DE102017125513A1

DE102017125513A1 - Warmauslagern verformten Metallblechs zur Festigkeitsvereinheitlichung

Info

Publication number: DE102017125513A1
Application number: DE102017125513.3A
Authority: DE
Inventors: Nia R. Harrison; Mikhail MINEVICH; S.George Luckey jun.
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2018-05-09
Also published as: US20180127860A1; CN108018510A; US10428412B2

Abstract

Es werden Verfahren zum Wärmebehandeln von Aluminiumlegierungen offenbart. Das Verfahren kann Bilden einer Komponente aus einem Blech lösungsgeglühten, abgeschreckten und gealterten Aluminiums der Serie 6xxx beinhalten, das eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Blechs von mindestens 100 MPa aufweist. Die Komponente kann dann an eine Baugruppe angebracht werden und mindestens ein Abschnitt der Baugruppe kann lackiert werden. Das Verfahren kann dann Wärmebehandeln der Baugruppe beinhalten, um den Lack auszuhärten und den Durchschnittsertrag einer Komponente auf mindestens 240 MPa zu erhöhen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren fortschreitendes Schmieden einer Komponente aus einem Aluminiumblech mit T4-Härte der Serie 6xxx unter Verwendung mehrerer Gesenke und Warmauslagern der Komponente bei 210 °C bis 240 °C für 20 bis 40 Minuten auf eine durchschnittliche Streckfestigkeit der Komponente von mindestens 300 MPa beinhalten. Die Verfahren können die Komponentenzykluszeit verringern und können das Festigkeitsgefälle innerhalb der Komponente verringern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Warmauslagern verformten Metallblechs zur Stärkevereinheitlichung, zum Beispiel für Aluminiumlegierungsfahrzeugkomponenten.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Ansatz, um das Fahrzeuggewicht in Automobilkonstruktionen zu verringern, sind aluminiumintensive Fahrzeuge (aluminum intensive vehicles - AIVs). AIVs basierten häufig auf einteiliger Konstruktion von Stahlfahrzeugkonstruktionen, die Baugruppen gestanzter Metallblechkomponenten darstellen. Die Automobil-AIV-Konstruktion hat sich hauptsächlich auf die Aluminiumbleche der Serien 5XXX und 6XXX konzentriert, da sie durch Verfahren geformt und verarbeitet werden können, die mit denen vereinbar sind, die bereits in der Automobilfertigung von Stahlblech (z. B. Blechstanzen, automatische Montage, Lackierungsprozess) verwendet werden. Diese Legierungen können Festigkeiten aufweisen, die denen von Flussstahlblech entsprechen, das im Allgemeinen in Stahlfahrzeugplattformen verwendet wird. Bei der Aluminiumlegierung der Serie 6XXX können verbesserte mechanische Festigkeitseigenschaften auftreten, wenn bestimmte Wärmebehandlungsprozesse durchgeführt werden.
KURZDARSTELLUNG
In wenigstens einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren kann Bilden einer Komponente aus einem Blech lösungsgeglühten, abgeschreckten und gealterten Aluminiums der Serie 6xxx, das eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Blechs von mindestens 100 MPa aufweist; Anbringen der Komponente an einer Baugruppe; Lackieren von mindestens einem Abschnitt der Baugruppe; und Wärmebehandeln der Baugruppe beinhalten, um den Lack auszuhärten und den Durchschnittsertrag einer Komponente auf mindestens 240 MPa zu erhöhen.
Das Blech kann eine T4-Härte aufweisen. In einer Ausführungsform kann der Bildungsschritt einen fortschreitenden Schmiedevorgang unter Verwendung mehrerer Gesenke beinhalten. Der fortschreitende Schmiedevorgang kann eine geschmiedete Auskragung in der Komponente bilden und einen Schmiedebereich erzeugen, der die geschmiedete Auskragung umgibt, wobei der Schmiedebereich verformter ist als ein Hauptbereich der Komponente während des fortschreitenden Schmiedens. In einer Ausführungsform ist die geschmiedete Auskragung kegelstumpfförmig und der Schmiedebereich ist ein Kreis mit der mittigen kegelstumpfförmigen geschmiedeten Auskragung. Der Wärmebehandlungsschritt kann eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Schmiedebereichs und des Hauptbereichs erhöhen und ein Festigkeitsgefälle dazwischen verringern. Der Wärmebehandlungsschritt kann eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs um einen Betrag erhöhen, der größer ist, als der des Schmiedebereichs.
In einer Ausführungsform beinhaltet der Wärmebehandlungsschritt 2 bis 4 Wärmebehandlungszyklen, wobei jeder Wärmebehandlungszyklus bei einer Temperatur von 140 °C bis 210 °C vorgenommen wird und 10 bis 30 Minuten andauert. Jeder Wärmebehandlungszyklus kann bei einer Ofentemperatur erfolgen, die um lediglich ±5 °C während einer Gesamtdauer der Wärmebehandlung variiert. In einer Ausführungsform besteht der Wärmebehandlungsschritt aus 3 Wärmebehandlungszyklen: einer ersten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 170 °C bis 190 °C für 5 bis 15 Minuten; einer zweiten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 140 °C bis 160 °C für 5 bis 15 Minuten; und einer dritten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 130 °C bis 150 °C für 5 bis 15 Minuten. Das Aluminium der Serie 6XXX kann ein Zusammensetzungsprofil aufweisen, das Folgendes beinhaltet: 0,55-0,95 Gew. % Magnesium; 0,55-0,95 Gew. % Silizium; 0,5-0,8 Gew. % Kupfer; bis zu 0,3 Gew. % Mangan; bis zu 0,3 Gew. % Eisen; bis zu 0,1 Gew. % Zink; bis zu 0,1 Gew. % Chrom; und bis zu 0,1 Gew. % Titan. In einer Ausführungsform gibt es keine zusätzlichen Warmauslagerungswärmebehandlungen zwischen dem Bildungsschritt und dem Lackierungsschritt.
In wenigstens einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren kann fortschreitendes Schmieden einer Komponente aus einem Aluminiumblech mit T4-Härte der Serie 6xxx unter Verwendung mehrerer Gesenke; und Warmauslagern der Komponente bei 210 °C bis 240 °C für 20 bis 40 Minuten auf eine durchschnittliche Streckfestigkeit der Komponente von mindestens 300 MPa beinhalten.
In einer Ausführungsform beinhaltet der Warmauslagerungsschritt Warmauslagern der Komponente bei 220 °C bis 230 °C für 25 bis 35 Minuten. Der fortschreitende Schmiedeschritt kann Bilden einer geschmiedeten Auskragung in der Komponente und Erzeugen eines Schmiedebereichs beinhalten, der die geschmiedete Auskragung umgibt, wobei der Schmiedebereich verformter ist als ein Hauptbereich der Komponente während des fortschreitenden Schmiedens. In einer Ausführungsform erhöht der Warmauslagerungsschritt eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Schmiedebereichs und eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs und verringert ein Festigkeitsgefälle dazwischen. Die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs kann innerhalb 15 % oder 5 % der durchschnittlichen Streckfestigkeit des Schmiedebereichs liegen. Die durchschnittlichen Streckfestigkeiten des Hauptbereichs und des Schmiedebereichs können bei mindestens 320 MPa liegen.
In wenigstens einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren kann fortschreitendes Schmieden einer Komponente, einschließlich einer geschmiedeten Auskragung und eines umgebenden Schmiedebereichs, aus einem Aluminiumblech mit T4-Härte der Serie 6xxx; und Wärmebehandeln der Komponente beinhalten, um eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Schmiedebereichs und eine durchschnittliche Streckfestigkeit eines Hauptbereichs der Komponente zu erhöhen und um ein Festigkeitsgefälle dazwischen zu verringern, wobei die Komponente eine durchschnittliche Streckfestigkeit von mindestens 240 MPa nach dem Wärmebehandeln aufweist.
Figurenliste

1 ist ein schematischer Verlauf von Festigkeit gegenüber Warmauslagerungszeit, der mehrere Härtungsstufen von Aluminiumlegierungen zeigt;
2 ist ein beispielhafter Prozessablauf für das Bilden und Wärmebehandeln einer Aluminiumlegierungskomponente;
3 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Seitentürschlossverstärkungskomponente, die gemäß der offenbarten Verfahren hergestellt werden kann;
4 ist eine perspektivische Rückansicht der Seitentürschlossverstärkungskomponente aus 3;
5 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Bodenblechverstärkungskomponente, die gemäß der offenbarten Verfahren hergestellt werden kann;
6 ist eine perspektivische Rückansicht der Bodenblechverstärkungskomponente aus 5, die an einer weiteren Fahrzeugkomponente angebracht ist;
7 ist ein beispielhafter Prozessablauf für das Bilden und Wärmebehandeln einer Aluminiumlegierungskomponente gemäß einer Ausführungsform;
8 ist ein weiterer beispielhafter Prozessablauf für das Bilden und Wärmebehandeln einer Aluminiumlegierungskomponente gemäß einer Ausführungsform;
9 ist eine Tabelle experimenteller Festigkeits- und Härtedaten für unterschiedliche Prozessabläufe zum Bilden und Wärmebehandeln von Aluminiumlegierungskomponenten; und
10 ist eine Tabelle, die experimentelle Festigkeits- und Härtedaten für unterschiedliche Prozessabläufe in verschiedenen Bereichen von Aluminiumlegierungskomponenten vergleicht, die geschmiedet wurden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in unterschiedlichen und alternativen Formen ausgeführt werden kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage dafür zu verstehen, den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Aluminiumlegierungen werden im Allgemeinen mit einer vierstelligen Zahl bezeichnet, wobei die erste Ziffer im Allgemeinen das Hauptlegierungselement identifiziert. Zusätzliche Zahlen, die in der Serienbezeichnung durch den Buchstaben „x“ dargestellt sind, definieren die konkrete Aluminiumlegierung. Zum Beispiel ist das Hauptlegierungselement der Serie 5XXX Magnesium und bei der Serie 6XXX sind es Magnesium und Silizium. Beispiele konkreter Legierungen der Serie 6XXX können 6061 beinhalten, das eine Zusammensetzung aufweist, die 0,4-0,8 % Silizium, bis zu 0,7 % Eisen, 0,15-0,40 % Kupfer, bis zu 0,15 % Mangan, 0,8-1,2 % Magnesium, 0,04-0,35 % Chrom, bis zu 0,25 % Zink, bis zu 0,15 % Titan und andere Elemente bis zu jeweils 0,05 % (insgesamt 0,15 %) beinhaltet, wobei sich alle Prozentangaben auf das Gewicht beziehen und der Ausgleich Aluminium ist. Zahlreiche Automobilkomponenten können Aluminium 6061 aufweisen, wie zum Beispiel Klammern, Karosseriekomponenten, Befestigungselemente und andere. Ein weiteres konkretes Beispiel einer Legierung der Serie 6XXX kann 6111 sein, das eine Zusammensetzung aufweisen kann, die 0,5-1% Magnesium, 0,6-1,1 % Silizium, 0,5-0,9 % Kupfer, 0,1-0,45 % Mangan, bis zu 0,4 % Eisen, bis zu 0,15 % Zink, bis zu 0,1% Chrom, bis zu 0,1 % Titan und andere Elemente bis zu jeweils 0,05 % (insgesamt 0,15 %) beinhaltet, wobei sich alle Prozentangaben auf das Gewicht beziehen und der Ausgleich Aluminium ist. Zahlreiche Automobilkomponenten können Aluminium 6111 aufweisen, wie zum Beispiel Karosserieplatten, Säulen und andere. Komponenten, die Aluminium 6111 beinhalten, können eine höhere Streckfestigkeit erfordern als diejenigen, die Aluminium 6061 beinhalten. Es gibt andere fachbekannte konkrete Legierungen der Serie 6XXX, wie zum Beispiel 6009, 6010, 6016, 6022, 6053, 6063, 6082, 6262, 6463 oder andere.
Aluminiumlegierungen der Serie 6XXX können ausgehärtet (ausscheidungsgehärtet) werden, um ihre Festigkeit und/oder Härte zu erhöhen. Dem Aushärten geht ein Lösungsglühen (solution heat treatment - SHT, oder Lösungsbehandlung) und Abschrecken des Aluminiumlegierungsmaterials voraus. Eine Lösungsbehandlung beinhaltet im Allgemeinen Erwärmen der Legierung auf mindestens über seine Löslichkeitstemperatur und Halten dieser auf der erhöhten Temperatur bis die Legierung eine homogene Feststofflösung oder eine einzelne Feststoffphase und eine Flüssigkeitsphase bildet. Die Temperatur, bei der die Legierung während der Lösungsbehandlung gehalten wird, ist als Lösungstemperatur bekannt. Die Lösungstemperatur kann die Temperatur sein, bei der eine Substanz gut mischbar ist. Mischbarkeit ist die Eigenschaft von Materialien, sich in allen Anteilen zu mischen, wobei eine homogene Lösung gebildet wird. Mischbarkeit kann in allen Phasen möglich sein; fest, flüssig und gasförmig.
Nach der Lösungsbehandlung wird ein Abschreckschritt durchgeführt, bei dem die Legierung schnell auf unter die Löslichkeitstemperatur abgekühlt wird, um eine übersättigte Feststofflösung zu bilden. Aufgrund des schnellen Abkühlens haben die Atome in der Legierung keine Zeit, um über Entfernungen zu diffundieren, die groß genug sind, um zwei oder mehr Phasen in der Legierung zu bilden. Die Legierung ist deshalb in einem Nichtgleichgewichtszustand. Das Abschrecken kann durch Eintauchen der Legierung in ein Abschreckmittel, wie zum Beispiel Wasser oder Öl, erfolgen oder durch anderweitiges Anwenden des Abschreckmittels (z. B. Sprühen). Das Abschrecken kann auch durch Inkontaktbringen der Legierung mit einer gekühlten Fläche erreicht werden, zum Beispiel eine wassergekühlte Platte oder ein wassergekühltes Gesenk. Die Abschreckgeschwindigkeit kann jede Geschwindigkeit sein, die geeignet ist, eine übersättigte Lösung in der abgeschreckten Legierung zu bilden. Die Abschreckgeschwindigkeit kann in einem bestimmten Temperaturbereich festgelegt werden, zum Beispiel von 400 °C bis 290 °C. Das Abschrecken kann durchgeführt werden, bis die Legierung auf eine Temperatur abgekühlt ist, die kühl genüg ist, dass die Legierung in einem übersättigten Zustand bleibt (z. B. die Diffusion ist deutlich verlangsamt), wie zum Beispiel ungefähr 290 °C. Die Legierung kann dann luftgekühlt oder anderweitig mit einer Geschwindigkeit abgekühlt werden, die langsamer als die Abschreckgeschwindigkeit ist, bis eine gewünschte Temperatur erreicht ist. Alternativ kann das Abschrecken auf eine niedrigere Temperatur durchgeführt werden, wie zum Beispiel unter 100 °C oder bis auf Raumtemperatur herunter.
Aushärten beinhaltet Erwärmen und Halten der Legierung auf einer erhöhten Temperatur, bei der zwei oder mehr Phasen im Gleichgewicht sind. Die übersättigte Legierung bildet durchweg feine, dispergierte Ausfällungen als Ergebnis von Diffusion innerhalb der Legierung. Die Ausfällungen beginnen als Gruppen von Atomen, die dann wachsen, um Guinier-Preston-Zonen zu bilden, die sich in der Größenordnung von einigen wenigen Nanometern befinden und im Allgemeinen kristallographisch mit der umgebenden Metallmatrix zusammenhängen. Wenn die Guinier-Preston-Zonen wachsen, werden sie zu Ausfällungen, welche die Legierung durch Behinderung von Verlagerungsbewegung stärken. Da die Ausfällungen sehr fein innerhalb der Legierung dispergiert sind, können Verlagerungen sich nicht einfach bewegen und müssen die Ausfällungen entweder umgehen oder durch diese hindurchschneiden, um sich auszubreiten.
Es können fünf grundlegende Härtebezeichnungen für Aluminiumlegierungen verwendet werden, nämlich; F- Herstellungszustand, O- weichgeglüht, H- kaltverfestigt, T-lösungsgeglüht und W- abgeschreckt (zwischen Lösungsglühen und Warm- oder Kaltauslagern). Das unveränderte Rohmaterial für die offenbarten Lösungsbehandlungs- und Aushärtungsprozesse können zu Beginn jede der vorstehenden Härtebezeichnungen aufweisen. Die Härtebezeichnung kann von einer Zahl mit einer oder zwei Ziffern zur weiteren Strukturierung gefolgt sein. Ein Aluminium mit einer Härtebezeichnung von T6 kann eine Legierung sein, die lösungsgeglüht und warmausgelagert wurde, nach dem Lösungsglühen jedoch nicht kaltumgeformt wurde (oder derartig, dass die Kaltumformung anhand der Materialeigenschaften nicht erkennbar wäre). T6 kann den Punkt maximal ausgehärteter Streckfestigkeit entlang des Materialprofils Streckfestigkeit gegenüber Zeit und Temperatur darstellen. Eine Aluminiumlegierung der Serie 6XXX, die einen T6-Härtegrad aufweist, kann eine Streckfestigkeit von mindestens 220 MPa oder 240 MPa aufweisen, abhängig von der konkreten Zusammensetzung. Zum Beispiel kann 6061 bei einem T6-Härtegrad eine Streckfestigkeit von ungefähr 275 MPa aufweisen und 6111 bei einem T6-Härtegrad kann eine Streckfestigkeit von ungefähr 300 MPa aufweisen. Ein T7-Härtegrad kann bezeichnen, dass eine Lösungsglühbehandlung aufgetreten ist, und dass das Material auf dem Profil der Streckfestigkeit gegenüber Zeit und Temperatur über die maximal ausgehärtete Streckfestigkeit hinaus warmausgelagert wurde (überaltert). Ein Material mit T7-Härtegrad kann eine niedrigere Streckfestigkeit als ein Material mit T6-Härtegrad aufweisen, aber der T7-Härtegrad kann andere Eigenschaften verbessern, wie zum Beispiel erhöhte Härte im Vergleich zum T6-Härtegrad. Ein T8-Härtegrad ist zu einem T7-Härtegrad dahingehend gleich, dass er über die maximale Streckfestigkeit hinaus (z. B. T6) ausgehärtet ist, ein Material mit einem T8-Härtegrad ist jedoch warmausgelagert, nachdem das Material kaltumgeformt wurde. Zum Beispiel können Bleche der Legierung 6111 in einem T4-Härtegrad gestanzt und dann auf T8 ausgehärtet werden, wodurch ein T8-Härtegrad gebildet wird.
Unter Bezugnahme auf 1 werden die relativen Festigkeiten und Härten von Aluminiumlegierungen der Serie 6XXX als eine Funktion der Aushärtungszeit veranschaulicht. Wie vorstehend erläutert, stellt T6 maximale Aushärtung und die höchste Streckfestigkeit dar, während T7 Überalterung und verringerte (aber trotzdem verbesserte) Streckfestigkeit darstellt. Der T8-Härtegrad ist auf dem Verlauf nicht gezeigt, ist aber dahingehend gleich zu T7, dass er eine niedrigere Streckfestigkeit als T6 aufweist und rechts von der maximalen Aushärtung von T6 liegt. Der T4-Härtegrad ist links von der maximalen Aushärtung gezeigt und kann Eigenschaften aufweisen, die gleich zu T7/T8 sind (z. B. verringerte Festigkeit und erhöhte Härte relativ zu T6), stellt aber Unteralterung statt Überalterung dar. Unteralterung des T4-Härtegrades auf T4+ kann in der vorliegenden Offenbarung durch Aushärten auf T7- oder T8-Härtegrade ersetzt werden, Unteraltern kann jedoch schwieriger zu steuern und zu wiederholen sein. Deshalb kann Überaltern ein widerstandsfähigerer und gleichbleibenderer Prozess sein, im Vergleich zu Unteraltern.
Aluminiumlegierungen mit T7- und T8-Härtegrad (z. B. 6XXX und 7XXX) weisen im Allgemeinen erhöhte Biegefestigkeit im Vergleich zum T6-Härtegrad auf. Ein Verfahren zum Messen von Härte kann das Bestimmen der Art des Versagens beinhalten, die eine Komponente nach der Verformung vorweist. Zum Beispiel kann, wenn ein Blech oder eine Marke aus einem Material bis zum Versagen gebogen wird, das Versagen transgranular oder intergranular sein. Transgranulares Versagen oder Versagen über oder durch die Körner der Legierung kann höhere Härte als intergranulares Versagen anzeigen, bei dem Versagen entlang der Korngrenzen (z. B. zwischen den Körnern) auftritt. Intergranulares Versagen kann auftreten, wenn die Korngrenzen spröde oder schwach sind, was durch die Legierungszusammensetzung, die Art der Wärmebehandlung oder andere Faktoren (oder eine Kombination davon) bedingt sein kann. Die hierin offenbarten T7- und T8-Legierungen können transgranulares Versagen statt intergranularem Versagen während des Biegens aufgrund ihrer erhöhten Härte (z. B. im Vergleich zu T6) vorweisen.
Während die Biegehärte der T7- und T8-Härtegrade größer sein kann als die eines T6-Härtegrades, kann ein Aluminium der Serie 6XXX bei einem T7- oder T8-Härtegrad eine geringere Streckfestigkeit als ein T6-Härtegrad aufgrund von Überalterung aufweisen. Legierungen der Serie 6XXX, die gemäß der offenbarten Ausführungsformen ausgehärtet sind, können jedoch eine Streckfestigkeit von mindestens 200 MPa aufrechterhalten. Zum Beispiel können bestimmte Legierungen (z. B. 6061), die auf einen T7- oder T8-Härtegrad ausgehärtet sind (z. B. unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Aushärtungsbehandlungen) eine Streckfestigkeit von mindestens 200, 210, 220, 230, 240 MPa oder höher aufweisen. Einige Legierungen (z. B. 6111) können höhere Streckfestigkeiten nach einer Aushärtungsbehandlung (z. B. wie vorstehend beschrieben) aufweisen, zum Beispiel mindestens 250, 260, 270, 280, 290 MPa oder höher.
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Ablaufdiagramm 10 für einen typischen Bildungs- und Wärmebehandlungsprozess gezeigt, der für Aluminiumkomponenten in einem Fahrzeug (z. B. eine Legierung der Serie 6XXX) verwendet werden kann. In Schritt 12 kann eine ungeformte Komponente empfangen oder bereitgestellt werden, wie zum Beispiel ein Stück Aluminiumblech. Die Komponente kann vom O-Härtegrad sein, was bedeutet, dass sie geglüht wurde. In Schritt 14 kann die Komponente in ihre endgültige Form oder fast endgültige Form gebracht werden (z. B. außer für Endbearbeitungsschritte, wie zum Beispiel Zuschneiden, Abschleifen oder anderes Bearbeiten). In einer Ausführungsform kann das Bilden durch Schmieden erfolgen, zum Beispiel durch Stanzen oder durch andere Verwendungen von Gesenken.
In Schritt 16 kann die nun gebildete Komponente derartig lösungsgeglüht werden, dass die Komponente aus einer einzelnen Phase (vorstehend beschrieben) zusammengesetzt ist. In Schritt 18 kann die Komponente abgeschreckt werden, um die einzelne Phase durch schnelles Abkühlen der Komponente zu erhalten. In Schritt 20 kann die abgeschreckte Komponente warmausgelagert werden, um die Komponente zu festigen. Wie vorstehend beschrieben kann das Warmauslagern veranlassen, dass Ausfällungen in der Komponente wachsen, was ihre Festigkeit und/oder Härte erhöhen kann. In Schritt 22 kann der Prozess außer in Bezug auf Endbearbeitungsschritte abgeschlossen werden. Nach dem der Prozess beendet wurde, kann die Komponente während eines Montageprozesses (z. B. Fahrzeugmontage) an andere Komponenten angebracht werden, um ein vollendetes Produkt zu bilden. Das Produkt kann einen Einbrennlackierungswärmebehandlungsprozess durchlaufen, um Lack auszuhärten oder zu festigen, der während der Montage/Fertigung angewendet wurde.
Der Prozess 10 kann verwendet werden, um eine Reihe von hochfesten Aluminiumkomponenten zu bilden. Die Komponenten können aus einem Aluminiumblech gebildet werden, das eine Dicke von zum Beispiel 0,5 bis 5 mm oder jeden Teilbereich dazwischen aufweist, wie zum Beispiel 0,8 bis 4 mm, 1 bis 3,5 mm. Wie vorstehend beschrieben, kann der Bildungsschritt 14 Schmiedevorgänge beinhalten, die mehrere Schritte beinhalten können. Der Schmiedevorgang kann das Durchführen von aufeinanderfolgenden Vorgängen unter Verwendung fortschreitender Gesenke beinhalten (z. B. mehrere Gesenke mit leichten Unterschieden für jeden Vorgang). Ein derartiger Prozess kann als fortschreitendes Prägen bezeichnet werden. Fortschreitendes Prägen kann verwendet werden, um relativ komplexe Komponenten zu bilden, wie zum Beispiel Komponenten, die mehrere, nicht koplanare Kontaktflächen aufweisen.
Unter Bezugnahme auf die 3-6 werden Beispiele von zwei Komponenten gezeigt, die mehrere, nicht koplanare Kontaktflächen aufweisen. Eine Seitentürschlossverstärkung 30 wird in den 3 und 4 gezeigt. Die Seitentürschlossverstärkung 30 weist mehrere Kontaktflächen 32, 34 und 36 auf, die nicht koplanar sind. Eine Bodenblechverstärkung 40 wird in den 5 und 6 gezeigt. Die Bodenblechverstärkung 40 weist mehrere Kontaktflächen 42, 44, 46 und 48 auf. Die Komponenten 30 und 40 können jeweils eine oder mehrere geschmiedete Auskragungen 50 beinhalten. Die geschmiedeten Auskragungen 50 können im Allgemeinen eine kegelstumpfförmige Form haben, die einen großen Durchmesser an der Basis (z. B. an einer der Kontaktflächen) aufweisen, die sich an der Auskragung 50 verengt und sich nach außen erstreckt (z. B. weg von der Kontaktfläche). Die Auskragung 50 kann hohl sein und eine Bohrung oder einen Kanal 52 darin aufweisen. Die Auskragungen 50 können ausgelegt sein, ein Befestigungselement aufzunehmen (z. B. in der Bohrung 52). Während die Auskragung 50 als kegelstumpfförmig gezeigt ist, ist die Form jedoch nicht als Einschränkung gedacht und kann jede Form haben die sich weg von einer Fläche (z. B. Kontaktfläche) der Komponente erstreckt.
Die Auskragungen 50 können durch wiederholte Schmiedevorgänge wie vorstehend beschrieben gebildet sein. Zum Beispiel können mehrere fortschreitende Gesenke verwendet werden, um die Länge und/oder Breite der Auskragungen schrittweise zu erhöhen oder den Durchmesser der Bohrung 52 zu erweitern. Der Schmiedevorgang kann erhöhte Spannungs- und/oder Beanspruchungsniveaus im Material der Auskragungen 50 sowie in einem umgebenden Bereich der Auskragung erzeugen, der als der Schmiedebereich 54 bezeichnet werden kann. Der Schmiedebereich 54 kann deshalb höhere Niveaus an Eigenspannung/Eigenbeanspruchung als Bereiche aufweisen, die von der Auskragung 50 entfernt sind. In einer Ausführungsform kann das Material im Schmiedebereich 54 eine Belastung von mindestens 50 %, 100 % oder 200 % der Streckungs- oder der Dehnungsgrenze des Materials durchlaufen haben (z. B. das 1,5-fache, 2-fache oder 3-fache der Streckungs-/Dehnungsgrenze). Das Material außerhalb des Schmiedebereichs 54 (z. B. der verbleibende Hauptteil) kann geringe oder keine Belastung oder Belastung durchlaufen haben, die innerhalb der Streckungs-/Dehnungsgrenze liegt. Der Schmiedebereich 54 kann die Auskragung 50 umgeben und kann eine Form aufweisen, die der Form der Auskragung 50 entspricht. Zum Beispiel wird die Auskragung 50 so gezeigt, dass sie eine im Allgemeinen kegelstumpfförmige Form (z. B. kreisförmiger Querschnitt) aufweist, weshalb der Schmiedebereich 54 im Allgemeinen kreisförmig und mittig mit der Auskragung 50 ist. Die Größe und Form des Schmiedebereichs 54 kann jedoch von anderen Merkmalen der Komponente und den konkreten Gegebenheiten des Schmiedevorgangs abhängen. Deshalb kann der Schmiedebereich 54 eine Form aufweisen, die verschieden von der Form der Auskragung 50 ist.
In der Fertigung, insbesondere in der Massenfertigung (z. B. Fahrzeuge) kann es vorteilhaft sein, Schritte im Herstellungszyklus zu entfernen oder zu streichen, um Kosten zu verringern und/oder Zeit zu sparen. Zum Beispiel kann es nutzbringend sein, den Lösungsglühschritt 16 und den Abschreckschritt 18 aus dem Prozess 10 zu streichen. Es wurde jedoch entdeckt, dass das Streichen dieser Schritte Anpassungen an anderen Teilen des Prozesses erfordern kann, welche die Art des verwendeten Materials und/oder den Härtegrad des im Prozess verwendeten Materials beinhalten.
Unter Bezugnahme auf die 7 und 8 werden zwei Ablaufdiagramme für Herstellungsprozesse gezeigt, die den Lösungsglühschritt 16 und den Abschreckschritt 18 aus dem Prozess 10 streichen. Im Ablaufdiagramm 100 beginnt der erste Schritt 102 mit dem Empfangen eines Aluminiumlegierungsblechs der Serie 6XXX, das lösungsbehandelt (durch ein Lösungsglühen), abgeschreckt und ausgehärtet wurde (z. B. kalt- oder warmausgelagert). Zum Beispiel kann das Blech eine T4- oder T4+-Härte aufweisen. In einer Ausführungsform kann das Blech eine durchschnittliche Streckfestigkeit von mindestens 100 MPa, 125 MPa oder 150 MPa aufweisen. In Schritt 104 kann das Aluminiumblech mit T4-Härtegrad zum Beispiel durch Schmieden gebildet werden. Der Bildungsschritt kann einen beliebigen Metallformungsprozess beinhalten. Wie vorstehend beschrieben kann der Formungsprozess die Verwendung von fortschreitenden Gesenken beinhalten, um die Komponente schrittweise in eine endgültige Form zu formen. Der Bildungsschritt kann Komponenten bilden, die eine geschmiedete Auskragung aufweisen, wie zum Beispiel die im Hinblick auf die 3-6 gezeigten und beschriebenen.
Dementsprechend kann der Bildungsschritt 104, im Vergleich zum Prozess 10, mit einem Aluminiumblech durchgeführt werden, das einen sehr verschiedenen Härtegrad als der Bildungsschritt 14 aufweist. Im Prozess 10 wird der Bildungsschritt 14 an einem geglühten Aluminiumblech durchgeführt, das im Allgemeinen eine deutlich geringere Festigkeit (z. B. Streckfestigkeit) aufweist und nachgiebiger und leichter zu formen ist. Um den Bildungsschritt 104 an einem Aluminiumblech mit T4-Härtegrad durchzuführen, wurde festgestellt, dass es wichtig sein kann, bestimmte Aluminiumlegierungen (nachstehend ausführlicher beschrieben) zu verwenden. Zum Beispiel wurde entdeckt, dass eine Teilmenge von 6111-Legierungen in einem T4-Härtegrad bildbar ist.
Im Schritt 106 kann der Bildungsprozess derartig abgeschlossen werden, dass sich die Komponenten im Wesentlichen in ihrer endgültigen Gestalt und Form befinden. In Schritt 108 können die Komponenten, die durch den Prozess 100 gebildet wurden, mit anderen Komponenten montiert werden, die gemäß dem Prozess 100 gebildet sein können oder nicht. In einer Ausführungsform können die Komponenten, die durch den Prozess 100 gebildet wurden, Fahrzeugkomponenten sein, und der Montageschritt 108 kann Montieren der Komponenten mit anderen Komponenten beinhalten, um ein Fahrzeug oder einen Abschnitt eines Fahrzeugs zu bilden. Der Montageschritt 108 kann auch Lackieren von mindestens einem Abschnitt des montierten Fahrzeugs beinhalten. Zum Beispiel können eine oder mehrere Komponenten des montierten Fahrzeugs lackiert sein oder das gesamte montierte Fahrzeug kann lackiert sein. Wie hierin verwendet muss das montierte Fahrzeug nicht notwendigerweise ein abgeschlossenes Fahrzeug sein, einige Komponenten können später zum Fahrzeug hinzugefügt werden und können getrennt lackiert werden. In einer Ausführungsform kann das montierte Fahrzeug die Karosserie des Fahrzeugs oder mindestens die Karosserie des Fahrzeugs beinhalten.
Das Lackieren des Fahrzeugs kann mehrere Schritte oder Beschichtungen beinhalten. Der erste Schritt oder die erste Beschichtung kann eine Elektrotauchbeschichtung oder E-Beschichtung sein. Die E-Beschichtung kann eine Schutzbeschichtung sein, die Korrosion verhindert oder verringert. E-Beschichtungen sind relativ häufig bei gegenwärtigen Fahrzeugen aber nicht notwendig. Die E-Beschichtung kann anstatt oder zusätzlich zu einer Grundierung angewendet werden. Nach der E-Beschichtung (sofern vorhanden) kann eine Farbe oder Grundbeschichtung angewendet werden. Die Grundbeschichtung beinhaltet im Allgemeinen das/die Pigment(e), das/die der Gesamtlackierung seine Farbe geben und kann auch Blättchen oder andere Zusätze beinhalten, um die Ästhetik des Lacks zu ändern. Eine Klarbeschichtung kann nach der Grundbeschichtung angewendet werden. Die Klarbeschichtung ist im Allgemeinen durchsichtig und kann eine glänzende Oberfläche aufweisen. Die Klarbeschichtung erfüllt typischerweise auch eine Schutzfunktion, zum Beispiel widersteht sie Abnutzung und UV-Licht. Jede der Beschichtungen kann eine entsprechende Wärmebehandlung aufweisen, um die Schicht auszuhärten, bevor die nächste Schicht angewendet wird. In einigen Lackiersystemen können zwei oder mehr der vorstehenden Beschichtungsschritte kombiniert werden. Dementsprechend kann es eine oder mehrere Wärmebehandlungen (Einbrennlackierungszyklen) geben, um die lackierte Fahrzeugbaugruppe auszuhärten, zum Beispiel können 2 bis 4 Wärmebehandlungen in dem Gesamteinbrennlackierungsprozess beinhaltet sein.
In Schritt 110 kann/können die Komponente(n), die in Schritt 104 gebildet wurde(n), zusammen mit anderen Komponenten in der Baugruppe, die in Schritt 108 gebildet wurden, wärmebehandelt werden. Diese Wärmebehandlung kann als Einbrennlackierungswärmebehandlung bekannt sein, die Lösungsmittel im Lack verdampft und den Lack mindestens teilweise aushärtet. Es wurde entdeckt, dass eine Einbrennlackierungswärmebehandlung die Komponenten, die in Schritt 104 gebildet wurden, warmauslagern kann, um ihre Festigkeit (z. B. Streckfestigkeit) durch Ausscheidungshärtung zu erhöhen. Die Einbrennlackierungswärmebehandlung kann den Komponenten einen Härtegrad bereitstellen, der ein T6-Härtegrad (maximale Aushärtung) ist oder diesem naheliegt. Zum Beispiel können die Komponenten eine durchschnittliche Streckfestigkeit in der gesamten Komponente von mindestens 240 MPa aufweisen, wie zum Beispiel mindestens 250 MPa oder mindestens 260 MPa. Die Einbrennlackierungswärmebehandlung oder - behandlungen kann/können die einzige(n) Wärmebehandlung(en) sein, die im Prozess 100 durchgeführt wird/werden. Zum Beispiel kann keine andere Wärmebehandlung an den Komponenten vor dem Lackierungsprozess durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform kann die Wärmebehandlung 110 eine Einzelschrittwärmebehandlung sein (z. B. die offenbarten Ergebnisse werden in einem einzelnen Schritt erreicht, selbst wenn andere Schritte hinzugefügt werden). Die Temperatur der Wärmebehandlung kann sich zwischen 160 °C und 200 °C oder in jedem Teilbereich davon befinden, wie zum Beispiel 170 °C bis 190 °C, 175 °C bis 185 °C oder ungefähr 180 °C. Wie hierin verwendet, können die genannten Temperaturen die Temperatur des Ofens oder des Hochofens sein, der für die Wärmebehandlung verwendet wird, und entsprechend nicht notwendigerweise direkt der Temperatur der Komponente. Die Zeitdauer der Wärmebehandlung (z. B. Aussetzungszeit) kann bis zu 40 oder 45 Minuten betragen, zum Beispiel 10 bis 40 Minuten, 15 bis 40 Minuten, 15 bis 30 Minuten, 20 bis 40 Minuten, 20 bis 35 Minuten oder 20 bis 30 Minuten.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Wärmebehandlung 110 eine Mehrschrittwärmebehandlung sein (z. B. eine Behandlung, die einen Haltezeitraum bei zwei oder mehreren verschiedenen Temperaturen beinhaltet). Zum Beispiel kann es, wenn es mehrere Lackbeschichtungen (z. B. E-Beschichtung, Grundbeschichtung und Klarbeschichtung) gibt, mehrere Wärmebehandlungsprozesse als Teil des Gesamteinbrennlackierungsvorgangs geben. In einer Ausführungsform kann es 2 bis 4 getrennte Wärmebehandlung geben, die im Einbrennlackierungsprozess beinhaltet sind. Jede Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur von 130 °C bis 220 °C oder jedem Teilbereich dazwischen durchgeführt werden, wie zum Beispiel 140 °C bis 210 °C. Jede Wärmebehandlung kann eine Dauer von 5 bis 45 Minuten oder jeden Teilbereich dazwischen betragen, wie zum Beispiel 10 bis 40 Minuten oder 10 bis 30 Minuten. In einer Ausführungsform kann die Temperatur für die Dauer jeder Wärmebehandlung konstant gehalten oder im Wesentlichen konstant gehalten werden. Zum Beispiel kann die Temperatur bei einer Zieltemperatur ±5 °C gehalten werden.
In einer Ausführungsform kann die Temperatur jeder Wärmebehandlung in den mehreren Wärmebehandlungen des Einbrennlackierungsvorgangs vom ersten Zyklus zum letzten Zyklus abnehmen. Die erste Wärmebehandlung im Vorgang kann bei einer Temperatur von 170 °C bis 220 °C oder jedem Teilbereich dazwischen erfolgen, wie zum Beispiel 170 °C bis 210 °C, 170 °C bis 200 °C, 170 °C bis 190 °C, 175 °C bis 200 °C, 175 °C bis 185 °C, ungefähr 180 °C (z. B. ±3 °C) oder andere. Die verbleibenden Wärmebehandlungen (z. B. die eine, zwei oder drei verbleibenden) können bei einer Temperatur von 130 °C bis 170 °C oder jedem Teilbereich dazwischen erfolgen, wie zum Beispiel 135 °C bis 165 °C, 140 °C bis 160 °C, 130 °C bis 150 °C, 145 °C bis 155 °C, 135 °C bis 150 °C, ungefähr 150 °C (z. B. ±3 °C), ungefähr 143 °C (z. B. ±3 °C), oder andere. Jede der Wärmebehandlungen kann von 5 bis 40 Minuten oder jeden Teilbereich dazwischen dauern, wie zum Beispiel 5 bis 35 Minuten, 5 bis 30 Minuten, 10 bis 40 Minuten, 10 bis 35 Minuten, 15 bis 40 Minuten, 5 bis 15 Minuten oder ungefähr 10 Minuten.
In einer Ausführungsform kann es drei Wärmebehandlungen im Einbrennlackierungsvorgang geben, zum Beispiel genau drei. Ein Beispiel eines 3-Schritt-Einbrennlackierungsvorgangs kann eine erste Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 170 °C bis 190 °C für 5 bis 15 Minuten, eine zweite Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 140 °C bis 160 °C für 5 bis 15 Minuten und eine dritte Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 130 °C bis 150 °C für 5 bis 15 Minuten beinhalten. Zum Beispiel kann der 3-Schritt-Einbrennlackierungsvorgang eine erste Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 180 °C für ungefähr 10 Minuten (z. B. ±3 Minuten), eine zweite Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150 °C für ungefähr 10 Minuten und eine dritte Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 143 °C für ungefähr 10 Minuten beinhalten. In Ausführungsformen, die genau zwei Wärmebehandlungen aufweisen, kann die erste Wärmebehandlung gleich der vorstehenden ersten Wärmebehandlung sein und die zweite Wärmebehandlung kann gleich der vorstehenden zweiten oder dritten Wärmebehandlung sein.
Dementsprechend kann der Prozess 100 die Anzahl der Schritte auf der Komponentenverarbeitungsstrecke verringern. Insbesondere das SHT und die Abschreckschritte kann aus der Verarbeitungsstrecke gestrichen werden und können vor dem Prozess 100 abgeschlossen werden. Zum Beispiel können das SHT und das Abschrecken durch den Materialzulieferer abgeschlossen werden oder können an einem anderen Standort oder zu einem anderen Zeitpunkt abgeschlossen werden, der keinen Einfluss auf die zeitliche Steuerung des Prozesses 100 hat. Der Prozess 100 kann auch weniger Raum und/oder weniger Ausrüstung als Prozesse erfordern, die ein SHT und Abschrecken erfordern (z. B. Prozess 10). Der Prozess 100 kann auch eine Einbrennlackierungswärmebehandlung nutzen, um die Festigkeit der Komponenten fertigzustellen ohne eine zusätzliche getrennte Wärmebehandlung zu benötigen, die konkret für die Komponenten im Prozess 100 gedacht ist.
Unter Bezugnahme auf 8 wird ein Ablaufdiagramm 200 für eine weitere alternative Verarbeitungsstrecke für Aluminiumlegierungsbleche der Serie 6XXX gezeigt. Die Schritte 202 und 204 können die gleichen Schritte wie die Schritte 102 und 104 in Prozess 100 sein und werden daher nicht nochmal ausführlich beschrieben. Nachdem die Aluminiumlegierungskomponente mit T4-Härtegrad in den Schritten 202 und 204 geformt wurde, kann die Komponente in Schritt 206 wärmebehandelt werden. Die Wärmebehandlung in Schritt 206 kann eine andere und getrennte Wärmebehandlung von jeder Einbrennlackierungswärmebehandlung sein, die später im Prozess auftritt (z. B. anders als Schritt 110). In einer Ausführungsform kann die Wärmebehandlung 206 eine Einzelschrittwärmebehandlung sein. Die Temperatur der Wärmebehandlung kann von 200 °C bis 250 °C oder jeden Teilbereich dazwischen betragen, wie zum Beispiel 210 °C bis 240 °C, 215 °C bis 235 °C, 220 °C bis 230 °C oder ungefähr 225 °C. Die Zeitdauer der Wärmebehandlung kann bis zu 45 oder 50 Minuten betragen, zum Beispiel 15 bis 45 Minuten, 20 bis 40 Minuten, 25 bis 40 Minuten, 20 bis 35 Minuten, 25 bis 35 Minuten oder ungefähr 30 Minuten.
Die Wärmebehandlung in Schritt 206 kann den Komponenten einen Härtegrad bereitstellen, der ein T6-Härtegrad (maximale Aushärtung) ist oder diesem naheliegt. In einer Ausführungsform können die Komponenten, die durch den Prozess 200 gebildet wurden, eine höhere durchschnittliche Streckfestigkeit als die Komponenten aufweisen, die durch den Prozess 100 gebildet wurden. Zum Beispiel können die Komponenten eine durchschnittliche Streckfestigkeit in der gesamten Komponente von mindestens 300 MPa aufweisen, wie zum Beispiel mindestens 320 MPa oder mindestens 340 MPa.
Im Schritt 208 kann der Bildungsprozess derartig abgeschlossen werden, dass sich die Komponenten im Wesentlichen in ihrer endgültigen Gestalt und Form befinden. In Schritt 210 können die Komponenten, die durch den Prozess 200 gebildet wurden, mit anderen Komponenten montiert werden, die gemäß dem Prozess 200 gebildet sein können oder nicht. In einer Ausführungsform können die Komponenten, die durch den Prozess 200 gebildet wurden, Fahrzeugkomponenten sein, und der Montageschritt 210 kann Montieren der Komponenten mit anderen Komponenten beinhalten, um ein Fahrzeug oder einen Abschnitt eines Fahrzeugs zu bilden. In Schritt 212 können die montierten Komponenten eine Wärmebehandlung durchlaufen, die eine Einbrennlackierungswärmebehandlung sein kann. Diese Wärmebehandlung kann gleich der vorstehend beschriebenen Wärmebehandlung 110 in Prozess 100 sein, dies ist jedoch nicht erforderlich. Die Wärmebehandlung in Schritt 212 kann eine Einzelschritt- oder eine Mehrschrittwärmebehandlung sein. Die Einbrennlackierungswärmebehandlung in Schritt 212 kann einen geringen oder vernachlässigbaren Einfluss auf die Streckfestigkeitseigenschaften der Komponenten aufweisen, die durch den Prozess 200 gebildet wurden. Dies kann der Fall sein, weil die Komponenten schon eine Aushärtungswärmebehandlung in Schritt 206 durchlaufen haben und deshalb kann die relativ kurze und niedrig temperierte Einbrennlackierungswärmebehandlung die Eigenschaften der Komponenten nicht deutlich ändern.
Dementsprechend kann der Prozess 200 die Anzahl der Schritte auf der Komponentenverarbeitungsstrecke verringern. Insbesondere das SHT und die Abschreckschritte kann aus der Verarbeitungsstrecke gestrichen werden und können vor dem Prozess 200 abgeschlossen werden. Zum Beispiel können das SHT und das Abschrecken durch den Materialzulieferer abgeschlossen werden oder können an einem anderen Standort oder zu einem anderen Zeitpunkt abgeschlossen werden, der keinen Einfluss auf die zeitliche Steuerung des Prozesses 200 hat. Der Prozess 200 kann auch weniger Raum und/oder weniger Ausrüstung als Prozesse erfordern, die ein SHT und Abschrecken erfordern (z. B. Prozess 10). Prozess 200 beinhaltet im Gegensatz zu Prozess 100 noch immer eine getrennte Warmauslagerungswärmebehandlung, kann jedoch im Vergleich zu Prozess 100 zu hochfesten Komponenten führen.
Wie vorstehend beschrieben, können die Komponenten, die in den Prozessen 100 und 200 gebildet wurden, geschmiedete Auskragungen beinhalten, zum Beispiel kegelstumpfförmige Auskragungen, die eine Bohrung aufweisen, die darin definiert ist. Diese Auskragungen sowie das unmittelbar umgebende Material können im Vergleich zu Bereichen, die sich entfernt von den Auskragungen befinden, erhöhte Eigenspannung/Eigenbeanspruchung aufweisen. Während der Entwicklung der Prozesse 100 und 200 wurde entdeckt, dass die höheren und niedrigeren Bereiche von Spannung/Beanspruchung derartig zu einem Festigkeitsgefälle in den fertiggestellten Komponenten führen können, dass die Festigkeit im Schmiedebereich höher und in den entfernten (Haupt-)Bereichen niedriger ist. Dies kann nicht wünschenswert sein, zum Beispiel, weil es zu uneinheitlicher Leistung in der gesamten Komponente führen kann oder in Abschnitten der Komponente dazu führen kann, dass sie unter einer Sicherheitsfestigkeitsanforderung liegen.
Die in den Prozessen 100 und 200 gebildeten Komponenten können aus einer Aluminiumlegierung der Serie 6XXX hergestellt sein. Bestimmte Legierungen können jedoch nicht mit den Prozessen vereinbar sein. Zum Beispiel kann ein 6061-Aluminium nicht in einem wärmebehandelten Härtegrad (z. B. T4) bildbar sein oder zumindest nicht in dem Umfang bildbar, der notwendig ist, um die offenbarten geschmiedeten Auskragungen zu bilden. Es wurde entdeckt, dass 6111-Aluminiumlegierungen in der Lage waren, in dem wärmebehandelten Härtegrad in dem Umfang gebildet zu werden, der notwendig ist, um die offenbarten geschmiedeten Auskragungen zu bilden. Aber wie vorstehend beschrieben, wurde herausgefunden, dass es unter bestimmten Umständen ein erhebliches Streckfestigkeitsgefälle zwischen den Schmiedebereichen, welche die Auskragungen umgeben, und dem verbleibenden Hauptteil der Komponente gibt. Diese Herausforderung war einzigartig für die entwickelten Prozesse 100 und 200 im Vergleich zu Prozess 10, wahrscheinlich aufgrund von Faktoren, wie zum Beispiel dem ankommenden O-Härtegrad und dem Lösungsglühen nach dem Bilden im Prozess 10.
Es wurde jedoch entdeckt, dass durch Einengen der Zusammensetzungsbeschränkungen der 6111-Legierung eine erhebliche Verringerung des Streckfestigkeitsgefälles zwischen den geschmiedeten und den Hauptbereichen nach den offenbarten Wärmebehandlungen erreicht werden kann. Wie vorstehend beschrieben weist 6111 ein folgendes Zusammensetzungsprofil auf: 0,5-1 % Magnesium, 0,6-1,1 % Silizium, 0,5-0,9 % Kupfer, 0,1-0,45 % Mangan, bis zu 0,4 % Eisen, bis zu 0,15 % Zink, bis zu 0,1% Chrom, bis zu 0,1 % Titan und andere Elemente bis zu jeweils 0,05 % (insgesamt 0,15 %), wobei sich alle Prozentangaben auf das Gewicht beziehen und der Ausgleich Aluminium ist. Es wurde entdeckt, dass die folgenden Zusammensetzungsprofile das Festigkeitsgefälle verringern können: 0,55-0,95 % Magnesium, 0,55-0,95 % Silizium, 0,5-0,8 % Kupfer, bis zu 0,3 % Mangan, bis zu 0,3 % Eisen, bis zu 0,1 % Zink, bis zu 0,1 % Chrom, bis zu 0,1 % Titan und andere Elemente bis zu jeweils 0,05 % (insgesamt 0,15 %), wobei sich alle Prozentangaben auf das Gewicht beziehen und der Ausgleich Aluminium ist. Dieses Zusammensetzungsprofil wurde entwickelt, um Wiederverwertung durch jeden sicherzustellen, der eine Legierung herstellt, die dieses Profil aufweist. Eine derartige Wiederverwertungsbefähigung ist mit der „typischen“ 6111-Branchenzusammensetzung nicht garantiert.
In mindestens einer Ausführungsform kann das Festigkeitsgefälle zwischen dem Schmiedebereich 54 (z. B. der Bereich der die geschmiedete Auskragung 50 unmittelbar umgibt) und dem Hauptbereich derartig verringert werden, dass eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs innerhalb von 40 % einer durchschnittlichen Streckfestigkeit des Schmiedebereichs liegt. In einer weiteren Ausführungsform kann die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs innerhalb von 30 %, 25 %, 20 % oder 15 % der durchschnittlichen Streckfestigkeit des Schmiedebereichs liegen. Wenn zum Beispiel die durchschnittliche Streckfestigkeit des Schmiedebereichs 320 MPa beträgt und die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs 245 MPa beträgt, liegt der Hauptbereich innerhalb von 25 % des Schmiedebereichs (245/320=76,6 %). In einigen Ausführungsformen kann das Festigkeitsgefälle zwischen dem/den Schmiedebereich(en) und dem Hauptbereich noch kleiner oder nicht vorhanden sein, wenn der Prozess 200 verwendet wird. In einer Ausführungsform kann die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs innerhalb von 15 %, 10 % oder 5 % der durchschnittlichen Streckfestigkeit des Schmiedebereichs liegen. Wenn zum Beispiel die durchschnittliche Streckfestigkeit des Schmiedebereichs 350 MPa beträgt und die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs 325 MPa beträgt, liegt der Hauptbereich innerhalb von 10 % des Schmiedebereichs (325/350=92,9 %).
Wie vorstehend beschrieben können die Prozesse 100 und 200 die durchschnittliche Gesamtstreckfestigkeit der Komponenten erhöhen, welche die durchschnittlich Streckfestigkeit in dem/den Schmiedebereich(en) und im Hauptbereich beinhalten. In einer Ausführungsform kann die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs bei 240 MPa, 250 MPa oder 260 MPa nach der Wärmebehandlung 110 im Prozess 100 liegen. In einer weiteren Ausführungsform kann die durchschnittliche Streckfestigkeit des Schmiedebereichs bei mindestens 260 MPa, 280 MPa, 300 MPa oder 320 MPa nach der Wärmebehandlung 110 im Prozess 100 liegen.
In einigen Ausführungsformen kann der Prozess 200 höhere Streckfestigkeiten in den Schmiede- und Hauptbereichen als im Prozess 100 herstellen. In einer Ausführungsform kann die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs bei mindestens 300 MPa, 320 MPa oder 340 MPa nach der Warmauslagerungswärmebehandlung 206 im Prozess 200 (und nach der Wärmebehandlung 212) liegen. In einer weiteren Ausführungsform kann die durchschnittliche Streckfestigkeit des Schmiedebereichs bei mindestens 300 MPa, 320 MPa oder 340 MPa nach der Warmauslagerungswärmebehandlung 206 im Prozess 200 (und nach der Wärmebehandlung 212) liegen. Dementsprechend können sowohl der Haupt- als auch die Schmiedebereiche eine gleiche durchschnittliche Streckfestigkeit aufweisen und beide können mindestens bei 300 MPa, 320 MPa oder 340 MPa liegen.
Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 werden experimentelle Härte- und Festigkeitsdaten für eine Komponente gezeigt, die gemäß dem Prozess 10 (Spalte/Zeile 1), den ersten beiden Schritten der Prozesse 100/200 (Spalte/Zeile 2), dem Prozess 100 (Spalte/Zeile 3) und dem Prozess 200 (Spalte/Zeile 4) gebildet wurden. 9 ist eine Tabelle, welche die Härte-/Streckfestigkeitsdaten für 10 Standorte zeigt, die den in 6 gezeigten Standorten entsprechen. Die Standorte 1-3 befinden sich nahe der geschmiedeten Auskragung und werden deshalb, wie vorstehend beschrieben, als im Schmiedebereich liegend oder nahe diesem angesehen. Die Standorte 4-10 befinden sich entfernt der geschmiedeten Auskragung und werden deshalb als im Hauptbereich liegend angesehen. Durchschnittliche Härtewerte und Streckfestigkeitswerte werden für jeden Standort für jeden der vier Prozesse gezeigt.
Wie im ersten Satz der Spalten gezeigt, zeigt die Komponente, die gemäß Prozess 10 gebildet wurde, nur einen vernachlässigbaren Unterschied zwischen den beiden Bereichen. Wie vorstehend beschrieben kann dies aufgrund des Unterschieds bei der Verarbeitung, insbesondere der zusätzlichen Wärmebehandlung (SHT), die in Prozess 10 beinhaltet ist, und dem verschiedenen Härtegrad zu Beginn (O gegenüber T (z. B. T4)) sein. Der zweite Satz von Spalten zeigt die Festigkeitsdaten für eine Komponente, die aus der verengten 6111-Legierungszusammensetzung aber lediglich durch den Bildungsschritt (z. B. fortschreitendes Schmieden) gebildet wurde. Wie gezeigt, ist die durchschnittliche Festigkeit im Schmiedebereich wesentlich größer als die Festigkeit im Hauptbereich. Zusätzlich ist die Festigkeit im Hauptbereich geringer als die der Komponente, die durch den Prozess 10 gebildet wurde.
Der dritte und vierte Satz von Spalten zeigt die Eigenschaften von Komponenten, die durch die Prozesse 100 bzw. 200 gebildet wurden. Die Komponenten in beiden Prozessen wurden aus der verengten 6111-Legierungszusammensetzung hergestellt. Im dritten Satz von Spalten, die dem Prozess 100 entsprechen, kann man sehen, dass die durchschnittliche Streckfestigkeit im Schmiedebereich im Vergleich zu Spalte zwei erhöht ist. Zusätzlich ist die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs in einem noch größeren Ausmaß erhöht, das fast das Niveau des Schmiedebereichs in Spalte zwei erreicht. Es gibt immer noch ein Gefälle in der dritten Spalte, aber dieses ist wesentlich geringer als das der nicht wärmebehandelten Komponente in Spalte zwei (eine Erhöhung von 25,2% im Vergleich zu einer Erhöhung von 56,1 %). Außerdem ist die durchschnittliche Streckfestigkeit insgesamt (alle zehn Punkte) von Spalte zwei zu Spalte drei wesentlich erhöht (33,8 %).
Im vierten Satz von Spalten, die dem Prozess 200 entsprechen, kann man sehen, dass die durchschnittliche Streckfestigkeit im Schmiedebereich im Vergleich zu den Spalten zwei und drei erhöht ist. Zusätzlich ist die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs in einem noch größeren Ausmaß als in Spalte 3 erhöht und übersteigt das Niveau des Schmiedebereichs in den Spalten zwei und drei. Es gibt immer noch ein sehr geringes Gefälle in der vierten Spalte, aber dieses ist wesentlich geringer als die Gefälle in den Spalten zwei und drei (Erhöhung von 2,9 % im Vergleich zu 56,1 % bzw. 25,2 %). Außerdem ist die durchschnittliche Streckfestigkeit insgesamt (alle zehn Punkte) für Spalte vier wesentlich größer als die Spalten zwei und drei (65,7 % bzw. 23,8 %).
Dementsprechend haben die Wärmebehandlungen sowohl im Prozess 100 als auch im Prozess 200 das Gefälle der Streckfestigkeit im Vergleich zu der gebildeten Komponente aus dem Aluminiumlegierungsblech mit T4-Härtegrad verringert. Zusätzlich erzeugten beide Prozesse eine Komponente, die weit überlegene Festigkeit in der gesamten Komponente als der Prozess 10 aufweist. Die Prozesse 100 und 200 führen deshalb zu überlegenen Komponenten im Hinblick auf Streckfestigkeit und verringern außerdem die Anzahl der Schritte im Prozess, wodurch Zeit gespart wird und Kosten verringert werden. Der Prozess 200 führte zu einer höheren durchschnittlichen Festigkeit und einem verringerten Festigkeitsgefälle im Vergleich zu Prozess 100, aber der Prozess 100 stellt immer noch einen Vorteil gegenüber Prozess 100 bereit und weist den vereinfachtesten Prozessablauf auf.
Unter Bezugnahme auf 10 werden durchschnittliche Härte- und Streckfestigkeitsdaten gezeigt, welche die geschmiedete Auskragung mit den umgebenden Bereichen vergleichen. Der erste Satz von Spalten entspricht Datenpunkten auf der geschmiedeten Auskragung selbst, während der zweite Satz von Spalten einem Durchschnitt der zehn vorstehend beschriebenen und in 6 gezeigten Datenpunkte entspricht (z. B. den Schmiedebereich und den Hauptbereich). Die erste Zeile entspricht einer Komponente, die durch den Prozess 10 gebildet wurde. Wie in der Tabelle gezeigt, gibt es sehr geringe Unterschiede zwischen der durchschnittlichen Streckfestigkeit der Auskragung und dem Rest der Komponente. Wie vorstehend beschrieben, ist dies aufgrund des Härtegrades des Materials und dem Lösungsglühschritt wahrscheinlich.
Die zweite Zeile entspricht der Komponente, die mit einem T4-Härtegrad gebildet aber nicht wärmebehandelt wurde. Wie gezeigt, ist die durchschnittliche Streckfestigkeit der Auskragung wesentlich höher als der verbleibende Hauptteil, was zu einem sehr großen Gefälle zwischen den beiden führt (62,9 %). Die dritte Zeile entspricht einer Komponente, die gemäß dem Prozess 100 gebildet wurde. Die Daten zeigen, dass noch immer ein Gefälle zwischen der Auskragung und dem verbleibenden Hauptteil besteht, dass dieses aber wesentlich kleiner als in Zeile zwei ist (30,2 %). Zusätzlich sind die durchschnittlichen Streckfestigkeiten sowohl der Auskragung als auch des verbleibenden Hauptteils höher als in Zeile zwei. Die vierte Zeile entspricht einer Komponente, die gemäß dem Prozess 200 gebildet wurde. Die Daten zeigen, dass es ein sehr kleines Gefälle zwischen den beiden Probebereichen gibt. Tatsächlich zeigt die Auskragung eine leichte Senkung der durchschnittlichen Streckfestigkeit (2,6 %). Die durchschnittliche Streckfestigkeit des verbleibenden Hauptbereichs ist im Vergleich zu Zeile drei in Zeile vier wesentlich höher. Dementsprechend zeigen die Daten in 10 weiter, dass die Prozesse 100 und 200 beide das Streckfestigkeitsgefälle im Vergleich zu der gebildeten Komponente verringern und dass beide Prozesse zu einer höheren durchschnittlichen Streckfestigkeit im Vergleich zu Prozess 10 führen. Der Prozess 200 ist wieder gleichmäßiger und führt zu einer höheren durchschnittlichen Streckfestigkeit als Prozess 100.
Zwar wurden vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, doch wird damit nicht die Absicht verfolgt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke stellen vielmehr beschreibende als einschränkende Ausdrücke dar, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale unterschiedlicher umgesetzter Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden.

Claims

Verfahren, umfassend: Bilden einer Komponente aus einem Blech lösungsgeglühten, abgeschreckten und gealterten Aluminiums der Serie 6xxx, das eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Blechs von mindestens 100 MPa aufweist; Anbringen der Komponente an einer Baugruppe; Lackieren von mindestens einem Abschnitt der Baugruppe; und Wärmebehandeln der Baugruppe, um den Lack auszuhärten und den Durchschnittsertrag einer Komponente auf mindestens 240 MPa zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Blech eine T4-Härte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der fortschreitende Schmiedevorgang eine geschmiedete Auskragung in der Komponente bildet und einen Schmiedebereich erzeugt, der die geschmiedete Auskragung umgibt, wobei der Schmiedebereich verformter ist als ein Hauptbereich der Komponente während des fortschreitenden Schmiedens.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die geschmiedete Auskragung kegelstumpfförmig ist und der Schmiedebereich ein Kreis mit der mittigen kegelstumpfförmigen geschmiedeten Auskragung ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Wärmebehandlungsschritt eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Schmiedebereichs und des Hauptbereichs erhöht und ein Festigkeitsgefälle dazwischen verringert.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Wärmebehandlungsschritt eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs um einen Betrag erhöht, der größer ist, als der des Schmiedebereichs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wärmebehandlungsschritt 2 bis 4 Wärmebehandlungszyklen beinhaltet, wobei jeder Wärmebehandlungszyklus bei einer Temperatur von 140 °C bis 210 °C vorgenommen wird und 10 bis 30 Minuten andauert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei jeder Wärmebehandlungszyklus bei einer Ofentemperatur erfolgt, die um lediglich ±5 °C während einer Gesamtdauer der Wärmebehandlung variiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es keine zusätzlichen Warmauslagerungswärmebehandlungen zwischen dem Bildungsschritt und dem Lackierungsschritt gibt.
Verfahren, umfassend: fortschreitendes Schmieden einer Komponente aus einem Aluminiumblech mit T4-Härte der Serie 6xxx unter Verwendung mehrerer Gesenke; und Warmauslagern der Komponente bei 210 °C bis 240 °C für 20 bis 40 Minuten auf eine durchschnittliche Streckfestigkeit der Komponente von mindestens 300 MPa.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Warmauslagerungsschritt Warmauslagern der Komponente bei 220 °C bis 230 °C für 25 bis 35 Minuten beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der fortschreitende Schmiedeschritt Bilden einer geschmiedeten Auskragung in der Komponente beinhaltet und einen Schmiedebereich erzeugt, der die geschmiedete Auskragung umgibt, wobei der Schmiedebereich verformter ist als ein Hauptbereich der Komponente während des fortschreitenden Schmiedens.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Warmauslagerungsschritt eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Schmiedebereichs und eine durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs erhöht und ein Festigkeitsgefälle dazwischen verringert.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs innerhalb 5-15 % der durchschnittlichen Streckfestigkeit des Schmiedebereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die durchschnittliche Streckfestigkeit des Hauptbereichs und des Schmiedebereichs bei mindestens 320 MPa liegt.