DE1284095B

DE1284095B - Verfahren zum Herstellen von Aluminiumlegierungsblechen hoher Zeitstandfestigkeit

Info

Publication number: DE1284095B
Application number: DEH53895A
Authority: DE
Inventors: Doyle William Michael
Original assignee: High Duty Alloys Ltd
Current assignee: High Duty Alloys Ltd
Priority date: 1963-10-02
Filing date: 1964-09-29
Publication date: 1968-11-28
Also published as: SE328709B; GB1069982A; BE653836A; NL6411544A; CH468472A; US3310389A

Description

Aluminiumlegierungsbleche, die für die Außenhäute mäßige Diffusion von Kupfer und Magnesium in die von Überschallflugzeugen verwendet werden sollen, Plattierschicht zu vermeiden, wodurch, eine Vermüssen ihre hohe statische Zugfestigkeit auch noch minderung des durch die Plattierschicht gegebenen nach tausenden von Betriebsstunden bei den hohen Korrosionsschutzes verhindert wird.
Temperaturen haben, denen derartige Außenhäute 5 Es ist nun überraschend festgestellt worden, daß ausgesetzt sind. Ferner müssen solche Bleche eine durch geeignete Wahl der Dickenabnahme bei den hohe Kriech- und Zeitstandfestigkeit aufweisen. Die einzelnen Kaltwalzstichen und der Dauer und der Bleche können unplattiert verwendet werden oder auf Temperatur des Lösungsglühens Blech aus Aluminiumeiner oder beiden Oberflächen eine Plattierschicht aus legierungen noch zu beschreibender Zusammen-Reinaluminium, einer Al-Zn-Legierung mit 0,8 bis io setzung mit etwa gleichachsig ausgerichtetem Korn 1,2 °/₀ Zink oder einer warmaushärtbaren, korrosions- hergestellt werden kann, welches klein genug ist, um beständigen AlMgSi-Legierung mit einer gleichen ' das Auftreten und die ungünstigen Wirkungen der Menge an Zink tragen. Die Dicke einer derartigen »Orangenhaut« nach dem Verformen zu verhüten, Plattierschicht liegt üblicherweise zwischen 3 und wobei das Blech außerdem nach dem Warmauslagern 7% der Gesamtdicke der plattierten Bleche. 15 einen wesentlichen besseren Kriechwiderstand auf-

Derartige AlMgSi-Legierungen enthalten z. B. 0,4 weist.

bis 1,4 % Magnesium, 0,2 bis 1,3 % Silizium, 0,8 bis Gemäß der Erfindung ist bei einem Verfahren zum

1,2 °/₀ Zink und bis 1,0 °/₀ Mangan sowie bis 0,3% Herstellen von Aluminiumlegierungsblechen hoher

Chrom, Rest Aluminium mit den üblichen Verunreini- Zeitstandfestigkeit vorgesehen, daß eine Warmwalz-

gungen. 20 platte aus einer Aluminiumlegierung der Zusammen-

Vorzugsweise wird für die Plattierung eine gemäß setzung

der British Standards Specification 1470 als »HS.30« - _ ,. _{0 70/}

bezeichnete AlMgSi-Legierung verwendet, welche die 1 ί^:'2tiW

folgende Zusammensetzung aufweist: Bis 0,1 % Kup- *'* ?£ V

fer, 0,4 bis 1,3°/₀ Magnesium, 0,5 bis 0,6% Silizium, _a5 "'£* ? J ^f₀/'

0,4 bis 1 % Mangan, bis 0,3 % Chrom, bis 0,2 % Titan ^O'l ?JJ J»J JP

und/oder andere kornverfeinernde Elemente, bis 0,1 % "'* Γ. itt ₀'9

Verunreinigungen Rest Aluminium Dieser AlMgSi- Aii(⁰

Verunreinigungen, Rest Aluminium. Dieser AlMgSi

Legierung werden noch 0,8 bis 1,2% Zink zugesetzt,

um die endgültige Legierung für die Plattierung zu 30

erhalten. Diese Legierung ist im folgenden als »HS.30 hergestellt wird, daß die Warmwalzplatte einer Viel-

+ 1 % Zn« bezeichnet. zahl von Kaltwalzstichen unterzogen wird, bei denen

Es ist allgemein bekannt, daß der Kriechwiderstand die Dickenabnahme jeweils nicht geringer als etwa von Aluminiumlegierungen durch die Korngröße des 12% und nicht größer als etwa 50% ist, daß zwischen Materials beeinflußt wird und daß mit zunehmender 35 den einzelnen Kaltwalzstichen ein Rekristallisierungs-Korngröße der Kriechwiderstand ansteigt. Anderer- glühen durchgeführt wird; daß das erwalzte Blech seits ist ein zu grobes Korn bei Blechen unerwünscht, anschließend zunächst bei einer Temperatur zwischen welche durch Biegen, Dehnen oder Ziehen verformt 525 und 545° C15 bis 50 Minuten lang einem Lösungswerden sollen, weil das Erzeugnis infolge einer der- glühen unterzogen und dann abgeschreckt und warm artigen Behandlung die unerwünschte Oberfläche 40 ausgelagert wird*; ■

erhalten kann, die als »Orangenhaut« bekannt ist. Gegebenenfalls enthält die Aluminiumlegierung

Durch Schmieden weiterzuverarbeitende Aluminium- noch eines oder mehrere der Metalle Antimon,

legierungen können jedoch eine grobe, den Kriech- Beryllium, Cer, Chrom, Kobalt, Mangan, Molybdän,

widerstand erhöhende Korngröße haben, weil ge- Niob, Silber, Vanadium, Zirkonium und Zink in

schmiedete Werkstücke normalerweise nach ihrer 45 einer Menge bis zu je 0,3% und mit einer Gesamt-

Herstellung nicht weiter verformt werden. menge von nicht mehr als 1 ⁰J₀. Dabei kann der Gehalt

Es ist bekannt, Aluminiumlegierungsbleche aus an Silber um bis zu 0,5 % auf 0,8 % bei entsprechend rekristallisierten Warmwalzplatten herzustellen, indem erhöhter Gesamtmenge der Zusätze erhöht sein, wenn diese einer Vielzahl von Kaltwalzstichen mit einer der Kupfergehalt mindestens um denjenigen Prozentjeweiligen Dickenabnahme in der Größenordnung von 50 satz unter 2,5%-herabgesetzt ist, um den der Silber-50 bis 60% oder mehr unterzogen werden, wobei gehalt 0,5% überschreitet. Außerdem kann die AIuzwischen den einzelnen Stichen jeweils ein Rekristalll·- miniumlegierungnoch^inesoder mehrere der Elemente sierungsglühen durchgeführt wird. Nach einem darauf- , . Barium, Kalzium und Strontium in einer Gesamtmenge folgenden Lösungsglühen weist das Blech ein ver- von nicht mehr als 0,2% enthalten. Ferner kann sie hältnismäßig feines Korn auf, welches die Weiter- 55 eines oder mehrere der Elemente Zinn, Arsen, Wismut, verarbeitung durch Verformen erleichtert. Kadmium, Bor, Lithium, Natrium und Kalium bis zu

Die endgültige Korngröße des Bleches wird haupt- einer Gesamtmenge von 0,1 % enthalten,
sächlich von der Dickenabnahme beim letzten Kalt- Ein nach dem letzten Kaltwalzstich durchgeführtes ■walzstich und von der Dauer und Temperatur des Erholungsglühen, das sich über einen Zeitraum von darauffolgenden Lösungsglühens bestimmt. Wird das 60 15 Minuten bis zu 3 Stunden bei einer Temperatur Blech beim letzten Kaltwalzstich um 1,5 bis 11% zwischen 150 und 300⁰C — also bei einer Temperatur seiner vorherigen Dicke heruntergewalzt, so ergibt sich unterhalb derjenigen, bei der das Kornwachstum bei dem darauffolgenden Lösungsglühen ein grobes stattfindet — erstreckt, verbessert den Kriechwider-Korn, stand des anschließend durch Lösungsglühen und

Es ist üblich, die Glühdauer des Lösungsglühens 65 Warmauslagern behandelten Bleches weiter. Eine

auf einem Minimum zu halten, und zwar auf weniger gleichartige Verbesserung des Kriechwiderstandes

als 15 Minuten, um ein Anwachsen des Korns zu ver- wurde bei einem Blech festgestellt, das zwischen dem

meiden und im Falle plattierter Bleche eine über- letzten Kaltwalzstich und dem Lösungsglühen und

dem anschließenden Warmauslagern über einige Monate bei Raumtemperatur ausgelagert worden war.

Die Verbesserung des Kriechwiderstandes tritt noch deutlicher hervor, wenn die Barren vor dem Warmwalzen nicht homogenisiert werden.

Im Falle einer aus anderen Gründen erwünschten Homogenisierungsglühung werden die Barren bei oder geringfügig unterhalb derjenigen Temperatur, bei welcher nach dem Kaltwalzen das Lösungsglühen durchgeführt wird, je nach ihrer Dicke und ihrem Gewicht etwa 10 bis 48 Stunden lang geglüht. Danach werden die Barren entweder auf die zum Warmwalzen erforderliche Temperatur abgekühlt und unmittelbar daran anschließend warmgewalzt oder auf Raumtemperatur abgekühlt und vor dem Warmwalzen wieder auf die erforderliche Temperatur erwärmt.

Die gemäß der Erfindung verwendeten Aluminiumlegierungen werden vorzugsweise in einem üblichen halbkontinuierlichen oder kontinuierlichen Gießverfahren hergestellt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Blech weist einen Korndurchmesser zwischen 0,04 und 0,017 mm auf. Das Blech ist ohne das Auftreten einer »Orangenhaut« verformbar, und sein Kriechwiderstand ist wesentlich höher als derjenige von üblich hergestellten Blechen. Wenn die Korngröße eines lösunggeglühten Bleches 0,064 mm überschreitet, so bildet sich bei einer anschließenden Verformung durch Biegen, Ziehen oder Dehnen mit großer Wahrscheinlichkeit die »Orangenhaut«. Arbeitsgänge mit starken Verformungen können sogar zu sichtbaren Zwischenkornrissen an der Blechoberfläche führen.

Beispiele von plattierten Aluminiumlegierungsblechen und Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß der Erfindung werden nachstehend im einzelnen beschrieben und ihre Eigenschaften mit denen von Blechen verglichen, die in von der Erfindung abweichenden gewöhnlichen Verfahren und Sonderverfahren hergestellt sind.

Beispiel 1

Sieben plattierte Bleche, die im folgenden mit A bis G bezeichnet sind, enthalten innerhalb folgender Grenzen variierte Legierungsbestandteile:

2,35 bis 2,65% Cu,
1,35 bis 1,65% Mg, 0,18 bis 0,22% Si, 0,95 bis 1,15% Fe, 1,00 bis 1,30% Ni, 0,05 bis 0,10% Ti, 5

Aluminium und Spuren von einem oder mehreren der zusätzlichen, oben erwähnten Elemente bilden den Rest. Zur Herstellung derselben wurden nicht homogenisierte Barren der obigen Zusammensetzung in

ίο üblicher Weise beidseitig durch Warmwalzen plattiert. Die Plattierung hatte eine Nenndicke von 5% der Gesamtdicke des jeweiligen Bleches.

Die Plattierung für die Bleche A, B, C und D bestand aus handelsüblichem Reinaluminium mit 0,8 bis 1,2 % Zink. Für die Bleche E, F und G wurde als Plattierung eine warmaushärtbare, korrosionsfeste Legierung verwendet, die aus handelsüblichem Reinaluminium mit ungefähr 0,7 % Magnesium, 1,0 % Silizium, 0,55% Mangan und etwa 1,0%Zink sowie

ao den üblichen Verunreinigungen bestand.

Die Bleche wurden dann durch Kaltwalzen weiterverarbeitet. Die Dickenabnahmen bei den Kaltwalzstichen vor und nach dem letzten Rekristallisierungsgiühen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Zwecks Rekristallisation wurden die Bleche zwischen den Kaltwalzstichen jeweils 6 bis 8 Stunden bei 360 bis 385° C geglüht. Blech A wurde anschließend in einem Salzbad 10 Minuten lang bei 53O⁰C lösungsgeglüht. Die Bleche B bis G wurden bei gleicher Temperatur 40 Minuten lang lösungsgeglüht. Nach dem Abschrecken wurden die Bleche beim üblichen Richten dem kleinstmöglichen Maß an Kaltverformung unterzogen, weil eine stärkere Kaltverformung in diesem Stadium eine ungünstige Auswirkung auf den späteren Kriechwiderstand hat. Alle Bleche wurden schließlich 20 bis 24 Stunden bei 190⁰C in einem Luftumwälzungsofen warmausgelagert.

Proben der warmausgehärteten Bleche wurden auf Korngröße der Kernlegierung untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Quer zur Richtung des abschließenden Walzens entnommene Proben wurden in einem üblichen Zeitabstandversuch auf ihren Kriechwiderstand untersucht. Die bleibende Kriechdehnung dieser Proben nach einer 500 Stunden währenden Belastung von etwa 18,9 kp/mm² bei 150⁰C ist ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Plattierung

Al99 + l°/„Zn | HS. 30 + 1 % Zn

Bezeichnung des Bleches

B I C I D I E I F I G

Dickenabnahme in % beim Kaltwalzstich
vor dem letzten Rekristallisierungsglühen..

Dickenabnahme in % beim Kaltwalzstich
nach dem letzten Rekristallisierungsglühen

Blechdicke in mm

Korngröße in mm nach Warmauslagerung..

Bleibende Kriechdehnung in % nach 500
Stunden Belastung mit 18,9 kp/mm² bei
150⁰C

55

47
1,64

0,025

0,027

0,195

37	41	37	37	37
15	24	27	55	15
1,64	1,64	1,40	0,90	1,65
0,035 bis 0,038	0,030 bis 0,032	0,025 bis 0,027	0,0200 bis 0,0224	0,035 bis 0,038
0,093	0,106	0,120	0,131	0,076

37

27 1,40

0,030 bis 0,032

0,107

Ein Vergleich der Bleche untereinander, die mit der nicht warmaushärtbaren Plattierung Al 99 +1 % Zink plattiert sind, zeigt, daß die gemäß der Erfindung hergestellten Bleche B, C und D eine zweckmäßige kleine ,Korngröße haben und gleichzeitig einen beträchtlich größeren Kriechwiderstand aufweisen als das Blech A, das in einem üblichen Verfahren hergestellt wurde.

In gleicher Weise haben die Bleche F und G, die gemäß der Erfindung hergestellt und mit der warmaushärtbaren Plattierung aus HS.30 + l%Zink versehen wurden, eine geringere Korngröße, und ihr Kriechwiderstand ist wesentlich höher als der des entsprechenden Bleches E, das in einem aus dem Rahmen der Erfindung herausfallenden Sonderverfahren hergestellt wurde.

Beispiel2

Als Beispiel für die Wirkung des »Erholungsglühens« ohne vorheriges Homogenisieren der gegossenen Barren wurden einige wie die Bleche C und F _ao zusammengesetzte und hergestellte Bleche nach dem letzten Kaltwalzstich gemäß Tabelle 1 2 Stunden lang bei 275° C geglüht und anschließend der Lösungsglühung im Salzbad während 30 Minuten bei 530° C unterworfen. Nach dem Abschrecken wurden die Bleche dann 20 Stunden lang bei 190° C warm ausgelagert und nach 500stündiger Belastung mit 18,9 kp/mm² bei 150⁰C, wie im Beispiel 1, auf Korngröße und bleibende Kriechdehnung untersucht. Es zeigte sich, daß die Korngröße des aus Blech C hergestellten Bleches 0,030 bis 0,032 mm und die bleibende Kriechdehnung nur 0,083% betrug. Bei dem aus Blech F hergestellten Blech war die Korngröße nach dieser Behandlung 0,035 bis 0,038 mm, und die bleibende Kriechdehnung betrug nur 0,068 %.

Beispiel 3

Die Wirkung eines vorhergehenden Homogenisierens der gegossenen Barren mit und ohne auf das Kaltwalzen folgendem »Erholungsglühen« zeigt Beispiel 3: Ein Barren einer Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 wurde vor dem Warmwalzen 20 Stunden lang bei 520° C homogenisiert und wie die Bleche A bis D auf beiden Oberflächen mit einer etwa 5 % der Gesamtdicke des Bleches ausmachenden Plattierung versehen, die zu 99% ^aus handelsüblichem Reinaluminiüm und zu 1 % aus Zink bestand. Die aus dem Barren durch Warmwalzen erzeugte Warmwalzplatte wurde im wesentlichen in der gleichen Weise kalt gewalzt, wie Blech C im Beispiel 1. Ein Teil des Bleches wurde keiner »Erholungsglühung« nach dem Kaltwalzen unterzogen; dieser Teil wurde als Blech J bezeichnet. Ein zweiter Teil wurde nach dem Kaltwalzen 2 Stunden lang bei 285°C einem »Erholungsglühen« unterzogen; dieses Blech wurde als Blech K bezeichnet.

Proben wurden von den beiden Blechen J und K abgeschnitten, lösungsgeglüht und bei den gleichen Temperaturen während gleicher Zeiten warmausgelagert, wie die Bleche von Beispiel 2. Die Proben wurden dann auf Korngröße und bleibende Kriechdehnung nach 500 Stunden Belastung mit 18,9 kp/mm^a bei 150° C geprüft. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle

	J	42	Plattierung A199 + l%Zink
	24	Bezeichnunj
Dickenabnahme in % beim Kaltwalzstich vor dem letzten Rekristallisierungsglühen	1,6
Dickenabnahme in % beim Kaltwalzstich nach dem letzten Rekristallisierungsglühen	0,030 bis 0,032
Blechdicke in mm	0,098
Korngröße in mm nach Warmauslagerung
Bleibende Kriechdehnung in % nach 500 Stunden Belastung durch 18,9 kp/mm² bei 150° C
	; des Bleches K
42
24
1,6
0,035 bis 0,038
0,090

Claims

Patentansprüche: 55

1. Verfahren zum Herstellen von Aluminiumlegierungsblechen hoher Zeitstandsfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Warmwalzplatte aus einer Aluminiumlegierung der Zusammensetzung

2.2 bis 2,7% Kupfer,

1.3 bis 1,7 % Magnesium, 0,12 bis 0,25 % Silizium,

0,9 bis 1,2% Eisen,

0,9 bis 1,4% Nickel, 0,02 bis 0,15% Titan, Rest Aluminium,

hergestellt wird, daß die Warmwalzplatte einer Vielzahl von Kaltwalzstichen unterzogen wird, bei denen die Dickenabnahme jeweils nicht wesentlich geringer als 12% und nicht wesentlich größer als 50% ist, daß zwischen den einzelnen Kaltwalzstichen ein Rekristallisierungsglühen durchgeführt wird, daß das erwalzte Blech anschließend zunächst bei einer Temperatur zwischen 525 und 545⁰C über eine Zeitdauer von 15 bis 50 Minuten einem Lösungsglühen unterzogen und danach abgeschreckt und warm ausgewalzt wird.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Warmwalzplatten aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, die zusätzlich eines oder mehrere der Metalle Antimon, Beryllium, Cer,

Chrom, Kobalt, Mangan, Molybdän, Niob, Silber, Vanadium, Zirkonium und Zink in einer Menge bis zu je 0,3 °/₀ und in einer Gesamtmenge von nicht mehr als 1 % enthält.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Warmwalzplatten aus einer Aluminiumlegierung, nach Anspruch 2, deren Silbergehalt um bis zu 0,5 % auf 0,8 °/₀ bei entsprechend erhöhter Gesamtmenge der Zusätze erhöht sein kann, wenn der Kupfergehalt mindestens um denjenigen Prozentsatz unter 2,5 °/₀ herabgesetzt ist, um den der Silbergehalt 0,5 °/₀ überschreitet.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Warmwalzplatten aus einer Aluminiumlegierung nach den Ansprüchen 1 bis 3, die noch eines oder mehrere der Elemente Barium, Kalzium und Strontium in einer Gesamtmenge von nicht mehr als 0,2 °/₀ enthält.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Warmwalzplatten aus einer Aluminiumlegierung nach den Ansprüchen 1 bis 4, die eines oder mehrere der Elemente Zinn, Arsen, Wismut, Kadmium, Bor, Lithium, Natrium und Kalium bis zu einer Gesamtmenge von 0,1% enthält. a₅

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenabnahme der Warmwalzplatte bei jedem Kaltwalzstich zwischen 14 und 45% liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsglühen bei einer Temperatur zwischen 528 und 535° C erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmauslagern bei einer Temperatur von etwa 175 bis 210⁰C während etwa 4 bis 30 Stunden erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech zwischen dem Kaltwalzen und dem Lösungsglühen einem Erholungsglühen während etwa 15 Minuten bis zu etwa 3 Stunden bei einer Temperatur zwischen etwa 150 und etwa 300° C unterzogen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der warmzuwalzende Barren mit einer Plattierung versehen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Barren eine Plattierung aus Reinaluminium, einer Al-Zn-Legierung mit etwa 0,8 bis 1,2 % Zink oder einer warmaushärtbaren, korrosionsbeständigen AlMgSi-Legierung mit 0,8 bis 1,2 % Zink, 0,4 bis 1,4% Magnesium, 0,2 bis 1,3% Silizium, 0 bis 1,0 % Mangan, 0 bis 0,3 % Chrom, Rest Aluminium neben den üblichen Verunreinigungen aufgebracht wird.

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