Verfahren zur Warmaushärtung von ausscheidungshärtbaren Metall-Legierungen.' Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Warmaushärtung von solchen aussehei- dungshärtbaren Legierungen,
welche nach der Abschreckung von der Temperatur -der Lö- sungsglühung bei Raumtemperatur spontan altern und bei welchen eine solche Kalt aushärtung beiden Temperaturen der Warm aushärtung gar nicht oder nur unvollständig rückgebildet wird. Vorzugsweise soll die Er findung bei solchen LegieL-,ingen und Tempe raturen angewendet werden, bei denen die '6#'rarmausliärtung und damit die Änderung des unterkühlten Mischkristalles als ein ein stufiger Vorgang abläuft.
Die oben genannten Voraussetzungen tref fen beispielsweise bei den Aluminiumlegerun- gen des Typus Al-Mg-Si zu. Diese Legierrin- gen sind sowohl kalt- als auch warmaushärt- ba.r. Es war lange Zeit unbekannt, ob diese Legierungen überhaupt eine Rückbildung der Kaltaushärtung bei höheren Temperaturen aufweisen.
Erst in neuerer Zeit wurde gefun den, dass bei Temperaturen, die um min destens 25 bis 45 höher als die höchsten üblicherweise benützten Warmaushä rtungs- temperaturen liegen, eine teilweise Rückbil dung stattfindet.
Die handelsüblichen Aliiminiiunlegierun- gen dieser Gattung enthalten als die wesent lichsten Legierungselemente Magnesium -Lund Silizium in einer solchen Höhe, dass die Summe beider Elemente im allgemeinen zvi- sehen 1 und 3 /a liegt.
Jede Veränderung im -Aufbau des unter kühlten Mischkristalles (AusseheidLung oder Vorbereitung dazu und/oder einphasige Ent- ini.sehung), welche bei andern als den Warm aushärtetemperaturen stattfindet und nach deren Erreichen nicht mehr zurückgeht, er scheint daher für die Warmaushärtung schädlich, weil sie den von den Veränderun gen betroffenen Teil des Mischkristalles daran hindert, warm auszuhärten. Bei allen Legie rungen,
bei welchen die Temperatur der Warmaushärtung noch nicht ausreicht, um eine einmal eingetretene Kaltaushärtung wie der rückgängig zu machen, das heisst den Zu-. stand des unterkühlten Mischkristalles wie der herzustellen, muss ausser den - durch zu langsames Abschrecken verursachten - Aus scheidungen bei höherer Temperatur auch jede einphasige Entmischung (Kaltaushär tung) bei tieferen Temperaturen verhindert werden.
Magnetische Messungen an kupferhaltigem. Aluminium haben bereits zu der Anschauung geführt, dass die Kaltaushärtung eine Art Sackgasse darstelle und daher vor der Keim bildung als Vorstufe der heterogenen Aus scheidung die negative Diffusion der gelösten Fremdatome wieder aufgelöst werden müsse.
Es ist jedoch daraus nicht der Schluss gezo gen worden, dass -deshalb .bei denjenigen Le gierungen, bei denen die Temperatur der Warmaushärtung nicht ausreicht, diese nega tive Diffusion aufzulösen (rückzubilden), vor Beginn der 'Warmaushärtung jede Kaltaus härtung vermieden werden muss. im allgemei nen wird jedenfalls die Auffassung, .vertreten, dass die Kaltaushärtung eine Vorstufe der Warmaushärtung darstelle;
es gibt sogar Le- ggi.erimgen, z. B. der Gruppe Al-Zn-Mg-Cu, bei denen die Aushärtung bei Temperaturen oberhalb 100 C zu höheren Festigkeiten. führt, wenn die Legierungen vorher bei Rahmtemperatur kalt ausgehärtet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegen Er kenntnisse über die Zerfallskinetik des unter kühlten Mischkristalles zugrunde, die zu nächst dargestellt werden müssen.
Der Aluminiiunmischkristall (als Beispiel für einen Mischkristall) vermag im festen Zustand bei höheren Temperaturen dicht unterhalb des Schmelzpunktes des am nieder sten schmelzenden Eutektikums eines oder mehrerer Legierungselemente mit dem Al er heblich höhere Gehalte an diesen Legierungs elementen aufzunehmen (zu lösen) als etwa bei Raumtemperatur. Die durch eine Glühung bei diesen Temperaturen (Lösungsglühung) erzeugte feste Lösung (gesättigter Misch kristall)
kann unter gewissen Umständen (ge nügend hohe Abkühlungsgeschwindigkeit) auf tiefere Temperaturen gebracht werden, ohne äass sieh die Konstitution der festen Lösung sofort ändert (Unterkühlung). Bei diesen tieferen Temperaturen ist die Löslichkeit klei ner, der Mischkristall ist also übersättigt und entspricht nicht dem Gleichgewichtszustand, der bei dieser Temperatur sich, einstellen müsste.
Wird die Unterkühlungstemperatur konstant gehalten, dann strebt der instabile unterkühlte Mischkristall mit einem bestimiii- ten Zeitgesetz, das für die betreffende Tempe ratur charakteristisch ist, einem bestimmten Gleichgewichtszustand zü, welcher wieder für die betreffende Temperatur charakteristisch ist. Dabei können unter Umständen zwei oder mehrere Vorgänge zeitlich neben- oder nach einander bei derselben Temperatur ablaufen, ehe der Gleichgewichtszustand erreicht ist.
Ein stark schematisiertes Bild der Tempe raturabhängigkeit der Zerfallskinetik des un- terkühlten Mischkristalles würde etwa wie folgt aussehen: Abgesehen von den jeweiligen Grenzgebie ten sind im wesentlichen drei grosse Tempera turgebiete zu unterscheiden: Bei Unterküh lung .auf Temperaturen zwischen etwa 400 und 300 , wobei diese Zahlenangaben nur als rohe Anhaltswerte gelten sollen, .erfolgt eine reine Ausscheidung der überschüssigen Phase.
Gleichzeitig nimmt die Härte während der isothermen Änderung des unterkühlten Misch kristallen ab (isotherme Weichglühung). Nach einem mehr oder weniger breiten Übergangs gebiet folgt bei Temperaturen zwischen etwa 220 und 150 C das eigentliche Gebiet der Warmaushärtung, das dadurch charakteri siert wird, dass .die Härte und andere Festig keitswerte sehr stark ansteigen (und bei Über alterung .unter Umständen auch wieder zu rückgehen).
Dann erfolgt bei den tieferen Temperaturen bis zur Raumtemperatur und darunter die eigentliche Kaltaushärtung. Bei einzelnen Legierungen, wie z. B. bei den Al-Cu-Mg-Legierungen, dehnt sich ein Grenz gebiet, in .dem sowohl eine Kalt- wie eine -V#@'armatishärtung zeitlich nacheinander ab läuft, nach oben bis etwa 200", bei Al-Ag bis etwa 180 C aus. Dieses Grenzgebiet, in dem die Aushärtiuig in zwei deutlich getrennten Phasen vor sich geht, hat wohl .dazu beigetra gen, die bisherige Auffassung eines mehrstufi gen Charakters der Warmaushärtung zu stützen.
Aber auch bei den angegebenen Le gierungen existiert oberhalb der angegebenen Temperaturen ein Temperaturgebiet, in dein direkt aus dein Mischkristall die Warmaushär tung als einstufiger Vorgang abläuft.
Die für die Erfindung wichtigste Er kenntnis ist die, dass die Warmaushärtung eben der Vorgang ist, welcher bei isotheraner Änderung des unterkühlten Mischkristalles bei Temperaturen der Warmaushärtung di rekt abläuft; dass er also zu seinem unge störten Ablauf das Vorhandensein eines un veränderten unterkühlten Mischkristalles vor aussetzt; dass anderseits ebenso die Kaltaus härtung nur dann ungestört ablaufen kann, wenn bei Erreichen der Raumtemperatur noch er Mischkristall im unverändert unter kühlten Zustand vorliegt.
Wenn die oben angegebene Auffassung über die Warmaushärtung richtig ist, müssen die Erscheinungen der Warmaushärtung auch dann und unter Umständen, wie sich zeigen wird, sogar noch deutlicher, ablaufen, wenn auf das übliche Abkühlen bis auf Raumtempe ratur vor dem Warmaushärten verzichtet wird. Dafür werden im folgenden eine Reihe von Beispielen gegeben.
Beispiel <I>1:</I> Amerikanische Legierung 61.S (0,25% Cu; 1,17 % Mg; 0,7 % Si;
0,25 % Cr). Blech- abschnitte aus dieser Legierung wurden in einem geschmolzenen Salzbad von einer Tein- peratur von 178 C abgeschreckt, nachdem sie vorher bei 530 C lösungsgeglüht worden waren. Nach drei Minuten wurde die erste Probe entnommen und in kaltem Wasser ab geschreckt, sie wies eine Härte von 59 Brinell auf.
Eine zweite, nach fünf Minuten entnom mene Probe hatte bereits 66,5 Brinell, eine dritte nach 7,5 Minuten entnommene 74; eine vierte nach 15 Minuten 91; eine fünfte nach 30 Minuten 101; eine sechste nach 60 Minu- i.en 105; eine siebente nach 120 Minuten be reits 107; eine achte nach 210 Minuten 107 und eine neunte nach 360 Minuten 108 Bri- nell. <I>Beispiel 2:</I> Deutsche Al-Mg-Si-LegierLmg nach DIN 1713.
Proben aus einem Vorwalzblech dieser Legierung wurden 2i/2 Stunden bei 560 bis 570 in einem hIuffelofen lösungsgeglüht, dann wurde ein Teil der Proben in Wasser abgeschreckt, getrocknet und in Öl von 150 C armausgehärtet. Der zweite Teil der Proben wurde direkt in Öl von 150 C abgeschreckt und. darin warmausgehärtet. Nach verschiede nen Zeiten wurden jeweils eine Probe der wasserabgeschreckten und wiedererwärmten und der direkt in Öl abgeschreckten Serie aus dem Öl entnommen und in Wasser abge kühlt.
Die folgende Zahlentafel enthält die Härtewerte nach den verschiedenen Zeiten.
EMI0003.0044
Warmaushärtungsdauer <SEP> in <SEP> Stunden: <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 8 <SEP> 16 <SEP> 72 <SEP> Std.
<tb> Wasserabgeschreckt, <SEP> erwärmt <SEP> in <SEP> Öl <SEP> 102,5 <SEP> 109 <SEP> 111,5 <SEP> 116,5 <SEP> 120 <SEP> 120,5
<tb> Abgeschreckt <SEP> in <SEP> <B>öl</B> <SEP> 150<B>0</B> <SEP> C <SEP> 104;5 <SEP> 108 <SEP> 113,5 <SEP> 117,5 <SEP> 119,5 <SEP> 120,5 Beispiel <I>3:</I> Dieses Beispiel soll dem Beweis dienen, dass :
dieselbe Gesetzmässigkeit auch für an dere Aluminiumlegierungen gilt, das heisst, dass Warmaushärtung unmittelbar von der festen Lösung ausgehen kann, die lediglich auf die Temperatur der Warmaushärtung unterkühlt ist, und dass es nicht notwendig ist, zuerst auf Raumtemperatur abzuschrecken und mit einer Kaltaushärtung bei solchen tieferen Temperaturen zu beginnen, zum Zweck, damit die folgende Warmaushärtiuig einzuleiten. Dieses Beispiel soll ausserdem zei- gen, dass Aushärtung bei solchen TemperatLt- r en,
die im allgemeinen zur Warmaushärtmig von Al-Cu-Mg-Legierungen angewendet wer den, nicht ein einstufiger Vorgang ist, son dern sich zusammensetzt aus einer Aushär tung vom Typus der Kaltaushärtung (bis etwa 40 Minuten bei 160 C) und sich daran ein Abschnitt anschliesst, während dessen die physikalischen Werte sich nicht ändern (bis zu etwa 5 Stunden bei 160 C) und die End stufe in einer Aushärtung vom Typus der Warmaushärtung besteht.
3a) Aushärtung in einem Temperaturbereich, in welchem lediglich eine Aushärtung vom Typus der Warmaushärtung stattfindet:
EMI0004.0002
Temperatur: <SEP> 220 <SEP> C
<tb> Warmaushärtungszeit <SEP> 5 <SEP> sec <SEP> 20 <SEP> sec <SEP> 1 <SEP> min <SEP> 5 <SEP> min <SEP> 15 <SEP> min
<tb> Brinellhärte <SEP> 92,5 <SEP> 97,0 <SEP> 101,3 <SEP> 114,7 <SEP> 116,9
<tb> Warmaushärtungszeit <SEP> 25 <SEP> min <SEP> 40 <SEP> min <SEP> 45 <SEP> min <SEP> 55 <SEP> min <SEP> <B>.60</B> <SEP> min
<tb> Brinellhärte <SEP> 120 <SEP> 122 <SEP> 125,5 <SEP> 125,7 <SEP> 125,8
<tb> Warmaushärtungszeit <SEP> 70 <SEP> min <SEP> 80 <SEP> min
<tb> Brinellhärte <SEP> 126 <SEP> 126
<tb> Warmaushärtungszeit <SEP> 65 <SEP> min
<tb> Streckgrenze <SEP> 40,4 <SEP> kg/mm2
<tb> Zugfestigkeit <SEP> 51,9 <SEP> kg/mm2 <B>3b)
</B> - Aushärtung in einem Temperaturbereich, in welchem 1. eine Aushärtung vom-- Typus der Kaltaushärtung eintritt und nach einer mehr oder weniger langen Zwischenzeit 2. eine Aushärtung vom Typus der 'Srarmaushärtung stattfindet.
Temperatur: 160 C
EMI0004.0008
Warmaushärtungszeit <SEP> 5 <SEP> sec <SEP> 20 <SEP> sec <SEP> 1 <SEP> min <SEP> 5 <SEP> min <SEP> 10 <SEP> min
<tb> Brinellhärte <SEP> 96,3 <SEP> 102 <SEP> 106 <SEP> 109,6 <SEP> 113
<tb> Warmaushärtumgszeit <SEP> 40 <SEP> min <SEP> 3 <SEP> Std. <SEP> 5 <SEP> Std. <SEP> 10 <SEP> Std. <SEP> 32 <SEP> Std. <SEP> 96 <SEP> Sud.
<tb> Brinellhärte <SEP> <B>113,5</B> <SEP> 116 <SEP> 114 <SEP> 117 <SEP> 123 <SEP> 130
<tb> Streckgrenze <SEP> (0,2,1/o) <SEP> kg/mm2 <SEP> 31,1.
<SEP> 30,2 <SEP> 31,3 <SEP> 32,6 <SEP> 39,7 <SEP> 44,0
<tb> Zugfestigkeit <SEP> kg/mm2 <SEP> 46,2 <SEP> 45,4 <SEP> 45,6 <SEP> 48,7 <SEP> 54,8 <SEP> 53,1 Die erste Stufe bis zu etwa 10 Minuten gehört zum Typus der Kaltaushärtung, was sich insbesondere aus dem niederen Verhält nis der Streckgrenze zur Zugfestigkeit X 100 ergibt, welches charakteristisch ist für die na türliche Alterung. Beispielsweise isst dieses Verhältnis nach 40 Minuten: 67,5 017o; nach 3 Stunden: 66,5 017o; nach 5 Stunden:
68,711/o; nach 10 Stunden: 67,0 %, aber nach 32 Stun- den schon 72,611/o und nach 96 Stunden, nach dem eine Aushärtung vom Typus der Warm aushärtung eingetreten ist:
<B>83</B> 11170. Ein Streek- grenzenverhältnis von .diesem Wert ist charak teristisch für eine Aushärtung vom Typus der Warmaushäxtung, wie sich auch aus andern Beispielen ergibt, etwa aus Beispiel 3a, wo das Verhältnis nach 65 Minuten bei 220 C 78 017o beträgt.
Bei allen angegebenen Beispielen treten nach dem Abschrecken in einem Abschreck- mittel (Salz oder Öl von etwa der Warm aushärtetemperatur), welches mit Sicherheit jede Änderung bei Temperaturen unterhalb der Warmaushärtung unterbindet, alle Effekte einer Warmaushärtung ein. Damit ist der Beweis erbracht, dass die Warmaushärtung direkt aus dem unterkühlten Mischkristall bei der betreffenden' Temperatur gebildet wird, dass also keine Vorstufen notwendig sind.
Wenn also die Warmaushärtung ein Vor gang ist, der bei den Warmaushärtetempera- turen direkt aus dem unterkühlten Misch kristall abläuft, dann muss sich jede vor Be endigung des Warmaushärtens eingetretene Änderung im unterkühlten Mischkristall bei einer andern. Temperatur störend bemerkbar machen.
Die Wirkung einer solchen nicht rückgängig gemachten Veränderung des un terkühlten Mischkristalles lässt sich auf Grund einfacher Überlegungen voraussagen. Nach Ergebnissen an andern dem Gleich gewicht bei konstanter Temperatur zustreben den Systemen ist anzunehmen, dass die Warm- aushärtung dadurch verzögert wird.
Die Festigkeitswerte werden kleiner sein, erstens, weil die Aushärtung langsamer verläuft und, zweitens, weil jede .andere Änderung des 1n- terkühlten Mischkristalles zu niedereren Fe stigkeitswerten führt. Die Ausscheidung bei höheren Temperaturen führt zu sehr niederen Festigkeitseigenschaften, wie allein schon daraus hervorgeht, dass bei diesen Tempera turen weichgeglüht wird. Aber auch eine Kaltaushärtung verursacht nur eine Festig keitssteigerung, welche wesentlich niedriger als die mit Warmaushärtung erreichbaren Werte ist.
Weiter ist vorauszusehen, dass die Korrosionsbeständigkeit ungünstig beeinflusst -N ird, wenn neben der reinen Warmaushär- tungsphase eine zweite Phase vorliegt, deren elektrochemisches Potential sich unterscheidet.
Daraus ergibt sich die Hauptvorschrift der vorliegenden Erfindung: Die Legierungen müssen von der Lösungsglühung auf die Temperatur der Warmaushärtung derart ge bracht werden, dass eine Veränderung im Aufbau des unterkühlten Mischkristalles bei einer andern Temperatur noch nicht einge treten ist und bei der Warmaushärtungs- temperatur mindestens so lange gehalten wer den, bis eine Warmaushärtung eingetreten ist, welche die Kaltaushärtung bei tieferen Tem peraturen als der Temperatur der Warm aushärtung mindestens vorübergehend ver hindert.
Grundsätzlich sind zwei. Arten einer sol chen störenden Änderung des Mischkristalles zu unterscheiden, und zwar kann die Unter scheidimg am einfachsten durch die Angabe der Temperaturen erfolgen: 1. Änderungen bei Temperaturen oberhalb der Warmaushärtimgstemperaturen.
2. Änderungen bei Temperaturen unterhalb der Warmaushärtungstemperaturen. Die Veränderung bei den höheren Tempe raturen besteht gefügemässig gesprochen in einer Ausscheidung der überschüssigen Phase. Sie kann praktisch dann eintreten, wenn die Abschreckgeschwindigkeit von der Lösungs- glühung aus kleiner als die kritische Ab sehreckgeschwindigk eit war.
Dabei ist die kri tische Abschreckgeschwindigkeit definiert als diejenige Geschwindigkeit der Abkühlung, bei der gerade noch keine Ausscheidungen oder Vorbereitungen dazu oder sonstige Ände- rungen bei Temperaturen eintreten, welche oberhalb der Aushärtetemperaturen liegen. Die kritische Geschwindigkeit ist .offenbar eine abhängige der jeweiligen Legierung.
Sie ist bei den Leichtmetallen noch weitgehend unerforscht; es steht bisher mit Sicherheit le diglich fest; dass Mangan, wahrscheinlich in folge Bildung einer etwas andern. -Modifiva- tion der ausscheidenden Phase, die kritische Geschwindigkeit herabsetzt. Daraus folgt, dass der Mangangehalt bzw. soweit auf Mangan verzichtet wird, der Gehalt an denjenigen Elementen, welche Mn ersetzen sollen (z. B. Chrom), sowohl der Dicke des Stückes wie auch der Abschreckfähigkeit des verwendeten Ab schreckbades anzupassen ist.
Mit. andern Wor ten, :der Gehalt an Mangan und/oder andern die Unterkühlung fördernden Elementen russ der bei ;den gegebenen Verhältnissen herr schenden tatsächlichen Abschreckgeschwin- digkeit (gegeben durch Werkstückdicke und Abschreekfähigkeit :
des Abschreckinittels) so angepasst werden, .dass die kritische Geschwin digkeit höchstens so gross lvie die tasächliche Abschreckgeschwindigkeit wird.
Daher russ man bei ,den praktisch manganfreien amerika nischen Al-Mg-Si-Legierungen, welche an S S telle des fehlenden Mn nur etwa 0,25 % Chrom enthalten, bei derselben Wandstärke ein Abkühlungsmittel mit höherer Abschreek- fähigkeit benützen, um diese Ausscheidungen zu unterdrücken,
als bei den Legierungen nach DIN<B>1713,</B> welche bis zu 1,5 /0 Mn ent halten können.
Bei tieferer Temperatur bestehen die Ver- änderungen im Mischkristall gefügemässig nach . allgemeiner Auffassung in einer ein phasigen Entmischung, der Kaltaushärtung. Die Gefahr solcher Veränderungen ist immer gegeben, wenn vor der Beendigung des Warm aushärtens bis auf Raumtemperatur abge kühlt wird, ohne dass Massnahmen getroffen werden, um die Kaltaushärtung zu unter drücken.
Bei den Legierungen, auf -welche sich die Erfindung bezieht, wird beim W ie- dererwärmen auf die Warmaushärtungs- temperatur die vorher entstandene Kalt- aushärtung nur unvollständig oder aber gar nicht zurückgebildet. Die Temperatur der Warmaushärtung .darf bei diesen Legierungen vor Beendigung des W arinaushärtens nur so lange und nur so weit unterschritten werden, als dabei noch keine Kaltaushärtung eintritt, wenn die besten Werte der Warmaushärtung erreicht werden sollen.
Die einfachste Unterscheidung der bei den Aushärtungsarten : Kaltaushärtung und Warmai,ishärtimg ergibt sich aus den Eigen schaften der entsprechend behandelten Werk stücke; bei Kaltaushärtung sind nämlich Zug festigkeit, Streckgrenzenv erhältnis und Härte niedriger als bei Warmaushärtung, während die Korrosionsbeständigkeit bei Kaltaushär tung höher liegt als bei Warmaushärtiuig. Die mikroskopische Prüfung ermöglicht eine weitere Unterscheidung;
bei den meisten m-arm ausgehärteten AI-Legierungen sind nämlich im Mikroskop bei geeigneter Ätzung bereits Anzeichen der beginnenden Ausschei dung zu erkennen, bei kaltausgehärteten Al- Legierungen jedoch noch nicht. Die Röntgen Prüfung schliesslich ergibt weitere Unter- scheidungsmerkmale.
Aus den der Erfindung zugrunde liegen den Erkenntnissen ergeben sich eine Reihe von Vorschriften für die verschiedenen Phasen der Aushärtung, wie Abschrecken. Erreichen der Wa-rmaushärtungstemperatur, Halten dersel ben, Unterbrechung der Warmaushärtung für eine bestimmte Zeit usw., die an Hand von Beispielen erläutert werden sollen. Die für die Abkühlung von der Lösungs- glühtemperatur aus gebrauchten Abschreck- mittel müssen wegen der ersten Bedingung (keine Ausscheidung bei höheren Tempera turen) eine möglichst hohe Abschreckwirkung haben.
Da Wasser mit oder ohne Zusätze bei Raumtemperatur -ungefähr die grösste erreich bare Abschreckfähigkeit aufweist, könnte aus der ersten Bedingung abgeleitet werden, dass die bisher übliche Abschreckung in kaltem Wasser für die Abschreckung nach dieser Er findung am besten geeignet sei. Die zweite Bedingung (keine Kaltaushärtung bei tieferen Temperaturen) ist aber bei den bisher üblichen Verfahren, bei welchen günstigstenfalls einige Minuten nach dem Abschrecken in einem Luftofen ausgehärtet wird, bei denen aber meist eine viel längere Pause zwischen Ab schrecken und Wied.ererwärmen eintritt, nicht erfüllt.
Um das zu zeigen, braucht nur auf die folgenden Beispiele hingewiesen zu werden. <I>Beispiel 4:</I> Al - Mg - Si - Legierung mit Mn - Analyse 1,18 % Mg,; 1,22 % Si;
0,60 % Mn. Je ein Teil wurde von der Lösimgsglühtemperatur 5.10 C aus in Wasser abgeschreckt und sofort ohne jede Pause in einem Luftofen (Trocken schrank) warmausgehärtet, der andere Teil in Salz bzw. Öl der Warmaushärtungstempe- ratur abgeschreckt und ebenfalls im Liftofen ausgehärtet.
EMI0006.0059
Brinellhärte <SEP> Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Bruchd.
<tb> kg/mm2 <SEP> kg/mm2 <SEP> l <SEP> = <SEP> <B>50</B> <SEP> mm
<tb> a.) <SEP> Aushärtungstemperatur: <SEP> 178-180 <SEP> C
<tb> <I>aa)</I> <SEP> Warmaushärtungsdauer: <SEP> 10 <SEP> Minuten. <SEP> Wasserabgeschreckt <SEP> 80 <SEP> 19,3 <SEP> 31,7 <SEP> 20
<tb> Salzabgeschreckt <SEP> 109 <SEP> 31;6 <SEP> 36,9 <SEP> 12,5
<tb> Ölabgeschreckt <SEP> 109 <SEP> 32,0 <SEP> 37,2 <SEP> ab) <SEP> Warmaushärtungsdauer <SEP> :
<SEP> 25 <SEP> Minuten.
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> 99 <SEP> 25,6 <SEP> 34,8 <SEP> 19
<tb> Salzabgeschreckt <SEP> 117 <SEP> 35,0 <SEP> 38,9 <SEP> 13
<tb> Ölabgeschreckt <SEP> 117 <SEP> 35,2 <SEP> 39,1 <SEP> 9
EMI0007.0001
Brinellhärte <SEP> Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Bruchd.
<tb> kg/mm2 <SEP> kg/mm2 <SEP> l <SEP> = <SEP> So <SEP> mm
<tb> b) <SEP> Aushärtungstemperatur: <SEP> 163 <SEP> C
<tb> <I>ba)</I> <SEP> Warmaushärtungsdauer: <SEP> 40 <SEP> Minuten.
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> 90 <SEP> 24,2 <SEP> 35,2 <SEP> 19
<tb> Ölabgeschreckt <SEP> 117 <SEP> 35,5 <SEP> 40,6 <SEP> 11
<tb> <I>bb)</I> <SEP> Warmaushärtimgsdauer:
<SEP> 45 <SEP> Minuten.
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> 99 <SEP> 26,3 <SEP> 36,3 <SEP> 15
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> 99 <SEP> 25,2 <SEP> 36,1 <SEP> 19
<tb> Salzabgeschreckt <SEP> 117 <SEP> 34,0 <SEP> 39,2 <SEP> 13,5
<tb> Ölabgeschreckt <SEP> 120 <SEP> 35,9 <SEP> 40,5 <SEP> 14
<tb> c) <SEP> Aushärtungstemperatur: <SEP> 158 <SEP> C
<tb> ca) <SEP> Warmaushärtungsdauer: <SEP> 1 <SEP> Stunde.
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> 105 <SEP> 26,0 <SEP> 35,1 <SEP> 16,5
<tb> Salzabgeschreckt <SEP> 115 <SEP> 32,0 <SEP> 37,0 <SEP> 13
<tb> cb) <SEP> Warmaushärtungsdauer: <SEP> 2 <SEP> Stunden.
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> 105 <SEP> 30,5 <SEP> 33,5 <SEP> Salzabgeschreckt <SEP> 115 <SEP> 34,0 <SEP> 38,0 <SEP> c <SEP> c) <SEP> Warmaushärtungsdauer:
<SEP> 18 <SEP> Stunden.
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> 119 <SEP> 35,0 <SEP> 39,0 <SEP> 12
<tb> Salzabgeschreckt <SEP> 123 <SEP> 36,5 <SEP> 39,8 <SEP> 11
<tb> <I>cd)</I> <SEP> Warmaushärtimgsdauer <SEP> : <SEP> 48 <SEP> Stunden.
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> 121 <SEP> 34;0 <SEP> 37,4 <SEP> 6,5
<tb> Salzabgeschreckt <SEP> 123 <SEP> 36,3 <SEP> 39,3 <SEP> 11
<tb> d) <SEP> Warmaushärtungstemperatur: <SEP> 148 <SEP> C
<tb> <I>da)</I> <SEP> Warmaushärtungsdauer: <SEP> 54 <SEP> Minuten.
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> 88 <SEP> 21,4 <SEP> 32,7 <SEP> Salzabgeschreckt <SEP> 104 <SEP> 27,4 <SEP> 35;0 <SEP> 16
<tb> db) <SEP> Warmaushärtungsdauer:
<SEP> 3 <SEP> Stunden.
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> 109 <SEP> 29,2 <SEP> 37,1
<tb> Salzabgeschreckt <SEP> 120 <SEP> 32,9 <SEP> 38,8 <SEP> 13 In diesem Beispiel zeigt es sich, dass der Mangangehalt der verwendeten Legierung in Zusammenhang mit den andern Elementen ausreicht, um sowohl .beim Wasserabschrecken zvie auch bei dem Abschrecken in heissem Salz oder Öl jede Aussehei:
dung .bei höheren Tem peraturen zu unterdrücken. Die erste Bedin gung ist damit erfüllt. Der Vergleich der Härtewerte und der Werte für die Streck grenze bei kurzen Aushärtezeiten ergibt. je doch, dass offenbar auch das unmittelbar auf das Wasserabschrecken folgende Erwärmen im Luftofen nicht ausreicht, um :die zweite Bedingung - keine Veränderung im Misch kristall bei tieferen Temperaturen - zu er füllen.
Die Hauptwirkung der damit ver knüpften Veränderung liegt in einer Verzöge rung des Warmaushärtungsbeginnes; das Ge samtmaximum der Aushärtung wird weniger stark beeinflusst. Das zeigt am deutlielLSten das Beispiel 4e, aus dem hervorgeht, dass der bei kurzen Aushärtezeiten sehr grosse Unter schied in :der Härte und der Streckgrenze sich bei längerem Aushärten allmählich aus gleicht und bei 18 Stunden und 158 C nur noch 1,5 kg/mm2 in der Streckgrenze aus- macht.
Mit dem beiden Bedingungen der Er- Findung genügenden Abschrecken in Salz schmelzen oder Öl, die etwa die Temperatur der Warmaushärtung haben, wird erreicht, dass die Aushärtung ungestört abläuft. Die Ergebnisse dabei zeigen, dass die bisherigen Aushärtezeiten, welche im allgemeinen mit rund 12 bis 20 Stunden bei 160 C und 6 bis 10 Stunden bei 180 C angegeben werden, bei ungestörtem Ablauf der Aushärtung durch Erfüllung der beiden Bedingungen der Er findung ganz wesentlich abgekürzt werden können. Bei 180 C genügen Azshärtezeiten von unter einer Stunde, um volle Aushärtung.
zu erreichen; soll das Streckgrenzenverhältnis nicht ganz auf den maimal möglichen Wert gesteigert werden, genügen sogar Zeiten von rund einer halben Stunde. Diese Werte än dern sich etwas mit dem Gesamtgehalt an Mg + Si, insbesondere mit dem Gehalt an Si; je höher dieser ist, desto rascher scheint die Aushärtung abzulaufen.
Dieses Beispiel zeigt weiter, dass beidem erfindungsgemässen Verfahren die sogenannte Überalterung, welche durch einen Rückgang der Festigkeitswerte gekennzeichnet ist, bei 48 Stunden und 158 C noch nicht eintritt, dass sie dagegen bei den wasserabgeschreckten Proben bereits merklich wird.
Weiter ergibt sich aus ,den Zahlenwerten dieses Beispiels, dass man sich bei 150 C offenbar :der Untergrenze der Warmaushär- tung nähert. Der Unterschied wird hier immer kleiner, der Einfluss einer vorausgegangenen Kaltaushärtung scheint zu verschwinden. Ver gleicht man z.
B. den Unterschied zwischen den erfindungsgemäss erreichten und den durch Wasserabschreckung und Luftofen erwärmung erreichten Streckgrenzenwerten bei einem bestimmten Wert der erreichten Streck grenze, so ist die Differenz ein Mass für die Sehädigzngswirkung der Abkühlung unter halb der Warmaushärtungstemperatur bei den verschiedenen Aushärtungstemperaturen. Der Wert von rund 32 kg/mm2 ist für diesen Ver gleich geeignet. Bei 10 Minuten 1800 C beträgt dabei die Schädigung rund 12,
5 kg/mm2 (das sind rund 65 % der Streckgrenze des wasser- abgeschreckten Zustandes);
bei 1 Stunde 158 C ist die Schädigung 6 kg/mm2 (rund 24 %) und bei 3 Stunden 148 C nur 2,7 kg/mm2 (rund 9 %). Weiter kann man die Schädigung:
für einen Streckgrenzenwert von 34 bis 35 kg/mm2 (erfindungsgemäss) feststellen. Es ergibt sich: bei 1.80 C (25 Mi nuten) eine Schädigung von rund 9,5 kg/mm2 (gleich etwa 37'%); bei 163 C (40-45 Minu- ten) rund 9 bis 10 kg/mm2 (gleich etwa 40 %);
bei 158 C (2 .Stunden) nur rund 3,5 kg/mm2.
Aus .diesem Grunde scheint es notwendig zu sein, die Abgrenzung des Gebietes reiner Warmaushärtung geben die tieferen Gebiete dadurch vorzunehmen, dass man unter Warm aushärtung das Gebiet versteht, in dem eine nicht zurückgebildete Kaltaushärtung (ent standen bei tieferer Temperatur) sich schäd lich auf die Warmaushärtung auswirkt.
Es ist nun noch der Beweis zu führen, dass es sich bei der Veränderung im Mischkristall, welche doch offensichtlich bei .dem. Unter schreiten der Warmaushärtetemperatur wäh rend des Abkühlens in Wasser und des an schliessenden Erwärmens im Luftofen einge treten ist, um eine Kaltaushärtung handelt. Es ist bereits - bekannt, dass längerdauernde Lagerung von mehreren Tagen Dauer bei Raumtemperatur die anschliessende Warm aushärtung bei den Al-Mg-Si-Legierungen schädigt, insbesondere ihren Verlauf verzö gert und den erreichbaren Höchstwert herab setzt.
Es wurde als Abhilfe empfohlen, mög lichst innerhalb einer Stunde nach dein Ab schrecken warmauszuhärten, weil offenbar angenommen wurde, dass in dieser Zeit noch keine merkliche Kaltaushärtung anlaufen würde. Die Beobachtung des Beginnes der Kaltaushärtung ist an und für sich schwierig, 1. befinden sich meistens die Härtemessgeräte in einiger Entfernung vom Abschreekbad, die Verbringung vom einen zum andern Ort er fordert daher einige Zeit;
2. die Härtemes sung selbst benötigt eine gewisse Zeit, bedingt durch das Einspannen, Scharfeinstellen, Be lasten für die meist vorgeschriebenen 30 Se kunden Lastdauer, Entlasten und Ausmessen. Dadurch verstreichen meist immer mindestens 10 oder 20 Minuten, bis die ersten Messungen vorliegen. Bei.einigen Untersuchiuigen wurde sogar grundsätzlich die nach einer Stunde gemessenen Härtewerte als :die Härte des ab geschreckten Zustandes angegeben.
Da an vielen verschiedenen Legierungen der Gruppe Al-Mg-Si festgestellt worden war, dass bei kurzen Aushärtezeiten die Werte :der wasser abgeschreckten und im Luftofen erwärmten Proben. weit hinter :denjenigen erfindungs gemässer zurückblieben, wurde das Problem der Härtemessing unmittelbar nach dem Ab schrecken in Angriff genommen. Dazu wurde ein Härtemesser unmittelbar lieben dein AL schreckbad aufgestellt, die Proben sofort ent nommen, :getrocknet und belastet.
Die Ergeb nisse zweier solcher Messreihen sind in der Fig. 1 :der beiliegenden Zeichnung enthalten. Diese zeigt, :dass :bereits nach 2 Minuten ein deutlicher Aushärtungseffekt festzustellen ist, ferner dass die Härte :des abgeschreckten Zu standes zwischen 45 und 50 Brinell liegt. Be reits nach 15 Minuten ist eine Aushärtung um rund 5 Brinell eingetreten, nach einer Stunde um rund insgesamt 15.
Die Aushär tung gerade in den ersten Minuten ist sehr rasch, was mit dem logarithmischen Zeitgesetz der Aushärtung zusammenhängen dürfte. Be denkt man noch weiter, dass wie bereits be kannt, die Kaltaushärtung bei etwas höheren Temperaturen als 200 C erheblich schneller ab läuft, :
dann wird verständlich, dass es durch aus möglich ist, dass in der Zeit zwischen dem Unterschreiten der Warmaushärtetemperatur während des Abschreckens und dein Wieder erreichen dieser Temperatur beim Aufheizen im Luftofen ein gewisser Kaltaushärtungs- betrag zu erwarten ist.
Da anzunehmen war, däss die Kaltaushär tung noch nicht während des Abschreckens beginnt, wurde versucht, die Aufwärmezeit dadurch abzukürzen, dass :die Erwärmung in einem Salz- oder Ölbad der Warmaushärte- temperatur vorgenommen wurde. Es zeigte sich, ;dass die Erwärmungsgeschwindigkeit im Salzbad ausreichte, um :die Kaltaushärtung zu unterdrücken.
Es war allerdings dazu notwen dig, die Proben sofort aus dem Wasser zu entnehmen, beim Entnehmen sofort zu trock nen und innerhalb weniger Stunden in das Salzbad einzubringen. Die Erwärmungsge- schwindigkeit im heissen Öl reicht dagegen nicht ;ganz aus, um die beginnende Kalt- aushärtung zu unterdrücken, wie :das folgende Beispiel zeigen soll. <I>Beispiel 5:</I> Legierung wie in Beispiel 4. Lösungsglühtemperatur 5400 C. a) Aushärtungstemperatur 1600 C/1,5 h.
EMI0009.0052
Brinell <SEP> Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> und <SEP> im <SEP> Öl <SEP> erwärmt <SEP> 99/113 <SEP> 32,7 <SEP> 39,4
<tb> In <SEP> Öl <SEP> von <SEP> 1600 <SEP> C <SEP> abgeschreckt <SEP> 119 <SEP> 35,0 <SEP> 39;6 b) Aushärtungstemperatur 1600 C/45 Minuten.
Jedoch Streckgrenze aus Diagramm be stimmt, statt wie bei allen andern Beispielen aus Feindehnungsmessungen.
EMI0009.0056
Brinell <SEP> Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit
<tb> W <SEP> asserabgeschreckt <SEP> und <SEP> im <SEP> Luftofen <SEP> erwärmt <SEP> 99 <SEP> 28,3 <SEP> 36,6
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> und <SEP> im <SEP> Öl <SEP> erwärmt <SEP> 111 <SEP> 33,6 <SEP> 39,4
<tb> In <SEP> Öl <SEP> von <SEP> 1600 <SEP> C <SEP> abgeschreckt <SEP> 117 <SEP> 34,9 <SEP> 39,4 Beim Beispiel 5a gab es beim Einbringen der Probe in das heisse Ölbad eine kleine, etwa ein bis zwei Sekunden dauernde Verzögerung,
wodurch dort .die Streckgrenze verhältnis mässig ungünstiger als im Beispiel 5b liegt. Zusammenfassend kann für .die Legierun gen, die einen genügend hohen Legierungs gehalt an solchen Elementen haben, welche die Unterkühlung wie etwa Mangan fördern, bei ;denen also die kritische Abschreck- geschwindigkeit nieder liegt, bezüglich der zu verwendenden Abschreckmittel gesagt wer den:
a) Geschmolzene Salze (Schmelzpunkt unter 150 C) unterdrücken die Ausscheidung bei höheren Temperaturen. Bei :dickeren Quer- sehnitten kann es notwendig sein, das Salz bad zu bewegen (durch Rührer oder. andere z. B. elektroinduktive Mittel) und/oder Wasser zuzusetzen. Die zweite Bedingung ist immer erfüllt, sofern die Salztemperatur noch innerhalb der Warmaushärtetemperatur liegt.
b) Heisses Öl unterdrückt ebenfalls die Ausscheidung bei höheren Temperaturen, wo mit die erste Bedingung erfüllt ist. Die zweite ist erfüllt, sofern die Öltemperatur innerhalb der Warmaushärtungstemperaturen liegt.
c) Kaltes Wasser erfüllt die erste Bedin- gung" in der normalen Kombination mit Er- wärmirig im Luftofen jedoch die zweite nicht. Unter Beachtung grösster Schnelligkeit, wie sie im allgemeinen ohne grossen technischen Aufwand nur im Laboratorium erreicht wer den kann, wird die zweite Bedingung durch Erwärmung im Salzbad der Warmaushärte- temperatur erfüllt.
Ehe auf die Möglichkeiten der Verwen dung anderer Abschreckmittel eingegangen wird, soll auf die Verhältnisse bei Legierun gen der Gruppe Al-Mg-Si hingewiesen wer den, bei denen nur ein relativ niederer Gehalt an solchen zusätzlichen Elementen vorhanden ist, welche die Unterkühlung des Mischkristal- les fördern, die also eine relativ hohe kritische Geschwindigkeit haben.
Beispiel <I>6:</I> Amerikanische Legierung 61S, Zusammensetzung wie in dem Beispiel 1. Lösungsglühungs- temperatur 5400 C. Aushärtungstemperatur l79 C. Dauer 1 Stunde.
EMI0010.0042
Brinell <SEP> Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> und <SEP> im <SEP> Luftofen <SEP> erwärmt <SEP> 98 <SEP> 27,3 <SEP> 32,3
<tb> Wasserabgeschreckt <SEP> und <SEP> im <SEP> Salz <SEP> erwärmt <SEP> 103 <SEP> 30,1 <SEP> 33,2
<tb> Im <SEP> Salz <SEP> von <SEP> 1790 <SEP> C <SEP> abgeschreckt <SEP> 102 <SEP> 28,4 <SEP> 32,6 Diese Legierung enthält kein Mangan, da- für etwa 0,25 % Chrom, .das offenbar die Unterkühlbarkeit ,
des Mischkristalles nicht ge nügend fördert. Die direkt in Salz der hä.rtetemperatur abgeschreckte-Probe hat nur I,mwesentlich höhere Werte der Streckgrenze und Härte als die in Wasser abgeschreckte und im Luftofen .erwärmte. Ohne die Werte für die wasserabgeschreckte und im Salz er wärmte Proben zu kennen, könnte der Schluss gezogen werden, .dass der Kupferzusatz im Zu sammenhang mit dem Chromgehalt die Kalt aushärtung so weit verzögere,
dass auch die übliche Warmaushärtungsmethode beide Be- dingungen der vorliegenden Erfindung er fülle. Das ist jedoch nicht :der Fall, wie die erwähnten Werte nach Wasserabschreckung und Erwärmung im Salzbad zeigen. Es ist hier in Wirklichkeit so, dass die Abschreek- fähigkeit des nicht bewegten wasserfreien Salzbades nicht mehr ausreichte, um die erste Bedingung: keine Ausscheidung bei höheren Temperaturen, zu erfüllen.
Der Schaden durch die vorausgegangene Ausscheidung bei den höheren Temperaturen ist hier beinahe so hoch, wie der infolge des Cu-Gehaltes klein gehaltene Fehler durch die Unterschreitung der Warmaushärtetemperatur mit angelaufe ner Kaltaushärtung. Wenn wie beim Wasser abschrecken mit anschliessendem Erwärmen in Salz eine höhere Absehreckgeschwindigkeit erreicht wird, gleichzeitig aber durch die Salz- ervärmung auch die beginnende Kaltaushär tung unterdrückt wird, werden-höhere Werte der Streckgrenze erreicht.
Dieses Beispiel zeigt, dass es nicht nur darauf ankommt, .die Kaltaushärtung zu ver meiden, dass vielmehr auch jede Ausscheidung. bei den höheren Temperaturen durch entspre chende Wahl der Abschreckmittel bei gege bener Legierung oder .durch entsprechende Wahl der Legierung bei gegebenen Abschreck mitteln unterdrückt -werden muss.
Die zur Erfüllung der beiden Bedingun gen möglichen Abschreckmittel oder Kombi nation von Mitteln sind natürlich nicht auf die bisher erwähnten Mittel beschränkt, viel mehr kann jedes bekannte Abschreckmittel oder -verfahren angewendet werden, sofern es nur die geforderten Bedingungen einhält.
Aus der Fülle von Möglichkeiten seien nur ge nannt: Unterbrochenes Abschrecken in einem Abschreckmittel, dessen Temperatur tiefer als die Warmaushärtetemperaturen liegt (bei spielsweise in Wasser verschiedener Tempera tur mit frühzeitigem Wiederherausnehmen, ehe das Werkstück tiefere Temperaturen als die Warmaushärtetemperaturen angenommen hat); Verwendung fester, z.
B. metallischer Abschreckmittel in Form von Walzen oder Platten, deren Temperatur so eingerichtet ist, dass das abzuschreckende Gut vor wesentlicher Unterschreitung der Warmaushärtetempera- tur entnommen wird; unter Umständen Ver bindung dieser Abschreckung in festen Ab schreckmitteln mit einer Verformung, um die niedere Härte des abgeschreckten Zustandes ausnützen zu können; Abschrecken mit gas oder dampfförmigen Abschreckmitteln; Ab schrecken mit versprühten Flüssigkeiten usw.
Aus dem Vörhergehenden ergibt sich ganz allgemein folgende Regel für .die Art und Weise, wie von der Lösungsglühungstempera- tur aus die Temperatur der Warmaushärtung bei den Legierungen erreicht werden soll, bei denen die Temperaturen der Warmaushär tung noch nicht genügen, um eine Kalt aushärtung zurückzubilden:
Die Abkühlung muss in oder mit einem festen, flüssigen oder gasförmigen Mittel oder einer Kombination von Mitteln erfolgen, deren Abschreckfähigkeit so hoch ist, dass auch im gern des dicksten vorkommenden Querschnittes eineAbkühlungsgeschwindigkeit erreicht wird, welche grösser als die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit ist;
die Zeit, wie lange die einzelnen Mittel angewendet wer den, ihre Reihenfolge und ihre Temperatur soll so eingerichtet werden, dass das Ab schreckgut nicht so lange unterhalb der Warmaushärtungstemperaturen vor Beginn der Warmaushärtung bleibt, dass bereits eine merkliche Kaltaushärtung eintreten kann.
Die schädliche Wirkung einer Kalt aushärtung beschränkt sich nicht auf die bis her hauptsächlich :aufgeführte Verzögerung der Warmaushärtung und die Verminderung besonders der Streckgrenzen- und Härte werte. Zum Beispiel ist die Korrosionsbestän digkeit einer Legierung im rein warmausge härteten Zustand höher, als wenn noch ein - v-enn auch kleiner - Teil Kaltaushärtung vorhanden ist.
Das ist aus elektrochemischen Überlegungen leicht vorstellbar, weil damit in der Grundmasse nicht nur eine, sondern zwei zusätzliche Phasen (Kaltaushärtung und Warmaushärtung) vorhanden sind. Beispiel <I>7:</I> - Al-Mg-Si-Legierung nach DIN 1713.
Ver glichen wurde das bei einer Korrosionsbean- spruchung geeignet geformter Proben in n/2 N aCl-Lösung, verstärkt durch 1/2% tone. HCl, freiwerdende Gasvolumen, einmal bei Pro ben, welche nach den Vorschriften der Erfin dung, beispielsweise durch Abschrecken in Öl von 150 C und sofortigem Altern bei die .
ser Temperatur hergestellt, zum andern bei I'r oben, welche in der üblichen Weise in Wasser abgeschreckt, jedoch zur Beschleuni gung der Erwärmung in Öl von 1501"C er- wärmt wurden. Die Zeiten waren 4, 8, 16 und 72 Stunden. Die Härtewerte sind im Beispiel. 2 wiedergegeben. Die folgende Zusammen- stellung enthält die Volumeneinheiten Gas für die beiden Herstellungsarten, welche in drei Stunden Korrosionsbeanspruchung abgegeben werden.
EMI0012.0001
Aushärtungsdauer <SEP> bei <SEP> 150 <SEP> C <SEP> : <SEP> 4 <SEP> 8 <SEP> 16 <SEP> 72 <SEP> Stunden
<tb> Wasserabgeschreckt, <SEP> in <SEP> Öl <SEP> erwärmt <SEP> 25,5 <SEP> 21 <SEP> - <SEP> 17 <SEP> 14
<tb> In <SEP> Öl <SEP> von <SEP> 150 <SEP> C <SEP> abgeschreckt <SEP> 13,5 <SEP> 13 <SEP> 12 <SEP> 12 Die Korrosionsbeständigkeit ist also offen bar bei den nach dem erfindungsgemässen Verfahren bekannteichen. Proben erheblich verbessert, -und zwar ist die Verbesserung wie bei den Festigkeitswerten bei den kurzen Aus- härttmgszeiten am grössten,
weil sich die wenn auch geringe Kaltaushärtung verzö gernd auf den Verlauf der folgenden Warm- aushärtung auswirkt.
Die bisherigen Betrachtungen gelten der Phase der Warmbehandlung zwischen dem Lösungsglühen und dem Beginn der Warm aushärtung. Die bisherigen Beispiele zeigten, welche Massnahmen ergriffen werden können, um beim Beginn der Warmaushärtung sicher zustellen, dass der unterkühlte .Mischkristall noch unverändert vorliegt. Es ist nun darzu legen, welche Schlüsse sich für den weiteren Verlauf der Warmaushärtung aus den. zwei Grundbedingungen der Erfindung ergeben.
Bisher wurde vorausgesetzt, dass die Warm aushärtung, sobald sie einmal begonnen wor den sei, ohne weitere Unterbrechung und bei derselben Temperatur bis zu der gewünschten Aushärtungshöhe fortgesetzt wird. In der Praxis tritt nun in manchen Fällen das Be dürfnis auf, eine mehr oder weniger lange Lagerzeit bei Raumtemperatur nach dem Lö sungsglühen einzuschalten.
Auf Grund der in Fig. 1 gezeigten Verhältnisse bei Raumtempe- raturlagerung ist während einer solchen Pause mit einer mehr oder weniger vollstän digen Kaltaushärtung zu rechnen, solange keine Massnahmen getroffen werden, die Kalt aushärtung zu unterbinden. Nach einer sol chen Pause wird bei den bisherigen Verfahren der volle Wert der Warmaush>irtung nicht mehr erreicht, sonderte die mit .der Kalt aushärtung bereits erreichten Werte werden nur noch umwesentlich überschritten.
Die sich daraus ergebende Forderung, dass vor Beendigung der Warmaushärtung keine bleibende Veränderung des unterkühl- ten Mischkristalles bei einer anderit Tempera- tur stattfinden darf, kann jedoch auch im Falle einer gewünschten Unterbrechung der Warmaushärtung erfüllt werden. Die Grund lage für die dabei zu ergreifenden Massnah men liegt in einer weiteren Erkenntnis über die gegenseitige Beeinflussung der Kalt- und der Warmaushärtung.
Es ist auf Grund der in der Einleitung entwickelten theoretischen Vorstellungen möglich, vorauszusagen, dass auch die Kaltaushärtung nur dann ungestört ablaufen kann, wenn sie von dem unterkühl ten Mischkristall ausgehen kann.
Eine Ver änderung im unterkühlten Mischkristall bei Temperaturen im Gebiet der reinen Warm aushärtung wird eine bestimmte Menge an Faltaushärtung verhindern. Eine Haupt wirkung einer solchen Veränderung im unter kühlten Mischkristall kann analog zu den Ver hältnissen bei einer Vorveränderung vor der Warmaushärtung in einer Verzögerung der Kaltaushärtung erwartet werden.
Bei der Nachprüfung dieses Gedankens zeigte es sich, dass diese Verhinderung und Verzögerung der Kaltaushärtung durch überraschend niedere Warmaushärtungsbeträge möglich ist. Es wäre nämlich zunächst zu erwarten, dass z. B. die Warmaushärtung bis zu einer über die mit ,der Kaltaushärtung erreichbare Härte hinaus gehende Härtesteigerung getrieben werden müsse, -am die beabsichtigte Wirkung zu er zielen. Denn der Gesamtbetrag der - Härte steigerung durch Warmaushärtung ist viel grösser als der durch eine Kaltaushärtung.
Die Fig. 2 zeigt die wirklichen Verhält nisse an einer 'Al-i#Ig-Si-Legie'rung nach DIN 1713, deren Zusammensetzung die folgende war: 0,02 1/o Cu; 0,66 % Mg;
0;72 1/o Mn; 1,00 % Si. Blechabschnitte aus dieser Legie- iung wurden 1,25 Stunden bei 5400 C lösungs geglüht., ein Teil davon dann in kaltem Wasser abgeschreckt (bezeichnet mit Wasser abgeschreckt ), andere Teile wurden in Öl von 1500 C abgeschreckt und darin einige Mi nuten ,gehalten, in kaltem Wasser abge- schreckt, das heisst also die Warmaushärtung in verschiedenen Anfangsstadien unterbro- ehen, und dann bei Raumtemperatur die Härteänderungen beobachtet.
Die Härtekurve der Raumtemperatur aushärtung nach Wasserabschrecken beginnt wahrscheinlich bei etwas zu hohen Härte werten, weil keine Härtemessungen sofort nach dem Abschrecken gemacht wurden. Es zeigt sich, dass nach einer Stunde 58 kg/mm2, nach 151/2 Stunden 70, nach 41 Stunden 74 und nach 84 Stunden 78 kg/mm2 Brinell er reicht sind.
Die nur eine Minute bei 150 C warm- -ehärtete Probe hatte eine Ausgangshärte <B>i</B> aus., von nur 43 Brinell, also erheblich weniger als eine in Wasser abgeschreckte. Die Härte stieg während 1 Stunde bis auf 53 an. Nach einer reinen Warmaushärtung von 10 Minu ten Dauer, erzielt -durch Abschrecken in Öl von 150 C und 10minutigem Halten auf die ser Temperatur (Bedingung 1 und 2 für das Erreichen der Warmaushärtetemperatur er füllt) wurde nach dem Abschrecken in Wasser . eine Härte von 58 kg/mm9 gemessen.
Diese Härte steigt nun nicht etwa bei Raumtempe ratur an, sie geht eher in den ersten Stunden um etwa 1 bis 2 kg/mm2 zurück. Bis zu etwa 9 Stunden Lagerung bei Raumtemperatur werden immer Härtewerte zwischen 56 und 58 kg/mm2 gemessen. In derselben Zeit ist, die U.ärte der wasserabgeschreckten Probe über den Wert von 58 kg/mm2, den sie nach einer Stunde erreicht hat, weiter hinausgegangen. Die Warmaushärtung von 10 Minuten Dauer liefert also :ein Material, das bereits nach einer Stunde Dauer weicher ist als entspre chendes wasserabgeschrecktes Material.
Ein leichtes Ansteigen der Härte nach etwa 151/2 Stunden zeigt an, dass nunmehr die bisher vollständig verhinderte Kaltaushärtung lang sam beginnt anzulaufen.
Eine der weiteren Proben wurde nach Ab schrecken in Öl von 150 C 20 Minuten bei dieser Temperatur warmausgehärtet. Nach dem anschliessenden Abschrecken in Nasser wies sie eine Härte von etwa 70 kg/mm2 auf. Diese Härte ging in ähnlicher Weise wie bei der 10-Minuten-Probe eher etwas zurück. Selbst bei 84 Stunden ist sie immer noch 69 kg/mm2, während zu dieser Zeit die wasserabgeschreekte Probe bereits 77,5 kg/mm2 Bärte erreicht hat.
- Bei dieser Versuchsreihe wurden immer nach bestimmten Zeiten sowohl die wasser abgeschreckten als auch die bereits kurze Zeit warmausgehärteten Proben dann 15 Stunden bei 152 C ausgelagert. Bei dieser langen Aus h.ä.rtezeit ist eine gewisse Ausgleichung der Einflüsse der Kaltaushärtung zu erwarten, weil die Wirkung der Verzögerung ziemlich ausgeglichen ist. Wie die folgende Zahlen tafel zeigt, ist die Schädigung der -Warm- aushärteeffekte durch die bei den wasser abgeschreckten Proben eingetretene Kalt aushärtung sehr gross.
a) Brinellhärte. Nach 15 Stunden 152 C anschliessend an eine Raumtemperaturlagerungvon
EMI0013.0037
Behandlung <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 151/2 <SEP> 41 <SEP> 84 <SEP> Std. <SEP> Dauer
<tb> 5400 <SEP> C/Wasser <SEP> 200 <SEP> C <SEP> 114,5 <SEP> 95,5 <SEP> 89 <SEP> n. <SEP> b. <SEP> 88
<tb> 540 <SEP> C/Öl <SEP> 150 <SEP> C/ <SEP> 1 <SEP> min <SEP> n. <SEP> b. <SEP> 100 <SEP> n. <SEP> b. <SEP> n. <SEP> b. <SEP> n. <SEP> b.
<tb> 540 <SEP> C/Öl <SEP> 150 <SEP> C/10 <SEP> min <SEP> _ <SEP> n. <SEP> b. <SEP> n. <SEP> b. <SEP> 110 <SEP> n. <SEP> b. <SEP> n. <SEP> b.
<tb> 540 <SEP> C/Öl <SEP> 150 <SEP> C/15 <SEP> min <SEP> n. <SEP> b. <SEP> n. <SEP> b. <SEP> n. <SEP> b. <SEP> 116 <SEP> n. <SEP> b.
<tb> 540 <SEP> C/Öl <SEP> 150 <SEP> C/20 <SEP> min <SEP> n. <SEP> h. <SEP> n. <SEP> b.
<SEP> n. <SEP> b. <SEP> n. <SEP> b. <SEP> 117 Die Schädigung durch die Raumtempera turlagerung ist bei der wasserabgeschreckten Probe nach einer Stunde 19 kg/mm-2, nach 751/2 Stunden 25,5 und bei 84 Stunden 26,5 kg/mm2 Brinell. b) Zugfestigkeit und Streckgrenze.
Die Streckgrenze im wasserabgeschreckten und unmittelbar im Luftofen warmausgehär teten Zustand betrug nach 15 Stunden 152 C 31,0 kg/mm2; die Zugfestigkeit 36,2 kg/mm2. Nach 84 Stunden Raumtemperatur 15 Stun den 152 C ausgehärtet war die ,Streckgrenze auf 20,0 kg/mm2 und. die Zugfestigkeit auf 32,6 kg/mm2 zurückgegangen.
Die zunächst 20 Minuten warmausgehärtete Probe, die ebenfalls 84 Stunden bei Raumtemperatur ausgelagert wurde, wobei sie eine um etwa 7. kg/mm2 niedere Härte als die wasserabge schreckte (und kaltausgehärtete) Probe vor dem Warmaushärten aufwies, hatte nach dem Warmaushärten (15 Stunden bei 152 C) eine Streckgrenze von 31,0 kg/mm2 und eine Zug festigkeit von 38,6 kg/rüm2.
Die vorweggenommene Warmaushärtung hat genügt, um die Kaltaushärtung während der Ruhepause vollständig zu. verhindern, wie die besonders .empfindliche Streckgrenze deut lich zeigt.
Um die Bedingungen für den ungestörten Verlauf der Warmaushärtung auch für den Fall zu erfüllen, dass vor dem Ende der Warmaushärtung eine Lagereuig bei Raum temperatur erfolgen. soll, genügt es, vor dem Abkühlen auf Raumtemperatur so lange warm auszuhärten (wobei die Bedingungen der Er findung eingehalten werden müssen), bis da mit eine Härtesteigerung erreicht wird, welche derjenigen entspricht,
welche nach Wasser abschreckung und Raumtemperaturlagerung in der Länge der beabsichtigten Zwischenlage rung bei Raumtemperatur erreicht werden würde. Um ein Beispiel zu geben: Ein be stimmter Fertigungsgang, der erst nach dem Lösungsglühen, aber vor dem Ende der Warmaushärtung vorgenommen werden soll, beansprucht -einen Zeitraum von etwa 24 Stunden einschliesslich Warte- und Transport zeiten. Gesucht wird die Zeit der ersten Warmaushärtung.
Man geht so vor: An Hand von Proben, welche von :der Lösungsglüh- temperatur aus in Wasser abgeschreckt und bei Raumtemperatur 24 Stunden liegen blei ben, stellt man die Härte 1124h fest. Sie sei beispielsweise 70 Brinell. Nun schreckt man Proben (bei Legierungen mit genügendem Mn-Gehalt) in Salz oder Öl oder auf ähnliche Weise auf .die gewünschte Warmaushä.rte- temperatur ab und hält sie auf dieser einige Minuten und stellt nach dem Abschrecken fest, bei welcher Haltezeit 70 Brinell erreicht werden.
Diese Zeit ist .die maximal notwen dige, um in der beabsichtigten Pause die Kalt aushärtung zu unterdrücken.
Die folgenden. zwei Beispiele zeigen die Wirkung einer solchen präventiven Warm aushärtung auf die Festigkeitswerte einer Warmaushärtung mit relativ kurzen Aus härtezeiten.
<I>Beispiel 8:</I> Al-Mg-Si-Legierung nach DIN 1713. Zu sammensetzung: 0,02 0/a Cu; 0,79 % 112g; 0,79 /o Mn; 0,93 /a Si. Lösungsglühungs- temperatur 550 C, Dauer: 1 h.
Die Legierung sollte 21 Tage bei Raumtemperatur gelagert werden, ehe sie warmausgehärtet wird. Für die Warmaushärtung war vorgesehen: eine Tempe ratur von 180 C und eine Zeit von 2 Stunden.
Es wird erzielt ohne Pause:
EMI0014.0061
Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit
<tb> kg/mm2 <SEP> kg/mm2
<tb> a) <SEP> durch <SEP> Wasserabschreckung <SEP> und <SEP> Luftofenerwärmung <SEP> 31,0 <SEP> 36,5
<tb> b <SEP> j <SEP> durch <SEP> Abschrecken <SEP> in <SEP> Öl <SEP> 180 <SEP> C <SEP> 34,2 <SEP> 35,9
<tb> Der <SEP> wasserabgeschreckte <SEP> Blechabschnitt <SEP> aus <SEP> dieser <SEP> Legierung,
<tb> welcher <SEP> 21 <SEP> Tage <SEP> bei <SEP> Raumtemperatur <SEP> kaltaushärtete, <SEP> erreichte
<tb> in <SEP> diesem <SEP> Zustand:
<SEP> 25,4 <SEP> 31,7
<tb> Nach <SEP> anschliessendem <SEP> Warmaushärten <SEP> (2 <SEP> Stunden <SEP> 180<B>(1</B> <SEP> C) <SEP> stieg
<tb> die <SEP> Festigkeit <SEP> nur <SEP> auf <SEP> 26,1 <SEP> 32,9
<tb> Ein <SEP> Blechabschnitt, <SEP> .der <SEP> in <SEP> Öl <SEP> von <SEP> 180 <SEP> C <SEP> abgeschreckt <SEP> -wurde
<tb> und <SEP> darin <SEP> 10 <SEP> Minuten <SEP> verblieb, <SEP> hatte <SEP> nach <SEP> 21 <SEP> Tagen <SEP> Raum temperaturlagerung: <SEP> 21,6 <SEP> 28,6
<tb> Nach <SEP> anschliessendem <SEP> Warmaushärten <SEP> (2 <SEP> Stunden <SEP> 180 <SEP> C) <SEP> 33,6 <SEP> 34,6 Dieses Beispiel zeigt zwei wesentliche Erkenntnisse der vorliegenden Erfindung:
Erstens die Tatsache, dass die sofortige Warmaushärtung im Luftofen noch nicht aus reicht, um die Kaltaushärtung restlos auszu- schliessen; die in Öl abgeschreckten Teile zei gen eine -um 3,2 kg/mm2 höhere Streckgrenze; zweitens zeigt dieses Beispiel die Unter drückung der Kaltaushärtung während einer Zwischenlagerung bei Temperaturen, welche tiefer als die Warmaushärtetemperaturen lie gen.
Die Unterdrückung erfolgt durch eine präventivelnirzzeitigeWarmaushärtung, durch welche eine solche Veränderung .des unter kühlten Mischkristalles eingeleitet wird, ;dass innerhalb der folgenden R.aumtemperaturlage- rung noch keine Kaltaushärtung anläuft.
Ein weiterer für die praktische Anwen dung wichtiger Prunkt ist die niederere Streckgrenze der präventiv warmausgehärte ten Teile am Ende der Raumtemperaturlage- rung. Die Verformbarkeit ist also grösser als bei den kaltausgehärteten Teilen.
<I>Beispiel 9:</I> Amerikanische Legierung 61S. Zusammen setzung wie in Beispiel 1. LösLmgsglühtempe- ratur 540 C. Aushärtetemperatur 178 C. -lushärtedaiier 1 Stunde. Die Pause sollte 31 Tage dauern. In dieser Zeit ist die sollte nach Wasserabschreckung nahezu vollständig abgelaufen. Die Härte in diesem Zustand (540/20 C/31 Tage 20 C) beträgt 73,5 Brinell. Präventiv-Warmaushärtungen wurden mit folgenden Aushärtezeiten: 3, 5 und 71/2 Minuten Dauer bei 179 C untersucht.
Die Anfangshärten waren: bei 3 Minuten: 59; bei 5 Minuten: 72 und bei 7-1/2:- 74 Brinell. Die Härte der 3-Minuten-Probe stieg auf 72, wie auch zu erwarten war, .da die Anfangs härte viel tiefer als die Härte lag, welche nach Wasserabschrecken am Ende .der Raumtempe- raturlagerung erreicht wird (73,5). Die Härte der 5-Miniiten-Pr obe war unwesentlich auf 73,5 angestiegen, diejenige der 71/2-Miniiten- Probe dagegen noch unverändert.
Bei der folgenden Endwarmaushärtung wurde die Zeit .der Präventivwarmaushärtung von der Stunde abgezogen, die 3-12inuten- Probe also 57, die 5-Minuten-Probe entspre chend 55 und die 71/2-Minuten-Probe 521/2, Minuten bei 178 C ausgehärtet.
Die Erwär mung aller Proben erfolgte im Salzbad.
EMI0015.0050
Propr. <SEP> Gr. <SEP> Streckgr. <SEP> Zugfestigk.
<tb> Wasserabgeschreckt, <SEP> 31 <SEP> Tage <SEP> 20 <SEP> C/1 <SEP> h <SEP> 178 <SEP> C <SEP> 18,5 <SEP> 18,1 <SEP> 29,3
<tb> Salz <SEP> 178<B>0</B> <SEP> C <SEP> 3 <SEP> min/200 <SEP> C <SEP> 31 <SEP> Tage/57 <SEP> min <SEP> 178<B>0</B> <SEP> C <SEP> 15,4 <SEP> 24,0 <SEP> 32,1
<tb> Salz <SEP> 178<B>0</B> <SEP> C <SEP> 5 <SEP> min/200 <SEP> C <SEP> 31 <SEP> Tage/55 <SEP> min <SEP> 178<B>0 <SEP> 0</B> <SEP> 23,2 <SEP> 27,9 <SEP> 32,8
<tb> Salz <SEP> 178<B>11</B> <SEP> C <SEP> 71/2 <SEP> min/200 <SEP> C <SEP> 31 <SEP> Tage/521/2 <SEP> min <SEP> 178<B>0</B> <SEP> C <SEP> 24,8 <SEP> 29,4 <SEP> 33,
0 In diese Zahlentafel ist die Proportionali- tätsgrenze bestimmt als ss 0,01 aus Fein dehnungsmessungen mitaufgenommen.
Wie in Beispiel 6 aufgeführt, beträgt die Streckgrenze bei Wasserabschreck- und Luft- ofenaushärtung 27,3 kg/mm2 und die Zug festigkeit 32,3; diese Werte werden mit Hilfe der Präventivwarmaushärtilng von 5 Minuten 178 C gut erreicht und mit der von 71/2 Mi- riuten übertroffen.
Die Präventivwarmaushärtung kann nur bei solchen Legierungen und Temperaturen angewendet werden, bei denen die Warm aushärtung in einem einstufigen Vorgang unmittelbar aus dem unterkühlten Misch kristall abläuft. Beispielsweise ist es nicht möglich, sie bei den Al-Cu- oder Al-Cu-1VIg- Legierungen und ähnlichen Legierungen an zuwenden, bei welchen die üblichen Warm aushärtetemperaturen noch im Grenzgebiet mit aufeinanderfolgender Kalt- und Warm aushärtung liegen.
Hier würde eine kurz zeitige Alterung bei Waranaushärtetempera- turen nur eine Kaltaushärtung verursachen, welche natürlich nicht in der, Lage ist, die Aushärtung bei Raumtemperatur in. dem hier gewünschten Sinne zu beeinflussen. Der Einfluss der Ratuntemperatur ist im übrigen trotz der bekannten Rückbildungserscheinung auch bei den Al-Cu-yI@g-Legierungen nachzu weisen, die Rückbildung ist an und für sich nicht vollständig.