DE2329778C3 - Process for the heat treatment of workpieces made of superplasticizable zinc-aluminum alloys - Google Patents

Description

2020th

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Werkstücken aus superplastifizierbaren Zink-Aluminiumlegierungen, die nach längerem Glühen über 275°C abgekühlt und bei Temperaturen unterhalb 275⁰C zur Formstabilisierung angelassen werden.The invention relates to a method for heat treating workpieces of superplastifizierbaren zinc-aluminum alloys, which are cooled after prolonged annealing above 275 ° C and tempered at temperatures below 275 ⁰ C to form stabilization.

Eine allgemeine Wärmebehandlung zur Herbeiführung superplastischer Eigenschaften, die sich mit den oben angegebenen Temperaturen überdeckt, ist bekannt, wie auch die Notwendigkeit, Wärmebehandlungen auszuführen, die das superplastische Verhalten des Werkstoffes bei der normalen Behandlung aufheben, wobei die Wärmebehandlung zur Vermeidung der Superplastizität bei nicht formgebenden Behandlungen des Werkstückes in einem kornvergröbernden Wärmebehandeln besteht, wozu eine Alterungsbehandlung durchgeführt wird, die unterhalb 275°C erfolgt (Zeitschrift »Design Eng.«, März 1969. S. 33 bis 40). Das nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren läßt jedoch offen, zu welchem Zeitpunkt das Grobkornglühen durchgeführt werden soll und in welchem speziellen Temperaturbereich hierbei gearbeitet werden solLA general heat treatment to produce superplastic properties that interact with the Above mentioned temperatures covered, is known, as is the need for heat treatments perform that cancel out the superplastic behavior of the material during normal treatment, the heat treatment to avoid superplasticity in the case of non-shaping treatments of the workpiece consists in a grain-coarsening heat treatment, including an aging treatment is carried out, which takes place below 275 ° C (magazine "Design Eng.", March 1969. pp. 33 to 40). The However, the method known from the prior art leaves open the point in time at which the coarse-grain annealing is carried out should be carried out and in which special temperature range should be worked

Zur wirtschaftlichen Durchführung von Formverfahren superplastischer Legierungen ist es erforderlich, das Werkstück nach dem Formen aus dem Gesenk oder der Form so schnell wie möglich herausnehmen zu können. Folglich ist bei superplastischen Legierungen, deren niedrige Festigkeit während des Formvorganges vorteilhaft ist, gleichzeitig diese Eigenschaft die Ursache dafür, daß beim Ausformen des fertigen Werkstückes dieses bei erhöhter Temperatur leicht verformt werden kann.In order to carry out molding processes for superplastic alloys economically, it is necessary to remove the workpiece from the die or mold as soon as possible after molding to be able to. Consequently, with superplastic alloys, their low strength during the forming process It is advantageous, at the same time, this property is the reason that when the finished workpiece is formed this can be easily deformed at elevated temperature.

Verschiedene Verfahren können angewandt werden,Various methods can be used

/J üi» diese Schwierigkeiten zu vermeiden. Belspielsjyejse. kann das geformte Werkstück mehrere Minuten iangin dem GesgtjäE A5oft_sde/ Fprmtempejnat^t von 250 bis irtpC auf eine Temperatur oberhalb 275°C, beispielsweise 300° G, erwärnU werden und dann herausgenommen werden. Dieses Verfahren beruht auf der Tatsache, daft die superplastische Struktur einer eutektischen Zink-Alumüiium-LegieEang lediglich bis zu 275° C stabil St, wobei oberhalb dieser Temperatur das metallurgische Gefüge nicht mehr umkehrbar in ein nicht-superplastisches Gefüge umgewandelt wird Dies bedeutet, daß das Gejfüge eines aus_r derartigen Legierungen bestehenden Bleches oberhalb 2Z5°C stärker ist als unterhalb. Um die Notwendigkeit die Temperatur der Form zyklisch zu ändern, wird das Gesenk bei 300⁰C gehalten, während das warmzuformende Blech auf 250⁰C vorgeheizt wird Wenn dann während des Formens das Blech auf das Gesenk auftritt wird die Temperatur des Bleches örtlich oberhalb 275"C angehoben und die Gefügeumwandlung tritt auf. Es ist notwendig, daß das Werkstück so schnell wie möglich geformt wird da sonst diese Umwandlung in Abschnitten des Biieches erfolgen kann, ehe diese an der Form anliegen. Dieses bekannte Verfahren hat verschiedene Nachteile, wobei insbesondere die Umwandlung eines metallurgischen Gefüges in ein anderes eine bestimmte Zeitspanne in Anspruch nimmt mit dem möglichen Ergebnis, daß bei einem Werkstück Gewichtsprozent Form mikrostrukturelle Variationen auftreten, welche zu Änderungen der mechanischen Eigenschaften des Werkstückes führen können. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahren liegt darin, daß Temperaturänderungen in dem ungeformten Blech auftreten können. Im superplastischen Zustand sind die heißeren Bereiche des Bleches üchwäeher während der Verformung und es kann dadurch ein zu großes Ausdünnen und sogar eine Perforation des Bleches auftreten./ J üi »to avoid these difficulties. Belspielsjyejse. can the formed workpiece several minutes iangin the GesgtjäE A5oft _s de / Fprmtempejnat ^ t of 250 to irtpC to a temperature above 275 ° C, for example 300 ° G, erwärnU and then be taken out. This process is based on the fact that the superplastic structure of a eutectic zinc-aluminum alloy is only stable up to 275 ° C, above this temperature the metallurgical structure is no longer reversibly converted into a non-superplastic structure Gejfüge a _r consisting of alloys of the metal sheet above 2Z5 ° C is more than below. In order to change the temperature of the mold cyclically, the die is kept at 300 ⁰ C while the sheet to be hot-formed is ^{preheated to 250 0} C. If the sheet then hits the die during the forming process, the temperature of the sheet is locally above 275 " C. It is necessary that the workpiece is formed as quickly as possible, otherwise this transformation can take place in sections of the sheet before they are in contact with the mold. This known method has various disadvantages, in particular the transformation One metallurgical structure to another takes a certain period of time with the possible result that one workpiece weight percent shape will experience microstructural variations which can lead to changes in the mechanical properties of the workpiece unshaped sheet metal can occur In the superplastic state, the hotter areas of the sheet are weaker during the deformation and this can result in excessive thinning and even perforation of the sheet.

Eine Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens würde darin bestehen, eine kalte Form zu verwenden, so daß das Blech beim Auftreffen auf die Form abkühlt und dadurch in seiner Festigkeit erhöht wird. Dieses Verfahren hat die Nachteile, daß lediglich Bauteile, die kurze Formzeiten erfordern, mittels dieses Verfahrens herstellbar sind und somit ist die Anzahl der Einzelheiten und die Schärfe von Winkein, die formbar sind, begrenzt. Ebenso kann auf Grund der Temperaturänderungen ein örtliches Ausdünnen verstärkt werden.
Es könnte als zweckdienlich aufgefaßt werden, sowohl das Werkstück als auch die Form auf eine Temperatur abzukühlen, bei der das Werkstück ausreichend starr ist, um einer Verformung während der Herausnahme aus der Form zu widerstehen. Legierungen, jedoch führt zu unannehmbar langen Formzyklen. Alter-SS nativ dazu könnte eine Zwangskühlung des Bauteiles angewandt werden, wobei Wärme von dem Bauteil in einer größeren Geschwindigkeit absorbiert wird, als der Bauteil Wärme von dem Gesenk aufnimmt. Es ist offensichtlich, daß die verschiedenen Verfahren angewandt werden können, um einen erheblichen Abfall in der Temperatur des Bauteiles bei lediglich einem kleinen Abfall der Temperatür der Form zu erreichen. Die Zwangskühlung eines Bauteiles einerseits jedoch führt zu Temperaturgradienten und Variationen im Grad derA modification of the method described above would be to use a cold mold, so that the sheet cools when it hits the mold and is thereby increased in its strength. This method has the disadvantages that only components which require short molding times can be produced by means of this method and thus the number of details and the sharpness of angles which can be molded are limited. Local thinning can also be increased due to the temperature changes.
It might be found useful to cool both the workpiece and the mold to a temperature at which the workpiece is sufficiently rigid to withstand deformation during removal from the mold. Alloys, however, result in unacceptably long molding cycles. Alternatively, forced cooling of the component could be used, with heat being absorbed by the component at a greater rate than the component absorbs heat from the die. It will be apparent that the various methods can be used to achieve a substantial drop in the temperature of the component with only a small drop in the temperature of the mold. On the one hand, however, the forced cooling of a component leads to temperature gradients and variations in the degree of

6s Wärmekontraktion, welche die Neigung zeigen, den Bauteil zu verformen. Somit kann, obwohl das geformte Werkstück ausreichend abgekühlt sein kann und somit in seiner Festigkeit erhöht sein kann, um Verfor-6s heat contraction, which shows the tendency to deform the component. Thus, although the shaped Workpiece can be cooled down sufficiently and thus be increased in its strength in order to

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mimgen währenddes Herausnehmens aus^der Form zu widerstehen, cjä^ KüMveffahren selbst üdiese Verformung ft^nrapaffeit imimick while taking it out of the mold resist, cjä ^ KüMveffahren even this deformation ft ^ nrapaffeit i

Der Erfindung liegt die Aufgabe ^gründe, ein Ver, -:> fahren derpbsnpaagpnten Art m «βΜίβκ mittels dessen bei kurzen Arbeitszyklen unerwünschte Deformationen vermieden werden.The invention is based on the object ^ reasons, a Ver, -:> drive derpbsnpaagpnten kind m «βΜίβκ by means of it undesired deformations can be avoided with short work cycles.

Bei einem Verlahrep der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß solche Werkstücke im superplastischen Zustand in einer Form spanlos verfonnt und sodann aus der Form entfernt werden und zur Venaeidung; unerwünschter Detonrtation anschließend mindestens 10 Minuten b*a 180 bis 220^QC wärmebehandelt weiden.In the case of a laying machine of the type mentioned at the outset, this object is achieved in that such workpieces in the superplastic state are shaped without cutting in a mold and then removed from the mold and for veining; undesired detonation afterwards for at least 10 minutes b * a 180 to 220 ^Q C heat-treated graze.

Bei einer vorteul|af£ea Au^hrungsfönn nach der Erfindung wird das geformte W&SstQclC: während der Wärmebehandlung auf einem Träger gelagert, dessen Form der Form des Werkstückes komplementär istAt a voreul | af £ ea presentation after the Invention is the shaped W & SstQclC: during the Heat treatment stored on a carrier, the shape of which is complementary to the shape of the workpiece

Im einzelnen kann die Erfindung dadurch weitergebildet werden, daß das geformte Werkstück vor dessen Entnahme aus der Form, vorzugsweise durch Aufblasen von Luft oder Aufsprühen von Wasser auf die Werkstücksoberfläche auf der der Form zugekehrten oder der von ihr abgewandten Seite, gekühlt wird.In detail, the invention can be developed in that the shaped workpiece before it Removal from the mold, preferably by blowing air or spraying water onto the workpiece surface on the side facing the mold or the side facing away from it, is cooled.

Eine vorteilhafte Ausführungsform nach der Erfindung kann dadurch geschaffen werden, daß die Legierung aus 15 bis 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise 18 bis 30 Gewichtsprozent Aluminium, wahlweise bis zu 0,5 Gewichtsprozent Kupfer odsr Magnesium, Rest Zink bestehtAn advantageous embodiment according to the invention can be created in that the alloy from 15 to 40 percent by weight, preferably 18 up to 30 percent by weight aluminum, optionally up to 0.5 percent by weight copper or magnesium, the rest Zinc is made

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei großen flachen Werkstücken mit geringen Zugtiefen angewandt wenn das Werkstück lediglich in horizontaler Stellung auf einer flachen Oberfläche abgestützt werden muß. Für große Zugtiefen oder komplizierte Formen sollten die Werkstücke mittels einer Spannvorrichtung genauer Kontur aus einem Material gehalten werden, welches ausreichend starr ist, um den Anlaßtemperaturen zu widerstehen.The method according to the invention is particularly useful for large, flat workpieces with small draw depths used when the workpiece is only supported in a horizontal position on a flat surface must become. For large draw depths or complicated shapes, the workpieces should use a Clamping device precise contour are held from a material which is sufficiently rigid to the To withstand tempering temperatures.

Verschiedene Verfahren können angewandt werden, um derartige Legierungen superplastisch zu machen, jedoch weisen derartige Verfahren im allgemeinen die folgenden Verfahrensschritte auf:Various methods can be used to make such alloys superplastic, however, such processes generally have the following process steps:

a) Erhitzen des Legierungskörpers zum Homogenisieren. a) heating the alloy body for homogenization.

b) Abschrecken oder langsames Abkühlen der homogenisierten Legierung.b) quenching or slow cooling of the homogenized alloy.

c) Bearbeitung der Legierung vorzugsweise durch Walzen.c) Machining of the alloy, preferably by rolling.

Zweckdienliche Verfahren sind in den britischen Patenten ti 25072 und 12 25 819 beschrieben. Unter besjlmmten Bedingungen kann statt des Abschreckens ein langsames Abkühlen erfolgen, insbesonderebei Legierungen, die 18 bis 40 Gewichtsprozent Altfmnu?«n enthalten. _: Appropriate procedures are described in British patents ti 25072 and 12 25 819. Under certain conditions, slow cooling can take place instead of quenching, especially in the case of alloys which contain 18 to 40 percent by weight of old mills. _:

»Im folgenden wird die Erfindung an Hand,von einigen praktischen Beispielen näher erläutert“In the following, the invention is illustrated by some practical examples explained in more detail

Beispiel 1example 1

Em rechteckiges Wandpanel der Abmessungen Jm χ 0,5m und einer Tiefziehtiefe kleiner als 3 cm wurde aus einem superplastischen Zink/Aluminium- Legierungsblech druckgeformt, welches 78 Gewichtsprozent Zink und 22 Gewichtsprozent Aluminium enthielt und eine Dicke von.- 0,89 mm aufwies, wobei die Formung 12 Minuten ia Anspruch nahm »nd bei 250⁰G ψ-ter Verwendung eines Luftdruckes von 42 kg/cm-² durchgeführt wurde.A rectangular wall panel measuring Jm χ 0.5 m and a deep-drawing depth of less than 3 cm was compression-molded from a superplastic zinc / aluminum alloy sheet, which contained 78 percent by weight zinc and 22 percent by weight aluminum and was 0.89 mm thick, with the molding took 12 minutes to claim ia "nd at 250 G ⁰ ψ- ter using an air pressure of 42 kg / cm ² was performed.

Aufgrund der Komplexität der Einzelheiten der Form des Panels war es nicht möglich, das geformte Panel von der Formoberfläche abzunehmen, ohne es zu verwerfen.Due to the complexity of the details of the shape of the panel, it was not possible to make the molded one Remove the panel from the mold surface without discarding it.

Der verworfene Formteil wurde gelagert und wurde zu einem zweckdienlichen Zeitpunkt auf einer flachen heißen Platte bei einer Temperatur von 200⁰C aufgelegt Das Panel wurde von den Verwerfungen innerhalb von ungefähr 15 bis 20 Minuten befreit.The discarded molding was stored and was placed on a flat hot plate at a temperature of 200 ^° C. at an appropriate time. The panel was freed from the warpage within about 15 to 20 minutes.

Beispiel 2Example 2

Ein Formteil mit den Gesamtabmessungen 76,2 cm χ 33 cm χ 203 cm Tiefe mit einer mittleren Wölbung und einem Umfangsflansch wurde aus einem superplastischen Zink/Aluminiumblech, welches 78 Gewichtsprozent Zink und 22 Gewichtsprozent Aluminium enthielt und eine Dicke von 1,5 mm aufwies, 6 Minuten lang bei 25O⁰C unter Verwendung eines Luftdruckes von 103 kg/cm-² Druck geformt.A molded part with the overall dimensions 76.2 cm × 33 cm × 203 cm depth with a central curvature and a peripheral flange was made from a superplastic zinc / aluminum sheet, which contained 78 percent by weight zinc and 22 percent by weight aluminum and had a thickness of 1.5 mm, for 6 minutes at 25O ⁰ C using an air pressure of 103 kg / cm ² pressure molded.

Das Formteil wurde aus der Form durch Abkühlen desselben um den Umfangsflansch entfernt, indem es unter Schwerkraftwirkung auf die untere Platte der Formpresse fallengelassen wurde. D-es führte zr. einer gewissen Verformung oder Verwerfung des gewölbten Teiles des Formteils auf Grund des Aufschlages des Formteiles aul die untere Platte.The molded part was removed from the mold by cooling it around the peripheral flange by removing it was dropped under gravity on the lower platen of the molding press. D-it led zr. one certain deformation or warping of the curved part of the molded part due to the impact of the Molding aul the lower plate.

Diese Verformung oder Verwerfung wurde dadurch entfernt, daß das heiße Formteil (ungefähr 250⁰C) umgedreht, in eine andere Form komplementärer Gestalt gelegt wurde und zugelassen wurde, daß es das durch die Formfläche definierte gewölbte Profil wieder annimmt Das Abkühlen erfolgte über ungefähr 1 Stunde.This deformation or warpage was removed by turning the hot molding (approx. 250 ^° C.) over, placing it in another mold of complementary shape and allowing it to reassume the arched profile defined by the mold surface. Cooling took about 1 hour .

Claims (4)

- Λ. Patentansprüche: *.- Λ. Claims: *. 1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkten aus superplastifizierbaren Ziflk-Aluminium-1. Process for the heat treatment of works made of superplasticizable Ziflk aluminum en, die nach, längerem, Glühen über 275¹C abgekühlt, und bei Temperaturen unter 275°C zur Formstabilisierung angelassen werden, dadu. v.h gekennzeichnet, daß solche Werkstücke im superplastischen Zustand in einer Form spanlos verformt und sodann aus der Form entfernt werden und zur Vermeidung unerwünschter Deformation anschließend, mindestens IO Minuten bei 180 bis 220°Cwärmebehandelt werden. -.en which, after a long period of annealing, are ^{cooled to more than 275 1} C and tempered at temperatures below 275 ° C to stabilize their shape, dadu. vh characterized that such workpieces in the superplastic state are deformed without cutting in a mold and then removed from the mold and then heat-treated for at least 10 minutes at 180 to 220 ° C to avoid undesirable deformation. -. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das gelormte Werkstück -während der Wärmebehandlung auf einem Träger gelagert wird, dessen Form der Form des Werkstückes komplementär ist.2. The method according to claim I, characterized in that the standardized workpiece is stored on a carrier during the heat treatment, the shape of which is complementary to the shape of the workpiece. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das geformte Werkstück vor dessen Entnahme aus der Form, vorzugsweise durch Aufblasen von Luft oder Aufsprühen von Wasser auf die Werkstücksoberfläche auf der der Form zugekehrten oder der von ihr abgewandten Seite, gekühlt wird3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the shaped workpiece before its removal from the mold, preferably by blowing air or spraying on Water on the workpiece surface on the one facing or facing away from the form Side, is cooled 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 15 bis 40 Gewichtsprozent vorzugsweise 18 bis 30 Gewichtsprozent Aluminium, wahlweise bis zu 0,5 Gewichtsprozent Kupfer oder Magnesium. Rest Zink besteht.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the alloy of 15 up to 40 percent by weight, preferably 18 to 30 percent by weight, aluminum, optionally up to 0.5 percent by weight Copper or magnesium. The remainder is zinc. toto