CH449274A - Im Gesenk oder freiformgeschmiedeter Gegenstand zur Herstellung geschweisster Konstruktionen - Google Patents

Description

  Im     Gesenk    oder     freiformgeschmiedeter    Gegenstand zur Herstellung  geschweisster Konstruktionen    Zur Verbindung von Konstruktionsteilen mitein  ander dienen bekanntlich in der Regel Schrauben oder  Nieten.     Die    modernen     Fxtigungsverfahren        verwenden     hierfür     vielfach        Idas        Schweissen.    An     derartige    Verbin  dungen werden hinsichtlich ihrer     statischen,    dynami  schen     und        korrosiven    Beanspruchung. -n hohe Anforde  rungen gestellt.

   Bei der Berechnung von Schweisskon  struktionen     wird    von der     Annahm,--    eines     isotropen          Stoffaufibaues        ,ausgegangen.    Daher ist     biAang        stets    dafür  Sorge getragen     worden,        :

  dass    ein solcher     Zuseand,        also     die grösste Regellosigkeit     ider        Kristalle        vorhanden    ist,  wenn geschweisst werden soll, und es ist für manche       Schweisskonstruktionen        vorgeschrieben,

      dass der Werk  stoff in     allen        Richtungen        gleichartig        verformbar    sein       soll.        Die        Prüfjung    für das Vorhandensein     dieser    Be  dingung     geschieht        beispielsweise    auf     Untersuchungen     [der     Zipfelbildung.     



  Die vorliegende     Erfindung    bezieht     sich    auf im Ge  senk oder     freiformgeschmiedete    Gegenstände zur     Her-          stellung        geschweisster        Konstruktionen    aus Aluminium  legierungen der Typen     AlZi#Mg    oder     AlMgSi,    wie z. B.

    Halbzeuge in Form von Profilen, Stangen und Rohren,       sowie        Presstefi#12.    Die     erfindungsgemässen        Gegenstände     weisen die für ein Verschweissen erforderlichen metallur  gischen     Eigenschaften.    auf.     Insbesondere    liegen die     Fe-          atigkeiten    der zwischen solchen Gegenständen gefertigten       Schwesssverbiüdungen    bei     Raumtemperatur    nahezu bei  gleichen Werten, wie     sie    dem     Metall    der Gegenstände  selber eigen sind.

       Dabei    wird von     der        Erkenntnis        uus-          gegangen,        @dass    der     verformle    Gegenstand in     ;

  bestimmten          Richtungen        praktisch        keine        festigkeitsmässige        Beanspru-          chung        erfährt,        während    in     anderem        .Richtungen    beträcht  liche     Fesdlgkeitiwerte        erforderlich        sind.     



       Dicerfindungsgemässen    zu     verschweissenden        Geigen-          stände.        sind        idadurch        gekennzeichnet,    dass ihre Kristalle  eine Vorzugsorientierung aufweisen.

   Die     Orientierung    der  Kristalle nach bestimmten Vorzugsrichtungen bzw. nach       Kombinationen    solcher Vorzugsrichtungen erweist sich  überraschenderweise als besonders günstig     in    bezug auf    das mechanische und chemische Verhalten der Gegen  stände nach dem Verschweissen, wobei sich dieses Verhal  ten sowohl auf den Grundwerkstoff der Gegenstände als  auch     auf    die     Schweissnaht        selbst    und die     üb rgangs-          bereiche        zu,demselben        .erstreckt.     



  Als     vorteilhaft    hat es     sich    .erwiesen, dass     idie        emfin-          dungsgemäss,en        Gegenstände    eine doppelte     Faserfaextur          aufweisen,        deren        eine    Komponente mit der     [100]-Rich-          tung        parallel    zur     Verformungsrichiung    orientiert ist,

    während     als        zweite        Vorzugsrichtung    eine     [533]-O.rien-          tierung        auftritt.    Der     .Anteil    der beenden Komponenten ist  möglicherweise     verschileden    "gross,     während    .der     regellose     Anteil     der        Kristalle    mit Vorteil klein gehalten ist.

    Zweckmässig sollte der Anteil der     [533]-Vorzugsorien-          tierung        überwiegen.    Weiterhin hat es sich     gezergt,        dass     die     günstige    Wirkung     der        Doppelfasertextur    erhalten       bleibi,

          wenn        entweder        die        [533]-Textur        oder     teilweise     durch    eine     [111]-Orien-          tierung        ersetzt    wind.

       Eine        besonders        günst'i'ge        @orzwgs-          orientrierung    stellt sich     @dann    ein, wenn die     Verknetung     bei hohen     Temperaturen        stattfindet.    Zweckmässig be  trägt der Anteil der nach einer Vorzugsrichtung orientier  ten     Kristalle    über 10 %.  



       Zu,(12n    in Frage kommenden     Aluminiumlee,g@erungen     mit der     Basis        A1ZnMg    gehören bevorzugt solche folgen  der     Zusammensetzung:     3,5 bis     6,5%        Zink,     <B>0,8</B> bis     3,0%    Magnesium,  0,01 bis 2,0 %     iKupfer,     0,01 bis     1,0%    Mangan,  0,01 bis 0,4% Chrom,  bis 5 X 10-' % Beryllium.       0,01    bis 1,0<B>1</B> % Eisen.  



  Als     Legierungen    vom Typ     AlMgSi        .eignen    sich be  vorzugt solche d     e,r        Zusammensetzung:     0,5 bis 1,5 % Magnesium,  0,5 bis 1,5     %Siliz1um,         0,01     blls    1,0 % Kupfer,  0,01 bis 1;

  5 % Mangan,  0,01 bis 0,4 % Chrom,  0,01 bis 0,7 %     Eisen.          Überraschenderweise    hat sich     herausgest llt,    dass mit       Legierungen    solcher Art     eine    besonders     günstige    Wir  kung bei     Verknetung    von mindestens<B>50'</B> unter der       jeweiligen        Sol'iduslinie    auftritt, wobei     vorzugsweise    Tem  peraturen von 460 bis 570  C Anwendung     findzn.    Das  Optimum     bewegnisich    um 500   30  C.  



  Es besteht die Möglichkeit, das Verkneten im vor  erwähnten Temperaturbereich ganz oder     teilweise    durch       eine        zusätzliche    oder gemeinsame     Glühbehandlung    in       dem        vorerwähnt -m    Temperaturgebiet vor     rund    nachdem  Verkneten zu ersetzen.

   Die in     diesem    Falle vorge  nommenen     Verknetungen    erstrecken sich über 0,5 bis zu  etwa 50 Stunden, wobei ein     Optimum    bei solchen     Glüh-          temperaturen    auftritt,     dic    länger     dauern    als allgemein  üblich, beispielsweise 5 bis 24 Stunden.  



  Gegenstände nach der Erfindung lassen sich     da-          durch     dass man     idie        verkneteten        Formteile     abkühlt, nach dem     Abkühlen    gegebenenfalls richtet  und auslagert, anschliessend zwischen 490     und    540  C       lösungsglüht,    danach abschreckt und schliesslich ver  gütet.  



  Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren be  handelten und anschliessend verschweissten Gegenstände  weisen nach dem Schweissen höhere statische     und    dyna  mische     Festigkeitaswerte    in der     B. _anspruchungsrichtung     auf.  



  Sie haben ferner einen höheren     Elastizitätsmodulund     sind gegenüber     korrosiven    Angriffen, wie z. B. gegen  über der Spannungskorrosion und auch der Schicht  korrosion wesentlich     unempfindlicher    als die     bisher     üblichen Gegenstände mit regelloser Kristallorientierung.  



  Das Schweissen zur     Verbindung    der Halbzeuge     bzw.     Werkstücke umfasst das übliche     Verfahren    des Kalt  schweissens, der     Wiiderstandsschweissung,    des Schmelz  schweissens auf     autogener    oder elektrischer Basis mit       oder    ohne     Schutzgas,    ferner auch     d,--        Punktschweissung     und solche Verfahren, bei denen die Werkstoffe     mittels          eines    dem     Schweissen    ähnlichen Verfahrens, wie z. B.  dem Schneiden oder Brennschneiden, bearbeitet werden.  



  Aus den Halbzeugen werden     Konstruktionsteile    her  gestellt, die miteinander verschweisst werden. Hierzu  zählen u. a. Brückenteile,     Tragkonstruktionen    für     ver-          schied. ne    Bauten und Maschinenteile, ausserdem Fahr  zeugaufbauten,     Ausrüstungen    für Schiffe, Teile für Be  hälter, in denen flüssige oder feste Stoffe bei hohen  oder tiefen Temperaturen befördert werden sollen, sowie  Schwimmkörper aller Art in Süss- und     Salzwasser.    Zur       Erläut rung    des     Erfindungsgedankens    dienen     die    nach  folgenden Beispiele:  1.

   Eine     A1ZnMg-Legierung    folgender Zusammen  setzung:  1,3 %     Magnesium,     4,6 % Zink,       0,05%    Kupfer,  <B>0,25%</B>     Eisen,     0,257o     Silizium,          0,25%    Mangan,  0,2 % Chrom,  0,05 % Titan,  0,5 X     10-s    % Beryllium,  Rest:

       Aluminium,    mit den     üblichen     Verunreinigungen bis 1    wird im     Stnangguss    zu Rundbarren     vergossen.        Nach    Odem  Glühen     derselben    bei 510  C     während. iner    Dauer von  15     Stunden        erfolgt    ein Abkühlen und anschliessend eine  Erwärmung     innerhalb        weniger        Minuten    auf     induktivem     Wege auf     enne        Presstemperatur    von 490 + 20  C.

   Die       Verknetung    erfolgt     m        einer        Strangpressc,    deren Rezi  pient auf etwa     gleicher    Temperatur wie der     Barren     gehalten ist.     Das        Pressverhältnis    beträgt etwa 25:1.

    Die     Pre!ssgeschwindigkeit    bewegt sich um 20     sec/m.     Der     austretende        Profilstrang    wird sofort nach     d=    Ver  lassen der Matrize in     Wasser    abgekühlt, anschliessend  gerichtet und gereckt und etwa 3 Tage lang bei Raum  temperatur ausgelagert. Danach werden Freiform- oder       Gesenkschmiedestüake    bei 490 + 20  C     .gefertigt    .und  beschleunigt abgekühlt. Nunmehr erfolgt das Lösungs  glühen     unter    Verwendung eines     Salzbades    während der  Dauer von 5 Stunden bei 490  C.

   An diese Glüh  behandlung schliesst sich ein Abschrecken und danach  wieder     eine        Glühu:ng    in Stufen     @an,    bei der 15 Stunden  lang bei 80  C und danach     nochmals    15 Stunden lang  bei 120  C geglüht und anschliessend ausgehärtet wird.  In diesem Zustand weist das     Pressprofil    eine doppelte       Fascrtextur    aus etwa 60% [533], 30% [100], 5%     [111]-          Kristallvorzugsorientierung    und 5% regellose     Kristall-          orientierung    auf.

   Sie     stellt    einen     Mittelwert    über den  gesamten Querschnitt und die Länge des Profils dar.  



  Die     Verteilung    der     Kristallorientierung    kann zwi  schen     Pressanfang    und     Pressende    sowie zwischen     Press-          oberfläche        und        Pressmittc    etwas variieren.

   Das Profil  hat in der Hauptachse      & r    Fasertextur folgende me  chanischen Werte:    Streckgrenze 39     kp/mm=     Zugfestigkeit 45     kp/mme     Dehnung     ä5    11<B>70</B>       B,rinellhärt,

  3    130     kp/mm=          Elastizitätsmodul    7600     kp/mm=          Kerbschlagzähi.gkeit    6     mkp/cm2            Derartige    beispielsweise nach dem     Argonarc-V r-          fahren    verschweisste Profile zeichnen     sich    durch hohe       Festigkeit    des geschweissten Gegenstandes hinsichtlich  der ,dynamischen     und    statischen Beanspruchungen aus.

    Die Schweissnaht besitzt nach 30 bis 90 Tagen Lagerung       4 s    Gegenstandes bei     Raumtemperatur    fastgleiche Fe  stigkeit wie die Aluminiumlegierung. Die geschweissten  Profile     s#lnd    ferner bei korrosiver Beanspruchung frei  von Schichtkorrosion, die bei den normalen Legierungen  zu einem     blätterteigartigen    Zerfall der     beeinflusst n          Schweissnahtzone    führt. Die Teile sind ferner auch frei  von Spannungskorrosion.    2.

   Eine     AlMgSi-Legierung,    die aus  0,9 % Magnesium,  1,0 %     .Silizium,     0,05 % .Kupfer,  0;8 % Mangan,  0,1 % Chrom,  <B><I>0,05%</I></B> Titan,       Rest:        Aluminium,    99 %,     mit    den  üblichen     Verunreinigungen        bis   <B>1</B>75       #h2st'eht,    wird im     Strangguss    zu einem     Rundbarren    ver  gossen, oder anschliessend 20     Stunden    lang bei 540  C       ,geglüht,    abgekühlt und im Induktionsofen auf 530  C er  wärmt und bei 500  C     verpresst    wird.

   Der     Verpressungs-          ,graad        beträgt        etwa    30:1. Das     Presserzeugnis        ist    eine      Stange. Die     Abkühlung    erfolgt     unmittelbar    hinter     dsr          Presse:        idurch        Abschrecken    in Wasser     oder    mittels     eines          Wasser-Luftt.Gemnsches.    Die     Strange    erfährt     dann    eine  Zwischenlagerung bei Raumtemperatur.

   Hierauf werden.  Freiform- oder     Gesenkschmiedestücke    bei 490     -I-    20  C  gefertigt und beschleunigt abgekühlt. Danach wird noch  mals 45 Minuten lang in einem Salzbad von 540  C  geglüht und abgeschreckt. Nunmehr erfolgt möglichst  rasch die Warmaushärtung. Sie kann beispielsweise so  durchgeführt werden, dass die Stücke einem 20stündigen  Glühen bei 160  C unterworfen werden.

   Das Material  weist folgende mechanische Werte auf:  Streckgrenze 40     kp/mm2     Zugfestigkeit 44     kp/mm2     Dehnung     d5    11       Brinellhärte    128     kp/mm2          Elastizitätsmodul    7800     kp/mm2          Kerbschlagzähigkeit    6     mkp/cm2     Beobachtet wurde eine Kristallorientierung aus 30 ö  [111]-, 50 % [100]-, 15 %     [533]-Doppelfasertextur    und  5 % regelloser Textur. Nach dem Schweissen werden die  Teile tunlichst durch Lagerung bei Raumtemperatur  oder einem, zusätzlichen Vergüten nachbehandelt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Im Gesenk oder freiformgesohnniedeter Gegenstand zum Hers:te#llung,gmchweisster Konstruktionen aus einer Aluminiumlegierung des Typs AlZnMg oder AlMgSi, gekennzetiehnet durch eine Vorzugsorientierung ihrer Kristalle. UNTERANSPRÜCHE 1. Geigenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass idse Vorzugsorientierung üh r 10 des Kristallanteils umfasst.

   2. Gegenstand ,nach Patentanspruch<B>1,</B> dadurch gekennzechne% @dass die Vorzugsrichtung überwiegend eine Doppelfas@ertextur mit Iden Faserrichtungen [533] [100] aufweist.

   3. Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorzugsrichtung übenwiegenid eine Fasertextur mit den Fasierrichbungen [533] [100] [ 111 ] aufweist. 4.

   Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass er laus einer Legierung vom Typ AlZi#Mg mit folgender Zusammensetzung besteht: Aluminium, 3,5 bis<B>6,5</B> % Zink, 0,8 bis 3,0 % Magnesium, 0,01 bis 2,0 % Kupfer, 0,01 bis 1,0 % Mangan, 0,01 Abis 0,4 %Chrom, bals'5 X 10-2 % Beryllium, 0,01 bis 1,0 % Eisen. 5.

   Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch ge- k2nnzeichnet, idass er .aus einer Legierung vom Typ AlMgSi mit folgender Zusammensetzung beisteht:

   Aluminium, 0,5 bis<B><I>1,5%</I></B> Magnesium, 0,5 bis 1,51-0 Silizium, 0,01 bis<B>1,0%</B> Kupfer, 0,01 bis<B><I>1,5%</I></B> Mangan, 0,01 bis 0,4% Chrom, 0,01 Abis <B>0,7%</B> .Eisen. PATENTANSPRUCH II Verfahren zur Herstellung einers Gegenstandes ge mäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Legierungskörper nach dem Verkneten abgekühlt, zwi schen 490 und 540 C lösungsgeglüht,

   danach abge schreckt und schliesslich vergütet -wind. UNTERANSPRUCH 6. Verfahren nach Patentanspruch 1I, ,dadurch ge kennzeichnet, dass der Körper nach dem Abkühlen und vor dem Lös,ungsiglühen gerichtet und ausgelagert wird.