DE102008048374B3 - Corrosion-resistant extruded aluminum profile and method for producing a structural component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein korrosionsbeständiges Aluminiumstrangpressprofil aus einer ALSiMg-Legierung, vorzugsweise ein Mehrkammerhohlprofil und Verfahren zur Herstellung eines Strangpressprofils durch Stranggießen, Homogenisierung und einer dem Strangpressen unmittelbar anschließenden Wärmebehandlung.The invention relates to a corrosion-resistant aluminum extruded profile made of an ALSiMg alloy, preferably a multi-chamber hollow profile and method for producing an extruded profile by continuous casting, homogenization and a heat treatment immediately following the extrusion.

Description

Die Erfindung betrifft ein korrosionsbeständiges Aluminiumstrangpressprofil aus einer ALSiMg-Legierung, vorzugsweise ein Mehrkammerhohlprofil und Verfahren zur Herstellung eines Strangpressprofils.The The invention relates to a corrosion-resistant aluminum extruded profile from an ALSiMg alloy, preferably a multi-chamber hollow profile and method for producing an extruded profile.

Stand der Technik:State of the art:

Die Festigkeit bei Aluminium-Knetlegierungen vom Typ AlMgSi (6xxxx-Legierungen) wird im Wesentlichen durch die Legierungsverfestigung eingestellt (D. Altenpohl: „Aluminium von innen betrachtet”, Aluminium-Verlag). Dabei wirken Fremdatome oder Ausscheidungen wie Störstellen im Gitter des Al-Gefüges. Bei dem Legierungstyp AlMgSi ist es die intermetallische Verbindung Mg2Si, die festigkeitssteigernd wirkt.The strength of aluminum wrought alloys of the AlMgSi type (6xxxx alloys) is essentially set by the alloying process (D. Altenpohl: "Aluminum viewed from the inside", Aluminum-Verlag). In this case, foreign atoms or precipitates act as impurities in the lattice of the Al microstructure. In the AlMgSi alloy type, it is the Mg 2 Si intermetallic compound which increases strength.

Viele der derzeit in Europa etablierten Al-Mg-Si-Knetlegierungen orientieren sich daher an der Mg2Si-Gleichgewichtsphase, besitzen aber zusätzlich einen Si-Überschuss. Das frei verfügbare Si bewirkt durch die Mischkristallbildung eine weitere Festigkeitssteigerung. Diese ist mit einem Si-Überschuss effektiver als bei einem gleichgroßen Mg-Überschuss (F. Ostermann: „Anwendungstechnologie Aluminium”, Springer-Verlag).Many of the currently established in Europe Al-Mg-Si wrought alloys are therefore oriented to the Mg 2 Si equilibrium phase, but additionally have an excess of Si. The freely available Si causes by the formation of mixed crystals, a further increase in strength. This is more effective with an excess of Si than with an equally large excess of Mg (F. Ostermann: "Application Technology Aluminum", Springer-Verlag).

Ein Si-Überschuss erhöht jedoch die Abschreckempfindlichkeit der Legierung. Weiterhin neigen diese Legierungen zur Bildung von Korngrenzenausscheidungen, die die Duktilität negativ beeinflussen (F. Ostermann: „Anwendungstechnologie Aluminium”, Springer-Verlag). Das Si/Mg-Verhältnis besitzt ferner einen Einfluss auf das Verformungsverhalten (J. Roysted et. al.: „AlMgSi-alloys with improved Crush Properties”, Extrusion Technologie 2008, Orlando). Mit steigendem Si/Mg-Verhältnis bis 1,1 verbessert sich auch das Verformungsverhalten. Zugaben von Cu als Legierungselement erhöhen ebenfalls die Festigkeit, allerdings auf Kosten der Duktilität (J. Roysted et. al.: „AlMgSi-alloys with improved Crush Properties”, Extrusion Technologie 2008, Orlando).One Si excess elevated however, the quench sensitivity of the alloy. Continue to tilt these alloys to form grain boundary precipitates, the the ductility Negatively influence (F. Ostermann: "application technology aluminum", Springer publishing house). The Si / Mg ratio also has an influence on the deformation behavior (J. Roysted et. al .: "AlMgSi-alloys with improved Crush Properties ", Extrusion Technology 2008, Orlando). With increasing Si / Mg ratio up to 1.1 also improves the deformation behavior. Additions of Cu increase as an alloying element also the strength, but at the expense of ductility (J. Roysted et. al .: "AlMgSi-alloys with improved Crush Properties ", Extrusion Technology 2008, Orlando).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Strangpressprofil zu erzeugen, mit dem zumindest die bisher bekannten Verformungs- und Korrosionseigenschaften erreicht werden, jedoch bei höheren Festigkeitseigenschaften und zwar Rp 0,2 > 280 MPa, Rm ≥ 300 MPa und A ≥ 10%.task the present invention was to produce an extruded profile, with the at least the previously known deformation and corrosion properties be achieved, but at higher Strength properties namely Rp 0.2> 280 MPa, Rm ≥ 300 MPa and A ≥ 10%.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Strangpressprofil aus der Aluminiumlegierung Si 0,3–0,6% Mg 0,8–1,2% Mn 0,03–0,1% Fe 0,1–0,3% Cu 0,1–0,3% The object is achieved by an extruded profile of the aluminum alloy Si 0.3-0.6% mg 0.8-1.2% Mn 0.03-0.1% Fe 0.1-0.3% Cu 0.1-0.3%

Rest Reinaluminium mit den üblichen Verunreinigungen, dem wahlweise ein Gehalt an Ti 0,01–0,12% Cr 0,01–0,12% zugesetzt werden kann.Remaining pure aluminum with the usual impurities, the optional content of Ti 0.01-0.12% Cr 0.01-0.12% can be added.

Vorzugsweise beträgt der H2-Gehalt der Schmelze <= 0,15c cm/100 gr. Al. Der H2-Gehalt der Schmelze wird in üblicher Weise durch Chlorieren, durch Stickstoff- oder Argon-Spülbehandlung eingestellt.Preferably, the H 2 content of the melt is <= 0.15 cm / 100 gr. Al. The H 2 content of the melt is adjusted in the usual way by chlorination, by nitrogen or argon rinsing treatment.

Die Legierung zeichnet sich durch einen Mg-Überschuss aus, wobei das bevorzugte Gew-Verhältnis von Magnesium zu Silizium in der Legierungszusammensetzung im Bereich von 1 bis 2 bei einem Legierungsgehalt von Si 0,30–0,60% liegt.The Alloy is characterized by an excess of Mg, with the preferred Weight ratio of Magnesium to silicon in the alloy composition in the area from 1 to 2 at an alloy content of Si 0.30-0.60%.

Neuere Untersuchungen zeigen, dass mit einem Mg/Si-Verhältnis von nahezu 1 gute Festigkeitsergebnisse erzielt werden können, wobei eine Steigerung der Produktivität dieser Legierungen z. B. durch höhere Pressgeschwindigkeit, niedrigerem Anpressdruck und besserer Oberflächenqualität besonders herausgestellt wird (Comalco Aluminium Ltd.: ”6xxx series aluminium alloys”, EP 1 840 234 A1 ). Allerdings lassen sich die Verformungseigenschaften und die Duktivität wesentlich verbessern, wenn die Gehalte an Mn, Fe, Cu sowie ggf. Ti und Cr deutlich eingeschränkt werden (siehe Anspruch 1).Recent studies show that with a Mg / Si ratio of nearly 1 good strength results can be achieved, with an increase in the productivity of these alloys z. B. by higher press speed, lower contact pressure and better surface quality is particularly emphasized (Comalco Aluminum Ltd .: "6xxx series aluminum alloys", EP 1 840 234 A1 ). However, the deformation properties and ductility can be significantly improved if the contents of Mn, Fe, Cu so as may be clearly limited Ti and Cr (see claim 1).

Es wurde beobachtet, dass Zusätze von Mn und Cr während der Homogenisierung Dispersoide bilden, die eine Rekristallisation des Gefüges verhindern können. Diese Dispersoide verringern die lokalen Spannungen im Gefüge und erhöhen dabei die Duktilität. Der optimale Gehalt für Mn liegt dabei zwischen 0,05 und 0,10 und bei Cr zwischen 0,01 und 0,12%.It was observed that additives from Mn and Cr during Homogenization form dispersoids that undergo recrystallization of the structure can prevent. These dispersoids reduce the local stresses in the structure and thereby increase the ductility. The optimal salary for Mn is between 0.05 and 0.10 and Cr between 0.01 and 0.12%.

Titan erhöht auch die Duktilität, wobei der Gehalt zwischen 0,01–0,12% liegt.titanium elevated also the ductility, the content is between 0.01-0.12% lies.

Die Legierung wird im Stranggussverfahren vergossen und anschließend homogenisiert im Temperaturbereich zwischen 450 und 600°C in 1–10 h. Das Strangpressprofil wird einer sofortigen Wärmebehandlung im Temperaturbereich 160–250°C für 20–1800 min unterzogen.The Alloy is cast in a continuous casting process and then homogenized in the temperature range between 450 and 600 ° C in 1-10 h. The extruded profile is an immediate heat treatment in the Temperature range 160-250 ° C for 20-1800 min subjected.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.in the The invention is based on several embodiments explained in more detail.

Es zeigen:

  • Tabelle 1 Wärmebehandlung und technologische Eigenschaften bei vier Legierungstypen nach der Erfindung und zwei Vergleichslegierungen
  • Tabelle 2 Legierungszusammensetzung der erfindungsgemäßen Legierungen und der Vergleichslegierungen in Gew%
Show it:
  • Table 1 Heat treatment and technological properties for four alloy types according to the invention and two comparative alloys
  • Table 2 Alloy composition of the alloys according to the invention and the comparative alloys in% by weight

Bild 1 Gefügeaufnahme eines erfindungsgemäß hergestellten Strukturbauteilsimage 1 microstructure an inventively prepared structural component

Bild 2 Gefügeaufnahme eines Strukturbauteils nach dem Stand der Technikimage 2 microstructure a structural component according to the prior art

Bild 3 Profilquerschnitt des untersuchten Strukturbauteilsimage 3 Profile cross section of the examined structural component

Es wurden sechs verschiedene Hohlprofile (Versuchsnummer I bis VI) mit den in Tabelle 1 angegebenen Homogenisierungsbedingungen durch Strangpressen hergestellt und anschließend wärmebehandelt.It were six different hollow profiles (test numbers I to VI) with the homogenization conditions given in Table 1 Extruded and then heat treated.

Die technologischen Eigenschaften wurden an Probenstäben gemessen und in Tabelle 1 aufgelistet.The technological properties were measured on specimen rods and in table 1 listed.

Die erfindungsgemäßen Hohlprofile (Versuchsnummern III, IV, V und VI) zeigten gute Verformungs- und Korrosionseigenschaften bei erhöhter Festigkeit und akzeptablen Dehnungswerten.The Hollow profiles according to the invention (Experimental numbers III, IV, V and VI) showed good deformation and Corrosion properties at elevated Strength and acceptable elongation values.

Die besonderen Eigenschaften beruhen darauf, dass während der Wärmebehandlung die intermetallischen Phasen des Typs Mg2Si, Al3Fe, Al2Cu eingeformt wurden, so dass globulitisch geformte Partikel ≤ 1 μ in gleichmäßiger Verteilung vorlagen. Dies zeigt die Gefügeaufnahme Bild 1 für ein erfindungsgemäß hergestelltes Hohlprofil der Legierung V1 gemäß Tabelle 2.The special properties are based on the fact that the intermetallic phases of the type Mg 2 Si, Al 3 Fe, Al 2 Cu were formed during the heat treatment, so that globulitically shaped particles ≤ 1 μ were in uniform distribution. This is shown by the micrograph Figure 1 for a hollow profile of the invention produced according to the invention V1 according to Table 2.

Im Vergleich dazu wurde ein Hohlprofil nach dem Stand der Technik hergestellt, wobei die Legierung B1 einen Mg-Unterschuss aufwies. Die genaue Zusammensetzung der Legierungsbeispiele ist Tabelle 2 zu entnehmen.in the In comparison to this, a hollow profile according to the prior art was produced, wherein the alloy B1 had a Mg deficit. The exact Composition of the alloy examples is shown in Table 2.

Das nach dem Stand der Technik durch Wärmebehandlung auf den Zustand T6 hergestellte Hohlprofil mit Mg-Unterschuss nach Versuchsnummer I zeigt ein deutlich schlechteres Verformungsverhalten. Die Ursache hierfür liegt in den nadelförmigen bis plattenförmigen Strukturen der intermetallischen Verbindungen, wie die Gefügeaufnahme Bild 2 erkennen lässt.The according to the prior art by heat treatment to the state T6 produced hollow profile with Mg deficit after trial number I shows a significantly worse deformation behavior. The cause therefor lies in the needle-shaped to plate-shaped Structures of intermetallic compounds, such as microstructure Figure 2 shows.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass nur durch die Kombination der erfindungsgemäßen Legierungsvarianten V1–V4 mit den Verfahrensmaßnahmen gemäß Patentanspruch 4, die Lösung der vorliegenden Aufgabenstellung möglich ist. Wie die Versuchsauswertung zeigt, ist es gelungen, die Zugfestigkeiten oberhalb von 300 MPa einzustellen. Dies ist in erster Linie durch entsprechende Gehalte an den Legierungselementen Si, Mg und Cu zu erklären. Mit steigendem Si- und Mg-Gehalt verschlechtert sich das Verformungsverhalten. Durch die Zugabe von Cu und der Temperaturführung während des Fertigungsprozesses konnte gutes Stauchverhalten des Materials beibehalten werden.

Figure 00050001
Tabelle 2: Legierungszusammensetzung in Gew.% Si Mg Mn Fe Cu Ti Cr B1 0,57 0,39 0,15 0,20 - 0,01 - Cl 0,48 0,47 0,03 0,19 0,20 0,013 - Leg. V1 0,41 0,86 0,07 0,22 0,16 0,016 0,015 Leg. V2 0,48 0,81 0,06 0,27 0,22 0,015 - Leg. V3 0,51 0,85 0,09 0,12 0,18 0,014 - Leg. V4 0,45 0,84 0,07 0,21 0,24 0,06 - In summary, it can be stated that only by combining the inventive alloy variants V1-V4 with the method measures according to claim 4, the solution of the present task is possible. As the test evaluation shows, it has been possible to set the tensile strengths above 300 MPa. This can be explained primarily by corresponding contents of the alloying elements Si, Mg and Cu. With increasing Si and Mg content, the deformation behavior deteriorates. Through the addition of Cu and the temperature control during the manufacturing process, good compression behavior of the material could be maintained.
Figure 00050001
Table 2: Alloy composition in wt.% Si mg Mn Fe Cu Ti Cr B1 0.57 0.39 0.15 0.20 - 0.01 - Cl 0.48 0.47 0.03 0.19 0.20 0,013 - Leg. V1 0.41 0.86 0.07 0.22 0.16 0.016 0,015 Leg. V2 0.48 0.81 0.06 0.27 0.22 0,015 - Leg. V3 0.51 0.85 0.09 0.12 0.18 0,014 - Leg. V4 0.45 0.84 0.07 0.21 0.24 0.06 -

Überraschender Weise zeigten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Strukturbauteile eine Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit. Dies wurde insbesondere an den Legierungen der Versuchs-Nr. V und VI festgestellt, deren Ergebnisse bei den Kerbschlagversuchen um mehr als 10% über den Vergleichswerten der Versuche III. und IV. und um mehr als 20% über den Werten der Versuche I. und II. lagen.surprisingly Wise showed that produced by the process according to the invention Structural components an improvement in notched impact strength. This was especially true of the alloys of the experiment no. V and VI found their results in the impact tests around more than 10% over the comparative values of the experiments III. and IV. and more than 20% over the Values of Experiments I. and II.

Claims (4)

Korrosionsbeständiges Strangpressprofil aus einer AlSiMg-Legierung, vorzugsweise Mehrkammerhohlprofil mit einer Legierungszusammensetzung in Gew.% Si 0,3–0,6% Mg 0,8–1,2%,
wobei das Gew.-Verhältnis von Magnesium zu Silizium in der Legierungszusammensetzung im Bereich von 1 bis 2 liegt Mn 0,03–0,1% Fe 0,1–0,3% Cu 0,1–0,3%,
sowie wahlweise Ti 0,01–0,12% Cr 0,01–0,12%
Rest Reinaluminium mit den herstellungsbedingten Verunreinigungen und einer Gefügestruktur mit eingeformten intermetallischen Phasen des Typs alpha-AlFeSi, beta-AlFeSi, Al15FeMn3Si2, Mg2Si, theta-AlCu, wobei die Partikel aus intermetallischen Phasen globulistisch geformt sind und einen Durchmesser ≤ 1 μm aufweisen, hergestellt durch Stranggießen, Homogenisierung und einer dem Strangpressen unmittelbar anschließenden Wärmebehandlung, wobei die Homogenisierung zwischen 450°C und 600°C für 1 bis 10 Stunden durchgeführt wird und dann nach dem Strangpressen eine Wärmebehandlung im Bereich von 160°C bis 260°C für 20 bis 1800 Minuten erfolgt.Corrosion-resistant extruded profile of an AlSiMg alloy, preferably multi-chamber hollow profile with an alloy composition in% by weight Si 0.3-0.6% mg 0.8-1.2%
wherein the weight ratio of magnesium to silicon in the alloy composition is in the range of 1 to 2 Mn 0.03-0.1% Fe 0.1-0.3% Cu 0.1-0.3%
as well as optional Ti 0.01-0.12% Cr 0.01-0.12%
Remainder pure aluminum with production-related impurities, and a microstructure with molded intermetallic phases of the type alpha-AlFeSi, beta-AlFeSi, Al 15 FeMn 3 Si 2, Mg 2 Si, theta-AlCu, wherein the particles consist of intermetallic phases are globulistisch shaped and has a diameter ≤ 1 μm, prepared by continuous casting, homogenization and a heat treatment immediately following the extrusion, wherein the homogenization is carried out at 450 ° C to 600 ° C for 1 to 10 hours, and then, after extrusion, a heat treatment in the range of 160 ° C to 260 ° C for 20 to 1800 minutes. Strangpressprofil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Si 0,40–0,60% Mg 0,82–0,90% Cu 0,15–0,25%.
Extruded profile according to claim 1, characterized by Si 0.40-0.60% mg 0.82-0.90% Cu 0.15-0.25%.
Verfahren zur Herstellung eines korrosionsbeständigen Strangpressprofils aus einer AlSiMg-Legierung nach Anspruch 1, wobei die Wärmebehandlung nach dem Strangpressen bei einer Temperatur von 180°C bis 250°C für 100 bis 1000 Minuten erfolgt.Method for producing a corrosion-resistant extruded profile AlSiMg alloy according to claim 1, wherein the heat treatment after extrusion at a temperature of 180 ° C to 250 ° C for 100 to 1000 minutes. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Stranggießen die Schmelze einen H2-Gehalt < 0,15 ccm/100 gr. Al aufweist.Method according to the preceding claim, characterized in that before the continuous casting, the melt has an H 2 content <0.15 ccm / 100 gr. Al.
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