DE112011104398T5

DE112011104398T5 - Verfahren zur Herstellung einer geformten Verkleidung aus einer Al-Legierung für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt

Info

Publication number: DE112011104398T5
Application number: DE112011104398T
Authority: DE
Inventors: Arjen Kamp; Sabine Maria SPANGEL
Original assignee: Aleris Rolled Products Germany GmbH
Current assignee: Novelis Koblenz GmbH
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-09-12
Also published as: CA2821277A1; US9533339B2; RU2013126799A; CA2821277C; US20130312881A1; BR112013017630B8; WO2012079828A1; BR112013017630A2; BR112013017630B1; CN103261462B; CN103261462A; EP2652162A1; EP2652162B1; RU2583198C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geformten Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung, bevorzugt für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbereich, aus einem Legierungsblech der 5000-Reihe, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Blechs aus einer Legierung der 5000-Reihe mit einer Dicke von etwa 0,05 bis 10 mm und einer Länge in der längsten Abmessung von wenigstens 800 mm; und Reckformen des Blechs bei einer Umformungstemperatur zwischen –100°C und –25°C, um eine geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung zu erhalten. Die Erfindung betrifft auch einen geformten Gegenstand, welcher durch das obige Verfahren umgeformt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geformten Verkleidung bzw. Tafel aus einer Aluminiumlegierung, bevorzugt für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbereich, aus einem Aluminiumlegierungsblech der 5000-Reihe.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist zu beachten, dass sich nachstehend, sofern nicht anders angegeben, die Aluminiumlegierungsbezeichnungen und Härtegradbezeichnungen auf die Bezeichnungen der Aluminum Association in „Aluminum Standards and Data and the Registration Records”, wie sie von der Aluminum Association im Jahr 2010 veröffentlicht wurden, beziehen, wie im Stand der Technik gut bekannt ist.
Bei der Beschreibung von Legierungszusammensetzungen oder bevorzugten Legierungszusammensetzungen beziehen sich alle Prozentangaben auf Gew.-%, außer es ist anders angegeben.
AlMg-Legierungen, und insbesondere AlMgSc-Legierungen, sind geeignete Kandidaten für Anwendungen der Luft- und Raumfahrt aufgrund ihrer geringen Dichte verglichen mit verschiedenen existierenden Aluminiumlegierungen, während gleichzeitig die Festigkeits- und Zähigkeitsniveaus vergleichbar sind. Die Anwendungen der Luft- und Raumfahrt erfordern jedoch, dass das Blech zu komplex gekrümmten Formen, wie Rumpfhaut, untere Tragflächenhaut, obere Tragflächenhaut oder Flügelstringer, umgeformt wird. Derzeit ist Kriechumformung das bevorzugte Verfahren zur Umformung von Aluminiumlegierungsblech der 5000-Reihe. Während der Kriechumformung wird das Blech in einem Autoklav auf eine Temperatur von üblicherweise über etwa 300°C erwärmt, und eine Last wird auf das Blech aufgebracht, beispielsweise durch Verwendung eines Vakuums, um das Blech in die Form zu ziehen. Während des Verfahrens verformt sich das Blech langsam in die gewünschte Form, was mehrere Stunden dauern kann. Der Hauptvorteil dieses Umformungsvorgangs ist die hohe Formgenauigkeit und dass es mit Laserstrahlschweißen der Stringer an das Blech kombiniert werden kann. Nachteile sind die hohen Kapitalkosten der Kriechglühanlage und die benötigten langen Umformungszeiten.
Ein alternatives Umformungsverfahren, welches im Strand der Technik bekannt ist, ist Reckformen, wobei das Blech an seinen Rändern gegriffen und über eine Form gereckt wird. Diese Umformungstechnik wird für altershärtbare Aluminiumlegierungen in der Luft- und Raumfahrt verwendet. Beim Reckformen von 5000-Legierungen führt jedoch der Portevin-Le-Chatelier-Effekt („PLC-Effekt”) zu so genannten PLC-Bändern auf der geformten Verkleidung. Hierbei handelt es sich um parallele Bänder, welche an der Oberfläche des umgeformten Blechs aufgrund eines inhomogenen Fließens während des Reckens erscheinen, was auch aus den gezackten Spannungs-Dehnungs-Kurven, welche während des Reckformungsverfahrens aufgezeichnet werden, ersichtlich ist. Derartige PLC-Bänder gelten als inakzeptable Oberflächenfehler und verhindern bislang die Verwendung derartiger Verkleidungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie oder in Automobilanwendungen.
Eine Möglichkeit, die PLC-Band-Bildung zu verhindern, besteht darin, die Temperatur während des Reckformens auf kryogene Temperaturen zu verringern. Dieses Verfahren ist in der Patentveröffentlichung US 4,159,217 offenbart worden, wo vorgeschlagen wurde, ein kaltverfestigtes Blech bei kryogenen Temperaturen im Bereich von –100°C bis etwa –200°C reckzuformen. Das Blech wurde durch Eintauchen in ein geeignetes kryogenes Medium, beispielsweise flüssigen Stickstoff, oder in eine Mischung aus Trockeneis und Alkohol abgekühlt. Die US 4,159,217 sagt jedoch nichts zu den Zugeigenschaften und somit der Durchführbarkeit von Reckformen bei niedrigen Temperaturen für Legierungen der 5000-Reihe. Außerdem sind die verwendeten Temperaturen sehr niedrig, was eine reichliche Verwendung von kryogenen Medien erfordert.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umformen geformter Verkleidungen aus einer Aluminiumlegierung bereitzustellen, welches zu guten Ergebnissen für Legierungsblech der Reihe 5000 führt, und welches kostengünstiger ist als das im Stand der Technik offenbarte Verfahren. Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, geformte Verkleidungen aus einer Aluminiumlegierung der Legierungsreihe 5000 bereitzustellen, welche gute Kombinationen aus Dehnung, Zugeigenschafen und Korrosionsfestigkeit nach dem Umformen bieten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe und weitere Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung, welche durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 11 definiert ist, erreicht oder übertroffen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass Reckformen von Legierungsblech der Reihe 5000 ohne die Bildung von PLC-Bändern bei Temperaturen zwischen –100°C und –25°C möglich ist. Eine bevorzugte Obergrenze für die Umformungstemperatur ist etwa –30°C, bevorzugter etwa –35°C, und am bevorzugtesten etwa –40°C. Eine bevorzugte untere Temperaturgrenze ist etwa –90°C, am bevorzugtesten etwa –80°C. Aus praktischen Gründen wird die Umformungstemperatur üblicherweise im höheren Teil des Temperaturbereichs gewählt, z. B. zwischen etwa –40°C und –70°C, was es erlaubt, dass das Legierungsblech beispielsweise mittels Trockeneis, welches eine Temperatur von lediglich –78°C aufweist, gekühlt wird.
Diese vergleichsweise hohe Temperatur ermöglicht mehr Flexibilität in dem angewendeten Reckformungsverfahren. Beispielsweise ist es möglich, das Aluminiumblech vor dem Reckformen zu kühlen, d. h. die Reckformungsanlage selbst muss nicht gekühlt werden. Alternativ wird das Blech während des Umformens gekühlt, jedoch kann das aktive Kühlen möglicherweise während des Umformungsverfahrens gestoppt werden. Kühlen auf die Umformungstemperatur kann erfolgen, indem kalte Medien, beispielsweise Trockeneis, auf dem Blech plaziert werden, durch Besprühen mit flüssigem Stickstoff oder durch Abkühlen der Reckformungsausrüstung mittels einer gewöhnlichen Kühlvorrichtung, wie sie für Kühlschränke verwendet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Blech vor dem Reckformen durch Verwendung von Trockeneis, insbesondere durch Eintauchen in oder Besprühen mit Trockeneis, abgekühlt, und es erfolgt keine weitere Kühlung während des Reckformens. Dadurch können Umformungstemperaturen zwischen etwa –70°C und etwa –40°C verwirklicht werden, welche perfekt geeignet sind, um gute Umformungsergebnisse zu erzielen, wie unten gezeigt werden wird, und gleichzeitig ist das Kühlverfahren kostengünstig durch die Verwendung von relativ billigem Trockeneis.
Das Blech ist aus einer Legierung der 5000-Reihe hergestellt, bevorzugt aus einer Legierung, welche auch Scandium im Bereich von 0,05 bis 1% enthält. Beispielsweise kann die Aluminiumlegierung auch eine Zusammensetzung umfassend 3,0–6,0% Mg, bevorzugt 3,8–5,3% Mg, und 0,05–0,5% Sc, bevorzugt 0,1–0,4% Sc, am bevorzugtesten 0,2–0,3% Sc, aufweisen. Optional kann die Legierung 0,05–0,25% Zr, bevorzugt 0,10–0,15% Zr, umfassen. Der Rest besteht aus Fe, Si, üblichen Verunreinigungen und Aluminium. Optional kann die Aluminiumlegierung bis zu 2% Zn enthalten.
In einer bevorzugteren Ausführungsform ist die Aluminiumlegierung aus der AA5024-Reihe hergestellt.
Das Verfahren ist anwendbar für Blechmaterial mit einer Dicke von etwa 0,05–10 mm, bevorzugt etwa 0,8–6 mm, und einer Länge in der längsten Abmessung von wenigstens 800 mm. Es ist kennzeichnend für die Erfindung, dass sie industriell anwendbar ist für die Herstellung größerer Verkleidungen mit guten Eigenschaften. Bevorzugt weist das Legierungsblech eine Länge in der längsten Abmessung von wenigstens 1 m, bevorzugt > 3 m, auf, und bevorzugt weist das Legierungsblech eine Breite von 0,4–2 m auf.
Die Erfindung wird für die Herstellung einer geformten Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung für strukturelle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt verwendet, wobei die geformte Verkleidung als untere Tragflächenhaut, obere Tragflächenhaut, Holm oder Rumpfhaut verwendet werden kann.
Allgemein gesprochen haben die Erfinder entdeckt, dass sie kritische Temperatur T_crit, unterhalb welcher sich an der geformten Verkleidung keine PLC-Bänder bilden werden, höher ist als man vom Stand der Technik vermutet hätte, und bei vielen Anwendungen zwischen –40 und –30°C, beispielsweise um –40°C, liegt. Man hat weiter entdeckt, dass die kritische Temperatur für die Aluminiumlegierungen der AA5000-Reihe auch von der Umformungsgeschwindigkeit während des Umformens abhängt, wobei dieses Verhältnis durch die folgende Formel ausgedrückt werden kann: T_crit [°C] = log₁₀(έ [s^–1]) × 18,8 + 13,8°C wobei έ die Umformungsgeschwindigkeit während des Umformens ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mit steigender Umformungsgeschwindigkeit auch die kritische Temperatur steigt. Beispielsweise waren bei einer Umformungsgeschwindigkeit von über 1 × 10^–3 s^–1 keine PLC-Linien bei einer Temperatur von –40°C erkennbar, während sich bei einer Umformungsgeschwindigkeit von lediglich etwa 2 × 10^–4 s^–1 PLC-Linien sogar bei Temperaturen, welche lediglich –50°C betrugen, bildeten. Somit kann die obige Formel als hilfreiches Werkzeug für die Anpassung der Umformungsgeschwindigkeit an die verfügbare Temperatur oder umgekehrt verwendet werden. Da eine höhere Umformungsgeschwindigkeit zu einer hohen Produktivität führt, wird im Allgemeinen das Arbeiten bei einer höheren Umformungsgeschwindigkeit bevorzugt, insbesondere da sich gezeigt hat, dass eine höhere Umformungsgeschwindigkeit nicht zu einer erheblichen Verschlechterung der Zugeigenschaften führt. Im Gegenteil zeigten Proben, welche bei der gleichen Temperatur aber einer höheren Umformungsgeschwindigkeit gereckt wurden, eine leicht erhöhte Festigkeit und Dehnung und ein höheres Verhältnis von Reißfestigkeit zu Dehngrenze.
Da in einem komplex geformten Gegenstand nicht jeder Teil des Blechs im gleichen Maß und mit der gleichen Gesamtdehnung gedehnt wird, geht man davon aus, dass die in dieser Anmeldung angegebenen Werte die Durchschnittswerte über die geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung sind, außer es ist anders angegeben.
Die Gesamtdehnung liegt üblicherweise über 1% und unter 8%, z. B. zwischen 3% und 8%, bevorzugter zwischen etwa 3,5% und 6,5%, und am bevorzugtesten zwischen 4% und 6%. Mit solchen Dehnungswerten kann gezeigt werden, dass die Schwankung in Zugwerten und Dehnung bei unterschiedlichen Gesamtdehnungen weniger als 10% beträgt, die Schwankung zwischen Blechen, welche um 4% und 6% gereckt wurden, ist sogar weniger als 8% für die Zugwerte, und lediglich etwa 3% für die Dehnung. Dieses Ergebnis ist sehr gut, da natürlich unterschiedliche Teile eines geformten Gegenstands zu unterschiedlichen Gesamtdehnungen gereckt werden, und dies sollte nicht zu extremen Schwankungen in den Eigenschaften der geformten Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung führen. Somit weist das Reckformen bei den erfindungsgemäßen Temperaturen den Vorteil auf, dass geformte Verkleidungen mit verhältnismäßig einheitlichen Eigenschaften erhalten werden können.
Bevorzugt ist die Umformungsgeschwindigkeit während des Reckformens über 1 × 10^–4 s^–1, was somit zu einer kritischen Temperatur von etwa über –60°C führt, bevorzugter ist die Umformungsgeschwindigkeit über 1 × 10^–3, was zu einer kritischen Temperatur von etwa –42°C führt, und am bevorzugtesten ist die Umformungsgeschwindigkeit über 2 × 10^–3.
Entsprechend liegt eine bevorzugte Zielumformungstemperatur unter –40°C, bevorzugt unter –50°C, aber bevorzugt über der Temperatur von Trockeneis (–78°C). Die Zieltemperatur ist diejenige, welche man während des Reckformens zu erzielen versucht.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung muss die Temperatur während des Reckformungsschritts nicht konstant gehalten werden (beispielsweise bei der Zielumformungstemperatur). Beispielsweise kann die Temperatur um ±7°C, bevorzugter um ±10°C, am bevorzugtesten um ±15°C, schwanken.
Das beim Reckformungsverfahren verwendete Blech ist bevorzugt durch Gießen eines Gussblocks; Warmwalzen des Gussblocks auf Zwischenstärke, beispielsweise 5–10 mm; Kaltwalzen des warmgewalzten Produkts auf Endstärke, beispielsweise 2–6 mm, und Glühen des kaltgewalzten Produkts bei einer Temperatur von beispielsweise 270–280°C während 1–2 Stunden, verarbeitet worden.
Es hat sich weiter gezeigt, dass Kaltverfestigung durch das erfindungsgemäße Reckformen erzielt wird, um Werte wie die Dehngrenze und die Zugfestigkeit um etwa 10–20%, bevorzugt um wenigstens 15%, verglichen mit einer nicht-gereckten Bezugsprobe zu erhöhen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Glühen nach dem Umformen bei einer Temperatur zwischen 250°C und 350°C, bevorzugt 275°C bis 325°C, durchgeführt, oder Zwischenglühschritte zwischen zwei Reckformungsschritten, ebenfalls bei einer Temperatur von 250–350°C, bevorzugt 275 bis 325°C, um jegliche noch verbliebenen inhomogenen Eigenschaften zu eliminieren oder die Eigenschaften an die gewünschte Anwendung anzugleichen.
In einem anderen Aspekt richtet sich die Erfindung auch auf eine geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung für strukturelle Anwendung in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbereich, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren geformt worden ist. Die geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung zeigt keine PLC-Bänder und weist eine Zugfestigkeit von über 380 MPa, bevorzugt über 400 MPa, auf und eine Dehnung über 7%, bevorzugt über 8%. Wenigstens für strukturelle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt ist das Verhältnis von Reißfestigkeit zu Dehngrenze bevorzugt über 1,5, bevorzugter über 1,6, und die Dehngrenze ist bevorzugt über 325 MPa, bevorzugter über 350 MPa. Diese Ergebnisse sind bei einer Gesamtdehnung von 6% und Temperaturen von –40 oder –50°C erzielt worden.
Die geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung wird bevorzugt gemäß den oben beschriebenen Verfahrensschritten verarbeitet.
In bevorzugten Ausführungsformen wird das Legierungsblech der 5000-Reihe aus einer Sc-enthaltenden Legierung mit Sc im Bereich von 0,05 bis 1% hergestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, welches die bei unterschiedlichen Umformungsgeschwindigkeiten und Temperaturen durchgeführten Untersuchungen zusammenfasst, wobei das Auftreten von PLC-Linien oder keinen PLC-Linien gezeigt ist.
2 ist ein Diagramm der Zugfestigkeit und Dehngrenze verschiedener Proben, welche bei unterschiedlichen Temperaturen gereckt wurden.
3 ist ein Diagramm der Dehnung unterschiedlicher Proben, welche auf eine Gesamtdehnung von 6% bei unterschiedlichen Temperaturen gereckt wurden.
4 ist ein Diagramm, welches die Wirkung der Gesamtdehnung auf die Festigkeit zeigt.
5 ist ein Diagramm der Dehnung gegenüber der Gesamtdehnung.
6 ist ein Diagramm der End-Ausbreitungsenergie gegenüber der Gesamtdehnung.
7 ist ein Diagramm der Festigkeit gegenüber der Umformungsgeschwindigkeit.
8 ist ein Diagramm der Dehnung gegenüber der Umformungsgeschwindigkeit.
9 ist ein Diagramm der End-Ausbreitungsenergie gegenüber der Umformungsgeschwindigkeit.
10 ist ein Diagramm verschiedener Eigenschaften, verglichen mit Proben, welche bei geringer Dehnung und Umformungsgeschwindigkeit gegenüber hoher Dehnung und Umformungsgeschwindigkeit gereckt wurden.
11 sind Fotografien von 5xxx-Blech, welches bei –50°C (links) und 150°C (rechts) gereckt und gemäß ASTM G-66 auf Korrosionsbeständigkeit untersucht wurde.
1 fasst eine Reihe von Experimenten zusammen, welche durchgeführt wurden, um die kritische Temperatur zu finden, d. h. die Maximaltemperatur unter 0°C, bei welcher Legierungsblech der Reihe 5000 gereckt werden kann, ohne dass PLC-Linien auftreten. Die runden Datenpunkte zeigen Proben ohne PLC-Linien an, viereckige Datenpunkte stellen Proben mit PLC-Linien dar. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass es eine Beziehung zwischen der Umformungsgeschwindigkeit und der Temperatur gibt, welche durch die folgende Formel zusammengefasst werden kann: T_crit [°C] = log₁₀(έ [s^–1]) × 18,8 + 13,8°C
Die kritische Temperatur ist in 1 als eine Linie eingezeichnet, welche Proben ohne PLC-Linien von denjenigen trennt, bei denen sich PLC-Linien zeigten. Überraschenderweise kann die Recktemperatur umso höher sein, je höher die Umformungsgeschwindigkeit ist. Somit tritt bei dem Temperaturbereich über etwa –100°C und unter der kritischen Temperatur ein homogenes Fließen während des Reckens auf. Experimente zeigen, dass die Versetzungsbewegung bei diesen Temperaturen recht homogen ist, da die gelösten Atome mit der sich bewegenden Versetzungen nicht gleichziehen und sich an sie anhaften können, was durch das geringe Diffusionsvermögen der gelösten Mg-Atome bei den niedrigen Temperaturen verursacht wird. Die Experimente von 1 wurden mit einer AlMgSc-Legierung durchgeführt, welche die folgende Zusammensetzung aufweist: Mg 4,5%, Sc 0,27%, Zr 0,10%, Verunreinigungen jeweils < 0,05% und gesamt < 0,15%, Rest Aluminium.
BEISPIELE
Legierungen wurden gegossen, zu Blechprodukten verarbeitet und bei verschiedenen Temperaturen und bei verschiedenen Umformungsgeschwindigkeiten und Gesamtdehnungen gereckt, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu untersuchen. Insbesondere wurde eine Legierung enthaltend 4,5% Mg, 0,26% Sc, 0,10% Zr, Verunreinigungen jeweils < 0,05% und gesamt < 0,15%, Rest Aluminium, zu Gussblöcken mit einem Durchmesser von 262 mm und einer Länge von 1400 mm gegossen. Aus diesen Gussblöcken wurden Walzblöcke mit einer Stärke von 80 mm zerspanend hergestellt. Die Walzblöcke wurden auf eine Zwischenstärke von 8 mm warmgewalzt, auf eine Dicke von 4 mm kaltgewalzt, während 1 Stunde bei 275°C geglüht, auf 1,6 mm kaltgewalzt und während zwei Stunden bei 325°C geglüht. Aus diesem kaltgewalzten Blech wurden Verkleidungen zerspanend hergestellt, welche einem kryogenen Reckvorgang bei verschiedenen Temperaturen, Umformungsgeschwindigkeiten und Gesamtdehnungen unterzogen wurden, wie in den Tabellen 1 und 2 unten gezeigt ist.

Die Zugeigenschaften wurden gemäß DIN EN-10.002 untersucht. In den Tabellen 1 und 2 steht Rp für die Dehngrenzen, Rm für die Zugfestigkeit und A steht für die Dehnung. „TS” steht für Reißfestigkeit und wurde in L-T und T-L-Richtung gemäß ASTM-B871-96 gemessen. „UPE” steht für Einheits-Ausbreitungsenergie („unit propagation energy”) und wurde ebenfalls gemäß ASTM-B871-96 gemessen. Es ist ein Maß für die Ausbreitung von Rissen, während TS ein Indikator für die Menge an Rissbildung ist.

Proben-ID	Umformungstemperatur	Umformungsgeschwindigkeit	Dehnung	TS		UPE		TS/Rp
Proben-ID	[°C]	[s–1]	[%]	L-T	T-L	L-T	T-L	L-T
1	–50	1,3E–03	6	583	560	101	122	1,62
2	–50	9,3E–04	6	546	571	88	140	1,53
3	–50	1,0E–03	4	554	580	126	159	1,68
4	–50	2,0E–04	4	539	561	129	126	1,58
5	–40	2,3E–03	6	576	577	96	119	1,58
6	–40	1,9E–04	4	573	577	136	137	1,70
7	20	2,6E–04	6	537	557	149	79	1,46
8	20	2,6E–04	4	547	549	112	172	1,58

Tabelle 1: Zusammenfassung der Reißfestigkeit TS, UPE und TS/Rp für 13 Proben desselben Blechs, jedoch bei unterschiedlichen Temperaturen, Umformungsgeschwindigkeiten und Gesamtdehnung gereckt.

Proben-ID	Temperatur [°C]	Umformungsgeschwindigkeit [s–1]	Dehnung [%]	Rp [MPa]	Rm [MPa]	Ag [%]	A [%]	PLC-Linien
1	–50	1,3E–03	6	359	400	8,0	9,2	Nein
2	–50	9,3E–04	6	357	400	8,1	9,2	Nein
3	–50	1,0E–03	4	330	383	11,8	12,6	Nein
4	–50	2,0E–04	4	342	393	9,2	10,5	Nein
5	–40	2,3E–03	6	365	403	6,8	7,0	Nein
6	–40	1,9E–04	4	337	390	9,1	9,6	Nein
7	20	2,6E–04	6	369	410	8,2	8,8	JA
8	20	2,6E–04	4	347	397	9,9	10,7	JA
Basis	-	-	0	293	374	11,7	13,0	Nein

Tabelle 2: Zugwerte für 13 verschiedene Proben von Blech, welches bei verschiedenen Temperaturen, Umformungsgeschwindigkeiten und Gesamtdehnungen gereckt wurde.

Nachstehend sollen die 2–11 diskutiert werden, um einige wichtige Eigenschaften des erfindungsgemäß gereckten Blechs zu zeigen. Gemäß 2 tritt durch Recken auf eine Gesamtdehnung von 6% eine erhebliche Kaltverfestigung auf, was zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit von etwa 375 MPa der nicht-gereckten Referenzprobe auf über 390 MPa für Umformungstemperaturen von –40 oder –50°C führt. Die Dehngrenze steigt von etwa 290 auf über 350 MPa. Die besten Ergebnisse erzielt man zwar bei etwa Raumtemperatur, jedoch stellt diese Technik aufgrund des deutlichen Auftretens von PLC-Linien bei diesen Temperaturen keine Alternative dar. Es ist aus 2 außerdem ersichtlich, dass der Kaltverfestigungseffekt bei kryogenen Temperaturen erheblich höher ist als bei Temperaturen über 100°C, so dass Kryo-Recken in dieser Hinsicht zu erheblich besseren Ergebnissen führt.
3 zeigt Werte für die Dehnung nach dem Recken um 6%, was für Temperaturen zwischen –50°C und –100°C recht konstant zu sein scheint. Dies ist von großem Vorteil, da es zeigt, dass die Temperatur während des Reckformens nicht konstant sein muss, sondern beispielsweise um ±20°C schwanken kann, solange die kritische Temperatur für Kryo-Recken nicht überschritten wird.
Somit lässt sich zusammenfassend sagen, dass die Zugeigenschaften, Dehngrenze, Zugefestigkeitswerte und Dehnung eine sehr geringe Temperaturabhängigkeit aufwiesen, so dass es wenig inhomogene Verformung geben wird, wenn Reckformen bei inhomogener oder schwankender Temperatur durchgeführt wird. Außerdem steigt die Kaltumformung mit sinkender Reckformungstemperatur.
Die Wirkung der Gesamtdehnung auf verschiedene Eigenschaften wird unter Bezugnahme auf 4–6 diskutiert. Gemäß 4 führt eine Zunahme der Gesamtdehnung von 4% auf 6% zu einer 8%igen Zunahme von Rm und einer 5%igen Zunahme von Rp. Dieser Unterschied ist recht klein, was auch sehr gut ist, da es erlaubt, dass die Technik für kommerzielle Verkleidungen angewendet wird, welche nicht an jeder Stelle um denselben Betrag gereckt werden. Erfindungsgemäß wird die Schwankung der Zugeigenschaften über die geformte Verkleidung dennoch gering sein.
7–9 zeigen die Wirkung der Umformungsgeschwindigkeit auf verschiedene Eigenschaften. Wie aus 7 ersichtlich ist, ist die Wirkung auf die Festigkeit im Allgemeinen sehr gering. Die Dehnung scheint mit zunehmender Umformungsgeschwindigkeit abzunehmen, während die Einheits-Ausbreitungsenergie von der Umformungsgeschwindigkeit relativ unbeeinflusst zu sein scheint. Somit scheint kein Hindernis gegen die Verwendung einer hohen Umformungsgeschwindigkeit zu bestehen, um eine verhältnismäßig hohe kritische Temperatur gemäß 1 zu erzielen, was auch den Vorteil eines hohen Durchsatzes umgeformter Verkleidungen hat.
10 gibt eine Zusammenfassung verschiedener Eigenschaften und vergleicht eine geringe Dehnung (4%) und eine niedrige Umformungsgeschwindigkeit mit hoher Dehnung (6%) und hoher Umformungsgeschwindigkeit bei einer Temperatur von –50°C. Das Diagramm zeigt deutlich, dass alle Eigenschaften verhältnismäßig konstant bleiben, was ein gutes Anzeichen für eine homogene Verteilung von Eigenschaften über eine umgeformte Verkleidung, welche an unterschiedlichen Stellen um unterschiedliche Beträge gereckt wird, ist.
Die Erfindung hat den zusätzlichen Vorteil, dass Kryo-Recken das Material nicht sensibilisiert, so dass es zu keinem Verlust an Korrosionsbeständigkeit kommt, sh. Tabelle 3 und 11, wo Abblättern und Lochfraß für kryo-gerecktes 5xxx-Blech gemäß ASTM G-66 mit dem eines bei +150°C gereckten Blechs zur Vermeidung von PLC-Linien verglichen wird. In Tabelle 3 stehen „PA” und „PB” für leichte Lochkorrosion bzw. moderate Lochkorrosion. „PN” steht für keine Lochkorrosion und „EA” steht für leichtes Abblättern. Da sich die verformte Mikrostruktur nicht wieder erholt, werden die Festigkeitswerte beibehalten. Die Kaltumformung steigt mit sinkender Recktemperatur. Tabelle 3.

Recktemperatur Ausmaß des Abblätterns Ausmaß der Lochkorrosion/Loch-Blasenbildung (Pitblistering)

–50°C EA PN

+150°C EA PB
Nachdem die Erfindung nun vollständig beschrieben wurde, ist es für den Fachmann erkennbar, dass viele Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne den Geist oder Umfang der Erfindung, wie sie hier beschrieben wurde, zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4159217 [0006, 0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM G-66 [0037]
DIN EN-10.002 [0041]
ASTM-B871-96 [0041]
ASTM-B871-96 [0041]
ASTM G-66 [0048]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer geformten Verkleidung bzw. Tafel aus einer Aluminiumlegierung, bevorzugt für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und im Automobilbereich, aus einem Aluminiumlegierungsblech der 5000-Reihe, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Bereitstellen eines Blechs aus einer Legierung der 5000-Reihe mit einer Dicke von etwa 0,05 bis 10 mm und einer Länge in der längsten Abmessung von wenigstens 800 mm; – Reckformen des Blechs bei einer Umformungstemperatur zwischen –100°C und –25°C, um eine geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Umformungstemperatur unter einem Wert T_crit liegt, welcher durch die Formel T_crit [°C] = log₁₀(έ [s^–1]) × 18,8 + 13,8°C gekennzeichnet ist, wobei έ die Umformungsgeschwindigkeit während des Umformens ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reckformen bei einer Umformungsgeschwindigkeit zwischen 0,1 and 10^–4 s^–1 durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umformungsgeschwindigkeit über 1 × 10^–3 s^–1 liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech wenigstens an einigen Stellen um eine Gesamtdehnung von 2 bis 8% gereckt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zielumformungstemperatur unter –40°C, bevorzugt unter –50°C, liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur während des Umformens konstant innerhalb ±10°C, bevorzugt innerhalb ±15°C, der Zielumformungstemperatur während des Reckformens gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech vor dem Reckformen durch Verwendung von Trockeneis, insbesondere mittels Eintauchen in oder Besprühen mit Trockeneis, abgekühlt wird und während des Reckformens keine weitere Kühlung vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech aus einer Legierung der 5000-Reihe hergestellt worden ist durch – Gießen eines Gussblocks; – Warmwalzen; – Kaltwalzen; – Glühen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Schritt des Glühens der geformten Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung bei einer Temperatur von 250–350°C, oder des Zwischenglühens der Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung zwischen zwei Reckformungsschritten bei einer Temperatur von 250–350°C.
Geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung aus einem Legierungsblech der 5000-Reihe für Luft- und Raumfahrtanwendungen, wobei die Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung hergestellt worden ist durch ein Verfahren umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Blechs aus einer Legierung der 5000-Reihe mit einer Dicke von etwa 0,05 bis 10 mm und einer Länge in der längsten Abmessung von wenigstens 800 mm; – Reckformen des Blechs bei einer Umformungstemperatur zwischen –100°C und –25°C, um eine geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung zu erhalten, wobei das geformte Aluminiumlegierungsteil keine PLC-Linien aufweist und eine Zugfestigkeit in L-T-Richtung über 350 MPA und eine Dehnung über 7% aufweist.
Geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 11, welche nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bearbeitet worden ist.
Geformte Verkleidung aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Blech aus einer Sc-enthaltenden Aluminiumlegierung, insbesondere einer AA5024, hergestellt ist.