NO134663B - - Google Patents

Description

Nærværende oppfinnelse vedrorer aluminiumlegeringer som

inneholder magnesium og silicium i det generelle mengdeom-

rådet fra 0,3 til 1,2 vekts-% Mg og 0,2 til 1,2 vekts-% Si.

En legering av denne typen, som inneholder 0,45 - 0,9 % Mg og

0,2 - o,6 % Si, er den som har funnet mest anvendelse ved ekstrudering av aluminiumsprodukter. Denne legering er i vide kretser kjent som "Alloy 6063" ifolge United States Aluminium Association Standards. Andre legeringer med andre mengde-

forhold av Mg og Si, eller som er tilsatt mindre mengder av andre elementer, har funnet utstrakt anvendelse ved ekstrude-

ring av aluminiumprodukter. Lignende legeringer anvendes i andre land selv om de kjemiske sammensetningsgrenser kan være noe forskjellig

^fra de som er registrert hos The Aluminium Association.

De mest vanlig anvendte spesifikasjonene for AA 6063 ^—klassen

av legeringer tillater forekomst av Cu, Cr, zn, Ti og Mn som forurensninger i mengder opptil 0,1% for hvert av de nevnte __ elementer, mens det er satt en maksimal grense på 0,35% for jern og en maksimal grense på 0,15% for andre forurensninger

(hver 0,05%). I normale kommersielle legeringer har man imidlertid en total forurensningsmengde (inkludert Fe) på ca. 0,3 - 0,4%. Det er også vanlig å ha et overskudd av silisium-innhold i forhold til det som kreves for å overfore hele magnesiuminnholdet til Mg2Si.

I den stbpte tilstand forekommer legenngselementene og for-urensningene i det ekstruderte stykket enten i fast losning i aluminium-grunnmassen, eller segregert i form av intermetalliske faser ved grensene til kornene som utgjores av storknet legering, eller ved grensene til ? ,k dendritt-cellene inne i disse korn. Det har i noen år vært vanlig praksis å homogenisere strukturen til 6063 —legeringen, ved hjelp av en varmebehandling, som har tilsiktet å eliminere grovere partikler av magnesium-silisid—fasen og mikroseigring eller "krystallseigring" av

magnesium og silisium i dendritt-cellene, da det ikke er mulig å oppnå optimale egenskaper eller ekstruderings-hastigheter i ekstruderte produkter som er fremstilt fra stbpeblokk som inneholder en slik seigring av magnesium og silisium. Ifolge vanlig praksis blir de stbpte blokker oppvarmet i flere timer til en temperatur på ca. 550°C og hurtig avkjblt for på den måten å låse fast en storre del av magnesium-silisidet i losning, og for å sikre at resten av denne fase utfelles i form av meget findelte og dispergerte partikler. Ekstruderte produkter med meget gode mekaniske egenskaper kan fremstilles ved gunstige ekstruderingstrykk og -hastigheter hvis stbpeblokker,' som er homogenisert på denne måte, gjenoppvarmes hurtig til ekstruderingstemperaturen. Imidlertid er overflate-finishen til ekstruderte produkter, som er fremstilt av slike stbpeblokker, ikke alltid så god som bnsket.

LOyerflatefinishen til et ekstrudert produkt er i stor utstrek-

\ning avhengig av med hvilken hastighet metallet presses ut av

dysen. Det er et formål med nærværende oppfinnelse å avsted-

komme en forbedring av 6063-sammensetningen og lignende Al-Mg-Si-legeringer med magnesium- og silisium-innhold som

ligger innenfor de tidligere nevnte mengdeområder, og som til-

later en okning av ekstruderingshastigheten uten tap av overflatefinish hos de ekstruderte produkter, eller omvendt å av-stedkomme en bedre overflatefinish-standard uten endring av ekstruderingshastighet, og da sammenlignet med en typisk

6063-prove i folge den generelle spesifikasjon.

En hovedårsak til_manglende kvalitet av overflate-

finishen til ekstruderte produkter av legering 6063 er at det brytes los faste komponenter fra overflaten til metallet når dette presses gjennom dyse-munnstykket. Disse defekter mani-festerer seg som lyst fargede innripede mikro-linj er eller

-ringer på overflaten til det ekstruderte produkt, og betegnes vanligvis som "pick-up". Vanligvis vil forekomsten av "pick-

up" og den odeleggende virkning på refleksegenskaper og glatt-

het av overflaten til det ekstruderte metall oke med ekstruderingshastigheten.

Man har nå forutsett at en av hovedårsakene til overflate-

defekter på grunn av "pick-up" skyldes nærvær av den intermetalliske fasen som kalles (3-Al-Fe-Si i stopeblokken under ekstruderingsprosessen. Denne fase, som er uloselig under de ovennevnte normale homogeniserings-betingelser, vokser i form av tynne, sproe plater, og dannes under fremstillingen av stopeblokken ved kokillestopings-prosessen med direkte avkjoling.p-Al-Fe-Si antas å ha den kjemiske formelen Fe2Si2Alg, og har en krystallstruktur av den monokline typen. Den uloselige

Fe-rike fasen kan også forekomme i en annen form, nemlig som oc-Al-Fe-Si. Denne fase antas å ha den kjemiske formelen Fe3~Si-

Al12°Q har en krystallstruktur av den kubiske typen. Man har

nå funnet at en vesentlig minskning av "pick-up"-defekter kan oppnås hvis den nærværende Al-Fe-Si-fasen i stopeblokken under ekstruderingen foreligger i a-fasen, og man antar at dette skyldes at denne fase er mindre mekanisk spro enn P-formen. Dette er særlig tilfelle når mengden?.vået for jern i

legeringen holdes innenfor 0,05 - 0,3%. Over 0,3% jern har "pick-up" en tendens til å oke, uavhengig av fasen bestående av den aluminium-jern-silisium-intermetalliske forbindelsen, mens når Fe-mengden er under 0,05%, så er de jern-rike fasene ikke skadelige for overflatekvaliteten til det ekstruderte stykket.

Legeringen ifolge oppfinnelsen er av den art som foruten aluminium inneholder 0,3 - 1,2% Mg, 0,2 - 1,2% Si, 0 - 0,4% Cu og 0 - 0,1% av hhv. Zn og Mn, 0,05 - 0,3% Fe som forurensning <p>g totalt 0,15% (0,05% av hver) av andre forurensninger, og karak-teristisk for legeringen er at den også inneholder Sr og/eller Ca i en samlet mengde på 0,01 - 0,5%.

Mens tilsetningen av kalsium eller strontium i de angitte mengder er nyttige for å forbedre overflate-karakteristika til de ekstruderte produkter, som inneholder magnesium og silisium i det innledningsvis angitte mengdeområdet, så foretrekker man

å holde magnesiuminnholdet under 0,7% og den totale mengden av magnesium pluss silisium under 1,5%. Med disse mengder av Mg og Si oppnåes de beste overflater ved ekstrudering.

Mens, som ovenfor angitt, tilsetning av kalsium eller strontium

1 mengder på 0,01 til 0,5% forutsettes, så har de beste resultater ifolge oppfinnelsen blitt oppnådd ved en tilsetning på ca. 0,02 - 0,05%. Med tilsetning av Sr eller Ca i en mengde på

ca. 0,05% vil i alt vesentlig hele Al-Fe-Si-fasen foreligge

i a-forra i den ubearbeidede stopeblokk. Mens den ubearbeidede stopeblokk kan ekstruderes helt tilfredsstillende ved relativt lave hastigheter /uten ytterligere varmebehandling, så kan hoyere ekstruderingshastigheter oppnås ved å oppvarme emnet eller blokken over Mg2Si-solvus-temperaturen i tilstrekkelig tid for å bringe Mg^i-fasen i losning. Mengdenivået for tilsetning av Sr eller Ca holdes fortrinnsvis ved ca. 0,02 - 0,05% da i hovedsak hele fordelen med tilsetningen er oppnådd ved dette nivå. Over dette nivå oppnås liten, hvis overhodet noen, forbedring av overflate-egenskapene, og det er en gradvis minskning av legeringens st yrke-egenskaper'. Det er mulig å tilsette

både Ca og Sr, og effekten er i alt vesentlig additiv. Dette medforer imidlertid ingen fordeler, og det kompliserer driften. Når Sr og Ca tilsettes sammen, så bor den totale tilsetning av de to komponentene ligge innenfor oven angitte område.

Vi har funnet at a-Al-Fe-Si-fasen fremmes ved tilsetning av ett eller flere av elementene Na, Be og B til slike legeringer som falt innenfor nærværende klasse. Av forskjellige grunner er det imidlertid ikke praktisk å inkorporere disse elementer i den nodvendige mengde under normal drift. F.eks. vil tilsetninger av Be medfore potensielle toksisitetsproblemer.

En legering ifolge nærværende oppfinnelse hadde folgende sammensetning: Si 0,40 - 0,50%; Mg 0,45 - 0,55%j Fe 0,15 - 0,25%; Sr eller Ca 0,015 - 0,05%; den totale mengden av andre forurensninger 0,2% (maks.); resten Al. Denne legering ble stopt i runde ekstruderings-emner ved stopningsprosessen med direkte avkjoling, og emnene blir varmebehandlet ved tempera-turer mellom 500 og 580°C i ca. 1 time for å lose magnesium-silisidet. Når dette materialet ble ekstrudert, fant man at det var en markant forbedring når det gjalt speilrefleksjon og glatthet for de ekstruderte produkter sammenlignet med ekstruderte produkter av samme legering (men uten tilsetning av hverken Sr eller Ca).

I et serieforsok ble denne legering, som inneholdt hhv. 0,018% Ca (a) og 0,05% Ca (b) sammenlignet med en standardlegering,

(c) som var fri for Ca. Emnene ble ekstrudert etter gjen-oppvarmning til 425°C ved 45,72 m/min med folgende resultater:

I andre testserier ble legeringer, som inneholdt hhv..0,015% Sr (a) og 0,05% (Sr (b) sammenlignet med standard-legering (c) som var Sr-fri. Emnene ble ekstrudert etter gjenoppvarming til 400<0>C ved 68,58 m/min. med folgende resultater:

Man vil således se at man har oppnådd en markant forbedring med hensyn til ekstruderings-karakteristika.

I ytterligere forsok ble samme legering undersakt, hvorved legeringen inneholdt 0,2 og 0,5% Sr og 0,2 og 0,5% Ca.

Disse legeringer ble ekstrudert gjennom den samme pressform som blea;anvendt i foregående forsok ved 83,82 m/min. og ble sammenlignet med standard-legering (c) under samme betingelser.

Legeringene med Ca og Sr-tilsetninger ble ekstrudert med en meget lys og "pick-up"-fri overflate, mens overflaten til ekstruderte produkter fra standardlegeringen var matt og oppviste stygge "pick-up".

Claims (3)

1. Aluminiumlegering med god ekstruderbarhet og god overflatefinish i ekstrudert tilstand, som foruten aluminium inneholder 0,3 - 1,2 % Mg, 0,2 - 1, 2 % Si, 0 - 0,4 % Cu og 0 - 0,1 % av hhv. Zn og Mn, 0,05 - 0,3 % Fe som forurensning og totalt 0,15 % (0,05 % av hver) av andre forurensninger, karakterisert ved at den også inneholder Sr og/eller Ca i en samlet mengde på 0,01 - 0,5 %.

2. Aluminiumlegering ifolge krav 1, karakterisert ved at den samlede mengde av Sr og/eller Ca ligger i området 0,02 - 0,05 %.

3. Aluminiumlegering ifolge krav 2, karakterisert ved at innholdet av Mg er under 0,7 % og summen av innholdet av Mg og Si er under 1,5 %.