CZ20013107A3

CZ20013107A3 - Konstrukční součást vytvořená z hlinikové slitiny typu AlMgSi

Info

Publication number: CZ20013107A3
Application number: CZ20013107A
Authority: CZ
Inventors: Jürgen Timm; Corrado Bassi
Original assignee: Alcan Technology & Management Ag
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2002-08-14
Also published as: CA2363116A1; ATE240414T1; WO2000052216A1; EP1165848A1; CH693673A5; KR100481231B1; KR20010102456A; BR0008629A; DE50002180D1; JP2002538305A; TW530093B; EP1165848B1; PT1165848E; DK1165848T3; ES2193048T3; CA2363116C

Description

Oblast techniky

Vynález se týká konstrukční součásti ze slitiny typu AlMgSi s vysokou schopností pohlcováni kinetické energie plastickou deformací. Vynález zahrnuje také díl karosérie z této hliníkové slitiny, s vysokou ohebnosti bez vzniku trhlin nebo efektu pomerančové kůry, zejména pro výrobu struktur z dvojitých plechů, jako jsou kapoty motoru, dveře a víka zavazadlového prostoru osobního motorového vozidla.

Dosavadní stav techniky

Deformační chování je v konstrukci vozidel aspektem s narůstající důležitostí; to platí pro silniční dopravu jakož i pro kolejovou dopravu. Výrobci silničních a kolejových vozidel přecházejí stále více k tomu, že speciální konstrukční prvky nebo dokonce celé konstrukční skupiny vozidla dimenzuji tak, aby při srážce absorbovaly co nejvíce energie, a tím snižovaly riziko poranění cestujících. Vedle konstrukčního vytvoření těchto takzvaných deformačních prvků mají rozhodující význam mechanické vlastnosti použitých materiálů a spojovací oblasti. Usiluje se o co největší absorpci energie před prasknutím. Toho je možno dosáhnout prostřednictvím nízkého poměru meze protažení k pevnosti. Důležitým znakem materiálu je také vysoká tažnost. Je třeba dbát také na požadavky na hotovou součást. Konstrukcí mohou být předem dány například určitá úroveň pevnosti, určitá minimální hodnota tažnosti, protikorozní odolnost nebo jiné podstatné charakteristiky.

Narůstající význam výroby lehčích automobilů pro úsporu energie vedl k vyvinutí velkého množství hliníkových slitin pro použití v automobilech. Ideální by byla jediná hliníková slitina, kterou by bylo možno použít pro různé díly v konstrukci automobilu. Zvláště s ohledem na zhodnocení šrotu nebo recyklovatelnost takzvaných prostorových rámových konstrukcí v konstrukci automobilů by bylo žádoucí, vyrábět rámy, dnes vyráběné z protlačovaných profilů, plechy karosérie a konstrukční součásti, z jedné a téže slitiny. Různé součásti automobilu však vyžadují často různé vlastnosti. Například hliníková slitina pro vnější plechy by měla být dobře hluboké tažení tvářitelná, aby umožňovala přetahování, a ohýbání, současně však však musí mít po vypalování laku.

vysokou pevnost výrobu struktur z dvojitých plechů, jako dveře a víka zavazadlového prostoru, pevnost v ohybu bez vzniku kůry,

Zejména plechy pro vysokou pomerančové lemováním.

jsou kapoty motoru, by měly vykazovat trhlin a efektu

EP-A 0

AlMgSi pro součást se neboť tyto součásti popisuje konstrukční v konstrukci vozidel.

se často spojuj i slitiny

Tato kosntrukční součát ze použití zhotovuje obvyklým způsobem protlačovacím lisováním.

Vynález je založen na úkolu, vytvořit konstrukční součást výše uvedeného druhu, která splňuje, pokud jde o deformační chování, požadavky kladené na protlačované konstrukční součásti. Kromě toho má být slitina použitá pro konstrukční díly použitelná také pro výrobu dílů karoserie.

Podstata vynálezu

Úkol je podle v % hmotn.

vynálezu vyřešen tím, že slitina obsahuje

křemík	0,45 až	0,85
hořčík	0,35 až	1,0
měď	0,05 až	0,30
železo	0,05 až	0,25
vanad	nejvýše	0,25
mangan	nejvýše	0,10

O *o o, o o, o o o o o a nečistoty podmíněné výrobou hmotn. jednotlivě a nejvýše 0,15 % hmotn. jako zbytek, přičemž konstrukční součást z válcovaného pásu nebo plechu z této slitiny.

v množství nejvýše 0,05 % celkem, a hliník je zhotovena

Pro uvedené složky slitiny platí následující výhodná rozmezí:

křemík	0,50 až	0,80 %
hořčík	0,40 až	0, 65 %
měď	0,05 až	0,20 %
železo	0,05 až	0,20 %
vanad	nejvýše	0,20 %.
Konstrukční	součást	podle
:chu vytvarovaný díl,	spoj ený

z ple duté těleso vytvořený díl. Trubicovitý v průřezu pravoúhlý, může však průřezový tvar. Pro komplexnější trubicovitý tlakem.

díl dále tvarován

Spoj ení libovolným nýtováním nebo sešroubováním.

plechu na způsobem, vynálezu má na trubicovitý díl je mít v podstatě geometrie součástí tvářením vysokým trubicovitou součást se může například svařováním, výhodou či jako výhodou libovolný může být vnitřním provádět lepením,

-4Slitina použitá pro konstrukční součást může být použita také pro výrobu dílů karosérií, zejména ve formě struktur z dvojitých plechů, jako jsou kapoty motoru, dveře a víka zavazadlového prostoru osobního motorového vozidla, což podstatně zjednodušuje zhodnocení šrotu nebo recyklovatelnost konstrukčních součástí a plechů karosérií.

Konstrukční součást podle vynálezu je zvláště vhodná jako bezpečnostní součást v konstrukci vozidel, zejména v oblasti automobilů.

Slitina podle vynálezu se může zpracovávat obvyklým způsobem kontinuálním litím nebo pásovým odléváním, válcováním za tepla a/nebo za studená na plech nebo pás. Pro dosažení optimálních vlastností pokud jde o deformační a ohybové chování se jako zvláště výhodné ukázalo, když se provádí rozpouštěcí žíhání v peci pro průchod pásu v rozmezí teplot 520 °C až 580 °C s následným kalením. Kalení se může provádět obvyklým způsobem, vždy podle tloušťky plechu vodou nebo vzduchem. Při rozpouštěcím žíhání je třeba dbát na to, aby všechny rozpustné složky jako Si a Mg₂Si přešly do pevného roztoku a po ochlazení zůstaly v přesyceném stavu. Rychlost ochlazování může mít podstatný vliv na mechanické vlastnosti, neboť při příliš pomalém chlazení se Si a Mg₂Si dělí na hranicích zrn a zhoršují tak zřetelně deformační a ohybové vlastnosti. Kromě toho se negativně ovlivňuje vytvrditelnost a korozní vlastnosti.

Konstrukční součásti a díly karosérie podle vynálezu se používají s výhodou v tepelně vytvrzeném stavu, zejména ve stavu tepelného zpracování T6. Tento stav tepelného zpracování se může u dílů karosérie vytvořit v průběhu cyklu vypalování laku.

Pásy nebo plechy použité pro výrobu konstrukčních součástí a dílů karosérie podle vynálezu mají tloušťku s výhodou v rozmezí tloušťky 0,8 až 4 mm.

Pásy a plechy mohou být před koncovým zpracováním navíc chemicky nebo elektrochemicky předzpracovány a/nebo opatřeny povlakem suchého mazadla.

Příklady provedení vynálezu

Další výhody, znaky a podrobnosti slitinových plechů použitých pro výrobu konstrukčních součástí a dílů karosérie jsou zřejmé z následujícího popisu výhodných příkladů provedení.

Příklad 1

Slitina o složení v % hmotn.

0,82 % Si

0,57 % Mg

0,22 % Fe

0,07 % Cu

0,005 % V

0,08 % Mn a standardní, pro automobily používaná, slitina AA 6016 jakožto srovnávací slitina byly zpracovány obvyklým způsobem kontinuálním litím, válcováním za tepla a za studená na plech o tloušťce 1,2 mm. Rozpouštěcí žíhání bylo prováděno při 540 °C s následným kalením ve vodě.

Mechanické vlastnosti a tvářecí charakteristiky stanovené na vzorcích plechu ve stavu tepelného zpracování

-6······ · ·· ·· • · · · · · · · ··

T4 jsou pro slitinu podle vynálezu a pro srovnávací slitinu porovnány v tabulce 1.

Tabulka 1

	Rm MPa	^Rp0,2 MPa	Aio O_ o	Π5%	r	f=ri/t
vynález	261	146	26, 8	0,29	0,61	<0,1
AA 6016	254	138	28,5	0,29	0,59	0,3

Výsledky uvedené v tabulce 1 zřetelně ukazují lepší ohybové vlastnosti slitiny podle vynálezu ve srovnání se standardní slitinou AA 5016.

Příklad 2

Slitina o složení v % hmotn.

0,59 % Si

0,55 % Mg

0,15 % Fe

0,07 % Cu

0,010 % V

0,08 % Mn a standardní, pro automobily používaná, slitina AA 6016 jakožto srovnávací slitina byly zpracovány obvyklým způsobem kontinuálním litím, válcováním za tepla a za studená na plech o tloušťce 1,5 mm. Rozpouštěci žíhání bylo prováděno při 540 °C s následným kalením ve vodě.

Tabulka 2

	stav	Rm MPa	RpO, 2 MPa	Aio q. o	n₅%	r	f=ri/t	deformační chování
vynález	T4	222	113	25,8	0,30	0,57	<0, 1	3
vynález	T6	263	229	11,5	-	-	0,25	3
AA 6016	T4	254	138	28,5	0,29	0,59	0,30	3
AA 6016	T6	295	258	14,2	—	-	0, 60	1

Výsledky uvedené v tabulce 2 zřetelně ukazují lepši deformační chování slitiny podle vynálezu ve srovnání se standardní slitinou ΆΆ 6016, zejména v tepelně vytvrzeném stavu.

Příklad 3

Slitina o složení v % hmotn.

0,60 % Si

0,53 % Mg

0,20 % Fe

0,14 % Cu

0,15 % V

0,07 % Mn a standardní, pro automobily používaná, slitina AA 6016 jakožto srovnávací slitina byly zpracovány obvyklým způsobem kontinuálním litím, válcováním za tepla a za studená na plech o tloušťce 1,5 mm. Rozpouštěcí žíhání bylo prováděno při 560 °C s následným kalením ve vodě.

Tabulka 3

	stav	Rm MPa	RpO, 2 MPa	Aio Q. O	Π5%	r	f=ri/t	deformační chování
vynález	T4	212	112	26, 4	0,28	0,52	0,15	3
vynález	T6	243	199	13,8	-	-	0,25	3
AA 6016	T4	232	124	27,6	0,29	0, 61	0,40	2
AA 6016	T6	283	211	17, 9	-	-	0, 65	1

Výsledky zřetelně ukazují lepši deformační chování slitiny podle vynálezu ve srovnání se standardní slitinou AA 6016, zejména v tepelně vytvrzeném stavu.

Přiklad 4

Slitina o složení v % hmotn.

0,57	O o	Si
0,53	o. o	Mg
0,18	Q. O	Fe
0,07	Q. O	Cu
0,006		% V
0,07	O. O	Mn

a standardní, pro automobily používaná, slitina AA 6016 jakožto srovnávací slitina byly zpracovány obvyklým způsobem kontinuálním litím, válcováním za tepla a za studená na plech o tloušťce 2 mm. Rozpouštěcí žíhání bylo prováděno při 560 °C s následným kalením ve vodě.

Tabulka 4

	stav	Rm MPa	RpO, 2 MPa	Αχό O. o	^5%	r	f=ri/t	deformační chování
vynález	T4	191	120	24,4	0,22	0,50	0,10	3
vynález	T6	257	226	11,5	-	—	0,30	3
AA 6016	T4	215	131	24,8	0,24	0,58	0,40	2
AA 6016	T6	297	223	12,8	-	-	0,70	1

-9Výsledky uvedené v tabulce 4 zřetelně ukazují lepši deformační chování slitiny podle vynálezu ve srovnání se standardní slitinou AA 6016, zejména v tepelně vytvrzeném stavu.

Ve výše uvedených příkladech 1 až 4 představuje:

T4 stav tepelného zpracování rozpouštěcím žíháním, kalením T6 stav tepelného zpracování rozpouštěcím žíháním, kalením, tepelným stárnutím 210 °C/30 min (T6 může být dosažen také při cyklu vypalování laku)

R_m pevnost v tahu

R_po,2 mez protažení

Aio tažnost n_5% exponent zpevnění při 5 % protažení r r-hodnota=střední kolmá anizotropie f=ri/t faktor ohybu (ri je minimální vnitřní poloměr, t je tloušťka plechu).

Deformační chování bylo hodnoceno kvazistatickou zkouškou pěchováním známkami 1 až 3, přičemž 3 je nejlepší známka. Kvazistatická zkouška pěchováním slouží k posuzování součástí absorbujících energii. Požadované chování je charakteristické pravidelným přehýbáním bez vzniku trhlin. Vzhled pěchovaných vzorků byl hodnocen známkami 3 (žádný vznik trhlin, pravidelné přehýbání), 2 (zdrsnělý, lehce popraskaný), a 1 (vznik trhlin).

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Konstrukční součást z hliníkové slitiny typu AlMgSi s vysokou schopností pohlcování kinetické energie plastickou deformací, vyznačující se tím, že

slitina obsahuje v % hmotn. křemík 0,45 až 0,85 hořčík 0,35 až 1,0 měď 0,05 až 0,30 železo 0,05 až 0,25 vanad nejvýše 0,25 mangan nejvýše 0,10

a nečistoty podmíněné výrobou v množství nejvýše 0,05 % hmotn. jednotlivě a nejvýše 0,15 % hmotn. celkem, a hliník jako zbytek, přičemž konstrukční součást je zhotovena z válcovaného pásu nebo plechu z této slitiny.
2. Konstrukční součást podle nároku 1, vyznačující se tím, že slitina obsahuje 0,50 až 0,80 % hmotn. křemíku.

3. Konstrukční součást podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že slitina obsahuje 0,40 až 0,65 0, *0 hmotn. hořčíku. 4. Konstrukční součást podle některého z nároků 1 až
3, vyznačující se tím, že slitina obsahuje 0,05 až 0,20 % hmotn. mědi.

5. Konstrukční součást podle některého z nároků 1 až
4, vyznačující se tím, že slitina obsahuje 0,05 až 0,20 % hmotn. železa.

• · · ·

6. Konstrukční součást podle některého z nároků 1 až
5, vyznačující se tím, že slitina obsahuje nejvýše 0,20 % hmotn. vanadu.

7. Konstrukční součást podle některého z nároků 1 až
6, vyznačující se tím, že má alespoň jeden z plechu vytvarovaný díl, spojený na trubicovitý či jako duté těleso vytvořený díl.

Konstrukční součást podle nároku 7, vyznačující se tím, že tento díl je dále tvarován tvářením vysokým vnitřním tlakem.
9. Konstrukční součást podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že pás nebo plech je vyroben kontinuálním litím nebo pásovým odléváním, válcováním za tepla a/nebo za studená a rozpouštěcím žíháním v peci pro průchod pásu v rozmezí teplot 520 °C až 580 °C s následným kalením.
10. Použití konstrukční součásti podle některého z nároků 1 až 9 jako bezpečnostní součásti v konstrukci motorového vozidla.
11.

Díl karosérie z hliníkové slitiny typu AlMgSi, s vysokou ohebností bez vzniku trhlin nebo efektu pomerančové kůry, zejména ve formě struktur z dvojitých plechů, jako jsou kapoty motoru, dveře a víka zavazadlového prostoru osobního motorového vozidla, vyznačující se tím, že slitina obsahuje v % hmotn.

křemík 0,45 až 0,85 % hořčík 0,35 až 1,0% měď 0,05 až 0,30 %

······ · ·* · · • · · ··· · · ··

- 12···· ··· · · · ·· ·· ··· · · ·· · · · železo

0,05 až 0,25 % nejvýše 0,25 % mangan nejvýše 0,10 % a nečistoty podmíněné výrobou v množství nejvýše 0,05 % hmotn. jednotlivě a nejvýše 0,15 % hmotn. celkem, a hliník jako zbytek.
12. Konstrukční součást podle nároku 11, vyznačující se tím, že slitina obsahuje 0,50 až 0,80 % hmotn. křemíku.
13. Konstrukční součást podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že slitina obsahuje 0,40 až 0,65 % hmotn. hořčíku.

14. Konstrukční součást podle některého z nároků 11 až 13, vyznačující se tím, že slitina obsahuj e 0, 05 až 0 ,20 o. o hmotn. mědi. 15. Konstrukční součást podle některého z nároků 11 až 14, vyznačující se tím, že slitina obsahuj e o, 05 až 0 , 20 o 0 hmotn. železa. 16. Konstrukční součást podle některého z nároků 11 až 15, vyznačující se tím, že slitina obsahuj e nejvýše 0 ,20 0. 0

hmotn. vanadu.
17. Díl karoserie podle některého z nároků 11 až 16, vyznačující se tím, že pás nebo plech je vyroben kontinuálním litím nebo pásovým odléváním, válcováním za tepla a/nebo za studená a rozpouštěcím žíháním v peci pro průchod pásu v rozmezí teplot 520 °C až 580 °C s následným kalením.

4 · 4 4 » · · ·* ·«· ·· · 4 4 4 4 4444 ·«· 444444 . 13 - ♦ · .........

4444 »44 444

44 44 444 44 44444
18. Použití konstrukční součásti podle některého z nároků 1 až 9 nebo dílu karoserie podle některého z nároků

11 až 17 v tepelně vytvrzeném stavu, zejména ve stavu tepelného zpracování T6.