DE10231437B4

DE10231437B4 - Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumknetlegierungsprodukts

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Publication number: DE10231437B4
Application number: DE10231437.3A
Authority: DE
Inventors: Job Anthonius van der Hoeven; Bruno Schepers; Linzhong Zhuang; Jean Pierre Jules Baekelandt; Peter de Smet
Original assignee: Corus Aluminium NV; Corus Aluminium Walzprodukte GmbH
Current assignee: Alvance Aluminium Duffel BV; Novelis Koblenz GmbH
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: ITTO20020710A0; FR2828498B1; ITTO20020710A1; GR20020100348A; DE10231437A1; EP1461465A1; FR2828498A1; WO2003014405A1; GR1004282B; US7727346B2; ATE429521T1; AU2002331383B2; US20040261922A1; WO2003014405A8; EP1461465B1; US20070187009A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Magnesium-Knetlegierungsprodukts, hergestellt durch die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte:(i) Vorsehen eines Zwischenlegierungsprodukts mit folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):3,1 < Mg < 4,50,4 < Mn < 0,850,4 < Zn < 0,80,06 < Cu < 0,24Cr < 0,25Fe < 0,35Si < 0,2Zr < 0,05Ti < 0,3Verunreinigungen jeweils ≤ 0,05 und gesamt max. 0,15,und der Rest Aluminium,(ii) Kaltbearbeiten des Zwischenlegierungsprodukts auf eine endgültige Stärke, um ein Zwischenknetprodukt zu erhalten,(iii) Anlassen des Zwischenknetprodukts, indem das Produkt mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit im Bereich von 50 bis 200°C/Sek. erwärmt wird, das Produkt auf einer Durchwärmungstemperatur im Bereich von 480 bis 570°C für eine Dauer von bis zu 100 Sek. gehalten wird, worauf eine Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von 100 bis 500°C/Sek. unter eine Temperatur von 150°C folgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumknetlegierungsprodukts, insbesondere eines gewalzten Aluminium-Magnesium-Legierungsprodukts.
Solche Aluminium-Magnesium-Produkte werden bekanntlich in Form von Blechen oder Platten bei der Konstruktion von geschweißten oder gefügten Strukturen wie bei Schiffs-, Automobil- und Flugzeuganwendungen, Speichertanks, Druckgefäßen, Land- oder Marinestrukturen verwendet. Geknetete Produkte sind Produkte, die einer mechanischen Bearbeitung durch Verfahren wie Walzen, Extrudieren oder Schmieden unterzogen wurden. Gewalzte Produkte können eine Stärke bis zu etwa 200 mm haben.
Eine wohlbekannte Standardlegierung mit angemessener Formbarkeit und Schweißbarkeit ist die Legierung 5454 der Aluminium Association (AA) mit folgender Nennzusammensetzung in Gew.-%:

2,4≤ Mg ≤ 3,0
0,50 ≤ Mn ≤ 1,0
Zn ≤ 0,25
Cu ≤ 0,10
0,05 ≤ Cr ≤ 0,20
Fe ≤ 0,40
Si ≤ 0,25
Ti ≤ 0,20;
andere jeweils ≤ 0,05 und gesamt maximal 0,15;
und der Rest Aluminium.

Die Formbarkeit und die Schweißbarkeit der Standardlegierung AA5454 reichen zwar für viele Anwendungen aus, aber die Legierung erfüllt nicht die höheren Festigkeitsniveaus. Ständig strebt man danach, die Stärken zu reduzieren, wobei dazu grundsätzlich die Festigkeit erhöht werden muß. Bei dem ziemlich niedrigen Mg-Niveau ist das Legierungsprodukt nicht für intergranulare Korrosion („IGC“) anfällig.
Von der Standardaluminiumlegierung AA5083, die einen Mg-Gehalt zwischen 4,0 und 4,9 Gew.-% hat, ist die Anfälligkeit gegenüber IGC bekannt. Dies ist höchst unerwünscht, da ein Legierungsprodukt mit einer niedrigen Beständigkeit gegen IGC nicht zuverlässig verwendet werden kann, insbesondere bei Gebrauchstemperaturen über 65°C.
Die deutsche Auslegeschrift 1 027 409 offenbart eine Verwendung von Aluminium-Zink-Magnesium-Kupfer-Legierungen für Rohre, Stangen und Profile, welche 2 bis 10% Zn, 1 bis 6% Mg und 0.01 bis 3% Cu enthalten.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 769 564 A1 lehrt eine Al-Mg-Legierung, welche (in Gew.-%) 4,2 bis 4,8 Mg, < 0,5 Mn, < 0,4 Zn, < 0,45 Fe, < 0,30 Si und optional < 0,15 Cr, < 0,25 Cu, < 0,20 Ti und < 0,20 Zr aufweist.
Das US-Patent 5,759,302 lehrt AI-Legierungen mit ausgezeichneter Bruchzähigkeit, Ermüdungseigenschaften und Formbarkeit, welche 1 bis 8 Gew.-% Cu und eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus Mn, Cr, Zr und Mg aufweisen.
Die japanische Patentanmeldung JP H09-031615 A offenbart eine Al-Mg-Legierung welche 0,5 bis 8 Gew.-% Mg, und mindestens ein Element aus der Gruppe 0,1 bis 0,5 Gew.-% Mn, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Cu und 0,05 bis 0,2 Gew.-% Zn enthält.
Die japanische Patentanmeldung JP H05-140687 A offenbart Al-Platten für Automobilteile welche 4 bis 5% Mg und 0,1 bis 0,5% Mn sowie mindestens ein oder zwei Elemente aus der Gruppe 0,05 bis 0,5% Cu, 0,1 bis 0,3% Fe und 0,1 bis 0,5 Zn enthalten.
Die japanische Patentanmeldung JP H04-107237 A offenbart Al-Platten für Dosendeckel welche 2 bis 4% Mg und 0,5 bis 1,2% Mn sowie mindestens ein Element aus der Gruppe ≤ 0,6% Cu, ≤ 0,3% Cr und ≤ 0,5% Zn enthalten.
Die japanische Patentanmeldung JP H02-008353 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer AI-Legierung welche 3 bis 5% Mg, 0,06 bis 0,6 Zn, 0,3 bis 2,0 Cu sowie mindestens ein oder zwei Elemente aus der Gruppe 0,03 bis 0,5 Mn, 0,03 bis 0,3 Cr, 0,005 bis 0,3 Ti und 0,0005 bis 0,05 B enthält.
Die japanische Patentanmeldung JP S63-125645 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Legierungs-Material, welches feine Kristallkörner aufweist.
Die japanische Patentanmeldung JP S59-157235 A offenbart die Herstellung eines Aluminium-Legierungs-Materials zur Laser-Spiegel-Reflektion.
Die deutsche Patentschrift 508 155 lehrt ein Verfahren zur Erzeugung feinkörniger Rekristallisationsstruktur bei Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.
Die deutsche Patentschrift 948 452 offenbart aushärtbare Aluminiumlegierungen mit Zink und Mg, deren Herstellung zum Halbzeug im Wesentlichen oberhalb 300°C vorgenommen werden.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 823 489 A1 lehrt eine Al-Mg-Mn-Legierung, welche (in Gew.-%) 3,0 < Mg < 6,5, 0,2 < Mn < 1,0, < 0,8 Fe, 0,05 < Si < 0,6 und < 1,3 Zn und optional < 0,15 Cr, und/oder Cu, Ti, Ag, Zr, V, jeweils <0,30, aufweist.
Die internationale Patentanmeldung WO 00/26020 lehrt eine zusammengesetzte Aluminium-Platte, welche zwei parallele Platten und/oder Bleche aufweist.
Die internationale Patentanmeldung WO 00/66800 lehrt eine Aluminium-Magnesium Legierung mit 3,5 bis 6 Gew.-% Mg.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren für ein Aluminiumknetlegierungsprodukt vorzusehen, wobei das Aluminiumknetlegierungsprodukt im Vergleich zu einem ähnlichen Wärmebehandlungszustand eine höhere Festigkeit als die Standardlegierung AA5454 und eine Formbarkeit hat, die wenigstens so gut wie die Formbarkeit der Standard-AA5454 in einen ähnlichen Zustand ist, und die auch wenigstens so gut schweißbar ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren für ein Knetlegierungsprodukt vorzusehen, wobei das Knetlegierungsprodukt im Vergleich zu einem ähnlichen Wärmebehandlungszustand ähnliche mechanische Eigenschaften wie die Standardlegierung AA5083 hat, insbesondere bezüglich Festigkeit und Formbarkeit, und das gleichzeitig eine bessere Beständigkeit gegen IGC als die Standard-AA5083 hat, wenigstens, wenn die AA5083 in einem O-Wärmebehandlungszustand ist.
Darüber hinaus liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren für ein Knetlegierungsprodukt vorzusehen, wobei das Knetlegierungsprodukt im Vergleich zu einem ähnlichen Wärmebehandlungszustand ähnliche mechanische Eigenschaften wie die Standardlegierung AA5083 hat, insbesondere bezüglich Festigkeit und Formbarkeit, und das gleichzeitig eine Beständigkeit gegen IGC hat, die ähnlich wie diejenige einer Standardlegierung AA5454 oder besser ist.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Aluminium-Magnesiumlegierung in Form eines Knetprodukts mit folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) vorgesehen:

3,1 < Mg < 4,5
0,4 < Mn < 0,85
0,4 < Zn < 0,8
0,06 < Cu < 0,24
- Cr < 0,25
- Fe < 0,35
- Si < 0,2
- Zr < 0,05
- Ti < 0,3;
Verunreinigungen jeweils ≤ 0,05 und gesamt max. 0,15;
und der Rest Aluminium.

Im erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Knetlegierungsprodukt vorgesehen sein, das eine höhere Festigkeit als die AA5454 hat. Ebenso können die Schweißverbindungen eine höhere Festigkeit als die Standard-AA5454-Schweißstellen haben, wenn das gleiche oder ein ähnliches Tempermaterial verwendet wird. Überraschenderweise hat das Verfahrensprodukt nach der Erfindung eine gute Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen IGC. In der Vergangenheit nahm man an, daß die Beständigkeit gegen IGC normalerweise reduziert ist, wenn der Mg-Gehalt etwa 3,0 Gew.-% überschreitet, aber die Beständigkeit des Produkts nach der Erfindung gegen IGC ist hoch im Vergleich zu den bekannten Knetprodukten der Reihe AA5xxx mit einem MgGehalt von mehr als 3,1 Gew.-%.
Man hat herausgefunden, daß das Knetlegierungsprodukt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Gewichtsverlust von weniger als 15 mg/cm², insbesondere sogar weniger als 6 mg/cm² bei einem Test nach ASTM G67 hat, nach einer Sensibilisierung bei einer Temperatur von 100°C während 100 Stunden.
Man nimmt an, daß die verbesserte, mit der Erfindung verfügbare Eigenschaftsbilanz, insbesondere die höhere Festigkeit in Kombination mit der verbesserten Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen IGC, von der ausgeglichenen Kombination der Legierungselemente Mg, Mn, Zn und Cu in den angegebenen Bereichen herrührt. Insbesondere nimmt man an, daß die Cu- und Zn-Niveaus in den Bereichen nach der Erfindung zu der Festigkeit des Aluminiumknetlegierungsprodukts beitragen und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere die Beständigkeit gegen IGC und Schichtkorrosion optimieren.
Mg ist das Hauptstärkungselement in dem Legierungsprodukt. Mg- Niveaus über 3,1 Gew.-% liefern die erforderliche Festigkeit. Die Menge an Mg sollte 4,5 Gew.-% nicht übersteigen, damit die erforderliche Korrosionsbeständigkeit erhalten werden kann. Die Menge an Mg übersteigt bevorzugt nicht 4,4 Gew.-%, was gut ist für die Bruchzähigkeit und die bequemere Herstellung. Bei einer Ausführungsform beträgt die Menge an Mg mehr als 3,6 Gew.-%. Hierdurch ist das erwünschte Gleichgewicht der Charakteristika des Legierungsprodukts besser erreicht. Besonders überraschend ist, daß selbst bei mehr als 3,6 Gew.-% Mg, aber weniger als 4,5 Gew.-% die Beständigkeit gegen IGC ausreichend gut bleibt. Die untere Grenze für Mg ist bevorzugt 3,8 Gew.-%, und bevorzugter ist die Menge an Mg höher als 4,05 Gew.-%, wodurch ein Legierungsprodukt mit einer besser optimierten Bilanz von Zugfestigkeit, Dehngrenze und Korrosionsverhalten vorgesehen ist.
Mn ist ein wesentliches Legierungselement. In Kombination mit Mg liefert Mn die Festigkeit in dem Knetprodukt sowie in den Schweißverbindungen der Legierung. Mn-Niveaus unter 0,4 Gew.-% können nicht eine ausreichende Festigkeit für die Schweißverbindungen der Legierung liefern. Über 0,85 Gew.-% leiden die wünschenswerten Formbarkeitscharakteristika des Legierungsprodukts zu stark. Bei einer Ausführungsform übersteigt die Menge an Mn nicht 0,69 Gew.-% und bevorzugt nicht 0,6 Gew.-%, um die Formbarkeit in der Bilanz der mechanischen Eigenschaften weiter zu optimieren. Darüber hinaus beträgt die Menge an Mn bevorzugt mehr als 0,45 Gew.-%, bevorzugter ist Mn mehr als 0,5 Gew.- %, um eine ausreichende Festigkeit in der Bilanz der mechanischen Eigenschaften zu erhalten.
Zn ist ein wichtiger Zusatz für die Korrosionsbeständigkeit der Legierung und für die Formbarkeit. Die Beigabe von wenigstens 0,4 Gew.- % Zn ist erforderlich, um eine ausreichende Beständigkeit gegen IGC zu erreichen. Bei einem Zn-Gehalt über 0,8 Gew.-% ist die gleichmäßige Dehnung deutlich reduziert, wodurch die Formbarkeit des Legierungsprodukts beeinträchtigt ist, d. h. die Rückbiegbarkeit beeinträchtigt ist. Bei einer Ausführungsform übersteigt die Menge an Zn nicht 0,75 Gew.-%, als gute Absicherung gegen Schichtkorrosion in Kombination mit einer guten Formbarkeit. Bevorzugt übersteigt die Menge an Zn nicht 0,6 Gew.-%, um die Bilanz der erwünschten Charakteristika des Legierungsprodukts weiter zu optimieren.
Überraschenderweise hat man herausgefunden, daß Cu in einem engen Bereich die Beständigkeit gegen IGC erhöht, obwohl der Mg-Gehalt relativ hoch ist. Normalerweise wird eine absichtliche Beigabe von Cu bei Aluminium-Magnesium-Legierungen dieses Typs vermieden, da man annimmt, daß es für die Korrosionsbeständigkeit schädlich ist. Liegt Cu über 0,06 Gew.-% vor, dann hat man eine positive Wirkung auf die Korrosionsbeständigkeit gefunden. Allerdings sollte Cu unter 0,24 Gew.-% gehalten werden, um eine nachteilige Wirkung auf die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere die Beständigkeit gegen Lochkorrosion zu vermeiden. Bei einer Ausführungsform beträgt die Menge an Cu mehr als 0,075 Gew.-% und bevorzugt mehr als 0,1 Gew.-%. Damit ist eine gute Beständigkeit gegen IGC besser gewährleistet. Im erfindungsgemäßen Verfahren übersteigt die Menge an Cu nicht 0,24 Gew.-%. Damit ist der Ausgleich der gewünschten Charakteristika besser erreicht. Die Menge an Cu übersteigt bevorzugt nicht 0,18 Gew.-%, um die Korrosionsbeständigkeit in einer Schweißzone zu erhalten. Bevorzugter übersteigt Cu nicht 0,15 Gew.-%, um besser eine gute Korrosionsbeständigkeit in einer Schweißzone zu gewährleisten. Ebenso ist die allgemeine Beständigkeit gegen IGC in dem Produkt verbessert.
Fe ist nicht ein wesentliches Legierungselement, aber es liegt gewöhnlich in der Legierung vor, da es häufig in dem Quellmaterial vorliegt. Fe bildet Al-Fe-Mn-Verbindungen während des Gießens, wodurch die günstigen Effekte von Mn eingeschränkt werden. Deshalb darf Fe nicht in einer Menge von 0,35 Gew.-% oder mehr vorliegen. Für die mechanischen Eigenschaften des Produkts, insbesondere die Formbarkeit, ist die Menge an Fe bevorzugt unter 0,2 Gew.-% gehalten.
Si ist nicht ein wesentliches Legierungselement. Es kombiniert sich ebenfalls mit Fe, um grobe Al-Fe-Si-Phasenteilchen zu bilden, die die Dauerfestigkeit und die Bruchzähigkeit der Schweißverbindungen der Legierung beeinträchtigen können. Deshalb wird das Si-Niveau auf maximal 0,2 Gew.-% gehalten. Die Menge an Si wird bevorzugt auf einem Maximum von 0,12 Gew.-% und bevorzugter auf einem Maximum von 0,10 Gew.-% gehalten, um besser günstige Formbarkeitscharakteristika des Legierungsprodukts zu gewährleisten.
Zr ist nicht wesentlich für das Erreichen des verbesserten Korrosionsverhaltens in der Legierung, aber es kann in der Wirkung eine kornverfeinerte Struktur in der Schmelzzone von Schweißverbindungen erreichen. Zr-Niveaus über 0,25 Gew.-% sind zu vermeiden, da dies tendenziell zu sehr groben, nadelförmigen Primärteilchen führt, womit eine Verschlechterung der bequemen Herstellung der Legierungen und der Formbarkeit des Knetlegierungsprodukts einhergeht.
Zr kann die Bildung unerwünschter, grober Primärprodukte, insbesondere zusammen mit Ti bewirken. Bei der Erfindung übersteigt deshalb die Menge an Zr nicht 0,05 Gew.-%. Darüber hinaus kann es günstig sein, Zr aus spezifischen Recycling-Gründen von Schrottmaterial fernzuhalten. Dazu ist bevorzugter, die Anwesenheit von Zr auf weniger als 0,01 Gew.-% zu begrenzen.
Ti wird häufig als Korn-Refiner während der Verfestigung von gegossenen Barren sowie Schweißverbindungen verwendet, die unter Verwendung des Legierungsprodukts der Erfindung hergestellt sind. Dieser Effekt wird mit einem Ti-Gehalt von weniger als 0,3 Gew.-% und bevorzugt weniger als 0,15 Gew.-% erhalten. Ti kann teilweise oder ganz durch V im gleichen Zusammensetzungsbereich ersetzt sein.
Cr ist ein optionales Legierungselement, das die Korrosionsbeständigkeit und die Festigkeit des Legierungsprodukts weiter verbessert. Allerdings begrenzt Cr die Lösbarkeit von Mn und, falls vorhanden, auch die von Zr. Deshalb darf zur Vermeidung der Bildung von unerwünschten groben Primärprodukten das Cr- Niveau nicht über 0,25 Gew.-% liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt Cr in einem Bereich von 0,06 bis 0,2 Gew.-% und bevorzugter im Bereich von 0,11 bis 0,2 Gew.-% vor.
Für viele Anwendungen ist es günstig, wenn das Aluminiumknetlegierungsprodukt ein gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt wie ein Blech oder ein Plattenprodukt ist.
Das Aluminiumlegierungsprodukt kann einem weiten Bereich von Stärken, z. B. bis zu 200 mm vorgesehen sein, aber eine bevorzugte Stärke für das Aluminiumlegierungsprodukt nach der Erfindung liegt im Bereich von 0,7 bis 4 mm und bevorzugter im Bereich von 1,6 bis 2,4 mm.
Das Verfahrens-Legierungsprodukt kann in verschiedenen Wärmebehandlungszuständen geliefert werden. Allerdings sollte es für die Gruppe von Anwendungen, für die das Legierungsprodukt ideal geeignet ist, ein Wärmebehandlungszustand sein, der einem weichbearbeiteten Zustand ähnlich ist, auch als ein „O“-Wärmbehandlungszustand bekannt, oder im Falle von Blechen oder Platten ein leichter „H“- Wärmebehandlungszustand wie z. B. ein H111-Wärmebehandlungszustand.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Zugfestigkeit des Legierungsprodukts im O-Wärmebehandlungszustand bei 50°C, selbst nach dem Halten des Produkts auf dieser Temperatur für 1000 Stunden, wenigstens 280 MPa, und die Dehnfestigkeit bei 50°C beträgt, selbst nach dem Halten des Produkts auf dieser Temperatur für 1000 Stunden, wenigstens 130 MPa. Hiermit ist erreicht, daß das Knetlegierungsprodukt ausreichend gute und nachhaltige mechanische Eigenschaften bei Betriebsbedingungen hat.
Die Dehnfestigkeit des Knetlegierungsprodukts beträgt bei 100°C, selbst nach dem Halten des Produkts auf dieser Temperatur, wenigstens 120 MPa und bevorzugter wenigstens 125 MPa. Damit ist erreicht, daß das Knetlegierungsprodukt ausreichend gute und nachhaltige mechanische Eigenschaften bei härteren Betriebsbedingungen hat.
Der Dehnungswert A50 des Verfahrens-Produkts nach der Erfindung beträgt wenigstens 20%. Hiermit ist erreicht, daß die Dehnung, die ein Maß für die Formbarkeit ist, wenigstens so gut wie diejenige einer Standard-AA5083-Legierung in einem ähnlichen, weichbearbeiteten Wärmbehandlungszustand ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine geschweißte Struktur, die wenigstens ein Profil des Produkts nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Die Legierung nach einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung ist außerordentlich geeignet zur Anwendung in einer solchen geschweißten Struktur wegen ihrer hervorragenden Schweißbarkeit und ihrer hohen Festigkeit in einer Schweißzone.
Die Erfindung betrifft ferner ein Druckgefäß, insbesondere ein geschweißtes Druckgefäß, das einen Mantel aufweist, der das insbesondere gewalzte Aluminium-Magnesium-Knetlegierungsprodukt nach einer oben beschriebenen Ausführungsform aufweist. Aufgrund der erhöhten Festigkeit kann ein solches Druckgefäß eine derart verringerte Stärke aufweisen, daß es ein niedrigeres Gewicht hat. Darüber hinaus können die Korrosionseigenschaften verbessert sein. Das Druckgefäß nach diesem Gesichtspunkt kann bei einer höheren Gebrauchstemperatur, insbesondere 65°C verwendet werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Luftfederungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das das oben beschriebene Druckgefäß aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Bremssystem für ein Transportfahrzeug, das das oben beschriebene Druckgefäß aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Transportfahrzeug, das ein solches Brems- oder Luftfederungssystem aufweist. Das Transportfahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug sein, das das oben erwähnte Bremssystem aufweist. Wegen der guten Korrosionseigenschaften kann das Bremssystem oder das Luftfederungssystem auf exponierte Weise an dem Fahrzeug angebracht sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumknetlegierungsprodukts weist die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte auf:

i) ein Zwischenlegierungsprodukt mit einer Zusammensetzung nach der oben erwähnten Zusammensetzung wird vorgesehen;
ii) das Zwischenlegierungsprodukt wird auf eine endgültige Stärke kaltbearbeitet, um ein Zwischenknetprodukt zu erhalten;
iii) das Zwischenknetprodukt wird angelassen, indem das Produkt mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit im Bereich von 50 bis 200°C/Sek. erwärmt wird, das Produkt wird auf einer Durchwärmungstemperatur im Bereich von 480 bis 570°C für eine Dauer von bis zu 100 Sek. gehalten, worauf eine Abkühlung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit im Bereich von 100 bis 500°C/Sek. unter eine Temperatur von 150°C folgt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist erreicht, daß der positive Einfluß von Cu auf die Beständigkeit gegen IGC voll ausgenutzt wird. Obwohl das Aluminiumknetlegierungsprodukt gute Eigenschaften hat, wenn andere Anlaßschemata angewandt werden, nimmt man an, daß der positive Einfluß von Cu auf die Korrosionseigenschaften durch das Anlaßschema von Schritt iii. verstärkt wird.
Dieses Anlaßschema kann in einer kontinuierlichen Anlaßanlage angewandt werden. Die erforderlichen Erwärmungsgeschwindigkeiten können beispielsweise durch homogene Erwärmung mittels induktiver Erwärmung erreicht werden. Dies verleiht dem Blech verbesserte mechanische Eigenschaften. Die erforderlichen Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten können für Stärken bis zu 4 mm erreicht werden, aber die erforderlichen Geschwindigkeit sind besonders machbar, wenn die Stärke dünner als 2,4 mm ist.
Besonders günstige Ergebnisse wurden bei einer Ausführungsform der Erfindung erhalten, wo die Durchwärmungstemperatur im Bereich zwischen 520 und 550°C liegt.
Man hat herausgefunden, daß die Bilanz der Charakteristika des durch das Verfahren hergestellten Produkts besser bei einer Ausführungsform optimiert ist, wo das Produkt auf der Durchwärmungstemperatur für bis zu 40 Sek. gehalten wird.
Die Erwärmungsgeschwindigkeit liegt bei wenigstens 50°C/Sek. und bevorzugt wenigstens 80°C/Sek. Man hat herausgefunden, daß damit die Bilanz zwischen den mechanischen Eigenschaften und der Beständigkeit gegen IGC günstiger ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Durchwärmen wenigstens 100°C/Sek. beträgt.
Nun wird die Erfindung unter Bezug auf Laborexperimente beschrieben.

Es wurden verschiedene Walzblöcke mit den in der folgenden Tabelle 1 gezeigten chemischen Zusammensetzungen, Rest Aluminium, gegossen. Die Walzblöcke A und B entsprechen einer Standard- AA5454-Legierung bzw. einer Standard-AA5083-Legierung, und die Walzblöcke C bis F sind nach der Erfindung. Tabelle 1: Zusammensetzungen (in Gew.-%) der gegossenen Walzblöcke (Rest Al und Verunreinigungen)

Walzblock	Erf.	Mg	Mn	Zn	Cu	Cr	Fe	Si	Zr	Ti
A	nein	2,7	0,75	0,02	0,005	0,10	0,30	0,16	0,001	0,02
B	nein	4,5	0,50	0,03	0,005	0,10	0,31	0,16	0,001	0,015
C	ja	4,29	0,50	0,54	0,085	0,14	0,14	0,04	0,001	0,02
D	ja	4,29	0,50	0,54	0,085	0,14	0,14	0,04	0,001	0,02
E	ja	4,31	0,52	0,51	0,18	0,15	0,19	0,10	<0,01	0,02
F	ja	4,31	0,52	0,51	0,18	0,15	0,19	0,10	<0,01	0,02

Die Verarbeitung der Walzblöcke A bis C und E beinhaltet eine Vorwärmung, ein Homogenisierungsglühen während 5 Stunden bei einer Temperatur von 540°C, Warmwalzen, wobei die Ausgangstemperatur etwa 330°C betrug, worauf Kaltwalzen mit 60% Kaltreduktion und schließlich ein Weichglühen in Chargenglühen bei einer Temperatur von 330°C während einer Stunde folgte. Die Verarbeitung der Walzblöcke D und F war identisch wie bei A bis C und E, abgesehen von dem abschließenden Weichglühen, das ein kontinuierliches Glühen für 10 Sek. bei 530°C war. Die endgültigen Stärken waren 3 mm, und die Platten wurden in einem H111-Wärmbehandlungszustand geliefert.

Diese Produkte wurden nach EN 10002 zuggetestet, und die Ergebnisse für die parallele (II) und die senkrechte Richtung (⊥) sind in Tabelle 2 angegeben, wobei (-) für nicht getestet steht. Tabelle 2: Zugfestigkeit(„UTS“), 0,2% Dehnfestigkeit („PS“), Dehnung (A"50")

Legierung	Testrichtung	UTS [MPa]	PS [MPa]	A50 [%]
A (AA5454)	II	237	108	19
	1	233	107	20
B (AA8083)	II	299	149	19
	1	293	147	21
C	II	299	141	19
	1	293	139	21
D	II	303	146	22
	1	294	145	23
E	II	300	141	19
	1	296	141	21
F	II	303	148	21
	1	297	146	21

Die Legierungsprodukte wurden einem Gewichtsverlusttest nach ASTM G67 nach dem Sensibilisieren bei 100°C für eine Dauer von 100 Stunden in einem H111-Wärmebehandlungszustand unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3: Gewichtsverlust (in mg/cm²) nach dem Sensibilisieren

A B C D E F

100h bei 100°C 6 36 22 14 11 7
Dies weist darauf hin, daß die Korrosionsbeständigkeit der Produkte C bis F viel besser als bei der Standard-AA5083-Legierung (B) ist. Die Produkte D bis F liegen unter 15 mg/cm², was nach ASTM-G67 die Obergrenze für eine Produktqualität ist, die nicht für IGC anfällig ist. Gleichzeitig ist aus Tabelle 2 zu ersehen, daß die Dehnung (A50) der Produkte C bis F genügend hoch ist.
Die Beständigkeit der Produkte D und F gegen IGC unter den vorliegend verwendeten Sensibilisierungsbedingungen zeigen eine Verbesserung gegenüber derjenigen von C bzw. E, offensichtlich ist durch Verwendung von kontinuierlichem Glühen die Korrosionsbeständigkeit des Produkts verbessert. Es wird erwartet, daß unter härteren Sensibilisierungsbedingungen der Unterschied deutlicher zu sehen ist.
Das Legierungsprodukt C wurde ebenfalls in einem nichtsensibilisierten Zustand getestet, und es verlor in diesem Zustand nur 3 mg/cm².
Die Legierungsprodukte C bis F wurden ohne jedes Problem mit Verwendung von TIG-Schweißen unter Standardbedingungen geschweißt.
Bei einer zusätzlichen Testreihe wurde der Einfluß von Cu auf die Korrosionsbeständigkeit getestet. Einige zusätzliche Walzblöcke wurden gegossen; sie hatten die in der folgenden Tabelle 4 gezeigten chemischen Zusammensetzungen, Rest Aluminium.

Die Verarbeitung der zusätzlichen Legierungen war identisch mit der Verarbeitung der Legierungen D und F, d.h. mit einem abschließenden Weichglühen als kontinuierliches Glühen. Tabelle 4: Zusammensetzung (in Gew.-%) der gegossenen Walzblöcke (Rest Aluminium und Verunreinigungen)

Walzblock	Erf.	Mg	Mn	Zn	Cu	Cr	Fe	Si	Zr	Ti
G	nein	4,18	0,50	0,50	0,02	0,15	0,17	0,10	< 0,01	0,02
H	ja	4,24	0,50	0,50	0,12	0,16	0,20	0,10	< 0,01	0,02
J	nein	4,29	0,50	0,51	0,30	0,15	0,19	0,10	< 0,01	0,02
K	nein	4,30	0,50	0,51	0,42	0,15	0,20	0,10	< 0,01	0,02

Die Legierungsprodukte wurden einem Gewichtsverlusttest nach ASTM G67 nach dem Sensibilisieren bei 100°C für eine Dauer von 100 Stunden in einem H111-Wärmebehandlungszustand unterzogen. Die Legierungsprodukte wurden auch einem ASSET-Test nach ASTM G66 nach dem Schweißen unterzogen, worauf Sensibilisieren bei 100°C für eine Dauer von 100 Stunden folgte. Die Schweißstelle war eine TIG-Schweißstelle, wobei AA5183 als Fülldraht verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Die ASSET- Ergebnisse entsprechen der Wärmeeinflußzone (WEZ), da hier gewöhnlich der härteste Angriff zu finden ist. Tabelle 5: Gewichtsverlust (in mg/cm²) und ASSET-Ergebnis nach dem Sensibilisieren

Legierung % Cu WL [mg/cm2] ASSET-Ergebnis in WEZ

G 0,02 30 N

D 0,085 14 PA

H 0,12 8 PA

F 0,18 7 PB

J 0,30 6 PB

K 0,42 6 PC
Nach ASTM G67 ist die Obergrenze für eine gegenüber IGC nicht anfällige Produktqualität 15 mg/cm². In ASTM G66 ist der Bereich zur Klassifizierung der Ergebnisse angegeben, aber Grenzen für akzeptabel oder nicht akzeptabel sind nicht spezifiziert. Allerdings ist es einem Fachmann klar, daß eine Lochkorrosion A noch akzeptabel ist, während Lochkorrosion C inakzeptabel ist. Die Lochkorrosion B ist für die meisten Anwendungen noch akzeptabel.
Die Ergebnisse geben an, daß die Beständigkeit gegen IGC mit zunehmendem Kupfergehalt ansteigt, aber gleichzeitig die Beständigkeit gegen Lochkorrosion abnimmt. Für ein Cu-Niveau von 0,30 Gew.-% und niedriger ist die Beständigkeit gegen Lochkorrosion akzeptabel und besser als akzeptabel. Der Gewichtsverlust soll unter 15 mg/cm² zu messen zu sein, wenn das Cu-Niveau über etwa 0,075 Gew.- % liegt.
Auf der Grundlage dieser Ergebnisse ist darauf zu schließen, daß das breiteste Betriebsfenster mit Cu-Niveaus zwischen 0,06 und 0,24 Gew.- % zu finden ist. Die Cu-Menge überschreitet bevorzugt nicht 0,18 Gew.-%, um die Korrosionsbeständigkeit in einer Schweißzone zu bewahren.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Magnesium-Knetlegierungsprodukts, hergestellt durch die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte: (i) Vorsehen eines Zwischenlegierungsprodukts mit folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent): 3,1 < Mg < 4,5 0,4 < Mn < 0,85 0,4 < Zn < 0,8 0,06 < Cu < 0,24 Cr < 0,25 Fe < 0,35 Si < 0,2 Zr < 0,05 Ti < 0,3 Verunreinigungen jeweils ≤ 0,05 und gesamt max. 0,15, und der Rest Aluminium, (ii) Kaltbearbeiten des Zwischenlegierungsprodukts auf eine endgültige Stärke, um ein Zwischenknetprodukt zu erhalten, (iii) Anlassen des Zwischenknetprodukts, indem das Produkt mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit im Bereich von 50 bis 200°C/Sek. erwärmt wird, das Produkt auf einer Durchwärmungstemperatur im Bereich von 480 bis 570°C für eine Dauer von bis zu 100 Sek. gehalten wird, worauf eine Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von 100 bis 500°C/Sek. unter eine Temperatur von 150°C folgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Menge an Mg im Zwischenlegierungsprodukt mehr als 3,6 Gew.-% und bevorzugt wenigstens 3,8 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Menge an Mn im Zwischenlegierungsprodukt nicht 0,69 Gew.-% überschreitet, bevorzugt nicht 0,6 Gew.-% überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Menge an Zn im Zwischenlegierungsprodukt nicht 0,75 Gew.-% überschreitet, bevorzugt nicht 0,6 Gew.-% überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Menge an Fe im Zwischenlegierungsprodukt unter 0,20 Gew.-% liegt.