CH488807A - Verwendung von AlZnMgAg-Legierungen für hochbeanspruchte Werkstücke - Google Patents

Description

  Verwendung von Al Zn Mg     Ag-Legierungen    für hochbeanspruchte Werkstücke    Aus Gründen der Gewichtsersparnis und des Kor  rosionsverhaltens versucht man in steigendem Masse,  auch für hochbeanspruchte Werkstücke     AI-Legierun-          gen    einzusetzen. Von den hochfesten     AI-Legierungen     gibt es zwei Gruppen mit hoher Festigkeit, die Legie  rungen des Typs     AICuMg    und     A1ZnMg.    Erstere sind  wenig korrosionsbeständig, während die     A1ZnN1g-    und       A1ZnhI-Cu-Legierungen    zwar ausreichend korrosions  beständig, aber gleichzeitig relativ spröde und vor  allem     kerbeempfindlich    sind.

   Ausserdem neigen sie zu       Spannungsrisskorrosion.     



  Für zahlreiche Anwendungsgebiete ist es jedoch er  forderlich, zugleich hochfeste und zähe Werkstoffe zu  verwenden. So dürfen auf dem Sektor der Industriehy  draulik eingesetzte Werkstoffe nicht spröde reissen, da  es bei möglichen Überlastungen leicht zu Unfällen  kommen kann, wenn unter hohem Druck stehende  Rohre oder Behälter schlagartig zu Bruch gehen. Dies  gilt beispielsweise auch für Rohre von hydraulischen  Bergbaustempeln, die unter einem Innendruck von 400       kp/cm"-    stehen und darüber hinaus durch Gestein  schläge einer starken Stossbeanspruchung ausgesetzt  sind. Ein anderes Anwendungsgebiet, bei dem es auf  hohe Festigkeit in Verbindung mit geringer     Kerbemp-          findlichkeit    ankommt, sind Schrauben und Muttern.

    Sie stehen unter ständiger hoher Zugbeanspruchung, so  dass es bei kerbempfindlichen Werkstoffen leicht zur       Rissbildung    in den Gewindegängen kommt.  



  Auch Panzerplatten für Militärfahrzeuge, für die  man aus Gewichtsgründen Aluminiumlegierungen vor  geschlagen hat; müssen gleichzeitig hohe Festigkeit und  Zähigkeit aufweisen. So haben     Beschussversuche    an  der hochfesten Legierung 3.4365 nach DIN 1725, die  in den amerikanischen Normen als Legierung 7075 be  zeichnet wird, gezeigt, dass die Geschosse die Platten    zwar nicht durchschlagen, auf der Rückseite jedoch  Splitter abplatzten, die zu Verletzungen führen können.  



  Bei Verwendung für Leitplanken im Strassenbau,  die die Aufgabe haben, aufprallende Fahrzeuge abzu  fangen und auf die Fahrbahn zurückzuleiten, muss der  Werkstoff bei hoher Festigkeit gleichzeitig eine gute       Schlagbiegezähigkeit    aufweisen. Hier ist ein grosses  plastisches Arbeitsvermögen Voraussetzung, da die  kinetische Energie des Fahrzeuges von der Planke     auf-          cenommen    werden muss.  



  Innerhalb der Gruppe der hochfesten     Legierungen     des Typs     AIZriMg    und     A1ZnNlgCu    sind nach DIN  l725 (Ausgabe Mai 1961) folgende Werkstoffe ge  normt:         A1ZmMg3    mit 4,2 - 5,3 0     o    Zn;  2,0 - 3,5     0,'o    Mg;  0,1 - 0,6 "<B>0</B> Mn;  0,1 - 0,3  'o     Cr;     max. 0,7 0.o Fe;       max.    0,7     0.'o        Si.     



       A1ZnMgCu    0,5 mit 3,8 - 5,2 0 o Zn;  2,4 - 3,8     Ol,@    Mg;  0,4 - 1,0     0,'o        Cu;     0,1 - 0,6     ^@'o    Mn;  0, I - 0,3     0-'o        Cr;     max. 0,5 0;'o Fe;  max. 0,5     ",o        Si.     



       A1ZnMgCu    1,5 mit 5,1 -6,1 0:'o Zn;  2,1 - 2,9     0i    o Mg;  1,2 - 2,0 0; 0     Cu;     0.18 - 0,4     l',        'o        Cr;     0 - 0,5 0;'o     Si;          0-0,30oMn;     max. 0,7     "'o    Fe.      Diese Legierungen sind alle durch relativ weiten  Bereich im Zn- und Mg-Gehalt gekennzeichnet. Bildet  man das Verhältnis  
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    so beträgt dies im Mittel bei     AIZnMg3    1,73 bei       A1ZnMgCu0,5    1,45 und bei     AIZnMg        Cu1,5    2,24.

   Die  Gehalte an zulässigen Beimengungen, insbesondere Fe  und     Si,    sind mit 0,5 bzw. 0,7 nach oben begrenzt.  



  Die Wärmebehandlung dieser Legierungen wird in  der Regel in der Weise durchgeführt, dass die Halb  zeuge bei 460-480  C lösungsgeglüht, in Wasser abge  schreckt und bei 120-130  C warm ausgehärtet wer  den. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die       Wärmehärtetemperatur    auf 140-180  C zu erhöhen, da  hierdurch eine höhere Beständigkeit gegen     Spannungs-          risskorrosion    erzielt wird.  



  Die neben hoher Festigkeit für die angegebenen  Verwendungszwecke notwendigen Eigenschaften sind  somit grosse Zähigkeit, geringe Kerbempfindlichkeit  und gutes plastisches Arbeitsvermögen bei Schlag- oder  Stossbeanspruchung. Sie sind bei der Werkstoffprüfung  durch hohe Werte für Dehnung,     Einschnürung    und       Schlagbiegezähigkeit    gekennzeichnet.  



  Im Schweizer Patent Nr. 476 848 ist die Verwen  dung von     A1ZnMb    und     AIZnMgCu-Legierungen    für  hochbeanspruchte Werkstücke der genannten Verwen  dungszwecke beschrieben, wobei diese Legierungen den  daran gestellten Anforderungen     weitgehend    gerecht  werden. Es handelt sich dabei um Legierungen, in de  nen das Gewichtsverhältnis von Zink zu Magnesium  gleich oder grösser als 2,5 zu 1 ist, die Summe von  Zink und Magnesium nicht über 10     0,'o    liegt und die bei       120e    C und anschliessend bis 180  C stufenausgelagert  sind. Gegebenenfalls können diese Legierungen zusätz  lich noch bis zu 2 0; o Kupfer enthalten.  



  Es hat sich nun gezeigt, dass sich für in     gleicher          'Weise    hochbeanspruchte Werkstücke     AlZriMgAg-          Legierungen    eignen, die gegenüber den Legierungen  der vorgenannten Art den Vorteil einer einfacheren  Wärmebehandlung aufweisen.  



  Dementsprechend betrifft die vorgenannte Erfin  dung die     Verwendung    von Aluminiumlegierungen mit  Gehalten an Zink, Magnesium und Silber, bei denen  das Gewichtsverhältnis von Zink zu Magnesium gleich  oder     grösser    als 2.5 zu 1 ist, die Summe an Zink und  Magnesium nicht über 10     0/'o    liegt und der Silbergehalt       0,2        bis        0,5         -'o,        vorzugsweise        etwa        0,3        %,        beträgt,

          wobei     die Legierungen nach dem Lösungsglühen bei 170 bis  180 C ausgehärtet sind, zur Herstellung von Gegen  ständen, die neben hoher Festigkeit und Dehnung  gleichzeitig auch eine grosse Zähigkeit, hohe Werte für       Einschnürung    und     Schlagbiebezähigkeit    und geringe  Kerbempfindlichkeit aufweisen sollen.  



  Es wurde nämlich festgestellt, dass Dehnung, Ein  schnürung und     Schlagbiegezähigkeit    bei     A1ZnMg-    und       AIZnN4gCu-Werkstoffen    in hohem Masse vom Ver  hältnis  
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    abhängen. Je     grösser    das Verhältnis  
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    bei gleicher Summe der beiden Komponenten und  sonst gleicher Zusammensetzung ist, umso günstigere  Eigenschaften lassen sich erzielen. Streckgrenze und  Festigkeit sind dagegen in erster Linie von der Summe  Zn + Mg abhängig.

   Durch systematische Versuche  wurde ermittelt, dass zur Erzielung guter Dehnung,       Einschnürung    und     Schlagbiegezähigkeit    ein Verhältnis  
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    gleich oder grösser als 2.5 gewählt werden muss. Nach  oben ist dieses Verhältnis dadurch begrenzt, dass die  Summe Zn + Mg nicht über 10     0,"o    liegt, während  Legierungen mit zu geringem MB-Gehalt nicht mehr       genügend        akshärten.    Das günstigere Verhältnis  
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    liegt somit zwischen 2,5     und    4.  



  Weiterhin wurde gefunden, dass ein im oberen Be  reich der zulässigen Grenzen liegender     Si-Gehalt    bei       AlZriMgAg-Legierungen    eine     Versprödung    hervorruft.  Der     Si-Gehalt    in diesen Legierungen wird daher     günsti-          gerweise    auf maximal 0,15 01o, vorzugsweise 0,10     0;'o    be  grenzt. Die     chädliche    Wirkung des     Si-Gehaltes,    die  offenbar auf einer Bildung der     intermetallischen    Phase       MgzSi    beruht, macht sich vor allem bei     Schmiedteilen     bemerkbar.  



  Wie oben     erwähnt,    liegt der besondere Vorteil der  silberhaltigen     A1ZnMg-Legierungen    in ihrer einfache  ren     "'ärmebehandlung.    Wird eine solche Legierung  nach dem Lösungsglühen z. B. 4 Stunden lang bei  180- C     ausselagert,    so weist sie nachher die gleichen  mechanischen Eigenschaften auf, wie eine silberfreie       AIZriMe-    oder     A]ZnMQCu-Legierung    der     obengenann-          ten    Art, die     stufenaus(,elagert    wurde.

   Die Wärmebe  handlung lässt sich somit durch einen     Ag-Zusatz    einfa  cher gestalten; wirtschaftlich steht dem allerdings der  hohe Preis des Silbers entgegen. Die vorteilhafte Wir  kung des Silberzusatzes kommt aber auch nur in Ver  bindung mit einer Auslagerung von 170-180  C zur  Geltung.  



  Die beschriebenen Regeln gelten für alle hochfe  sten Legierungen der Gattung     AlZriMgAg    mit     Nvech-          selnden    Gehalten an Zn, Mg,     Cu,        Ntc,        Cr    und Zusät  zen von     AIZnMgAg,        Ti,        Be,        Zr    und andere. Je nach       Venvenduneszwecke,    d. h. entsprechend den geforder  ten Festigkeitswerten, kann bei der Legierungszusam  mensetzung die Summe Zn + Mg unterschiedlich sein,  wenn im übrigen die vorstehenden Regeln eingehalten  werden.  



  Durch eine Kombination der     AlZriMgAg    beschrie  benen legierungstechnischen und     Wärmebehandlungs-          massnahmen    gelingt es, hochfeste und zugleich zähe  Werkstoffe auf Basis     AIZnMgAg    herzustellen, die für  die beschriebenen Anwendungsgebiete hervorragend  geeignet sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass      gleichzeitig die     Spannungskorrosionsempfindlichkeit     beseitigt und die Dauerfestigkeit erhöht wird.  



  <I>Beispiel</I>  Für die Herstellung von Schrauben wurde eine  Legierung folgender Zusammensetzung entwickelt:  
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EMI0003.0003     
  
     Für diesen Anwendungszweck wurde ein     Ag-halti-          ger    Werkstoff verwendet, da die Legierung beim Kun  den     ausgehörtet    wird, für den eine Stufenauslagerung  schwierig durchzuführen ist.  



  Es wurden Rundstangen in üblicher Weise     ge-          presst,    abgezogen,     1h    bei 480  C lösungsgeglüht und  in Wasser abgeschreckt. Sodann wurden sie 4h bei  180  C ausgelagert. Die mechanischen Werte betrugen:  
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    00,2 <SEP> ss <SEP> B <SEP> Dehnung <SEP> Gleichmass- <SEP> Einschnürung <SEP> Schlagbiege  kp/mm= <SEP> kp/mm - <SEP> <B><I>0501,</I></B> <SEP> dehnung <SEP> 4 <SEP> 0/0 <SEP> zähigkeit
<tb>  ah
<tb>  ss <SEP> GI <SEP> 0/0
<tb>  mkp/cmz
<tb>  43,4 <SEP> 49,3 <SEP> 14,2 <SEP> <B>6,2</B> <SEP> 40,2 <SEP> 14,6

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verwendung von Aluminiumlegierungen mit Ge halten an Zink, Magnesium und Silber, bei denen das Gewichtsverhältnis von Zink zu Magnesium gleich oder grösser als 2,5 zu 1 ist, die Summe an Zink und Magnesium nicht über 10 0,/o liegt und der Silbergehalt 0,2 bis 0,5 0,'o beträgt, wobei die Legierungen nach dem Lösungsglühen bei 170 bis 180 C ausgehärtet sind, zur Herstellung von Gegenständen, die neben hoher Festigkeit und Dehnung gleichzeitig auch eine grosse Zähigkeit, hohe Werte für Einschnürung und Schlag biegezähigkeit und geringe Kerbempfindlichkeit aufwei sen sollen. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verwendung von Legierungen nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Silbergehalt etwa 0.3 0.'o beträgt. 2. Verwendung von Legierungen nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Siliciumge- halt maximal 0,15 %, vorzugsweise höchstens 0,10 0l0 beträgt. 3. Verwendung von Legierungen nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Gewichtsver hältnis von Zink zu Magnesium im Bereich von 2,5 bis 4,0 zu 1 liegt.

   4. Verwendung von Legierungen nach Patentan spruch oder einem der Unteransprüche 1 bis 3 zur Herstellung von Schrauben. 5. Verwendung von Legierungen nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Gewichtsver hältnis von Zink zu Magnesium im Bereich von 2,5 bis 4,0 zu 1 liegt, zur Herstellung von innerlich auf Druck beanspruchte Behälter, wie hydraulische Bergbaustem pel. 6. Verwendung von Legierungen nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Gewichtsver hältnis von Zink zu Magnesium im Bereich von 2,5 bis 4,0 zu 1 liegt, zur Herstellung von Panzerplatten. 7. Verwendung von Legierungen nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Gewichtsver hältnis von Zink zu Magnesium im Bereich von 2,5 bis 4,0 zu 1 liegt, zur Herstellung von Strassenleitplanken.