DE102015210310B4

DE102015210310B4 - Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche, Verfahren zur Herstellung derselben und Fahrzeugaußenblech

Info

Publication number: DE102015210310B4
Application number: DE102015210310.2A
Authority: DE
Inventors: Hoon Mo Park
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2035-06-04
Also published as: CN106191532B; KR101693984B1; JP6738125B2; KR20160060530A; US20160137233A1; JP2016098435A; CN106191532A; DE102015210310A1; US20190330717A1

Abstract

Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche, im Wesentlichen aufweisend: Titan (Ti), Bor (B), Magnesium (Mg), wobei der Rest der Aluminiumlegierung Aluminium (Al) ist,wobei die Aluminiumlegierung sowohl eine AIB2-Phase als auch eine TiB2-Phase als Verstärkungsphasen enthält und das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0 auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung beträgt, undwobei Ti in einer Menge von 1 Gew.-% oder weniger und über 0 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung enthalten ist, undB in einer Menge von 1,1 bis 2,5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung enthalten ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche, ein Verfahren zur Herstellung der Aluminiumlegierung und ein Fahrzeugaußenblech. Die Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche und ein Verfahren zur Herstellung der Aluminiumlegierung können die Elastizität, die Formbarkeit und die Beulsteifigkeit verbessern, indem die Erzeugung einer Borverbindung maximiert wird, wodurch Steifigkeit und Geräusch-, Vibrations- und Rauheits- (NVH) Eigenschaften verbessert werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Generell wird eine Aluminiumlegierung zur Verbesserung der Aluminiumeigenschaften verwendet, um verbesserte charakteristische Merkmale bereitzustellen.
Eine hochfeste Aluminiumlegierung, z. B. Duraluminium, die durch Zugabe von Kupfer zu Aluminium hergestellt wird, hat eine höhere Festigkeit. Super-Duraluminium wird durch Zugabe von Magnesium zu Duraluminium und Extra-Super-Duraluminium durch die weitere Zugabe von Zink hergestellt und findet Anwendung als Material für Luftfahrzeuge.
Bei der hochfesten Aluminiumlegierung kann jedoch das Problem der Korrosionsbeständigkeit auftreten. Eine architektonische Aluminiumlegierung mit Magnesium- und Zinkanteilen hat eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und wird deshalb für Schienenfahrzeuge, Brücken und dgl. verwendet. Als Aluminiumgusslegierung wird eine Legierung mit Siliziumanteil verwendet. Ferner werden andere Aluminiumlegierungen mit anderen Metallen für andere Verwendungszwecke, etwa im Hinblick auf Wärmebeständigkeit und Leuchtkraft, kombiniert.
Aluminiumlegierungen können in Knet- und Gusslegierungen eingeteilt werden. Beispiele für Aluminiumknetlegierung sind u. a. eine Aluminiumlegierung auf Al-Cu-Mg-Basis (z. B. Duraluminium, Super-Duraluminium), eine Aluminiumlegierung auf Al-Mn-Basis, eine Aluminiumlegierung auf Al-Mg-Si-Basis, eine Aluminiumlegierung auf Al-Mg-Basis, eine Aluminiumlegierung auf Al-Zn-Mg-Basis (Extra-Super-Duraluminium), und dgl. Beispiele für Aluminiumknetlegierungen sind u. a. eine Aluminiumlegierung auf Al-Cu-Basis, eine Aluminiumlegierung auf Al-Si-Basis (z. B. Silumin), eine Aluminiumlegierung auf Al-Cu-Si-Basis (z. B. Lautal), eine Aluminiumlegierung auf Al-Mg-Basis (z. B. Hydronalium), eine Aluminiumlegierung auf Al-Cu-Mg-Si-Basis (z. B. Y-Legierung), eine Aluminiumlegierung auf Al-Si-Cu-Mg-Ni-Basis (z. B. Lo - Ex-Legierung), und dgl.
In der verwandten Technik ist eine Verstärkungsphase wie eine Verbindung auf Metallbasis oder CNT in Pulverform entwickelt worden, um die Elastizität der Aluminiumlegierung zu verbessern, die jedoch hinsichtlich der preislichen Wettbewerbsfähigkeit begrenzt ist.
Ferner ergeben sich technische Probleme wie Verlust, Benetzbarkeit und Dispersion in der Al-Schmelze, wenn die Verstärkungsphase in Pulverform im Gussprozess zugegeben wird. Wenn die Verstärkungsphase ohne Verbesserung einer Basislegierung zugegeben und im Wesentlichen nur zur Erzielung der erwünschten Elastizität zugegeben wird, können die Herstellungskosten ansteigen und der Prozess schwer zu kontrollieren sein.
Deshalb besteht ein Bedarf für eine Technologie zur Maximierung der Erzeugung einer Borverbindung, die für die Verbesserung der Elastizität und für die gleichmäßige der Borverbindung, die in einer spontanen Reaktion in der Aluminiumschmelze entsteht, am wichtigsten ist.
Eine Aluminiumlegierung mit verbesserter Elastizität gegenüber der herkömmlichen Aluminiumlegierung, bei der kein teures Material wie Kohlenstoffnanoröhren (CNT) verwendet wird und die in üblichen Gussprozessen einschließlich Hochdruckguss eingesetzt werden kann, ist in der verwandten Technik ausführlich vorgeschlagen worden.
Jedoch sind Probleme wie Verlust, Benetzbarkeit und Dispersion in der Al-Schmelze zum Zeitpunkt des Einbringens der Verstärkungsphase in Pulverform und Probleme wie höhere Herstellungskosten und die Schwierigkeit der Prozesskontrolle aufgrund erheblicher Zugaben der Verstärkungsphase nicht gelöst worden.
Die obige Beschreibung der verwandten Technik dient nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung und ist nicht dahingehend auszulegen, dass sie dem dem Fachmann bekannten Stand der Technik entspricht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche, ein Verfahren zur Herstellung der Aluminiumlegierung und ein Fahrzeugaußenblech bereit. Damit können Elastizität, Formbarkeit und Beulsteifigkeit der Aluminiumlegierung durch die Optimierung des Zusammensetzungsverhältnisses zur Maximierung der Erzeugung einer Borverbindung wie TiB₂-Phase und AIB₂-Phase als Verstärkungsphase verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche bereit. Die Aluminiumlegierung weist im Wesentlichen Titan (Ti), Bor (B), Magnesium (Mg) auf, wobei der Rest der Aluminiumlegierung Aluminium (Al) ist, und enthält sowohl eine AlB₂-Phase als auch eine TiB₂-Phase als Verstärkungsphase. Das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg beträgt 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0 auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, wobei Ti in einer Menge von 1 Gew.-% oder weniger und über 0 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung und B in einer Menge von 1,1 bis 2,5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung enthalten ist.
Die Aluminiumlegierung kann enthalten: Mg in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, Ti in einer Menge von 0,55 bis 1,0 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, B in einer Menge von 1,1 bis 2,5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, wobei der Rest der Aluminiumlegierung AI ist. Ferner beträgt das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0, und die Aluminiumlegierung kann die AIB₂-Phase, die TiB₂-Phase und die MgB₂-Phase als Verstärkungsphase enthalten.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Zusammensetzung einer Aluminiumlegierung bereit, die aus den Komponenten der obigen Zusammensetzung einer Aluminiumlegierung bestehen oder im Wesentlichen bestehen kann. Zum Beispiel kann die Aluminiumlegierung bestehen oder im Wesentlichen bestehen aus: Mg in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, Ti einer Menge von 0,55 bis 1,0 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, B einer Menge von 1,1 bis 2,5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, wobei der Rest der Aluminiumlegierung AI ist. Das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg beträgt 1 : 2,0 - 2,5: 5,0 - 6,0, und die Aluminiumlegierung kann die AIB₂-Phase, die TiB₂-Phase und die MgB₂-Phase als Verstärkungsphase enthalten.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche bereit. Das Verfahren weist auf: Beschicken eines Schmelzbehälters wie eines Ofens mit mindestens entweder einer Al-Ti-Vorlegierung, einer AlB-Vorlegierung oder einer Al-Salzverbindung in einer Al-Schmelze, die Mg in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% enthält, um eine Schmelze zu bilden; und Rühren der Schmelze mittels eines Rührwerks, um eine AIB₂-Phase und eine TiB₂-Phase zu dispergieren, die sich in einer Spontanreaktion als eine Verstärkungsphase gebildet haben. Beim Beschickungsschritt beträgt das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0.
Das Rührwerk kann mit einer 0,4-fachen Länge des Durchmessers des Schmelzbehälters ausgebildet sein und die Schmelze kann bei einer Drehzahl von 500 U/min oder darüber gerührt werden.
Die Al-Ti-Vorlegierung kann Ti in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der AI-Ti-Vorlegierung enthalten, wobei der Rest der Al-Ti-Legierung AI ist.
Die AI-B-Vorlegierung kann B in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der AI-B-Vorlegierung enthalten, wobei der Rest der Al-B-Legierung AI ist.
Die Al-Salzverbindung kann Aluminiumsalze in einer Menge von 75 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Verbindung enthalten. Außerdem werden Fahrzeugaußenbleche bereitgestellt, die die hierin beschriebene Aluminiumlegierung enthalten.
Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend offenbart.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:

1 Kennwerte beispielhafter Verstärkungsphasen und deren Anteil an der Elastizität je nach Kennwert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „fahrzeugtechnisch“ oder andere ähnliche hierin verwendete Begriffe allgemein Kraftfahrzeuge betreffen, wie Personenkraftwagen, einschließlich Komfort-Geländewagen (sports utility vehicles; SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wassermotorfahrzeuge einschließlich verschiedene Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und dgl. und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, z. B. Fahrzeuge sowohl mit Benzin- als auch Elektroantrieb.
Eine Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine AIB₂-Phase und eine TiB₂-Phase als Verstärkungsphase, um Elastizität, Formbarkeit und Beulsteifigkeit zu verbessern.
1 zeigt Kennwerte beispielhafter Verstärkungsphasen und deren Anteil an der Elastizität je nach Kennwert, wobei ein Digimat-Programm angewendet wurde.
Wie 1 zeigt kann der Anteil an der Elastizität einfach durch die Elastizität einer Verstärkungsphase selbst sowie durch eine Verbundwirkung von Form und Dichte der Verstärkungsphase und dgl. bestimmt werden. Obwohl z. B. die Elastizität der Verstärkungsphase selbst höher als andere ist, kann sich die Anstiegsrate der Elastizität in Abhängigkeit von anderen Kennwerten wie der Dichte ändern.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche. Eine derartige Aluminiumlegierung muss hervorragende Elastizität, Formbarkeit und Beulsteifigkeit besitzen, um die Steifigkeit und die und die NVH-Eigenschaften zu verbessern sowie ein geringeres Gewicht, um das Gewicht einer Fahrzeugkarosserie zu senken.
Wenn deshalb die Elastizität einer Verstärkungsphase selbst sowie die Form, Dichte und dgl. derselben zusammen betrachtet werden, können eine TiB₂-Phase, eine AIB₂-Phase, eine MgB₂-Phase und dgl. als Verstärkungsphasen geeignet sein, da diese eine sphärische Form haben können und eine relativ höhere Anstiegsrate der Elastizität haben.
Die Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann Mg in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, Ti in einer Menge von. 0,55 bis 1,0 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, B in einer Menge von 1,1 bis 2,5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung enthalten, wobei der Rest der Aluminiumlegierung AI ist. Das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg beträgt 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0.
Die Aluminiumlegierung der vorliegenden Erfindung kann eine Aluminiumlegierung auf Al-Mg-Basis sein, bei der die Anteile von Ti und B angepasst werden. Die Aluminiumlegierung auf Al-Mg-Basis kann eine Gusstemperatur ähnlich der einer handelsüblichen Aluminiumlegierung der Serie 5000 haben, in der Mg in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung enthalten ist, aber die Aluminiumlegierung auf Al-Mg-Basis der vorliegenden Erfindung kann gleichzeitig Elastizität, Formbarkeit und Beulsteifigkeit in höherem Maße verbessern als die handelsübliche Aluminiumlegierung der Serie 5000.
Die handelsübliche Aluminiumlegierung der Serie 5000 wird allgemein für Fahrzeugaußenbleche verwendet. Die Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann auf einer Zusammensetzung der handelsüblichen Aluminiumlegierung der Serie 5000 basieren, die hauptsächlich für Fahrzeugaußenbleche verwendet wird. Die Aluminiumlegierung enthält also Ti, B und Mg, und das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg als Gewichtsverhältnis beträgt 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0.
Wenn Ti und B zu Aluminium zugegeben werden, können im Allgemeinen TiB₂- und Al₃Ti- Verstärkungsphasen entstehen und wesentlich zur Elastizität beitragen. Wenn das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg als Gewichtsverhältnis 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0 beträgt, können die Verstärkungsphasen eine elliptische Form mit einer großen Differenz zwischen der Haupt- und Nebenachse haben. Die Verstärkungsphasen können also als AIB₂-Phase und TiB₂-Phase erzeugt werden, während die Erzeugung einer Al₃Ti-Phase, die die Formbarkeit eines Materials mindert, minimiert wird. Ferner kann das restliche B mit Mg reagieren, um zusätzlich die MgB₂-Phase als Verstärkungsphase zu erzeugen, wodurch gleichzeitig die Elastizität, die Formbarkeit und die Beulsteifigkeit verbessert werden.
[Tabelle 1]

[Tabelle 2]

	Anteil der Verstärkungsphase
Ti : B: Mg	TiB₂ MgB₂	AIB₂	Al₃Ti	Al₃ Mg₂	Al₃Fe	Mg₂Si	Al₆Mn	AlCr Mg Mn	AlCu MgZn
1 :1 :1	1,45	1,46	-	-	-	0,68	2,18	0,67	-
1 : 2,5 : 2,5	1,45	4,6	-	-	0,83	0,68	0,51	0,82	0,53
1 :2:4	1,45	3,48	-	10,1	0,96	0,68	0,14	1,07	0,53
1 : 2,5 : 5	1,45	4,6	-	4,1	0,96	0,68	0,14	1,07	0,53
1 : 2,5 : 7	1,45	4,6	-	10,2	0,96	0,68	0,14	1,07	0,53

Tabelle 1 zeigt die Änderung der physikalischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung Serie 5000 in Abhängigkeit vom Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bei einer Anfangsabkühlgeschwindigkeit von 50 °C/sec, und Tabelle 2 zeigt den Anteil der Verstärkungsphasen in Abhängigkeit vom Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Wenn wie aus den Tabellen 1 und 2 ersichtlich ist, der Anteil von B gleich ist oder höher als 1,1 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung oder wahlweise einen Schwellenwert hat, bei dem die AlB₂-Phase und die TiB₂-Phase gleichzeitig erzeugt werden können und das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfüllt wird, kann der Modul gleich oder größer ca. 73 GPa sein, DAS, d. h. die Formbarkeit, kann gleich oder kleiner ca. 19 µm sein, das Verhältnis Streckgrenze/Zugfestigkeit kann gleich oder größer ca. 75% sein, die Differenz Zugfestigkeit/Streckgrenze kann gleich oder größer ca.110 sein und die Elastizität, die Formbarkeit und die Beulsteifigkeit können gegenüber anderen Legierungen erheblich verbessert sein.
Bei der Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der Anteil von Ti eine Menge von 1,0 Gew.-% oder weniger auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung und der Anteil von B eine Menge von 1,1 bis 2,5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung.
Wenn der Anteil von B geringer ist als 1,1 Gew.-%, kann weniger AIB₂-Phase erzeugt und nur die TiB₂-Phase erzeugt werden, so dass die Verbesserung der Elastizität unzureichend sein kann. Wenn der Anteil von B höher ist als 1,1 Gew.-% und der Anteil von Mg geringer ist als 5 Gew.-%, kann die Festigkeit zunehmen und damit die Beulsteifigkeit verbessert werden, allerdings können die Elastizität und die Formbarkeit abnehmen. Wenn der Anteil von Mg höher ist als 6 Gew.-%, kann der Schmelzpunkt gleich ca. 800 °C sein oder darüber liegen und dadurch können in der Schmelze während des eigentlichen Gussprozesses eine große Menge Oxidationsprodukte entstehen, die Gaskonzentration in der Schmelze kann ansteigen, wodurch die innere Güte des Gussproduktes abnimmt.
Wenn der Anteil von Ti größer ist als 1,0 Gew.-%, kann die Al₃Ti-Phase mit elliptischer Form erzeugt werden und damit werden andere physikalische Eigenschaften mit Ausnahme der Differenz Zugfestigkeit /Streckgrenze nicht erfüllt, wodurch sich die Elastizität, die Formbarkeit und die Beulsteifigkeit verschlechtern.

Ferner wird der Anteil von Mg entsprechend dem Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg von 1 : 2,0 bis 2,5 : 5,0 bis 6,0 auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung erhöht. Wenn der Anteil von Mg größer ist als die Menge entsprechend dem Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg von 1 : 2,0 bis 2,5 : 5,0 bis 6,0, kann Al₃Mg₂ mit elliptischer Form erzeugt und damit die Formbarkeit verringert werden. [Tabelle 3]

	Modul GPa	DAS µm	Latente Wärme J/g	Zugfestigkeit Mpa	Streckgrenze Mpa	Verhältnis Streckgrenze/ Zugfestigkeit %	Differenz Zugfestigkeit/Streckgrenze	Schmelzpunkt °C
5023	69,4	17,3	338	322	210	65	112	632
5052	68	24,5	393	291	184	63	107	646
5083	70	19	387	315	204	65	111	633

Tabelle 3 gibt die physikalischen Eigenschaften der vorhandenen Aluminiumlegierung Serie 5000 an.
Wie die Tabellen 1 bis 3 zeigen, kann die Formbarkeit mit einem herkömmlichen Material vergleichbar sein, die Elastizität kann um ca. 6% oder mehr erhöht und die Beulsteifigkeit (Verhältnis Streckgrenze / Zugfestigkeit) kann um ca. 15% höher sein, wenn das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 bis 6,0 gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beträgt.
Die Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung also kann die Steifigkeit und die NVH-Eigenschaften von Teilen gegenüber der herkömmlichen Aluminiumlegierung der Serie 5000 erheblich verbessern und die Verstärkungsplanung bei der Herstellung des Fahrzeugs minimieren, wodurch das Gewicht der Fahrzeugkarosserie gesenkt und Herstellungskosten eingespart werden.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen: Beschicken eines Schmelzbehälters wie eines Ofens mit mindestens entweder einer Al-Ti-Vorlegierung, einer AI-B-Vorlegierung oder einer Al-Salzverbindung in einer handelsüblichen Al-Schmelze Serie 5000, die Mg in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% enthält, zur Bildung einer Schmelze; und Rühren der Schmelze zum Dispergieren der AIB₂-Phase und der TiB₂-Phase, die als Verstärkungsphasen entstehen.
Beim Beschicken beträgt das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg in der Schmelze 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0, wobei das Beschicken mit mindestens entweder der Al-Ti-Vorlegierung, der AI-B-Vorlegierung oder der Al-Salzverbindung erfolgt. Die Al-Ti-Vorlegierung in der Schmelze kann Ti in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der AI-Ti-Vorlegierung enthalten, wobei der Rest der AI-Ti-Vorlegierung AI ist, und die AI-B-Vorlegierung kann B in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der AI-B-Vorlegierung enthalten, wobei der Rest der AI-B-Vorlegierung AI ist. Die Al-Salzverbindung kann Aluminiumsalze in einer Menge von 75 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Verbindung enthalten. Die TiB₂-Phase und die AIB₂-Phase können dabei gleichzeitig zur Verbesserung der Formbarkeit und der Beulsteifigkeit erzeugt werden und die Elastizität wirksam verbessern, und eine weitere Erzeugung der Al₃Ti-Phase, die für die Formbarkeit und die Stoßfestigkeit ungünstig ist, kann auf ein Minimum beschränkt werden.
In diesem Fall kann das restliche B mit Mg reagieren, wodurch zusätzlich MgB₂ als eine Verstärkungsphase entsteht und dadurch die Formbarkeit, die Elastizität und die Beulsteifigkeit verbessert werden.
Die Schmelze kann bei einer Drehzahl von 500 U/min oder darüber mittels eines Rührwerks gerührt werden, dessen Länge dem 0,4-fachen oder mehr des Durchmessers des Schmelzbehälters entspricht, so dass die TiB₂-Phase und die AIB₂-Phase als die Verstärkungsphasen bei gleichzeitiger Erzeugung gleichmäßig dispergiert werden.
Die Länge des Rührwerks und seine Drehzahl können die Reaktionsgeschwindigkeit und die Dispersion der Verstärkungsphase beeinflussen. Dazu kann das Rührwerk, dessen Länge gleich ist oder größer als 40% des Durchmessers des Schmelzbehälters verwendet werden.
Wenn die Drehzahl des Rührwerks niedriger ist als 500 U/min, kann zu wenig TiB₂-Phase erzeugt werden, während die Al₃Ti-Phase, die für die Formbarkeit und die Stoßfestigkeitseigenschaften ungünstig ist, erzeugt werden kann und damit verschlechtern sich die Formbarkeit und die Stoßfestigkeitseigenschaften und ferner kann die erzeugte Verstärkungsphase nicht gleichmäßig in der Schmelze dispergiert werden und dadurch können Abweichungen der physikalischen Eigenschaften in Abhängigkeit vom Schmelze verursacht werden.
In der verwandten Technik werden bei typischen Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierung Kohlenstoff-Nanorohre oder Verstärkungspartikel in Pulverform zur Verbesserung der Elastizität eingebracht. Allerdings können in der Schmelze technische Schwierigkeiten wie Verlust, Benetzbarkeit, Dispersion und dgl. auftreten, wodurch die Herstellungskosten steigen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dagegen kann das Zusammensetzungsverhältnis so kontrolliert werden, dass die TiB₂-Phase und die AIB₂-Phase gleichzeitig erzeugt und die erzeugte TiB₂-Phase und die AIB₂-Phase in der Schmelze gleichmäßig dispergiert werden, was das Entstehen der Al₃Ti-Phase verhindert, die für die Formbarkeit ist und die Stoßfestigkeitseigenschaften ungünstig ist, wodurch die Elastizität, die Formbarkeit, die Beulsteifigkeit und dgl. verbessert werden.
Gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Elastizität, die Formbarkeit und die Beulsteifigkeit des Materials durch Optimieren des Zusammensetzungsverhältnisses von Ti, B und Mg gleichzeitig verbessert werden, um die Erzeugung der TiB₂-Phase und der AIB₂-Phase als die Verstärkungsphasen zu maximieren.
Ferner kann die Borverbindung, bei der es sich um die Verstärkungsphase handelt, durch Rühren der TiB₂-Phase und der AlB₂-Phase, die durch die spontane Reaktion in der Aluminiumschmelze entstehen, bei optimalen Bedingungen gleichmäßig dispergiert werden.

Claims

Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche, im Wesentlichen aufweisend: Titan (Ti), Bor (B), Magnesium (Mg), wobei der Rest der Aluminiumlegierung Aluminium (Al) ist, wobei die Aluminiumlegierung sowohl eine AIB₂-Phase als auch eine TiB₂-Phase als Verstärkungsphasen enthält und das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0 auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung beträgt, und wobei Ti in einer Menge von 1 Gew.-% oder weniger und über 0 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung enthalten ist, und B in einer Menge von 1,1 bis 2,5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung enthalten ist.
Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, die im Wesentlichen besteht aus: Magnesium (Mg) in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, Titan (Ti) in einer Menge von 0,55 bis 1,0 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, Bor (B) in einer Menge von 1,1 bis 2,5 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Aluminiumlegierung, und dem Rest der Aluminiumlegierung Al, wobei das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0 beträgt und die Aluminiumlegierung die AIB₂-Phase, die TiB₂-Phase und eine MgB₂-Phase als Verstärkungsphase enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumlegierung für Fahrzeugaußenbleche, aufweisend: Beschicken eines Schmelzbehälters mit mindestens entweder einer Aluminium-Titan- (Al-Ti) Vorlegierung, einer Aluminium-Bor- (Al-B) Vorlegierung oder einer Aluminium- (Al) Salzverbindung in einer Aluminium- (Al) Schmelze, die Mg in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% zur Bildung einer Schmelze enthält, wobei das Zusammensetzungsverhältnis von Ti : B : Mg 1 : 2,0 - 2,5 : 5,0 - 6,0 beträgt; und Rühren der Schmelze mittels eines Rührwerks, um eine AIB₂-Phase und eine TiB₂-Phase zu dispergieren, die durch eine spontane Reaktion als Verstärkungsphasen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Rührwerk mit einer 0,4-fachen Länge des Durchmessers des Schmelzbehälters ausgebildet ist, und die Schmelze bei einer Drehzahl von 500 U/min oder darüber gerührt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Al-Ti-Vorlegierung Ti in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Al-Ti-Vorlegierung enthält und der Rest der AI-Ti-Vorlegierung AI ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die AI-B-Vorlegierung B in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der AI-B-Vorlegierung enthält und der Rest der AI-B-Vorlegierung AI ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Al-Salzverbindung Aluminiumsalze in einer Menge von 75 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Al-Salzverbindung enthält.
Fahrzeugaußenblech, das die Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 aufweist.