DE10324453B4

DE10324453B4 - Gewalztes wärmebehandelbares Al-Mg-Si-Legierungsprodukt

Info

Publication number: DE10324453B4
Application number: DE2003124453
Authority: DE
Inventors: Peter De Smet; Linzhong Zhuang; Joyce Eline Janse
Original assignee: Corus Aluminium NV
Current assignee: Alvance Aluminium Duffel BV
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: DE10324453A1; FR2841567B1; FR2841567A1

Abstract

Gewalztes wärmebehandelbares Al-Mg-Si-Legierungsprodukt, das (in Gew.-%) folgende Elemente enthält:
0,70 bis 1,7 Si,
0,60 bis 0,70 Mg,
0,12 bis 0,25 Cu,
0,22 bis 0,4 Fe, und
eines oder mehrere der Elemente Zr, Mn, Cr und/oder Ti bis insgesamt 0,05 bis 0,2,
maximal 0,25 Zn,
unvermeidliche Verunreinigungen, jeweils maximal 0,05, gesamt bis zu 0,20,
Rest Aluminium
hergestellt durch
Herstellen einer Bramme oder eines Blockes der Legierung,
Homogenisierungsglühen im Bereich von 530-580°C für mindestens 3 h,
Warmwalzen zu einem Zwischenblech einer Dicke von 4-8 mm und
Kaltwalzen des Zwischenbleches zu einer Enddicke von 0,8-1,5 mm.

Description

Die Erfindung betrifft ein gewalztes wärmebehandelbares AL-Mg-Si-Legierungsprodukt, ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Verwendung desselben.
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 Steckgrenze 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. Im Stand der Technik ist bekannt, dass sich ein T4-Zustand auf einen lösungsgeglühten und abgeschreckten Zustand bezieht, der auf ein im wesentli chen stabiles Eigenschaftsniveau natürlich gealtert ist, während sich ein T6-Zustand auf einen festeren Zustand bezieht, der durch künstliches Altern erzeugt ist.
In der internationalen Anmeldung WO-95/31580 ist ein AA60000-Aluminiumlegierungsblech offenbart, das eine Zusammensetzung von etwa 0,8 bis etwa 1,5 Gew.-% Si, etwa 0,2 bis etwa 0,6 Gew.-% Mg, etwa 0,02 bis etwa 0,1 Gew.-% Cu, etwa 0,01 bis etwa 0,1 Gew.-% Mn und 0,05 bis etwa 0,2 Gew.-% Fe hat, wobei der Rest im wesentlichen aus Al und Störelementen und Verunreinigungen besteht. Um die erforderliche Formbarkeit zu erreichen, wurde der Fe-Gehalt auf ein Maximum von 0,2 Gew.-% beschränkt. Diese Legierung mit diesem beschränkten Fe-Gehalt ist im Stand der Technik auch unter der Bezeichnung AA6022 der Aluminium Association bekannt.
Ein Nachteil dieser AA6022-Legierung liegt darin, dass sie relativ teuer ist und wegen der Anforderung eines niedrigen Fe-Gehalts zu Schrottwiederverwertungsproblemen führt.
Es ist bereits ein für insbesondere Straßenleitplanken und Geländer verwendbares Al-Mg-Si-Legierungsprodukt bekannt, bei dem folgende Elemente Verwendung finden:

Si: bis 1,3

Mg: bis 1,5

Cu: zu 0,3

Fe: zu 0,6

Zr, Mn, Cr, Ti: insgesamt zwischen 0,06 und 1,1%

Zn: bis zu 0,5.
Darüber hinaus ist ein für einbrennlackierbare Automobilelemente verwendbares Al-Mg-Si-Legierungsprodukt bekannt, bei dem folgende Elemente verwendet werden:

Si: 0,25 bis 0,6

Mg:bis 0,9 0,6

Cu:bis 0,9 0,25

Fi :0,4 bis

Zr, Mn, Cr, Ti:0,7 bis

Zn:0,25. bis
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Legierungsprodukt der o. g. Gattung mit guter Formbarkeit vor einem eventuell stattfindenden Einbrennlackieren, mit niedriger und stabiler Streckgrenze im lösungsgeglühten und abgeschreckten Zustand und mit einer hohen Festigkeit nach dem eventuellen Einbrennlackieren anzubieten, ohne dass sich für die Herstellung besondere Schwierigkeiten ergeben.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beansprucht und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen gekennzeichnet. Das erfindungsgemäße Legierungsprodukt ist insbesondere für einbrennlackierte Automobil-Karosserieelemente verwendbar, da es die o. g. Aufgabe besonders gut löst.
Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass Aluminiumlegierungen innerhalb dieses Zusammensetzungsbereichs eine verbesserte Einbrennlackierungsempfindlichkeit zeigen, während das Festigkeitsniveau im natürlich gealterten Zustand in dem Bereich liegt, der hinsichtlich der Formbarkeitsanforderung erwünscht ist. Eine etwa schlechtere Bearbeitbarkeit der Legierung, die für einige Ausführungsformen innerhalb der oben angegebenen 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.
Si liegt im Bereich von 0,4 bis 1,7 Gew.-% vor. Die Wärmebehandelbarkeit dieses Legierungsblechs liegt wenigstens teilweise an der Fähigkeit von Si, von seiner Anwesenheit in fester Lösung in seine Anwesenheit in Präzipitaten zu wechseln. Dies führt zu einem großen Unterschied im Festigkeitsniveau zwischen dem natürlich gealterten Lieferzustand (d. h. vor dem Einbrennlackieren) und dem künstlich gealterten hochfesten Zustand. Etwa überschüssiges Si ist bevorzugt, um eine höhere Festigkeit und eine gute Formbarkeit zu erhalten. Dazu ist bevorzugt, dass Si im Bereich von 0,70 bis 1,4 Gew.-% vorliegt.
Eine ausreichende Menge Mg ist zum Zusammenwirken mit dem Si erforderlich, um Mg₂Si-Präzipitate zu bilden. Man nimmt an, dass wenigstens 0,60 Gew.-% Mg erforderlich sind, um eine hohe Einbrennempfindlichkeit zu erhalten, unabhängig von den Einzelheiten der thermischen Behandlungsschritte wie der Höhe der erhöhten Temperatur beim Festlösungsglühen. Andererseits sollte die Menge an Mg 0,9 Gew.-% nicht überschreiten, da höhere Niveaus die Bearbeitbarkeit der Legierung behindern.
Der Mg-Gehalt ist bevorzugt auf höchstens 0,70 Gew.-% begrenzt, um den Rückfederungsbetrag nach einer Formoperation zu begrenzen.
Cu hat auch einen positiven Effekt auf die Einbrennempfindlichkeit der Legierung sowie die Festigkeit der Legierung. Deshalb muss Cu in der Legierung auf einem Niveau von wenigstens 0,1 Gew.-% anwesend sein. Allerdings hat Cu einen schädlichen Effekt auf die Fadenkorrosionsbeständigkeit, was besonders wichtig für die Verwendung des Blechs in Automobilkarosserieteilen ist. Deshalb ist die Menge an Cu auf 0,3 Gew.-% begrenzt.
Man hat herausgefunden, dass der gewünschte Ausgleich zwischen Festigkeit, Einbrennempfindlichkeit und Korrosionsbeständigkeit meist bei einem Maximum von 0,25 Gew.-% Cu zu finden ist; 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. Bei einem Cu-Gehalt von mehr als 0,15 Gew.-% wird der Effekt von Cu auf die Einbrennempfindlichkeit sogar noch besser ausgenutzt.
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 0,05 und 0,4 Gew.-% liegen, wenn der Aggregatgehalt dieser Elemente niedriger als 0,05 Gew.-% ist, tragen sie als Folge der Bildung zu weniger sogenannter Dispersoide nicht ausreichend zu einer Kornverfeinerung bei. Die optimale Kombination für 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 niedriger 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 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 während eines vollen oder teilweisen Lösungsglühen bei. Die untere Grenze für den Fe-Gehalt sollte 0,20 Gew.-% sein, und eine bevorzugtere untere Grenze liegt bei 0,22 Gew.-%.
Unter Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit kann Zn bis maximal 0,25 Gew.-% eingebracht sein.
Das gewalzte Al-Mg-Si-Legierungsprodukt nach einem der oben beschriebenen Ausführungsformen wird bevorzugt zu einem Automobilkarosserieelement geformt. Ist dieses Al-MG-Si-Legierungsprodukt zu einem Automobilkarosserieelement geformt, dann ist es vorteilhaft, weil sich die erhöhte Einbrennempfindlichkeit selbst bei Standardeinbrennbehandlungen für Automobile zeigt.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen des gewalzten Leggierungsprodukts nach dieser Erfindung vorgesehen. Das Verfahren umfasst folgende Verarbeitungsschritte:

– ein Aluminiumlegierungsblock oder eine Aluminiumlegierungsbramme mit einer geeigneten Zusammensetzung nach der Erfindung werden bevorzugt mittels halbkontinuierlichem DC-Gießen vorgesehen;
– der Block oder die Bramme werden homogenisierungsgeglüht, bevorzugt wenigstens für 3 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 530°C und 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 gegebenenfalls 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 einem Lösungsglühen 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 ist es in ein geformtes Automobilkarosserie eingebaut, das aus dem gewalzten Aluminiumlegierungsprodukt nach der Erfindung hergestellt ist, oder aus dem gewalzten Produkt, das durch das Verfahren nach der Erfindung erhalten wurde.
Beispiele
Die Erfindung wird nun unter Bezug auf nicht einschränkende Beispiele veranschaulicht.
Es wurden Walzblöcke mit der in Tabelle 1 dargelegten Zusammensetzung gegossen. Tabelle 1 Zusammensetzung in Gew.-%, Rest Aluminium und Verunreinigungen

Legierung Si Mg Cu Mn Fe

Leg. A Erf. 1,33 0,61 0,2 0,07 0,26

Leg. B Erf. 0,79 0,61 0,2 0,07 0,26

Leg. C Ref. 1,05 0,40 0,17 0,07 0,20
Diese Blöcke wurden nacheinander in zwei Schritten bei unterschiedlichen Temperaturen homogenisierungsgeglüht, warmgewalzt, zwischengeglüht und auf eine endgültige Stärke von 1 mm kaltgewalzt. Proben der erhaltenen Bleche wurden dann einem Lösungsglühen unterzogen, wobei die Proben der Legierungen A und B für eine Dauer von 10 Sekunden auf einer Temperatur von 540°C gehalten und dann abschreckgekühlt wurden, und die Probe der Legierung C wurde für eine Dauer von 10 Sekunden auf einer Temperatur von 550°C gehalten und dann abschreckgekühlt. Alle Proben wurden dann einem Voralterungszyklus unterworfen.

Die 0,2%ige 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. Tabelle 2

Legierungsidentifizierung		Festlösungsbehandelt und natürlich gealtert			T62 (2% + 185°C/20 M in)
Legierungsidentifizierung		Rp (MPa)	RM (MPa)	Rp	(MPa)	Rm (MPa)	PBR (MPa)
Legierung A	Erf.	110	238	24	3	311	133
Legeirung B	Erf.	113	242	24	4	311	131
Legierung C	Ref.	112	241	23	1	300	119

Aus diesen Ergebnissen ist zu ersehen, dass die Dehngrenze („Rp") der Legierungen A und B im festlösungsbehandelten Zustand etwa gleich derjenigen der Referenzlegierung C ist, Aufgrund der Annahme, dass eine gute Formbarkeit mit einer niedrigen Dehngrenze zusammenhängt, wird erwartet, dass die Formbarkeit der Legierungen A und B mit derjenigen der Legierung C vergleichbar ist, obwohl die Legierungen A und B mehr Fe enthalten als die Legierung C.
Darüber hinaus hat sich die PBR der Legierungen A und B um mehr als 10 MPa gegenüber derjenigen der Referenzlegierungen C verbessert, was eine vorteilhaft höhere Dehngrenze im eingebrannten Zustand ergibt.
Darüber 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 Tabelle 3 aufgelistet, worin auch die PBR aufgenommen ist. Tabelle 3

Legierungsidentifizierung T61 (2% + 170°C/20 M in.)

Rp (MPa) Rm (MPa) PBR (MPa)

Legierung A Erf. 206 290 96

Legierung B Erf. 210 292 98

Legierung C Ref. 197 281 85
Werden wieder die Legierungen A und B mit der Referenzlegierung C verglichen, dann lässt sich auch in diesem Fall eine Verbesserung der Einbrennempfindlichkeit um mehr als 10 MPa beobachten.
Beide Legierungen A und B erfüllen 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.

Claims

Gewalztes wärmebehandelbares Al-Mg-Si-Legierungsprodukt, das (in Gew.-%) folgende Elemente enthält: 0,70 bis 1,7 Si, 0,60 bis 0,70 Mg, 0,12 bis 0,25 Cu, 0,22 bis 0,4 Fe, und eines oder mehrere der Elemente Zr, Mn, Cr und/oder Ti bis insgesamt 0,05 bis 0,2, maximal 0,25 Zn, unvermeidliche Verunreinigungen, jeweils maximal 0,05, gesamt bis zu 0,20, Rest Aluminium hergestellt durch Herstellen einer Bramme oder eines Blockes der Legierung, Homogenisierungsglühen im Bereich von 530-580°C für mindestens 3 h, Warmwalzen zu einem Zwischenblech einer Dicke von 4-8 mm und Kaltwalzen des Zwischenbleches zu einer Enddicke von 0,8-1,5 mm.
Legierungsprodukt nach Anspruch 1, hergestellt durch Zwischenglühen des Zwischenbleches während 0,5 h bis 5 h bei einer Temperatur im Bereich von 330 bis 400°C.
Legierungsprodukt nach Anspruch 1 oder 2, hergestellt durch Lösungsglühen des Zwischenbleches bei einer Temperatur im Bereich von 540 bis 570°C mit raschem Abkühlen (Abschrecken).
Legierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, hergestellt durch Unterwerfen des Zwischenbleches einem Voralterungsprozess.
Legierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Obergrenze für Si 1,4 Gew.-% ist.
Legierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergrenze für Cu 0,15 Gew.-% ist.
Verfahren zum Herstellen eines gewalzten wärmebehandelbaren Legierungsproduktes mit einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6 mit folgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen einer Bramme oder eines Blockes der Legierung, b) Homogenisierungsglühen der Bramme oder des Blockes bei einer Temperatur im Bereich von 530°C bis 580°C für mindestens 3 h, c) Warmwalzen der Bramme oder des Blockes zu einem Zwischenblech einer Dicke im Bereich von 4 bis 8 mm, d) gegebenenfalls Zwischenglühen des Zwischenblechs bei einer Temperatur im Bereich von 330°C bis 400°C für 0,5 bis 5 h, e) Kaltwalzen des Zwischenbleches zu einer Enddicke im Bereich zwischen 0,8 und 1,5 mm, f) gegebenenfalls Lösungsglühen des Zwischenbleches bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 570°C und rasches Abschrecken und g) Unterwerfen des lösungsgeglühten Bleches einem Voralterungszyklus.
Verwendung eines gewalzten wärmebehandelbaren Al-Mg-Si-Legierungsproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für einbrennlackierte Automobil-Karosserieelemente.