DE938444C - Spannungskorrosionsbestaendige Aluminiumlegierungen - Google Patents

Description

• Spannungskorrosionsbeständige .Aluminiumlegierungen Es ist bekannt, daß Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen. außerordentlich günstige mechanische Eigenschaften aufweisen. Man hat diesen Legierungen auch schon zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften weitere Zusätze, wie Mg2Si, Mangan u. dgl. gegeben. Trotzdem ist die Einführung der Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen in die Praxis gescheitert, und zwar wegen ihrer Neigung zum Aufplatzen bei gleichzeitiger chemischer und mechanischer Beanspruchung (Spannungskorrosion). Die Beseitigung dieser Eigenschaften ist also Voraussetzung für die Anwendung der Legierungen und damit die in erster Linie zu lösende Aufgabe.
• Es sind bereits Legierungszusammensetzungen bekannt, denen Spannungskorrosionsbeständigkeit nachgerühmt wird. Diese Aluminiumlegierungen besitzen Magnesiumgehalte von 5 bis 7 °/o und Zinkzusätze, die in Abhängigkeit von dem Magnesiumgehalt zwischen 0,25 und 10/, Zink betragen können. Es handelt sich hierbei um ein eng begrenztes Legierungsgebiet mit relativ hohen Magnesiumgehalten und niedrigen Zinkgehalten, um Legierungen, die praktisch nicht aushärtbar sind. Diese Legierungen können auch Mangan-, Chrom- oder Titanzusätze besitzen. Vor einer Änderung des Zink- oder Magnesiumgehaltes wird aber gewarnt, da eine Erhöhung des Zinkgehaltes nachteilig auf die Spannungskorrosionsbeständigkeit wirkt und Zinkzusätze zu abweichenden Gehalten außerhalb des Rahmens von 5 bis 7 °/o Magnesium keine Wirkung in Richtung der Spannungskorrosionsverbesserung besitzen.
• Es sind auch noch andere Aluminiumlegierungen mit Magnesium- und Zinkgehalten bekannt, die spannungskorrosionsbeständig sein sollen. Diese besitzen einen Magnesiumgehalt von mehr als 6 °/o, bei einem Zinkgehalt zwischen o, i und o,80/,. Diese Legierungen können Chrom, Titan, Silizium, Calzium und Mangan enthalten. , Sie sind jedoch ebenfalls praktisch nicht aushärtbar, und auch hier ist fest= gestellt, daß höhere Zinkgehalte die Spannungskorrosionsbeständigkeit herabsetzen.
• Es wurde nun gefunden, daß man Legierungen mit guter Spannungskorrosionsbeständigkeit erhält durch Zusatz von Mangan oder gleichzeitigem Zusatz von Mangan und Mg2Si zu Aluminiumlegierungen mit 7,5 bis x2 °/° Zink und dem für die Verbindung MgZn2 notwendigen Magnesiumgehalt sowie einem eventuellen Überschuß von Magnesium über das an Zink oder Silizium gebundene hinaus bis zu einem Gesamtgehalt von 3 °/° Magnesium. An Stelle des Überschusses an Magnesium kann auch ein Überschuß an Zink zur Anwendung kommen, und zwar bis 3 °/° freies Zink neben dem zu MgZn, gebundenen. Der Mangangehalt muß dabei, um diese Wirkung ohne sonstige Schädigung ausüben zu können, zwischen o,2 und 1,50/, gewählt werden. Eine Steigerung über 20/, hinaus ist wegen metallurgischer und fabrikätorischer Schwierigkeiten unzweckmäßig. Eine Abstimmung des Siliziumgehaltes und des über die Verbindung MgZn2 zugesetzten Magnesiumgehaltes derart, daß sich diese restlos zu Mg, Si verbinden, ist nicht erforderlich: Jedoch sollen Siliziumgehalte über 1,5 0/° und Magnesiumgehalte über 3 °/° vermieden werden, da der Widerstand solcher Legierungen gegen Spannungskorrosion sehr gering ist und auch durch den Mangangehalt nicht ausreichend verbessert wird.- Das gleiche gilt auch für Legierungen mit Zinkgehalten über 12 °/°. Bereits der Manganzusatz allein verleiht den Legierungen guten Widerstand gegen Spannungskorrosion. Eine gleichzeitige Verwendung von Magnesiumsilizid erhöht nicht nur die mechanischen Eigenschaften, sondern verleiht der Legierung eine mindestens gleichwertige Spannungskorrosionsbeständigkeit, wie sie die nur manganhaltigen Legierungen aufweisen.
• Sonstige Zusätze, beispielsweise üon Eisen, Chrom, Titan, können bis zu 10/, den Legierungen gegeben werden, jedoch ist Kupfer zu vermeiden, da es nachteilige Wirkung auf diese Legierungen hat, insofern als es schädlich bezüglich der allgemeinen Korrosion und der Spannungskorrosion ist. Der Einfluß der genannten Zusätze auf das Verhalten der Legierungen gegen Spannungskorrosion sei an Hand von Vergleichsversuchen dargelegt. Die Versuche wurden in der Weise durchgeführt, daß aus den Legierungen 1,5 mm starke Bleche gewalzt, diese durch eine Wärmebehandlung (Glühen, Abschrecken, Lagern) veredelt und danach aus herausgeschnittenen Streifen Schlaufen gebogen und gespannt wurden. Diese wurden dann der Korrosion in einer 3°/°igen NaCl-Lösung aus- » gesetzt.. und--die. .Zeit bis zum Auftreten eines Risses beobachtet.. Es ist- wesentlich zu bemerken, daß sämtliche Vorgänge für alle Legierungen in gleicher Weise durchgeführt wurden.' Die Zusammensetzung der Legierung wurde so gewählt, daß Zink und Magnesium im stöchiometrischen Verhältnis der Verbindung MgZn, -vorhanden-waren. Der.-MgZn2 Gehalt betrug das sind etwa 7;6:0/0 Zn und 1,4% Mg. Bei diesem Gehalt erreicht man Festigkeitswerte wie- bei den Spitzenlegierungen der Gattung AI-Cu-Mg, den zur Zeit festesten Aluminiumlegierungen. Zur Erzielung dieser Festigkeitswerte wurden die Legierungen bei 48ö° geglüht, in Wässer abgeschreckt und 4 Tage bei z25° angelassen.
• Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle zusammen&estellt. In ihr sind die chemische Zusammensetzung der Legierungen, die Festigkeitswerte und ihr Widerstand (in Tagen) gegen Spannungskorrosion angegeben: Vergleicht man zunächst die Festigkeitswerte von Legierung 13 mit Legierung 12, so erkennt man die bekannte verfestigende Wirkung des Mg2Si, die überraschenderweise auch mit einer Steigerung des Widerstandes gegen Spannungskorrosion verbunden ist. Einen ähnlichen, aber wesentlich stärkeren Einfluß übt das Mangan aus, wie man aus dem Vergleich von 12 und 14 erkennt. Man kann aber nun auch, wie ein Vergleich von 15 mit 12 bis 14 zeigt, den Zusatz von Mangan mit dem Zusatz von Mg2 Si kombinieren und dadurch noch höhere Festigkeitswerte erreichen, ohne daß dadurch die Verbesserung der Beständigkeit, wie sie durch Mangan und Mg2Si im einzelnen erreicht wird, beeinträchtigt wird.
• Die Verbesserung der Spannungskorrosion durch den Zusatz von Mangan bzw. den Zusatz von Mangan und Silizium läßt sich noch steigern, dadurch, daß man durch geeignete Vergütungsverfahren die Spannungskorrosionsempfindlichkeit zusätzlich beeinflußt. So hat die Wahl der Glühtemperatur unter 45o° einen günstigen Einfluß auf den Widerstand gegen Spannungskorrosion. Die anschließende Aushärtung erfolgt . dann zur "Erzielung guter- Festigkeitseigenschaften, vorzugsweise bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, beispielsweise Raumtemperatur, kann aber auch eventuell nach einer vorübergehenden Zwischenlagerung bei solchen tiefen Temperaturen bei höheren Anlaßtemperaturen vorgenommen werden, um die diesen entsprechenden Aushärtungswirkungen erzielen zu können. Eine . solche besondere Auswahl der Wärmebehandlungsverfahren- .kann eine zusätzliche Steigerung der Spännungskorrosionsbeständigkeit erbringen und daher für den angestrebten - Zweck vorteilhaft sein. Es kann aber auch jede andere bekannte Wärmebehandlung .reit den Legierungen vorgenommen werden und auch auf diese Weise allein durch die Wirkung der angegebenen Zusätze die Erhöhung des Widerstandes gegen Spannungskorrosion erzielt werden. Es sind bereits Aluminiumlegierungen mit 6 bis 120/, Zink, etwa 0,5 bis 2,5°/0 Magnesium und x bis 30/0 Eisen oder einem seiner Äquivalente Chrom, Kobalt, Nickel, Titan und Mangan, einzeln oder im Gemisch von mehreren, Rest- Aluminium, bekannt. Neben den in erster Linie bevorzugten eisenhaltigen Legierungen waren also auch bereits manganhaltige bekannt, ohne daß der besondere Vorteil gerade der manganhaltigen Legierungen, der in einer verbesserten Spannungskorrosionsbeständigkeit besteht, erkannt war. Eisenhaltige Legierungen zeigen diesen Vorteil nicht. Ein Vergleich von zwei gleichartig warmbehandelten Blechen von gleichem Zink- und Magnesiumgehalt, nämlich 7,5°/o Zink und i,20/0 Magnesium, von denen das erste außerdem noch o,850/0 Mangan und das zweite 1,o50/0 Eisen enthält, lieferten im warmbehandelten Zustand bei Wechseltauchkorrosion im künstlichen Seewasser eine Lebensdauer von mehr als 6o Tagen für das manganhaltige, von nur etwa io. Stunden für das eisenhaltige Blech. Auch die mechanischen Gütewerte und die Korrosionsbeständigkeit sind bei der manganhaltigen Legierung wesentlich höher als bei der eisenhaltigen. Die mechanischen Werte betragen bei Proben, die von 45o° abgeschreckt und 3 Tage bei ioo° angelassen waren, Es sind auch bereits Aluminiumlegierungen mit mehr als 3,20/0 Magnesium und mehr als i0/0 Zink bekannt, die einen Mangangehalt aufweisen können von beispielsweise o,50/0 Mangan bzw. o,30/0 Mangan. Diese Legierungen besitzen andere Magnesiumgehalte als sie gemäß Erfindung vorgeschlagen werden, und ihr Spannungskorrosionsverhalten war nicht bekannt. Legierungen dieser Zusammensetzung zeigen wohl verbesserte Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion, wie sie durch Prüfung des Abfalls der mechanischen Eigenschaften durch den Zugversuch nach erfolgter Korrosionsprüfung untersucht wird; sie zeigen jedoch schlechte Spannungskorrosionsbeständigkeit. Proben aus i mm Blechen mit 60/0 Magnesium, q.0/0 Zink, o,30/0 Mangan, Rest Aluminium, besitzen nach Glühung bei 44o°, Abschrecken und Anlassen bei 2oo° etwa 5 Stunden zu Schlaufenproben gebogen im Wechseltauchgerät bei einer Korrosionsprüfung in einer Lösung aus künstlichem Seewasser eine Lebensdauer von weniger als 5 Stunden. Die ersten Proben brachen bereits nach etwa 1/4 Stunde.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verwendung von Aluminiumlegierungen mit 7,5 bis 120/0 Zink, 0,3 bis 30/0 Magnesium, o,2 bis i,50/0 Mangan, gegebenenfalls 0115 bis 1,50/0 Silizium, Rest Aluminium, für Zwecke, bei denen es auf gute Beständigkeit gegen Spannungskorrosion ankommt.
2. 2. Verwendung von Aluminiumlegierungen nach Anspruch i mit Zusätzen von Eisen, Chrom und/oder Titan bis zu i0/0 für die in Anspruch i angegebenen Zwecke. Angezogene Druckschriften Britische Patentschriften Nr. 448 929, 475 373, 473 916, 476 930, 478 659; USA.-Patentschrift Nr. 2 116 274.