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Spannungsfreimachen eines Werkstücks aus aushärtbaren Aluminium-Legierung - Dokument DE69712447T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69712447T2 14.11.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0848073
Titel Spannungsfreimachen eines Werkstücks aus aushärtbaren Aluminium-Legierung
Anmelder Corus Aluminium Walzprodukte GmbH, 56070 Koblenz, DE
Erfinder Haszler, Alfred Johann Peter, 56179 Vallendar, DE;
Heinz, Alfred Ludwig, 56414 Niederahr, DE;
Müller, Otmar Martin, 56072 Koblenz, DE
Vertreter Paul und Kollegen, 41460 Neuss
DE-Aktenzeichen 69712447
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 15.12.1997
EP-Aktenzeichen 972039341
EP-Offenlegungsdatum 17.06.1998
EP date of grant 08.05.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.11.2002
IPC-Hauptklasse C22F 1/04
IPC-Nebenklasse C22F 1/053   C22F 1/043   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Bereich der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spannungsabbau eines alterungshärtbaren Aluminiumlegierungserzeugnisses mittels eines permanenten, plastischen Kaltumformprozesses, der sich an die Lösungsglühbehandlung und das Abschrecken anschließt.

Beschreibung des Stands der Technik

Die Herstellung von alterungshärtbaren Aluminiumlegierungserzeugnissen erfordert eine Lösungsglühbehandlung und ein Abschrecken des Erzeugnisses. Da die durch den Abschreckvorgang erzeugten Eigenspannungen eine Zerspanung ohne eine gleichzeitige Verzerrung der zerspanten Bauteile nicht erlauben, werden die Spannungen in den Erzeugnissen abgebaut. Bei flachen Erzeugnissen (beispielsweise einer gewalzten Platte) kann dies durch einen Streckvorgang mit einer permanenten, plastischen Verformung von wenigen Prozent der ursprünglichen Abmessungen durchgeführt werden. Normalerweise wird ein solches Strecken in der Längsrichtung durchgeführt, was normalerweise auch der Walzrichtung entspricht.

Die US-A-4294625 beschreibt beispielsweise einen Prozeß, bei dem eine Aluminiumlegierung gegossen wird, die danach zu einer Platte warmbearbeitet wird, und anschließend lösungsglühbehandelt, abgeschreckt, vorgehärtet, kaltgewalzt, um die Dicke um 11 ± 2% zu reduzieren, und dann gestreckt wird, um die Spannungen des Bauteils vor dem Härten abzubauen. Das Erzeugnis ist zur Verwendung im Flugzeugbau geeignet. Ähnlich offenbart die WO 95/24514 in Kurzform das Strecken eines abgeschreckten, dicken Aluminiumlegierungserzeugnisses zur Verbesserung der Flachheit und zur Reduzierung der Eigenspannung. Die JP- A-54-102214 beschreibt die Herstellung eines Aluminiumlegierungsrohres oder einer Aluminiumlegierungsstange mit geringen Eigenspannungen mittels Härten, gefolgt von einer Strecknivellierung um 0,5-1,0%, einer Walznivellierung und einer weiteren Strecknivellierung um 0,5-1,0%, gefolgt von Anlassen bei 210-250ºC für eine Zeitdauer von 1-2 Stunden, um weiter Spannungen abzubauen.

Des weiteren wurde vorgeschlagen, eine Kaltverdichtung als einen Prozeßschritt zum Spannungsabbau zu verwenden. Die GB-A-2025818 beschreibt die Herstellung von Aluminiumlegierungsringen mittels Warmringwalzen, einer Lösungsglühbehandlung, Abschrecken, Kaltwalzen zum Spannungsabbau und Härten. Die Durchmesseraufweitung beim Kaltwalzen beträgt 1 bis 3%. Ähnlich offenbart die JP-A-3-2359 eine Kaltverdichtung eines komplex ausgebildeten, hohlen, konischen Walzblockes einer Aluminiumlegierung nach einer Lösungsglühbehandlung und vor dem Härten. Die JP-A-4- 187747 beschreibt eine zweiachsige Kaltverdichtung, die an einem Aluminiumlegierungsblock mit komplexer Form und in Öffnungen angeordneten Einsetzteilen durchgeführt wurde.

Beim herkömmlichen Kaltstreckprozeß kann es passieren, daß die Kraft der Streckmaschine bei einem Erzeugnis (Platte) mit großem Querschnitt (beispielsweise sehr dicke oder sehr breite Platte) nicht zum Erreichen des gewünschten Streckungsgrades ausreicht. Dies hängt natürlich nicht nur von den Abmessungen der Platte sondern auch von der Plattenlegierung ab, oder genauer gesagt, von der Fließspannung des Plattenmaterials im gelösten und abgeschreckten Zustand.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher einer Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Abbau von Spannungen in alterungshärtbaren Aluminiumlegierungserzeugnissen zu schaffen, das insbesondere für ein Legierungserzeugnis mit großem Querschnitt geeignet ist.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses aus einer alterungshärtbaren Aluminiumlegierung, genauer gesagt eines Plattenerzeugnisses mit einer Längen-, einer Breiten- und einer Dickenrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(i) Gießen der alterungshärtbaren Legierung;

(ii) Formen der Gußlegierung zur Herstellung eines Formerzeugnisses;

(iii) Lösungsglühbehandlung des geformten Erzeugnisses;

(iv) Abschrecken des lösungsgeglühten Erzeugnisses;

(v) Spannungsabbau des abgeschreckten Produktes mittels einer permanenten, plastischen Umformung, bei der besagtes Erzeugnis einem spannungsabbauenden, mechanischen Kaltstrecken in seiner Längenrichtung unterzogen wird, und bei der auf den Schritt (a), bei dem das Erzeugnis einem spannungsabbauenden, mechanischen Kaltstrecken in seiner Längenrichtung unterzogen wird, der Schritt (b) folgt, bei dem das Erzeugnis einer spannungsabbauenden Kaltverdichtung in seiner Dickenrichtung unterzogen wird.

Bei diesem Verfahren kann es sich beim Aushärten um natürliches oder künstliches Aushärten handeln.

Es wurde festgestellt, wie es im folgenden gezeigt ist, daß das Ersetzen des herkömmlichen mechanischen Streckens als spannungsabbauendes Verfahren durch Kaltverdichten alleine zu einem Verlust der Festigkeits- und der Zähigkeitseigenschaften des Enderzeugnisses führt, obwohl die Verzerrung nach dem Zerspanen verbessert wird. Durch die Verwendung eines kombinierten Streckens und Verdichtens wird der Verlust an Eigenschaften zurückgewonnen, während gleichzeitig die verbesserte Verzerrung beibehalten wird.

Um den Vorteil der Erfindung vollständig auszuschöpfen, sollte die spannungsabbauende, permanente Umformung durch Strecken, die als die permanente Längung in Streckrichtung definiert ist, nicht mehr als 15% betragen, besser noch im Bereich von 0,3-5% und am besten im Bereich von 0,5-3% liegen.

Ähnlich wird vorgezogen, daß die spannungsabbauende permanente Umformung durch Verdichten, die als permanente Reduktion in Verdichtungsrichtung definiert ist, im Bereich von 0,2-5% liegt, besser noch im Bereich von 0,5-3%.

In der Praxis kann die Kaltverdichtung durch Schmieden, beispielsweise mittels eines Schmiedewerkzeuges, in sich überlappenden Schritten erzielt werden. Das spannungsabbauende Strecken des Erzeugnisses findet vorzugsweise vor dem Verdichten statt. Die Umformung wird vorzugsweise im wesentlichen vor jedem Härten und nach dem Abschrecken durchgeführt.

Der ganze Vorteil der Erfindung wird erzielt, wenn es sich bei dem Erzeugnis um eine dicke Platte mit einer Enddicke von 5 cm (2 inches) oder mehr, vorzugsweise 10 cm (4 inches) oder mehr, noch besser 15 cm (6 inches) oder mehr handelt.

Die Erfindung wirkt sich insbesondere auf die Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften und die Verzerrung aus, wenn die Aluminiumlegierung zu der Aluminiumgruppe der AA 2XXX-, AA 6XXX- oder AA 7XXX-Reihe gehört.

Vorzugsweise beträgt die Verzerrung nach dem Zerspanen weniger als 50 im.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im folgenden werden ein Beispiel der Erfindung und vergleichende Beispiele beschrieben, wobei der Schutzumfang der Erfindung nicht auf das offenbarte Beispiel beschränkt ist.

Beispiel 1 (vergleichendes Beispiel)

Es wurden zwei 15 cm (6 inches) Platten aus der Aluminiumlegierung AA 7050 T 745X mittels Gießen hergestellt, dann homogenisiert, warmgewalzt, lösungsglühbehandelt und abgeschreckt, Spannungen abgebaut (direkt nach dem Abschrecken) und gehärtet. Der Herstellungsprozeß der beiden Platten war bis auf den Spannungsabbau, der bei einer Platte mittels eines herkömmlichen mechanischen Streckens in Längenrichtung der Platte und bei der anderen Platte durch Kaltverdichten durchgeführt wurde, identisch. Das Kaltverdichten wurde in der Dickenrichtung durchgeführt, um ein Material mit abgebauten oder geringeren Spannungen zu erzielen. Da das Erzeugnis (die Platte) viel länger als das Schmiedewerkzeug war, wurde der Kaltverdichtungsprozeß in mehreren Schritten durchgeführt, wobei jeder Schritt einen Überlappungsbereich aufwies, um sicherzustellen, daß das gesamte Volumen des Erzeugnisses verdichtet wurde und somit Spannungen abgebaut oder reduziert wurden.

Die beiden Platten wurden untersucht. Das Maß der Kaltumformung und die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

L, S, T, LT, L-T, etc. bezeichnen die Versuchsrichtungen gemäß ASTM E399. Der Streckversuch wurde gemäß ASTM E8 und ASTM B557 durchgeführt. UTS bezeichnet die maximale Streckgrenze. A4d bezeichnet die Längung beim Bruch einer runden Zugprobe mit einer geeichten Länge, die dem vierfachen des Durchmessers der Probe entspricht. Die Untersuchung der Bruchfestigkeit für KIC-Werte wurde gemäß ASTM 8645 und ASTM E399 durchgeführt. Die Untersuchung der Verzerrung bei der Zerspanung wurde gemäß der Boing- Materialien-Spezifikaion BMS 7-323B, Absatz 8.6 und der Fig. 4 und 5 durchgeführt.

Dieser Versuch zeigt, daß durch die Kaltverdichtung eine geringere Verzerrung nach dem Zerspanen verglichen mit dem gestreckten Material gleicher Zusammensetzung und ähnlichem Kaltumformgrad erzeugt wird. Gleichzeitig stellte man fest, daß das kaltverdichtete Material eine geringere Streckgrenze sowohl in der Richtung der Kaltverdichtung (der Dickenrichtung) als auch in der Längenrichtung aufweist. Dies führt bestenfalls zu einem engen Herstellungsfenster, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen.

Versuch 2

Dieser Versuch umfaßt ein weiteres Vergleichsbeispiel und ein Beispiel gemäß der Erfindung.

Zwei identische Platten, die denjenigen Platten ähneln, die in Versuch 1 (gleiche Legierung) verwendet wurden, wurden durch den gleichen Prozeß wie in Versuch 1 hergestellt, abgesehen davon, daß ihre Dicke 21,8 cm (8,6 inches) betrug und daß der Spannungsabbau bei einer Platte nur mittels einer Kaltverdichtung in der Dickenrichtung und bei der anderen Platte mittels einer Kombination aus mechanischem Strecken in der Längenrichtung und Kaltschmieden in der Dickenrichtung durchgeführt wurde.

Tabelle 2 zeigt den Umformgrad und die Ergebnisse der Versuche, die an den Erzeugnissen durchgeführt wurden.

Tabelle 2

Der bei der alleinigen Durchführung einer Kaltverdichtung festgestellte Festigkeitsverlust war bei dem kombinierten Prozeß sowohl für die L- als auch für die ST- Versuchsrichtung nicht festzustellen.

Ferner wurde überraschend festgestellt, daß der Zähigkeitsgrad des kombiniert gestreckten und kaltverdichteten Materials im Vergleich zu dem nur kaltverdichteten Erzeugnis wesentlich besser war. Dieser Effekt ist für die S-L-Richtung stärker äls für die T-L und die L-T- Versuchsrichtung. Der Verzerrungsgrad nach dem Zerspanen ist bei beiden Prozessen nahezu gleich. Daher erlaubt der Prozeß gemäß der Erfindung die Herstellung von großen Querschnitten (breit und dick) von hochfesten, härtbaren Legierungen mit einer verbesserten Eigenschaftskombination hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit und gleichzeitig einen verglichen mit demjenigen Material, das nur kaltverdichtet wurde, sonst aber dem gleichen Herstellungsprozeß unterzogen wurde, ähnlichen Verzerrungsgrad nach dem Zerspanen.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses aus einer alterungshärtbaren Aluminiumlegierung, wobei das Erzeugnis ein Plattenerzeugnis mit einer Längen-, einer Breiten- und einer Dickenrichtung ist, das folgende Verfahrensschritte aufweist:

(i) Gießen der alterungshärtbaren Legierung;

(ii) Formen der Gußlegierung zur Erzeugung eines geformten Erzeugnisses;

(iii) Lösungsglühbehandlung des geformten Erzeugnisses;

(iv) Abschrecken des lösungsglühbehandelten Erzeugnisses;

(v) Duchführung eines Spannungsabbaus des abgeschreckten Erzeugnisses, indem das Erzeugnis einer permanenten, plastischen Kaltumformung mittels eines spannungsabbauenden, mechanischen Kaltstreckens in der Längenrichtung unterzogen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß dem Schritt (a), in dem das Produkt einer spannungsabbauenden mechanischen Kaltstreckung in der Längsrichtung unterworfen wird, der Schritt (b) folgt, in welchem eine das Produkt einer spannungsabbauenden Kaltverdichtung in der Dickenrichtung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (a) und (b) im wesentlichen vor dem Alterungshärten durchgeführt werden, das sich an das Abschrecken anschließt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die permanente Umformung in Schritt (a), die als die permanente Längung in der Streckrichtung definiert ist, nicht mehr als 15% beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die permanente Umformung in Schritt (a) im Bereich von 0,3-5% liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die permanente Umformung in Schritt (a) im Bereich von 0,5-3% liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die permanente Umformung in Schritt (b), die als die permanente Reduktion in der Verdichtungsrichtung definiert ist, im Bereich von 0,2-5% liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die permanente Umformung in Schritt (b) im Bereich von 0,5-3% liegt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kaltverdichtung in Schritt (b) mittels eines Schmiedewerkzeugs in sich überlappenden Schritten durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugnis eine dicke Platte mit einer Enddicke von wenigstens 5 cm (2 inches) ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Enddicke wenigstens 10 cm (4 inches) beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Enddicke wenigstens 15 cm (6 inches) beträgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aluminiumlegierung des Erzeugnisses zu einer der AA 2XXX-, AA 6XXX und AA 7XXX-Reihen gehört.







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