DE19953212A1

DE19953212A1 - Aluminiumknetlegierung

Info

Publication number: DE19953212A1
Application number: DE19953212A
Authority: DE
Inventors: Joachim Becker; Gernot Fischer
Original assignee: FUCHS FA OTTO
Current assignee: FUCHS FA OTTO
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2001-05-31
Also published as: KR100512154B1; EP1098009B2; AU6966400A; ES2178998T3; EP1098009B1; EP1098009A3; EP1098009A2; JP2001181770A; DE50000260D1; KR20010070185A; PT1098009E; ATE220122T1

Abstract

Eine Aluminiumknetlegierung des Typs AIMgSi ist durch folgende Anteile seiner Hauptlegierungsbestandteile: DOLLAR A - 0,6 bis 2,0 Gew.-% Magnesium, DOLLAR A - 0,6 bis 3,0 Gew.-% Silizium, DOLLAR A - 0,6 bis 1,5 Gew.-% Zinn, DOLLAR A - 0,4 bis 1,0 Gew.-% Mangan DOLLAR A und mit Chrom als fakultativem Legierungsbestandteil mit einem Anteil von maximal 0,25 Gew.-% sowie mit den Maximalanteilen der folgenden Elemente, falls Bestandteil der Legierung: DOLLAR A - maximal 0,4 Gew.-% Eisen, DOLLAR A - maximal 0,1 Gew.-% Kupfer, DOLLAR A - maximal 0,1 Gew.-% Titan, DOLLAR A - maximal 0,2 Gew.-% Zink DOLLAR A und mit einem Rest Aluminium nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumknetlegierung des Typs AlMgSi ge eignet für eine Hochleistungszerspanungsbearbeitung.

Aluminiumlegierungen dieses Typs werden als Hochleistungsbearbei tungswerkstoffe eingesetzt, da diese besonders hohen Anforderungen an die Zerspanbarkeit genügen. Um den gewünschten Spanbruch bei einer spanenden Bearbeitung eines aus einer solchen Legierung bestehenden Werkstückes, etwa beim Drehen, Fräsen oder Bohren, herbeizuführen, ist als Legierungsbestandteil Blei in Gehalten bis zu 2% zulegiert. Nachteilig bei einer Zulegierung von Blei zum Erzielen dieser gewünschten Eigen schaft ist jedoch die von diesem Element ausgehende Gesundheitsgefahr, insbesondere derjenigen Personen, die ein solches Werkstück bearbeiten. Darüberhinaus wirkt sich der Bleigehalt negativ auf das Kriechverhalten der Aluminiumlegierung aus, so daß die Werkstücke oder die daraus her gestellten Produkte bei höheren Temperaturen nur bedingt eingesetzt werden können.

Um diesem Nachteil zu begegnen, sind AlMgSi-Legierungen vorgeschla gen worden, die anstelle des Elementes Blei zum Erzielen der ge wünschten Eigenschaften hinsichtlich ihrer Zerspanbarkeit Zinn (Sn) ent halten. Eine derartige Legierung ist beispielsweise in US 5 810 992 A oder zu US 5 776 269 A beschrieben. Zusätzlicher Bestandteil dieser Legie rungen ist Wismut, der eingesetzt wird, um die Zerspanbarkeit zu optimie ren. Damit eine solche bleifreie AlMgSi-Legierung eine ausreichende Fe stigkeit aufweist, sind Kupfergehalte zwischen 0,3 bis 0,4 Gew.-% zule giert. Auch bei der bei der Aluminum Association mit der Bezeichnung AA 6020 registrierten, warm aushärtbaren Legierung ist Kupfer wesentlicher Bestandteil zur Erhöhung der Festigkeit vorgesehen. Der Kupfergehalt kann zwischen 0,3 bis 0,9 Gew.-% betragen. Ebenfalls ist das Element Blei durch einen Zinnanteil zwischen 0,9 bis 1,5 Gew.-% ersetzt.

Die mit diesen bleifreien Aluminium-Legierungen erzielten Festigkeits werte entsprechen denjenigen der vorbekannten bleihaltigen Varianten. Im Gegensatz zu den vorbekannten bleihaltigen Aluminium- Hochleistungsbearbeitungswerkstoffen muß jedoch bei den beschriebe nen bleifreien Varianten in Kauf genommen werden, daß für die Einstel lung eines optimalen Festigkeitswertes bei einer Strangpreßverarbeitung mit Lösungsglühung in der Preßwärme Preßtemperaturen erforderlich sind, die so hoch sind, daß sich die Spannbreite zwischen der Preßtempe ratur und der Anschmelztemperatur auf 20° bis 40°C reduziert. Nachteilig ist ferner, daß die Preßabschreckverzögerung reduziert ist, so daß sich eine Einhaltung dieser engen Verfahrensparameter zur Erzielung optima ler Materialeigenschaften schwierig darstellt. Insbesondere bei einem Ein satz einer solchen Aluminiumlegierung zum Strangpressen stellt der ge schilderte Sachverhalt eine nicht unerhebliche Einengung dar, da verfah rensbedingt für die wirtschaftliche Herstellung von Profilen im Wege eines Strangpreßverfahrens mit anschließendem Preßabschrecken eine größe re Toleranzbreite zwischen der Lösungsglühtemperatur und der An schmelztemperatur gewünscht ist. Werden die einzelnen Verfahrens schritte nicht in dem jeweiligen engen Temperaturfenster durchgeführt, besteht die Gefahr, daß sich in dem Strangpreßprofil Warmrisse ausbil den.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine bleifreie Aluminiumknetlegierung des Typs AlMgSi mit einer Festigkeit und einer Zerspanbarkeit entsprechend den vorbekannten Legierungen bereitzustellen, dessen Verarbeitbarkeit verbessert ist, und die insbesondere bei einem Strangpressen ein größe res Temperatur bezogenes Bearbeitungsfenster aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Aluminiumknetle gierung des Typs AlMgSi mit folgenden Anteilen seiner Hauptlegierungs bestandteile:

- 0,6 bis 2,0 Gew.-% Magnesium,
- 0,6 bis 3,0 Gew.-% Silizium,
- 0,6 bis 1,5 Gew.-% Zinn,
- 0,4 bis 1,0 Gew.-% Mangan,

und mit Chrom als fakultativem Legierungsbestandteil mit einem Anteil von maximal 0,25 Gew.-% sowie mit den Maximalanteilen der folgenden Elemente, falls Bestandteil der Legierung:

- maximal 0,4 Gew.-% Eisen,
- maximal 0,1 Gew.-% Kupfer,
- maximal 0,1 Gew.-% Titan,
- maximal 0,2 Gew.-% Zink

und mit einem Rest Aluminium nebst unvermeidbaren Verunreinigungen.

Die erfindungsgemäße Aluminiumknetlegierung ist nicht nur bleifrei, son dern auch quasi kupferfrei, wobei Kupferanteile bis maximal 0,1 Gew.-% sich nicht nachteilig auf die gewünschten Legierungseigenschaften aus wirken. Zum Erzielen der gewünschten Festigkeit der Aluminiumlegierung wird neben den Bestandteilen Magnesium und Zinn zusätzlich Silizium und Mangan eingesetzt. Ein Einsatz von Wismut und/oder Indium ist bei der erfindungsgemäßen Aluminiumknetlegierung nicht notwendig. Als fa kultativen Legierungsbestandteil kann die Legierung ferner zu geringen Anteilen auch Chrom enthalten. Auch der Einsatz dieses zusätzlichen Le gierungsbestandteiles wirkt sich positiv auf die Festigkeit und die Zer spanbarkeit der Aluminiumknetlegierung aus. Höhere Gehalte beeinträch tigen dagegen die Legierungseigenschaften.

Die erfindungsgemäße Aluminiumknetlegierung weist verglichen mit den vorbekannten Aluminiumknetlegierungen beim Strangpressen ein weitaus größeres Temperatur bezogenes Arbeitsfenster auf, so daß ein bestim mungsgemäßes Lösungsglühen in einem größeren Temperaturbereich und auch eine erweiterte Abschreckverzögerung möglich ist. Diese Vor teile machen sich auch bei einer Schmiede- oder Walzbearbeitung eines Werkstückes, hergestellt aus einer solchen Aluminiumknetlegierung, be merkbar. Überdies weist die beanspruchte Aluminiumknetlegierung verglichen mit derjenigen des vorbekannten Standes der Technik eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf.

Als Elemente, die die Eigenschaften der beanspruchten Legierung bis zu gewissen Anteilen nicht beeinträchtigen, können Eisen, Zink, Titan und Kupfer bis zu den oben angegebenen maximalen Anteilen als Legie rungsbestandteile geduldet werden. Höhere Gehalte beeinträchtigen da gegen die gewünschten Legierungseigenschaften. Diese Elemente brau chen jedoch nicht Bestandteil der Legierung zu sein.

Unvermeidbare Verunreinigungen der Aluminiumknetlegierung sollen elementbezogen jeweils einen Maximalgehalt von 0,05 Gew.-% nicht überschreiten, da ansonsten die gewünschten Legierungseigenschaften beeinträchtigt sein können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Aluminiumknetlegierung umfaßt diese in der Gruppe ihrer Hauptlegierungsbestandteile:

- 1,0 bis 1,2 Gew.-% Magnesium,
- 0,8 bis 1,0 Gew.-% Silizium,
- 0,9 bis 1,1 Gew.-% Zinn und
- 0,6 bis 0,8 Gew.-% Mangan.

Der Chromgehalt dieser Aluminiumknetlegierung sollte 0,1 Gew.-% nicht überschreiten.

In zwei Proben sind die Temperatur bezogenen Bearbeitungsfenster so wie die Zugfestigkeit einer stranggepreßten Aluminiumknetlegierung be stehend aus

- 1,1 Gew.-% Magnesium,
- 0,95 Gew.-% Silizium,
- 1,1 Gew.-% Zinn,
- 0,65 Gew.-% Mangan,
- 0,19 Gew.-% Eisen
- Rest Aluminium,
- alle weiteren Elemente in ihrer Summe kleiner 0,05 Gew.-%

untersucht worden. Ein aus dieser Aluminiumknetlegierung stranggegos senes Blockformat (Probe 1) mit einem Durchmesser von 360 mm wurde in einem ersten Schritt homogenisiert und anschließend bei einer Block temperatur von 510-520°C zu unterschiedlich dickwandigen Profilen mit Wandstärken von 30-60 mm verpreßt. Nach dem Auspressen kühlten die Profile an Luft auf Temperaturen bis zu 470°C ab und wurden erst an schließend in Wasser abgeschreckt. Die so behandelten Profile wurden bei 170°C auf höchste Härte warm ausgelagert und anschließend im Zug versuch auf ihre typische Festigkeit und Duktilität hin untersucht. Die Pro file zeichneten sich in Längsrichtung durch eine 0,2%-Streckgrenze R_p0,2

von 345 Mpa und eine Zugfestigkeit R_m

von 367 Mpa bei einer Bruchdeh nung von 10% aus.

Eine zweite Probe mit demselben Blockformat derselben Legierung wurde bei einer Blocktemperatur von 530-540°C homogenisiert und mit unmit telbarer Wasserabschreckung bei einer Mindesttemperatur von 515°C verpreßt. Anschließend wurde dieses Profil ebenfalls bei 170°C auf seine höchste Härte warm ausgelagert. Bei dieser Probe wurde eine 0,2%- Streckgrenze R_p0,2 von 348 Mpa, eine Zugfestigkeit R_m von 371 Mpa und eine Bruchdehnung von 10% ermittelt. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Untersuchungsergebnisse zusammengefaßt:

Die Festigkeits- und Duktilitätswerte der beiden Profile sind trotz der un terschiedlichen Behandlung fast identisch. Bei herkömmlichen Aluminium knetlegierungen des Typs AlMgSi, die zur Erhöhung der Festigkeit nicht unerhebliche Kupferanteile aufweisen, wären bei einer Verarbeitung bei Blocktemperaturen von 530-540°C und einer Verpressung bei 515°C mit anschließend unmittelbarer Wasserabschreckung derartige Ergebnisse aufgrund der eintretenden Warmrißbildung nicht möglich gewesen. Die Untersuchungen zeigen somit, daß das Bearbeitungsfenster zum Bear beiten einer erfindungsgemäßen Aluminiumknetlegierung - beispielhaft an einer Strangpreßverarbeitung dargestellt - bei gleichen Festigkeits- und Duktilitätswerten sehr viel größer ist.

Claims

1. Aluminiumknetlegierung des Typs AlMgSi, gekennzeichnet durch folgende Anteile seiner Hauptlegierungsbestandteile:

und mit einem Rest Aluminium nebst unvermeidbaren Verunreini gungen.

2. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die unvermeidbaren Verunreinigungen elementbezogen einen Anteil von jeweils maximal 0,05 Gew.-% nicht überschreiten.

3. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Magnesium-Anteil 1,0 bis 1,2 Gew.-% be trägt.

4. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Silizium-Anteil 0,8 bis 1,0 Gew.-% beträgt.

5. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Zinn-Anteil 0,9 bis 1,1 Gew.-% beträgt.

6. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mangan-Anteil 0,6 bis 0,8 Gew.-% beträgt.

7. Aluminiumknetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß Chrom-Anteil maximal 0,1 Gew.-% beträgt.