[0001] Die Erfindung bezieht sich auf dauerschlagbare Niete aus einer Aluminium-Knetlegierung
mit 0,20 bis 0,80 % Si, 0 bis 0,70 % Fe, 3,5 bis 4,5 % Cu, 0,40 bis 1,0 % Mn, 0,40
bis 1,0 % Mg, 0 bis 0,10 % Cr, 0 bis 0,25 % Zn. 0 bis 0,20 % Ti + Zr, andere Elemente
einzeln 0 bis 0,05 % und gesamt 0 bis 0,15 %, Rest Aluminium.
[0002] Diese Legierung hat nach DIN die Werkstoff-Nr. 3.1324 bzw. die Nr. 2017 der Aluminium
Association. Sie wird überwiegend zur Herstellung von Nieten für die Flugzeugindustrie
gemäß LN 9197, 9198 und 9199 verwendet. Sie besitzt im Anlieferungszustand eine Zugfestigkeit
von 215 bis 295 N/mm
2 und eine Scherfestigkeit quer zur Längsachse von 255 N/mm
2.
[0003] Gemäß Beiblatt 1, Seite 4, zum Werkstoff-Legierungsblatt WL 3.1324, Ausgabe Juni
1983, müssen Niete aus der genannten Legierung unmittelbar vor der Verarbeitung lösungsgeglüht
und abgeschreckt werden. Die Verarbeitung ist im sogenannten instabilen Zustand durchzuführen
und muß innerhalb von 2 Stunden nach dem Abschrecken beendet sein. Falls eine Verarbeitung
innerhalb von 2 Stunden nach dem Lösungsglühen nicht möglich ist, muß eine Lagerung
in Tiefkühltruhen bei -17 °C erfolgen. Aber auch dann ist die Verarbeitungszeit auf
eine Woche beschränkt. Bei Raumtemperatur kalt ausgelagerte Niete oder überlagerte
Niete können etwa fünfmal erneut wärmebehandelt werden.
[0004] Bei einer Verarbeitung im kaltausgehärteten Zustand entfallen die zeitlichen Beschrärrkungen.
Es muß jedoch mit erhöhter Gefahr der Rißbildung am Schließkopf und mit verminderter
Schwingungsfestigkeit der Nietverbindung gerechnet werden.
[0005] Durch die Vorschriften für die Verarbeitung der Niete im weichgeglühten und abgeschreckten
Zustand, wird deren Anwendung sehr erschwert. Beim Neubau von Flugzeugen oder anderen
genieteten Gegenständen, lassen sich die Verarbeitungsbedingungen durch entsprechende
Einrichtungen und Organisation noch am ehesten einhalten. Aber auch hier sind Fehler
und Verwechselungen nicht auszuschließen. Sehr nachteiltig sind die Bedingungen für
die Bearbeitung der Niete aber bei Reparaturarbeiten, die praktisch auf jedem Flugplatz
anfallen können, wo die Voraussetzungen für eine vorschriftsmäßige Verarbeitung einrichtungsmäßig
und personell nicht immer gewährleistet sind.
[0006] Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die eingangs genannte Legierung durch einen
sogenannten dauerschlagbaren Werkstoff zu ersetzen, bei dem also die Verarbeitung
ohne Nachteile in beliebigem zeitlichen Abstand nach dem Glühen und Abschrecken der
Niete erfolgen kann.
[0007] Verarbeitet man die Legierung WL 3.1324 im kaltausgehärteten Zustand, so entfallen
zwar die einschränkenden Bedingungen, es muß aber im Vergleich zu der empfohlenen
Verarbeitung mit einer erhöhten Gefahr der Rißbildung. und mit verminderter Schwingungsfestigkeit
der Nietverbindung gerechnet werden (vergl. Beiblatt zu WL 3.1324, Seite 4).
[0008] Nach einem anderen Vorschlag soll die Legierung AIZnMg AA 7050 als dauerschlagbarer
Nietwerkstoff brauchbar sein. Diese Niete werden in zwei Stufen warmausgehärtet, wobei
die Aushärtungstemperaturen sehr genau eingehalten werden müssen, weil sonst die vorgegebenen
Festigkeitseigenschaften nicht erreicht werden. Außerdem ist dieser Werkstoff auch
spannungsrißgefährdet und verhältnismäßig teuer.
[0009] Schließlich wird angestrebt, die Dauerschlagbarkeit bei einer bekannten und einschlägig
verwendeten Legierung zu erreichen, weil eine neue Legierung erst dann eingesetzt
werden könnte, wenn sie auch hinsichtlich aller anderen Eigenschaften den Forderungen
entspricht, wozu umfangreiche technische Untersuchungen und langwierige Zulassungsverfahren
nötig wären.
[0010] Es besteht somit die Aufgabe, den Werkstoff WL 3.1324 dahingehend weiterzubilden
bzw. abzuwandeln, daß daraus hergestellte Niete dauerschlagbar sind, d. h. daß die
Verarbeitung nicht auf eine kurze Zeit nach dem Glühen und Abschrecken beschränkt
ist bzw., daß die umständliche und fehlerträchtige Kühlhaltung vermieden werden kann.
[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Legierung 0,002 bis 0,30
% Cadmium zugesetzt werden. Vorzugsweise beträgt der Cadmiumzusatz 0,002 bis 0,05
%. Er kann mit gleichem Effekt aber auch im Bereich 0,05 bis 0,3 % liegen. In diesem
Fall wird allerdings die in WL 3.1324 angegebene Grenze von 0,05% für tolerierbare
sonstige Elemente überschritten und eine neue Legierung gebildet, für die je nach
Anwendungsgebiet neue Prüf- und Zulassungsverfahren erforderlich sind: .
[0012] Die bisherigen Versuche, dauerschlagbare Niete zu schaffen, waren vor allem darauf
gerichtet, das Aushärungsverhalten des Werkstoffs 3.1324 zu beeinflussen, um die Verarbeitungszeit
verlängern zu können, ohne jedoch letztlich eine Aushärtung des verarbeiteten Niets
zu unterdrücken. Es war schon länger bekannt, daß man durch geringe Zusätze an Cadmium,
Indium oder Zinn das Aushärtungsverhalten von AICu- bzw. AICu4, 5LiMn-Legierungen
verzögern kann (Hardy, H. K. lnst. Metals 80 (1951/52), S. 483/492; Anderko/Wiencierz
in Z. Aluminium 37. JG (1961) H. 9, S. 493/460 und H. 10, S. 663/677). Diese Erkenntnisse
konnten bisher aber zur Lösung des Problems « dauerschlagbare Niete nicht umgesetzt
werden. Es stellte sich nämlich heraus, daß Zusätze an Indium und Zinn ebenso wie
solche an Cadmium erwartungsgemäß zwar das Aushärten verzögern oder sogar unterdrücken
können, daß die für längere Zeit aufrechterhaltene geringere Härte sich auf die Daüerschlagbarkeit
aber nicht positiv auswirkt. Hierfür ist nämlich nicht die Härte, sondern das Formänderungsvermögen
des Werkstoffs maßgebend. Das Formänderungsvermögen war bei Indium- und Zinn-Zusätzen
nicht ausreichend, um einwandfreie Nietverbindungen herstellen zu können. Bei Cadmium-Zusätzen
wurde dagegen festgestellt, daß nicht nur der Aushärtungsverlauf verzögert wird, sondern
auch das Formänderungsvermögen nach dem Glühen und Abschrecken auch nach längerer
Zeit auf sehr hohem Niveau erhalten bleibt. Für Nietwerkstoffe läßt sich letzteres
am besten im Stauchver- . such nachweisen.
[0013] Es wurden Proben mit 4,7 mm Durchmesser .und 5,65 mm Länge in zeitlichem Abstand
nach dem Glühen und Abschrecken mit konstant 1.150 N/mm
2 gestaucht und die Stauchung in % über der Auslagerungszeit aufgetragen (Fig. 1).
Während die Cd-freie Legierung nach WL 3.1324 unter diesen Bedingungen eine Anfangsstauchfähigkeit
von etwa 57 % aufweist, die nach 8,5 Stunden auf etwa 48 % und nach 35 Tagen auf 45
% absinkt, hat der erfindungsgemäß mit 0,002 bis 0,05 % Cadmium legierte Werkstoff
eine Anfangsstauchfähigkeit von 58 %, nach 8,5 Stunden von 52 bis 52,5 % und nach
35 Tagen von 48 bis 50 %. Wichtig ist, daß die Cd-legierten Proben auch nach beliebig
langer Zeit noch eine Stauchfähigkeit besitzen, die größer ist als die der Cdfreien
Proben nach 8,5 Stunden. Nach einem Bericht der « Vereinigte flugtechnische Werke
GmbH TE 245/480/82 vom 10.08.1982, ist eine Erweiterung der Verarbeitungszeit von
2 auf 8,5 Stunden für Niete aus dem Werkstoff 3.1324 möglich, ohne daß dadurch die
im Wöhler-Versuch ermittelte Lebensdauer abfällt. Mit anderen Worten, der bei dem
bisher üblichen Nietwerkstoff innerhalb von 8,5 Stunden eintretende Verlust an Stauchfähigkeit,
wirkt sich auf die Dauerwechselfestigkeit der Nietverbindung nicht negativ aus, bzw.
bei dem erfindungsgemäß mit Cd-legiertem Werkstoff ist die Stauchfähigkeit auch nach
beliebig langer Zeit noch so hoch, daß eine Verschlechterung der Dauerwechselfestigkeit
nicht zu befürchten ist.
[0014] Damit ist das gesteckte Ziel, nämlich einen dauerschlagbaren Nietwerkstoff zu schaffen,
erreicht, bei Cd-Zugaben bis zu 0,05 % sogar ohne daß für die Legierung 3.1324 ein
neues Zulassungsverfahren erforderlich ist, denn in den Vorschriften sind sonstige
Zusätze bis 0,05 % ausdrücklich zugelassen.
1. Dauerschlagbare Niete aus einer Aluminium-Knetlegierung mit 0,20 bis 0,80 % Si,
0 bis 0,70 % Fe, 3,5 bis 4,5 % Cu, 0,40 bis 1,0 % Mn, 0,40 bis 1,0 % Mg, 0 bis 0,10
% Cr, 0 bis 0,25 % Zn. 0 bis 0,20 % Ti + Zr, andere Elemente einzeln 0 bis 0,05 %
und gesamt 0 bis 0,15 %, Rest Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung
noch 0,002 bis 0,3 % Cadmium enthält.
2. Dauerschlagbare Niete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung
0,002 bis 0,05 % Cadmium enthält.
3. Dauerschlagbare Niete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung
0,05 bis 0,3 % Cadmium enthält.
1. A rivet which retains a high ductility for a prolonged time and is made of a wrought
aluminum alloy containing 0.20 to 0.80 % Si, 0 to 0.70 % Fe, 3.5 to 4.5 % Cu, 0.40
to 1.0 % Mn, 0.40 to 1.0 % Mg, 0 to 0.10 % Cr, 0 to 0.25 % Zn, 0 to 0.20 % Ti + Zr,
other elements in an amount of 0 to . 0.05 % each and in a total of 0 to 0.15 %, balance
aluminum, characterized in that the alloy contains 0.002 to 0.3 % cadmium.
2. A rivet according to claim 7, characterized in that the alloy contains 0.002 to
0.05 % cadmium.
3. A rivet according to claim 7, characterized in that the alloy contains 0.05 to
0.3 % cadmium.
1. Rivet pouvant être façonné après une longue durée et constitué en un alliage forgeable
d'aluminium, ayant de 0,20 à 0,80 % de Si, de 0 à 0,70 % de Fe, de 3,5 à 4,5 % de
Cu, de 0,40 à 1,0 % de Mn, de 0,40 à 1,0 % de Mg, de 0 à 0,10 % de Cr, de 0 à 0,25
% de Zn, de 0 à 0,20 % de Ti + Zr, les autres éléments représentant individuellement
de 0 à 0,05 % et ensemble de 0 à 0,15 %, le solde étant de l'aluminium, caractérisé
en ce que l'alliage contient en outre de 0,002 à 0,3 % de cadmium.
2. Rivet pouvant être façonné après une longue durée suivant la revendication 1, caractérisé
en ce que l'alliage contient de 0,002 à 0,05 % de cadmium.
3. Rivet pouvant être façonné après une longue durée suivant la revendication 1, caractérisé
en ce que l'alliage contient de 0,05 à 0,3 % de cadmium.