DE2446933B2 - Verfahren zum waermebehandeln von aiznmgcu-legierungen - Google Patents

Description

schmelze

In der DT-OS 1458 530 ist ein Verfahren zum Wännebehandeln eines Gegenstandes aus einer Alu-

S_en vorgenommen wird. Bei dem aus ^un« ₉₉₆|_ekannten Verfahren zum Herder ui-« _Gegenst8nde aus einer AlZnMg-Legie-

stellenJttetzterc maximal 0,3 Vo Cu zur Verminderung ^we«t ledere ™™ > _auf

g
rung der

1 bis x₅ aus 0 5 %_ und Rest terc maximal 0,3 Vo Cu zur Verminde ere ™™ > _auf

&^ ,_edi_gfich in zwei Stufen. ng wird ein Verfahren zur _on AlMgZnCu-Legierungen, beg o^V°n _ink, g _§B ^ -***J· Wenigstens einem Elemem *W _{0 05 bis} ξ,3·/. chrom, 0,1 bis ^ _{ofi5 bis o>5}o_/o Zirkonium - _{bei dem die Legi}erung lösungs-

nach

gekennzeichnet, daß die Legierung

^ ^f g^ _{Mal ausgeh}ärtet wird, darauf

GKÜibehandlung unterworfen wird, die durch einer G^handju^ ^U _{G1 eratur und} __dauer

solctie wenepddic r bbil

und daß

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die zweite vv« _fif

_wird.

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30

£^ _den beiden

_w^_sJ^_{g stattfinden}den Glühbehand-

lung die Wertepaare von Dauer^nd ^^^0 gewählt werden daß^e mdas durchdie Eckpunkte £, F, G und W definierte
Vorteilhaft wird ^ώ

fallen

4, dadurch ge-

^4o

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärme· Sfi von⁸ AlZnMgCu-Legierungen, bestehend tr_ExfuÄrnaS

_beispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig 1 bis 3 Elektronenmikroaufnahmen von Abschnitten in einer Platte aus einer Alurniniumlegierung 7075. Der 0,1 »mjpgjri A^ m

,0

Rest Aluminium, bei dem die Legierung lösungsgeglüht und danach mehrstufig warmausgehärtet wirf.

Eine Aluminiumlegierung, bestehend aus 5,1 bis «,1·/. Zink, 2,1 bis 2,9»/0 Magnesium, 1,2 bis 2·/β Kupfer, 0,18 bis 0,35»/» Chrom, maximal 0,30·/. Mangan, niaximal 0,40»/» Silizium, maximal 0,50·/. Eisen, maximal 0,20¹Vo Titan, andere maximal je 0,05% und insgesamt maximal 0,15·/., Rest Aluminium, weist im ausscheidungsgeharteten Zustand unter bestimmten Beanspruchungsbedingungen keine ausreichende Beständigkeit gegen Korrosion auf.

Bei dieser Legierung, welche nachfolgend als Legierung 7075 bezeichnet wird, ist die Beständigkeit im ausscheidungsgeharteten Zustand gegen Spannungskorrosionsrisse erhöht, obwohl die Festigkeit beträchtlich gegenüber dem Zustand des Aussehetdungshärtens der lösungsgeglühten Legierung herab-

. . _e. „. lösungsgeglühten und

spannungsentlasteten Zustand;

F i g. 2 einen bekannten ausscheidungsgeharteten

Zustand;

F i g. 3 einen bekannten, gegen Spannungskorrosionsrisse beständigen Zustand;

F i g. 4 ein Diagramm, welches die Merkmale der Erfindung zeigt.

Die Legierung gemäß Erfindung hat eine Zusammensetzung von 4 bis 8% Zink, 1,5 bis 3,5% Magnesium, 1 bis 2,5% Kupfer und wenigstens 1 Element aus der Gruppe von 0,05 bis 0,3% Chrom, 0,1 bis 0,5% Mangan und/oder 0,05 bis 0,3% Zirkonium. Der Rest der Zusammensetzung ist im wesentlichen Aluminium.

Die von der Aluminiumindustrie mit 7075 bezeichneten Legierungen sind für die Erfindung bevorzugt und haben eine Zusammensetzung von 5,1 bis 6.1% Zink, 2,1 bis 2,9% Magnesium, 1,2 bis 2%

3 ' 4

Kupfer, 0,18 bis O,35°/o Chrom, maximal 0,30«/o behandlung beispielsweise IVs Jahre früher erfahrer.

Mangan, maximal 0,40 % Silizium, andere maximal haben, in geschmolzenes Woodmetall einzutauchen.

£> 0,05% und insgesamt maximal 0,15%, Rest Alu- In Fig. 1 bis 3 sind Elektronenaufnahmen ver-

miniuEi. schiedener Mikrogefüge gezeigt, welche für die Er-

Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen 5 läuterung der Erfindung wesentlich sind, könuen ebenfalls eines oder mehrere Vornverfeinernde Alle Proben wurden aus einer 6,3 mm dicken Alu-Elemente enthalten, einschließlich Titan von 0,01 bis miniumlegierungsplatte der Zusammensetzung A in 0,2⁰/o und Bor von 0,0005 bis 0,002%. Diese EIe- Tabelle 1 genommen. Fig. 1 bis 3 zeigen Mikromente erzeugen ein feines Korn in dem Gußgeiüge gefüge bekannter Zustände einer solchen Legierung. der Legierung. _xo In F i g. 1 ist ein Beispiel der Legierung im lösungs-

Zusätzlich kann 0,001 bis 0,005% Beryllium zu- geglühten Zustand wiedergegeben. Ein solches Mi-

gefügt werden, um die Oxydation der geschmolzenen krogefüge wird in einer Aluminiumlegierungsplatte

Legierung auf ein Miaimum herabzusetzen. erhalten, wenn sie auf 482° C erhitzt und dann in

Eisen und Silizium sind als Verunreinigungen vor- Wasser bei Raumtemperatur abgeschreckt wird. Das

handen. 15 Plattenmaterial wird dann auf 1,5 bis 3% bleibende

Bis zu 0,5 °/o Eisen kann toleriert werden, und der Dehnung zwecks Spannungsentlastung gestreckt. In

Siliziumgehalt sollte 0,4% nicht übersteigen, um die Fig. 1 sind E-Phasenpartikeln einer Al-Mg-Cr-Aus-

Ausbildung einer wesentlichen Menge der interme- scheidung, Matrixbereiche R von einphasigem AIu-

tallischen Verbindung Mg₂Si zu vermeiden. minium fester Lösung, Korngrenzen B und Verset-

Eine Wärmebehandlung gemäß Erfindung zum Er- 20 zungen D gezeigt. Der genarbte Bilduntergrund, der

zielen einer verbesserten Beständigkeit gegen Span- in dem Matrixbereich in Fig. 1 erscheint, ist eine

nungskorrosion besteht darin, die lösungsgeglühte Wirkung der Verdünnungslösung, die zum Präpa-

Legierung in dem ausscheidungsgehärteten Zustand rieren der Probe für die Übermikroskopie verwendet

in geschmolzenes Metall während einer Dauer und worden ist.

Temperatur innerhalb des Umfanges des Rechteckes as

EFGH in F i g. 4 einzutauchen und dann nochmals Tabelle I

eine Ausscheidungshärtung durchzuführen. Zusammensetzung der Legierungen (°/o)

Weitgehend wird dieser Zustand erreicht durch

Ausscheidungshärten einer lösungsgeglühten Le<jie- Element Legierung

rung bei 80 bis 163° C. Typische Bedingungen kön- 30 A Ji_

nen sein:

a) für Legierungen, welche weniger als 7,5% Zink enthalten, Erwärmen eines lösungsgeglühten Gegenstandes auf 93 bis 135° C und Halten während einer Periode von 5 bis 30 Stunden;

b) für Legierungen, welche mehr als 7,5% Zink enthalten, Erwärmen eines iösungsgeglühten Gegenstandes auf 80 bis 135⁰C und Halten während einer Periode von 3 bis 30 Stunden.

Gewöhnlich wird dieser Zustand erhalten, indem eine Probe in einem Luftumwälzofen während

24 Stunden auf 121 ° C erwärmt wird. F i g. 2 zeigt die Legierung nach F i g. 1, nachdem

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der sie auf den warmausgehärteten Zustand durch ErErfindung wird die Legierung lösungsgeflüht, dann 45 wärmen des Iösungsgeglühten und spannungsentlastebei einer Temperatur von 80 bis 163° C ausschei- ten Materials in einem Luftumwälzofen während dungsgehärtet, dann einer Dauer und Temperatur 24 Stunden auf 121⁰C gebracht worden ist. Die innerhalb des Umfanges A BCD vorzugsweise EFGH Ε-Phase verbleibt im wesentlichen unverändert. Verausgesetzt und dann wiederum während 2 bis Setzungen D und eine Korngrenze B erscheinen. Hier 30 Stunden bei einer Temperatur von 132 bis 160" C 50 sind in der Matrix viele kleine schwarze Punkte zu ausscheidungsgehärtet. sehen, welche als Guinier-Preston-Zonen bezeichnet

Der Artikel von T. Staley, »Heat Treating werden und Anhäufungen von Magnesium und^ink-Characteristics of High Strength Al-Zn-Mg-Cu-Alloys atomen, im allgemeinen in einem Verhältnis von with and without Silver Additions«, welcher auf 2 Zinkatomen pro Magnesiumatom, sind. S. 191 bis 199 in der Ausgabe Januar 1972 von 55 In Fig. 3 ist eine Probe gezeigt, welche aus der »Metallurgical Transactions« erschienen ist, ver- gleichen Platte nach F i g. 1 und 2 in dem gegen öffentlicht von ASM/AIME, zeigt, daß die Erwär- Spannungskorrosionsrisse beständigen Zustand entmungs-/Abschreckgeschwindigkeit, der Zeitablauf nommen worden ist, welcher durch Erwärmen in zwischen dem Erwärmen/Abschrecken und dem Luftumwälzöfen zunächst während 24 Stunden auf Beginn des Erwärmens für das Ausscheidungshärten ⁶° IzI⁰C und dann während 8 Stunden auf 177-C und die Erwärmungsgeschwindigkeit für das Aus- erzeugt ist. Ein Korngrenzenpräzipitat 10 ist crschiescheidungshärten die maximale Streckgrenze beein- nen, und die Guinier-Preston-Zonen sind Bewachsen, flüssen können, welche bei Legierungen 7075 erziel- Die letzteren Zonen haben begonnen, Knstallinität bar ist. Es ist innerhalb des Kernes der Erfindung be- aufzuweisen, indem sie Röntgenstrahl-Beugungsfiguabsichtigt, die Lehren von Staley zwecks Optimie- 65 ren ergeben, und sie werden vom Fachmann als M-ren der Ergebnisse zu verwenden. Somit kann es und M-Phase bezeichnet. Lösungspotential-Studien zwecks Verbesserns der Festigkeit vorteilhaft sein, zeigen an, daß die M'- und M-Phasen einige Kupfer-Proben, welche ihre Lösungsglüh- und Abschreck- atome enthalten. Es wird angenommen, daß die

Cu	1,45	1,63
Fe	0,19	0,30
Si	0,09	0,12
35 Mn	0,02	0,07
Mg	2,40	2,48
Zn	5,92	5,68
Ni	0,00	0,00
Cr	0,18	0,19
40 Ti	0,02	0,05
Be	0,001	0,001

Guinier-Preston-Zonen zur Kristallinitlit fortschreiten, indem sie zunächst zur M'-Phase werden, welche noch teilweise zusammenhängend mit dem Matrixgefüge ist. Die M'-Phase ändert sich dann zur M-Phase, welche ein Gefüge aufweist, das von der Matrix unterschiedlich ist. Es wird angekommen, daß das Fortschreiten durch die M'-Phase zur M-Phase die ursprünglichen Guinier-Preston-Zonen bezüglich der Matrix zunehmend anodisch macht und daß die sich ergebenden anodischen Bereiche in der Matrix gegen Spannungskorrosionsrisse schützen.

Die Erfindung wird weiter an den nachfolgenden Beispielen erläutert.

Beispiele 1 bis 8

Für jedes Beispiel wurden zwei Zugstäbe von 9,5 mm χ 9,5 mm X 63,5 mm aus einem Stück einer 63,5 mm dicken Legierungsplatte 7075 (metallurgische Entwicklung wie in F i g. 2 beschrieben) geschnitten, so daß ihre Längen in Richtung der Kurzseite sind, d. h. in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Platte.

Tabelle II

Glühdauer und Glühtemperaturen in Woodmetall für Beispiele 1 bis 8

und die Koordinaten der Punkte A bis H

Beispiel-Nummer	Dauer	Temperatur
oder Punkt	min	0C
1	0,5	24(S
2	1,0	2415
3	1,5	231)
4	4,0	230
5	7,0	204
6	15,0	204
7	7,0	191
8	15,0	191
A	20,0	182
B	0,2	260
C	1,0	260
D	150,0	id2
E	20,0	193
F	0,8	249
G	1,2	249
H	40,0	193

Die chemische Zusammensetzung der Legierung ist wie für die Legierung B in Tabelle I dargestellt.

Die Zugproben für jedes Beispiel wurden in geschmolzenes Woodmetall mit einer Zusammensetzung von 50% Wismut, 25°/aBlei, 12,5 °/o Zinn und 12,5 °/o Cadmium eingetaucht. Die Eintauchtemperatüren und die Dauer sind in Tabelle II wiedergegeben und in F i g. 4 eingezeichnet. Nach dem Eintauchen in das geschmolzene Woodmetall wurden die gekühlten Proben dann ausscheidungsgehärtet, indem sie in einem Luftumwälzofen während 24 Stunden

ίο auf 121° C erhitzt wurden. In jedem der Beispiele 1 bis 8 wurde eine Zugprobe zu einem Zugstab mit einem Durchmesser von 3,18 mm bearbeitet, um ihn einer 3,5°/oigen Natriumchloridlösung mittels abwechselnden Eintauchens bei einer Belastung von 2950 kp/cm² gemäß der »Military Specification MIL-A-22771 B« auszusetzen. Die Proben wurden bis zum Bruch mit aufeinanderfolgendem Eintauchen während 10 Minuten in die Salzlösung und anschließend 50 Minuten in Luft gehalten. Die Anzahl der

ao Tage bis zum Bruch unter einer solchen Behandlung ist in F i g. 4 oberhalb des Zeit-Temperatur-Punktes für jedes Beispiel wiedergegeben. An der verbleibenden Probe eines jeden Beispiels wurde die Streckgrenze geprüft. Die Streckgrenzendaten für Beispiele 1

»5 bis 8 sind in F i g. 4 unterhalb der Zeit-Temperatur-Punkte in Prozent-Angaben einer Streckgrenze von 43,8 kp/mm² für den Zustand wiedergegeben, welcher auf Seite 8 oben erläutert ist.
Es folgen weitere Beispiele einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei die zweite Ausscheidungshärtung während 2 bis 30 Stunden bei einer Temperatur von 132 und 160° C durchgeführt wird.

Beispiele 9 bis 14

Das Verfahren war wie für Beispiel 1 bis 8 beschrieben mit der Ausnahme, daß alle Proben vor dem zweiten Ausscheidungshärten in ein geschmolzenes Woodmetall während 90 Sekunden bei 230° C eingetaucht wurden. Andere Parameter und Ergebnisse sind wie in Tabelle III angegeben.

Die Beispiele 9 bis 11 bilden eine Gruppe von Vergleichsbeispielen, welche in der zweiten Ausscheidungshärtestufe während 3 Stunden auf Temperatur gehalten wurden, wogegen bei den Beispielen 12 bis 14 die zweite Ausscheidungshärtung während 24 Stunden stattfand. Die überlegene Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, die durch ein zweites Ausscheidungshärten während 2 bis 30 Stunden bei 132 bis 160° C erzielt werden, ergeben sich durch Vergleiche der Beispiele innerhalb der Gruppen.

Tabelle ΠΙ

Parameter und Daten für Beispiele 9 bis 14, eingeschlossen ein Eintauchen der lösungsgeglühten, ausscheidungsgehärteten Aluminiumlegierung 7075 in geschmolzenes Woodmetall während 90 Sekunden bei 230° C, danach eine zweite Aussdtieidungshärtung

Beispiel Nr.

Dauer und Temperatur der zweiten Ausscheidungshärtung

Zugfestigkeit kp/mm¹

Streckgrenze kp/cm*

Tage bis Bruch Belastung 2710 kp/cm¹

2260 kp/cm¹

9	3Std./121°C	43,4	37,7	27	80
10	3Std./135°C	44,4	37,8	43	62
11	3 Std./149° C	43,0	37,5	60	84
12	24 Std./121° C	45,5	40,6	49«	50
13	24Std./135°C	44,8	39,4	47	61
14	24 Std./149° C	44,8	39-6	56	63

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: W

1. Verfahren _Zur Wärmebehand! ung von AlZnMgCu-Legierungen, bestehend aus 4 tos 8·/· Zink, 1,5 bis 3,5«/ο Magnesium, 1 bis 2,*'/· Kupfer und wenigstens einem Element aus der Gruppe, 0,05 bis 0,3 % Chrom, 0,1 bis 0,5·/, Mangan und/oder 0,05 bis 0,5·/. Zirkonium und Rest Aluminium, bei dem die Legierung lösung*,-geglüht and danach mehrstufig warm ausgehartet wird, dadurch gekennzeichnet,daß dae Legierung nach der Lösungsglühung m einer ersten Stufe bei 80 bis 163° C em erstes Mal ausgehärtet wird, darauf einer Ölbehandlung untenvorfen wird, die durch solche Wertepaare von Glühtempern und -dauer gebildet weinen, die in dem in F i g. 4 abgebildeten Te^pemtur-Ze^ Diagramm innerhalb das durch die Eckpunkte A, B, C und D definierte Viereck fallen und daß schließlich die Legierung ein zweites Mal bei 80 bis 163° C warmausgehärtet wird

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Warmaushartung 2 bis 30 Stunden lang bei 132 bis 160° C durchge- ^TrfahrennachAnspruchloderJdadurch gekennzeichnet, daß bei der zwischen den beiden Warmaushärtungsstufen stattfindenden Gluhbehandlung die Wertepaare von Dauer und Temperatur solewählt wefden daß sie in das durch die

Eckpunkte E, F, G und H Definierte V.ereck

fVerfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den beiden WarWushärtungsstufen stattfindende Glühbehandlung durch Eintauchen der Legierung

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