangs kann das Material von der Verfestigungstemperatur abgekühlt werden.
Dieses Lösungsglühen bzw. Homogenisieren dient folgendem Zweck: Wenn die Aluminiumlegierung
die vorgenannten Legierungszusätze enthält, wird durch die Lösiiiigsglühstufc und das rasche Abkühlen
ein großer Teil dieser /uvil/e in Lösung gebracht.
Somit heizen die I egieiiintis/usät/e in fester
I.ösiinj!. vor/uü'Ui i-c bi^ Mim m,i\imali'ii Ausmaß,
in dei Aluminiiinim itrix \oi.
r!rfiniliiiii;-.L'i'iii.ill sind ilie ihn h-.ten Stufen Kntiiche
ltc!iil>i'iiiii'"
<m,il)ii.ihfiii'ii Die Ikaui/iiiMi.· Hc-ΙίΙΚ'ίΐιΙιΙ·1,
M <ir Λ ti.'. Il I . klMHK'll jtll.Kll IHv Il
ändert. Hcarb.iinü: ι,ι,,Γ.η iinn. n .ιππ A.indt weulin.
wie /ifhen. Cn. ... v.k ■>. hm: ι Ί ίι .nie ι Miaiu'pie■<
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In ilci Is.1111 --■ I- .! ' ml· 1 x 1 ■':!■; M 1 =:·_■; t <\ n nächst verformt, z. B. durch Walzen, und zwar bei einer Temperatur von etwa 232 bis 510° C mit einer Gesamtdickenverminderung von mehr als 20 °/o. Vorzugsweise wird diese Vertahrensstufe bei einer Temperatur von 293 bis 455° C durchgeführt. Das Material kann in einem oder mehreren Stichen gewalzt werden. Diese kritische Stufe (A) ist überraschenderweise für die erhöhte Duktilität und damit erhöhte Bruchdehnung der Legierung bei hohen Festigkeitswerten verantwortlich. Anschließend wird das Material in Stufe (B) bei einer Temperatur unterhalb 232° C und bei einer Gesamtdickenverminderung von mehr als 20 0Zo verformt. Vorzugsweise wird bei einer Temperatur unterhalb 190° C gearbeitet. Vorzugsweise werden an Stelle einer einzigen großen Dickenverminderung mehrere kleine Dickenverminderungen von mindestens 150Zo durchgeführt. Der Gesamtverformungsgrad kann groß sein, er kann beispielsweise 990Zo betragen, z.B. bei der Herstellung von Draht.
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Nach dieser Stufe (B) wird das Material unter kritischen Bedingungen bei einer Temperatur von
120 bis 345°C geglüht, wobei die maximale Glühdauer in Minuten (/) durch die folgende Formel
T (8,95 -1 log t) = 5700
festgelegt ist, in der T eine Temperatur im vorgenannten Temperaturbereich in Grad Kelvin (0K) bcdeutet.
Die Mindestglühdauer bei der gewählten Temperatur ist nicht besonders kritisch, sie soll jedoch
mindestens 1 Sekunde betragen. Je höher die Temperatur innerhalb des vorgenannten Temperaturbereichs
liegt, desto kürzer ist die maximale Cilühdauer und umgekehrt. Vorzugsweise arbeitet
man im Temperaturbereich von 120 bis 2320C. Beispiele
für eine maximal statthafte Glühdauer, die nach der vorstehenden Formel bestimmt wurde, sind
etwa 400 Stunden bei 149° C, etwa 16 Stunden bei 204° C und 2 Minuten bei 345° C.
Wenn man die Form der vorstehenden Gleichung wie folgt ändert:
1,/f = exp(- QIRT),
so erhält man einen Wert von Q, die Aktivicrungscnergie, der etwas niedriger als für die Rekristallisation
in Aluminium erforderlich ist. Dies zeigt, daß der Beginn der Rekristallisation die obere Grenze für
die Glühbehandlung gemäß Stufe (C) darstellt.
Nach der Stufe (C) wird das Material erneut bei einer Temperatur unterhalb 232° C und mit einer
Gesamtdickenverminderung von mindestens 200Zo in
gleicher Weise wie vorstehend beschrieben bearbeitet oder gewalzt. Dieser zweiten Walz- oder Bearbei-
tungsstufe kann dann eine zusätzliche Glühbehandlung gemäß Stufe (C) bei Temperaturen von 120 bis
345°C auf die vorstehend beschriebene Art folgen. Eine Kaltbearbeitung nach einer Wärmebehandlung
bei niedriger Temperatur ist bei der Herstellung
fio von geschmiedeten Aluminiumwerkslückcn nicht üblich,
da die Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur
oder eine partielle Glühbehandliinu normalerweise
zur Siabilisieiung der Stniktui mlu zur Lr-
tiictliiiiiini' der I cstk'keil aiii !'i-wmisiliie Weite
fi; diiiUu.L-lüliii NMiil. um spe/iclli· I il'i η 11 halten /u
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il.i-, i'aiiiell.1 (iltili-.i >il r die K.ilihäi Ulli:1 mill an
schließendes Stabilisieren. Nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird jedoch durch eine Warmformgebung in Stufe (A) mit ansrhließender Kaltverformung
unterhalb 232° C in Stufe (B) und einer Stabilisierung oder partiellen Glühbehandlung als
Vorbereitungsstufe für die anschließende Kaltverformung unterhalb 232° C eine deutliche Verbesserung
der mechanischen Eigenschaften in Kombination mit hohe D'iktilität erhalten.
Vorzugsweise werden das Kaltverformen unterhalb 232° C gemäß Stufe (B) und die Wärmebehandlungsstufen
mehrmals wiederholt, am besten bis fünfmal. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die
letzte Stufe eine Wärmebehandlungsstufe sein.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird in der ersten Kaltverformungsstufe ein zelliges Subkorngefüge
ausgebildet. Das heißt, das Mikrogefüge der Legierung ist durch Körner innerhalb von Körnern
gekennzeichnet. Durch die Wärmebehandlungsstufe werden die Subkorngrenzen stabilisiert, indem gelöste
Atome zu diesen wandern. Die zweite Kaltverformungsstufe bildet mehr Subkorngrenzen innerhalb
des Gefüges aus, wobei stufenweise die Subkorngröße verfeinert wird, wenn die Verformung und
thermischen Behandlungsstufen wiederholt werden.
Die erfindungsgemäß als Endprodukt erhaltenen Legierungen sind durch eine überraschend stark verbesserte
Duktilität in Kombination mit hohen Festigkeitseigenschaften und ultrafeinen Subkorngefüge im
Bereich von 0,001 mm oder kleiner gekennzeichnet. Ferner ist das Subkorngefüge ziemlich stabil. Die
erfindungsgemäß erhaltenen Legierungen sind auch folgendermaßen gekennzeichnet: Die Subkörner haben
Grenzen von fixierten Versetzungsknäueln, was durch Legierungselemente in Lösung oder Leerstellen
bewirkt wird, die zu Legierungselementen in Lösung gehören. Die Matrix zwischen den Versetzungsknäueln besteht aus einzelnen Bereichen mit niedrigerem
Gehalt an Legierungszusätzen und mit niedriger Dichte der Versetzungen.
Außerdem sind die erfindungsgemäß hergestellten Legierungen durch eine verbesserte Bearbeitbarkeit
gekennzeichnet, was sich z. B. durch eine deutliche Abnahme der Kantenrißbildung beim Walzen zeigt,
was zu einer erheblichen Verminderung von Abfall führt.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
In den folgenden Beispielen wird eine Legierung folgender Zusammensetzung verwendet: Si 0,08 °/o;
Cu 0,44 °/o; Mn 0,77 %>; Cr 0,10 %>; Mg 2,9 °/o, Zn
0,02%>; Fe O,17°/o; Ti 0,01 »/o, Rest Aluminium.
Sämtliche Legierungen werden kontinuierlich vergossen, und 44,45 mm dicke Proben werden zur
Verarbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geschnitten.
Proben der Legierung von Beispiel 1 werden auf 12,7 mm warmgewalzt. Danach werden die Proben
auf Raumtemperatur abgekühlt, auf 3,175 mm kaltgewalzt, etwa 2Vt Stunden auf 143° C erhitzt und
auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann werden die Proben auf 0,88 mm kaltgewalzt und schließlich etv/a
21/! Stunden auf etwa 143° C erhitzt.
Die Zugfestigkeit nach der Verarbeitung beträgt 45,3 kp/mm2, die Streckgrenze 42,2 kp/mm2 bei 2 0Zo Versetzung und 7 °/o Dehnung.
Die Zugfestigkeit nach der Verarbeitung beträgt 45,3 kp/mm2, die Streckgrenze 42,2 kp/mm2 bei 2 0Zo Versetzung und 7 °/o Dehnung.
Proben der Legierung werden auf 12,7 mm warmgewalzt,
auf Raumtemperatur abgekühlt, auf 3,175 mm kaltgewalzt, etwa 2Vs Stunden auf etwa 143° C erhitzt
und auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann werden die Proben auf 2,03 mm kaltgewalzt, etwa
2V2 Stunden auf etwa 1430C erhitzt, auf Raumtemperatur
abgekühlt, auf 0,88 mm kaltgewalzt und etwa 2Vs Stunden auf etwa 143° C erhitzt.
Die Zugfestigkeit nach der Verarbeitung beträgt 46,4 kp/mm2, die Streckgrenze 43,2 kp/mm2 bei 0,2 0Zo Versetzung und 5,5 %> Dehnung.
Die Zugfestigkeit nach der Verarbeitung beträgt 46,4 kp/mm2, die Streckgrenze 43,2 kp/mm2 bei 0,2 0Zo Versetzung und 5,5 %> Dehnung.
Vergleichsbeispiel 1
Proben der Legierung von Beispiel 1 werden auf 12,7 mm warmgewalzt und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Dann werden die Proben auf 0,83 mm kaltgewalzt. Die Zugfestigkeit nach der Verarbeitung
beträgt 45,8 kp/mm2, die Streckgrenze 45,0 kp/mm2
bei 0,2 0Zo Versetzung und 2 °/o Dehnung.
Vergleichsbeispiel 2
Als Vergleichsbeispiel zu Beispiel 1 werden Proben der Legierung auf 12,7 mm gefräst, auf 3,175 mm
kaltgewalzts etwa 21A- Stunden auf etwa 1430C erhitzt
und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann werden Proben auf 0,88 mm kaltgewalzt und etwa
2'/2 Stunden auf etwa 143° C erhitzt.
Die Zugfestigkeit nach der Verarbeitung beträet 47,2 kp/mm2, die Streckgrenze 44,0 kp/mm* bei 0,2 °/o Versetzung und 5 %> Dehnung.
Die Zugfestigkeit nach der Verarbeitung beträet 47,2 kp/mm2, die Streckgrenze 44,0 kp/mm* bei 0,2 °/o Versetzung und 5 %> Dehnung.
Trotz zweimaliger Anwendung der Stufe (C) wird keine entsprechend hohe Dehnung erzielt.
Vergleichsbeispiel 3
Als Vergleichsbeispiel zu Beispiel 2 werden Proben der Legierung auf 12,7 mm gefräst, auf 3,175 mm
kaltgewalzt, etwa 2Vz Stunden auf etwa 143° C erhitzt
und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann werden die Proben auf 2,03 mm kaltgewalzt, auf
etwa 1430C erhitzt, auf Raumtemperatur abgekühlt,
auf 0,88 mm kaltgewalzt und etwa 2Vz Stunden auf i43° C erhitzt.
Die Zugfestigkeit nach der Verarbeitung beträgt 47,5 kp/mm2, die Streckgrenze 44,1 kp/mm2 bei
0,2 0Zn Versetzung und 5 0Zo Dehnung.
Auch eine dreifache Wiederholung der Stufen (B) und (C) reicht allein nicht aus, um die Bruchdehnung
im gewünschten Maß zu erhöhen.
Claims (7)
1. Verfahren zur Erhöhung der Bruchdehnung von Legierungen, bestehend aus 0,05 bis 1 °/o
Eisen, 0,05 bis 1 % Silicium sowie mindestens einem der Legierungszusätze aus der Gruppe bis
zu 5 % Magnesium, weniger als 3,0 % Mangan, weniger als 1,0% Kupfer, weniger als 0,5%
Chrom, weniger als 0,5% Zink, weniger als 0,5 % Zirkonium, weniger als 0,5 % Titan und/
oder weniger als 0,1 % Bor, Rest Aluminium mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen
von insgesamt weniger als 1,5 %, einzeln jedoch weniger als 0,5%, die nach Anwendung
eines Verfahrens, bei dem man die Legierung
(B) bei Temperaturen unter 232° C, vorzugsweise durch Walzen oder Ziehen, mit einem
auf die Dicke bezogenen Verformungsgrad von mindestens 20 % verformt,
(C) danach bei 120 bis 345° C mit der Maßgabe entfestigend glüht, daß die maximale Glühdauer
t in Minuten nach der Formel
T (8,95 + log ί) = 5700
festgelegt ist, in der T die Glühtemperatur in Grad Kelvin bedeutet, und
(D) die Stufe (B) wiederholt,
eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Legierung vor der Verfahrensstufe (B)
(A) bei 232 bis 510° C mit einem auf die Dicke
bezogenen Verformungsgrad von mindestens 20% verformt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Verfahrensstufe
(D) die Verfahrensstufe (C) wiederholt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Verfahrensstufe
(C) die Verfahrensstufen (B) und (C) mehrmals wiederholt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verfahrensstufen (A)
bei Temperaturen von 293 bis 455° C durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Legierung vor der Verfahrensstufe (B) mindestens 4 Stunden lang bei Temperaturen über 455° C homogenisiert.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Durchführung
der Verfahrensstufe (A) rasch auf Temperaturen unterhalb 232° C abkühlt.
7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Legierung, bestehend aus 0,3 bis 0,7 %
Silicium, 0,4 bis 0,8"■<>
Eisen, mindestens einem der Elemente aus der Gruppe 0,1 bis 0,5 ". ο Kupfer,
bis /Ii 1,6" α Maneun, bis zu 5" ο Magnesium,
bis /u 0,2% Chrom, bis zu 0,3 ü.« Zink, bis zu
0,2 ".Ό Titan, bis zu (),.!" ο Zirkonium und'oder
bis zu 0,05 % Bur, Rest Aluminium.
Es sind bereits Verfahren bekannt, um die Festigkeit von üblichen Alunuiniumlegierungen zu erhöhen,
wobei jedoch häufig die gewünschte Duktilität beeinträchtigt wird. Auch hat sich gezeigt, daß bei be-
kannten Verfahren zur Behandlung von Silicium und Eisen enthaltenden Aluminiumlegierungen, welche
als dritte Legierungskomponente Magnesium, Mangan, Kupfer, Chrom, Zink, Zirkonium, Titan und/
oder Bor in bestimmten maximal zulässigen Mengen
ίο enthalten, die Bruchdehnung unerwünscht niedrig
ist. Dieser Nachteil haftet insbesondere der Arbeitsweise nach der GB-PS 1192281 an, gemäß
welcher die betreffende Legierung bei Temperaturen unter 232° C mit einem auf die Dicke bezogenen
Verformungsgrad von mindestens 20% verformt, danach mit der Maßgabe entfestigend geglüht wird,
daß die maximale Glühdauer t in Minuten nach der Formel
7(8,95 +logt) = 5700
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