Aluminiumlegierung mit guter Spanbarkeit

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

[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-AlMglSiPb, 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 eine Legierung mit den Merkmalen von Anspruch 1.

[0006] Bei der erfindungsgemässen Legierung 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, der Vorzugsbereich für Kupfer bei 0,15 bis 0,40, und der Vorzugsbereich für Titan bei 0,04 bis 0,10 gew.-%.

[0007] Die erfindungsgemässe Legierung kann 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.

[0008] Für die erfindungsgemässe Legierung 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

[0009] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0010] In einem Tiegelwiderstandsofen wurden drei Legierungen mit einer Zusammensetzung gemäss Tabelle 1 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.

[0011] 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 sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 1

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 2

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

[0012] Die in Tabelle 2 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, 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,
Titan	max. 0,2,

sowie unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminium als Rest enthält.

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

3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,3 bis 0,6 Gew.-%, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 Gew.-% Wismut enthält.

4. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,15 bis 0,40 gew.-% Kupfer enthält.

5. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,04 bis 0,10 gew.-% Titan enthält.

6. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.

7. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.

8. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.

9. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Automatenwerkstoff.

Claims

1. Aluminium alloy with good machinability, characterised in that the alloy contains in % by weight

0.6 to 1.2	magnesium
0.6 to 1.4	silicon
0.6 to 1.2	tin
0.2 to 0.7	bismuth
0.2 to 0.6	manganese
max. 0.5	iron
max. 0.5	copper
max. 0.2	titanium,

as well as unavoidable impurities, individually to a max. of 0.05 and in total to a max. of 0.15, with the balance aluminium.

2. Aluminium alloy according to claim 1, characterised in that the alloy contains 0.7 to 1.0 % by weight, preferably 0.7 to 0.9 % by weight tin.

3. Aluminium alloy according to claim 1 or claim 2, characterised in that the alloy contains 0.3 to 0.6 % by weight, preferably 0.4 to 0.6 % by weight bismuth.

4. Aluminium alloy according to one of claims 1 to 3, characterised in that the alloy contains 0.15 to 0.40 % by weight copper.

5. Aluminium alloy according to one of claims 1 to 4, characterised in that the alloy contains 0.04 to 0.10 % by weight titanium.

6. Aluminium alloy according to one of claims 1 to 5, characterised in that, after semi-continuous casting, coarse-grain annealing and extrusion followed by solution annealing, quenching and natural ageing for at least three days at room temperature, the alloy has a tensile strength of at least 320 MPa, a yield strength of at least 240 MPa, a Brinell hardness of at least 110 and a breaking elongation AS of at least 10%.

7. Aluminium alloy according to one of claims 1 to 5, characterised in that, after semi-continuous casting, coarse-grain annealing and extrusion followed by solution annealing, quenching, possibly stretching and artificial ageing to the maximum degree of ageing, the alloy has a tensile strength of at least 350 MPa, a yield strength of at least 315 MPa, a Brinell hardness of at least 115 and a breaking elongation A5 of at least 8 %.

8. Aluminium alloy according to one of claims 1 to 5, characterised in that, after semi-continuous casting, coarse-grain annealing and extrusion followed by solution annealing, quenching, cold forming and artificial ageing to the maximum degree of ageing, the alloy has a tensile strength of at least 360 MPa, a yield strength of at least 330 MPa, a Brinell hardness of at least 120 and a breaking elongation A5 of at least 5 %.

9. Use of an aluminium alloy according to one of claims 1 to 8 as a free-machining material.

Revendications

1. Alliage d'aluminium avec une bonne aptitude à l'usinage caractérisé en ce que l'alliage contient en % en poids

du magnésium	0,6 à 1,2
du silicium	0,6 à 1,4
de l'étain	0,6 à 1,2
du bismuth	0,2 à 0,7
du manganèse	0,2 à 0,6
du fer	max. 0,5
du cuivre	max. 0,5
du titane	max. 0,2,

ainsi que des impuretés inévitables individuellement au maximum de 0,05, au total au maximum de 0,15 et le reste étant de l'aluminium.

2. Alliage d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage contient de 0,7 à 1,0% en poids, de préférence de 0,7 à 0,9% en poids d'étain.

3. Alliage d'aluminium selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'alliage contient de 0,3 à 0,6% en poids, de préférence de 0,4 à 0,6% en poids de bismuth.

4. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alliage contient de 0,15 à 0,40% en poids de cuivre.

5. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'alliage contient de 0,04 à 0,10% en poids de titane.

6. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'alliage présente, après une coulée continue en semi-continu, une recuisson à température nettement supérieure à Ac₃ et une extrusion avec une recuisson de mise en solution subséquente, une trempe et un stockage à froid pendant au moins trois jours à température ambiante, une résistance à la traction d'au moins 320 MPa, une limite élastique d'au moins 240 MPa, une dureté Brinell d'au moins 110 ainsi qu'un allongement à la rupture A5 d'au moins 10%.

7. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'alliage présente, après une coulée continue en semi-continu, une recuisson à température nettement supérieure à Ac₃ et une extrusion avec une recuisson de mise en solution subséquente, une trempe, éventuellement un étirage et un stockage à chaud jusqu'au degré de durcissement maximal, une résistance à la traction d'au moins 350 MPa, une limite élastique d'au moins 315 MPa, une dureté Brinell d'au moins 1 15 ainsi qu'un allongement à la rupture A5 d'au moins 8%.

8. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'alliage présente, après une coulée continue en semi-continu, une recuisson à température nettement supérieure à Ac₃ et une extrusion avec une recuisson de mise en solution subséquente, une trempe, un façonnage à froid et un stockage à chaud jusqu'au degré de durcissement maximal, une résistance à la traction d'au moins 360 MPa, une limite élastique d'au moins 330 MPa, une dureté Brinell d'au moins 120 ainsi qu'un allongement à la rupture A5 d'au moins 5%.

9. Utilisation d'un alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 comme matière première de décolletage.