DE69215813T2

DE69215813T2 - Kompaktierter und verstärkter Werkstoff aus Aluminium-Legierung und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69215813T2
Application number: DE69215813T
Authority: DE
Inventors: Makoto Kawanishi; Kazuhiko Kita; Hidenobu Nagahama
Original assignee: YKK Corp
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: EP0534155B1; EP0534155A1; US5264021A; DE69215813D1; JP2790935B2; JPH05140685A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein verdichtetes und verfestigtes Material aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage, das nicht nur eine hohe Festigkeit, sondern auch eine zum Widerstehen einer praktisch ausgeführten Bearbeitung hinreichende Dehnbarkeit aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Materials.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Legierungen auf Aluminiumgrundlage init einer hohen Festigkeit und einer hohen Wärmebeständigkeit wurden bislang durch Abechrecken einer Flüssigkeit oder dergleichen hergestellt. Die in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer (Kokai Nr.) HEI 1-275732 offenbarten und durch Abschrecken einer Flüssigkeit erhaltenen Aluminiumlegierungen sind insbesondere amorph oder mikrokristallin und stellen herausragende Legierungen mit einer hohen Festigkeit, einer hohen Wärmebeständigkeit und einer hohen Korrosionsbeständigkeit dar.
Die vorstehend genannten herkömmlichen Legierungen auf Almuminiumgrundlage zeigen eine hohe Festigkeit, eine hohe Wärmebeständigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit und sind herausragende Legierungen. Wenn sie durch Abschrecken einer Flüssigkeit jeweils in Form eines Pulvers oder in Form von Flocken erhalten werden und das Pulver oder die Flocken dann in der einen oder anderen Weise zum Erhalt eines Endproduktes als Rohmaterial verarbeitet oder bearbeitet werden, mit anderen Worten, wenn das Pulver oder die Flocken durch eine primäre Verarbeitung oder Bearbeitung zu einem Endprodukt umgewandelt werden, zeigen sie eine herausragende Verarbeitbarkeit oder Bearbeitbarkeit.
Bei der Bildung eines verfestigten Materials aus dem Pulver oder den Flocken als Rohmaterial und einer anschließenden Bearbeitung des verfestigten Materials, d. h. wenn das verfestigte Material einer sekundären Bearbeitung unterzogen wird, gibt es jedoch noch Raum für Verbesserungen hinsichtlich der Bearbeitbarkeit und auch hinsichtlich der Beibehaltung der herausragenden Eigenschaften der Legierung nach der Bearbeitung.
Die am 14. August 1991 eingereichte und die Priorität vom 8. August 1990 beanspruchende EP-A-0475101 offenbart Legierungen auf Aluminiumgrundlage mit einer hohen Festigkeit und Zähigkeit. Figur 2 zeigt die Beziehung zwischen der mittleren Kristallkorngröße und der Dehnbarkeit einer Al&sub8;&sub7;Ni&sub6;Mm&sub7;- Legierung. Aus Figur 2 ist zu entnehmen, daß die Dehnbarkeit mit der mittleren Kristallkorngröße ansteigt, und daß eine Dehnbarkeit von 2,0 % nur erreicht wird, wenn die mittlere Kristallkorngröße 37.000 nm oder mehr beträgt.
Der Übertragungsnehmer dieser Erfindung hat bereits eine auf ein verdichtetes und verfestigtes Material aus einer Al-Ni-x-Legierung (X: mindestens ein aus der aus La, Ce und Mm bestehenden Gruppe ausgewähltes Element) gerichtete Patentanmeldung eingereicht, der die japanische Patentanmeldung mit der HEI 3-181065 (eingereicht: 22. Juli 1991) zugeordnet ist.
Eine Aufgabe der dieser Anmeldung zugrunde liegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verfestigten Materials mit einer Dehnbarkeit, die zumindest bei Anwendung einer sekundären Bearbeitung erforderlich ist, und einer Festigkeit, die höher ist als bei käuflich erhältlichen, hochfesten Al-Legierungen, und darüber hinaus in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung dieses Materials.
Erfindungsgemäß wird die oben angegebene Aufgabe mit einem Legierungsmaterial nach den Ansprüchen 1 und 2 bzw. einem Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das das Rohmaterial bildende Pulver bzw. die das Rohmaterial bildenden Flocken müssen amorph, eine übersättigte Feststofflösung oder mikrokristallin sein, so daß die mittlere Kristallkorngröße der Matrix nicht größer als 1000 nm ist und die mittlere Korngröße intermetallischer Verbindungen 10 bis 800 nm beträgt, oder das Rohmaterial muß in einer Mischphase aus den oben angegebenen Phasen vorliegen. Wenn das Rohmaterial amorph ist, kann es zu einer mikrokristallinen oder einer Mischphase, wie oben angegeben, umgewandelt werden, indem es nach der Verdichtung auf eine Temperatur von 50 bis 550 ºC, vorzugsweise 350 bis 450 ºC erwärmt wird.
Der hierin verwendete Ausdruck "herkömmliche plastische Bearbeitung" ist im weiteren Sinne zu interpretieren und sollte Druckformungstechniken und pulvermetallurgische Techniken umfassen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Figur 1 ist eine graphische Darstellung, in der Änderungen der Zugfestigkeit und Dehnbarkeit bei Raumtemperatur der verfestigten Materialien gemäß Beispiel 1 gezeigt sind.
Figur 2 ist ebenfalls eine graphische Darstellung, in der Änderungen der Zugfestigkeit und Dehnbarkeit bei Raumtemperatur der verfestigten Materialien gemäß Beispiel 2 dargestellt sind.
Figur 3 ist ebenfalls eine graphische Darstellung, in der Änderungen der Zugfestigkeit und Dehnbarkeit bei Raumtemperatur der verfestigten Materialien gemäß Beispiel 3 dargestellt sind.
Figur 4 ist ebenfalls eine graphische Darstellung, in der Änderungen der Zugfestigkeit und Dehnbarkeit bei Raumtemperatur der extrudierten Materialien gemäß Beispiel 4 gezeigt sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Anteile a, a', b, c, d und e sind, ausgedrückt in at%, in den allgemeinen Formeln gemäß dem ersten Gesichtspunkt und dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung auf die Bereiche 84 bis 94,8 %; 82 bis 94,6 %; 5 bis 10 %; 0,1 bis 3 %; 0,1 bis 3 % bzw. 0,2 bis 2 % eingeschränkt, weil die Legierungen innerhalb der oben angegebenen Bereiche eine höhere Festigkeit bei Raumtemperatur aufweisen als herkömmliche (käuflich erhältliche) hochfeste Aluminiumlegierungen und ebenfalls mit einer Duktilität (Dehnbarkeit) ausgestattet sind, die zum Widerstehen einer praktisch ausgeführten Bearbeitung hinreichend ist. Im Hinblick auf eine hohe Festigkeit von Al-Ni-X- Legierungen bis zu 200 ºC, wie in der japanischen Patentanmeldung HEI 3-181065 dargestellt, ist eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur bis 200 ºC auch innerhalb der oben angegebenen Bereiche erhältlich. Ferner kann innerhalb der oben angegebenen Bereiche leicht eine Kaltbearbeitung ausgeführt werden, gar nicht zu reden von einer Heiß- und Warmbearbeitung unterhalb von 400 ºC. In dem oben angegebenen Zusammensetzungsbereich liegt c plus d (c + d) vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 5 %. Wenn c + d mindestens 0,5 % beträgt, wird die Matrix weiter verfeinert und es kann eine sehr hohe thermische Stabilität erwartet werden. Daher kann sowohl bei Raumtemperatur als auch bei höheren Temperaturen eine weiter verbesserte Festigkeit erhalten werden. Andererseits liefert ein Wert von c + d von nicht mehr als 5 % eine hohe Duktilität bei Raumtemperatur, die zum Widerstehen einer praktisch ausgeführten Bearbeitung ausreichend ist.
Bei den erfindungsgemäßen Materialien aus einer verfestigten Legierung ist Ni ein Element mit einer vergleichsweise geringen Neigung, in die Al-Matrix zu diffundieren. Weil es zusammen mit dem Element X in der Legierung enthalten ist, werden verschiedenartige stabile oder metastabile, feine, intermetallische Verbindungen gebildet und als feine Körner in der Al-Matrix verteilt. Ni ist daher nicht nur zum Verfestigen der Matrix, sondern auch zur Verhinderung einer übermäßigen Vergröberung der Kristallkörner wirksam. Mit anderen Worten, Ni verbessert die Härte und Festigkeit der Legierung in signifikantem Ausmaß, stabilisiert die mikrokristalline Phase bei erhöhten Temperaturen, gar nicht zu reden von Raumtemperatur, und bewirkt eine Wärmebeständigkeit.
Andererseits steht das Element X für La und/oder Ce, oder für Mm. Es ist ein Element mit einer geringen Neigung, in die Al-Matrix zu diffundieren. Weil es zusammen mit dem Element Ni in der Legierung enthalten ist, bildet es stabile intermetallische Verbindungen, um dadurch zur Stabilisierung der mikrokristallinen Struktur beizutragen. Ferner kann seine Kombination mit dem oben angegebenen Element eine Duktilität hervorbringen, die zur Ausführung einer herkömmlichen Bearbeitung erforderlich ist. Nebenbei bemerkt, ist Mm der übliche Name für aus La, Ce als Hauptelemente und zusätzlich andere Elemente der seltenen Erden (Lanthanoiden) als die oben erläuterten La und Ce sowie unvermeidbare Verunreinigungen (Si, Fe, Mg, Al usw.) enthaltende Kompositmaterialien. Mm kann La und/oder Ce in einem Anteil von etwa 1 bis 1 (in at%) ersetzen und ist preiswert, wodurch der Einsatz von Mm einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil hervorbringt.
Das Element M steht für Zr und/oder Ti. Zr und Ti bilden intermetallische Verbindungen mit Al und werden als feine Teilchen in der Al-Matrix verteilt, um dadurch zur Herstellung eines feineren Gefüges der Al-Matrix beizutragen, die Duktilität der Al-Matrix zu verbessern und auch die Festigkeit der Al-Matrix zu erhöhen.
Ein verfestigtes Material mit einer noch höheren Festigkeit kann durch Zugabe von Zr und/oder Ti als Ersatz für das Al in einer AlNiMm-Legierung erhalten werden. Ferner kann die Duktilität einer AlNiMm-Legierung durch Zugabe von Zr und/oder Ti als Ersatz für das Mm der AlNiMm-Legierung verbessert werden.
Das Element Q ist mindestens ein aus der aus Mg, Si, Cu und Zn bestehenden Gruppe ausgewähltes Element. Mg, Si, Cu und Zn bilden intermetallische Verbindungen mit Al und bilden auch untereinander intermetallische Verbindungen, um dadurch die Festigkeit der Al-Matrix zu erhöhen und die Wärmebeständigkeit zu verbessern. Zusätzlich werden auch die spezifische Festigkeit und die spezifische Elastizität verbessert.
Bei den erfindungsgemäßen verfestigten Materialien aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage ist die mittlere Kristallkorngröße der Matrix aus den folgenden Gründen auf den Bereich von 40 bis 1000 nm begrenzt. Mittlere Kristallkorngrößen der Matrix von weniger als 40 nm sind zur Bereitstellung einer hinreichenden Duktilität trotz einer hohen Festigkeit zu gering. Zum Erhalt einer für eine herkömmliche Bearbeitung erforderlichen Duktilität wird daher eine mittlere Kristallkorngröße der Matrix von mindestens 40 nm benötigt. Wenn die mittlere Kristallkorngröße der Matrix 1000 nm überschreitet, fällt andererseits die Festigkeit abrupt ab, wodurch der Erhalt eines verfestigten Materials mit einer hohen Festigkeit unmöglich wird. Zum Erhalt eines verfestigten Materials mit einer hohen Festigkeit wird daher eine mittlere Kristallkorngröße der Matrix von nicht mehr als 1000 nm benötigt. Darüberhinaus ist die mittlere Korngröße der intermetallischen Verbindungen auf den Bereich von 10 bis 800 nm begrenzt, weil intermetallische Verbindungen mit einer mittleren Korngröße außerhalb des oben angegebenen Bereichs nicht als die Festigkeit erhöhende Bestandteile der Al-Matrix dienen können. Wenn die intermetallischen Verbindungen eine mittlere Korngröße von weniger als 10 nm aufweisen, tragen sie nicht zum Erhöhen der Festigkeit der Al-Matrix bei und wenn sie in Form einer Feststofflösung mit einem Anteil vorliegen, der den für die Matrix benötigten Anteil übersteigt, gibt es potentiell ein Problem hinsichtlich einer Versprödung. Mittlere Korngrößen von mehr als 800 nm resultieren andererseits in übermäßig großen Körnern, so daß die Al-Matrix ihre Festigkeit nicht behält und die intermetallischen Verbindungen nicht als Bestandteile dienen, welche die Festigkeit erhöhen. Die Begrenzung auf die oben angegebenen Bereiche führt daher zu Verbesserungen hinsichtlich des Young-Moduls, der Hochtemperaturfestigkeit und der Ermüdungsfestigkeit.
Bei dem erfindungsgemäßen verfestigten Material aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage können die mittlere Kristallkorngröße der Matrix und die mittlere Korngröße der intermetallischen Verbindungen durch Wahl geeigneter Herstellungsbedingungen gesteuert werden. Die mittlere Kristallkorngröße der Matrix und die mittlere Korngröße der intermetallischen Verbindungen sollten auf einen kleinen Wert gesteuert werden, wenn auf die Festigkeit Wert gelegt wird. Im Gegensatz dazu sollten sie auf einen großen Wert gesteuert werden, wenn die Duktilität als wichtig betrachtet wird. Auf diese Weise ist der Erhalt verfestigter Materialien aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage möglich, die jeweils für unterschiedliche Zwecke geeignet sind.
Ferner ermöglicht die Steuerung der mittleren Kristallkorngröße der Matrix auf den Bereich von 40 bis 1000 nm den Erhalt von solchen Eigenschaften, mit denen das resultierende Material als excellentes Material für eine superplastische Bearbeitung benutzt werden kann.
Nachstehend wird die Erfindung genauer anhand der folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Mit einem Gaszerstäubungsgerät wurde ein Pulver aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage mit einer Sollzusammensetzung (Al90-xNi&sub8;Mm&sub2;Zrx) hergestellt. Das so hergestellte Pulver aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage wurde in eine Metallkapsel gefüllt und unter Entgasung zu einem Extrusionspressling geformt. Der Pressling wurde mit einem Extrudiergerät bei 200 bis 550 ºC extrudiert.
Die mit den oben angegebenen Herstellungsbedingungen erhaltenen mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Dehnbarkeit) des extrudierten Materials (verfestigtes Material) sind in Figur 1 dargestellt.
Wie in Figur 1 abgebildet, ist es ersichtlich, daß die Zugfestigkeit des verfestigten Materials bei Raumtemperatur bei Zr-Anteilen von nicht mehr als 2,5 at% abrupt ansteigt. Die Dehnbarkeit steigt bei Zr-Anteilen von nicht mehr als 2,5 at% ebenfalls abrupt an.
Es ist ersichtlich, daß die für eine allgemein übliche Bearbeitung erforderliche minimale Dehnbarkeit (2%) mit einem Zr-Anteil von 1,5 at% erhalten werden kann. Wenn ein hochfestes extrudiertes Material mittels einer Kaltbearbeitung (d. h. durch Bearbeiten des Materials bei einer Temperatur in der Nähe der Raumtemperatur) bearbeitet wird, ist es daher ersichtlich, daß die Bearbeitung mit einem Zr-Anteil von nicht mehr als 1,5 at% durchführbar ist. Für Vergleichszwecke wurde die Zugfestigkeit eines herkömmlichen, verfestigten Materials aus einer hochfesten Legierung auf Aluminiumgrundlage (eines extrudierten Materials aus Duralumin) ebenfalls bei Raumtemperatur vermessen. Als Ergebnis wurde herausgefunden, daß die Zugfestigkeit etwa 650 MPa beträgt. Aus diesem Wert geht hervor, daß das oben angegebene, erfindungsgemäße, verfestigte Material hinsichtlich der Festigkeit mit einem Zr-Anteil von nicht mehr als 2,5 at% exzellent ist.
Für die unter den oben angegebenen Herstellungsbedingungen erhaltenen verfestigten Materialien wurden auch die Young-Moduli untersucht. Die Young-Moduli der erfindungsgemäßen verfestigten Materialien betrugen bis zu 8000 bis 12.000 kg/mm², im Gegensatz zu etwa 7000 kg/mm² bei der herkömmlichen, hochfesten Al-Legierung (Duralumin). Die erfindungsgemäßen verfestigten Materialien zeigen daher Vorteile dahingehend, daß ihre Auslenkung und Verformung unter derselben Last geringer sind.

Beispiel 2

Wie im vorstehend erläuterten Beispiel 1 wurden Pulver aus Al90,5Ni&sub7;Mm2,5-xZrx hergestellt. Dann wurden auf dieselbe Weise Presslinge hergestellt und schließlich wurden extrudierte Materialien (verfestigte Materialien) erhalten. Die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Dehnbarkeit) dieser extrudierten Materialien bei Raumtemperaturen sind in Figur 2 diagrammartig dargestellt. Wie in Figur 2 dargestellt, ist es ersichtlich, daß die Zugfestigkeit des verfestigten Materials bei Raumtemperatur ausgehend von einem Zr-Anteil von 2,5 at% und darunter allmählich ansteigt, bei einem Zr-Anteil von weniger als 0,1 % jedoch abrupt abfällt. Es ist ferner deutlich, daß die Dehnbarkeit ausgehend von dem Zr-Anteil von 2,5 at% und darunter allmählich ansteigt, bei einem Zr-Anteil von weniger als 0,3 at% jedoch abrupt sinkt. Es ist ferner ersichtlich, daß die für herkömmliche Bearbeitungen erforderliche minimale Dehnbarkeit (2%) innerhalb eines Bereichs für den Zr-Anteil von 0 bis 2,5 at% verfügbar ist. Wenn die Zugfestigkeit mit derjenigen eines herkömmlichen Materials aus einer hochfesten Legierung auf Aluminiumgrundlage (Duralumin) verglichen wird, ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen verfestigten Materialien über den gesamten Bereich für den Zr- Anteil von 0 bis 2,5 at% überlegen sind.

Beispiel 3

Wie im oben erläuterten Beispiel 1 wurden Al92,3- xNi7,5Zr0,2Mmx und Al92,1-xNi7,5Zr0,2Cu0,2Mmx-Pulver hergestellt. Auf dieselbe Weise wurden dann Presslinge hergestellt und schließlich wurden extrudierte Materialien (verfestigte Materialien) erhalten. Die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Dehnbarkeit) dieser extrudierten Materialien bei Raumtemperatur sind in Figur 3 diagrammartig dargestellt. Für Vergleichszwecke wurden die mechanischen Eigenschaften von Al92,5-xNi&sub7;,&sub5;Mmx', dem Gegenstand der von dem Übertragungsnehmer dieser Anmeldung eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Anmeldungsnummer HEI 3-181065, ebenfalls in Figur 3 dargestellt. In Figur 3 bezeichnen die dünnen, durchgezogenen Kurven Al92,3Ni7,5Zr0,2Mmx, die dicken durchgezogenen Kurven bezeichnen Al92,1-xNi7,5Zr0,2Cu0,2Mmx und die strichlierten Kurven entsprechen Al92,5-xNi7,5Mmx. Wie in Figur 3 veranschaulicht, stellt sich heraus, daß die verfestigten Materialien (Al92,3-xNi7,5Zr0,2Mmx und Al92,1- xNi7,5Zr0,2Cu0,2Mmx) bessere Eigenschaften hinsichtlich ihrer Zugfestigkeit und Dehnbarkeit aufweisen, als das als Vergleichsbeispiel verwendete verfestigte Material (Al92,5- xNi7,5Mmx). Es ist ferner ersichtlich, daß die Zugabe von Cu als fünftes Element zu den erfindungsgemäßen verfestigen Materialien (Al92,3-xNi7,5Zr0,2Mmx und Al92,1-xNi7,5Zr0,2Cu0,2Mmx) deren Zugfestigkeit verbessern kann, wenngleich ihre Dehnbarkeit etwas verringert wird.

Beispiel 4

Wie im oben erläuterten Beispiel 1 wurden Al91,7- xNi&sub8;Mm0,3Zrx-Pulver hergestellt. Dann wurden in gleicher Weise Presslinge hergestellt, und schließlich wurden extrudierte Materialien (verfestigte Materialien) erhalten. Die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Dehnbarkeit) dieser extrudierten Materialien bei Raumtemperatur sind in Figur 4 diagrammartig dargestellt. Wie in Figur 4 gezeigt, ist es ersichtlich, daß die Zugfestigkeit des verfestigten Materials bei Raumtemperatur bei einem Zr-Anteil von weniger als 0,1 % abrupt abfällt. Es ist ferner ersichtlich, daß die Dehnbarkeit ausgehend von dem Zr-Anteil von 2,5 at% und darunter allmählich ansteigt. Es ist ferner ersichtlich, daß die für übliche Bearbeitungen erforderliche minimale Dehnbarkeit (2%) innerhalb eines Bereichs für den Zr-Anteil von 0 bis 2,5 at% erhältlich ist. Wenn die Zugfestigkeit mit derjenigen eines herkömmlichen Materials aus einer hochfesten Legierung auf Aluminiumgrundlage (Duralumin) verglichen wird, ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen verfestigten Materialien über den gesamten Bereich des Zr-Anteils von 0 bis 3 at% überlegen sind.

Beispiel 5

Wie im oben erläuterten Beispiel 1 wurden extrudierte Materialien (verfestigte Materialien) mit den in Tabelle 1 dargestellten unterschiedlichen Zusammensetzungen hergestellt und deren mechanische Eigenschaften (Zugfestigkeit , Dehnbarkeit &epsi;) bei Raumtemperatur wurden untersucht. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben. Es wird angemerkt, daß die für übliche Bearbeitungen benötigte minimale Dehnbarkeit (2%) mit allen in Tabelle 1 angegebenen verfestigten Materialien erhalten wurde. Aus Tabelle 1 geht hervor, daß die erfindungsgemäßen verfestigten Materialien exzellente Eigenschaften hinsichtlich ihrer Zugfestigkeit und Dehnbarkeit aufweisen. Tabelle 1 Tabelle 1 (Fortsetzung)
Für die in den oben angegebenen Beispielen 1 bis 5 erhaltenen verfestigten Materialien wurde eine TEM-Untersuchung ausgeführt. Es wurde herausgefunden, daß die oben angegebenen verfestigten Materialien aus einer Matrix aus Aluminium oder einer übersättigten Feststofflösung aus Aluminium gebildet sind, wobei das Aluminium oder die Feststofflösung eine mittlere Kristallkorngröße von 40 bis 1000 nm aufweist, und daß sie Körner aus einer stabilen oder metastabilen Phase verschiedenartiger intermetallischer Verbindungen, welche aus dem Matrixelement und den anderen legierenden Elementen gebildet sind, und/oder verschiedenartiger, aus den anderen legierenden Elementen gebildeter intermetallischer Verbindungen enthalten, wobei die Körner gleichmäßig in der Matrix verteilt sind und die intermetallischen Verbindungen eine mittlere Korngröße von 10 bis 800 nm aufweisen.
In den Beispielen 1 bis 5 wurden die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur erlutert. Weil die verfestigten Al-Ni-Mm-Materialien, auf deren Grundlage die erfindungsgemäßen verfestigten Materialien entwickelt wurden, eine exzellente Festigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen, wie in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer (Kokai Nr.) HEI 3-181065 offenbart, besitzen die erfindungsgemäßen verfestigten Materialien ebenfalls exzellente mechanische Eigenschaften (Zugfestigkeit, Dehnbarkeit) bei höheren Temperaturen und können durch eine Warm- oder Heißbearbeitung (bei Temperaturen im Bereich von Raumtemperatur bis etwa 400 ºC) effizient zu geformten, hochfesten Materialien bearbeitet werden.
Die erfindungsgemäßen, verfestigten Materialien aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage weisen eine exzellente Dehnbarkeit (Zähigkeit) auf, so daß sie sekundären Bearbeitungen widerstehen können, wenn die sekundären Bearbeitungen ausgeführt werden. Die sekundären Bearbeitungen können daher unter Beibehaltung der exzellenten Eigenschaften der Rohmaterialien einfach ausgeführt werden. Zusätzlich können derartige verfestigte Materialien mit einem einfachen Verfahren erhalten werden, d. h. durch einfaches Verdichten eines Pulvers oder eines flockenförmigen Materials, welches durch eine Abschreckerstarrung erhalten wurde, und eine anschließende plastische Bearbeitung des so verdichteten Pulvers bzw. der so verdichteten Flocken.

Claims

1. Verdichtetes und verfestigtes Material aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage, das eine Al-Matrix und Körner aus intermetallischen Verbindungen aufweist, und welches durch Verdichten und Verfestigen eines rasch erstarrten Materials mit einer durch die folgende allgemeine Formel dargestellten Zusammensetzung erhalten wurde: Ala Nib Xc Md, wobei X La und/oder Ce darstellt oder Mm (Mischmetall) darstellt; M Zr und/oder Ti darstellt und a, b, c und d Angaben in at% sind, für die gilt 84 ≤ a ≤ 94,8; 5 ≤ b ≤ 10; 0,1 ≤ c ≤ 3 sowie 0,1 ≤ d ≤ 3 und wobei die mittlere Kristallkorngröße der Matrix 40 bis 1000 nm beträgt und die mittlere Korngröße der intermetallischen Verbindungen 10 bis 800 nm beträgt,

mit Ausnahme einer hochfesten Legierung auf Aluminiumgrundlage mit einer durch die allgemeine Formel Ale Nf Pg Qh dargestellten Zusammensetzung, wobei:

N Ni darstellt,

P mindestens ein aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist,

Q mindestens ein aus der aus Y, den Elementen der seltenen Erden und Mm (Mischmetall), was ein Komposit aus Elementen der seltenen Erden ist, bestehenden Gruppe ausgewähltes Element darstellt und

e, f, g und h Angaben in at% sind, für die gilt 75 ≤ e ≤ 97; 0,5 ≤ f ≤ 15, 0,5 ≤ g ≤ 10 und 0,5 ≤ h ≤ 3,5, wobei die Legierung aus einer Aluminiummatrix oder einer übersättigten Aluminiumfeststofflösung mit einer mittleren Kristallkorngröße von 0,1 bis 80 µm gebildet ist und darin eine gleichmäßige Verteilung von Teilchen aus einer metastabilen oder stabilen Phase intermetallischer Verbindungen enthält, die zwischen dem Wirtelement (Matrixelement) und den oben angegebenen legierenden Elementen und/oder den legierenden Elementen gebildet sind, wobei die intermetallischen Verbindungen eine mittlere Teilchengröße von 10 bis 500 nm aufweisen.

2. Verdichtetes und verfestigtes Material aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage, das eine Al-Matrix und Körner aus intermetallischen Verbindungen aufweist, und welches durch Verdichten und Verfestigen eines rasch erstarrten Materials mit einer durch die allgemeine Formel Ala' Nib Xc Md Qe dargestellten Zusammensetzung erhalten wurde, wobei X La und/oder Ce darstellt oder Mm (Mischmetall) darstellt; M Zr und/oder Ti darstellt; Q mindestens ein aus der aus Mg, Si, Cu und Zn bestehenden Gruppe ausgewähltes Element darstellt und a', b, c, d und e Angaben in at% sind, für die gilt: 82 ≤ a' ≤ 94,6; 5 ≤ b ≤ 10; 0,1 ≤ c ≤ 3; 0,1 ≤ d ≤ 3 sowie 0,2 ≤ e ≤ 2, und wobei die mittlere Kristallkorngröße der Matrix 40 bis 1000 nm beträgt und die mittlere Korngröße der intermetallischen Verbindungen 10 bis 800 nm beträgt;

Mit Ausnahme einer hochfesten Legierung auf Aluminiumgrundlage mit einer durch die allgemeine Formel Alf Ng Ph Qi dargestellten Zusammensetzung, wobei:

N mindestens ein aus der aus Ni und Cu bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;

P mindestens ein aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;

Q mindestens ein aus der aus Y, den Elementen der seitenen Erden und Mm (Mischmetall), was ein Komposit aus Elementen der seltenen Erden ist, bestehenden Gruppe ausgewähltes Element ist und

f, g, h und i Angaben in at% sind, für die gilt: 75 ≤ f ≤ 97; 0,5 ≤ g ≤ 15; 0,5 ≤ h ≤ 10 und 0,5 ≤ i ≤ 3,5, wobei die Legierung aus einer Aluminiummatrix oder einer übersättigten Aluminiumfeststofflösung mit einer mittleren Kristallkorn größe von 0,1 bis 80 µm gebildet ist und darin eine gleichmäßige Verteilung von Teilchen aus einer metastabilen oder einer stabilen Phase intermetallischer Verbindungen enthält, welche zwischen dem Wirtelement (Matrixelement) und den oben angegebenen legierenden Elementen und/oder zwischen den legierenden Elementen gebildet sind, wobei die intermetallischen Verbindungen eine mittlere Teilchengröße von 10 bis 500 nm aufweisen.

3. Verdichtetes und verfestigtes Material aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Al-Matrix eine Matrix aus Aluminium oder einer übersättigten Aluminiumfeststofflösung ist und die Körner aus einer intermetallischen Verbindung eine stabile oder eine metastabile Phase aus verschiedenartigen Verbindungen aufweisen, die aus dem Matrixelement und den anderen legierenden Elementen gebildet sind, und/oder aus verschiedenartigen Verbindungen, die aus den anderen legierenden Elementen gebildet sind, und gleichmäßig in der Matrix verteilt sind.

4. Verfahren zum Herstellen eines verdichteten und verfestigten Materials aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage, welches eine Al-Matrix mit einer mittleren Kristallkorngröße von 40 bis 1000 nm und Körner aus intermetallischen Verbindungen mit einer mittleren Korngröße von 10 bis 800 nm aufweist, wobei das Verfahren umfaßt:

Schmelzen eines Materials mit einer durch die folgende allgemeine Formel dargestellten Zusammensetzung: Ala Nib Xc Md, wobei X La und/oder Ce darstellt oder Mm (Mischmetall) darstellt; M Zr und/oder Ti darstellt; a, b, c und d Angaben in at% sind, für die gilt: 84 ≤ a ≤ 94,8; 5 ≤ b ≤ 10; 0,1 ≤ c ≤ 3 sowie 0,1 ≤ d ≤ 3;

mit Ausnahme einer durch die allgemeine Formel Ale Nf Pg Qh dargestellten Zusammensetzung, wobei N Ni darstellt; P mindestens ein aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; Q mindestens ein aus der aus Y, den Elementen der seltenen Erden und Mm (Mischmetall), was ein Komposit aus den Elementen der seltenen Erden ist, bestehenden Gruppe ausgewähltes Element ist und e, f, g und h Angaben in at% sind, für die gilt: 75 ≤ e ≤ 97; 0,5 ≤ f ≤ 15; 0,5 ≤ g ≤ 10 sowie 0,5 ≤ h ≤ 3,5;

Abschrecken und rasches Erstarren des resultierenden geschmolzenen Materials zum Erhalt eines Pulvers oder von Flocken;

Verdichten des Pulvers oder der Flocken; und

Komprimieren, Formen und Verfestigen des so verdichteten Pulvers oder der so verdichteten Flocken durch eine herkömmliche plastische Bearbeitung.

5. Verfahren zum Herstellen eines verdichteten und verfestigten Materials aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage, welches eine Al-Matrix mit einer mittleren Kristallkorngröße von 40 bis 1000 nm sowie Körner aus intermetallischen Verbindungen mit einer mittleren Korngröße von 10 bis 800 nm aufweist, wobei das Verfahren umfaßt:

Schmelzen eines Materials mit einer durch die folgende allgemeine Formel dargestellten Zusammensetzung: Ala' Nib Xc Md Qe, wobei X La und/oder Ce darstellt oder Mm (Mischmetall) darstellt; M Zr und/oder Ti darstellt; Q mindestens ein aus der aus Mg, Si, Cu und Zn bestehenden Gruppe ausgewähltes Element darstellt und a', b, c, d und e Angaben in at% sind, für die gilt 82 ≤ a' ≤ 94,6; 5 ≤ b ≤ 10; 0,1 ≤ c ≤ 3; 0,1 ≤ d ≤ 3 sowie 0,2 ≤ e ≤ 2;

mit Ausnahme einer durch die allgemeine Formel Alf Ng Ph Qi dargestellten Zusammensetzung, wobei N mindestens ein aus der aus Ni und Cu bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; P mindestens ein aus der aus Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; Q mindestens ein aus der aus Y, den Elementen der seltenen Erden und Mm (Mischmetall), was ein Komposit aus Elementen der seltenen Erden ist, bestehenden Gruppe ausgewähltes Element ist und f, g, h und i Angaben in at% sind, für die gilt: 75 ≤ f ≤ 97; 0,5 ≤ g ≤ 15; 0,5 ≤ h ≤ 10 sowie 0,5 ≤ i ≤ 3,5;

Verdichten des Pulvers oder der Flocken und

6. Verfahren zum Herstellen eines verdichteten und verfestigten Materials aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Al-Matrix eine Matrix aus Aluminium oder einer übersättigten Aluminiumfeststofflösung ist und die intermetallischen Verbindungen Körner aus einer stabilen oder einer metastabilen Phase aus verschiedenartigen Verbindungen aufweisen, die aus dem Matrixelement und den anderen legierenden Elementen gebildet sind, und/oder aus verschiedenartigen Verbindungen, die aus den anderen legierenden Elementen gebildet sind, und gleichmäßig in der Matrix verteilt sind.