DE10051525A1 - Verfahren zur Herstellung von Blechen, insbesondere Karosserieblechen - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung von geformten Blechen aus Magnesium-Knetlegierungen, insbesondere Karosserieblechen für den Automobilbau, indem eine Primärumformung des Gussrohmaterials durch mindestens einen mehrdimensionalen Stauchvorgang der Gussbramme in einem vorgebbaren Temperaturbereich vorgenommen, eine Sekundärumformung durch mindestens eine isotherme Walzumformung in einem vorgebbaren Temperaturbereich herbeigeführt und dieses so erzeugte Blechprodukt für einen Tiefziehprozess bereitgestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geformten Blechen, insbesondere Karosserieblechen für den Automobilbau.

Dem Tagungsband der Technischen Universität, Bergakademie Freiberg, ist unter der Bezeichnung MEFORM 2000 ein Bericht zum Thema Herstellung von Bändern und Blechen (30. u. 31. März 2000) zu entnehmen. Mg-Legierungen als Substitutionswerkstoffe für Stahl und Aluminium werden in steigendem Maße als Konstruktionswerkstoffe, wie z. B. im Automobilbau, eingesetzt. Gründe hierfür sind einerseits die geringe Dichte und damit verbunden die Verringerung des Energieeinsatzes und andererseits die verbesserte Korrosionsbeständigkeit. Beispielsweise werden Sitze bzw. Sitzschalen oder - gestelle und Räder aus Magnesium-Werkstoffen für Automobile herstellt. Der Herstellungsprozess von Mg-Bauteilen gestaltet sich gegenüber den Al- Legierungen recht aufwendig, da Mg-Legierungen im Vergleich zu Al- Legierungen grundsätzlich schlechtere Kaltumform-Eigenschaften aufgrund ihres hexagonalen Gitteraufbaus aufweisen. Ziel dieser Arbeit war es, diverse Herstellungsverfahren von Bändern bzw. Blechen mit einer Dicke von 1,2-2,5 mm aus Mg-Werkstoffen durch Walzumformung zu beurteilen.

Bisher werden insbesondere in der Automobilindustrie noch keine Bleche für die Außenhaut eingesetzt, da die notwendige Umformtechnologie noch nicht hinreichend beherrscht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von geformten Blechen, insbesondere Karosserieblechen für den Automobilbau zu konzipieren, der den Einsatz von Magnesium-Legierungen auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten erlaubt, wobei bei geringen Ausschußraten auch Blechstärken ≦ 1 mm erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von geformten Blechen aus Magnesium-Knetlegierungen, insbesondere Karosserieblechen für den Automobilbau, indem eine Primärumformung des Gußrohmateriales durch mindestens einen mehrdimensionalen Stauchvorgang der Gußbramme in einem vorgebbaren Temperaturbereich vorgenommen, eine Sekundärumformung durch mindestens eine isotherme Walzumformung in einem vorgebbaren Temperaturbereich herbeigeführt und dieses so erzeugte Blechprodukt für einen Tiefziehprozess bereitgestellt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Primärumformung der Magnesium-Knetlegierung erfolgt vorzugsweise durch Strangpressen der Gußbramme im Temperaturbereich von 425-500°C. Diese Primärumformung dient zum Aufbrechen der groben Gußstruktur, zur Verschweißung möglicher Gußporen und zur Überführung in ein für die nachfolgende Walzumformung günstiges globulares Rekristallisationsgefüge.

Die anschließende Sekundärumformung, nämlich eine mindestens einstufige isotherme Walzumformung, erfolgt im Temperaturbereich von 375-450°C. Aufgrund der geringen Wärmekapazität der Magnesium-Legierungen und der wegen der hexagonalen Kristallstruktur stark eingeschränkten Umformbarkeit bei niedrigen Temperaturen erfolgt diese Umformung streng isotherm. Dies bedeutet, daß die Walzrollen und Zufuhrtische im Verlauf des gesamten Umformprozesses auf Walztemperatur gehalten werden. Infolge der isothermen Umformung im Temperaturbereich von 400-425°C mit hinreichend hohem Umformgrad entsteht als Folge dynamischer Rekristallisation ein feinglobulares, rißfreies Walzprodukt mit geringen Ausschußraten und den gewünschten Minimalblechstärken bis ca. 1 mm Blechdicke.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß erfolgt vor dem Tiefziehen eine Homogenisierungsglühung im Temperaturbereich von 400-425°C, wobei Ausscheidungsphasen in Lösung gebracht werden und die prozessinduzierte Verfestigung abgebaut wird.

Dieses so erzeugte feinglobulare, hochduktile und verfestigungsfähige Blechprodukt ist hervorragend für einen Tiefziehprozess bei Temperaturen nahe der Raumtemperatur geeignet.

Aufgrund der Walzumformung im genannten Temperaturbereich wird darüber hinaus eine ausgesprochen vorteilhafte Basaltextur eingestellt, wodurch das Material beim Tiefziehen vornehmenlich in der Blechebene ahne nennenswerte Dickenabnahme fließt. Infolge der rotationssymmetrischen kristallografischen Textur sind die mechanischen Eigenschaften in der Blechebene unabhängig von der Belastungsrichtung.

Das tiefgezogene Blechbauteil, insbesondere Karosserieteil als Außenhaut für Kfz, zeigt durch die hohe Materialverfestigung während des Tiefziehens, je nach vorliegendem Umformgrad, lokal mehr oder weniger deutlich erhöhte Kennwerte für Dehngrenze und Wechselfestigkeit.

Die Aufgabe wird darüber hinaus auch gelöst durch Verwendung einer Legierung folgender Zusammensetzung (in Masse %)

Al	2,5-9,5%
Zn	0,4-1,2%
Mn	0,1-0,5%
Mg	Rest

einschließlich unvermeidbarer erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, als Knetlegierung für die Herstellung von Blechen, insbesondere Karosserieblechen für die Automobilindustrie.

Alternativ wird die Aufgabe auch gelöst durch die Verwendung einer Legierung folgender Zusammensetzung (in Masse %)

Li	10-42%
Mg	Rest

einschließlich unvermeidbarer erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, als Knetlegierung für die Herstellung von Blechen, insbesondere Karosserieblechen, für die Automobilindustrie.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Verwendung der alternativ genannten Legierungen besteht nun die Möglichkeit, wirtschaftlich Bleche, unter anderem auch für den Serieneinsatz in der Automobilindustrie mit den geforderten technologischen Eigenschaften und Abmessungen zu erzeugen. Das Leichtbaupotential der so erzeugten Magnesiumbleche kann vorzugsweise in Form großflächig dünnwandiger Bauteile zum Einsatz gelangen. So verfügt Magnesium bei gleichem Bauteilgewicht, verglichen mit Aluminium, über eine etwa 1,35fach erhöhte Biege- bzw. Beugesteifigkeit. Ähnliche Verhältnisse gelten für die gewichtsspezifischen Festigkeiten.

Die Magnesium zuzuordnende geringe Kaltumformbarkeit aufgrund der hexagonalen Gitterstruktur kann durch das erfindungsgemäße primäre und sekundäre Umformverfahren optimiert werden.

Der Vorteil von Lithium-Magnesium-Legierungen im Vergleich zu Aluminium- Magnesium-Legierungen ist darin begründet, daß neben der weiteren Dichtereduzierung das mit 0,53 g/cm³ leichteste metallische Element Lithium eine legierungstechnische Möglichkeit zur Duktilitätssteigerung von Magnesium bietet.

Eine Magnesium-Knetlegierung folgender chemischer Zusammensetzung (in Masse %)

Al	3,0%
Zn	1,0%
Mn	0,45%
Mg	Rest

einschließlich unvermeidbarer erschmelzungsbedingter Verunreinigungen (z. B. Zr, Cu, Si, Fe, Sn, Be, Pb, Ni, Ca) wurde zunächst einer Primärumformung unterzogen. Diese Primärumformung des Gußrohmateriales erfoglte durch mehrdimensionales Stauchen der Gußbramme (Strangpressen) bei einer Temperatur von 450°C, wobei die grobe Gußstruktur aufgebrochen wurde und es zu einer Verschweißung von Gußporen kam.

Anschließend fand eine mehrstufige Sekundärumformung durch Walzen im Temperaturbereich von 400-425°C statt, wobei diese Umformung streng isotherm erfolgte. Walzrollen und Zufuhrtische wurden im Verlauf des gesamten Umformprozesses auf Walztemperatur (400-425°C) gehalten, wobei als Folge dynamischer Rekristallisation ein feinglobulares rißfreies Walzprodukt bei einer Blechstärke von 1 mm realisiert werden konnte.

Eine sich daran anschließende Homogenisierungsglühbehandung bei einer Temperatur von etwa 410°C führte dazu, daß Ausscheidungsphasen in Lösung gebracht wurden und die prozessinduzierte Verfestigung abgebaut wurde.

Daran anschließend wurde das so erzeugte feinglobulare, hochduktile Blechprodukt bei etwa 50°C tiefgezogen, so daß ein mehrdimensionales Karosserieblech, verwendbar als Außenhaut für eine PKW, erzeugt wurde.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von geformten Blechen aus Magnesium- Knetlegierungen, insbesondere Karosserieblechen für den Automobilbau, indem eine Primärumformung des Gußrohmateriales durch mindestens einen mehrdimensionalen Stauchvorgang der Gußbramme in einem vorgebbaren Temperaturbereich vorgenommen, eine Sekundärumformung durch mindestens eine isotherme Walzumformung in einem vorgebbaren Temperaturbereich herbeigeführt und dieses so erzeugte Blechprodukt für einen Tiefziehprozess bereitgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärumformung durch mindestens einen Strangpreßvorgang herbeigeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärumformung in einem Temperaturbereich zwischen 425 und 500°C vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die isotherme Walzumformung in einem Temperaturbereich zwischen 375 und 450°C herbeigeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die isotherme Walzumformung im Temperaturbereich zwischen 400 und 425°C erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die isotherme Walzumformung Bleche mit einer Blechdicke < 2 mm, insbesondere < 1 mm, erzeugt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Tiefziehen des Blechproduktes eine Homogenisierungsglühung, insbesondere im Temperaturbereich von 400­ -425°C, vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefziehprozess etwa bei Temperaturen nahe der Raumtemperatur, insbesondere im Temperaturbereich zwischen 20 und 50°C, durchgeführt wird.

9. Verwendung einer Legierung folgender Zusammensetzung (in Masse %)
Al 2,5-9,5% Zn 0,4-1,2% Mn 0,1-0,5% Mg Rest einschließlich unvermeidbarer erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, als Knetlegierung für die Herstellung von Blechen, insbesondere Karosserieblechen für die Automobilindustrie.

10. Verwendung einer Legierung folgender Zusammensetzung (in Masse %)
Li 10-42% Mg Rest einschließlich unvermeidbarer erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, als Knetlegierung für die Herstellung von Blechen, insbesondere Karosserieblechen für die Automobilindustrie.