CN109385587A - 用于制造由6000系列铝合金制成的机动车构件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造由6000系列铝合金制成的机动车构件的方法，其特征在于如下方法步骤：提供由6000系列铝合金制成的板坯件；将板坯件以超过15K/s的加热速率在小于20s的时间内快速加热到450℃至600℃之间的温度；当已经形成在20μm至50μm之间的晶粒大小时，结束加热过程和结束可选的均匀化；将这样经调温的板坯件淬火；涂敷润滑剂、优选在20℃至100℃时涂敷润滑剂；使已冷却的板坯件在成型模具中成型，其中，在加热过程结束与成型过程开始之间的时间小于30秒；时效处理。

Description

用于制造由6000系列铝合金制成的机动车构件的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的特征的用于制造由6000系列铝合金制成的机动车构件的方法。

此外，本发明涉及一种根据权利要求15的特征的铝合金的用于制造机动车构件的应用。

背景技术

由现有技术已知，机动车构件由金属材料制成。尤其是自支承的机动车车身的结构构件、然而安装构件例如缓冲器、碰撞盒或类似物以及车身构件例如门板、车顶蒙皮、发动机罩或挡泥板也由金属材料制成。在此使用成形方法如深冲。

通常，这些机动车构件具有0.5mm至5mm、尤其是1mm至3mm的壁厚。

尤其是与安全相关的构件例如纵梁、机动车柱(尤其是B柱)、车门槛板或横梁有时需要高强度，以便在有事故的情况下和/或为了加固车身提供足够的刚度。

因此，由现有技术已知，在钢的情况下使用热成型和加压淬火技术。替代地，车身构件由轻金属合金、尤其是铝合金制成。对此又例如由EP2518173A1已知，在制造方法之前、期间和/或之后对由铝合金制成的机动车构件进行热处理，以便因此有针对性地影响强度特性。

发明内容

本发明的任务是，从现有技术出发提供一种用于由铝合金制成的机动车构件的制造方法，该机动车构件可以成本有效地、同时然而高效地以要达到的强度被制成。

按照本发明，前面所述任务通过一种具有权利要求1的特征的用于制造由6000系列铝合金制成的机动车构件的方法来解决。

此外，前面所述的任务通过一种根据权利要求15的特征的铝合金的应用来解决。

按照本发明的方法的有利的进一步改进方案是从属权利要求的主题。

所述用于制造由6000系列铝合金制成的机动车构件的方法的特征在于如下方法步骤：

·提供由6000系列铝合金制成的板坯件，

·将板坯件以超过15K/s的加热速率在小于20s的时间内快速加热到450℃至600℃之间的温度，

·当已经形成在20μm至50μm之间的晶粒大小时，结束加热过程和结束可选的均匀化，

·将这样经调温的板坯件淬火，优选淬火至低于100℃、尤其是低于60℃的温度、优选到室温或高于室温，

·优选在20℃至150℃、优选20℃至100℃时，可选地涂敷润滑剂，

·将已冷却的板坯件在成型模具中成型，其中，在加热过程结束与成型开始之间的时间小于30秒。

·时效处理，至少一个阶段地通过冷时效处理和/或热时效处理。

因此首先提供由6000系列铝合金制成的板坯件。所述板坯件优选处于根据EN515的状态F或T4或T6中。所述状态F表示没有热处理的轧制硬化状态。所述板坯件例如可以已经被裁剪成接近最终轮廓的。然而这仅是一个选择。

按照本发明现在实施快速加热，也称作加热或预热。对于所述快速加热，尤其是可以使用借助接触板的接触加热。在此，接触板的热量在贴靠接触时借助热传导被传送到板坯件上。该板坯件按照本发明以大于15K/s的加热速率在小于20s的时间内、至少然而在数秒内加热到450℃至600℃之间的温度。所述快速加热可以在一个加热站上进行。然而，所述快速加热也可以在多个加热站或在多个阶段中进行。例如快速加热可以两个阶段地或三个阶段地实施。在加热阶段中相应的贴靠接触小于5s。在各阶段之间的传送时间同样小于5s、尤其是2s至3s。所述传送可以利用轴向传送器、例如利用传送梁进行。

一旦通过加热过程达到目标温度，则板坯件应该在其表面上以及在其壁厚上均匀地具有所述温度。然而同样持续几秒的均匀化能够可选地实施。在所述加热过程结束时，已经在已加热板坯件的材料组织中形成在20μm至50μm之间的晶粒大小。所述晶粒大小等轴地(这意味着沿所有的方向)被测量。所述晶粒大小已经在加热过程期间形成并且在后面的过程中不再发生改变。尤其是，已加热的板坯件随后被淬火。所述淬火是快速的冷却，该冷却优选也可以在多个阶段中、尤其是在一个至三个阶段中实施。此后或在两个冷却阶段之间在20℃至100℃时可以可选地将润滑剂涂敷到板坯件上。所述润滑剂涂敷尤其是借助喷涂、刮涂、辊涂进行，替代地所述润滑可以在成型阶段本身中进行。成型模具的成型颚板用该润滑剂加载。冷成型时的优点是可以使用任意的润滑剂，所述润滑剂无需是可热加载的。

在此之后，经冷却的或经淬火的板坯件被放入到成型模具中并且在此被成型。所述成型因此作为冷成型进行。在此规定，在加热过程结束或均匀化过程结束与成型开始之间的时间小于30秒。这意味着，淬火以及传送到成型模具中在小于30秒的时间内实施。

淬火到小于200℃的温度以大于10K/s的冷却速率实施。而后便可以以较缓慢的冷却速度冷却到小于100℃的温度，尤其是这然而也以大于10K/s的冷却速率实施。

所述成型本身也可以在多个阶段中、尤其是在一到三个阶段中实施。可选地，进一步的裁剪和/或打孔操作可以在成型过程期间亦或在成型过程之后实施。

按照本发明的方法能够尤其是在压制机系统中利用一个被共同驱动的挺杆实施。这意味着，加热阶段、淬火阶段以及成型阶段在一个压制机系统中实施。因此，在压制机的节拍(该节拍优选小于10s、尤其是小于5s并且完全特别优选小于等于3s、然而至少在1s时实施)中，在第一阶段开始时可以加热已放入的板坯件。在下一节拍中，所述在第一阶段中已加热的板坯件被转移到第二阶段(例如也可以是加热阶段)中并且在此进一步被加热。该第二加热阶段例如也用于使在板坯件内的温度均匀化，该第二加热阶段例如为短的保持阶段的形式。然后，在下一节拍中例如接着第一冷却阶段，再接着第二冷却阶段。在这些冷却阶段之后在下一节拍中接着第一成型阶段，又接着第二和可选地第三成型阶段。在第一成型阶段之前或在第一成型阶段内，板坯件可以被裁剪。尤其是进行边缘裁剪。因此，压制机系统的打开运动和关闭运动一起实施。这并不意味着，所有阶段在时间上并行地必须被打开或关闭。在尤其是成型阶段与调温阶段之间的时间偏移在本发明的范围中是允许的，以例如造成不同的关闭时间/封闭时间，以便尤其是在调温期间使贴靠时间最大化。在各单个阶段之间设置有传送系统。因此，起初放入的板坯件经历所有的阶段并且成形为机动车构件。

尤其是用于加热和/或用于淬火的各个阶段借助接触板实施。这意味着，不仅所述加热通过接触板的贴靠接触实施，而且所述淬火通过在该情况下的冷却板的贴靠接触实施。在此可以使用经由弹簧支承的接触板，使得接触板在模具打开的情况下沿压制机行程方向伸出。因此，在关闭运动期间接触板的贴靠时间在节拍期间被延长。因此可以更有效地利用引入的能量来加热和冷却。

同时，所述方法可以特别能量有效地在短的节拍时间内以及因此总体上非常低成本地实施，即使在制造复杂构件时也是如此。

为此，尤其是使用一种铝合金，该铝合金具有下述以质量百分比表述的合金元素：

硅(Si) 0.7至1.10、优选0.75至1.05

镁(Mg) 0.5至0.8

其余含有铝和由熔炼引起的杂质。

此外使用精细的合金构思，其具有优选化学计量的构成。

为此优选地，镁与硅的重量百分比份额的比值为5比7至5比9。这尤其是对应于硬化阶段Mg5Si6的化学计量构成。

此外，为了积极的硬化特性，硅和镁的以质量百分比表述的整体份额选择成大于等于1.20、优选然而小于等于1.90。

作为以质量百分比表述的其它合金元素优选单独地或共同地设定在之前提到的铝合金中：

铜(Cu) 0.03至0.20

锰(Mn) 0.10至0.20

铬(Cr) 0.10至0.20

钛(Ti) 0.010至0.030

铁(Fe) 0.10至0.25

所述铜确保热稳定、刚度，此外确保再结晶过程以及老化特性。

所述锰成分确保增强的强度并且确保晶粒大小的改变。此外，锰和铬使用作为再结晶的延缓剂。此外，铬提高碰撞特性。钛确保在凝固期间的晶粒细化。

因此，之前所述的铝合金具有用于加速固熔退火处理的优化特性以及同时优化的冷成型特性。因此，结合快速的加热速率，可以在加热过程期间形成极精细的晶粒大小或晶粒结构。

同时，所述材料具有改进的流动特性，从而在成型期间、尤其是在深冲过程中避免临界的薄化。此外，所述材料具有改善的老化特性。因此进行较快速的沉淀硬化。为此，尤其是可以规定，在成型过程结束之后进行冷时效处理(多日)或热时效处理(多个小时至多日)。

可选地也可以规定，在成型过程结束之后在时效处理之前在优选100℃至200℃时10至120分钟地实施中间退火处理。

因此，尤其是在使用前述的铝合金时，利用按照本发明的方法制造的由6000系列铝合金制成的机动车构件具有优化的机械特性。因此可以形成大于260MPa、尤其是大于280MPa的屈服强度Rp0.2。构件的所述屈服强度根据当前的认识然而小于400MPa。此外，可以设定成大于320MPa、尤其是大于340MPa的在所制造的机动车构件上的抗拉强度Rm。所述抗拉强度根据当前的认识然而小于400MPa。

在屈服强度与抗拉强度的比值小于等于0.95时可以实现由强度和待达到的延展性形成的最优效果。

在本发明的范围中，优选地为了加热可以实施接触加热以及为了淬火可以实施接触冷却。然而也可以使用其它的加热方法、尤其是快速加热方法。例如可以实施电阻加热。也可以实施对流加热方法、辐射加热方法亦或无接触加热方法(例如通过感应)。

此外，在流化床中的加热适合在所要求的加热速率时实现优化的组织构成。在此，板坯件在空气流经的加热的容器中或盆中被加热。所述容器或盆尤其是利用氧化铝粉末填充。

替代地也可设想，为了快速的加热速率，实施感应的板坯件加热，或借助红外线辐射实施加热。板坯件也可以在炉中被加热，其中，在炉中尤其是经加热的空气流以一定角度、尤其是垂直地被引导到待加热的板坯件上。所述加热方法相对于接触加热尤其是适合于加热构造成三维的型材。在此未加热平面的板坯件，而是加热在横截面中例如帽形的或构造成多腔型材的型材。因此，通过热辐射和/或对流也可以将热量往前挤到型材空腔中并且因此例如也加热在型材中的内板条。在炉中加热的情况下，大于4K/s至15K/s的加热速率是优选的，以便在固熔退火时实现提高晶粒细度的程度。在炉中的停留时间应当连同在目标温度时的保持时间在内在任何情况下超过3分钟。利用流体介质的接触的加热也是可能的。同样，不仅板坯件而且型材可以借助直接的电流通过被加热。

也可能的是，板坯件或型材在热处理之前、也就是说在加热之前和/或在冷却之前或期间被涂层。所述涂层尤其是用于借助热传导有针对性地影响温度输入或温度导出。因此加热速率或冷却速率可以得到改进。所述涂层也可以局部不同地施加，从而在热处理时在板坯件中形成局部地彼此不同的温度。

然而特别优选地，以大于15K/s、尤其是大于25K/s、特别优选地大于50K/s的加热速率实施所述接触加热。此外特别优选地实施接触冷却以用于淬火。在此使用大于15K/s、尤其是大于25K/s并且特别优选大于50K/s的冷却速率。在技术上，加热速率应该在大于500K/s时受限制。

此外，本发明涉及一种铝合金用于制造机动车构件的应用，其中，所述铝合金具有下述以质量百分比表述的合金成分：

硅(Si) 0.70至1.10、优选0.75至1.05

镁(Mg) 0.50至0.80

铜(Cu) 0.03至0.20

锰(Mn) 0.10至0.20

铬(Cr) 0.10至0.20

钛(Ti) 0.010至0.030

铁(Fe) 0.10至0.25

其余含有铝和由熔炼引起的杂质。

按照本发明，所述板坯件首先以大于4K/s的加热速率被加热。然后经加热的板坯件以大于10K/s的冷却速率被淬火。随后这样经热处理的板坯件被冷成型。所述成型在加热结束之后30秒内开始。

因此，尤其是在由上述合金制成的机动车构件中，在材料组织中形成在20μm至50μm之间的晶粒大小。

附图说明

本发明的其它优点、特征、特点和方面是以下说明的主题。优选的实施变型方案在示意图中示出。它们用于简单理解本发明。其中：

图1示出用于实施按照本发明的方法的设备，其包括调温站和成型和裁剪站，

图2示出图1的替代设备，

图3示出图1的替代设备，

图4示出图1的替代设备，以及

图5至图7示出冶金显微照片。

具体实施方式

在附图中相同的附图标记用于相同或类似的部件，即使出于简化原因省略了重复说明。

图1示出用于实施按照本发明的方法的设备1。该设备1具有组合的调温站2。在第一阶段I中开始加热过程。为此设置有接触板3，该接触板通过未进一步示出的热源被加热并且借助贴靠接触通过热传导加热已放入的板坯件16。接下来出于简化原因一并示出在相应阶段中放入的板坯件。第二阶段II设置有冷却板4。该冷却板4具有用于传送冷却流体的冷却通道5。因此，经加热的板坯件通过贴靠接触在第二阶段中被冷却。不仅接触板3而且冷却板4相应地通过弹簧6支承。由此，在模具关闭时间或者说在实施节拍期间有效的贴靠时间可以增大，因为板坯件沿模具关闭方向伸出。压紧力也被均匀化并且挤压弯曲得到补偿。可选地，在淬火之后设置有润滑装置17，该润滑装置例如借助喷涂将润滑剂涂敷到板坯件上。

在第一阶段I中经加热的并且在第二阶段II中经淬火的板坯件然后被转移到在成型站12中的第三阶段III中。在此设置有成型模具7，用于待制造的机动车构件8的第一次成型。接下来的第四阶段IV可以具有成型阶段并且备选地或补充地具有打孔和/或裁剪工具9。备选地或补充地，进一步的成型也可以在所述组合的打孔和/或裁剪工具9中进行。在所述方法结束时得到成型的机动车构件8，该机动车构件在此示例性地在横截面中是帽形成型的机动车构件。所述机动车构件可以是机动车柱、纵梁或横梁或其它车身构件或结构构件，替代地也可以是底盘构件、外壳构件或在机动车上的安装件。未示出用于进一步运输板坯件的传送系统。

图2示出图1的一种替代构型变型方案。在此也示出如下设备1，该设备设有加热站10、冷却站11以及成型站12。总体上实施六个阶段的调温和成型过程，其中，首先在前两个阶段I+II中在加热站10中加热。所述经加热的板坯件16在此之后被运送给冷却站11并且在冷却站11中在阶段III中和阶段IV中被淬火。经加热以及在此之后经淬火的板坯件16然后在第五阶段V中被传送到成型模具7中并且在此至少一个阶段成型以及可选地在第六阶段VI中再次成型以及裁剪和打孔。在阶段IV与V之间例如借助两侧的喷涂进行涂敷润滑油。这可以利用润滑装置17进行。得到机动车构件8，该机动车构件在此示例性地同样在横截面中构造成帽形的。

图3示出对此替代的设备。在此又设置有调温站2，该调温站不仅加热而且冷却。所述过程七个阶段地示出。前四个阶段在调温站2中实施。为此在阶段I中和阶段II中加热。在阶段III中和阶段IV中进行淬火过程。然后这样经调温的板坯件被传输给成型站12并且在此在进一步的三个阶段V-VII中成型以及裁剪和打孔。在阶段IV与V之间(例如借助两侧的喷涂)进行涂敷润滑油。

图4示出一种替代的构型变型方案。在此示出一个共同的调温和成型站13。这意味着，所有的接触板3、冷却板4、成型模具7以及打孔和裁剪工具9悬挂或固定在压机上部14上以及压机下部15上。调温和成型站13的关闭运动因此造成所有的阶段I-VII同时实施。在此又设置有弹簧6，从而接触板3以及冷却板4的有效接触时间在从例如上模具14朝向下模具15的运动期间被延长。此外，在此示出在第一成型阶段V中的润滑装置17。所述润滑装置将润滑剂涂敷到成型模具7的成型颚板18上。

图5示出由按照本发明所描述的铝合金制成的板坯件在提供的状态下的冶金显微照片。在此可看出层状的结构。

现在如果实施按照本发明的快速加热伴随着后面的淬火，则存在有在图6中示出的材料组织。在此可看出，形成各个晶粒，这些晶粒分别具有在20μm至50μm之间的晶粒大小。所述尺寸说明不仅涉及在图平面中的长度延伸尺寸和宽度延伸尺寸，也涉及进入到图平面中或从图平面出来的高度延伸尺寸。因此，所述晶粒大小构造成等轴的。在随后的成型之后，所述晶粒大小基本上构造成相同的。根据在成型过程期间在壁厚内出现的拉伸，晶粒的定向容易失真。

与此相反，图7示出如下材料组织，如该材料组织随着较缓慢且持续较长的加热以及较缓慢且持续较长的冷却产生，该加热和冷却分别在相应数分钟内实现。可看出比在图6中明显较大的晶粒大小以及不同的晶粒结构。

附图标记

1 设备

2 调温站

3 接触板

4 冷却板

5 冷却通道

6 弹簧

7 成型模具

8 机动车构件

9 打孔/裁剪工具

10 加热站

11 冷却站

12 成型站

13 调温和成型站

14 压机上部

15 压机下部

16 板坯件

17 润滑装置

18 成型颚板

Claims (15)

1.一种用于制造由6000系列铝合金制成的机动车构件的方法，其特征在于如下方法步骤：

·提供由6000系列铝合金制成的板坯件，

·将板坯件以超过15K/s的加热速率在小于20s的时间内快速加热到450℃至600℃之间的温度，

·当已经形成在20μm至50μm之间的晶粒大小时，结束加热过程和结束可选的均匀化，

·将这样经调温的板坯件淬火，

·涂敷润滑剂、优选在20℃至100℃时涂敷润滑剂，

·使已冷却的板坯件在成型模具中成型，其中，在加热过程结束与成型过程开始之间的时间小于30秒，

·时效处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用一种铝合金，该铝合金具有下述以质量百分比表述的合金元素：

硅(Si) 0.7至1.10、优选0.75至1.05

镁(Mg) 0.5至0.8

其余含有铝和由熔炼引起的杂质。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铝合金此外具有至少一个下述以质量百分比表述的合金元素：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，镁与硅的重量百分比份额的比值为5比7至5比9。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，硅和镁的重量百分比份额总和大于等于1.20并且小于等于1.90。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，形成大于260MPa、尤其是大于280MPa的屈服强度Rp0.2。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，形成大于320MPa、尤其是大于340MPa的抗拉强度Rm。

8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，形成小于等于0.95的屈服强度与抗拉强度的比值。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述板坯件在加热之前处于状态F或T4或T6中。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热和/或淬火局部地实施。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述板坯件用不同的接触压力加热和/淬火，或使用具有不同温度的接触板，从而在热处理时在板坯件中形成局部地彼此不同的温度。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热借助接触加热实施、尤其是以大于20K/s、优选大于50K/s的加热速率实施。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，为了快速加热和/或淬火而使用接触板，其中，优选所述接触板具有涂层。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热、冷却和/或成型多阶段地实施。

15.一种铝合金用于制造机动车构件的应用，其中，所述铝合金具有下述以质量百分比表述的合金成分：

其余含有铝和由熔炼引起的杂质，其中，板坯件以大于4K/s的加热速率加热并且以大于10K/s的冷却速率淬火并且随后冷成型为机动车构件，其中，所述成型在加热之后30秒内实施。