CS209469B2

CS209469B2 - Method of making the products from the dispersionally hardened aluminium alloy

Info

Publication number: CS209469B2
Application number: CS743562A
Authority: CS
Inventors: Larry R Morris
Original assignee: Alcan Res & Dev
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1974-05-17
Publication date: 1981-12-31
Also published as: DE2462118A1; SE407426B; NO741817L; HK15778A; NL180525B; YU137074A; DE2462117A1; NL7406673A; FR2229779A1; BR7404043D0; DE2462118C2; CA1038204A; DE2423597A1; JPS5041707A; HU171391B; NL180525C; FR2229779B1; ES426360A1; US3989548A; NO143166C

Description

(54) Způsob výroby výrobků z disperzně vytvrzené hliníkové slitiny

Vynález se týká způsobu výroby výrobků z disperzně vytvrzené hliníkové slitiny.

Mechanické vlastnosti výrobků z disperzně vytvrzované slitiny jsou řízeny jemnou disperzí mikroskopicky nerozpustných částic a/nebo· dislokační strukturou nebo zrnitou strukturou vznikající z těchto částic. Známé disperzně vytvrzené slitiny mají výhodné vlastnosti, například vysokou pevnost při zvýšených teplotách.

Výrobky z disperzně vytvrzovaných slitin včetně hliníkových se dosud vyrábějí spékáním jemných prášků. K výrobě disperzně vytvrzených materiálů, např. rychlořezných ocelí, se také používá reakčních pochodů v pevné fázi.

Nedostatky odstraňuje způsob výroby výrobků z disperzně vytvrzené hliníkové slitiny podle vynálezu, kde lze odléváním zachovat všechny výhodné vlastnosti této slitiny; podstata vynálezu spočívá v tom, že u odlitku z hliníkové slitiny, obsahujícího 5 až 20 % objemu nesrovnaných intermetalických tytyčinek středního průměru 0,1 až 1,5 pm, tvořených intermetalickou sloučeninou hliníku s niklem nebo nejméně s dvěma prvky ze skupiny zahrnující železo, nikl, mangan a křemík, kde popřípadě až 0,5 % kombinovaného obsahu železa a niklu může být nahrazeno odpovídajícím množstvím kobaltu, přičemž odlitek je prost hrubých primárních intermetalických částic, se tvářením zmenšuje průřez nejméně o 60 % původní hodnoty k rozdrcení intermetalických tyčinek na oddělené zlomky.

Výhoda způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že umožňuje vyrábět z hliníkových, disperzně vytvrzených slitin plynulým litím odlitky, zatímco dosud se k výrobě . polotovarů určených pro· další zpracování používalo techniky práškové metalurgie. Výrobky z těchto slitin mají vyšší pevnost a tvářitelnost než ' výrobky z dosavadních slitin.

Výhodné mechanické vlastnosti slitin s uvedeným obsahem intermetalických tyčinek se zhorší, když objemová koncentrace klesne pod uvedenou spodní · mez 5,0 %; při zvýšení objemové koncentrace nad horní mez 20 %o! se snižuje tvárnost i houževnatost slitiny. Vlastnosti slitiny jsou také nepříznivě ovlivňovány přítomností hrubých intermetalických částic o průměru větším než 3 pm. Cím stejnoměrněji jsou intermetalické tyčinky dispergovány, tím lepší jsou mechanické vlastnosti konečného výrobku.

Intermetalické tyčinky jsou přednostně tvořeny intermetalickou fází obsahující hliník a nejméně jeden, zpravidla dva prvky ze skupiny železo, nikl a mangan. Intermetalická fáze může také obsahovat křemík.

Střední průměr intermetalíckých tyčinek je výhodně v mezích 0,1 až 0,8 /zm.

Nejvýhodnější způsob vytváření tyčinkových intermetalíckých fází v hliníkové hmotě spočívá v tom, že se eutektická slitina s obsahem legujících prvků, které při tuhnutí slitiny vytvoří s hliníkem intermetalické fáze, odlévá při podmínkách lití umožňujících tzv. „sdružený růst“. Tento jev je znám a vysvětlen například J. D. Livingstonem v časopise „Materiál Science Engineering“, sv. 7 [1971] na str. 61—70.

Je známo, že když hmota lité slitiny eutektického nebo přibližně eutektického složení ztuhla odváděním tepla tak, že vznikne teplo-tní spád směrem k jednomu konci hmoty, mohou v matrici kovu růst seřazené lamely nebo tyčinky intermetalíckých fází, které vytvrzují hmotu, zejména zvyšují její pevnost v tahu ve směru vytvrzujících lamel nebo· tyčinek.

K vysvětlení vynálezu slouží přiložené výkresy.

V diagramech na obr. 1 a 2 je na ose úseček vynesena teplota ve °C, na první ose pořadnic vlevo poměrné prodloužení v %, na druhé ose pořadnic vlevo pevnost v tahu a mez kluzu v MPa a na ose pořadnic vpravo hodnoty Erichsenovy zkoušky v mm. Na obou grafech znamená křivka a poměrné prodloužení, křivka b mez kluzu, křivka c pevnost v tahu a křivka d hodnoty Erichsenovy zkoušky.·

Obr. 3 je 500 X zvětšená mikrofotografie ingotu obsahujícího , 0,9 % železa, 0,8 % manganu, ostatek hliník komerční čistoty, odlitého za podmínek uvedených v příkladu 2, a obr. 4 je mikrofotografie, rovněž při zvětšení 500, plechu tloušťky 1,27 mm, vyválcovaného· z ingotu podle obr. 3. Obr. 5 ukazuje při stejném zvětšení strukturu plechu ze stejné slitiny, ale z ingotu odlévaného v podmínkách, kdy došlo k· silné tvorbě hrubých metalických částic. Obr. 6 je přenosový elektronový mikrosnímek při zvětšení 13 000 válcovaného a částečně žíhaného plechu z hliníkové eutektické slitiny s obsahem 6 % niklu a ukazuje mírně protáhlé částice NiAls. Obr. 7 a 8 ukazují fázové rozhraní slitin obsahujících hliník, železo a mangan a slitin obsahujících hliník, železo a nikl. Obr. 9 ukazuje ' při 500násobném zvětšení vhodnou strukturu ingotu ze slitiny z příkladu 3, vyrobeného s velmi rychlým ochlazením, bez dalšího zpracování, a obr. 10 je mikrofotografie téhož materiálu po válcování za studená.

Lamelární a tyčinkové eutektické struktury jsou někdy nazývány také „pravidelná nebo normální eutektika“ k rozlišení od jiných struktur, které ztuhnou z eutektických směsí, avšak s nepravidelnou nebo fazetovou strukturou. Je známo, že „pravidelná“ eutektika, u nichž objemová koncentrace intermetalíckých fází je poměrně malá (menší než 30 %í), mají sklon tuhnout s tyčinkovou strukturou, kdežto eutektika s vyšší obejmovou složkou směsi rostou s destičkovou neboli lamelární strukturou. U některých eutektik se tvoří destičková struktura při nízkých rychlostech růstu a tyčinková struktura při vysokých rychlostech růstu. Nečistoty a průvodní formy „komůrkového“ nebo „koloniového‘’ růstu mají snahu urychlit tvorbu tyčinkové struktury. Odlévané slitiny s destičkovou strukturou nemají význam pro výrobu dispersně vytvrzených výrobků způsobem podle vynálezu. Intermetalická fáze, popisovaná jako tyčinková, nemusí mít nezbytně' tvar válcových tyčinek, které v průřezu mohou mít například také tvar šestiúhelníkový nebo čtyřúhelníkový, s poměrem delší osy ke kratší ose 5 : 1. Jednotlivé tyčinky mohou být také mírně rozvětvené, avšak v podstatě jsou vždy jednotného průřezu. Jsou vždy zcela odlišné od destičkového typu nebo od hrubých nepravidelných struktur.

Při známých způsobech výroby litých hmot s tyčinkovými intermetalickými fázemi se chlazení nejobvykleji provádí velmi pomalu za podmínek zajišťujících udržování v podstatě rovinného čela tuhnutí, aby všechny vzniklé hrubé tyčinky intermetalických fází byly srovnány ve směru lití. Pomalým jednosměrným tuhnutím vysoce čistých eutektik byly vyrobeny četné směsi s vytvrzujícími vlákny. Tyto materiály jsou silně anisotropické a vytvrzující účinek intermetalíckých fází se projevuje hlavně ve směru tyčinek. Tyto materiály jsou nejen výrobně drahé v důsledku pomalého ochlazování a vysoké čistoty kovových přísad, nezbytné protvorbu seřazených tyčinek, ale mají další nevýhodu v tom, že jsou křehké, poněvadž jsou zeslabovány křehkým lomem nebo rozpadem hrubých intermetalických fází. I když kovové odlitky vytvrzované vlákny jsou už dlouho předmětem intenzivního studia a laboratorních pokusů, jsou dosavadní způsoby jejich výroby tak pracné a pomalé, že získané výrobky mají jen omezený praktický význam.

Na rozdíl od známých odlitků vytvrzených vlákny nejsou podle vynálezu tyčinkové fáze srovnány ve směru osy lití odlitku, nýbrž jsou v nesrovnaném stavu. V důsledku toho nemusí být při lití čelo tuhnoucí hmoty v podstatě rovinné. Proto lze vyrábět ingoty běžným plynulým litím do kokil za podmínek zajišťujících sdružený růst intermetalické fáze v tyčinkách žádaného průměru v matrici tvořené tvárnějším hliníkem. Velmi uspokojivých dispersně vytvrzených výrobků lze dosáhnout za předpokladu, že se litá hmota vyrábí takovým způsobem, že intermetalická fáze roste ve tvaru těsně vedle sebe uspořádaných tyčinek o středním průměru 0,1 až 1,5 μία, takže tyto tyčinky se mohou následujícím zpracováním přelámat ve stejnoměrně dispergované jemné intermetalické částice.

V lité hmotě nejsou středy tyčinek od se209469 be . vzdáleny s výhodou více než · jeden μιη, takže v konečném výrobku je střední vzdálenost částic od sebe velmi malá, přičemž tyto částice mají střední průměr s výhodou 0,2 až 1 μΐη. Způsob zjišťování středního . průměru částic je vysvětlen v další části popisu.

U tvářených výrobků . musí být průměr částice dispergované íntermetalické fáze dostatečně malý, aby vzdálenost mezi dvěma nejbližšími částicemi byla 3 μΐη nebo menší, takže tyto částice vytvoří a stabilisují dislokovanou strukturu této velikosti během studené deformace nebo udrží průměr zrna této velikosti po vyžíhání.

Přesahuje-ii střední vzdálenost částic od sebe 3 /zm, snižuje se postupně pevnost výrobku na hodnoty, které mají z obchodního hlediska jen malý význam. Jsou-li částice příliš malé, zejména menší než 0,1 μηϊ, nemohou udržet meze vysokého stupně porušení orientace částic v hliníkové matrici a materiál se bude chovat stejně jako běžné slitiny, ve kterých jsou tuhé částice vysráženy z tuhého roztoku působením tepla. Na rozdíl od částic vzniklých rozpadem tyčinkové fáze mají částice vysrážené normálním tepelným zpracováním průměr menší než 0,1 · μία. Jsou-li ve výrobcích z eutektických slitin s tyčinkovými intermetalickými fázemi íntermetalické částice příliš velké nebo nerovnoměrně rozptýlené, působí . jako · centra koncentrace napětí nebo jako dráhy pro šíření trhlinek a materiál ztrácí svou tuhost nebo tvářitelnost. Rovněž mez průtažnosti a rekrystali^sační teplota se sníží. Z téhož důvodu jsou nežádoucí hrubé íntermetalické primární částice.

Slitiny, které jsou velmi důležité pro obchodní využití z hlediska pevnosti a tvářitelnosti konečného výrobku, mají 5,0 až 12 procent objemu.

Ačkoli částice se středním průměrem 0,1 až 1,5 μιη dávají uspokojivé vlastnosti v konečném výrobku, dává se přednost, jak již zmíněno, částicím se středním průměrem 0,2 až 1,0 μΐη. Střední průměr částic se určuje z počtu částic v jednotkové ploše na mikrosnímku řezu, přičemž se zanedbají hrubé primární íntermetalické částice a jemné částice vysrážené z tuhého· roztoku. Takové částice snadno rozpozná zkušený metalurg.

Střední průměr částic je dán vzorcem

v němž d je průměr částice, v je objemový podíl intermetalických fází (0,05 až 0,20) a

Np j’e počet částic na jednotkovou plochu řezu.

Tento vzorec vyjadřuje velikost částic průměrem koule stejného objemu. Průměr protáhlé částice vytvořené · lámáním válcovité tyčinky je, vyjádřeno v těchto· pojmech, zpravidla větší než průměr tyčinky, ze které vznikl.

Jelikož podle vynálezu nejsou sdružené fáze srovnány v jediném směru, nemusí se při lítí potlačit ěutektícký celulární růst, způsobený segregací nečistot, a proto lze pro výrobu líté slitiny použít hliníku běžné čistoty. Tento komůrkový nebo „kolonový“ způsob tuhnutí hmoty vytvoří neseřazené íntermetalické tyčinky. Při výrobě lité slitiny se · musí kov odlévat za takových podmínek, aby v odlévaném kovu nedošlo k tvoření krystalisačních zárodků intermetalických fází před styčnou plochou kapalného kovu s tuhým kovem. Až asi do 2 % obj. jsou ještě přípustné hrubé přimářní intermetalícké částice, avšak · je velmi žádoucí úplná jejich nepřítomnost. Je-li objem hrubých primárních intermetalických částic menší než 2 % objemu, lze litou slitinu považovat pro účely vynálezu za zcela prostou těchto· částic. Ke splnění požadavku na potlačení růstu primárních částic bylo zjištěno, že v roztaveném kovu v bezprostřední blízkosti rozhraní tuhnutí má být teplotní spád ·(gradient) nejméně · 5°C/cm. Prová · dí-li se vhodná kontrola teplotního· gradien tu v oblasti rozhraní tuhnutí kovu, lze do · sáhnout žádaného výsledku výroby lité hli níkové slitiny s méně než 2 °/o objemu při · márních intermetalických částic (na roz · díl od tyčinek) z roztaveného- kovu, v němž legovací prvky převyšují eutektikum až o 10 % objemu.

Aby se dosáhlo výhodné vzdálenosti inteřmetalícké tyčinky, rovné 1 /<m i menší, bylo zjištěno, že rychlost narůstání, tj. rychlost usazování tuhého kovu ve směru kolmém k rozhraní tuhnutí, má být nejméně 10 mm/min. Je tedy · zřejmé, že požadavky na postup lítí hmoty jsou, jak již bylo· zmíněno, takové, že se ingoty žádaných vlastností mohou · vyrábět běžným plynulým litím · do· kokily, při němž se chladivo přivádí přímo na povrch ingotu, když ingot vybíhá z kokily s otevřeným koncem, což je pravý opak požadavků na velmi pomalý a jednosměrný růst dříve popsaných · směsí, vytvrzovaných hrubými vlákny. Plynulé odlévání ingotu s přímým chlazením, zejména při použití kokily s hlavovým nástavcem ve spojení s rozdělovačem ze skleněné tkaniny, · umožňuje · udržovat poměrně stabilní podmínky v blízkosti rozhraní tuhnutí kovu při intensivním · chlazení tuhnoucího kovu přiváděním chladivá na · povrch ingotu vystupujícího z kokily a při současném přivádění čerstvého roztaveného· kovu do· kokily.

To umožňuje dosáhnout žádané vysoké rychlosti růstu ve spojení s nezbytným strmým teplotním spádem, požadovaným pro sdružený růst kovové matrice a intermetalické fáze bez tvorby hrubých primárních inteřmetalických částic.

Výrazu „eutektická směs“ je zde použito к označení binárních, ternárních i řádově vyšších eutektických směsí a také řady směsí blízkých těmto eutektickým směsím, pomocí nichž lze dosáhnout současného ukládání tvárné kovové hliníkové fáze a jedné nebo více tyčinkových intermetalických fází. Do eutektických směsí patří také směsi blízké rozhraním mezi fázovými oblastmi, které jsou eutektického typu, jako například monovarianitní slitina, to jest slitina, která tuhne monovariantní eutektickou reakcí. Obecně lze říci, že požadovaná tyčinková intermetalická fáze může být vytvářena bsz nadměrného růstu hrubých primárních intermetalických částic nebo nadměrného růstu primárních hliníkových dendritů v ,,eutektických směsích“, ve kterých celkový obsah hlavních legovacích prvků je menší než 10 objemových % nad celkovým obsahem těchto prvků nebo 20 objemových procent pod celkovým obsahem těchto prvků v eutektiku nebo v eutektickém žlabu.

Je však výhodné, aby se obsah legovacích prvků rovnal objemové koncentraci 90 až 100 % jejich obsahů požadovaných pro eutektikum. Když je množství legovacích prvků menší než množství potřebné pro eutektikům, vznikají kromě žádané eutektické struktury primární hliníkové dendrity. V tomto případě mikrostrutura hmoty bude tvořena komůrkami hliníkového dendritů, v podstatě bez intermetalických fází, a tyčinkovou eutektickou strukturou vytvářenou na rozhraních dendritových komůrek. Přítomnost velkých ploch bez intermetalických tyčinek má za následek zhoršení stejnoměrné disperse částic, jestliže se litá slitina válcuje nebo- jinak deformuje, aby se rozlámala a dispergovala křehká intermetalická fáze. Pro danou rychlost růstu je úplně sdružená růstová struktura optimální; Avšak přítomnost hliníkových dendritů je zcela přijatelná za předpokladu, že střední velikost intermetalických částic a jejich vzdáleností od sebe zůstanou po zpracování stejné, jak již byly dříve stanovené. Je ovšem zřejmé, že čím jsou jemnější dendritové komůrky, to jest čím větší je rychlost růstu, tím větší objemové množství hliníkového dendritů je přípustné к dosažení požadované struktury v konečném výrobku. V některých případech je přípustná objemová koncentrace 50 až 60 % hliníkových dendritů v poměrně tlustých ingotech odlévaných plynulým litím s přímým chlazením, avšak vlastnosti válcovaných výrobků se postupně zhoršují s rostoucím objemem dendritů. Při odlévání tenkého materiálu, to jest až asi do tloušťky 25,4 mm, kde lze dosáhnout výjimečně vysokých rychlostí chlazení, lze připustit i větší procentní množství hliníkových dendritů velmi malých rozměrů (například řádu 5 дш), a za předpokladu, že dendrity jsou dostatečně malé, nejsou mechanické vlastnosti výrobků příliš nepříznivě ovlivňovány.

Při deformování lité slitiny válcováním nebo protlačováním nezlámou se inteřmetalické tyčinky zcela nahodile, nýbrž mají snahu se rozdělit stejnoměrně v celé své délce v jednotné, avšak poněkud protáhlé částice, jichž průměr odpovídá průměru původních intermetalických tyčinek. Tyto částice se samy snaží dispersně se rozptýlit stejnoměrně v celé tvárlivé kovové matrici při následujícím deformování ingotu. Jelikož jsou částice rozměrově malé, zaujímají jen malý objemový prostor, a jelikož jsou stejnoměrně rozloženy v matrici, nepůsobí nepříznivě na tuhost nebo přetvářitelnost materiálu. Tvarový poměr, to jest poměr délky к průměru u většiny částic vytvořených desintegrací intermetalických tyčinek, je v mezích 1:1 až 5:1. Naproti tomu střední délka tyčinkových intermetalických fází v lité slitině je zpravidla značně větší než stonásobek průměru.

Válcované výrobky vyráběné způsobem podle vynálezu mají do jisté míry ainizotropické vlastnosti. Je výhodné snížit relativní podíl anizotropie v materiálu přídavkem malých množství mědi a/nebo hořčíku, které zůstanou v tuhém roztoku v hliníkové fázi a mají známé vlastnosti, že zvyšují pevnost.

Ve výrobě válcovaných výrobků dobře tvarovatelných pro takové účely, jako například pro výlisky automobilových karosérií, je přípustné obětovat určitou část potenciální pevnosti výrobku ve prospěch zajištění žádaných znaků tvarovatelnosti a v určitých případech к usnadnění výroby zdravých nepopraskaných ingotů v počátečním stadiu lití. Z toho důvodu a též к dosažení (minimální tvorby hrubých primárních intermetalických částic při výrobě válcovaných výrobků způsobem podle vynálezu je výhodné, aby celkový obsah hlavních legovacích prvků byl o něco menší (mezi 90 až 100%), než vyžaduje eutektikum.

Ve výrobě dispersně vytvrzovaných hliníkových slitin lze způsob podle vynálezu nejobecněji uplatnit u ,,eutektických směsí“, u nichž je použito dvou nebo více legovacích složek volených ze skupiny prvků: železo, v objemové koncentraci nejméně 1,2 %, nikl v množství nejméně 1,1 %, mangan v množství nejméně 0,3 % a křemík v množství nejméně 0,5 %, přičemž tyto hlavní legovací prvky jsou přítomné v celkovém množství přídavku rovnajícím se 5,0 až 20 % objemu intermetalických fází a slitina obsahuje také jen taková množství jiných prvků, která by nezničila možnost růstu jemných tyčinkových intermetalických fází. Nejspeciálnější použití způsobu podle vynálezu je ve výrobě nových dispersně vytvrzených tvarovatelných výrobků ze slitin hliníku, železa a manganu, a ze slitin hliníku, železa a niklu, vytvořených zpracováním tavenin ,.eutektických směsí⁴, které byly vyrobeny pod nezbytnou podmínkou, že intermetalická fáze musí růst ve formě tyčinek vhodné velikosti a také ve vhodných vzdálenostech od sebe. Při lití slitin obsahujících jako hlavní legovací prvky železo a nikl až do celkového obsahu 0,5 %, může být obsah železa a obsah niklu nahrazen stejným obsahem kobaltu.

Po výrobě lité slitiny potřebné struktury lze přelámat křehkou intermetalickou fázi v dispergované částice zpracováním lité slitiny za tepla a/nebo za studená různými způsoby. Pro nezbytnou dispersi částic vzniklých rozlámáním intermetalických tyčinek je zapotřebí nejméně 60%! redukce průřezu. Ačkoli se musí dát pozor, aby podmínky závislosti teploty na čase, zvolené pro předběžné zahřátí ingotu před jelm zpracováním za tepla, neměly za následek koalescenci intermetalických fází, . nepůsobí zvláštní obtíže volba uspokojivých . podmínek. Tak například pro eutektika . . s obsahem hliníku, železa a niklu může se ingot před zpracováním za tepla zahřívat po dobu jedné hodiny na teplotu 500 °C.

Při výrobě válcovaných výrobků je výhodné provést větší část redukce průřezu původního ingotu ' válcováním za tepla, nad teplotou 250 °C, avšak je také výhodné použít následujícího válcování za studená k dosažení alespoň další 10% redukce a s výhodou alespoň 50% redukce průřezu za tepla válcovaná plosky k vytvoření žádané dislokační komůrkové struktury v hliníkové matrici. Označením „zpracování za studená“ se zde míní, že slitina se může zpracovávat při teplotě nižší než 250. °C.

Slitina, která byla deformována zpracováním. za studená, se pak může udržovat na teplotě 200 °C nebo· i vyšší k dosažení původního stavu nebo rekrystalizace. I když následující zpracování, jako smaltování nebo· pájení, se projeví rekrystaliazcí v materiálu zpracovaném za studená, udrží se stále ještě . poměrně· vysoké příznivé vlastnosti. Velmi jemné zrno nebo i částice menší než zrno, vzniklé takovým zpracováním, jsou důležitým příspěvkem ke zvýšení mechanických vlastností materiálu.

Vynález se zvlášť dobře hodí k výrobě válcovaného plechu s obvyklými mezními hodnotami tloušťky 2,5 až 0,01 mm.

Zejména se může vynález uplatnit při výrobě plechu z hliníkové slitiny z hlediska legovacích složek poměrně levné; .plech je dobře tvarovatelný a má vyšší pevnost po zpracování při zvýšené teplotě, například po .smaltování a pájení, než mají slitiny běžně dnes používané k témuž účelu. Hliníkový plech zdokonalený podle vynálezu je založen na použití dříve zmíněných eutektických směsí obsahujících hliník, železo a mangan a hliník, železo a nikl. Tyto slitiny, popřípadě s přídavkem hořčíku a/nebo mědi, a/nebo· slitiny tvořené hliníkem, železem a niklem s přídavkem manganu, jsou-li podrobeny po zpracování za studená konečnému tepelnému zpracování při teplotě v mezích 230 až 450 °C, umožňují výrobu válcovaného výrobku s výbornou tvarovatelností vzhledem k získaným vlastnostem mechanické pevnosti.

U výrobků, jako jsou výlisky automobilové karosérie, je velmi žádoucí, aby hliníkový plech měl nejméně tyto mechanické vlastnosti:

Mez kluzu okt 0,2 138 . MPa

Poměrné .prodloužení na délku

50.8 mm 20 ' .%

Zkouška hloubením plechu podle Erichsena 10,26 mm

Zkouška hloubením plechu . podle Erichsena je kalíškovací zkouška, při které výstřižek plechu, upnutý vně středu, je deformován vtlačováním kuželového razníku s kulovou hlavou do plechového výstřižku, až se objeví v celé tloušťce výtažku trhlina. Výška vytvořeného. kulového vrchlíku v plechu při vzniku trhliny je měřítkem hlubokotažnosti plechu.

Zkouška je popsána v britských normách: British Standards Institution B. S. 3655; 1965 „Způsob provádění Erichsenovy kalíškovací zkoušky upravené pro zkoušení plechů a kovových .pásů.“

Výhodná eutektická směs pro slitinu .hliníku se železem a manganem obsahuje v hmotnostní koncentraci železo a mangan v poměrech: 1,9 % železa a 0,3 % manganu, 2,0 % železa a 0,6 % manganu, 1,4 ' . °/o železa a 1,2 % manganu, 1,4 . % železa a 0,6 '% manganu. Slitina může . také . obsahovat: zinek, lithium, měď, hořčík, křemík až do celkového hmotnostního obsahu 1,5 % a až do 1,0 % pro^ každý . prvek; jiné . prvky do maximálního obsahu 1,0 . % a až do 0,3 % ~ pro každý prvek, ostatek je hliník. Nejvýhodnější alternativou je však, obsahuje-li slitina železo a mangan v hmotnostních poměrech:

1.6 % železa . a 0,6 % manganu, 1,6 % železa .a 0,6 . % manganu, 1,5 % železa a 0,6 . % manganu, 1,5 % železa a 1,0 % manganu,

1,5 °/o železa a 0,7 '% -manganu, přičemž slitina obsahuje v hmotnostní koncentraci také 0,1 .. až 0,3 % mědi a až 0,3 % křemíku, přičemž . jiné .prvky s výhodou v hmotnostním množství menším než celkem 0,15 % (max. 0,1 % každého prvku), ostatek je hliník. Všechny směsi spadající do širšího i užšího rozmezí shora uvedených obsahů železa a manganu jsou v oblasti o 10 proč, nad nebo o 20 % pod eutektickou směsí.

U slitiny tvořené hliníkem, železem a. niklem jsou hmotnostní obsahy železa a niklu: 1,9 % železa a 1,1 % niklu, 1,9 %í železa a 1,6 % niklu, 1,6 % železa a 2,5 %’ niklu, 1,2 % železa a 2,5 % niklu, 1,2 %ΐ železa a 1,2 % niklu, přičemž slitina obsahuje také mangan až do hmotnostního množství 1,5 % zinek, měď, lithium, hořčík, křemík až do hmotnostního množství celkem 1,5 . jednotlivě do. hmotnostního množství 1,0 %, jiné prvky až maximálně do hmotnostního množství 1,0 % celkem, jed209469 notlivě do hmotnostního množství 0,3 %, ostatek je hliník.

Nejvýhodnější směs má hmotnostní obsah železa a niklu v těchto množstvích: 1,7 % železa a 1,2 %! niklu, 1,2 % železa a 1,7 % niklu,' 1,4 ' % železa a 2,3 % niklu, 1,4 % železa a 1,2 % niklu, přičemž slitina hmotnostně obsahuje také 0,3 až 0,6 %^: manganu, až 0,5 % mědi, až 0,5 % ' hořčíku, až 0,3 % křemíku, ostatní prvky až do celkem 0,15 proč. ' a až 0,1 % každého prvku zvlášť, ostatek je hliník. Až 0,5 % kobaltu může nahradit ekvivalentní část obsahu železa a/nebo niklu, avšak pro poměrně vysokou cenu kobaltu je nepravděpodobné, že by se této slitiny mohlo použít pro obchodně prakticky prodejnou slitinu.

Strukturu ingotu eutektické směsí hliníku, ' železa a manganu, ztuhne-li při větších rychlostech růstu než 1 mm/min a teplotních spádech v kapalné fázi větších než 5 st. Celsia/mm, je tvořena komůrkovou „eutektickou“ strukturou obsahující jemné tyčinky fáze (Fe,Mn)Ale o středním průměru menším než 1 μΐη. U velkých ingotů odlévaných plynulým litím s přímým chlazením mění ' ' se - rychlosti růstu od středu k okraji a ' teplotní spády v kapalné fázi nejsou ostře vyhraněny a snižují se konvekčním mícháním' v ještě tekuté části odlévaného kovu v ingotu během odlévání.

Při ' válcování za tepla nebo protlačování ingotu správné struktury přeláme se tyčinková fáze (Fe,Mn)Ale v jemné stejnoměrně dispergované částice v hliníkové matrici. Zpracovává-li se tento materiál za studená, zvyšuje se pevnost materiálu a tato zvýšená pevnost se částečně udrží i po následující regeneraci nebo rekrystalizaci v důsledku' vzniku velmi jemného zrna nebo částic menších ' než zrno, které . jsou stabilizovány intermetalickou disperzí.

Mnoho jiných ' eutektiokých směsí . lze použít -k výrobě disperzně vytvrzených výrobků způsobem podle vynálezu. Jedním z ' dalších příkladů takové eutektické směsi, která - se může odlévat a zpracovat uvedeným způsobem, je ' hliníková slitina obsahující železo, mangan a křemík. Výhodné hmotnostní složení takové slitiny je: 1,4 'až 2,2 % železa, ' 0,5 až 2,0 % křemíku, 0,1 až 1,0 % manganu, až 1,5 % celkově (1,0 %· -maximálně pro- každý prvek): zinku mědi, lithia, hořčíku až 1,0 % celíkem (0,3 % maximálně pro každý jednotlivý prvek) - jiných prvků, ostatek hliník. Nejvýhodnější rozmezí je 1,7 až 2,0 % železa, 0,5 až 1,0 %! křemíku, 0,5 až 0,9 % - manganu, až 0,3 % mědi, až 0,3 % hořčíku, až 0,15 % celkem (0,1 % maximálně každého prvku) -ostatek hliník.

Dalším příkladem· vhodného eutektického složení je eutektické složení hliníku 's niklem a manganem, - obsahující v hmotnostní koncentraci 4,5 až 6,5 % niklu, a 0,3 až 2,5 proč, manganu. Ve slitině jsou přípustné prvky, zinek, měď, - lithium, hořčík, železo a křemík v celkovém množství 1,5 % a jednotlivě v množství 1,0- °/o. Hlavní legovací prvky nikl a mangan jsou s výhodou udržovány v mezích - 5,5 až 6,0 %' niklu a 1,0 až 2,0 % manganu. - S výhodou je každý prvek měď, hořčík, železo a křemík udržován ve slitině pod 0,3% množstvím, -ostatní prvky v celkovém hmotnostním množství- menším než 1,5 %, s -výhodou menším než 0,15 %, a jednotlivě v množství menším než 0,3 %, s výhodou menším než 0,1 %.

Ještě jiným příkladem vhodného eutektického ' složení je eutektická slitina hliníku se železem a křemíkem. Má vhodné hmotnostní složení 1,8 % železa -a 3 % křemíku. 'Ačkoli může obsahovat také až celkově 1,5 %, 1,0 proč, jednotlivě: zinek, měď, lithium, hořčík, mangan, a až celkově 1,0 %, 0,3 % jednotlivě jiných prvků, je výhodné udržovat tyto maximální hodnoty pro přídavné legovací prvky: až 0,5 % mědi, až 0,5 % hořčíku, až 0,5 % manganu, až 0,15 % celkově, -maximálně 0,1 °/o jednotlivě, jiných prvků.

Ještě dalším příkladem je -slitina hliníku s manganem a .křemíkem eutektického složení. Vhodná směs obsahuje v hmotnostní koncentraci 2 % manganu a 2 % křemíku. Ačkoli -slitina může obsahovat až celkově

1,5 % - jednotiívě maximálně 10' % zinku , mědi, lithia, hořčíku, a železa a až celkově 1,0 o/o, jednotlivě -maximálně 0,3 % jiných prvků, je výhodné -udržovat následující maxima pro přídavné legovací prvky: až 0,5 % mědi, až 0,5 % hořčíku, až 0,5 - % železa, až 1,0 o/o celkově, maximálně 0,3 - % jednotlivě, jiných prvků.

V následujících příkladech jsou v příkladech 1 až 3 popsány zkoušky k zjištění - výhod dosažených způsobem podle vynálezu se zřetelem k eutektickému složení hliníkové -slitiny se železem a manganem, které -mohou prokázat účinek struktury, výsledky výrobních pokusů a vliv -modifikací na základní -slitinu.

Přikladl

Účinek - struktury na pevnost v tahu

Hmotnostní složení:

1,8 % - železa, 1,0 % manganu, 0,1 % křemíku, jiné prvky v množství jednotlivě menším než 0,01 %, -ostatní hmotou je hliník.

Odlévání:

Ingot - A -o průměru 6,350 mm, rostoucí z vodou -chlazené základny. Intermetallcká fáze (Fe,Mn)A16 byla přítomna ve formě tyčinek -o průměru 0,5 ,«m.

Ingot B, odlévaný jako tlusté ingoty -o průměru 31,8 mm v ocelové - chlazené kokile. Intermetalická fáze byla tvořena hrubými částicemi velikosti až 10 μη, nerovnoměrně rozptýlenými.

Zpracování:

Oba ingoty byly zahřívány po* dobu jedné hodiny na teplotu 500 °C. Potom byly rozválcovány za tepla na tloušťku 3,81 mm a za studená na plech tloušťky 1,27 mm.

Vzorky na pevnost v tahu byly vystřiže ny z plechu a byly žíhány 100 hodin při tep lotách uvedených v tabulce 1.

rH

Ctí fi cd H ctí ctí N CD

CD >N vO O \r—<

CD fi rfi cd сл φ

X fi

СЛ 'CD > О Μ tí rfi fi * fi rfi ctí fi > ω a cú tí

X ř-i fa fi и сл ω fi

Ο ο

Ο α ю 'CD fi í-<

>Φ β О

Рн fi N fi cd . . fi fi tM ω S

Ό о fi •Φ co fi > ω >?-( ·§ ω

o

O O 00 cd tí > Φ >P-4 rfi ó

O rfi a' x CD cd fi cd Pu § o- оCD CM

O 'φ

ID 'Φ fi rfi ctí x cd s fa д cd сл о fi >

Ф ь Λ ^> cd Ри s

Ф ω >сл fi o

Ο ο

CM

O 'Φ )S-i

Λ

X fi 'Έ) Td t fi cd CM s ’Ф CM

Ф x cd s 'CD tí >Ф s о PU

N fi

N

CD

X ctí § fi Ри >CD i P4 fi· cd > N O CD 'Ctí > X >

cd fi ω tJ fi сл ctí N fi fi- fi cd г сл О fi > CD >>

Λ pu

S . , X

ID rH

CM

Ο- oΟ- о00 O

CM CO cd

PU §

I cd

СЛ o fi *

* fi N fi cd Рч s fa Λ cd РЧ 2

CD CO X CM ”Ф ID rH U0 CM rH

X! cd §

Ctí PU 2

СЛ О fi >

η ^кЧfil Ч-í fi rfi cd uo

CD 00 CD 00 СМ rH

Ο ОС fi < PQ

CM CD X X t—I

^й а

е.'ф

fi fi

ř-ι ti

>CD >ф fi fi

fi fa сл o

Pevnostní vlastnosti plechu vyválcovaného z ingotu В jsou jako pevnostní vlastnosti běžných plechů. Velmi markantní zlepšení pevnostních vlastností plechu získaného z ingotu A oproti vlastnostem plechu z ingotu В je patrné z uvedených hodnot v tabulce 1.

Příklad 2

Zkouška přímo chlazeného ingotu, litého do kokily

Hmotnostní složení:

1,65 % železa, 0,95 % manganu, 0,09 % křemíku, menší obsah každého jiného prvku než 0,01 %, ostatní hmotou je hliník.

Odlévání:

Přímo ochlazovaný ingot rozměrů 127 mmX

X508 mm byl odléván rychlostí 76,2 mm/min v kokile s hlavovým nástavcem, dlouhé 25,4 mm. Plovák na ponořeném konci trubky, kterou vstupuje kov do kokily, byl obklopen skleněnou tkaninou. Teplota roztaveného kovu byla 725 °C.

Zpracování:

Ingot předehřátý na 500 °C byl válcován za tepla na tloušťku 6,64 mm. Potom 1) za tepla vyválcovaná ploska byla válcována za studená na tloušťku 3,81 mm, pak byla žíhána po dobu jedné hodiny při teplotě 400 st. Celsia a opět válcována za studená na plech tloušťky 1,27 mm; 2) za tepla vyválcovaná ploska byla mezi opakovanými 15% redukcemi tloušťky válcováním za studená částečně žíhána po dobu jedné hodiny při teplotě 250 °C.

>φ ο Ρη

Ψ

O o

• -H & .

£ d d λ >N

Cd

Ph

S

CM ID

1Л CQ rH CM co n

CM lX

CO

CM

Cd

G

4Q cd Η

Ο а £

Ρ<

Ν

Ο 43 'Φ α G > ο

Φ ⁵ >

>

υ φ Ή d Λ cd

Ο Ο

Рц Й Рн d Pu

CQ Q CD O rH CM

O t> O Q CM CM e ΰ > φ Ρμ

Φ Λ

O

>Φ ο Pu

tj

-ы ω d N

CD

XT rH CM

M CM CO CD CM CM rH CM

Při rozboru struktury ingotu v odlitém stavu bylo zjištěno, že intermetalická fáze (Fe,Mn)Ale byla přítomna ve tvaru tyčinek o průměru 1/2 ^m v matrici kovu.

Po zpracování ingotu válcováním za tepla a za studená ukázaly zkoušky plechu, že intermetalická fáze byla přelámána ve stejnoměrnou dispersi jemných částic o středním průměru 0,7 μτη.

Příklad 3

Účinek jiných prvků

Hmotnostní složení:

1,7 % železa, 1,0 % manganu, 0,1 % křemíku, množství každého jiného prvku menší než 0,01 o/o, ostatní hmota hliník s uvedenými přísadami.

Odlévání:

Ingot o průměru 31,8 mm byl odléván stejně jako ingot A v příkladu 1.

Zpracování:

Stejné jako v příkladu 1.

Tabulka 3

Účinek přidaných prvků na mechanické vlastnosti plechu tloušťky 1,27 mm

Slitina	Válcovaný za studená (67 °/o)	Žíhaný 100 hodin při 300 °C
Max. pev. v tahu MPa	Mez kluzu MPa	Poměr, prodlouž. %	Max. pev. v tahu MPa	Mez kluzu MPa	Poměr, prodlouž. %
Základní
slitina	255	214	6 %	172	159	23 %
+ 0,2 °/o mědi	290	234	6 %	193	165	24 %
+ 0,3 %
hořčíku	331	269	4 %	200	165	20 %

Vyšetřováním struktury ingotů a válcovaných výrobků byla zjištěna virtuálně stejná struktura se strukturou získanou u ingotu A v příkladu 1. Přídavky mědi a manganu nepřekážely růstu tyčinkové fáze (Fe,Mn)Ale.

Dále jsou uvedeny příklady mechanických vlastností určitých binárních a vyšších eutektických slitin zpracovaných způsobem podle vynálezu.

Příklad 4

Slitina:

Hliník se 6,3 % niklu a asi 0,2 % nečistot

Odlévání:

Přímo chlazený ingot rozměrů 229 X 89 mm byl odléván rychlostí 162,4 mm/min.

Mechanické vlastnosti:*)

a) Ingot předehříván na 525 °C a za tepla vyválcován v plosku tloušťky 6,4 mm

Vzorek	Max pev.*) v tahu MPa	Mez*) kluzu MPa	Poměr.*) prodl. %	Poměr, účinnost**)
meze pev. s vrubem %	v tah na tyči
v podélném směru	264,1	229,6	7,8	87 %	100 %
v příčném směru	230,3	189,6	6,5	96 %	117 %
b) Za tepla vy válcovaná ploska	tloušťky 6,4 mm	byla vyválcována za studená	na tloušťku
1,27 mm
v podélném směru	291	237,2	5,8	85 %	115 %
v příčném směru	262	195,1	4,5	72 %	88 %

*) Průměrné hodnoty ze 3 naměřených hod not vzorků zatížených při standardní zkoušce pevnosti v tahu **) Poměrná účinnost meze pevnosti v tahu na tyči s vrubem zjištěna Rahnovou zkouškou na roztržení.

ř í к 1 a d 5

Hmotnostní složení:

Slitina A 5,5 % niklu, 0,95 % manganu, ostatní hliník (99,8 % čistoty)

Slitina В 6,0 % niklu, 2,0 % manganu, hlavní hmota hliník (99,8 % čistoty)

Odlévání:

Přímo chlazený ingot rozměrů 127 mm X 508 mm byl odléván postupem podle příkladu 2.

Zpracování:

Stejně jako v příkladu 2.

Mechanické vlastnosti plechu tloušťky 1,27 mm:

Plech válcovaný za studená Plech žíhaný 100 hodin při teplotě 300 °C

	Max. pev.	Mez kluzu	Poměr prodl.	Max. pevn.	Mez kluzu	Poměr.
	v tahu MPa	MPa	%	v tahu	MPa	prodl. °/o
				MPa
Alternativa 1)
Slitina A	3234	2461	8 %	2601	2601	6 °/o
Slitina В	3726	2742	5 %	3304	3234	3 o/_o
Alternativa 2)
Slitina A	3304	2531	10 %	2742	.2742	8 o/o
Slitina В	3726	2953	5 %	3374	3374	4 o/o

Příklad 6

Hmotnostní složení:

Slitina A:

1,5 % železo, 0,0 % mangan, 2,0 % nikl, 0,1 % křemík, množství každého jednotlivého dalšího prvku menší než 0,01 °/o, ostatní hmota hliník.

Slitina B:

1,5 % železo, 0,5 % mangan, 2,0 % nikl, 0,1 % křemík, množství každého dalšího jednotlivého prvku menší 0,01 %, ostatní hmota hliník.

Slitina C:

1,5 °/o železo, 1,0 % mangan, 2,2 % nikl, 0,1 % křemík, množství každého dalšího jednotlivého prvku menší než 0,01 %, ostatní hmota hliník.

Odlévání:

Ingot o průměru 31,8 mm jako ingot v příkladu 1.

Zpracování:

jako v příkladu 1.

Mechanické vlastnosti plechu tloušťky 1,27 mm.

	Plech za studená válcovaný	Plech Max. pevn. v tahu MPa	i žíhaný 100 hodin při teplotě 300 °C
Max. pevn. v tahu MPa	Mez kluzu MPa	Poměr, prodl. o/o
Mez kluzu MPa	Poměr, prodl. o/o
Slitina	A	269	214	10	200	193	25
Slitina	В	297	241	8	241	2'41	7
Slitina	C	310	255	7	241	228	a

·

V tomto příkladu byl u slitiny B střední průměr částic ve vyválcovaném plechu 0,5 ftm (maximálně 2 ^m).

Příklad 7

V tomto příkladu jsou uvedeny změny mechanických vlastností Slitiny při přídavcích mědi, mědi a manganu, a hořčíku do hliníkové slitiny se železem a niklem typu popsaného v příkladu 6.

Hmotnostní složení:

A

1,6 % železa, 18 % niklu, 0,6 % mědil, méně než 0,1 ' °/o každého dalšího prvku a méně než 0,2 % všech těchto dalších prvků.

B

1,5 °/o železa, 1,9 % niklu, 0,6 % mědi, 0,6 proč, manganu, méně než 0,1 % každého·

Mechanické vlastnosti plechu tloušťky 1,016 mm dalšího prvku, méně ne^!ž 0,2 % všech těchto dalších prvků.

C

1,7 % železo, 1,7 % nikl, 0,3 % hořčík, méně než 0,1 % každého dalšího prvku, méně než 0,2 % všech dalších prvků.

Odlévání:

Přímo chlazený' ingot rozměrů 95,3 X 229 mm byl odléván v kokile s hlavovým nástavcem při teplotě kovu 730 °C rychlostí 102 mm/min.

Zpracování:

Po odstranění kůry byl ingot předehřát na 500 °C, válcován za , tepla na plosku tloušťky

3,2 mm, pak byl vyválcován za studená ' na plech tloušťky 1 mm, nakonec částečně žíhán po dvě hodiny při teplotě 30 °C.

Slitina	Max. pevnost v tahu MPa	Mez kluzu MPa	Poměrné prodloužení %	Hloubka důlku · . při Erichsenově zkoušce mm
A	214	165	18	9,1
B	221	138	19	8,6 .
G	20U	186	1?	8.4

P říkla d 8

Plech ze slitin hliník, železo, mangan, křemík

Hmotnostní složení:

A

1,8 % železo, 0,8 % mangan, 0,5 % křemík, méně než 0,01 % každého dalšího prvku, méně než 0,2 % všech dalších prvků.

B

2,0 % železo, 0,8 °/o mangan, 1,0· % křemík, méně než 0,01 % každého dalšího prvku, méně než 0,2 · θ/ο¹ všech dalších prvků.

C

2,1 % železo, 0,5 % mangan, 1,7 % křemík, méně, než 0,01 % každého dalšího prvku, méně než 0,2 % všech dalších prvků.

Odlévání:

Byl odléván ingot průměru 31,8 mm, rychlost růstu 102 mm/min.

Zpracování:

Ingoty byly předehřátý na 500· ^ο0, ' válcovány za tepla na tloušťku 9,53 mm a za ' studená na plech tloušťky 1,27 mm.

Struktura:

Ingot se 'zdvojeným růstem, ' tvořený jemnými tyčinkami a-Al-Fe-Mn-Si.

Plech obsahující jemné částice středního průměru menšího než 1 μη

Mechanické vlastnosti

Sítina Ve válcovaném stavu 100 hod. žíhání , při 300 °C

	Max. pevnost v tahu MPa	Mez kluzu MPa	Poměr prodl. %	Max. pevn. v tahu · MPa	Mez kluzu v tahu MPa	Poměrné prodloužení %
A	248	193	7	145	110	32
B	262	200	5	152	103	23
C	248	172	7	131	62	26

Zkoušky ingotů v odlitém stavu a zkoušky výrobků získaných válcováním v příkladech 4 až 8 ukázaly, že ingoty i výrobky měly stejnou strukturu jako ingot A v příkladu 1.

K vysvětlení vynálezu slouží výkresy, kde obr. 1 a 2 ukazují, vliv konečného tepelného zpracování, prováděného po dobu 2 hod. při teplotách v rozmezí 250 až 450 °C, na vlastnosti hliníkové slitiny s hmotnostním obsahem 1,65 ' % železa, 0,91 ' % manganu, 0,20 proč, mědi, což je· slitina z příkladu 2 s přídavkem 0,20 % mědi, a na hliníkové slitiny s hmotnostním obsahem 1,6 % železa, 1,9 % niklu, 0,5 % manganu, což je slitina s analogickým složením jako slitina B z příkladu

6. Obr. 3 je 500 X zvětšená mikrofotografie ingotu obsahujícího hmotnostně 0,9 % železa, 0,8 % manganu, ostatek hliník komerční Čistoty, odlitého za podmínek uvedených v příkladu 2, a obr. 4 je mikrofotografie, rovněž při zvětšení 500, . plechu tloušťky 1,27 mm vyválcovaného z ingotu podle obr. 3. Obr. 5 ukazuje při stejném zvětšení strukturu plechu ze stejné slitiny, ale z ingotu odlévaného v podmíkách, kdy došlo k silné tvorbě hrubých metalických částic. Obr. 6 je přenosový elektronový mikrosnímek při zvětšení 13 000 válcovaného a částečně žíhaného plechu z hliníkové eutektické slitiny s obsahem 6 % niklu a ukazuje mírně protáhlé částice N1AI3. Obr. 7 a 8 ukazují fázové rozhraní slitin obsahujících hliník, železo a magan, a slitin obsahujících hliník, železo a nikl. Obr. 9 ukazuje při 500nás-obném zvětšení vhodnou, strukturu ingotu ze slitiny z příkladu 3, vyrobeného s velmi rychlým ochlazením, bez -dalšího zpracování, a obr. 10 je míkrof-otografie téhož materiálu po válcování za studená.

V diagramech na obr. 1 a 2 je na ose úseček vynesena. teplota ve °C, na první ose pořadnic vlevo poměrné prodloužení v °/o, na druhé ose pořadnic vlevo pevnost v tahu a mez kluzu v MPa, a na ose pořadnic vpravo hodnoty E-ríchsenovy zkoušky v mm. Na obou grafech znamená křivka a poměrné prodloužení, křivka b mez kluzu, křivka c pevnost v tahu a křivka d hodnoty Eríchsenovy zkoušky. Diagramy ukazují, jaký vliv má konečné dvouhodinové tepelné zpracování při různých teplotách v rozmezí 250 až 450 °C na mechanické vlastnosti hliníkové slitiny s

1,65 °/o železa, 0,91 % manganu, 0,20 % mědi [slitina z příkladu 2 s přídavkem 0,2 % mědi) a hliníkové slitiny s % železa, 1,9 proč, niklu, 0,5 % manganu (stejného složení B jako v příkladu 6).

Dříve než byl materiál podroben naznačenému tepelnému zpracování, byl odlit v přímo chlazený ingot rozměrů 127 X 508 mm, který po stažení kůry byl znovu zahřát na teplotu 500 °C a válcován za tepla na plosku tloušťky 6,4 mm, potom za studená na tloušťku 3,8 mm, mezitím žíhán dvě hodiny při teplotě 350 °C a válcován za studená na plech tloušťky 1,27 mm. Z diagramů je zřej mé, že konečným tepelným zpracováním při teplotách 260 °C lze dosáhnout žádané kombinace mechanických vlastností u hliníkové slitiny se železem a manganem, kdežto zpracování při teplotách 400 °C jsou výhodná pro hliníkové slitiny se železem, niklem a manganem.

Veškerá procentní ' označení ve složení slitin jsou hmotnostní procenta.

Vynález je dále objasněn mikrosnímky na obr. 3 až 6; na obr. 3 je 500 X zvětšený mikrosnímek ingotu z hliníku běžné čistoty s

1,8 % železa a 0,6 % manganu, odlitého za podmínek podle příkladu 2. Obr. 4 ukazuje 500 X zvětšený mikrosnímek plechu tloušťky 1,27 mm, vyválcovaného z ingotu podle obr. 3. Na obr. 5 je jako protiklad znázorněna ve stejném zvětšení struktura plechu vyrobeného ze stejné slitiny, ale z ingotu odlévaného za takových podmínek, že v něm vznikly velké shluky hrubých . intermetalických částic.

Z obr. 6, který ukazuje 13 000 X zvětšený přenosový elektronový mikrosnímek· ' válcovaného a částečně žíhaného plechu z hliníku s 6 % niklu eutéktického složení, je vidět poněkud prodloužené částice sloučeniny NiA13.

D^gram na obr. 7, kde na ose x jsou vyneseny hmotnostní obsahy % manganu ' a na ose y °/o železa, znázorňuje zjednodušeně fázové rozhraní mezi Al-FeA13 a Al-MnA16. Plocha ohraničená vnější přerušovanou čárou 1 vymezuje oblast eutektických směsí, jichž lze· bez obtíží použít pro výrobu litých slitin s tyčinkovými intermetaiickými fázemi žádaného průměru pro výrobu dispersně vyťvrzených tvářených výrobků z hliníkové slitiny podle vynálezu. Plocha ohraničená vnitřní plnou čárou 2 vymezuje výhodnou oblast směsí, z nichž lze snadněji vyrobit lité slitiny s žádanými tyčinkovými fázemi bez růstu nežádoucích hrubých intermetalických Částic. '

V diagramu na obr. 8, kde jsou na ose úseček vynesena hmot. % niklu, jsou hranice běžných a- výhodných oblastí směsí pro slitinu: hliník, železo, nikl stejně -vymezeny vnějšími přerušovanými čárami 3 a vnitřními plnými čárami 4 se zřetelem k fázovému rozhraní Al-FeA13 a Al-(Fe,Ni)A19.

Ačkoli je výhodné u způsobu podle vynálezu vycházet od litého materiálu, ve kterém se tyčinkové intermetalické fáze vyvinuly zdvojeným růstem eutektické struktury, lze také vyjít od litého materiálu, ve kterém je velké množství hliníkových dendritu. Jak již bylo uvedeno, litý materiál může obsahovat tato velká množství hliníkových dendritů, proběhne-li ztuhnutí velmi rychle a dendrity jsou dostatečně malé.

Na obr. 9 je- 500 X zvětšený mikrosnímek znázorňující přijatelnou strukturu plosky, odlité ze slitiny: hliník, železo, mangan a měď podle příkladu 3, vyrobené zvlášť rychlým ochlazením. Světlé plochy na tomto mík209469 rosnímku odpovídají jednotlivým hliníkovým dendritům rozměrů 3 až 5 /zrn, kdežto tmavé plochy zobrazují '-shluky velmi jemných tyčinkových fází o průměru 0,2 ₍um.

Na obr. 10' je· mikrosnímek stejného materiálu po vyválcování za studená z tloušťky

7,1 mm na tloušťku 1 mm. Slitina byla odlévána mezi dvojicí chlazených ocelových válců ve stroji firmy Hunter Englneering Company.

V následujícím příkladu 9 jsou uvedeny typické podmínky pro výrobu materiálu se strukturou podle obr. 9 a 10 a mechanické vlastnosti výsledných výrobků.

Příklad · 9

Plech vyrobený z plosky odlité licím strojem s dvojicí ocelových válců

Hmotnostní 'složení:

1,65 % železa, 0,90 % manganu, 0,24 % mědi, 0,12 % křemíku, méně než 0,01 % jiných jednotlivých prvků, ostatní hmotou je hliník.

Odlévání:

Plynule odlévaná ploska měla v odlitém 'stavu rozměry: šířku 838,2 mm, tloušťku 7,112 mm, rychlost odlévání 838,2 mm/min. Teplotu kovu 710 °C.

Zpracování: ’

A

Ploska v odlitém stavu byla válcována za studená na tloušťku 1 mm a potom na plech tloušťky 0,3 mm.

B

Ploska v · odlitém 'stavu byla válcována na tloušťku 3,8 mm, dvě hodiny byla žíhána při teplotě 350 °C, pak válcována na tloušťku 1 mm · a na plech tloušťky 0,3 mm.

C '

Ploska v odlitém stavu byla válcována na tloušku 3,8 mm, žíhána dvě hodiny při teplotě 500 °C, válcována za studená na tloušťku 1 mm a pak na plech tloušťky 0,3 mm.

Struktura:

Ingot sestával z velmi jemných hliníkových dendritů 's velikostí komůrek 5 μπι, obklopených velmi jemnými intermetalickými ' tyčinkami středního průměru 0,2 μπι. Tyčinky byly rozlámány a částice dispergovány v plechu během válcování za studená na tloušťku 1 mm. Velikost částic vzrůstala ' s teplotou žíhání, avšak zůstávala menší než 1 fim ' na průměr.

'ф >ф о рц

IN KJ ιυ ф g сх, ^sss а О Р-4 г—< та

С-4

СЦ

d Рч см Ю Mi оо со

Η Н гЧ т-Ч см см

СМ СП	СП СО	СП о
Ох tx	tx 00	СО гЧ
гЧ гЧ	т-Ч гЧ	т-Ч

NO tx ΙΓ) СМ

О О О т-Ч Mi ю

См см см СМ т-Ч т-Ч

О Гх СМ ю т-Ч CM PJ о т-Ч СП см см tx Tt< О т-Ч см см

О 00 гЧ 00 гЧ т-Ч т-Ч гЧ тф М¹ СМ Ю

М1 00 00 ю со см СМ СМ СМ т-Ч т-Ч ш со ю

СО LD

tx О	т-Ч СО	Mi Mi
СП т-Ч	М¹	гЧ гЧ
СМ со	см см	см см

ф Š

Й Й 'cd 'cd > > ΰ NO ω X ω л í>4 0-( Он > >

о Р Рм tu

Mi СП	со со	00 ю
см ю	О) о	М¹ ю
ОО 00	СМ 00	см см

	g	g	8
ей	8 cd	g св	8
	ОО Й гч	00 _	со
>й g	о 8	ο~>ω Б	о
S g	й й со о	5 о В	cd ДЗ М**н
£ гН	Й М» гЧ	£ т-Ч
<	>сл · О PQ О 4-J	>сл . F 4-J	>сл О 4-»

Ačkoli je zcela jednoduché odlévat válcovaný ingot hliníkové slitiny čtyřúhelníkového průřezu až do tloušťky 150 mm plynulým odléváním s přímým chlazením za podmínek, které způsobí v podstatě úplný zdvojený růst ve výhodných eutektických slitinách podle vynálezu, není tak snadné dosáhnout stejných výsledků u daleko tlustších ingotů všeobecně používaných pro výrobu plechových výrobků z hliníkové slitiny. Avšak poněvadž tlusté výrobky, například tloušťky 450 mm, se velmi silně zeslabují při zpracování v plech, jsou přípustné v lité slitině velmi velké dendrity.

Příklad 10

Plech vyválcovaný z tlustého přímo chlazeného ingotu

Hmotnostní složení: 1,6 % železo, 0,4 % mangan, 1,4 % nikl, 0,1 % křemík, 0,02 % galia (nečistoty), méně než 0,01 % každého jednotlivého dalšího prvku, ostatní hmota hliník.

Odlévání: Ingot byl odléván s přímým chlazením a s použitím v kokile velkého rozváděče ze skleněné tkaniny pro zmenšení turbulence ve snaze zvýšit tepelný spád v jímce tekutého kovu. Teplota kovu 735 °C, rychlost odlévání 76 mm/min. Rozměry ingotu: tloušťka 457 mm, šířka 137 mm, délka 2540 mm.

Zpracování: Ingot byl předehřát na teplotu 475 °C, válcován za tepla z tloušťky 457 milimetrů na tloušťku 3,2 mm, válcován za studená z tloušťky 3,2 na tloušťku 1 mm a pak byl nakonec částečně žíhán dvě hodiny při teplotě 315 °C.

Struktura: Ingot obsahoval velké oblasti tyčinkového eutektika (Fe,Ni)2A19 a asi 40 procent objemových primárních hliníkových dendritů s velikostí komůrek asi 20 μπι. Střední průměr tyčinek byl 0,4 μΐη.

Během deformace se intermetalické tyčinky přelámaly a částice dispergovaly. V plechu tloušťky 1 mm nebyly zjištěny oblasti prosté částic z původních hliníkových dendritů.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob výroby výrobků z disperzně vytvrzené hliníkové slitiny, vyznačený tím, že u odlitku z hliníkové slitiny obsahujícího 5 až 20 % objemu nesrovnaných intermetalických tyčinek středního průměru 0,1 až 1,5 ^m tvořených intermetalickou sloučeninou hliníku s niklem nebo nejméně s dvěma prvky ze skupiny zahrnující železo, nikl, mangan a křemík, kde popřípadě až 0,5 % kombinovaného obsahu železa a niklu může být nahrazeno- odpovídajícím množstvím kobaltu, přičemž odlitek je prost hrubých primárních intermetalických částic, se tvářením zmenšuje průřez nejméně o 60 % původní hodnoty к rozdrcení intermetalických tyčinek na oddělené zlomky.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že tváření se provádí za tepla při teplotách nad 250 °C.
3. Způsob podle bodu 2, vyznačující se tím, že po tváření za tepla se průřez redukovaného odlitku dále zmenší alespoň o 10 procent tvářením za studená.
4. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že tváření odlitku se provádí za studená.
5. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že po tváření se odlitek podrobí konečnému tepelnému zpracování při teplotách 230 až 450 ^CC.
6. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se hliníková slitina odlévá při narůstání ztuhlé vrstvy na fázovém rozhraní rychlostí alespoň 1 cm/min.
7. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se hliníková slitina odlévá plynulým litím za přímého chlazení.