Verfahren zur mechanischen Bearbeitung von Aluminiumlegierungen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen Bearbeitung, wie zum Bei spiel Schmieden, Walzen etc., von Alumi niumlegierungen mit mindestens 75% Alu minium und 5 bis 15 % Magnesium.
Bis in neueste Zeit sind gereckte Alumi niumlegierungen mit 5 bis 15% Magnesium nicht in Handelsmengen am Markte, obwohl ihr geringes spezifisches Gewicht und sonstige vorteilhafte Eigenschaften diese Legierungen besonders geeignet machen, dem Bedürfnis nach leichteren Legierungen von gleicher oder höherer Festigkeit als die bisher verfügbaren zu entsprechen. Die in den Aluminium Magnesium-Legierungen liegenden Möglich keiten sind zwar schon früher gewürdigt worden; doch hat es sich früher als wirt schaftlich unmöglich gezeigt, Vorteil daraus zu ziehen, da die Legierungen schwer ver- giessbar und schwer mechanisch deformier bar sind.
Neuere intensive Bemühungen zur Entwicklung von wirtschaftlichen Giess- und Bearbeitungsverfahren für die Aluminium- Magnesium-Legierungen begegneten fast un- überwindlichen Schwierigkeiten auch bei Vorhandensein gesunder Blöcke für die me chanische Verarbeitung. Versuche zur Ver arbeitung von Aluminium-Magnesium-Le gierungsblöcken zu handelsüblichen Formen durch Recken sind bisher, besonders bei Le gierungen mit mehr als etwa 5 % Magnesium, meist vollständig gescheitert.
Ferner hat es sich gezeigt, dass die Aluminium-Magnesium- Legierungen schon bei mechanischen Bearbei tungen zur Herstellung einfacherer Formen aus Blöcken sehr zur R.issbildung oder völ ligem Bruch neigen.
Diese Umstände haben zu vorliegender Erfindung geführt, die ein Verfahren zur mechanischen Bearbeitung von Aluminium legierungen mit mindestens 75 ,wo Aluminium und 5 bis 15 % Magnesium mit oder ohne kleinere Mengen anderer Legierungsbestand teile betrifft.
Bisher bestand die Technik der Verarbeitung von Aluminiumlegierungen kurz gesagt in einer von der Bearbeitung vor genommenen thermischen Behandlung oder Vorerhitzung zur Homogenisierung des G-e- füges des Legierungsblockes und in einer nachfolgenden Heissbearbeitung der Legie rung zu einer Form, die gewöhnlich eine Vorform für die endgültige Form darstellt, die dann durch eine weitere Heiss- oder Kalt bearbeitung erzielt wird.
Die Temperaturen der Vorwärmung und der anfänglichen Heiss bearbeitung waren bei früheren Verfahren im wesentlichen die gleichen, wobei die Vor wärmtemperatur so nahe als praktisch mög lich am Schmelzpunkt des am leichtesten schmelzenden Eutektikums liegt, und in der Praxis wurden die Legierungsblöcke bei Tem peraturen verarbeitet, die der Temperatur des Blockes, so wie er von der Vorwärmung kommt, im wesentlichen gleich oder etwas niedriger sind.
Die Erfindung gründet sich auf die Fest stellung, dass die bisher bei der Bearbeitung von Aluminiumlegierungen mit erheblichem Magnesiumgehalt aufgetretenen Schwierig keiten dadurch verursacht wurden, dass man versuchte, diese bekannten Wärmebehand- lungs- und Bearbeitungsmethoden in die sem Sonderfalle zu verwenden, die sich bei Aluminiumlegierungen allgemein be währt haben. Es wurde gefunden, dass, während alle andern bekannteren Alu miniumlegierungen am wirksamsten bei Temperaturen über etwa 425 C heiss bearbeitet werden können, die bereits ge nannten Aluminium-Magnesium-Legierungen nur bei Temperaturen unter 315 C, jedoch nicht unterhalb 245 C erfolgreich heiss bearbeitbar sind.
Die Berücksichtigung die ser ungewöhnlichen Eigenschaft der Alumi nium-Magnesium-Legierungen hat zu dem hier beschriebenen erfolgreichen wirtschaft lichen Verfahren zur mechansichen Bearbei tung dieser Legierungen geführt.
Die Aluminium-Magnesium-Legierungen können zwar auf Temperaturen beträchtlich über 315 C, aber unter der Schmelztempe ratur des am leichtesten schmelzenden Eutek- tikums in den Legierungen vorgewärmt werden; sie können aber nicht bei dieser Vor wärmtemperatur bearbeitet werden, sondern müssen rasch auf den angegebenen Bearbei- tungstemperaturbereich abgekühlt werden und können nahe der Vorwärmtemperatur nur dann bearbeitet werden, wenn diese 315 C oder weniger beträgt. Auf diese Fest stellungen gründet sich das neue Verfahren, dessen beispielsweise Ausführung in bevor zugter Form nachstehend beschrieben wird.
Bei jedem Bearbeitungsverfahren ist es für den Erfolg nötig, dass der als Werkstück benutzte, mechanisch zu bearbeitende Guss block gesund und frei von erheblicheren Mängeln ist. Ausreichend gesunde Blöcke aus Aluminium-Magnesium-Legierung zur mechanischen Bearbeitung sind erhältlich und werden gewöhnlich in Metallformen gegossen, Wenn die bekannten einschlägigen Hilfs mittel, wie Behandlung des Metalles mit einem Flussmittel oder Gasen oder ein- oder mehrmaliges Umschmelzen vor dem Vergiessen angewendet werden, so ist für die Erzielung gesunder Gussblöcke noch grössere Gewähr geleistet.
Ein gesunder Block aus einer Aluminium- Magnesium-Legierung mit mindestens 75 Aluminium und 5 bis 15 % Magnesium wird, nachdem er auf eine-Temperatur über<B>290'</B> C, aber unter dem Punkt beginnender Schmel zung vorgewärmt wurde, rasch auf eine Be- arbeitungstemperatur, die unterhalb 315 C und auch unterhalb der Vorwärmungstem- peratur, jedoch nicht unterhalb 245 C liegt,
abgekühlt und dann in diesem Temperatur bereich mechanisch verarbeitet. Die Vorwär- mung unter dem Punkt beginnender Schmel zung des am leichtesten schmelzenden Be standteils der Legierung begünstigt die Be- arbeitbarkeit durch Erzeugung eines mehr oder weniger gleichförmigen Gefüges in dem Legierungsblock und sollte daher genügend lange für diesen Zweck fortgesetzt werden.
Im Falle eines Legierungsblockes mit etwa 6 % Magnesium, Rest Aluminium, von 95 mm Dicke, 305 mm Breite und 61.0 mm Länge genügt eine Vorwärmung von 20 Stunden reichlich. Die Vorwärmezeit schwankt aber erheblich mit der Blockgrösse, mit der Kon- zentration,des Magnesiums und der sonstigen Legierungselemente in der Legierung und mit der Temperatur, auf der der Block ge halten wird.
Die richtige Vorwärmzeit kann unschwer durch einfachen Versuch innerhalb des angegebenen Temperaturbereiches be stimmt werden. Aluminium-Magnesium-Le gierungen mit 5 bis 15 % Magnesium können zwar zufriedenstellend über 290 C, aber un ter der Temperatur beginnender Schmelzung vorgewärmt werden; doch hat es sich gezeigt, dass bei einem Magnesiumgehalt von etwa 10% oder mehr in den Legierungen bessere und zuverlässigere Ergebnisse erzielt werden, wenn die Vorwärmung bei Temperaturen über 400 ausgeführt wird. Für Aluminium legierungen mit 5 bis 15 % Magnesium hat sich eine Vorwärmtemperatur von etwa 425 bewährt; indessen sollte die Behandlung immer in einem Vorwärmbereich über 290 , jedoch unter dem Punktbeginnender Schmel zung stattfinden.
Der nach obigen Regeln vorgewärmte Legierungsblock wird nun rasch auf die Temperatur abgekühlt, bei welcher die Be arbeitung stattfindet. Wie oben erwähnt, besteht, wenn der Vorwärmbereich höher als 315 C ist, ein Temperaturbereich, in dem eine zufriedenstellende Bearbeitung nicht möglich ist. Zwecks raschen und wirtschaft lichen Arbeitens sollte das Abkühlen des Blockes durch diesen Zwischenbereich so rasch als möglich geschehen, was, wie sich gezeigt hat, die gute Bearbeitbarkeit der Le gierung nicht beeinträchtigt.
Es wurde gefunden, dass Aluminium- Magnesium-Legierungen mit etwa 6 % Mag nesium auf Temperaturen vorgewärmt wer den können, die nicht wesentlich über der Bearbeitungstemperatur liegen, und dass sol ehe Legierungen auf vorzugsweise 315 C vorgewärmt und dann rasch auf 290 C ab gekühlt und bei dieser Temperatur verarbeitet werden können. Bei steigendem Magnesium gehalt, zum Beispiel bei etwa 7 % Magne sium, hat es sich am besten bewährt, die Le gierungen auf Temperaturen über 315 C vor zuwärmen, rasch auf eine unterhalb 315 C liegende Temperatur abzukühlen und zwi schen 260 C und der genannten Tempera- tur zu bearbeiten.
Das Wort "rasch" ist hier nur vergleichsweise zu verstehen, zum Bei spiel im Sinne einer Kühlung in Luft im Vergleich zu einer Abkühlung in oder mit einer sich langsam abkühlenden Vorwärm einrichtung, beziehungsweise einem entspre chenden Ofen. Die Zeit des Überganges von der Vorwärmtemperatur zur Bearbeitungs temperatur kann künstlich verkürzt werden; doch ist die übliche Praxis der Anmelderin, den Block nach Entfernung aus der Vorwärm einrichtung in Luft so abkühlen zu lassen, dass keine erhebliche Behinderung der Wärmeabfuhr durch Strahlung oder Leitung eintritt.
Es wurde gefunden, dass der Temperatur bereich, innerhalb dessen die Verarbeitung des richtig vorgewärmten Blockes erfolgreich durchführbar ist, zwischen 245 C und 315 C liegt. Auch hier wird, wie bei der Vorwärm temperatur, der bevorzugte Bearbeitungstempe- raturbereich mit steigendem Magnesiumgehalt kleiner und bei einem Magnesiumgehalt von etwa<B>10%</B> oder mehr wird der Bearbeitungs- temperaturbereieh vorzugsweise auf 260 bis <B>300'</B> C beschränkt.
Gute Ergebnisse kön nen aber erzielt werden, wenn die Legierun gen innerhalb des vorher angegebenen Tem peraturbereiches verarbeitet werden. Bei einer praktischen Ausführung des Verfahrens, die darin besteht, dass auf Temperaturen über<B>290'</B> C vorgewärmt, rasch auf die Be arbeitungstemperaturen abgekühlt und der Block zwischen 245 C und 315 C ver arbeitet wird, sind gleichförmig weit bessere Ergebnisse als bisher möglich erzielt worden, und es wurden erfolgreich in erheblichen und handelmässigen Mengen aus Aluminium-Mag- nesium-Legierungen geformte Waren her gestellt.
Bekanntlich können nur wenige alumi- niumreiche Legierungen mit erheblichen Men gen von Legierungszusätzen nach Vorwär- mung von der Blockform ohne weiteres bis zur Endform mechanisch und heiss bearbeitet. werden, und oft verhindert an einem gewissen Punkt während der Heissbearbeitung das Mass der dem Block bereits aufgezwungenen Strek- kung eine befriedigende Weiterverarbeitung.
Dies gilt auch für die Aluminium-Magne sium-Legierungen, mit denen sich die Er findung befasst, und beim Ausstrecken des Legierungsblockes zur gewünschten Endform kann es an einem oder mehreren Punkten erforderlich werden, die Bearbeitung zu un terbrechen und das Metall nachzuerhitzen. Die Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem das weitere Nacherhitzen nötig wird, kann von geschulten Arbeitern rasch getroffen werden und hängt nicht bloss von der Zusammen setzung der Legierung, sondern auch von der Schärfe und der Art der vorherigen mecha nischen Bearbeitung ab, je nachdem, ob es sich um Walzen, Schmieden, Strangpressen oder dergleichen handelt.
Das Verhaltendes Metalles unter der Einwirkung der Bearbei tungskräfte ist ein Anzeichen für das Mass von weiterer Verarbeitung, die man vorneh men darf, bevor ein Nacherhitzen nötig wird. Im Falle von Aluminium-Magnesium-Legie rungen ist es bei höheren Magnesiumgehalten besonders wahrscheinlich, dass eine oder meh rere Zwischenerhitzungen erforderlich sind, da solche Legierungen weniger duktil oder plastisch als Legierungen mit zum Beispiel nur 5 oder 6 % Magnesium sind.
Unabhängig vom Magnesiumgehalt der Legierung sollte aber das Metall, sobald die Erfahrung zeigt, dass eine mechanische Weiterbearbeitung Schaden anrichten könnte, erneut dem neuen Verfahren unterworfen werden, wobei dann die Weiterverarbeitung zur endgültigen Form oder bis zu einer erneuten Anwendung des Verfahrens vorgenommen werden kann.
Es wurde gefunden, dass die Bearbeitung durch richtige Wahl von Legierungsbestand teilen von hoher Reinheit erleichtert wird, und demgemäss' wird vorzugsweise der Gehalt an Verunreinigungen im Endprodukt auf we niger als 0,4% beschränkt, soweit jeweils wirtschaftlich möglich. Diese Verunreinigun gen bestehen gewöhnlich aus geringen Men gen von Eisen, Silizium, Kupfer oder son stigen nicht absichtlich in die Gattierung hineingebrachten Stoffen, die in gewissem Masse von vornherein im Aluminium vorhan den sind.
Man erzielt zwar die besten Er gebnisse mit Legierungen, die weniger als 0,4% Verunreinigungen enthalten; doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, da nach ihr auch Legierungen mit höherem Ge halt an Verunreinigungen erfolgreich ver arbeitbar sind.