Aluminiumlegierung. Die Erfindung betrifft eine Aluminium legierung, die einer thermischen Behandlung nicht unterzogen werden muss, um ihre besten physikalischen Eigenschaften zu ergeben.
Schon in den Anfängen der Verwendung von Aluminium stellte es sich heraus, dass Aluminium an und für sich wegen seiner ge ringen Festigkeit (selbst im kalt bearbeiteten Zustand) für viele Zwecke wenig brauchbar ist. Infolge des Bedarfes nach einem Werk stoff, der das geringe Gewicht von Alu minium mit einer dem Stahl nahe kommen den Festigkeit vereint, tauchten Aluminium legierungen auf, welche einer thermischen Behandlung unterzogen wurden und altern mussten, um ihre grösste Festigkeit zu er langen.
Eine Aluminiumlegierung von der Art der sogenannten Duraluminiumlegierun- gen, die 4% Kupfer,<B>0,5%</B> Magnesium und 0,5 % Mangan enthält, ist ein bekanntes Bei spiel dieser Art von gekneteten und einer Wärmebehandlung unterzogenen L egierun- gen. Um die grösste Festigkeit dieser Legie rung zu erzielen, muss eine derartige Legie- rung während kurzer Zeit auf einer Tempe ratur von<B>510'</B> C gehalten und dann rasch auf eine viel niedrigere Temperatur - ge wöhnlich Luft- oder Zimmertemperatur abgekühlt werden.
Die Legierung kann dann durch mehrere Tage bei gewöhnlicher Tem peratur belassen oder auf eine etwas höhere Temperatur gebracht und bei dieser durch einige Stunden belassen werden, um das Al tern zu begünstigen. Auf diese Weise be handelte Legierungen zeigen im allgemeinen geringere Widerstandsfestigkeit gegen Kor rosion als solche, die keine Wärmebehand lung erfahren haben; die Verringerung der Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion ist von besonderer Wichtigkeit, wenn die Legie rung Salzwasser oder einer Salzwasseratmo- sphäre ausgesetzt ist.
Thermisch behandelte Legierungen dieser Art besitzen zwar eine höhere Festigkeit als die Legierungen ohne thermische Behand lung, aber ,die thermische Behandlung ver teuert .das Endprodukt und legt überdies der Formgebung gewisse Beschränkungen auf, und zwar wegen des Verziehens, das sioh bei plötzlicher Abkühlung von einer höheren Temperatur aus einstellen kann. Überdies können einer thermischen Behandlung nicht unterzogene Legierungen ohne wesentliche Einbusse an wertvollen physikalischen Eigen schaften in :
der Nähe der Schweissstelle ge schweisst werden, wogegen thermisch behan delte Legierungen unter ähnlichen Bedingun gen durch,die Einwirkung der Schweisshitze auf die Struktur der Legierung eine Ver ringerung der Festigkeit erfahren. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer billigeren aber festen Legierung, die keiner thermi schen Behandlung bedarf, um besonders gün stige physikalische Eigenschaften aufzu weisen.
Einer der Zwecke der Erfindung besteht sonach darin, eine Legierung zu schaffen, die grosse Festigkeit ohne besondere thermische Behandlung aufweist. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, eine Legierung zu schaf fen, die beim Stehen bei gewöhnlicher oder ein wenig höherer Temperatur nach rascher Abkühlung von ,der Anlasstemperatur nicht altert, und endlich bezweckt die Erfindung eine Legierung zu schaffen, die hohe Festig keit aufweist, ohne etwas von der Wider standsfähigkeit gegen Korrosion einzu büssen.
Es ist gefunden worden, :dass eine Legie rung aus 0,1 bis 3,5 % .Magnesium, 0,05 bis 0,45 % Kupfer, 0,1 bis 1 % Mangan, 0,1 bis 0,5 % Chrom und Aluminium als Rest einen Werkstoff von besseren mechanischen Eigen schaften liefert als andere Legierungen ohne Wärmebehandlung unter ähnlichen Bedin gungen der kalten Bearbeitung oder des Glühens. Die Legierung hat eine ungewöhn lich hohe Zugfestigkeit und Streckgrenze selbst im ausgeglühten Zustand gegenüber !den gewöhnlichen, bisher bekannten und ver wendeten Legierungen.
Die Dehnungswerte sind im - Vergleich zu andern Legierungen vergleichbarer Festigkeit ebenfalls hoch. Ausserdem bleiben, diese Eigenschaften bei wiederholten Erwärmungen und Abkühlun gen im wesentlichen unverändert, was im Gegensatz zum Verhalten von Legierungen steht, die einer Wärmebehandlung bedürfen, um ihre volle Festigkeit zu erlangen.
Diese einzige Wirkung der Legierung nach wieder holten Erwärmungen und Abkühlungen liegt nach der Meinung .der Anmelderin darin, da.ss das Magnesium und das Kupfer im Alu minium sowohl bei gewöhnlicher, als auch erhöhter Temperatur in praktisch vollkom mener Lösung auftreten. Ungleich den Le gierungen, die eine Wärmebehandlung er fahren haben, liefert die vorliegende Kom position keine übersättigte feste Lösung, wenn sie von einer Temperatur von etwa 510 C auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
Belässt man die vorliegende Legierung während mehreren Tagen bei Zimmertempe ratur oder erwärmt man sie auf eine etwas höhere Temperatur, so entsteht weder eine Ausscheidung noch eine andere Änderung der innern .Struktur der Legierung. Die Lö sung von Kupfer und Magnesium ist gleich falls günstig, da sie die Festigkeit der Legie rung erhöht, indem die Moleküle .dieser Ele mente inniger mit denen von Aluminium in einer festen Lösung verbunden sind, als wenn sie ungelöst bleiben. Feste Lösungen zeigen im allgemeinen eine grössere Festigkeit als die reinen Metalle, aus welchen sie bestehen.
Feste Lösungen zeigen gewöhnlich eine grobkörnige Struktur, wenn sie nach kalter Bearbeitung ausgeglüht werden. Die An- melderin hat es deshalb für nötig .gefunden, der Legierung sowohl Mangan, als auch Chrom zuzusetzen, um ein gleichmässiges feines Korn zusichern. Diese Elemente sind in Aluminium praktisch unlöslich und -beein flussen das Verhalten von Magnesium und Kupfer in keiner Weise.
Die verbesserte Beschaffenheit der .erfin dungsgemässen Legierung ist am besten aus dem Vergleich ihrer Eigenschaften mit jenen der bekannten Aluminiumlegierungen, .die keiner Wärmebehandlung unterzogen wur den, zu ersehen. Die Zusammensetzung der untersuchten Legierungen ist in der folgen den Tabelle angegeben. A, B und C sind erfindungsgemässe Legierungen,<I>D,</I> E, <I>F</I> da- gegen sind gewöhnliche, nicht wärmebehan delte Legierungen, die im weiten Umfang verwendet wurden.
EMI0003.0002
<I>Tabelle <SEP> der <SEP> Zusammensetzung <SEP> der</I>
<tb> <I>@lluryiiinizcfiilegieruiagen:</I>
<tb> Legie- <SEP> Mg <SEP> Mn <SEP> Ca <SEP> Cr <SEP> si
<tb> rung
<tb> A <SEP> 3,1<B>1</B> <SEP> 0,50 <SEP> 0,41 <SEP> 0,26 <SEP> B <SEP> 3,09 <SEP> 0,52 <SEP> 0,21 <SEP> 0,26 <SEP> C <SEP> 1,37 <SEP> 0,52 <SEP> 0,42 <SEP> 0,25 <SEP> D <SEP> - <SEP> 1,25 <SEP> - <SEP> _- <SEP> E <SEP> 1,0 <SEP> 1,25 <SEP> - <SEP> _- <SEP> - <SEP> 5p Aus den Legierungen wurden Bleche nach .den gebräuchlichen Warm- und Kalt- walzverfahren mit den erforderlichen, zwi schendurch vorgenommenen Ausglühungen hergestellt. Es wurden dann Proben im völ lig harten oder kalt gewalzten und im aus geglühten Zustand untersucht.
Das Aus glühen des hartgewalzten Materials wurde bei etwa 412 C vorgenommen, um alle von der Bearbeitung herrührenden Spannungen zu entfernen. Als völlig hart wird hier .das Material bezeichnet, das in der Dicke um 75 % oder mehr durch Kaltwalzen eines ur sprünglich ganz weichen oder ausgeglühten Materials reduziert wurde.
Die Überlegenheit der erfindungsgemässen Legierungen im ausgeglühten Zustand über die gewöhnlichen Legierungen ergibt sich aus dem Vergleich der Werte physikalischer Grössen in der naehstehenden Tabelle.
EMI0003.0010
<I>Ausgeglühtes <SEP> Blech:</I>
<tb> Legie-<U>I</U> <SEP> Kg <SEP> pro <SEP> mm2 <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> /o
<tb> rung <SEP> zugfestigkeit <SEP> I <SEP> Streekgrenze <SEP> bei <SEP> 51 <SEP> mm <SEP> Länge
<tb> A <SEP> 27,07 <SEP> 12,87 <SEP> 22,2
<tb> ss <SEP> 26,51 <SEP> 12,58 <SEP> 21,8
<tb> C <SEP> 20,74 <SEP> 8,37 <SEP> 19,7
<tb> D <SEP> 11,25 <SEP> 3,52 <SEP> 40,0
<tb> E <SEP> i <SEP> 18,28 <SEP> 7,03 <SEP> 20,0
<tb> F <SEP> 11,25 <SEP> 3,52 <SEP> 40,0 Die Legierungen <I>A, B</I> und C zeigen eine bedeutende :
Steigerung der Festigkeit gegen über den Legierungen D, E und F bei be friedigender Dehnung. Die Legierung E, die bisher für eine der festesten Legierungen ohne thermische Behandlung galt, steht hin sichtlich der Zugfestigkeit und der :Streck grenze beträchtlich hinter :den Legierungen <I>A</I> und<I>B.</I>
Ein weiterer Beweis für die bessere Be schaffenheit der erfindungsgemässen Legie rungen ergibt sich aus den physikalischen Eigenschaften der hartgewalzten Mate rialien; die folgende Tabelle vergleicht die erfindungsgemässen und die bisher allgemein verwendeten Legierungen.
EMI0003.0018
<I><U>Hart <SEP> gewalzte <SEP> Legierung</U>en:</I>
<tb> Legie <SEP> Kg <SEP> pro <SEP> mm2 <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> o/o
<tb> rung
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (Streckgrenze <SEP> bei <SEP> 51 <SEP> mmLänge
<tb> A <SEP> 44,08 <SEP> 39,51 <SEP> 5,2
<tb> B <SEP> 41,97 <SEP> 37,83 <SEP> 4,8
<tb> C <SEP> 33,89 <SEP> 31,50 <SEP> 4,2
<tb> D <SEP> 20,39 <SEP> <B>1</B>7,58 <SEP> 4,0
<tb> E <SEP> 29,53 <SEP> 26,72 <SEP> 3,0
<tb> F <SEP> 20,39 <SEP> 18,28 <SEP> 10,0 Die Stabilität der physikalischen Eigen schaften .der erfindungsgemässen Legierun gen, unter Bedingungen, welche gewöhnlich eine Steigerung der Festigkeit thermisch be- handelbarer Legierungen herbeiführen,
wird durch die folgenden Tabellen veranschau licht. Die Proben der ersten Gruppe wurden durch 15 Minuten bei<B>510</B> C gehalten und dann durch Eintauchen abgekühlt. Die Muster der zweiten Gruppe erfuhren die gleiche thermische Behandlung, wurden aber ausserdem :durch Erhitzen auf 160 C durch 18 .Stunden gealtert.
EMI0003.0028
<I><U>Thermisch <SEP> be</U>handelte <SEP> Legierungen:</I>
<tb> Legie-<U>I</U> <SEP> Kg <SEP> pro <SEP> mm' <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> /o
<tb> rung <SEP> Zugfestigkeit <SEP> I <SEP> Streckgrenze <SEP> bei <SEP> 51 <SEP> mm <SEP> Länge
<tb> A <SEP> 27,49 <SEP> 13,15 <SEP> 20,8
<tb> B <SEP> 25.52 <SEP> 11,81 <SEP> 21,3
<tb> C <SEP> 20,74 <SEP> 8,79 <SEP> 15,8
EMI0004.0001
<I>Thermisch <SEP> behandelt <SEP> und <SEP> gealtert:
</I>
<tb> Legie <SEP> <B>Kg</B> <SEP> pro <SEP> mm' <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> /o
<tb> rung
<tb> Zugfestigkeitl <SEP> Streckgrenzel <SEP> bei <SEP> 51 <SEP> mm <SEP> Länge
<tb> A <SEP> 28,90 <SEP> 15,12 <SEP> 21,7
<tb> B <SEP> 26,44 <SEP> 12,87 <SEP> 22,0
<tb> <B>0</B> <SEP> 21,51 <SEP> 9,56 <SEP> 19,3 Aus diesen Resultaten und den bei aus geglühten Legierungen erhaltenen, ergibt sich, dass die Festigkeit .der erhitzten Pro dukte nur geringe Unterschiede aufweist.
Die Tabelle zeigt weiter, dass beim Altern nur eine igeringe Änderung der Festigkeit eintritt, woraus hervorzugehen scheint, dass alle bei höherer Temperatur löslichen Be standteile bei gewöhnlicher oder nur schwach erhöhter Temperatur in Lösung bleiben.
Die verbesserte Widerstandsfähigkeit der erfindungsgemässen Legierungen gegen Kor rosion ist aus folgendem zu ersehen. Probe- stücke derselben wurden abwechselnd in eine MM- e Lösung von Kochsalz und 0,3 Wasserstoffsuperoxyd eingetaucht und dar aus herausgezogen. Muster einer in wohl bekannter Weise thermisch behandelten, durch Eintauolien abgekühlten und natürlich gealterten Aluminiumlegierung, die etwa 4 Kupfer, 0,5 % 3'Iagnesium und 0,5 ,wo Mangan enthielt, wurden zusammen mit ausgeglüh ten Mustern der Legierungen <I>A, B</I> und C behandelt.
Die thermisch behandelte Legie rung wurde durch bloss 24 Stunden der Prü fung ausgesetzt, die Proben der übrigen Le gierungen wurden der Prüfung noch durch weitere 24 Stunden unterworfen. Die Ein bussen an physikalischen Eigenschaften im Vergleich zu,den ursprünglichen Eigenschaf ten der nicht korrodierten Legierungen sind als prozentuelle Abnahme aus der folgenden Tabelle ersichtlich.
EMI0004.0028
<I>Verluste <SEP> physikalischer <SEP> Eigenschaften <SEP> korrodierter <SEP> Legierungen <SEP> in <SEP> Prozenten:</I>
<tb> Legierung <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Streckgrenze <SEP> Dehnung
<tb> Thermisch <SEP> behandelte
<tb> Legierung <SEP> mit <SEP> 4% <SEP> Cu,
<tb> <B>0,5%</B> <SEP> Mg, <SEP> <B>0,5%</B> <SEP> Mn <SEP> -19 <SEP> -6 <SEP> -63
<tb> A <SEP> -6 <SEP> -1 <SEP> -36
<tb> B <SEP> -8 <SEP> -1 <SEP> -41
<tb> C <SEP> -6 <SEP> -3 <SEP> -28 Die vorstehenden vorteilhaften Eigen schaften stellen sich ein bei 0,1 bis 3,5 Magnesium, 0,05 bis 0,45% Kupfer, 0,1 bis 1 % Mangan und 0,1 bis<B>0,5%</B> Chrom.
Wird besondere Leichtigkeit der Bearbeitung ge wünscht, nicht aber grösste Festigkeit, so kann eine kleinere Gesamtmenge der Zusätze genügen. Für allgemeine Zwecke ist es aber vorzuziehen, 1,5 bis 3 % Magnesium, 0,2 bis 0,4% Kupfer, 0,4 bis<B>0,8%</B> Mangan und 0,15 bis 0,
4% Chrom zu verwenden. Jeden falls müssen Magnesium und Kupfer un ter der Höchstgrenze der Löslichkeit bei der festen Lösung bei Zimmertemperatur ge- halten werden. Es ist daher :die obere Grenze für Magnesium mit 3,5 und für Kupfer mit 0,45 % angegeben.
Um die besten Ergebnisse zu erzielen und doch eine leicht bearbeitbare Legierung zu erhalten, hat es sich als vor teilhaft herausgestellt, die ständigen Verun- reinigungen des Aluminiums mit Eisen und Silicium auf insgesamt 0,3 % zu halten, ob wohl unter gewissen Umständen selbst 0,5 zulässig sein können. Unter Aluminium wird also hier vorwiegend Aluminium verstanden, das nicht mehr als 0,5 % Gesamtverunreini- gungen enthält.