Auswirkungen von Elementgehaltsvariationen in Al-Knetlegierungen hinsichtlich Aushärtbarkeit, Eloxierbarkeit und Zerspanbarkeit am Beispiel von neuen bleifreien Al-Cu-Automatenlegierungen

Summary

The variation of alloying elements within a certain standard induces a severe modification of metallographic characteristics. This has an effect on the material behaviour, such as precipitation hardening, machining or anodization. The impact of element variation or element combination in individual alloy specifications is still a focal point of materials research. The influence of element variations and substitutions on material properties is discussed on the basis of alloy development and technology optimization of lead-free machining alloys. Present investigations have shown that tin as a lead substitute provides the required machinability and impairs the anodization behaviour only marginally. Examination of the precipitation behaviour after solution heat treatment and quenching confirmed the cause of an incubation time during natural ageing. The addition of medium copper contents with approximately 2.7 % Cu enables the compromise between adequate alloy strength and good machinability as well as acceptable anodization ability. Higher manganese concentrations assist the machinability, whereas the magnesium content should lie at the lower limit of the standard. Manganese additions cause a minimal strengthening, while the tensile strength is increased strongly.

Zusammenfassung

Die Variation der Elementgehalte innerhalb einer Legierungsnorm erlaubt eine starke Veränderung der metallographischen Charakteristika. Diese wirken sich direkt auf das Materialverhalten wie die Ausscheidungshärtung, die mechanische Bearbeitbarkeit oder die Eloxierbarkeit aus. Welche Effekte die verschiedenen Elemente oder Elementkombinationen in den einzelnen Legierungssystemen haben, ist nach wie vor ein zentrales Thema der Werkstoffforschung. Anhand der Legierungsentwicklung und Technologieoptimierung an bleifreien Automatenlegierungen sollen die Auswirkungen von Elementvariationen und -substitutionen auf die Materialeigenschaften verdeutlicht werden. Bisherige Forschungen zeigten, dass Zinn als Bleisubstitut die geforderte Zerspanbarkeit gewährleistet und nur geringfügig das Eloxierverhalten verschlechtert. Untersuchungen hinsichtlich des Aushärteverhaltens nach erfolgtem Lösungsglühen und Abschrecken bestätigten das Hervorrufen einer Inkubationszeit bei der Kaltauslagerung. Der Zusatz von mittleren Kupfergehalten mit ca. 2,7 % Cu erlaubt einen Kompromiss zwischen ausreichend hoher Legierungsfestigkeit und guter Zerspanbarkeit sowie akzeptabler Eloxierbarkeit. Höhere Mangan-Konzentrationen fördern die Zerspanbarkeit, wohingegen der Magnesiumgehalt an der Untergrenze des Legierungsfensters liegen muss, um die Spanbarkeit nicht negativ zu beeinflussen. Mangan-Zusätze bewirken einen minimalen Festigkeitszuwachs, während mit steigendem Magnesiumgehalt die Zugfestigkeit stark erhöht wird.