CH318523A

CH318523A - Aluminiumlegierung

Info

Publication number: CH318523A
Authority: CH
Inventors: Kenyon Hardy Harold
Original assignee: Fulmer Res Inst Ltd
Priority date: 1951-04-14
Filing date: 1952-09-24
Publication date: 1957-01-15

Description


  Aluminiumlegierung    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf  eine Aluminiumlegierung.  



  Unsere Forschungen haben ergeben, dass  ein Zusatz von Cadmium in Mengen von 0,005       bis        5%        in        gewissen        Aluminium-Kupferlegie-          rungen    eine nützliche, vorteilhafte Wirkung  auf die     Alterungsvorgänge    der Legierungen  hat, und dass, wenn das Cadmium in einer  Menge zugesetzt wird, welche die zur Erzie  lung einer optimalen Härtung nötige Menge  übersteigt, keine unerwünschten     interkristal-          linen    Schwächungen in den Legierungen bei  normalen Temperaturen entwickelt werden,  wie es in ähnlichen Legierungen geschieht,

   die       Zinn    enthalten.  



  Unsere     Forsehung    zeigte jedoch auch     fol-          'gendes          A.        Ein        Minimum        von        0,075%        Cadmium     ist nötig, um die     maximalen    mechanischen Ei  genschaften der Legierung in vollständig       wärmebehandeltem    Zustande zu erreichen.  



  B.     Anderseits    kann, wenn der Cadmium  gehalt die Grenze der festen Löslichkeit bei  der     Lösungsbehandlungstemperatur    der     Le-          @,@ierung        um        mehr        als        0,1%        übersteigt,        die          Legierung    nicht ohne weiteres ohne     R.issbil-          dung    warm bearbeitet werden, obwohl die  Tendenz zur     Rissbildung    viel kleiner ist als  bei     Le-ierungen,

      die     zuviel    Zinn enthalten.  



  C.     ,Für    eine befriedigende Herstellung der  Legierung und zur Vermeidung des Alterns    bei Zimmertemperatur sollte das vorhandene  Magnesium nicht mehr als     0,151/o    ausmachen       und        das        Zinn        nicht        mehr        als        0,03%.     



  D. Die     Ausseheidungshärtebehandlung    ver  läuft am günstigsten, wenn der Kupfergehalt       der        Legierung        zwischen        4,0        und        7,5%        liegt.     



  Was Punkt     S    anbelangt, so sind die festen       Lösliehkeitsgrenzen    für Cadmium bei v     er-          schiedenen        Lösungsbehandlungstemperaturen          fol--ende     
EMI0001.0061     
  
    48011 <SEP> C <SEP> 0,07.50/0
<tb>  500<B>0</B> <SEP> C <SEP> 0,0850/0
<tb>  520<B>0</B> <SEP> C <SEP> 0,11 <SEP> 0/0
<tb>  540  <SEP> C <SEP> 0,14 <SEP> 0/0
<tb>  555<B>0</B> <SEP> C <SEP> 0,15 <SEP> 0/0       und da die     Lösungsbehandlungstemperatur     normalerweise 540  C nicht übersteigen wird,

    ist der maimal zulässige     Cadmiumgehalt    bei  Vermeidung von     Rissbildung    vorzugsweise       0,23%.     



  Die     z#orliegende    Erfindung schafft nun,       Y          estützt    auf diese Forschungen, eine Alumi  niumlegierung enthaltend:  
EMI0001.0069     
  
    4,0 <SEP> - <SEP> 7,5 <SEP> % <SEP> Kupfer,
<tb>  <B>0,075-</B> <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Cadmium,
<tb>  höchstens <SEP> 0,15% <SEP> Magnesium,
<tb>  höchstens <SEP> 0,03% <SEP> Zinn,
<tb>  nicht, <SEP> mehr <SEP> als <SEP> 1,5 <SEP> % <SEP> Mangan,
<tb>  nicht <SEP> mehr <SEP> als <SEP> 1,0 <SEP> % <SEP> Eisen,
<tb>  nicht <SEP> mehr <SEP> als <SEP> 13,0 <SEP> % <SEP> Silizium,         wobei der Rest     aus    Aluminium mit höchstens       21/o    an weiteren Elementen besteht.  



  Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren  zur Herstellung dieser Legierung, wobei nach  dem Zusammenschmelzen der Bestandteile die  Legierung einer     Lösungsbehandlung    bei einer  Temperatur im Bereiche von 480 bis 545  C  und dann einer Ausscheidungshärtung un  terworfen wird.  



  Eine erfindungsgemässe Aluminiumlegie  rung setzt sieh zum Beispiel wie folgt     zusam-          men:        4%        Kupfer,        0,12%        Cadmium,        0,5%          Mangan,        0,31/e        Eisen,        0,25%        Silizium,        0,1.51/o          Titan,        weniger        als        0,02%        Magnesium,

          Zinn     und andere     Unreinigkeiten,    Rest Aluminium.  Diese     Legierung    erreicht eine maximale Härte  nach einer Alterung von etwa 10 Tagen bei  130  C oder nach etwa- 2 Stunden bei 190  C.  



  Die Zusammensetzungsbereiche, Zeit und  Temperatur der Ausscheidungshärtung, in  welchen der erwähnte Zusatz von Cadmium  zu     Aluminium-Kupferlegierungen    eine wesent  liche,     günstige        Wirkung    hat, sind in der bei  liegenden Zeichnung und in der Tabelle I der  vorliegenden Beschreibung dargestellt. Die  Ordinate in der Zeichnung stellt die Gewichts  prozente des in Lösung befindlichen Kupfers  dar, die Abszisse die     Wärmebehandlungszeit     in Stunden, in einem logarithmischen Massstab  aufgetragen.

   Die     Isothermenkurv    en stellen die  Zeiten und     Zusammensetzungen    dar, bei     wel-          ehen    eine maximale Härte der Legierungen  bei der angegebenen Temperatur erreicht  wird.

   Die Linie     BX    stellt die Zusammenset  zung-, Zeit- und Temperaturbedingungen dar,  die eine maximal erhöhte Härte der     Alumi-          nium-Kupfemlegierungen    mit     Cadmiumzusat.z     zur Folge haben gegenüber     Aluminium-Kup-          ferlegierungen    ohne einen solchen Zusatz, die  während einer geeigneten Zeit gehärtet wur  den, um maximale Härte zu     ereichen.    Im all  gemeinen wird die Härte durch solche Zu  sätze um 20 bis 35     Vickers-Härtegrade    erhöht,  wenn die     ZusammensAtzung,    Zeit und Tem  peratur der Wärmebehandlung so gewählt  werden,

   dass sie auf der Linie     BX    liegen.  Wenn die Zusammensetzung Zeit und Tem  peratur der Wärmebehandlung unterhalb der    Linie A X liegen, ist die Verbesserung, die     vom          Cadmiumzusatz    herrührt, relativ gering und  beträgt im allgemeinen nicht mehr als 10     Vik-          kers-Härtegrade.    Tatsächlich kann die erreich  bare Härte, wenn Zusammensetzung, Zeit und  Temperatur so gewählt werden, dass sie we  sentlich unterhalb der Linie A X liegen, bei  Legierungen mit     Cadmiumzusatz    eventuell.  nicht. grösser oder sogar kleiner sein als die  Härte, die bei einfachen     Aluminium-Kupfer-          legierungen    erreichbar ist.

   Die Linie     CX    stellt.  einen     Zusammensetzungs-    und Temperatur  bereich dar, oberhalb welchem die durch den  Zusatz von     Cd    erreichte Verbesserung im all  gemeinen 15     Vickers-Härtegrade    gegenüber  der bei     Aluminium-Kupferlegierungen    ohne  den erwähnten Zusatz erreichbaren Härte  nicht übersteigt, obwohl Legierungen, die ent  sprechend Punkten in den Bereichen oberhalb  dieser Linie hergestellt     wurden:,        gewisse    tech  nische Vorzüge haben können, wie sie unten  beschrieben sind.  



  Man sollte nicht vergessen, dass die Zeit,  welche bei einer gegebenen     Temperatur    die  maximale Härtung zur Folge hat, variiert, je  nachdem, ob die Legierungen Cadmium ent  halten oder nicht. Die oben angegebenen Da  ten beziehen sich auf die     maximal    erreichbare  Härte, wenn die     geeignete    Zeit bei einer ge  gebenen Temperatur gewählt wird. Im allge  meinen erreichen die     cadmiumhaltigen    Legie  rungen ihre maximale Härte rascher und be  ginnen rascher wieder weich zu werden als       cadmiumfreie        Legierungen.     



  Ferner sollte man nicht vergessen, dass das  in     Aluminium-Kupferlegierungen    enthaltene  Kupfer unvollständig in Lösung sein kann  und dass sich die oben angegebenen Daten nur  auf     Legierungen    beziehen, die während 1e  nügend langen Zeiten geglüht wurden, um  sicher zu sein, dass die Legierung eine voll  ständige feste Lösung ist. Wenn in der indu  striellen Anwendung nicht das gesamte vor  handene Kupfer in fester Lösung ist, werden  die für die     Wärmebehandlung    gewählten Zei  ten und Temperaturen niedrigeren Kupfer  gehalten als den angegebenen angepasst, da  die Zeiten und Temperaturen zur Erreichung      maximaler Härte von dem in fester Lösung       befindliehen    Kupfer abhängig ist und nicht  einfach vom chemischen Gehalt.  



  Die maximale Härtung von Aluminium  Kupferlegierungen, ob mit oder ohne     Cad-          miumzusatz,    findet bei Anwendung einer re  lativ niedrigen Temperatur während relativ  langer Zeit statt,     aber    die     cadmiumhaltigen     Legierungen erreichen ihre maximale Härte  nach kürzerer Zeit. Wie es wohl bekannt ist,  nimmt, die maximal erreichbare Härte mit zu  nehmendem Kupfergehalt zu.

   Aus diesen       CTründen    verwenden wir, wenn die maximale       Härte        erwünscht.    ist (im Gegensatz zur maxi  malen, durch den Zusatz des Cadmiums er  reichbaren Verbesserung) Zusammensetzun  gen, Zeiten und Temperaturen der Wärme  behandlung im Gebiet rechts oben in der bei  liegenden Zeichnung. Es ist jedoch vorteil  haft, die     Ausscheidangshärtezeit    auf maximal  50 Stunden und vorzugsweise auf 24 Stunden  zu beschränken, so dass die technisch verwert  baren     Zusammensetzungs-,    Zeit- und Tem  peraturbereiche der Wärmebehandlung durch  die     vertikale    Linie, die einer 50stündigen Be  handlung entspricht,     begrenzt    werden.  



  Damit Legierungen technisch als     aushärt-          bare        Legierungen    verwendbar sind, ist es  zweckmässig, wenn die durch die Wärme  behandlung erreichbare Härte nicht wesent  lich unter 100     Vickers-Graden    liegt.

   Der     Kup-          fergeha.lt    muss deshalb genügend hoch sein,  um einen solchen     Härtungsgrad    zu     ermögli-          Phen,    und die Bedingungen, unter welchen       eine    minimale     Härte    von 100     Viekers-Graden     erreicht wird, sind durch das Gebiet oberhalb  den Linien     A-E    und     E-P    gegeben.

      Die zweckmässigen Grenzbedingungen für  technisch verwertbare und verbesserte, künst  lich gealterte     Aluminium-Kupferlegierungen          mit        Zusätzen        von        bis        zu        1%        Cadmium        sind     deshalb in der Tabelle     II    definiert.  



  Bei der Auswahl von geeigneten Tempera  turen und Zeiten für die Ausscheidungshär  tung innerhalb der angegebenen Grenzen soll  beachtet werden, dass sie     zweckmässigerweise     in den Bereichen liegen, die durch die nach  stehenden Formeln gegeben werden.  



  1. Wo das ursprünglich in  Lösung      befind-          liche        Kupfer        41/2%,        übersteigt:     
EMI0003.0043     
         2.        Wo        sich        ursprünglich        zwischen        31/2%        und          41/2%        Kupfer        in         Lösung         befinden     
EMI0003.0056     
         3.        Wo     <RTI  

   ID="0003.0059">   sich        ursprünglich        weniger        als        31/2%     Kupfer in  Lösung  befinden:  
EMI0003.0064     
    Worin X ein beliebiger Wert zwischen 2  und 20 ist, H die     Wärmebehandlungszeit    in  Stunden und t die Temperatur in Celsius  graden.         Tabelle   <I>I</I>    Bereiche für Zusammensetzung, Zeit und  Temperatur von Ausscheidungshärtungen, in  denen     Cadmiumzusätze    Verbesserungen er  geben.

    
EMI0003.0068     
  
    % <SEP> Kupfer <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> Zeit <SEP> in <SEP> Minuten <SEP> Optimale <SEP> Zeit
<tb>  Max. <SEP> Temperatur
<tb>  und <SEP> Temperatur
<tb>  5 <SEP> 0/0 <SEP> oder <SEP> mehr <SEP> 8 <SEP> Min. <SEP> 220  <SEP> C <SEP> 30 <SEP> Min. <SEP> 205  <SEP> C
<tb>  41/20/0 <SEP> 6 <SEP> Min. <SEP> 220  <SEP> C <SEP> 11/2 <SEP> Std. <SEP> 195  <SEP> C
<tb>  4 <SEP> % <SEP> 15 <SEP> Min. <SEP> 225  <SEP> C <SEP> 5 <SEP> Std. <SEP> 185  <SEP> C
<tb>  <B>31/20/0</B> <SEP> 1 <SEP> Std. <SEP> 20 <SEP> Min. <SEP> 215  <SEP> C <SEP> 15 <SEP> Std. <SEP> 170  <SEP> C
<tb>  3 <SEP> 0/0 <SEP> 7 <SEP> Std. <SEP> 200  <SEP> C <SEP> 50 <SEP> Std. <SEP> 160  <SEP> C
<tb>  21/91/o <SEP> 40 <SEP> Std. <SEP> 180  <SEP> C <SEP> 160 <SEP> Std. <SEP> 140  <SEP> C
<tb>  2 <SEP> 0/0 <SEP> 220 <SEP> Std.

   <SEP> 160  <SEP> C <SEP> 500 <SEP> Std, <SEP> 130  <SEP> C              Tabelle        II          Grenzbedingungen    für     Zusammensetzung,     Zeit und Temperatur der Ausscheidungshär-         timg    für     #Iliimitiium-K.upferleflerungen    mit       Cadmiumzusätzen        (bis        1-%)        im        Bereiche        der     technischen Verwertbarkeit.

    
EMI0004.0013     
  
    Ursprünglich <SEP> in <SEP> Zeit <SEP> in <SEP> Minuten <SEP> Minimale <SEP> -Temperatur
<tb>  Lösung <SEP> befindliches <SEP> Max. <SEP> Temperatur <SEP> für <SEP> die <SEP> max. <SEP> Ausglüh  Kupfer <SEP> in <SEP> zeit <SEP> von <SEP> 50 <SEP> Std.
<tb>  3 <SEP> bis <SEP> 31/21/a <SEP> 60 <SEP> Min <SEP> bei <SEP> 210  <SEP> C <SEP> 160<B>0</B> <SEP> C
<tb>  31/2 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> 1/a <SEP> 15 <SEP> Min. <SEP> bei <SEP> 225<B>0</B> <SEP> C <SEP> 150<B>0</B> <SEP> C
<tb>  41/a <SEP> und <SEP> mehr <SEP> 6 <SEP> Min.

   <SEP> bei <SEP> 225  <SEP> C <SEP> 1.40  <SEP> C       Es ist zu beachten, dass bei allen vorste  henden Erläuterungen die unter 41/o liegen  den Kupfergehalte lediglich erwähnt wurden,  um die Zusammenhänge besser zu verstehen,  dass sich aber die Erfindung nur auf Kupfer  gehalte von 4 bis     7,51/a    beschränkt. Bei nied  rigeren Kupfergehalten wird die Zeit für die  Ausscheidungshärtung unpraktisch lange.  



  Wärmebehandelte Legierungen entspre  chend der vorliegenden     Erfindung    haben ver  schiedene Vorteile gegenüber Legierungen  vom     AI-Cu-ZtTg-Typus,    nämlich:  Sie können warm bearbeitet werden, z. B.  durch Walzen, Ziehen, Schmieden, ohne     da.ss     sich Risse bilden, und mit grösserer Geschwin  digkeit, und sie zeigen im bearbeiteten Zu  stand weniger     anisotrope    Eigenschaften als  Legierungen vom     AI-Cu-Mg-Typus.    Sie kön  nen in einem weiteren Temperaturbereich be  arbeitet werden, bis zur     Solidus-Temperatur     der     Legierung,    unabhängig irgendwelcher  vorhandener     cadmiumreicher    Gefügebestand  teile.

   Sie zeigen im wesentlichen bei Zimmer  temperatur nach der Lösungsbehandlung kein       Altern    und bleiben, wenn sie bei Zimmertem  peratur gelagert werden, in     duktilem    Zustand.  Im vollständig wärmebehandelten Zustand  sind sie frei von Beanspruchungskorrosion  und weisen nur geringe unterkristalline Kor  rosion auf.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Aluminiumlegierung, dadurch gekenn zeichnet, dass sie 4,0 bis 7,51/o Kupfer, 0,075 bis 11/o Cadmium, höchstens 0,151/o Magne sium, höchstens 0,031/o Zinn, nicht mehr als 1,51/o Mangan, nicht mehr als 1,011/o Eisen und nicht mehr als 13,01/o Silizium enthält, wobei der Rest aus Aluminium mit höch stens 21/o an weiteren Elementen besteht. 1I. Verfahren zur Herstellung einer Alu miniumlegierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass nach dem Zusam menschmelzen der Bestandteile die Legie rung einer Lösungsbehandlung bei einer Temperatur im Bereiche von 480 bis 545 C und dann einer Ausscheidungshärtung unter worfen wird.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentansprneh 1I, da durch gekennzeichnet, dass mehr als 41/.21/o Kupfer in Lösung gebra,eht werden und die Dauer und die Temperatur der Ausschei dungshärtung nach der Formel EMI0004.0036 eingestellt wird, wobei X ein beliebiger Wert zwischen 2 und 20 ist, II die Behandlungszeit in Stunden und t die Temperatur in C.

2. Verfahren nach Patentanspriieh TI, da durch gekennzeichnet, class weniger als 41/21/o Kupfer in Lösung gebracht werden und die Dauer und die Temperatur der Ausschei dungshärtung nach der Formel EMI0004.0044 eingestellt wird, wobei X ein beliebiger M'ert zwischen 2 und 20 ist, H die Behandlungszeit in Stunden und t die Temperatur in C.