CH248873A - Aluminium-Magnesium-Zink-Legierung. - Google Patents

Description

      Aluminium-Magnesium-Zink-Legierung.       Die Erfindung betrifft eine     Aluminium-          Legierung    mit     2,5-12%    Mg und     l,5-16     Zn, die zur Erzeugung von in der Wärme  gepressten Werkstücken und als Lagerwerk  stoff geeignet ist und sieh ausserdem gut dre  hen, fräsen usw., also spanabhebend bearbei  ten lässt.    Die Erfindung beruht auf der Erkennt  nis, dass die gute     Zerspanbarkeit    auf solche  Komponenten in der Legierung zurückzufüh  ren ist, die mit Aluminium im flüssigen  Zustand eine Mischungslücke bilden. Der  artige Komponenten können z. B. sein:     Pb,     Bi,     T1,    Cd, As, K, Na..

   Auch das Zinn kann  in solchen     zerspanbaren    Legierungen von  Vorteil sein und kann in Mengen bis 6,4  vorliegen.  



  Das Element, das im binären System     mit     Aluminium eine     1Vlischungslücke    im     flüssigen     Zustand bildet, kann allein oder zu mehreren  vorliegen. Seine Menge zum Grundmetall  muss so bemessen sein, dass nach dem Erstar  ren das Element in feiner     tropfenförmiger          Verteilung    in der Legierung enthalten ist.  



  Da die Erfindung eine     magnesiumhaltige     Aluminiumlegierung     betrifft,    ist aber zu be  rücksichtigen, dass das Magnesium die     Mi-          sehungslücke    der     Grundlegierung    im flüssi  gen Zustand einengen kann.

   In diesem Fall  kann der Anteil des Elementes, das im  binären System mit Aluminium im flüssigen  Zustand eine Mischungslücke bildet, entweder    erhöht werden, oder es     kann    durch den Zu  satz anderer Metalle, die eine grosse Neigung  zur Bildung     intermetallischer    Verbindungen  mit dem Magnesium zeigen, eine völlige  Lösung des Elementes, das mit dem     Alumi-          nium    im flüssigen Zustand eine Mischungs  lücke bildet, vermieden werden.  



  Es wurde auch gefunden,     da.ss    eine erfin  dungsgemässe     Aluminiumlegierung,    vorzugs  weise mit bis 9 % Mg, die noch dazu     bis    1,5  Mn enthält, ausgezeichnete Eigenschaften  aufweist; sie lässt sich gut warm pressen und  liefert -     wie    das bekannte Drehmessing   einen kurz abbrechenden Span.  



  Die Legierung enthält bis 8 % eines oder  mehrere der Elemente, die im binären System  mit Aluminium im flüssigen Zustand eine  Mischungslücke bilden. Besonders, günstig  hat sieh ein Zusatz von 1-5 % dieser Ele  mente einzeln oder zusammen     erwiesen,    wie  z. B.     Pb,    Bi,     T1,    Cd, Na, K, As usw. Ausser  dem kann sie gegebenenfalls bis     6,47o        Sn     enthalten.  



  Es ist bereits vorgeschlagen worden, zu  binären     Al-Mg-Legierungen    zum Zwecke der       Spanverkürzung        Pb        hinzuzulegieren.    Trotz  dem die auf diese Weise erhaltenen Legie  rungen bei der     Zerspanung    einen kurz ab  brechenden     Span    liefern,

   konnten sie sieh  ebenso wie die bekannten binären     Aluminium-          Magnesium-Legierungen    mit harten     inter-          metallischen        Verbindungen    nur in geringem      Umfange als     spanabhebend    zu     bearbeitender     Werkstoff in die Technik einführen. Das     ist     sowohl im einen wie im andern Fall darauf  zurückzuführen, dass ein solcher Werkstoff       schwierig    zu     ver-    und bearbeiten     ist.     



  Es sind auch     Aluminium-Zink-Magne-          siumlegierungen        in    der     Technik    bekannt, die  in manchen     Zusammensetzungen    sehr gute  mechanische Eigenschaften aufweisen.

   Diese       Legierungen    besitzen aber zum Teil     neben          einer    grossen     Spannungskorrosionsempfind-          lichkeit    vor allem auch den Nachteil, dass sie  bei der     Zerspanung    auf schnellaufenden Auto  maten einen langen, zähen Span geben, der  sich um     Werkstück    und Werkzeug wickelt       und    zu Betriebsstörungen Anlass gibt. Diese       bekannten        Aluminium-Zink-Magnesiumlegie-          rungen    sind daher zur spanabhebenden Be  arbeitung wenig     geeignet.     



  Es ist bei der erfindungsgemässen Legie  rung wesentlich, dass die Zusatzelemente in  einem besonderen     Verteilungszustand    in der       Legierung    vorliegen, denn nicht nur die An  wesenheit dieser Zusatzelemente an sich, son  dern vor allem ihr     Verteilungszustand    ist  wesentlich für die gute     Zerspanbarkeit    der       erfindungsgemässen    Legierung. Die gute     Zer-          spanbarkeit    wird am besten durch eine feine       tropfenförmige    Verteilung der Zusatzele  mente in der     Legierung    gewährleistet.

   Diese       Verteilung        wirkt    sich ausserdem auch noch  in bezug auf das     Fo:rmänderungsvermögen     der     erfindungsgemässen    Legierung     aus,    so dass  eine solche     Legierung    ausgezeichnet kalt und  warm verformbar ist,     gerade    im Gegensatz  zu solchen     Legierungen,    bei denen die Zu  satzelemente ungleichmässig und in Form  grösserer Einschlüsse     verteilt    sind.  



  Ein     vorteilhafter        Verteilungszustand    der  die     Zerspanung    fördernden Zusatzelemente in  Form einer     tropfenförmigen        Emulsion    kann  bei -der erfindungsgemässen Legierung durch       eine"    oder mehrere     Zusatzmetalle        erreicht    wer  den, die im geschmolzenen     Zustand        sowohl    mit       Pb,    Bi, Cd, TI, Na,     g,

      As     usw.    als auch mit       A1        vollkommen        mischbar    sind und vorzugs  weise ein     Eutektikum    zu bilden vermögen.    Eingehende     Untersuchungen    über die  beim     Zerspanungsvorgang        auftretende    Wech  selwirkung zwischen Werkstoff     und    Werk  zeug     führten    zu der Erkenntnis,

   dass ein  niedriger Schmelzpunkt der dem Zweck der       Spanverkürzung        dienenden    Phase von aus  schlaggebender Bedeutung für die     Zerspan-          barkeit    sein kann. Beim     Zerspanungsvorgang     treten ja bekanntlich an den Berührungsflä  chen zwischen Werkstoff und Werkzeug  erhöhte Temperaturen auf, deren Höhe vom  Werkstoff und von den     Schnittbedingungen     abhängig ist.

   Im allgemeinen ist     damit    zu       rechnen,    dass unter den bei     zerspanbaren    Alu  miniumlegierungen in der     Praxis    üblichen  Arbeitsbedingungen     Temperaturen        zwischen     100     und        300     C auftreten.

   Eine Verbesserung  der     Zerspanbarkeit    der erfindungsgemässen       Legierung    kann, wie weiter erkannt wurde,  darauf zurückgeführt werden, dass     die    Ent  stehung .eines kurz     abbrechenden    Spans bei  der     Zerspanung    die Folge der     Einschlüsse     einer     niedrigschmelzenden    Phase ist, welche  bei der an der Schneide auftretenden Tempe  ratur bereits verflüssigt     wird.    Die     Verflüssi-          g ang    dieser Phase, welche somit als     "Span-          brecher"    wirkt,     wird,

      wie weitere Versuche  ergeben haben, um so sicherer eintreten, je  kleiner die Teilchengrösse     ist    und je     niedriger     ihr     Schmelzpunkt    liegt. Aus dieser Erkennt  nis heraus ergibt sich die allgemeine Lehre,  die nicht auf die vorliegende     Legierung    und  auch nicht auf automatenfähige     Aluminium-          legierungen    allein beschränkt ist, zur Her  stellung von automatenfähigen Werkstoffen  dem automatenfähig zu machenden Werk  stoff     Legierungsbestandteile    zuzusetzen, die  in der     Grundlegierung    im festen Zustand       unlöslich    sind,

   also in Form     einer    zweiten  Phase mit möglichst     niedrigem        Schmelzpunkt     vorliegen, so dass bei den während des     Zer-          spanungsvorganges    an den Werkzeugschnei  den     auftretenden    Temperaturen eine Verflüs  sigung der zweckmässig im Zustand feinster  Verteilung befindlichen Teilchen der zwei  ten Phase     eintritt.     



  Diese neuen     Erkenntnisse    bringen auch       die    Erklärung dafür, dass sich Zinn, obwohl      an sich in Aluminiumlegierungen im flüssi  gen Zustand löslich, in der Legierung des  halb     spanverkürzend    wirken kann, weil es  nämlich in der Legierung als     zweite    Phase,  und zwar als das bei 229  C schmelzende       Eutektikum        Al-Sn        auftritt,

      das bei den wäh  rend der     Zerspanung        auftretenden    Tempera  turen     verflüssigt    wird und somit eine oder  die Ursache für die kurz abbrechenden Späne  der     zinnhaltigen        Legierung    ist.  



  Die     Zerspanbarkeit    der erfindungsge  mässen Legierung kann aber selbst auch noch  durch     einen    heterogenen     Gefügezustand    der       Legierung    erhöht werden. Ein solcher     kann          beispielsweise    durch Abschrecken oder Luft  abkühlen der erfindungsgemässen     Legierung     nach einer     Glühung    bei 350-500  C und  nachfolgendem Anlassen     zwischen   <B>100</B>     bis     250  C erreicht werden.  



  Die erfindungsgemässe Legierung besitzt  ungefähr dieselbe     Zerspanbarkeit    wie das  Drehmessing, das sie gegebenenfalls ersetzen  kann. Sie gibt bei der Bearbeitung mit span  abhebenden Werkzeugen eine saubere, glän  zende Oberfläche und zeigt dazu noch in  manchen     Legierungszusammensetzungen    bes  sere     technologische    Eigenschaften als das aus  zutauschende Drehmessing.

   Dabei     besteht     auch für die geglühte und abgeschreckte Le  gierung mit niedrigen Zn- und,     Mg-Gehalten     bis zu einem Gesamtgehalt an Zn und Mg von  8     %    keine     Spannun,gskorro!sionsgefahr.    Für  höhere     Gesamtgehalte    an Mg und     Zn.    ist       jedoch    eine     Luftabkühlung    des geglühten  Werkstoffes wegen der     Spannungskorrosians-          gefahr    empfehlenswert.  



  Zur Beseitigung der     Spannungskorrosions-          empfindlichkeit    dieser Gruppe der erfin  dungsgemässen Legierungen oder zur Sicher  stellung der     Korrosionsunempfindlichkeit    der  andern Gruppe kann der erfindungsgemässen  Legierung noch 0,5 %     Cr        bezw.    V oder bis  zu 2 %     Cu    zugesetzt werden.  



  Der Zusatz von     Cr,    V oder     Cu    zu     Al-Zn-          Mg-Legierungen    zur Behebung der Span  nungskorrosionsgefahr ist an sich bekannt.  Es war aber nicht vorauszusehen,     dass        diese       Metalle auch die     Spannungskorrosionsgefahr          bezw.    die Unempfindlichkeit gegen sie bei  der     erfindungsgemässen    Legierung beseitigen       bezw,    steigern oder sicherstellen können.  



  Gegenüber dem     Drehmessing    hat die er  findungsgemässe Legierung vor allem auch  noch den Vorteil, dass sie sieh sehr gut als       Lagerwerkstoff    eignet.  



  Der     Si-Gehalt    der erfindungsgemässen Le  gierung wird zweckmässig<B>0,6%</B> nicht über  schreiten, soweit nicht eine Abwandlung der       Eigenschaften    durch einen höheren Silizium  gehalt angestrebt wird.  



  Die     Herstellung    der erfindungsgemässen  Legierung im     Induktionsofen    ist     vorteilhaft.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Zur Erzeugung von Warmpressteilen und als Lagerwerkstoff geeignete, zerspanbare Aluminiumlegierung mit 2,5-12 % Mg, 1,5 bis 16 % Zn und bis 8 % mindestens eines weiteren Elementes, das im binären System mit Aluminium im flüssigen Zustand eine Mischungslücke bildet, dadurch gekennzeich net,

   dass das mit Aluminium im flüssigen Zustand eine Mischungslücke bildende Ele ment in der fertigen Legierung im festen Zustand in feiner tropfenförmiger Vertei lung enthalten ist. UNTERANS.PRtCHE 1. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie noch ein sol ches Zusatzmetall enthält, das im geschmol zenen. Zustand sowohl mit dem eine Mi schungslücke bildenden Element als auch mit Aluminium vollkommen mischbar ist und die Bildung der tropfenförmigen Verteilung er leichtert. 2.

   Legierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmetall und das eine Mi schungslücke bildende Element ein Eutekti- kum zu bilden vermögen. 3. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie noch bis 6,4 Sn enthält. 4. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie noch bis zu 0, 5 % Cr enthält.

   5. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie noch bis zu 0,5% V enthält. 6. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie noch bis zu 2 % Cu enthält. 7. Logie=g nach Patenta@nsp.ruah I, @da- -durch gekennzeiehnet, dass sie noch bis 1,5 % 112n enthält.

   PATENTANSPRUCH T1 Verfahren zur Herstellung der Legierung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass man sie nach einer bei 350-500 C durchgeführten Glühung einer aus Abkühlen und Anlassen bestehenden Wärmebehandlung zum Zwecke der lIeterogenisierung unter -Wirft.