Verfahren zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit von natiirlich alternden Aluminiumlegierungen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit von natürlich alternden Aluminiumlegierun gen, welche mehr als 50% Aluminium und einen Rest von einem oder mehreren Legie- r ungselementen enthalten.
Gewisse physikalische Eigenschaften von Aluminiumlegierungen, insbesondere von Kupfer enthaltenden Aluminiumlegierungen, können durch verschiedene thermische Be handlungen verbessert werden. Eine der häu figsten Behandlungen, die oft als Lösungs wärmebehandlung bezeichnet wird, besteht darin, das Metall einer erhöhten Temperatur (meist über 450 C) zu unterwerfen, die etwas unter dem Schmelzpunkt des am niedrigsten Schmelzenden Bestandteils der Legierung liegt. Dieses Verfahren bewirkt eine Lösung der im Grundmetall löslichen Legierungsele mente, während sich das Grundmetall auf hoher Temperatur befindet; dieser Zustand kann in der Legierung bei auf rasches Ab- kühlen oder Abschrecken folgenden norma len Temperaturen beibehalten werden und ergibt eine sofortige oder allmähliche Zu nahme der Festigkeit, Härte und Elastizität des Metalles.
Obwohl die Festigkeit und Härte der oben beschriebenen Legierungen durch die Lö- sungswärmebehandlung und das Abschrecken erhöht werden, können solche Legierungen dennoch in den üblichen Verarbeitungsver fahren unmittelbar nach dem Abschrecken mechanisch deformiert. werden. Wenn jedoch solche Legierungen einige Tage selbst bei ge wöhnlicher Temperatur liegen oder altern gelassen werden, nimmt ihre Festigkeit und Härte sogar über jene Werte hinaus zu, die sie unmittelbar nach der Lösungswärmebe- handlung und Abschreckung aufwiesen.
Diese allmähliche Änderung der physika lischen Eigenschaften bei gewöhnlichen oder Arbeitsraumtemperaturen wird als natür-# liches Altern zum Unterschied von künst- lichem Altern bezeichnet. Künstliches Altern ist gekennzeichnet durch die Wirkung einer verhältnismässig niedrigen Temperatur, die jedoch höher ist als die Arbeitsraumtempe ratur, auf im Lösungszustand befindliche Le gierungen. Natürlich alternde Legierungen sind daher solche Legierungen, die bei ge wöhnlichen Temperaturen nach der oben be schriebenen Behandlung im Lösungszustand eine Änderung gewisser Eigenschaften auf weisen, wie verringerte Dehnbarkeit und er höhte Härte und Festigkeit.
Infolge dieser Härtung, die bei solchen Legierungen von selbst erfolgt und ihre Be- arbeitbarkeit nachteilig beeinflusst, ist es häufig erforderlich, dass eine Legierung, die nach der Lösungswärmebehandlung zu ver arbeiten ist, unmittelbar nach dem Abkühlen oder Abschrecken auf normale Temperaturen und bevor natürliches Altern ihre Härte bis zu jenem Punkt erhöht, an dein sie mecha nisch nicht bearbeitet. werden kann, den Formvorgängen unterworfen wird. Es gibt kein zufriedenstellendesVerfahren, nach wel chem eine durch Altern gehärtete Legierung weich und genügend plastisch gemacht wer den kann, um die leichte Anwendung aller Verarbeitungsverfahren zu ermöglichen.
Das Metall kann zwar vor der Verarbeitung aus geglüht werden, aber das ist unzulänglich, weil das Metall alsdann nicht durch Altern erhärtet und nach dem Ausgliihvorgang nicht wieder seine früheren Eigenschaften erhält. Das einzige Hilfsmittel war, die Lösungs wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur zu wiederholen, um eine neuerliche Lösung- der Bestandteile zu bewirken und die Wir kungen der Härtung durch Altern ztu über winden und hierauf das Metall abzukühlen. Nach diesem Vorgang kann das Metall oforl verarbeitet und dann wieder altern gelasseli werden und die Eigenschaften zurückewin- nen, die ihm durch die zusätzliche Lösungs wärmebehandlung genommen wurden.
Erfindungsgemäss wird nun die Bearbeit- barkeit der mehr als 50ö Aluminium enthal tenden, natürlich alternden Aluminiumlegie rungen verbessert, indem die durch Altern ge- härteten Legierungen einer Temperatur zwi schen 225 und 300 C ausgesetzt und hier auf rasch abgekiihlt werden.
Nach einer solchen Behandlung kann das Metall im wesentlichen mit derselben Leieh- tigkeit bearbeitet werden wie unmittelbar nach dem Abschrecken voll der Temperatur der Lösungswärmebemhandlung. Ausserdem kann die Legierung nach einem auf die Be handlung folgenden natürlichen Wieder altern im wesentlichen dieselben physika- lisclhen Eigenschaften zurückgewinnen, die sie vor Ausführung des Verfahrens gehabt hat.
Die Erfindung soll nunmehr unter Bezug nahnie auf die folgenden Versuche ausführ lich beschrieben werden.
Proben einer Aluminiumlegierung, die 0.55)Mangan. 0.54 % Magne sium. 0.51% Silizitun und 0.45% Eisen ent hält, wurden der üblichen Lösungswärme- behandltnigsternlicrater unterworfen und dann rasch in kraltetem Wasser abgeschreckt. Sie zeig teil dann eine Streckgrenze von 12,76 kg/mmê. eine Zugfestigkeit voll 34.16 kg/mmê und eine Brucldehnung von 23,5%. Nach dieser Behandlung worden die Proben 4 Tage bei Arbeitsraumtenmperatur liegen gelassen. Am Ende dieses Zeiiranmes zeigten die Proben Eigenschaflen, welche sie praktisch unbear- beitbar machten ; ihre Streckgrenze betrug 26,51. kg/mmê. ihre Zugfestigkeit 45,t4 kg/mmê arid ihre Brtielidehnitnt;' ?1 ö.
Eine der Proben wurde dann für die Dauer einer hallen Minule in einem Salzbad behan- tlelt, das eine Temperatur von 250 C auf wies und winde dann rasch auf normale Temperatur abgeschreckt. Durch diese Be handlung wurde die Streckgrenze auf 14,90 kg/nmmê urid die Zugfestigkeit auf 35,97 kg/mmê verringert und die Bruchdeh nung auf 22.5 % erhöht. Diese Eigenschaften entsprechen annähernd ,jenen unmittelbar nach der I,tisungsw < irmchehandlung, welche die Legierung verhältnismässig leicht verar- beit.bar inaeliten.
Die Probe wurde dann 4 Tage bei Ar- beitsraumteinperatur liegen gelassen, und Versuche zeigten, dass ihre Streckgrenze wie der auf g6,93 kg/mmê und ihre Zugfestig keit auf 45,28 kg/mmê zugenommen und ihre. Dehnung auf 20,8 % abgenommen hatte, wor aus sich ergibt, dass die Probe nach der Be handlung von einer halben Minute bei 250 C durch Altern gehärtet wurde und dass sie im wesentlichen dieselben Eigenschaften auf- wies wie die Proben nach der auf die Lö sungswärmebehandlung folgenden Härtung durch Altern.
Andere Proben wurden in ähnlicher Weise bei derselben Temperatur während wer= schiedener Zeiträume behandelt, und die Er gebnisse dieser Versuche können wie folgt verzeichnet werden: Eigenschaften der Proben nach Lösungswärmebehandlung und Abschrecken:
EMI0003.0002
Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Bruchdehnung
<tb> 12,76 <SEP> kg/mmê <SEP> 34,16 <SEP> kg/mmê <SEP> 23,5% Eigenschaften der Proben nach Lösungswärmebehandlung, Abschrecken und viertägigem Altern bei Arbeitsraumtemperatur:
EMI0003.0003
Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Bruchdehnung
<tb> 26,51 <SEP> kg/mmê <SEP> 45,44 <SEP> kg/mmê <SEP> 21,0 <SEP> % Eigenschaften der obigen wärmebehandelten und gealterten Proben nach der Behandlung bei 250 C:
EMI0003.0004
Dauer <SEP> der <SEP> Be <SEP> and- <SEP> Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Bruchdehnung
<tb> lung <SEP> bei <SEP> 250 <SEP> C
<tb> ¸ <SEP> Min. <SEP> 14,80 <SEP> kg/mmê <SEP> 35,97 <SEP> kg/mmê <SEP> 22,5
<tb> 1" <SEP> 15,54 <SEP> 35,74 <SEP> 22,3
<tb> 2 <SEP> " <SEP> 17,82 <SEP> 35,96 <SEP> 20,3
<tb> 4 <SEP> " <SEP> 20,78 <SEP> 35,47 <SEP> 15,5 Eigenschaften der obigen wärmebehandelten und gealterten Proben nach der Behandlung bei 250 C und zusätzlichem viertägigem Altern:
EMI0003.0005
Dauer <SEP> der <SEP> Behand lung <SEP> bei <SEP> 250 <SEP> C <SEP> Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Bruchdebnung
<tb> ¸ <SEP> Min. <SEP> 26,93 <SEP> kgmmê <SEP> 45,28 <SEP> kg/mmê <SEP> 20,8
<tb> 1 <SEP> " <SEP> 26,79 <SEP> 45,07 <SEP> 20,0
<tb> 2 <SEP> " <SEP> 27,70 <SEP> 44,66 <SEP> 19,5
<tb> 4 <SEP> " <SEP> 27,95 <SEP> 42,33 <SEP> <B>15,5%</B> Die Versuche zeigen, da,ss für die be schriebene besondere Legierung eine Verrin gerung der Streckgrenze und Zugfestigkeit.
der durch Altern gehärteten Legierung be- wirkt werden kann, wenn sie auf eine Tem peratur zwischen 225 und 300 C erwärmt wird, und sie zeigen ferner, dass die Behand lung bis zu einer Dauer von 5 Min. fort- gesetzt werden kann. Wenn die Legierung während längerer Zeit erwärmt wird, wird die Bruchdehnung durch die Behandlung ver ringert. Aus diesem Grunde kann die Legie rung am besten verarbeitet werden nach einer Behandlung bei obgenannten Temperaturen, die von 15 Sek. bis zu 2 Min. dauert, vor zugsweise 1 Min. oder weniger.
Wird die Le gierung während länger als 4 Min. erwärmt, so verliert sie überdies ihre Fähigkeit, nach dieser Behandlung durch Altern zu härten, so dass sie daher diejenige Festigkeit und Härte nicht wieder erlangt, die sie als durch Altern gehärtete Legierung vor der Behand lung hatte.
Andere durch natürliches Altern härt- bare Legierungen auf Aluminiumbasis sind dem Legierungsfachmann bekannt. Ohne Einschränkung des Rahmens der Erfindung können Legierungen auf Aluminiumbasis genannt werden, die beträchtliche Mengen Magnesium und Silizium enthalten. Die Er- findung wurde erfolgreich auf eine besondere Legierung dieser Art angewendet, die an nähernd 0,7% Silizium, 1,25% Magnesium und 0,25% Chrom enthielt, während der Rest aus Aluminium mit den üblichen Ver- unreinigungen bestand.
Wie oben erwähnt wurde, ist das Verfahren auf jede natürlich alternde Legierung mit mehr als 50% Alu minium anwendbar, ohne Rücksicht auf die Menge und Verschiedenheit der andern Le gierungsbestandteile.