Bleifreie Aluminiumlegierung auf Basis von AlCuMg mit guter Spannbarkeit

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung auf Basis AlCuMg mit guter Spanbarkeit.

[0002] Als Automatenwerkstoffe geeignete Knetlegierungen auf Basis AlCuMg enthalten als spanbrechenden Zusatz Blei. Gemäss EN 573:1994 werden diese Legierungen mit EN AW-AlCu4PbMgMn (EN AW-2007) und EN AW-AlCu4PbMg (EN AW-2030) bezeichnet.

[0003] Wegen der gesundheitsschädlichen Wirkung von Blei ist man gegenwärtig bemüht, dessen Anwendung in der Industrie auf ein Minimum zu beschränken. Hinzu kommt, dass die Anwesenheit von Blei in einer Aluminium-Knetlegierung bei üblichen Temperaturen zu einer Erhöhung der Rissanfälligkeit unter Dauerbelastung führt.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine als Automatenwerkstoff geeignete bleifreie Aluminiumlegierung mit guter Spanbarkeit bereitzustellen, die gegenüber bekannten Automatenwerkstoffen auf Basis AlCuMg vergleichbare oder bessere mechanische Eigenschaften aufweist.

[0005] Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass die Legierung 0.7 bis 1.5 Gew.-% Zinn als spanbrechenden Zusatz enthält.

[0006] Eine bevorzugte Aluminiumlegierung enthält in Gew.-%

Kupfer	3.9 bis 5.2
Magnesium	0.3 bis 1.3
Mangan	0.3 bis 1.0
Zinn	0.7 bis 1.5
Wismut	max. 0.40
Eisen	max. 0.8
Silizium	max. 0.8
Zink	max. 0.5
Chrom	max. 0.15
Titan	max. 0.20

sowie unvermeidliche Begleitelemente einzeln max. 0.05, insgesamt max. 0.15 und Aluminium als Rest.

[0007] Der Vorzugsbereich für Zinn liegt bei 0.8 bis 1.3, insbesondere 0.9 bis 1.2 Gew.-%.

[0008] Bevorzugt enthält die Legierung 0.15 bis 0.25 Gew.-% Wismut.

[0009] Die erfindungsgemässe Legierung kann in bekannter Art durch Stranggiessen und Strangpressen verarbeitet werden. Üblicherweise werden die stranggegossenen Barren einer Hochglühung unterworfen. Die stranggepressten Erzeugnisse werden sodann durch eine Wärmebehandlung oder thermomechanische Verarbeitung in verschiedene Endzustände überführt.

[0010] Für die erfindungsgemässe Legierung eignen sich zur Erzielung unterschiedlicher Auslagerungszustände die folgenden Wärmebehandlungsverfahren:

• Lösungsglühen mit nachfolgender Warmaushärtung
• Lösungsglühen, Abbau innerer Spannungen durch Recken in geeignetem Umfang mit nachfolgender Warmaushärtung
• Lösungsglühen mit nachfolgender Kaltaushärtung während mindestens drei Tagen
• Lösungsglühen, Abbau innerer Spannungen durch Recken in geeignetem Umfang mit nachfolgender Kaltaushärtung während mindestens drei Tagen

[0011] Die erfindungsgemässe Legierung eignet sich besonders für die Bearbeitung auf Automaten.

[0012] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0013] In einem Tiegelwiderstandsofen wurden zwei Legierungen mit einer Zusammensetzung gemäss Tabelle 1 aus Aluminium 99.5, Magnesium 99.9, Zinn 99.95, Wismut 99.9 sowie Vorlegierungen AlCu 45, AlMn10 und AlTi 6 erschmolzen. Aus jeder Schmelzcharge wurden durch Stranggiessen mittels einer wassergekühlten Kokille aus einer Aluminiumlegierung unter Anwendung eines Schmiermittels Bolzen mit einem Durchmesser von 205 mm abgegossen. Nach dem Abdrehen auf einen Durchmesser von 185 mm wurden die Bolzen hochgeglüht. Nach dem Sägen auf geeignete Länge und Anwärmen in einem Induktionsofen wurden die Bolzen zu Stangen mit einem Durchmesser von 36 mm stranggepresst.

[0014] Die auf diese Weise hergestellten Presslinge wurden durch unterschiedliche Wärmebehandlungsverfahren auf die gewünschten Endzustände verarbeitet. Die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierungen sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 1

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Ti	Sn	Bi	Sonstige		Rest
									einzeln max.	Gesamt max.
0.12	0.11	4.00	0.52	0.40	0.062	0.042	1.09	0.19	0.05	0.15	Al
0.10	0.11	4.12	0.50	0.83	0.036	0.053	1.13	0.19	0.05	0.15	Al

Tabelle 2

Endzustand gemäss Norm EN 515*	Rp 0.2 (MPa)	Rm (MPa)	A5 (%)	HB
T6, T6510 T6511	min. 310	min. 420	min. 9	115
T4, T4510 T4511	min. 290	min. 400	min. 11	110

*) EN 515 Aluminium und Aluminumlegierungen - Halbzeug - Bezeichnung der Werkstoffzustände

[0015] Die in Tabelle 2 verwendeten Kurzbezeichnungen bedeuten:

Rp 0.2

Dehngrenze

Rm

Zugfestigkeit

A5

Bruchdehnung

H

B Brinellhärte

Ansprüche

1. Aluminlumlegierung auf Basis AlCuMg mit guter Spanbarkeit,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Legierung 0.7 bis 1.5 Gew.-% Zinn als spanbrechenden Zusatz enthält.

2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung in Gew.-%

Kupfer	3.9 bis 5.2
Magnesium	0.3 bis 1.3
Mangan	0.3 bis 1.0
Zinn	0.7 bis 1.5
Wismut	max. 0.40
Eisen	max. 0.8
Silizium	max. 0.8
Zink	max. 0.5
Chrom	max. 0.15
Titan	max. 0.20

sowie unvermeidliche Begleitelemente einzeln max. 0.05, insgesamt max. 0.15 und Aluminium als Rest enthält.

3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0.8 bis 1.3 Gew.-%, vorzugsweise 0.9 bis 1.2 Gew.-% Zinn enthält.

4. Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0.15 bis 0.25 Gew.-% Wismut enthält.

5. Aluminlumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen bzw. raschem Abkühlen aus der Presshitze, ggf. Recken, und nach Warmauslagern auf maximalen Aushärtungsgrad eine Zugfestigkeit von mindestens 420 MPa, eine Dehngrenze von mindestens 310 MPa, eine Brinellhärte von mindestems 115 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 9% aufweist.

6. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen bzw. raschem Abkühlen aus der Presshitze, ggf. Recken, und nach Kaltauslagern während mindestens drei Tagen eine Zugfestigkeit von mindestens 400 MPa, eine Dehngrenze von mindestens 290 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 110 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 11% aufweist.

7. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Bearbeitung auf Automaten.