DE1300302B - Process for the heat treatment of objects made of an aluminum-copper wrought alloy - Google Patents
Process for the heat treatment of objects made of an aluminum-copper wrought alloyInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des in der Patentanmeldung P 1276334.7-24 beschriebenen Verfahrens.The invention relates to a further advantageous embodiment of the patent application P 1276334.7-24 described procedure.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Gegenständen aus einer Aluminium-Kupfer-Knetlegierung mit 4 bis 7 Gewichtsprozent Kupfer, wahlweise Blei und/oder Wismut zu je 0,1 bis 0,75% und/oder mindestens einem Härtungselement aus 0,15 bis 1,5% Mangan, 0,05 bis 0,15% Vanadin, 0,05 bis 0,3% Zirkonium und 0,05 bis 0,25% Titan, Molybdän, Wolfram, Chrom, Bor, Nickel, Kobalt, Tantal und/oder Niob, wobei die Gesamtmenge dieser Elemente, mit Ausnahme von Mangan, Vanadin und Zirkonium, 0,25% nicht überschreitet und die Legierung frei von Magnesium und Zink mit der Ausnahme ist, daß diese Elemente gegebenenfalls als Verunreinigungen zugegen sind, wobei ein Vr bis 12stündiges Lösungsglühen des Gegenstandes bei einer Temperatur von 482 bis 566° C, jedoch unter der Temperatur eines beginnenden Schmelzens jeglicher Legierungsphasen erfolgt, der Gegenstand abgeschreckt, kaltverfestigt und anschließend bei einer Temperatur von 149 bis 204° C während 1 bis 48 Stunden warm ausgelagert wird, nach Patentanmeldung P 1276334.7-24. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der kaltverfestigte Gegenstand nach der folgenden Gleichung ausscheidungsgehärtet wird:The present invention relates to a method for the heat treatment of objects made of an aluminum-copper wrought alloy with 4 to 7 percent by weight copper, optionally lead and / or Bismuth of 0.1 to 0.75% each and / or at least one hardening element made of 0.15 to 1.5% manganese, 0.05 to 0.15% vanadium, 0.05 to 0.3% zirconium and 0.05 to 0.25% titanium, molybdenum, tungsten, Chromium, boron, nickel, cobalt, tantalum and / or niobium, the total amount of these elements, with the exception of manganese, vanadium and zirconium, does not exceed 0.25% and the alloy is free of magnesium and zinc except that these elements may be present as impurities where a Vr solution heat treatment for up to 12 hours of the object at a temperature of 482 to 566 ° C, but below the temperature of a beginning Melting of any alloy phase takes place, the object is quenched, work-hardened and then is stored warm at a temperature of 149 to 204 ° C for 1 to 48 hours, according to patent application P 1276334.7-24. The method according to the invention is characterized in that that the work-hardened object is precipitation hardened according to the following equation:
B-I -0,25CWB-I -0.25CW
t =t =
(JL)8 (JL) 8
\350j B-I- 0,25 CW \ 350j BI- 0.25 CW
f—f—
worin t die zur Erzielung der maximalen Streckgrenze erforderliche Mindestzeit, T die Temperatur der Ausscheidungshärtung, CW die Kaltverformung in % undwhere t is the minimum time required to achieve the maximum yield point, T is the precipitation hardening temperature, CW is the cold deformation in% and
B = Antilog B = antilog
(0,01 Tf [1 + 0,01(0.01 Tf [1 + 0.01
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der kaltverfestigte Gegenstand nach der folgenden Gleichung ausscheidungsgehärtet:According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the work-hardened Item precipitation hardened according to the following equation:
log(i + 1) =log (i + 1) =
(0,01 T)3 [0,75 + 0, (H)(0.01 T) 3 [0.75 + 0, (H)
worin t die zur Erzielung eines Lösungspotentials von 800 mV erforderliche Mindestzeit, T die Temperatur der Ausscheidungshärtung und CW die Kaltverformung in Prozent ist. where t is the minimum time required to achieve a solution potential of 800 mV, T is the precipitation hardening temperature and CW is the percentage cold deformation.
Der Legierungstyp, der durch das erfindungsgemäße Verfahren verbessert wird, sollte mindestens 4% Kupfer enthalten, um eine hohe Festigkeit zu erzielen, während andererseits bei einem Kupfergehalt von mehr als 7% Schwierigkeiten bei der Bearbeitung der Legierung auftreten und der höhere Kupfergehalt außerdem nicht zu einer bedeutenden Festigkeitszunahme führt. Andere Elemente, die in festem Aluminium praktisch unlöslich sind, können in den oben angegebenen geringen Mengen zugegen sein. Wenn die Eignung der Legierung zur spanabhebenden Bearbeitung verbessert werden soll, können Blei und/ oder Wismut in den angegebenen Mengen von je 0,1 bis 0,75% und einer Gesamtmenge von nicht mehr als 1,5% zugegeben werden. Keines der im vorstehenden genannten Elemente beeinflußt in der angegebenen Menge — soweit bekannt — die physikalischen Eigenschaften der Legierung in nachteiliger Weise. Da diese Elemente in festem Aluminium praktisch unlöslich sind, stören sie die Lösung und Ausscheidung des Kupfers nicht. Um derartige Störungen zu vermeiden, sind die Legierungen von Magnesium und Zink, die in festem Aluminium löslich sind, praktisch frei, außer wenn diese Elemente als Verunreinigungen anwesend sind, wobei der Magnesiumgehalt 0,02% und der Zinkgehalt 0,25% nicht überschreiten sollte. Die üblichen Verunreinigungen Eisen und Silicium können geduldet werden, doch ist es ratsam, den Eisengehalt auf maximal 0,5% zu begrenzen, während der 'Siliciumgehalt 0,3% nicht überschreiten sollte.The type of alloy that is improved by the method of the invention should be at least 4% copper to achieve high strength, while on the other hand with a copper content of more than 7% difficulties arise in machining the alloy and the higher copper content also does not lead to a significant increase in strength. Other elements that are in solid Aluminum are practically insoluble, can be present in the small amounts indicated above. If the suitability of the alloy for machining is to be improved, lead and / or bismuth in the specified amounts of 0.1 to 0.75% each and a total amount of no more added as 1.5%. None of the above-mentioned elements affect the specified Amount - as far as known - the physical properties of the alloy in a disadvantageous way. This one Elements in solid aluminum are practically insoluble, they interfere with the dissolution and excretion of the Not copper. In order to avoid such disturbances, the alloys of magnesium and zinc are the Soluble in solid aluminum are practically free, except when these elements are considered impurities are present, whereby the magnesium content should not exceed 0.02% and the zinc content 0.25%. The usual impurities iron and silicon can be tolerated, but it is advisable to use the To limit iron content to a maximum of 0.5%, while the 'silicon content should not exceed 0.3%.
45 Die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Lösungsglühbehandlung bei 482 bis 566° C während etwa 1I4. bis 12 Stunden, um eine praktisch vollständige Lösung des Kupfers zu erzielen. Nach Ablauf dieser Erwärmungszeit muß die Legierung rasch auf eine viel niedrigere Temperatur abgeschreckt werden, und zwar im allgemeinen auf Raumtemperatur. Das Kühlen bzw. Abschrecken kann nach üblichen Verfahren erfolgen, wie z. B. in Wasser, durch Besprühen mit Wasser oder auch mit Hilfe eines Gebläses, wenn der Gegenstand nicht zu dick ist. Wenn der Legierungsgegenstand Raumtemperatur bzw. eine Temperatur nahe derselben erreicht hat, wird er kaltverfestigt, was entweder durch eine Querschnittsverringerung durch Walzen, Pressen oder Ziehen oder Λ durch andere bekannte MetalÜbearbeitungsverfahren oder einfach durch Glätten bzw. Strecken des Gegenstandes (Geradebiegen eines gekrümmten Werkstückes) erzielt wird. LTm beträchtliche Erhöhung der Festigkeit zu erzielen, ist es erforderlich, eine Querschnittsverringerung durchzuführen, die im allgemeinen mindestens etwa 1% betragen sollte. Eine Querschnittsverringerung um mehr als 20% bietet keinen Vorteil. Das Ausmaß der Kaltverformung hängt von der Art des Gegenstandes ab. So kann bei Strangpreßprodukten im Gegensatz zu Blechen durch Strecken nur eine verhältnismäßig geringe Querschnittsverringerung erzielt werden. Im allgemeinen wird eine Kaltverformung von 1 bis 10% bevorzugt. Es wurden die vorstehend formelmäßig angegebenen speziellen Beziehungen ermittelt [vgl. Gleichung (I)], die die Streckgrenze und die maximale Korrosionsbeständigkeit betreffen. Ein überschreiten der Mindestdauer t z. B. um 2 Stunden verringert die Streck- 45 The first stage of the process according to the invention consists in the solution treatment at 482 to 566 ° C. for about 1 I 4 . up to 12 hours to achieve practically complete dissolution of the copper. After this heating time has elapsed, the alloy must be rapidly quenched to a much lower temperature, generally room temperature. The cooling or quenching can be carried out by conventional methods, such as. B. in water, by spraying with water or with the help of a fan, if the object is not too thick. When the alloy article room temperature or a temperature has reached near the same, it will be cold worked, what either (a curved workpiece straightening) by a reduction in cross section by rolling, pressing or drawing or Λ by other known MetalÜbearbeitungsverfahren or simply by smoothing and stretching of the article obtained will. To achieve a significant increase in strength, it is necessary to reduce the area, which should generally be at least about 1%. A cross-section reduction of more than 20% offers no advantage. The extent of cold deformation depends on the type of object. In the case of extruded products, in contrast to sheet metal, only a relatively small reduction in cross section can be achieved by stretching. Generally, 1 to 10 percent cold deformation is preferred. The special relationships specified above using a formula were determined [cf. Equation (I)], which concern the yield strength and the maximum corrosion resistance. Exceeding the minimum duration t z. B. by 2 hours the stretching
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grenze im allgemeinen um weniger als 2,1 kp/mm2. Die Korrosionsbeständigkeit eines in dieser Weise behandelten Produktes ist für viele Zwecke angemessen. limit generally less than 2.1 kp / mm 2 . The corrosion resistance of a product treated in this way is adequate for many purposes.
Um maximale Korrosionsbeständigkeit zu erzielen, wobei allerdings eine gewisse Verschlechterung der Streckgrenze in Kauf genommen werden muß, sollte die Mindestdauer der Ausscheidungshärtung nach der obigen Gleichung (II) bestimmt werden. Gleichung (II) geht davon aus, daß die maximale Korrosionsbeständigkeit dann erreicht wird, wenn das Lösungspotential der Legierung einen Wert von nicht weniger als 800 mV hat, bestimmt in einer wäßrigen 3,5%igen NaCl-Standardlösung, die 0,3 Volumprozent H2O2 enthält, gemessen gegen eine Kalomel-Standardhalbzelle. In order to achieve maximum corrosion resistance, although a certain deterioration in the yield strength must be accepted, the minimum duration of precipitation hardening should be determined according to equation (II) above. Equation (II) assumes that the maximum corrosion resistance is achieved when the solution potential of the alloy has a value of not less than 800 mV, determined in an aqueous 3.5% NaCl standard solution containing 0.3% H by volume Contains 2 O 2 , measured against a standard calomel half-cell.
Was die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Kaltverformung und der Temperatur der Ausscheidungshärtung anbetrifft, so kann z. B. ein Blech, das eine l,5%ige Dickenabnahme durch Kaltwalzen erfahren hat, bei einer Temperatur von 117° C ausscheidungsgehärtet werden, während ein um 10% abgewalztes Blech bei 163° C ausscheidungsgehärtet werden kann.As for the relationship between the amount of cold working and the temperature of precipitation hardening, e.g. For example, a sheet having a l, 5% thickness reduction experienced by cold rolling can be precipitation hardened at a temperature of 117 ° C while a 10% abgewalztes sheet at 163 ° C can be precipitation hardened.
Die oben angegebene maximale Streckgrenze variiert mit dem Kupfergehalt der Legierung und der Kaltverformung. Die Streckgrenze wird im allgemeinen innerhalb des Bereiches von 28,1 bis 45,7 kp/mm2 liegen. Für spezielle Werkstücke wird oftmals eine Mindeststreckgrenze verlangt. Die Bedingungen der Kaltverformung und der Ausscheidungshärtung müssen dann so gewählt werden, daß diese Mindeststreckgrenze erreicht bzw. überschritten wird.The maximum yield strength given above varies with the copper content of the alloy and the cold working. The yield strength will generally be within the range of 28.1 to 45.7 kgf / mm 2 . A minimum yield strength is often required for special workpieces. The conditions of cold working and precipitation hardening must then be chosen so that this minimum yield point is reached or exceeded.
Die Ausscheidungshärtung wird in der Weise vorgenommen, daß das kaltverformte Werkstück 1 bis 48 Stunden bei einer Temperatur von 149 bis 2040C warm ausgelagert wird. Die Wahl der speziellen Bedingungen richtet sich nach den oben angegebenen Gleichungen. Bei Temperaturen unterhalb 149° C wird die zur Erzielung der gewünschten Werte erforderliche Zeit für praktische Zwecke zu lang, während oberhalb von 2040C die entgegengesetzten Bedingungen vorliegen, d.h. die Zeit ist so kurz, daß eine Regelung schwierig wird. Precipitation hardening is carried out in such a way that the cold-worked workpiece is aged for 1 to 48 hours at a temperature of 149 to 204 ° C. The choice of special conditions is based on the equations given above. At temperatures below 149 ° C the time required to achieve the desired values for practical purposes is too long, while above the present opposite conditions of 204 0 C, that is, the time is so short that a system becomes difficult.
Obgleich sich die vorstehende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Behandlung eines ganzen Gegenstandes befaßt, können auch Teile eines Gegenstandes mit Vorteil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden. Das gilt sowohl für Schweißverbindungen von Gegenständen aus dieser Al-Cu-Legiejrung mit einem Schweißwerkstoff ähnlicher Zusammensetzung als auch für Schweißraupen aus einem Werkstoff dieser Art. Dabei werden die mechanischen Eigenschaften der Schweißraupe und des angrenzenden Werkstückbereichs verbessert. Although the above description of the method according to the invention deals with the treatment of an entire object, parts of an object can also advantageously be treated according to the method according to the invention. This applies both to welded joints of objects made of this Al-Cu alloy with a welding material of a similar composition and to weld beads made of a material of this type. The mechanical properties of the weld bead and the adjacent workpiece area are improved.
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