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Die
Erfindung befasst sich mit einem Al-Zn-Legierungsblech mit hervorragender
Warmverformbarkeit und mit einem äußerst ausgewogenen Verhältnis zwischen
Festigkeit und Duktilität.
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Mit
der zunehmenden Sorge um die globalen Umweltprobleme steigen nach
und nach die Anforderungen an eine Gewichtsreduzierung bei Automobilkarosserien
und vergleichbare Maßnahmen,
um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Dabei hat die Nachfrage nach
Al-Legierungswerkstoffen als Ersatz für Stahlwerkstoffe, etwa für Stahlbleche
bei der Formung von Karosserieteilen von Kraftfahrzeugen, zugenommen.
Außerdem
hat sich die Anwendung von Al-Legierungswerkstoffen
nach und nach auch bei der Formung von Bauteilen elektrischer Haushaltsgeräte durchgesetzt,
um mit Blick auf das Recycling der elektrischen Haushaltsgeräte Kunststoffbauteile
durch die Al-Legierungsbauteile
ersetzen zu können.
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So
wurde unter den Al-Legierungswerkstoffen zur Formung von Karosserieteilen
wie Außen-
und Innenblechen, Motorhauben, Kotflügeln, Türen, Dächern, Kofferraumdeckeln oder
vergleichbare Kraftfahrzeugteile die Verwendung dünner, hochfester
Al-Legierungsbleche der Serie 6000 in Erwägung gezogen. Entsprechend
wurde bei der Formung von Blechen für elektrische Haushaltsgeräte die Verwendung
hochduktiler Al-Legierungsblechen der Serie 5000 in Erwägung gezogen.
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In
letzter Zeit wurde außerdem
gefordert, die Gestaltungsfreiheit zu erhöhen, um den Mehrwert steigern
zu können.
Darüber
hinaus sind mit zunehmender Komplexität der Formgebung der Teile
und mit dem Trend des Größerwerdens
und der Integration von Formteilen die Anforderungen an eine bessere
Formbarkeit der Werkstoffe weiter gestiegen, um durch Verringerung
der Teilezahl dem Wunsch nach einer Kostenreduzierung entsprechen
zu können.
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So
wurden auch superplastische Umformung und Pressformung bei hohen
Temperaturen untersucht, um diesen Wünschen und Anforderungen zu
entsprechen. Außerdem
besteht ein wachsendes Interesse an einer Senkung der Arbeitstemperaturen
und an einer Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit, um die Formbarkeit
(Produktivität)
verbessern zu können.
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Allerdings
liegt die Duktilität
herkömmlicher
Al-Legierungsbleche,
die im Allgemeinen zur Formung von Kraftfahrzeugkarosserieteilen
und dergleichen verwendet werden, auch bei warmen Temperaturen im
Bereich von etwa 200°C
bis etwa 300°C
nicht in der Größenordnung
von 100% (JIS-Handbuch). Auch standen bislang keine Al-Legierungen
zur Verfügung,
die die von den Benutzern verlangten Zugverformungseigenschaften
bei Zimmertemperatur erfüllen
können.
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Die
deutsche Patentschrift
DE 30
32 152 offenbart die Verwendung einer Legierung aus 0,1
bis 95% Zink mit einem Rest Aluminium, die bei einer Temperatur
von mehr als 250°C
und unterhalb des Schmelzpunkts für eine gewisse Zeit lösungsgeglüht wird,
als Dämpflegierung
mit einer Dämpfungskapazität von nicht weniger
als 6 × 10
–3.
Zusätzlich
können
bevorzugt 0,1 bis 50% insgesamt wenigstens eines Legierungselements
aus der Gruppe < 50%
Sn, < 30% Pb und
Sb, < 20 Ce, Cu
und Ta, < 15% Ni,
Co, Fe und Nb, < 10%
Zr, Si, Ti und Ca und < 3%
B enthalten sein.
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Die
Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung
JP 10 026 136 beschreibt eine Zn-Al-Legierung
zur Erdbebendämpfung,
die aus 30 bis 99% Zink und einem Rest Aluminium zusammengesetzt
ist, wobei die β-Phase
mit ≤ 0,05 μm mittlerer
Korngröße fein
in die α-Phasen
oder α'-Phasen mit ≤ 5 μm mittlerer Korngröße dispergiert
ist.
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Die
Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung
JP 09 270 030 offenbart ein Al-Zn-Legierungs-Bauteil
mit exzellenter Niedertemperatur-Erosions- und Korrosions-Beständigkeit,
in dem der Zn-Anteil 3,6 bis 85% beträgt. Der Zn-Gehalt in den Al-reichen
Phasen wird auf ≈ 3,5%
eingestellt und variiert mit den Bedingungen des thermischen Sprühens.
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Angesichts
dieser Umstände
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Al-Legierungsblech
mit hervorragender Warmverformbarkeit zur Verfügung zu stellen, das außerdem bei
Zimmertemperaturen ein äußerst ausgewogenes
Verhältnis
zwischen Festigkeit und Duktilität
bieten sollte.
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Die
Erfindung sieht hierzu ein Al-Legierungsblech aus einer 10 bis 30
Gew.-% Zn enthaltenden Al-Legierung vor, bei dem eine in der Al-Legierung
enthaltene Zn-Ausscheidung
eine mittlere Korngröße (einen
mittleren Korndurchmesser) von 0,5 μm oder weniger, ein Längenverhältnis von
1,5 oder mehr und einen Flächenanteil
von 0,5% oder mehr hat. Diese Al-Legierung zeigt bei Warmbearbeitungstemperaturen
eine hervorragende Verformbarkeit.
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Die
Zn-Ausscheidung in der das erfindungsgemäße Al-Legierungsblech bildenden Al-Legierung
hat besser noch einen Flächenanteil
im Bereich von 5,0 bis 8,0%. Eine solche Al-Legierung bietet neben
der hervorragenden Verformbarkeit bei Warmbearbeitungstemperaturen
bei Zimmertemperaturen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und
Duktilität.
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Das
absichtliche Hinzufügen
mindestens eines kornfeinenden Elements zur Al-Legierung, etwa von 0,02
bis 0,5 Gew.-% Mn, 0,02 bis 0,5 Gew.-% Cr, 0,01 bis 0,4 Gew.-% Zr
oder 0,01 bis 0,3 Gew.-% Ti, steigert die Verformbarkeit der Al-Legierung
und verbessert die Ausgewogenheit zwischen Festigkeit und Duktilität der Al-Legierung noch mehr.
Darüber
hinaus wird auch durch das bewusste Hinzufügen von 0,1 bis 1,0 Gew.-% Cu
und/oder 0,1 bis 1,0 Gew.-% Mg die Ausgewogenheit zwischen Festigkeit
und Duktilität
weiter verbessert.
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Die
das erfindungsgemäße Al-Legierungsblech
bildende Al-Zn-Legierung
enthält
zwangsläufig
Fe und Si, die aus ihren Ausgangsmaterialien stammen. Fe und Si
werden als grobe Fe-Si-Teilchen ausgeschieden, was zu einer deutlichen
Verschlechterung der Verformbarkeit der Al-Zn-Legierung führt. Die Al-Legierung sollte daher
einen Fe-Gehalt
und einen Si-Gehalt von 0,5 Gew.-% oder weniger haben.
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Die
erfindungsgemäße Al-Legierung
hat einen verhältnismäßig hohen
Zn-Gehalt, enthält
feine Zn-Ausscheidungen mit hohem Längenverhältnis und begrenzt den Flächenanteil
der Ausscheidung. Dadurch hat die Al-Legierung bei Warmbearbeitungstemperaturen
eine hervorragende Verformbarkeit von mehr als 100% und lässt sich äußerst gut
formen, während
sie bei gewöhnlichen
Temperaturen einen zufrieden stellenden Ausgleich zwischen Festigkeit
und Duktilität
bietet und eine hohe Festigkeit und hervorragende Bearbeitbarkeit
hat.
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Die
Erfindung wird im Folgenden ausführlicher
anhand verschiedener Ausführungsbeispiele
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
REM-Fotografie einer Legierung gemäß einem für Untersuchungen hergestellten
erfindungsgemäßen Beispiel;
und
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2 eine
REM-Fotografie einer Legierung gemäß einem für Untersuchungen hergestellten
Vergleichsbeispiel.
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Es
ist bekannt, dass eine superplastische Al-Zn-Legierung, wie sie beispielsweise in
der
JP 54-72705 A offenbart
ist, gute superplastische Eigenschaften hat. Eine solche Al-Zn-Legierung
wird hergestellt, indem aus Zn und Al eine feste Lösung gebildet
wird, um während
des Umformens die dynamische Rekristallisation zu fördern, weswegen
sie aufgrund des superplastischen Effektes eine hohe Verformbarkeit
hat.
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Das
wohl wesentlichste Merkmal der Erfindung ist, dass, anstatt eine
feste Lösung
aus Zn und Al zu bilden, eine umformbare, feine Zn-Ausscheidung
ausgeschieden wird. Die Ausscheidung feiner Zn-Teilchen erhöht bei Temperaturen, die
niedriger als die etwa 400°C
beim herkömmlichen
superplastischen Umformen sind, deutlich die Verformbarkeit und
verbessert bei Zimmertemperaturen stark die Ausgewogenheit zwischen Festigkeit
und Duktilität.
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Die
Erfindung nutzt eine Al-Legierung, die 10 bis 30 Gew.-% Zn sowie
unvermeidbare Verunreinigungen enthaltendes Al enthält.
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Gemäß einem
ersten Merkmal der Erfindung wird in einer Al-Matrix einer Al-Legierung
eine Ausscheidung von Zn herbeigeführt, um bei Warmbearbeitungstemperaturen
unter Ausnutzung der Umformbarkeit der Zn-Ausscheidung die plastische
Verformbarkeit der Al-Legierung zu steigern. Die Al-Legierung muss
einen Zn-Gehalt von 10 Gew.-% oder mehr haben, damit die plastische
Verformbarkeit gesteigert werden kann. Wenn der Zn-Gehalt der Al-Legierung weniger
als 10 Gew.-% beträgt,
ist die Wirkung der Zn-Ausscheidung, die plastische Verformbarkeit
zu steigern, unzureichend und lässt
sich durch die Zn-Ausscheidungen
bei Warmbearbeitungstemperaturen die Verformbarkeit der Al-Legierung
nicht auf ein zufriedenstellendes Niveau steigern. Wenn der Zn-Gehalt
dagegen zu hoch ist, d. h. wenn die Menge an Zn, das eine höhere spezifische Dichte
als Al hat, übermäßig groß ist, hat
die Al-Legierung eine zu große
spezifische Dichte und ist daher nicht zur Formung leichtgewichtiger
Teile geeignet. Der Zn-Gehalt der Al-Legierung muss daher 30 Gew.-%
oder weniger betragen. Es ist günstig,
wenn der Zn-Gehalt der Al-Legierung im Bereich 15 bis 25 Gew.-%
liegt, um den beiden Anforderungen nach hoher Duktilität und leichtem
Gewicht zu genügen.
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Damit
die Al-Legierung neben der hohen plastischen Verformbarkeit bei
Warmbearbeitungstemperaturen auch bei Zimmertemperaturen ein ausgewogenes
Verhältnis
zwischen Festigkeit und Duktilität
zeigt, sollte der Zn-Gehalt näher
an der Obergrenze des angesprochenen Bereichs für den Zn-Gehalt liegen. Der
Zn-Gehalt liegt daher vorzugsweise im Bereich 17 bis 25 Gew.-% und
besser noch im Bereich 20 bis 25 Gew.-%.
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Al
stellt im Wesentlichen das einzige andere Element in der Al-Zn-Legierung
dar. Al und Zn, die wesentlichen Bestandteile der Al-Zn-Legierung,
enthalten aber zwangsläufig
Verunreinigungen wie Fe und Si. Die Al-Legierung darf diese unausweichlichen
Verunreinigungen jeweils in den ihnen eigenen Mengen enthalten. Wenn
die Al-Legierung jedoch eine zu große Menge dieser Verunreinigungen
enthält,
entstehen grobe Fe-Si-Bestandteile und disperse Teilchen wie α-AlFeSi, β-AlFeSi,
Al6Fe, Al6(Fe, Mn),
Al12(Fe, Mn)3Cu12, Al7Cu2Fe und/oder ähnliche Bestandteile oder Teilchen,
wobei die sich daraus entwickelnden Rissausgangspunkte stark die
Duktilität
verringern. Daher muss der Fe-Gehalt und der Si-Gehalt der Al-Legierung
0,5 Gew.-% oder weniger und besser noch 0,3 Gew.-% oder weniger
betragen.
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Ein
weiteres Merkmal der Erfindung ist, die Zn-Ausscheidungen in der Al-Legierungsmatrix
so klein wie möglich
auszubilden, um der Al-Legierung hohe Duktilität zu verleihen. Damit dieses
erfindungsgemäße Merkmal
wirksame Ausprägung
findet, wird ein Metallelement mit kornfeinender Wirkung hinzugefügt. Metallelemente
mit einer solchen Wirkung schließen Mn, Cr, Zr und Ti ein.
Um die Duktilität
weiter zu steigern, sollte zu der Al-Legierung bewusst eines oder mehrere
dieser Elemente hinzugefügt
werden.
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Ein
günstiger
Gehalt für
diese Metallelemente, mit denen sich wirksam der Kornfeinungseffekt
erreichen lässt,
sind ein Mn-Gehalt im Bereich von 0,02 bis 0,5 Gew.-%, ein Cr-Gehalt im Bereich
von 0,02 bis 0,5 Gew.-%, ein Zr-Gehalt im Bereich von 0,01 bis 0,4
Gew.-%, ein Ti-Gehalt im Bereich von 0,01 bis 0,3 Gew.-% und besser
noch ein Mn-Gehalt
im Bereich von 0,05 bis 0,3 Gew.-%, ein Cr-Gehalt im Bereich von
0,05 bis 0,3 Gew.-%, ein Zr-Gehalt im Bereich von 0,03 bis 0,2 Gew.-%
und ein Ti-Gehalt im Bereich von 0,02 bis 0,2 Gew.-%. Es kann bloß eines
dieser Metallelemente zu der Al-Legierung hinzugegeben werden, allerdings
wird die Wirkung, wenn nötig,
auch erreicht, wenn zwei oder mehr dieser Metallelemente zu der
Al-Legierung hinzugegeben werden.
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Wenn
der Gehalt der Metallelemente unter den Untergrenzen der bevorzugten
Bereiche liegt, zeigt das Hinzufügen
dieser Metallelemente keine kornfeinende Wirkung. Wenn der Gehalt
dieser Metallelemente über
den Obergrenzen der bevorzugten Bereiche liegt, stellt sich keine
weitere Verbesserung der Kornfeinungswirkung ein, es entstehen grobe
intermetallische Verbindungen, die als Rissausgangspunkte dienen, und
es verringert sich die Duktilität
der Al-Legierung.
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Das
Hinzufügen
einer passenden Menge Cu und/oder Mg zu der Al-Legierung erhöht die Festigkeit der
Al-Legierung und verbessert bei Zimmertemperaturen die Ausgewogenheit
zwischen Festigkeit und Duktilität
der Al-Legierung. Die festigkeitserhöhende Wirkung von Cu und Mg
stellt sich ein, wenn der Gehalt an Cu und Mg 0,1 Gew.-% oder mehr
und vorzugsweise 0,2 Gew.-% oder mehr beträgt. Wenn der Cu- und Mg-Gehalt
jedoch zu hoch ist, bilden Cu und Mg mit Zn intermetallische Verbindungen.
Die inter metallischen Verbindungen beeinträchtigen die plastische Verformung
und verringern die Duktilität.
Daher muss der Cu- und Mg-Gehalt 1,0 Gew.-% oder weniger und vorzugsweise
0,8 Gew.-% oder weniger betragen.
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Bei
der Erfindung bildet sich keine feste Lösung aus Legierungselement
und Al-Matrix, mit der eine superplastische Al-Legierung erzielt
werden würde.
Bei der Erfindung wird vielmehr eine verhältnismäßig große Menge Zn zu der Al-Matrix
hinzugegeben, damit in der Al-Matrix eine große Menge feiner Zn-Ausscheidungen
ausgeschieden wird, um dann bei Warmbearbeitungstemperaturen unter
Nutzung der plastischen Verformbarkeit der Zn-Ausscheidungen die Verformbarkeit der
Al-Legierung und bei Zimmertemperaturen die Ausgewogenheit zwischen
Festigkeit und Duktilität
der Al-Legierung zu verbessern. Die mittlere Korngröße (der
mittlere Korndurchmesser), das Längenverhältnis und
der Flächenanteil
der in der Al-Legierung
enthaltenen Zn-Ausscheidungen sind sehr wichtige Faktoren, welche
die Wirkung der Zn-Ausscheidungen,
die physikalischen Eigenschaften zu verbessern, dominieren.
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Bei
ihren Untersuchungen zu den Auswirkungen der Zn-Ausscheidung auf die Verbesserung der
Verformbarkeit und die Ausgewogenheit zwischen Festigkeit und Duktilität der Al-Legierung
stellten die Erfinder fest, dass die Al-Legierung bei Warmbearbeitungstemperaturen
eine ausgezeichnete Dehnung von mehr als 100% zeigt, wenn die Zn-Ausscheidung
eine mittlere Teilchengröße (einen
mittleren Korndurchmesser) von 0,5 μm oder weniger und vorzugsweise
0,3 μm oder
weniger, ein Längenverhältnis von
1,5 oder mehr und vorzugsweise 2,0 oder mehr und einen Flächenanteil
der Zn-Ausscheidungen von 0,5% oder mehr und vorzugsweise 1,5% oder
mehr hat.
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Die
Erfinder stellten ebenfalls fest, dass die Al-Legierung unter Berücksichtung der oben genannten notwendigen
Bedingungen für
die Zn-Ausscheidung insbesondere dann eine ausgezeichnete Dehnung
und bei Zimmertemperaturen ein äußerst ausgewogenes
Verhältnis
zwischen Festigkeit und Duktilität
der Al-Legierung zeigt, wenn der Flächenanteil 5,0% bis 8,0% und
vorzugsweise 6,0% bis 7,0% beträgt.
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Diese
Bereiche für
die mittlere Korngröße, das
Längenverhältnis und
den Flächenanteil
der Zn-Ausscheidung wurden anhand von Schnitten der Al-Legierungsbleche
und mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops (REM) bei 1000-facher
Vergrößerung und
10 Feldern und entsprechender Bildanalyse der Schnitte bestimmt.
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1 zeigt
eine REM-Fotografie bei 10.000-facher Vergrößerung des Schnitts einer Al-Legierung
gemäß Beispiel
4 der Erfindung und 2 eine REM-Fotografie bei 10.000-facher
Vergrößerung eines
Schnitts einer Al-Legierung
gemäß Vergleichsbeispiel
16. Die weißen
Punkte in diesen Fotografien entsprechen den Körnern der Zn-Ausscheidungen. Es
wurden 10 Ausschnitte dieser Fotografien untersucht, die jeweils
einer Fläche
von 45 μm × 30 μm des Schnitts
der Al-Legierungsbleche entsprachen, und die Bilder dieser zehn
Ausschnitte analysiert. Dann wurde der mittlere Korndurchmesser
der Zn-Ausscheidung berechnet, der der mittleren Korngröße der Körner entspricht.
Gleichzeitig wurde das mittlere Längenverhältnis der Zn-Ausscheidungen
berechnet. Außerdem
wurde der mittlere Flächenanteil
der Zn-Ausscheidungen bestimmt, d. h. der Mittelwert der Verhältnisse
der in dem untersuchten Ausschnitt von der Zn-Ausscheidung einge nommenen
Fläche zu
der Fläche
des untersuchten Ausschnitts.
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Eine
Al-Legierung, deren Zn-Ausscheidung eine mittlere Korngröße von mehr
als 0,5 μm,
ein Längenverhältnis von
weniger als 1,5 und einen Flächenanteil
von weniger als 0,5% aufweist, zeigt bei Warmbearbeitungstemperaturen
eine unzureichende Dehnung und Bearbeitbarkeit. So zeigt eine Al-Legierung,
in der keine Zn-Ausscheidung gefunden werden und deren Flächenanteil
null beträgt,
bei Warmbearbeitungstemperaturen eine äußerst geringe Dehnung und weist
bei Zimmertemperaturen eine geringe Festigkeit und einen schlechten
Ausgleich zwischen Festigkeit und Duktilität auf.
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Wie
bereits angesprochen wurde, enthält
die erfindungsgemäße Al-Legierung
verglichen mit herkömmlichen
Al-Legierungen eine
verhältnismäßig große Menge
Zn und zeichnet sich dadurch aus, dass die darin enthaltenen feinen
Zn-Ausscheidungen ein großes
Längenverhältnis und
einen passenden Flächenanteil haben.
Bezüglich
der Herstellung der erfindungsgemäßen Al-Legierung bestehen keine
besonderen Einschränkungen.
Um jedoch effizient eine feine Zn-Ausscheidung mit großem Längenverhältnis erzeugen
zu können,
sollten die Körner
der Zn-Ausscheidung
so wenig wie möglich
gefeint und das Längenverhältnis erhöht werden,
indem bei einer hohen Verformung von 50% oder mehr und vorzugsweise
70% oder mehr kaltgewalzt wird. Abgesehen davon ist es günstig, in
einem auf das Kaltwalzen folgenden Glühvorgang soweit wie möglich die
Bildung der festen Lösung
aus Zn einzuschränken,
damit die Zn-Ausscheidung durch Glühen der Al-Legierung bei einer
Temperatur von 250°C
oder weniger und vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von
150 bis 200°C
erhalten bleibt.
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Bezüglich der
Fertigungsbedingungen bestehen ebenfalls keine besonderen Einschränkungen,
d. h. das erfindungsgemäße Al-Legierungsblech
kann durch ein allgemein bekanntes Al-Blechherstellungsverfahren
angefertigt werden. So kann das Al-Legierungsblech beispielsweise
angefertigt werden, indem aus der Al-Legierung durch Direktkokillenguss
(direct chill casting) oder Strangguss (continuous casting) ein
Block hergestellt wird, der Al-Legierungsblock
einer homogenisierenden Wärmebehandlung
unterzogen und dann warmgewalzt wird, um ein Al-Legierungsblech zu erzeugen, und das
Al-Legierungsblech, wenn nötig,
nach einem Zwischenglühen
des Al-Legierungsblechs kaltgewalzt wird.
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Das
auf diese Weise erzielte erfindungsgemäße Al-Legierungsblech zeigt bei einer Warmbearbeitungstemperatur
von beispielsweise 200°C
eine ausgezeichnete Verformbarkeit von 100% oder mehr, eine hervorragende
Bearbeitbarkeit bei Warmbearbeitungstemperaturen und ein äußerst ausgewogenes
Verhältnis zwischen
Festigkeit und Duktilität
bei Zimmertemperaturen. Diese Merkmale des erfindungsgemäßen Al-Legierungsblechs
lassen sich auf verschiedenen Gebieten der Formung von beispielsweise
Innen- und Außenblechen
von Kraftfahrzeugteilen einschließlich Motorhauben, Kotflügeln, Türen, Dächern und
Kofferraumdeckeln, von Schiffswänden
und von Blechen für
elektrische Haushaltsgeräte
nutzen.
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Beispiele
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Es
werden nun Beispiele für
die erfindungsgemäßen Al-Legierungsbleche
beschrieben. Bei diesen Beispielen wurden zunächst durch Direktkokillenguss
beziehungsweise Stranggießen
Blöcke
aus Al-Legierungen hergestellt, die jeweils die in Tabelle 1 angegebene
chemische Zusammensetzung aufwiesen. Diese Blöcke wurden 4 Stunden lang einer
homogenisierenden Wärmebehandlung
bei 500°C
unterzogen. Unter einer Anfangstemperatur von 400°C wurden
dann durch Warmwalzen Al-Legierungsbleche mit jeweils verschiedenen
Dicken geformt. Die Al-Legierungsbleche wurden dann durch Kaltwalzen
und Glühen
unter den in Tabelle 2 angegebenen Verfahrensbedingungen weiter
verarbeitet, um 1 mm dicke Al-Legierungsbleche zu erzielen.
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Aus
den Al-Legierungsblechen wurden Zugversuchsprüfkörper entnommen, wie sie in
JIS Nr. 13 spezifiziert sind, die dann bei 25°C (Zimmertemperatur) und 200°C mit einer
Instron Prüfmaschine
Modell 5880 für Zugversuche
herangezogen wurden. Die Prüfkörper wurden
mit einer Dehngeschwindigkeit von 1,2 × 10
–4/s gedehnt,
um die Dehnung und die Dehngrenze zu ermitteln. Außerdem wurden
in einem Längsschnitt
jedes Al-Legierungsblechs mit einem REM bei 10.000-facher Vergrößerung zehn
Ausschnitte untersucht. Die Bilder der zehn Ausschnitte des Längsschnitts
wurden dann analysiert, um durch Bildung des Mittelwertes aus den anhand
der zehn Ausschnitte erzielten Messdaten die mittlere Korngröße (den
mittleren Korndurchmesser), das Längenverhältnis und den Flächenanteil
der Zn-Ausscheidungen jedes Al-Legierungsbleches zu bestimmen. Die
Prüfkörper wurden
dazu nach der letzten Glühung
entnommen, und die Längsschnitte
der Prüfkörper wurden
durch mechanisches Schleifen endbearbeitet. Außerdem wurde von einem Teil
jedes Prüfkörpers an einer
Stelle, die der halben Dicke des Prüfkörpers entsprach, im REM das
Sekundärelektronenbild
untersucht. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 1 Zusammensetzung Al-Legierung
(Gew.-%) Andere Elemente als Al
| Legierung
Nr. | Zn | Fe | Si | Mn | Cr | Zr | Ti | Cu | Mg |
| 1 | 11,0 | 0,1 | 0,2 | | | | | | |
| 2 | 15,0 | 0,05 | 0,1 | | | | | | |
| 3 | 18,0 | 0,2 | 0,3 | | | | | | |
| 4 | 20,0 | 0,15 | 0,05 | | | | | | |
| 5 | 24,0 | 0,3 | 0,1 | | | | | | |
| 6 | 28,0 | 0,2 | 0,15 | | | | | | |
| 7 | 17,0 | 0,4 | 0,05 | 0,2 | | | | | |
| 8 | 23,0 | 0,1 | 0,4 | | 0,25 | | | | |
| 9 | 29,0 | 0,2 | 0,15 | | | 0,1 | | | |
| 10 | 19,0 | 0,3 | 0,2 | | | | 0,05 | | |
| 11 | 17,0 | 0,2 | 0,3 | | | | | 0,4 | |
| 12 | 21,0 | 0,1 | 0,2 | | | | | | 0,5 |
| 13 | 8,0 | 0,3 | 0,3 | | | | | | |
| 14 | 5,0 | 0,1 | 0,2 | | | | | | |
| 15 | 35,0 | 0,7 | 0,4 | | | | | | |
| 16 | 28,0 | 0,4 | 0,7 | | | | | | |
| 17 | 20,0 | 0,2 | 0,1 | 0,6 | | | | | |
| 18 | 15,0 | 0,4 | 0,05 | | 0,7 | | | | |
| 19 | 18,0 | 0,1 | 0,1 | | | 0,5 | | | |
| 20 | 15,0 | 0,2 | 0,4 | | | | 0,4 | | |
| 21 | 21,0 | 0,1 | 0,2 | | | | | 1,2 | |
| 22 | 24,0 | 0,3 | 0,1 | | | | | | 1,2 |
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Wie
sich aus den Tabellen 1 und 2 ergibt, weisen die Legierungen Nr.
1 bis 12 gemäß den Beispielen der
erfindungsgemäßen Al-Legierung
bei der Warmbearbeitung bei 200°C
Dehnungen von 100% oder mehr auf und haben bei Zimmertemperatur
zufriedenstellende Dehngrenzen und Dehnungen. Die Legierungen Nr. 3,
11 und 12, bei denen der Flächenanteil
der Zn-Ausscheidung in dem gewünschten
Bereich von 5,0 bis 8,0 liegt, zeigen bei Zimmertemperatur verglichen
mit den übrigen
Al-Legierungen ein besonders ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und
Duktilität.
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Die
Al-Legierungen Nr. 13 bis 22, die einige der bei der Erfindung erforderlichen
notwendigen Bedingungen nicht erfüllen und daher als Vergleichsbeispiele
dienen, weisen bei 200°C
nur geringe Dehnungen von höchstens
80% auf, können
entweder in punkto Festigkeit oder in punkto Dehnung nicht zufrieden
stellen und haben bei Zimmertemperatur eine geringe Festigkeit oder
Dehnung und eine schlechte Ausgewogenheit zwischen Festigkeit und
Duktilität.
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Es
versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf die hier
beschriebenen Beispiele beschränkt ist
und im Rahmen der Patentansprüche
auch auf andere Weise in die Praxis umgesetzt werden kann.
