DE10324452B4

DE10324452B4 - AI-Mg-Si-Legierungsblech

Info

Publication number: DE10324452B4
Application number: DE2003124452
Authority: DE
Inventors: Peter Smet De; Linzhong Zhuang; Joyce Eline Janse
Original assignee: Aleris Aluminum Duffell BVBA
Current assignee: Aleris Aluminum Duffell BVBA
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: FR2841568A1; DE10324452A1; FR2841568B1

Abstract

Gewalztes Produkt, insbesondere Blechprodukt, hergestellt durch die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte:
(a) Gießen einer Al-Mg-Si-Legierung mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
0,95 bis 1,10 Si,
0,45 bis 0,7 Mg,
0,1 bis 0,3 Cu,
eines oder mehrere aus Zr, Mn, Cr und/oder Ti bis insgesamt zwischen 0,02 und 0,14,
max. 0,4 Fe
max. 0,25 Zn,
unvermeidliche Verunreinigungen, jeweils max. 0,05, gesamt bis zu 0,20,
Rest Aluminium,
(b) Diffusionsglühen wenigstens für drei Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 530°C bis 580°C,
(c) Warmwalzen des Legierungsblocks oder der Legierungsbramme, um ein Zwischenblech zu erhalten,
(d) Zwischenglühen des Zwischenblechs während 0,5 bis 5 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 330°C bis 400°C,
(e) Kaltwalzen des Zwischenblechs, um eine gewünschte Enddicke zu erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein gewalztes Al-Mg-Si-Legierungsprodukt, insbesondere ein gewalztes wärmebehandelbares Al-Mg-Si-Legierungsprodukt.
Wärmebehandelbare Al-Mg-Si-Legierungen innerhalb der Serie 6000 der Aluminium Association (”AA”) werden zunehmend für Automobilkarosserieteile verwendet, bei welchen neben einer guten Formbarkeit des Aluminiumwalzprodukts die Erhöhung der Festigkeit nach einer Einbrennlackieroperation eine wichtige Rolle spielt.
Die Anforderungen, denen das gewalzte Aluminiumprodukt unterliegt, das für Automobilkarosserieteile verwendet wird, umfassen gute Formbarkeit, eine niedrige und stabile Streckgrenze im T4-Zustand oder Modifizierungen davon und eine hohe Festigkeit nach dem Einbrennlackieren.
Wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen der Bezeichnung AA6000 enthalten Si und Mg, die bei zunehmender Temperatur eine zunehmende Löslichkeit im festen Zustand in Aluminium zeigen. Außerdem können diese Legierungselemente verstärkende Präzipitate bilden. Wird diese Eigenschaft ausgenutzt, dann haben diese Legierungen nützliche Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften in einem T4- und T6-Zustand. Bekanntlich bezieht sich ein T4-Zustand auf einen lösungsgeglühten und abgeschreckten Zustand, der auf ein im wesentlichen stabiles Eigenschaftsniveau natürlich gealtert ist, während sich ein T6-Zustand auf einen festeren Zustand bezieht, der durch künstliches Altern erzeugt ist.
Ein wärmebehandelbares Standardaluminiumlegierungsblech für Automobilkarosserieteile innerhalb des Bereichs der PA6016-Legierung ist im Handel erhältlich und enthält, in Gew.-%, 1,0 bis 1,5% Si, 0,25 bis 0,5% Mg, < 0,20% Cu, < 0,20% Mn, < 0,50% Fe und < 0,20% Zn. In der Praxis enthält die im Handel erhältliche AA6016-Legierung zwischen 0,40 und 0,45% Mg.
Dieses Standardlegierungssystem AA6016 genügt nicht mehr völlig den Anforderungen der Automobilindustrie, da immer höhere Einbrennempfindlichkeiten gefordert werden, insbesondere bei niedrigeren Einbrenntemperaturen und/oder während kürzerer Zeiten.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein gewalztes Al-Mg-Si-Legierungsprodukt mit einer hohen Einbrennlackierungsempfindlichkeit vorzusehen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein gewalztes Al-Mg-Si-Legierungsprodukt mit einem verbesserten Kompromiss zwischen Fadenkorrosionseigenschaften und Einbrennempfindlichkeit vorzusehen.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein gewalztes Al-Mg-Si-Legierungsprodukt durch die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte hergestellt wird:

(a) Gießen einer Al-Mg-Si-Legierung mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%): 0,95 bis 1,10 Si, 0,45 bis 0,7 Mg, 0,1 bis 0,3 Cu, eines oder mehrere aus Zr, Mn, Cr und/oder Ti bis insgesamt zwischen 0,02 und 0,14, max. 0,4 Fe max. 0,25 Zn, unvermeidliche Verunreinigungen, jeweils max. 0,05, gesamt bis zu 0,20, Rest Aluminium,
(b) Diffusionsglühen wenigstens für drei Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 530°C bis 580°C,
(c) Warmwalzen des Legierungsblocks oder der Legierungsbramme, um ein Zwischenblech zu erhalten,
(d) Zwischenglühen des Zwischenblechs während 0,5 bis 5 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 330°C bis 400°C,
(e) Kaltwalzen des Zwischenblechs, um eine gewünschte Enddicke zu erhalten.

Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass Aluminiumlegierungsprodukte innerhalb dieses Bereichs eine verbesserte Einbrennlackierungsempfindlichkeit zeigen, während das Festigkeitsniveau im natürlich gealterten Zustand in dem Bereich liegt, der hinsichtlich der Formbarkeitsanforderung erwünscht ist. Eine etwas schlechtere Bearbeitbarkeit der Legierungsprodukte, die für einige Ausführungsformen innerhalb dieser Bereiche vorliegen kann, lässt sich tolerieren, da bei einem erwünschten Festigkeitsniveau im Einbrennzustand (T6) die verbesserte Einbrennempfindlichkeit die Verwendung eines Materials mit geringerer Festigkeit (und folglich höherer Formbarkeit) im T4-Zustand ermöglicht.
Cu hat eine positive Wirkung auf die Einbrennempfindlichkeit der Legierungsprodukte sowie auf die Festigkeit der Legierungsprodukte. Aus diesem Grund muss Cu in der Legierung mit einem Niveau von wenigstens 0,1 Gew.-% vorliegen. Allerdings hat Cu eine schädliche Wirkung auf die Fadenkorrosionsbeständigkeit, was besonders für eine Anwendung des Blechs bei Automobilkarosserieteilen wichtig ist. Deshalb ist die Menge an Cu auf 0,3 Gew.-% begrenzt.
Man hat herausgefunden, dass dann, wenn die Menge an Cu zwischen 0,1 und 0,3 Gew.-% liegt, die Korrosionsbeständigkeit hoch akzeptabel ist, falls die Menge an Si auf 1,10 Gew.-% begrenzt ist und die Menge an Mg wenigstens 0,45 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 0,50 Gew.-% beträgt, so dass die Menge an überschüs sigem Si reduziert ist. Gleichzeitig ist allerdings eine ausreichende Fülle an Si vonnöten, um die erwünschte Wärmebehandelbarkeit zu erreichen, die wenigstens teilweise von der Fähigkeit von Si abhängt, von seiner Anwesenheit in fester Lösung in seine Anwesenheit in Präzipitaten zu wechseln. Deshalb gibt es erfindungsgemäß einen kleinen ausgewählten Bereich zwischen 0,95 und 1,10 Gew.-% Si, bevorzugt zwischen 1,00 und 1,10 Gew.-%, wo der gewünschte Ausgleich zwischen Korrosionsbeständigkeit und Wärmebehandelbarkeit am besten erreicht ist.
Eine ausreichende Menge Mg ist zur Zusammenarbeit mit Si erforderlich, um Mg₂Si-Präzipitate zu bilden. Dies führt zu einer starken Differenz im Festigkeitsniveau zwischen dem natürlich gealterten Formzustand und dem künstlich gealterten festeren Zustand. Liegt Mg über 0,55 Gew.-% vor, dann ist die Einbrennempfindlichkeit weiter verbessert. Bei allen obengenannten Fällen sollte die Menge an Mg 0,7 Gew.-% nicht überschreiten, da höhere Niveaus die Bearbeitbarkeit der Legierung behindern. Der Mg-Gehalt ist bevorzugt auf 0,65 Gew.-% begrenzt, um die gute Einbrennempfindlichkeit auszunutzen, ohne unnötig die Bearbeitbarkeit der Legierung zu opfern.
Man nimmt an, dass Mn zur Korngrößenkontrolle beiträgt, was bei der Formbarkeit hilft. Mn ist ein bevorzugtes Kornrefinerelement, aber seine Kornrefinerrolle kann wenigstens teilweise durch die Anwesenheit oder Mitanwesenheit von einem oder mehreren aus Zr, Ti oder Cr erfüllt werden.
Die Gesamtmenge von Mn, Zr, Ti und Cr sollte zwischen 0,02 und 0,4 Gew.-% liegen. Wenn der Aggregatgehalt dieser Elemente niedriger als 0,02 Gew.-% ist, tragen sie als Folge der Bildung zu weniger sogenannter Dispersoide nicht ausreichend zu einer Kornverfeinerung bei. Eine bevorzugtere Untergrenze des Aggregatgehalts ist 0,05 Gew.-%. Die optimale Kombination für den gewünschten Beitrag zu dem Kornverfeinerungseffekt nach der Festlösungswärmebehandlung und die abnehmende Formbarkeit und/oder Dehnung bei dem Gehalt eines oder mehrerer dieser Elemente werden besser in diesem Bereich erhalten. Bevorzugt ist die Gesamtmenge dieser Elemente kleiner als 0,2 Gew.-%. Man nimmt an, dass jedes der erwähnten Elemente in etwa gleich wirksam in Al-Mg-Si-Legierungen ist, da die gebildeten Dispersoide in etwa die gleiche Größenordnung haben.
Der Fe-Gehalt hat einen starken Einfluss auf die Formbarkeit des Aluminiumprodukts. Bei einem hohen Fe-Gehalt von über etwa 0,4 Gew.-% können sich relativ große intermetallische Verbindungen bilden, welche die Formbarkeit deutlich reduzieren. Andererseits trägt Fe, wenn es unter etwa 0,4 Gew.-% vorliegt, vorteilhaft zur Kontrolle der Korngröße in dem Produkt während eines vollen oder teilweisen Lösungsglühens bei.
Unter Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit kann Zn bis zu einem Maximum von 0,25 Gew.-% anwesend oder eingebracht sein.
Der gewünschte Ausgleich zwischen Festigkeit, Einbrennempfindlichkeit und Korrosionsbeständigkeit lässt sich meist bei einem Maximum von 0,25 Gew.-% Cu finden; ansonsten überwiegt der schädliche Effekt auf die Korrosion den Ausgleich. Ein Minimum von 0,12 Gew.-% Cu ist bevorzugt, um den positiven Effekt auf die Einbrennempfindlichkeit auszunutzen.
Das Verfahren zum Herstellen des gewalzten Legierungsprodukts nach dieser Erfindung umfasst folgende Verarbeitungsschritte:

– ein Aluminiumlegierungsblock oder eine Aluminiumlegierungsbramme mit der Zusammensetzung gemäß Schritt (a) in Anspruch 1 wird bevorzugt mittels halbkontinuierlichem Gleichstromgießen vorgesehen;
– der Block oder die Bramme werden diffusionsgeglüht, bevorzugt wenigstens für 3 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 530°C bis 580°C;
– der Block oder die Bramme werden warmgewalzt, um ein Zwischenblech, bevorzugt mit einer Dickenstärke im Bereich von 4 bis 8 mm zu erhalten;
– das Zwischenblech wird zwischengeglüht, bevorzugt während 0,5 bis 5 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 330°C bis 400°C; und
– das Zwischenblech wird auf eine gewünschte Enddickenstärke kaltgewalzt, bevorzugt im Bereich zwischen 0,8 und 1,5 mm;
– das Zwischenblech wird gegebenenfalls einer Festlösungswärmebehandlung unterzogen, die umfasst, dass das Zwischenblech auf einer Temperatur im Bereich von 500 bis 570°C gehalten wird und rasch abschreckgekühlt wird;
– das festlösungswärmebehandelte Blech wird gegebenenfalls einem Voralterungszyklus unterworfen.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird das gewalzte Al-Mg-Si-Legierungsprodukt das nach dem Verfahren der Erfindung erhalten wird zu einem Automobilkarosserieelement geformt. Ist es zu einem Automobilkarosserieelement geformt, dann ist dieses Al-Mg-Si-Legierungsprodukt vorteilhaft, weil sich die erhöhte Einbrennempfindlichkeit in Standardeinbrennbehandlungen für Automobile manifestiert.
Beispiele
Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht.
Es wurden Walzblöcke mit der in Tabelle 1 dargelegten Zusammensetzung gegossen. Tabelle 1 Zusammensetzung in Gew.-%, Rest Aluminium und Verunreinigungen

Legierungsidentifizierung Si Mg Cu Mn Fe

Leg. A Erfindung 1,05 0,58 0,17 0,05 0,20

Leg. B Referenz 1,05 0,40 0,17 0,07 0,20
Diese Walzblöcke wurden nacheinander in diffusionsgeglüht, warmgewalzt, zwischengeglüht und auf eine endgültige Stärke von 1 mm kaltgewalzt. Proben der erhaltenen Bleche wurden dann einer Festlösungswärmebehandlung unterzogen, wobei die Probe A für eine Dauer von 10 Sekunden auf einer Temperatur von 540°C gehalten und dann abschreckgekühlt wurde, und die Probe B wurde für eine Dauer von 10 Sekunden auf einer Temperatur von 550°C gehalten und dann abschreckgekühlt. Jede Probe wurde dann einem Voralterungszyklus unterworfen.
Die 0,2% Dehngrenze (”Rp”) und die Zugfestigkeit (”Rm”) wurden vor und nach dem Einbrennglühen für 20 Minuten bei 185°C bestimmt, worauf ein Flächenstrecken um 2% folgte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgelistet. Die Einbrennempfindlichkeit (”PBR”), die als Erhöhung der 0,2% Dehngrenze definiert ist, ist auch angegeben.
Aus diesen Ergebnissen ist zu ersehen, dass die Dehngrenze (”Rp”) der Legierung A im festlösungsbehandelten Zustand etwa gleich derjenigen der Referenzlegierung B ist. Aufgrund der Annahme, dass eine gute Formbarkeit mit einer niedrigen Dehngrenze zusammenhängt, wird erwartet, dass die Formbarkeit der Legierungen A mit derjenigen der Legierung B vergleichbar ist. Darüber hinaus hat sich die PBR der Legierung A im T62-Zustand um mehr als 10 MPa gegenüber derjenigen der Referenzlegierung B verbessert, was eine vorteilhaft höhere Dehngrenze im eingebrannten Zustand ergibt.
Ferner hinaus wurden die 0,2% Dehngrenze (”Rp”) und die Zugfestigkeit (”Rm”) auch nach einem Einbrennglühen für 20 Minuten bei 170°C bestimmt, worauf ein Flächenrecken um 2% folgte. Die Ergebnisse sind in auch in Tabelle 2 aufgelistet.

Wird wieder die Legierung A mit der Referenzlegierung B im T61-Zustand verglichen, dann läßt sich auch in diesem Fall eine Verbesserung der Einbrennempfind-lichkeit um mehr als 10 MPa beobachten. Die Legierung A erfüllt einen gewünschten Minimalwert von etwa 200 MPa nach dem Einbrennen bei 170°C für 20 Minuten. Aus Tabelle 2 wird deutlich, dass die Fließgrenze im natürlich gealterten Zustand nach der Festlösungswärmebehandlung niedriger als 130 MPa und sogar niedriger als 120 MPa ist. Tabelle 2

Legierungsidentifizierung		Festlösungsbehandelt und natürlich gealtert		T62 (2% + 185°C/20 Min.)			T61(2% + 170°C/20 Min.)
		Rp (MPa)	Rm (MPa)	Rp (MPa)	Rm (MPa)	PBR (MPa)	Rp (MPa)	Rm (MPa)	PBR (MPa)
Leg. A	Erf.	111	239	243	310	132	208	291	97
Leg. B	Ref.	112	241	231	300	119	197	281	85

Claims

Gewalztes Produkt, insbesondere Blechprodukt, hergestellt durch die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte: (a) Gießen einer Al-Mg-Si-Legierung mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%): 0,95 bis 1,10 Si, 0,45 bis 0,7 Mg, 0,1 bis 0,3 Cu, eines oder mehrere aus Zr, Mn, Cr und/oder Ti bis insgesamt zwischen 0,02 und 0,14, max. 0,4 Fe max. 0,25 Zn, unvermeidliche Verunreinigungen, jeweils max. 0,05, gesamt bis zu 0,20, Rest Aluminium, (b) Diffusionsglühen wenigstens für drei Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 530°C bis 580°C, (c) Warmwalzen des Legierungsblocks oder der Legierungsbramme, um ein Zwischenblech zu erhalten, (d) Zwischenglühen des Zwischenblechs während 0,5 bis 5 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 330°C bis 400°C, (e) Kaltwalzen des Zwischenblechs, um eine gewünschte Enddicke zu erhalten.
Gewalztes Produkt nach Anspruch 1, wobei das Zwischenblech nach dem Kaltwalzen einer Festlösungswärmebehandlung unterzogen wird, die umfasst, dass das Zwischenblech auf einer Temperatur im Bereich von 500 bis 570°C gehalten und rasch abschreckgekühlt wird.
Gewalztes Produkt nach Anspruch 2, wobei das festlösungswärmebehandelte Blech einem Voralterungszyklus unterworfen wird.
Gewalztes Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eines oder mehrere von Zr, Mn, Cr und/oder Ti bis insgesamt im Bereich zwischen 0,02 und 0,12 Gew.-% liegen.
Gewalztes Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Untergrenze für Si 1,00 Gew.-% ist.
Gewalztes Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Untergrenze für Mg 0,50 Gew.-% ist.
Gewalztes Produkt nach Anspruch 6, bei welchem der Mg-Gehalt 0,55 Gew.-% ist.
Gewalztes Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Obergrenze für den Mg-Gehalt 0,65 Gew.-% ist.
Gewalztes Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Obergrenze für Cu 0,25 Gew.-% ist.
Gewalztes Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Untergrenze für Cu 0,12 Gew.-% ist.
Gewalztes Produkt nach Anspruch 10, bei welchem die Untergrenze für Cu 0,15 Gew.-% ist.
Gewalztes Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5–11, bei welchem eines oder mehrere von Zr, Mn, Cr und/oder Ti bis insgesamt zwischen 0,05 und 0,14 Gew.-% liegen.
Gewalztes Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das gewalzte Produkt eine Endstärke im Bereich von 0,8 bis 1,5 mm hat.
Verwenden eines gewalzten Produkts nach einem der Ansprüche 1 bis 13, für ein Automobilkarosserieelement.