DE3411762A1 - Verfahren zur superplastischen verformung eines rohlings aus einer metallegierung - Google Patents
Verfahren zur superplastischen verformung eines rohlings aus einer metallegierungInfo
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Description
Verfahren zur superplastischen Verformung eines Rohlings aus einer Metallegierung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur superplastischen Verformung eines Rohlings aus einer Metalllegierung.
Frühere Arbeiten an superplastisch verformbaren Aluminiumlegierungen
haben sich auf die folgenden vier Hauptbereiche konzentriert:
1. Eutektische (oder eutektoidische) Zusammensetzungen, in jüngerer Zeit durch Al-Ca-Legierungen'belegt.
2. Zusammensetzungen in welchen nur kleine Volumenan-
teile von Teilchen zweiter Phase bei Raumtemperaturen und sogar noch kleinere Volumenanteile bei den Temperaturen
der superplastischen .Verformung zugegen sind. Die superplastische Leistungsfähigkeit dieser Legierungen
hängt entscheidend von der richtigen Verteilung
1.5 sehr feiner Teilchen wie zum Beispiel ZrAl, ab. Solche Legierungen sind in den GB-Patentschriften 1387586
und T44518T offenbart.
3. Verändern der thermo-mechanischen Behandlung von
"Standard"-Flugzeugaluminiumlegierungen wie zum Beispiel 7075 und 7475 zur Erzielung einer sehr feinen
Korngröße vor superplastischer Ve.rformung. Auf solche Arbeiten, hauptsächlich durch Rockwell International,
ist Bezug genommen in CH. Hamilton,
-S-
EPO - COPY
ALCAN INTERNATIONAL LIMITED 37/66
CC. Bampton und N.E. Paton "Superplasticity in High
Strength Aluminium Alloys", Seiten T73 - 189 in Superplastic Forming of Structural Alloys, herausgegeben
durch N.E. Paton und CH. Hamilton, AIME, New York, NY, T982 CISBN O-8952O-389-8).
4. Legierungen wie zum Beispiel 2004 und seine Derivate, die eine für superplastische Verformung geeignete
Zusammensetzung besitzen, jedoch eine Kornstruktur welche diese ausschließt; die Kornstruktur wird modifiziert
durch einen anfänglichen nichtsuperplastischen Verformungsschritt bei einer geeigneten Verformungstemperatur zur Induzierung dynamischer Spannungs-Rekristallisation,
so daß sich fortschreitend eine feine rekristallisierte Kornstruktur, entwickelt und
anschließend eine superplastische Verformung erfolgen * kann.
Die GB-Patentschrift 1456050 beschreibt daNs vorstehende
unter 4.angegebene Verfahren.
Zahlreiche Aluminiumlegierungen sind in der GB-PS 1456050 offenbart und ihnen allen ist der Einschluß eines
Bestandteils CZr, Nb, Ta oder Ni) zur Inhibierung der Kornvergröberung nach Rekristallisation gemeinsam. Ein
solcher Kornvergröberungsinhibitor hatte sich vorher als wesentlich herausgestellt. Weiterhin zeigt die GB-PS
1456050, daß bei den darin erwähnten Legierungen eine dynamische Spannungs-Rekristallisation nicht auftritt,
wenn die Verformungsgeschwindigkeit zu groß ist. . ·
Es wurde nun gefunden, daß bestimmte Aluminiumlegierungen,
welche keinen als Kornvergröberungsinhibitor wirkenden
PO - COPY
."'ill l·
Bestandteil besitzen Coder welche weniger an einer solchen Substanz einschließen, als für sie erforderlich
sein würde um als ein Kornvergröberungsinhibitor zu wirken) leicht superplastisch durch Modifizierung des üblichen
Verformungsverfahrens verformt werden können.
Nach dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur superplastischen Verformung eines Rohlings
aus einer Metallegierung bereitgestellt, welche:
1. Eine für die superplastische Verformung geeignete Zusammensetzung besitzt .und
2. eine für die superplastische Verformung geeignete Kornstruktur besitzt und
3. weniger als denjenigen Prozentsatz eines bekanntermaßen die Kornvergröberung nach der Rekristallisation
inhibierenden Anteils enthält, welcher für
eine solche Inhibition erforderlich ist, wobei das Verfahren die Maßnahmen umfaßt, daß man den
Rohling auf eine Verformungstemperatur erwärmt, den Rohling bei einer ersten Dehnungsgeschwindigkeit ver-.20
formt, um eine dynamische Rekristallisation zu induzieren und die Verformung des Rohlings bei einer zweiten Dehnungsgeschwindigkeit,
die geringer als die erste Geschwindigkeit ist, fortsetzt.
Für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Legierungen
schließen herkömmlich verarbeitete Aluminiumlegierungen 7075 und 7475*ein. Vorzugsweise wird das Verfahren
jedoch auf Al-Li-Legierungen angewendet und insbesondere auf solche Legierungen, wie sie in unserer
gleichzeitig u.a, auf Grund der britischen Prioritätsanmeldung 8308908 vom 31. März 1983 eingereichten An-
* nach den Spezifikationen der United States
Aluminium Association ~ 7 ~
Ξ P O - C O P Y
ALCAN INTERNATIONAL LIMITED 37/66
meldung offenbart sind.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden nun nachfolgend beispielsweise unter Bezugnahme auf
die einzige Figur der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, welche Mikrografien (a) und (b) zeigt.
BEISPIEL
Eine Legierung der Zusammensetzung
Eine Legierung der Zusammensetzung
Lithium 2.62
Magnesium 0.68
Kupfer · T.21
Zirkonium 0.T2
Titan 0.01
Aluminium Rest (zufällige Verunreinigungen einschließend)
wurde zu einem 300 kg Walzbarren von 508 mm χ 178 mm
Querschnitt gegossen, homogenisiert und zur Entfernung von Oberflächenmängeln geschält. Der Barren wurde auf
530° C vorgewärmt und warmgewalzt zu einem 5mm Warmrohling, Der 5mm Warmrohling wurde zur Erzeugung eines Blechs
von 1.6 mm Dicke kaltgewalzt.
Zwei Proben des Bleches wurden superplastisch verformt nach Vorheizung auf 5T0° C für 20 Minuten. Bei einer Einspannbackengeschwindigkeit
(bezogen auf die Dehnungsgeschwindigkeit) von 12,5 mm/min wurde in einer Probe eine
superplastische Dehnung von 550 % erreicht, während bei einer Einspannbackengeschwindigkeit von 3.38 mm/min in
der anderen Probe eine superplastische Dehnung von 730 % erreicht wurde. Die Mikrografie zeigt die Kornstruktur
c uum - 8 ~
EPO - COPY
solchen Ausmaß gedehnt wurde, daß die dynamische Rekristallisation
zu einer feinen Korngröße vollständig die anfängliche Knetstruktur ersetzt hatte. Die viel
feinere Korngröße, die sich während der dynamischen Rekristallisation des Materials gebildet hat, welches
bei der schnelleren Einspannbackengeschwindigkeit von 12,5 mm/min gedehnt wurde, ist offensichtlich.
Weitere Proben des Blechmaterials wurden auf 510° C für 20 min vorgeheizt und bei einer Einspannbackengeschwindigkeit
von 12,5 mm/min superplastisch verformt, bis sich das Material dynamisch rekristallisiert hatte
zu einer Struktur ähnlich derjenigen gemäß (a) der Zeichnung (in diesem Fall nach 200 % Dehnung). Das
Material wurde weiterhin gedehnt bei einer Einspannbackengeschwindigkeit von 3,38 mm/min und eine superplastische
Dehnung von 118 5 % wurde erreicht. Diese superplastische Verformbarkeit war erheblich höher als diejenigen
die im vorausgehenden Absatz für Material angegeben sind, welches bei einer einzigen Dehnungsgeschwindigkeit
gedehnt wurde.
Es wurde auch festgestellt, daß der Lunkerungsgrad bei hohen Dehnungen in Material, welches bei den zwei unterschiedlichen
Geschwindigkeiten gedehnt war, erheblich geringer war als eine Folge der feineren Korngröße des
Materials.
Es wird angenommen, daß die Gegenwart von Lithium wie auch das Machen eines größeren Beitrages zu den physikalischen
und mechanischen Eigenschaften der Legierungen ebenfalls die dynamische Rekristallisation begünstigt.
Jedoch unterscheiden sich die jetzt betrachteten Al-Li-Legierungen von denjenigen des Absatzes 4, der Beschreibungseinleitung
darin, daß sie in ihrer kalt verarbeite -
et"
EPO - COPY
UN ILKiVATIONAL LIMITIiD
37/66
ten Form inherent superplastisch verformbar sind und
sie nicht genug Zr enthalten damit letzteres als ein Kornvergröberungsinhibitor nach der Rekristallisation
wirken kann. Das Zweistufenverformungsverfahren der vorliegenden Erfindung widerspricht .auch unserer in
der GB-Patentschrift T456O5O offenbarten Erfahrung, wonach die Anwendung einer zu hohen Dehnungsgeschwindigkeit
die Rekristallisation inhibiert.
Wir haben gefunden, daß die erste höhere Einspannbacken-
TO geschwindigkeit zwischen 8 und 40 mm/min (z.B. Dehnungs-
-2 -1 -2 -1
geschwindigkeiten von 1 χ 10 sec bis 5 χ 10 sec
repräsentierend) und die zweite niedrigere Einspannbackengeschwindigkeit zwischen 0.75 und 3.75 mm/min (z.B. Deh-
-3 -1 -3 -1
nungsgeschwindigkeiten von 1 χ 10 sec . bis 5 χ 10 sec
repräsentierend) schwanken kann. In einer praktischen biaxialen Verformungsoperation kann die höhere Dehnungsgeschwindigkeit für eine Zeit zwischen 60 und 180 Sekunden
und die niedrigere Dehnungsgeschwindigkeit kann für eine Zeit zwischen 20 und 30 Minuten zur Anwendung ge-
20 langen.
Wie in unserer gleichzeitig u.a. aufgrund der britischen Prioritätsanmeldung 8308908 eingereichten Anmeldung
offenbart ist, sind Aluminiumlegierungen mit einer Zusammensetzung innerhalb der nachfolgenden Gewichtsprozentbereiche
besonders für das Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet.
Lithium
Magnesium
Kupfer
Zirkonium
Titan
2.3 bis 2.9 0.5 bis 1 .0 1.6 bis 2,4 0.05 bis 0.25 0 bis 0,5
-10 -
| Mangan | ,0 | bis 0.5 |
| Nickel | . 0 | bis 0.5 |
| Chrom | 0 | bis 0.5 |
| Zink | 0 | bis 2.0 |
| Aluminium | Rest fäll gen) |
(abgesehen von zu igen Verunreinigun |
Es wird angenommen, daß die durch das erfindungsgemäße
Zweistufenverfahren erzieLten unerwarteten Ergebnisse der Leichtigkeit zugeordnet werden können, welche einige
Legierungen aufweisen dynamisch zu rekristallisieren, aufgewogen durch die Tendenz für einige der rekristallisierten
Körner sich zu vergröbern. Insbesondere im Fall der Lithium enthaltenden Legierungen sichert die rasche
Anfangsdehnung, daß eine gleichmäßig feine Kornstruktur erhalten wird. Wenn eine einzige langsamere Dehnungsgeschwindigkeit verwendet wird, resultieren im Gegensatz
dazu einige gröbere Körner, so daß diese Körner während fortgesetzter Verformung Anlaß zu frühzeitigem Bruch
geben.
ΞΡΟ-COPY **
Claims (6)
- DIPL..ING. EWALD OPPERMANND-6050 OFFENBACH (MAIhD · AM WIESENGRUND 35 · TELEFON (06 Π) 864006 · KABEL EWOPATALCAN INTERNATIONAL LIMITED, 27. März 1984A Company incorporated under Op/rothe laws of Quebec, . 37/661188 Sherbrooke Street West
Montreal, Quebec, Canada, H3A 3G2.n Patentansprüche^1.) Verfahren zur superplastischen Verformung einesjhlings aus einer Metallegierung, welche:' ^C1.) eine für die superplastische Verformung geeignete Zusammensetzung besitzt und (2.) eine für die superplastische Verformunggeeignete Kornstruktur^besitzt und (3.) weniger als denjenigen Prozentsatz eines bekanntermaßen die Kornvergröberung nach der Rekristallisation inhibierenden Anteils enthält, welcher für eine solche Inhibition erforderlich ist,dadurch gekennzeichnet, daß man den Rohling auf eine Verformungstemperatur erwärmt, den Rohling bei einer ersten Dehnungsgeschwindigkeit verformt, um eine dynamische Rekristallisation zu induzieren, und die Verformung des Rohlings bei einer zweiten Dehnungsgeschwindigkeit, die geringer als die erste Geschwindigkeit ist, fortsetzt.SPO - COPY - 2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet,daß die erste Dehnungsgeschwindigkeit zwischen2-1 - 2 — T1 χ 10 see und 5 χ 10 sec und die zweite Dehnungsgeschwindigkeit zwischen T χ TO sec und 5 χ 10"3SeC*"1 beträgt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Dehnungsgeschwindigkeit bei einer Geschwindigkeit von 8 bis 40 mm/min und die zweite Dehnungsgeschwindigkeit bei einer Geschwindigkeit von 0,75 bis 3,75 mm-/min liegt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dehnungsgeschwindigkeit bei einer Geschwindigkeit von etwa 12,5 mm/min und die zweite Dehnungsgeschwindigkeit bei einer Geschwindigkeit von etwa 3,38 mm/min liegt.
- 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dehnungsgeschwindigkeit für eine Zeitspanne zwischen 60 und 180 see und die zweite Dehnungsgeschwindigkeit für eine Zeitspanne zwischen 20 und 30 min zur Anwendung gelangt.
- 6. Rohling aus einer Aluminiumlegierung, verformt entsprechend dem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, und ausgewählt aus den folgenden:(1.) 7075
(2.) 7475(3.) eine Zusammensetzung innerhalb der folgenden Gewichtsprozentbereiche:., EPO - COPYALCAN INTERNATIONAL LIMITED37/66LithiumMagnesiumKupferZirkoniumTitanManganNickelChromZinkAluminium 2.3 bis 2.9 0.5 bis T.O T.6 bis 2.4 0.05 bis 0.25 0 bis 0.5 0 bis 0.5 0 bis 0.5 0 bis 0.5 0 bis 2.0 Rest (abgesehen von zufälligen Verunreinigungen)PO - COPY
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| GB1387586A (en) * | 1971-07-20 | 1975-03-19 | British Aluminium Co Ltd | Aluminium based alloys |
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1984
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Patent Citations (3)
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Also Published As
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