Aluminiumlegierung mit guter Spanbarkeit

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung mit guter Spanbarkeit, insbesondere einen Automatenwerkstoff auf der Basis AlCu oder AlMgSi.

[0002] Als Automatenwerkstoffe geeignete Knetlegierungen auf der Basis AlCu und AlMgSi enthalten als spanbrechenden Zusatz Blei, ggf. in Kombination mit Wismut. Derartige Legierungen werden gemäss EN 573:1994 wie folgt bezeichnet: EN AW-AlCu6BiPb, ggf. EN AW-AlCu6BiPb(A) und EN AW-Almg1SiPb, EN AW-AlMglSiPbMn, ggf. EN AW-AlMgSiPb.

[0003] Wegen der gesundsheitsschädlichen Wirkung von Blei ist man derzeit bemüht, dessen Anwendung in der Industrie auf ein Minimum zu beschränken. Hinzu kommt, dass bereits die Anwesenheit kleiner Bleimengen in einer Aluminium-Knetlegierung zu einer Erhöhung der Spannungsrissanfälligkeit unter Dauerbelastung bei Raumtemperatur führt.

[0004] Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, eine als Automatenwerkstoff geeignete, bleifreie Aluminiumlegierung mit guter Spanbarkeit bereitzustellen, die gegenüber herkömmlichen Automatenwerkstoffen vergleichbare oder bessere mechanische Eigenschaften aufweist.

[0005] Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass die Legierung 0,2 bis 1,2 Gew.-% Zinn und 0,2 bis 1,0 Gew.-% Wismut als spanbrechende Zusätze enthält.

[0006] Eine Aluminiumlegierung auf der Basis AlCu enthält in Gew.-%

Kupfer		4,6 bis 6,0
Wismut		0,2 bis 1,0
Zinn		0,2 bis 0,7
Zink	max.	0,45
Eisen	max.	0,7
Silizium	max.	0,4

   sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminuium als Rest.

[0007] Bei der Legierung auf der Basis AlCu liegt der Vorzugsbereich für Wismut bei 0,4 bis 0,9, insbesondere 0,6 bis 0,8 Gew.-%, der Vorzugsbereich für Zinn bei 0,3 bis 0, 6, insbesondere 0,4 bis 0, 6 Gew.-%.

[0008] Eine Legierung auf der Basis AlMgSi enthält in Gew.-%

Magnesium		0,6 bis 1,2
Silizium		0,6 bis 1,4
Zinn		0,6 bis 1,2
Wismut		0,2 bis 0,7
Mangan		0,2 bis 0,6
Eisen	max.	0,5
Kupfer	max.	0,5, vorzugsweise 0,15 bis 0,40
Titan	max.	0,2, vorzugsweise 0,04 bis 0,10

   sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminium als Rest.

[0009] Bei der Legierung auf der Basis AlMgSi liegt der Vorzugsbereich für Zinn bei 0,7 bis 1,0, vorzugsweise 0,7 bis 0,9 Gew.-%, der Vorzugsbereich für Wismut bei 0,3 bis 0,6, insbesondere 0,4 bis 0, 6 Gew.-%.

[0010] Die erfindungsgemässen Legierungen können in bekannter Art durch halbkontinuierliches Stranggiessen und Strangpressen verarbeitet werden. Ueblicherweise werden die halbkontinuierlich stranggegossenen Barren einer Hochglühung unterworfen; diese kann jedoch auch entfallen. Die stranggepressten Erzeugnisse werden sodann durch eine Wärmebehandlung oder thermomechanische Verarbeitung in verschiedene Endzustände überführt.

[0011] Für Legierungen auf der Basis AlCu eignen sich zur Erzielung unterschiedlicher Auslagerungszustände die folgenden Wärmebehandlungsverfahren:

• Lösungsglühen mit nachfolgender Warmaushärtung
• Lösungsglühen, Abbau innerer Spannungen durch Recken, nachfolgende Warmaushärtung
• Lösungsglühen, Kaltverformung mit nachfolgender Kaltaushärtung während mindestens drei Tagen

[0012] Für Legierungen auf der Basis AlMgSi eignen sich zur Erzielung unterschiedlicher Aushärtungszustände die nachstehenden Wärmebehandlungsverfahren:

• Lösungsglühen mit nachfolgender Warmaushärtung
• Lösungsglühen, Abbau der inneren Spannungen durch Recken, nachfolgende Warmaushärtung
• Lösungsglühen, Kaltverformung und nachfolgende Warmaushärtung
• Lösungsglühen, Warmaushärtung mit nachfolgender Kaltverformung

[0013] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Legierung auf der Basis AlCu

[0014] In einem Tiegelwiderstandsofen wurden drei Legierungen mit einer Zusammensetzung gemäss Tabelle 1 aus Aluminium 99,5, einer Vorlegierung AlCu 45, Zinn 99,95 und Wismut 99,9 erschmolzen. Aus jeder Schmelzcharge wurden durch halbkontinuierliches Stranggiessen mittels einer wassergekühlten Kokille aus einer Aluminiumlegierung unter Anwendung eines Schmiermittels Bolzen mit einem Durchmesser von 135 mm abgegossen. Nach dem Abdrehen auf einen Durchmesser von 110 mm wurde ein Teil der Bolzen hochgeglüht, ein anderer Teil wurde ohne Hochglühung im Gusszustand belassen. Nach Anwärmung auf Strangpresstemperatur in einem Durchlaufinduktionsofen wurden die Bolzen zu Stangen mit einem Durchmesser von 36 mm sowie zu Sechskantprofilen stranggepresst.

[0015] Die auf diese Weise hergestellten Strangpresserzeugnisse wurden durch unterschiedliche Wärmebehandlungen auf die gewünschten Endzustände verarbeitet. Die mit den verschiedenen Wärmebehandlungsverfahren erzeugten Endzustände und die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierung auf der Basis AlCu sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Legierung auf der Basis AlMgSi

[0016] In einem Tiegelwiderstandsofen wurden drei Legierungen mit einer Zusammensetzung gemäss Tabelle 3 aus Aluminium 99,5, Magnesium 99,9, Zinn 99,95, Wismut 99,9 sowie aus den Vorlegierungen AlCu 45, AlMn 10, AlTi 6 und AlSi 30 erschmolzen. Aus jeder Schmelzcharge wurden durch Stranggiessen mittels einer wassergekühlten Kokille aus einer Aluminiumlegierung unter Anwendung eines Schmiermittels Bolzen mit einem Durchmesser von 135 mm abgegossen. Nach dem Abdrehen auf einen Durchmesser von 110 mm wurde ein Teil der Bolzen hochgeglüht, ein anderer Teil wurde ohne Hochglühung im Gusszustand belassen. Nach Anwärmung auf Strangpresstemperatur in einem Durchlaufinduktionsofen wurden die Bolzen zu Stangen mit einem Durchmesser von 36 mm sowie zu Sechskantprofilen stranggepresst.

[0017] Die auf diese Weise hergestellten Strangpresserzeugnisse wurden durch unterschiedliche Wärmebehandlungen auf die gewünschten Endzustände verarbeitet. Die mit den verschiedenen Wärmebehandlungsverfahren erzeugten Endzustände und die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierung auf der Basis AlMgSi sind in Tabelle 4 zusammengestellt.

Tabelle 1

Si	Fe	Cu	Sn	Bi	Zn	sonstige		Rest
						einzeln max.	gesamt max.
0,11	0,21	5,06	0,49	0,60	0,42	0,05	0,15	Al
0,16	0,27	5,67	0,52	0,72	0,41	0,05	0,15	Al
0,10	0,16	5,24	0,50	0,63	0,02	0,05	0,15	Al

Tabelle 2

Zustand nach EN 515	Rp 0,2 (MPa)	Rm (MPa)	A5 (%)	HB
T6, T651	min. 280	min. 370	min. 10	110
T3	min. 150	min. 270	min. 20	80

Tabelle 3

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ti	Sn	Bi	sonstige		Rest
								einz. max.	gesamt max.
1,16	0,39	0,45	0,32	0,93	0,042	0,81	0,45	0,05	0,15	Al

Tabelle 4

Zustand	Rp 0,2 (MPa)	Rm (MPa)	A5 (%)	HB
T6, T651	min. 240	min. 320	min. 10	110
T8	min. 315	min. 350	min. 8	115
T9	min. 330	min. 360	min. 5	120

[0018] Die in Tabelle 2 und 4 verwendeten Kurzbezeichnungen bedeuten:

EN 515

Europäische Norm EN 515: 1993 Aluminium und Aluminiumlegierungen-Halbzeug-Bezeichnung der Werkstoffzustände
Rp 0,2  Streckgrenze
Rm  Zugfestigkeit
A5  Bruchdehnung
HB  Brinellhärte

Ansprüche

1. Aluminiumlegierung mit guter Spanbarkeit, insbesondere Automatenwerkstoff auf der Basis AlCu oder AlMgSi,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Legierung 0,2 bis 1,2 Gew.-% Zinn und 0,2 bis 1,0 Gew.-% Wismut als spanbrechende Zusätze enthält.

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

Kupfer		4,6 bis 6,0
Wismut		0,2 bis 1,0
Zinn		0,2 bis 0,7
Zink	max.	0,45
Eisen	max.	0,7
Silizium	max.	0,4

sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminuium als Rest enthält.

3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,4 bis 0,9 Gew.-%, vorzugsweise 0,6 bis 0,8 Gew.-% Wismut enthält.

4. Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,3 bis 0,6 Gew.-%, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 Gew.-% Zinn enthält.

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

Magnesium		0,6 bis 1,2
Silizium		0,6 bis 1,4
Zinn		0,6 bis 1,2
Wismut		0,2 bis 0,7
Mangan		0,2 bis 0,6
Eisen	max.	0,5
Kupfer	max.	0,5, vorzugsweise 0,15 bis 0,40
Titan	max.	0,2, vorzugsweise 0,04 bis 0,10

sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminium als Rest enthält.

6. Aluminiumlegierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,7 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,7 bis 0,9 Gew.-% Zinn enthält.

7. Aluminiumlegierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,3 bis 0,6 Gew.-%, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 Gew.-% Wismut enthält.

8. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach halbkontinuierlichem Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern auf maximalen Aushärtungsgrad eine Zugfestigkeit von mindestens 370 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 280 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 110 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 10% aufweist.

9. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach halbkontinuierlichem Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern auf weniger als maximalen Aushärtungsgrad eine Zugfestigkeit von mindestens 270 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 150 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 80 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 20% aufweist.

10. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach halbkontinuierlichem Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen, Abschrecken und Kaltauslagern während mindestens drei Tagen bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von mindestens 320 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 240 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 110 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 10% aufweist.

11. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach halbkontinuierlichem Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen, Abschrecken, ggf. Recken und Warmauslagern auf maximalen Aushärtungsgrad eine Zugfestigkeit von mindestens 350 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 315 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 115 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 8% aufweist.

12. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach halbkontinuierlichem Stranggiessen, Hochglühen und Strangpressen mit nachfolgendem Lösungsglühen, Abschrecken, Kaltverformen und Warmauslagern auf maximalen Aushärtungsgrad eine Zugfestigkeit von mindestens 360 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 330 MPa, eine Brinellhärte von mindestens 120 sowie eine Bruchdehnung A5 von mindestens 5% aufweist.