DE112020004885T5

DE112020004885T5 - Geschweisstes bauteil mit ausgezeichneterspannungskorrosionsrissbeständigkeit und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE112020004885T5
Application number: DE112020004885.3T
Authority: DE
Inventors: Shuhei Shakudo; Ken Atsuta
Original assignee: UACJ Corp
Current assignee: UACJ Corp
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2022-06-23
Also published as: JP6979991B2; JP2021059773A; WO2021070900A1; CN114555844A; US20220349039A1

Abstract

Es wird ein geschweißtes Bauteil mit ausgezeichneter Spannungskorrosionsrissbeständigkeit bereitgestellt, das Folgendes umfasst: ein Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000, das eine chemische Zusammensetzung aufweist, die 6,6 Masse-% bis 8,5 Masse-% Zn, 1,0 Masse-% bis 2,1 Masse-% Mg, 0,10 Masse-% bis 0,5 Masse-% Zr und 0,001 Masse-% bis 0,05 Masse-% Ti enthält, wobei ein Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen einschließt, und eine metallographische Struktur aufweist, die eine faserige Struktur ist; und ein anderes Aluminiumlegierungsmaterial, das mit dem Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 verschweißt ist. Wenn in diesem geschweißten Bauteil die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 vor einer künstlichen Alterungsbehandlung als X% IACS und die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 nach der künstlichen Alterungsbehandlung als Y% IACS definiert ist, wird die folgende Gleichung erfüllt: 0,120 ≤ (Y/X - 1) ≤ 0,250, und eine Differenz in der elektrischen Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 zwischen einem anderen Mutterteil als einer durch Schweißwärme beeinflusste Zone und der durch Schweißwärme beeinflussten Zone beträgt 5 % IACS oder weniger.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein geschweißtes Bauteil mit ausgezeichneter Spannungskorrosionsrissbeständigkeit und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Technischer Hintergrund
Hochfeste und leichte Aluminiumlegierungsmaterialien der Serie 7000 sind zunehmend als Material für Elemente verwendet worden, deren Gewicht reduziert werden soll, wie z.B. bei Transportausrüstung.
Aluminiumlegierungsmaterialien der Serie 7000 haben zwar hervorragende mechanische Eigenschaften, aber es besteht die Gefahr des Auftretens von Spannungskorrosionsrissen. Darüber hinaus wird, wenn ein Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 durch Lichtbogenschweißen oder ähnliches verbunden wird, nicht nur die Festigkeit durch die thermische Wirkung des Lichtbogenschweißens oder ähnlichem verringert, sondern es werden auch die Korrosionsbeständigkeit und die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit in der Nähe des geschweißten Teils beeinträchtigt.
Als Verfahren zum Verbessern der Spannungskorrosionsrissbeständigkeit eines Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 offenbart Patentliteratur 1 ein Verfahren, bei dem ein Material einer Alterungsbehandlung unterzogen wird, um eine höchste Festigkeit zu erhalten, und anschließend mittels einer Wiedererwärmungsbehandlung im Beschichtungs-Brennschritt in einen überalterten Zustand gebracht wird.
Des Weiteren wird in Patentliteratur 2 ein Verfahren zur Herstellung eines stranggepressten Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 vorgeschlagen, wobei das Verfahren durch die Durchführung einer zweistufigen künstlichen Alterungsbehandlung gekennzeichnet ist.
Darüber hinaus wird in Patentliteratur 3 vorgeschlagen, die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit durch Unterziehen eines Schweißmaterials einer Lösungswärmebehandlung und anschließend einer künstlichen Alterungsbehandlung zu verbessern.
Liste der Zitierungen
Patentliteraturquellen

Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2006-233336
Patentliteratur 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2010-275611
Patentliteratur 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2000-317676

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In Patentliteratur 1 wird eine Alterungsbehandlung unter den Bedingungen „bei 117 bis 123 °C für 18 bis 24 Stunden oder bei 127 bis 133 °C für 11 bis 14 Stunden“ durchgeführt, um eine höchste Festigkeit zu erzielen, und danach wird eine Überalterungsbehandlung durchgeführt. Diese Bedingungen erfordern jedoch eine lange Behandlungszeit. Zudem werden, wenn die Matrix übermäßig gealtert wird, nach dem Schweißen möglicherweise keine ausreichenden mechanischen Eigenschaften erzielt. Ferner fällt bei einer niedrigen Behandlungstemperatur von weniger als 145 °C kontinuierlich η'-Phase (MgZn₂) an den Korngrenzen aus; dies ist jedoch ein Faktor, der zu einer Verringerung der Spannungskorrosionsrissbeständigkeit führt.
In Patentliteratur 2 werden die Bedingungen für die zweistufige Alterung wie folgt beschrieben: „die Wärmebehandlungstemperatur des ersten Schritts liegt in einem Bereich von 70 bis 100°C, und die Wärmebehandlungstemperatur des zweiten Schritts liegt in einem Bereich von 140 bis 170°C“. Weiter heißt es in Patentliteratur 2 wie folgt: „Bei der zweistufigen Alterungsbehandlung unter den Produktionsbedingungen wurde die Wärmebehandlungstemperatur des zweiten Schritts auf 140°C bis 170°C und die Behandlungszeit auf 20 Stunden oder kürzer eingestellt“. Allerdings ist die Verweildauer der Wärmebehandlungstemperatur im zweiten Schritt unklar. Zum Beispiel führt selbst dann, wenn die Wärmebehandlungstemperaturbedingung im zweiten Schritt 140°C bis 170°C beträgt, eine kurze Verweilzeit zu einer Unteralterung, so dass keine ausreichende Spannungskorrosionsrissbeständigkeit erzielt werden kann. Darüber hinaus kann selbst dann, wenn die Wärmebehandlungstemperaturbedingung des zweiten Schritts 140°C bis 170°C beträgt, bei einer langen Verweilzeit keine ausreichende Festigkeit erzielt werden.
In Patentliteratur 3 werden eine Lösungswärmebehandlung und ein Abschrecken des Schweißmaterials nach dem Schweißen durchgeführt. Dieses Wärmebehandlungsverfahren ist jedoch mit einem hohen Kostenaufwand verbunden.
Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Umstände gemacht, und es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein geschweißtes Bauteil mit ausgezeichneter Spannungskorrosionsrissbeständigkeit, bei dem nicht nur die Korrosionsbeständigkeit und die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit eines Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 in seinem Mutterteil und in der Nähe eines geschweißten Teils verbessert sind, sondern auch die Festigkeit des geschweißten Teils erhöht ist, und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen.
Lösung des Problems
Zur Erreichung des oben beschriebenen Ziels ist das geschweißte Bauteil gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst:

ein Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000, das eine chemische Zusammensetzung aufweist, die 6,6 Masse-% bis 8,5 Masse-% Zn, 1,0 Masse-% bis 2,1 Masse-% Mg, 0,10 Masse-% bis 0,20 Masse-% Zr und 0,001 Masse-% bis 0,05 Masse-% Ti enthält, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, und das eine metallographische Struktur aufweist, die eine faserige Struktur ist; und
ein anderes Aluminiumlegierungsmaterial, das mit dem Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 verschweißt ist,
wobei
wenn eine elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 vor einer künstlichen Alterungsbehandlung als X% IACS definiert ist und die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 nach der künstlichen Alterungsbehandlung als Y% IACS definiert ist, die folgende Gleichung erfüllt ist: $0,120 \leq (Y/X - 1) \leq 0,250,$
und
eine Differenz in der elektrischen Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 zwischen einem anderen Mutterteil als der durch Schweißwärme beeinflussten Zone und der durch Schweißwärme beeinflussten Zone 5% IACS oder weniger beträgt.

Das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 kann ferner 0,50 Masse-% oder weniger Cu enthalten.
Das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 kann ferner 0,40 Masse-% oder weniger Mn und/oder 0,20 Masse-% oder weniger Cr enthalten.
Das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 kann 6,6 bis 7,6 Masse-% Zn und 1,0 bis 1,6 Masse-% Mg enthalten.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist das Herstellungsverfahren gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst:

den ersten künstlichen Alterungsbehandlungsschritt des Haltens eines Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 auf einer Temperatur von 90 bis 110°C für 1 bis 5 Stunden, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 eine chemische Zusammensetzung aufweist, die 6,6 Masse-% bis 8,5 Masse-% Zn, 1,0 Masse-% bis 2,1 Masse-% Mg, 0,10 Masse-% bis 0,20 Masse-% Zr und 0,001 Masse-% bis 0,05 Masse-% Ti enthält, wobei ein Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen einschließt, und eine metallographische Struktur aufweist, die eine faserige Struktur ist;
den zweiten künstlichen Alterungsbehandlungsschritt des Haltens des dem ersten künstlichen Alterungsbehandlungsschritt unterzogenen Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 für 4 bis 12 Stunden auf einer Temperatur von 145 bis 160°C;
den Schweißschritt des Verschweißens des dem zweiten künstlichen Alterungsbehandlungsschritt unterzogenen Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 mit anderem Aluminiumlegierungsmaterial, um eine geschweißte Struktur zu bilden; und
den Wärmebehandlungsschritt des Wärmebehandelns der geschweißten Struktur bei einer Temperatur von 165 bis 195°C für 10 bis 60 Minuten.

Das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 kann ferner 0,50 Masse-% oder weniger Cu enthalten.
Das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 kann ferner 0,40 Masse-% oder weniger Mn und/oder 0,20 Masse-% oder weniger Cr enthalten.
Das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 kann 6,6 bis 7,6 Masse-% Zn und 1,0 bis 1,6 Masse-% Mg enthalten.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Das geschweißte Bauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung wird durch künstliches Altern eines Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 in zwei Schritten zum Verbessern der Spannungskorrosionsrissbeständigkeit und anschließendes Wärmebehandeln einer geschweißten Struktur, in der das Aluminiumlegierungsmaterial verschweißt ist, bei 165 bis 195 °C hergestellt. Dadurch wird eine Differenz in der elektrischen Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 zwischen einem Mutterteil und einer durch Schweißwärme beeinflussten Zone auf 5 % IACS oder weniger eingestellt. Daher können leicht eine Erhöhung der Festigkeit sowie eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der Spannungskorrosionsrissbeständigkeit erzielt werden.
Figurenliste

1 ist eine Zeichnung, die einen Auftragsschweißmodus und Positionen von Messungen der elektrischen Leitfähigkeit in den Beispielen zeigt;
2 ist eine Zeichnung, die ein in den Beispielen angewendetes Verfahren zum Beobachten der metallographischen Struktur veranschaulicht; und
3 ist eine Zeichnung, die einen Spannungsbelastungsmodus bei der in den Beispielen durchgeführten SCC-Prüfung veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Das in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 hat vorzugsweise eine Zusammensetzung, die 6,6 Masse-% bis 8,5 Masse-% Zn, 1,0 Masse-% bis 2,1 Masse-% Mg, 0,10 Masse-% bis 0,20 Masse-% Zr und 0,001 Masse-% bis 0,05 Masse-% Ti enthält, wobei der Rest Al und unvermeidliche Verunreinigungen einschließt.
Zunächst werden im Hinblick auf das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 die vorgeschriebenen Wertebereiche der chemischen Zusammensetzung beschrieben.
Eine Aluminiumlegierung der Serie 7000 ist eine ausfällungsgehärtete Legierung. In dem Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 koexistieren Zn und Mg im Aluminium, um die Ausfällung der η'-Phase zu bewirken, was zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften beiträgt. Das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 enthält 6,6 Masse-% bis 8,5 Masse-% Zn und 1,0 Masse-% bis 2,1 Masse-% Mg.
Zn: 6,6 Masse-% bis 8,5 Masse-%
Bei einem Zn-Gehalt von weniger als 6,6 Masse-% können keine ausreichenden mechanischen Eigenschaften erzielt werden, da die Menge der η'-Phase, die mit Mg zusammen ausfällt, reduziert wird. Liegt der Zn-Gehalt hingegen über 8,5 Masse-%, verringert sich die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit. Daher wird der Zn-Gehalt auf 6,6 Masse-% bis 8,5 Masse-% festgelegt. Ein stärker bevorzugter Bereich liegt bei 6,6 Masse-% bis 7,6 Masse-%.
Mg: 1,0 Masse-% bis 2,1 Masse-%
Bei einem Mg-Gehalt von weniger als 1,0 Masse-% können keine ausreichenden mechanischen Eigenschaften erzielt werden, da die Menge der η'-Phase, die mit Zn zusammen ausfällt, reduziert wird. Liegt der Mg-Gehalt hingegen über 2,1 Masse-%, verschlechtert sich die Warmumformbarkeit und damit die Produktivität. Daher wird der Mg-Gehalt auf 1,0 Masse-% bis 2,1 Masse-% festgelegt. Ein stärker bevorzugter Bereich ist 1,0 Masse-% bis 1,6 Masse-%.
Das oben beschriebene Aluminiumlegierungsmaterial enthält ferner zusätzlich zu den oben beschriebenen Elementen 0,10 Masse-% bis 0,20 Masse-% Zr und 0,001 Masse-% bis 0,05 Masse-% Ti als Spurenadditivelemente.
Zr: 0,10 Masse-% bis 0,20 Masse-%
Durch die Inkorporation von Zr wird die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit verbessert. Darüber hinaus wird eine intermetallische Al-Zr-Verbindung gebildet und dadurch die Bildung einer rekristallisierten Struktur verhindert, so dass ein Querschnitt eine faserige Struktur erhält und die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit verbessert wird. Wenn der Zr-Gehalt weniger als 0,10 Masse-% beträgt, kann keine faserige Struktur erhalten werden. Bei einem inkorporierten Zr-Gehalt von mehr als 0,20 Masse-% hingegen bildet sich eine grobe intermetallische Al-Zr-Verbindung und die Umformbarkeit verschlechtert sich. Ein stärker bevorzugter Bereich für den Zr-Gehalt ist 0,10 bis 0,15 Masse-%.
Ti: 0,001 Masse-% bis 0,05 Masse-%
Wenn Ti in einen Barren inkorporiert wird, hat dies den Effekt, dass die Barrenstruktur verfeinert wird. Durch die Verfeinerung der Barrenstruktur wird Rissbildung im Barren verhindert und schließlich eine feine Struktur erhalten, was sich vorteilhaft auf die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit auswirkt. Wenn der Ti-Gehalt weniger als 0,001 Masse-% beträgt, werden die Verfeinerungseffekte nicht ausreichend erzielt. Wird Ti in einer Menge von mehr als 0,05 Masse-% inkorporiert, ist es wahrscheinlich, dass Punktdefekte entstehen, z.B. durch Vergröberung einer intermetallischen Al-Ti-Verbindung. Es ist an dieser Stelle anzumerken, dass Ti, wenn es zusammen mit B als TiB-Verbindung oder dergleichen in einen Barren inkorporiert wird, die Barrenstruktur auf die gleiche Weise verfeinert, wie wenn es allein inkorporiert wird. Wenn Ti als TiB-Verbindung inkorporiert wird, sind weniger als 0,003 Masse-% B darin enthalten.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Zusammensetzung können auch 0,50 Masse-% oder weniger Cu inkorporiert sein.
Cu: 0,50 Masse-% oder weniger
Durch die Inkorporation von Cu wird eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den Kristallkorngrenzen und dem Inneren der Kristallkörner verringert, so dass die Opferauflösung an den Kristallkorngrenzen gehemmt wird. Infolgedessen wird die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit verbessert. Bei einem Cu-Gehalt von mehr als 0,50 Masse-% besteht hingegen die Gefahr einer Minderung der allgemeinen Korrosionsbeständigkeit.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Zusammensetzung kann/können auch 0,40 Masse-% oder weniger Mn und/oder 0,20 Masse-% und weniger Cr inkorporiert sein.
Mn: 0,40 Masse-% oder weniger, Cr: 0,20 Masse-% oder weniger
In der gleichen Weise wie Zr verhindert die Inkorporation von Cr und/oder Mn die Bildung einer rekristallisierten Struktur und verleiht dem Querschnitt eine faserige Struktur, wodurch die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit verbessert wird. Wenn jedoch Cr oder Mn in einer Menge zugesetzt wird, die größer ist als die jeweils vorgeschriebene Menge, verschlechtert sich die Warmumformbarkeit. Insbesondere wird, wenn Cr in einer Menge zugesetzt wird, die größer ist als die vorgeschriebene Menge, die Abschreckempfindlichkeit erhöht.
Das oben beschriebene Aluminiumlegierungsmaterial enthält eine metallographische Struktur, die eine faserige Struktur ist. Der hier verwendete Begriff „faserige Struktur“ bezieht sich auf eine metallographische Struktur, die durch Kristallkörner mit einem hohen Aspektverhältnis in einer bestimmten Richtung entsteht. Bei der Betrachtung eines Querschnitts von einer Ebene aus, die parallel zu einer Verarbeitungsrichtung (z.B. der Extrusionsrichtung im Falle eines stranggepressten Materials) und lotrecht zur Breitenrichtung des Materials liegt, kann die metallographische Struktur beispielsweise als faserige Struktur angesehen werden, wenn das Aspektverhältnis der Kristallkorngröße in der Verarbeitungsrichtung in Bezug auf die Kristallkorngröße in der Dickenrichtung 5 oder höher ist. Durch Steuern der metallographischen Struktur derart, dass sie faserig ist, kann nicht nur eine festigkeitssteigernde Wirkung erzielt werden, sondern es kann auch die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit verbessert werden. Die metallographische Struktur kann beispielsweise durch Betrachten eines Querschnitts des Aluminiumlegierungsmaterials unter einem Polarisationsmikroskop überprüft werden.
In dem Aluminiumlegierungsmaterial ist der Anteil der von der Faserstruktur eingenommenen Fläche vorzugsweise 70 % oder höher bei einem Querschnitt, der parallel zur Verarbeitungsrichtung des Aluminiumlegierungsmaterials und lotrecht zur Breitenrichtung des Materials verläuft.
Das Aluminiumlegierungsmaterial hat eine Streckgrenze, gemäß Definition in JIS Z2241 (ISO6892-1), von vorzugsweise 350 MPa oder höher, bevorzugter 380 MPa oder höher. Auf diese Weise können die Festigkeitseigenschaften erreicht werden, die für eine Reduzierung der Dicke und des Gewichts eines Bauteils erforderlich sind.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Bauteils beschrieben.
Das geschweißte Bauteil der vorliegenden Offenbarung kann in ein Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 und ein mit dem Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 verschweißtes anderes Aluminiumlegierungsmaterial (im Folgenden wird das andere Aluminiumlegierungsmaterial auch als „Schweißteil“ bezeichnet) unterteilt werden. Als Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 kann beispielsweise ein warmgewalztes oder ein warmstranggepresstes Material verwendet werden. Das Schweißelement ist nicht besonders begrenzt, solange es ein Aluminiumlegierungsmaterial ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird insbesondere ein Fall beschrieben, in dem das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 zu einem stranggepressten Profil verarbeitet wird.
Ein stranggepresstes Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 wird durch Herstellen eines Barrens aus einer Schmelze mit der chemischen Zusammensetzung der vorliegenden Offenbarung und Unterziehen dieses Barrens einer Homogenisierungsbehandlung, einer Warmstrangpressbehandlung, einer Lösungswärmebehandlung und einer künstlichen Alterungsbehandlung hergestellt. Dieses stranggepresste Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 wird durch Schweißen mit einem Schweißelement verbunden. Das stranggepresste Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 und das Schweißelement, die miteinander verschweißt sind, werden als geschweißte Struktur verwendet, und diese geschweißte Struktur wird wärmebehandelt, wodurch ein geschweißtes Bauteil/Strukturelement der vorliegenden Offenbarung erhalten wird.
Homogenisierungsbehandlungsschritt
Zunächst wird eine Homogenisierungsbehandlung durchgeführt, bei der ein Barren mit den oben beschriebenen Werten der chemischen Zusammensetzung 5 bis 12 Stunden lang auf einer Temperatur von 450 bis 500°C gehalten wird.
Bei einer Temperatur von weniger als 450°C wird der Barren nicht ausreichend homogenisiert. Bei einer Temperatur von mehr als 500°C verschlechtert sich die Kristallstruktur einer intermetallischen Al-Zr-Verbindung und vergröbert sich. Aufgrund dieser Verschlechterung und Vergröberung der Kristallstruktur der intermetallischen Al-Zr-Verbindung kann keine faserige Metallstruktur erhalten werden, und die Wirkung des Verbesserns der Spannungskorrosionsrissbeständigkeit wird dadurch beeinträchtigt. Außerdem wird keine ausreichende Homogenisierung erzielt, wenn die Verweilzeit bei der Homogenisierungsbehandlung kürzer als 5 Stunden ist. Da der Barren in einem ausreichend homogenisierten Zustand ist, sobald die Verweilzeit 12 Stunden überschreitet, ist nicht zu erwarten, dass eine längere Verweilzeit eine weitere Wirkung hat. Daher ist es wünschenswert, den Barren bei der Homogenisierungsbehandlung 5 bis 12 Stunden lang auf einer Temperatur von 450 bis 500 °C zu halten.
Warmstrangpress- und Lösungswärmebehandlungsschritt
Aus dem der oben beschriebenen Homogenisierungsbehandlung unterzogenen Barren wird durch Warmstrangpressen ein Strangpressprofil hergestellt. Die Temperatur vor dem Warmstrangpressen wird auf 450 bis 500 °C geregelt. Wenn diese Temperatur unter 450°C liegt, erhöht sich die Verformungsbeständigkeit. Bei einer Temperatur von mehr als 500 °C wird die Kristallstruktur der intermetallischen Al-Zr-Verbindung, die während der Homogenisierungsbehandlung gebildet wurde, verändert und vergröbert. Infolgedessen kann keine faserige Metallstruktur erhalten werden, und die Wirkung des Verbesserns der Spannungskorrosionsrissbeständigkeit wird dadurch beeinträchtigt.
Nach dem Warmstrangpressen wird das resultierende stranggepresste Profil auf eine Temperatur von 150°C oder weniger abgekühlt. Beim Warmstrangpressen erreicht die Temperatur des stranggepressten Profils nach dem Strangpressen die Lösungswärmebehandlungstemperatur. Durch Regeln der durchschnittlichen Abkühlungsrate auf 25°C/min bis 1000°C/s während der anschließenden Abkühlung kann die gleiche Wirkung wie bei einer Lösungswärmebehandlung erzielt werden. Bei einer Abkühlungsrate von weniger als 25°C/min können keine ausreichenden mechanischen Eigenschaften erzielt werden, da sich die Menge der gelösten Elemente im Mischkristall („solid solution“) verringert. Bei einer Abkühlungsrate von mehr als 1000 °C/Sek. ist eine übermäßig große Ausrüstung erforderlich und es kann kein angemessener Effekt erzielt werden.
Ferner kann das stranggepresste Profil nach dem Abkühlen auf eine Temperatur von 150°C oder weniger erneut auf eine Lösungswärmebehandlungstemperatur erwärmt und dann mit der oben beschriebenen Abkühlungsrate abgekühlt werden.
Nach der oben beschriebenen Abkühlung wird das stranggepresste Profil weiter auf Raumtemperatur abgekühlt. Um dies zu erreichen, kann das stranggepresste Profil durch die oben beschriebene Abkühlung auf Raumtemperatur abgekühlt werden oder kann mit einer anderen Methode abgekühlt werden.
Schritt der künstlichen Alterungsbehandlung
Als Nächstes wird eine künstliche Alterungsbehandlung an dem stranggepressten Profil durchgeführt. Diese künstliche Alterungsbehandlung bewirkt die Ausfällung einer η'-Phase, die eine Verfestigungsphase ist, und die mechanischen Eigenschaften des stranggepressten Profils werden dadurch verbessert. Die künstliche Alterung erfolgt durch eine erste künstliche Alterungsbehandlung (erster künstlicher Alterungsbehandlungsschritt) und eine zweite künstliche Alterungsbehandlung (zweiter künstlicher Alterungsbehandlungsschritt). Bei der ersten künstlichen Alterungsbehandlung wird das stranggepresste Profil 1 bis 5 Stunden lang auf einer Temperatur von 90 bis 110 °C gehalten. Anschließend wird im Anschluss an die erste künstliche Alterungsbehandlung die zweite künstliche Alterungsbehandlung durchgeführt, bei der das stranggepresste Profil 4 bis 12 Stunden lang auf einer Temperatur von 145 bis 160 °C gehalten wird. Bei der ersten künstlichen Alterungsbehandlung wird GP(II) gebildet, das in eine η'-Phase übergehen wird. Bei der zweiten künstlichen Alterungsbehandlung geht das so gebildete GP(II) in eine η'-Phase über.
Bei der ersten künstlichen Alterungsbehandlung wird GP(II) nicht dicht gebildet, wenn die Temperatur der ersten künstlichen Alterung unter 90 °C liegt oder die Alterungszeit kürzer als 1 Stunde ist. Dies führt zu einer unzureichenden Bildung der η'-Phase bei der zweiten künstlichen Alterung und es kann kein ausreichender Ausfällungsverfestigungseffekt erzielt werden. Wenn die Temperatur der ersten künstlichen Alterung über 110 °C liegt, beginnt die Bildung der η'-Phase ohne ausreichende Bildung von GP(II), und auch in diesem Fall kann die Ausfällung der η'-Phase unzureichend sein. Wenn die erste künstliche Alterung 5 Stunden oder länger dauert, ist die durch die erste künstliche Alterung erzielte Wirkung gesättigt.
Was die zweite künstliche Alterungsbehandlung betrifft, so wird das stranggepresste Profil nicht ausreichend gealtert, wenn die Temperatur der zweiten künstlichen Alterung niedriger als 145°C oder die Alterungszeit kürzer als 4 Stunden ist. In diesem Fall ist die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit des Mutterteils reduziert. Außerdem fällt, wenn die Alterungstemperatur unter 145 °C liegt, die η'-Phase zwar gleichmäßig aus, aber die η'-Phase befindet sich an den Korngrenzen in einem kontinuierlichen Zustand. Durch die Durchführung der künstlichen Alterungsbehandlung bei 145°C oder höher wird die η'-Phase an den Korngrenzen aggregiert und vergröbert, wodurch die η'-Phase mit einem Durchmesser von 0,02 µm oder mehr in einen Zustand gebracht wird, in dem sie an den Korngrenzen verstreut ist, und dadurch wird die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit verbessert. Wenn die Temperatur der zweiten künstlichen Alterung über 160 °C liegt oder die Alterungszeit mehr als 12 Stunden beträgt, können aufgrund einer übermäßigen Alterung keine ausreichenden mechanischen Eigenschaften erzielt werden. Darüber hinaus kann bei der nachstehend beschriebenen zusätzlichen Wärmebehandlung nach dem Schweißen keine ausreichende Verbesserung der Festigkeit eines geschweißten Teils erreicht werden.
Als Indikator für die Feststellung, ob die oben beschriebene künstliche Alterungsbehandlung ordnungsgemäß abgeschlossen wurde, wird die Änderungsrate der elektrischen Leitfähigkeit des stranggepressten Profils vor und nach der künstlichen Alterungsbehandlung definiert. Das heißt, wenn die elektrische Leitfähigkeit vor der künstlichen Alterungsbehandlung als X und die elektrische Leitfähigkeit nach der künstlichen Alterungsbehandlung als Y definiert ist, ist die vorliegende Offenbarung erfüllt, wenn die Gleichung 0,120 ≤ (Y/X - 1) ≤ 0,250 erfüllt ist. Wenn (Y/X -1) < 0,120 ist, wird, da das stranggepresste Profil nicht ausreichend gealtert ist, die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit verringert. Wenn 0,250 < (Y/X - 1) ist, ist die Festigkeit des stranggepressten Profils reduziert, und es kann keine ausreichende Verbesserung der Festigkeit eines geschweißten Teils durch eine zusätzliche Wärmebehandlung nach dem Schweißen erreicht werden.
Eine kontinuierliche Durchführung der ersten künstlichen Alterungsbehandlung und der zweiten künstlichen Alterungsbehandlung bedeutet die Durchführung der zweiten künstlichen Alterungsbehandlung unter Beibehaltung der Behandlungstemperatur nach der ersten künstlichen Alterungsbehandlung. Mit anderen Worten, nach der ersten künstlichen Alterungsbehandlung kann der Prozess mit der zweiten künstlichen Alterungsbehandlung fortgesetzt werden, ohne einen Ofen zu öffnen, und die Zeit der gesamten Wärmebehandlung kann dadurch verkürzt werden.
Es ist nicht unbedingt wichtig, die erste künstliche Alterungsbehandlung und die zweite künstliche Alterungsbehandlung kontinuierlich durchzuführen. Zum Beispiel kann nach Abschluss der ersten künstlichen Alterungsbehandlung die zweite künstliche Alterungsbehandlung durchgeführt werden, sobald das stranggepresste Profil auf eine gewünschte oder niedrigere Temperatur, z.B. auf Raumtemperatur, abgekühlt ist. Bei diesen künstlichen Alterungsbehandlungen wird das stranggepresste Profil nicht nur zwischen der ersten und der zweiten künstlichen Alterungsbehandlung, sondern auch zwischen den jeweiligen künstlichen Alterungsbehandlungen bei einer gewünschten Temperatur behandelt, selbst wenn das stranggepresste Profil einmal auf die gewünschte angemessene Temperatur oder niedriger abgekühlt wurde, wodurch die vorliegende Offenbarung erzielt werden kann.
Das auf die oben beschriebene Weise erhaltene stranggepresste Profil wird mit einem anderen Aluminiumlegierungsmaterial, nämlich einem Schweißelement, mit einem Verfahren wie Wolfram-Inertgas-(WIG)-Schweißen oder Metall-Inertgas-(MIG)-Schweißen verschweißt, wodurch eine geschweißte Struktur erhalten werden kann (Schweißschritt).
An der nach dem oben beschriebenen Schweißen erhaltenen geschweißten Struktur wird eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 165 bis 195°C für 10 bis 60 Minuten als Wärmebehandlungsschritt durchgeführt. Durch diesen Wärmebehandlungsschritt wird das geschweißte Bauteil der vorliegenden Offenbarung hergestellt. Als dieser Schritt kann zum Beispiel auch der Beschichtungs-Brennschritt eingesetzt werden.
Wenn ein wärmebehandeltes Aluminiumlegierungsmaterial, wie z.B. ein Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000, geschweißt wird, entsteht aufgrund der thermischen Wirkung während des Schweißens in der Nähe eines geschweißten Teils ein Mischkristallbereich (auch synonym als Bereich einer festen Lösung bezeichnet), in dem die ausgefällte η'-Phase in die Matrix aufgelöst wird. In diesem Mischkristallbereich sind die Festigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die Spannungskorrosionsrissbeständigkeit vermindert; durch die oben beschriebene Wärmebehandlung können diese Eigenschaften jedoch durch Wiederausfällung der η'-Phase verbessert werden.
Ein Indikator für die Beurteilung, ob Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Spannungskorrosionsrissbeständigkeit verbessert wurden, ist die Differenz in der elektrischen Leitfähigkeit eines unbeeinflussten Mutterteils und eines Mischkristallbereichs. Im Mischkristallbereich ist die elektrische Leitfähigkeit um mindestens 5 % IACS niedriger als im unbeeinflussten Mutterteil. Durch Unterziehen der nach dem Schweißen erhaltenen geschweißten Struktur 10 bis 60 Minuten lang einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 165 bis 195°C wird die Differenz in der elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem unbeeinflussten Teil und dem Mischkristallbereich auf 5 Masse-% oder weniger geregelt. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur unter 165°C liegt oder die Wärmebehandlungszeit kürzer als 10 Minuten ist, kann es vorkommen, dass die Differenz der elektrischen Leitfähigkeit nicht 5% IACS oder weniger beträgt und die oben beschriebenen Eigenschaften nicht ausreichend verbessert werden. Bei einer Wärmebehandlungstemperatur über 195°C oder einer Wärmebehandlungsdauer von mehr als 60 Minuten führt das Fortschreiten der Erweichung zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Es wird hier angemerkt, dass in den folgenden Beschreibungen ein durch den thermischen Effekt beim Schweißen entstehender Mischkristallbereich auch als „durch Schweisswärme beeinflusste Zone“ bezeichnet wird. In den Beispielen wird die elektrische Leitfähigkeit eines unbeeinflussten Mutterteils und die eines Mischkristallbereichs verglichen.
Beispiele
Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden im Vergleich mit Vergleichsbeispielen beschrieben, um die Auswirkungen der vorliegenden Offenbarung zu demonstrieren. Die nachfolgend beschriebenen Beispiele stellen lediglich eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar und die vorliegende Offenbarung ist in keiner Weise darauf beschränkt.
(Beispiel 1)
Ein Beispiel in Bezug auf das oben beschriebene geschweißte Bauteil wird nun unter Bezugnahme auf die Tabellen 1 bis 3 beschrieben.
In diesem Beispiel wurden für Aluminiumlegierungen der Serie 7000, deren chemische Zusammensetzungen innerhalb der oben beschriebenen Legierungszusammensetzungsbereiche geändert wurden, Strangpressprofile unter den gleichen Bedingungen hergestellt. Für die so erhaltenen stranggepressten Profile wurden die elektrische Leitfähigkeit vor und nach einer künstlichen Alterungsbehandlung und die Festigkeit des Mutterteils gemessen. Ferner wurden für Proben, die durch Schweißen der Oberflächen der oben beschriebenen Mutterteilproben und anschließende Wärmebehandlung unter denselben Bedingungen hergestellt wurden, die elektrische Leitfähigkeit einer durch Schweißwärme beeinflussten Zone und die Festigkeit gemessen und eine Spannungskorrosionsriss -(SCC)-Prüfung durchgeführt.
Im Folgenden werden die Probenherstellungsbedingungen, ein Verfahren zur Messung der Festigkeit, ein Verfahren zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit und ein SCC-Prüfverfahren beschrieben.
<Probenherstellungsbedingungen>
Verfahren zur Herstellung von Strangpressprofilen

Mit der in Tabelle 1 dargestellten chemischen Zusammensetzung wurde ein Barren mit einem Durchmesser von 6 Zoll (152,4 mm) durch halbkontinuierliches Gießen hergestellt. In Tabelle 1 schließt der Begriff „Rest“ unvermeidbare Verunreinigungen ein. Ferner sind Mn und Cr in den unvermeidbaren Verunreinigungen eingeschlossen, wenn diese Elemente in einer gegebenen Probennummer in einer Menge von weniger als 0,01 Masse-% enthalten waren. Nach einer Homogenisierungsbehandlung, bei der der Barren 6 Stunden lang auf einer Temperatur von 470 °C gehalten wurde, wurde der Barren erneut auf 480 °C erhitzt und warmstranggepresst, um ein stranggepresstes Profil von 3 mm Dicke zu erhalten. Nach diesem Warmstrangpressen wurde das so erhaltene stranggepresste Profil durch Luftkühlung abgeschreckt. Dieses stranggepresste Profil wurde 3 Stunden lang auf einer Temperatur von 100°C gehalten, um eine erste künstliche Alterungsbehandlung durchzuführen, und die so erhaltene Probe wurde auf 150°C erhitzt und 8 Stunden lang so belassen, ohne sie aus dem Ofen zu nehmen, um eine zweite künstliche Alterungsbehandlung durchzuführen. [Tabelle 1]

Probe Nr.	Legierungsrusammensetzung (Masse-%)
Probe Nr.	Zn	Mg	Cu	Zr	Mn	Cr	Ti	Al
Nr. 1	6.6	1.1	0.15	0.15	-	-	0.01	Rest
Nr. 2	74	1.1	0.15	0.13	-	-	0.01	Rest
Nr. 3	8.2	1.1	0.15	0.14	-	-	0.01	Rest
Nr. 4	6.7	1.6	0.15	0.13	-	-	0.01	Rest
Nr. 5	6.8	2.1	0.15	0.14	-	-	0.01	Rest
Nr. 6	7.5	1.6	0.15	0.14	-	-	0.01	Rest
Nr. 7	8.2	2.0	0.15	0.15	-	-	0.01	Rest
Nr. 8	6.9	1.3	0.02	0.12	-	-	0.01	Rest
Nr. 9	7.0	1.3	0.38	0.14	-	-	0.01	Rest
Nr. 10	7.1	1.3	0.15	0.11	-	-	0.01	Rest
Nr. 11	7.1	1.3	0.15	0.20	-	-	0.01	Rest
Nr. 12	7.0	1.3	0.15	0.12	0.30	-	0.01	Rest
Nr. 13	7.1	1.3	0.15	0.13	-	0.16	0.01	Rest
Nr. 14	7.1	1.3	0.16	0.14	0.16	0.16	0.01	Rest
Nr. 15	60	1.4	0.15	0.11	-	-	0.01	Rest
Nr. 16	91	1.3	0.15	0.15	-	-	0.01	Rest
Nr. 17	6.8	0.7	0.15	0.13	-	-	0.01	Rest
Nr. 18	7.0	2.5	0.15	0.15	-	-	0.01	Rest
Nr. 19	7.0	1.4	0.59	0.13	-	-	0.01	Rest
Nr. 20	7.0	1.4	0.15	0.01	-	-	0.01	Rest
Nr. 21	6.9	1.3	0.17	0.28	-	-	0.01	Rest
Nr. 22	7.1	1.3	0.15	0.13	0.43	-	0.01	Rest
Nr. 23	7.2	1.3	0.15	0.12	-	0.32	0.01	Rest

Schweißverfahren

Auf der Oberfläche eines in 1 dargestellten stranggepressten Profils 10 wurde eine Auftragsschweißung unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen durchgeführt, um eine Schweißraupe 20 zu bilden. Die Schweißraupe 20 wurde entlang einer LT-Richtung (Richtung lotrecht zur Strangpressrichtung des stranggepressten Profils) in der Mitte einer L-Richtung (Strangpressrichtung) des geschnittenen stranggepressten Profils 10 gebildet. Bei einem SCC-Prüfstück 11, das weiter unten beschrieben wird, ist nur dessen Position durch eine gestrichelte Linie angedeutet, da das SCC-Prüfstück 11 zum Zeitpunkt der Auftragsschweißung noch nicht aus dem stranggepressten Profil 10 hergestellt worden war. [Tabelle 2]

Schweißverfahren		MIG-Schweißen
Füllmetall	Legierungsspezies	5356
Füllmetall	Durchmesser	1,2 mm
Schweißspannung		19 V
Schweißstrom		110 A
Schweißgeschwindigkeit		800 mm/min
Schutzgas	Gasspezies	Argongas
Schutzgas	Flussrate	20 l/min

Wärmebehandlungsmethode
Nach dem Auftragsschweißen wurde das stranggepresste Profil 20 Minuten lang einer Wärmebehandlung bei 170 °C unterzogen.
<Festigkeitsmessmethode>
Festigkeit des Mutterteils
Aus der den künstlichen Alterungsbehandlungen und der Wärmebehandlung unterzogenen stranggepressten Profilprobe wurde ein Prüfstück mit einem Verfahren gemäß JIS Z2241 (ISO6892-1) entnommen. Dieses Prüfstück wurde in die Form gemäß JIS Nr. 13B gebracht, anschließend wurde die Streckgrenze YS (MPa) des Mutterteils gemessen. Als Ergebnis der Messung wurde ein Prüfstück mit einer Streckgrenze YS von 350 MPa oder höher als akzeptabel eingestuft.
Festigkeit nach dem Schweißen
Aus der dem Auftragsschweißen und der Wärmebehandlung unterzogenen stranggepressten Profilprobe wurde ein Prüfstück mit dem in JIS Z3121 (ISO4136) beschriebenen Verfahren entnommen. Dieses Prüfstück wurde in die Form gemäß JIS Nr. 1A gebracht, anschließend wurde die Streckgrenze YS (MPa) des Mutterteils gemessen. Als Ergebnis der Messung wurde ein Prüfstück mit einer Streckgrenze YS von 285 MPa oder mehr als akzeptabel eingestuft.
<Verfahren zum Beobachten der metallographischen Struktur>
Für jede Probe wurde in einem Querschnitt parallel zur L-Richtung, die eine Verarbeitungsrichtung (in diesem Fall die Strangpressrichtung) ist, und zur t-Richtung der Dicke, wie in 2 dargestellt, die Struktur eines Teils in der Nähe des Zentrums in LT-Richtung, der Breitenrichtung, beobachtet. Wie in 2 dargestellt, wurde ein stranggepresstes Material als Probe herausgeschnitten, mechanisch poliert und dann elektrolytisch poliert, woraufhin ein Mikrofoto eines Querschnitts (z.B. das Foto unten in 2) unter einem Polarisationsmikroskop bei ×25-Vergrößerung aufgenommen wurde. Auf dem so erhaltenen Mikrofoto wurde überprüft, ob es sich bei der metallographischen Struktur um eine faserige Struktur handelte, die sich in Bearbeitungsrichtung erstreckt, oder nicht. Als Ergebnis der Beobachtung wurde eine metallographische Struktur mit einem Faserstrukturanteil von 70% oder mehr als faserige Struktur beurteilt.
<Verfahren zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit>
Mit einem Wirbelstrom-Leitfähigkeitsmessgerät „SIGMATEST“ der Firma Foerster Japan Ltd. wurde die elektrische Leitfähigkeit des stranggepressten Profils vor und nach den künstlichen Alterungsbehandlungen sowie die elektrische Leitfähigkeit eines unbeeinflussten Teils und einer wärmebeeinflussten Zone des stranggepressten Profils 10 nach dem Auftragsschweißen und der Wärmebehandlung gemessen. In Bezug auf das stranggepresste Profil nach der Auftragsschweißung und der Wärmebehandlung, wie in 1 dargestellt, wurde die Messung an zwei Positionen A (unberührter Mutterteil) und B (durch das Schweißen erzeugter Mischkristallbereich) durchgeführt, die 60 mm bzw. 5 mm von der Schweißlinie der Schweißraupe 20 entfernt lagen. Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit erfolgte bei Raumtemperatur und einer Frequenz von 60 kHz.
<SCC-Prüfverfahren>
Aus dem in LT-Richtung geschweißten stranggepressten Profil 10 wurde ein SCC-Prüfstück 11 als Dreipunkt-Biegeprobe gemäß JIS H8711 so hergestellt, dass eine maximale Spannung an einer Position an der Grenze zwischen der Schweißraupe 20 und der Mutterteiloberfläche aufgebracht wird. Dieses SCC-Prüfstück 11 in Form einer flachen Platte wurde in eine in 3 dargestellte SCC-Prüfvorrichtung 30 integriert.
Die SCC-Prüfvorrichtung 30 umfasst einen Rahmen 31, ein Pressteil 32 und Isolatoren 33a bis 33c. Der Rahmen 31 ist, von der Zeichnungsrichtung aus gesehen, im Wesentlichen C-förmig. Die Isolatoren 33b und 33c sind an zwei Stellen mit dem Rahmen 31 verbunden. Das Pressteil 32 ist in den Rahmen 31 eingeschraubt und in der vertikalen Richtung der Zeichnung beweglich. Der Isolator 33a ist am oberen Ende des Pressteils 32 befestigt.
3 zeigt einen Zustand, in dem nach der Integration des SCC-Prüfstücks 11 in die SCC-Prüfvorrichtung 30 das Pressteil 32 in der Aufwärtsrichtung der Zeichnung bewegt wurde. Dadurch wird das SCC-Prüfstück 11 an drei Stellen, an denen es mit den Isolatoren 33a bis 33c in Kontakt ist, gebogen.
Eine Spannung von 70 % der Streckgrenze des Schweißmaterials wurde auf das SCC-Prüfstück 11 in der L-Richtung durch Dreipunktbiegung ausgeübt, wie in 3 dargestellt. In einem auf einer Raumtemperatur von 25 ± 3 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 40 bis 75 % gehaltenen Raum wurde das SCC-Prüfstück 11 mit der darauf aufgebrachten Spannung einem 672-stündigen Wechseltauchversuch unterzogen, bei dem ein 10-minütiges Eintauchen in eine wässrige, 3,5 masse-%ige NaCl-Lösung und ein 50-minütiges Trocknen im Raum wiederholt wurden. Hier wurde ein Prüfstück, das nach dem 672-Stunden-Versuch keine Rissbildung aufwies, als akzeptabel eingestuft. Unter dem Gesichtspunkt der Korrosionsbeständigkeit wurde ein Prüfstück mit einer maximalen Korrosionstiefe von 400 µm oder mehr auch ohne Rissbildung als inakzeptabel eingestuft.

Die Bewertungsergebnisse der einzelnen Prüfungen sind in Tabelle 3 dargestellt. In den in Tabelle 3 dargestellten SCC-Prüfergebnissen bedeutet „◯“ akzeptabel und „×“ bedeutet inakzeptabel. [Tabelle 3]

Probe Nr.	Beobachtung der metallographischen Struktur	Stranggepresstes Profil				Schweißmaterial					Beurteilung
		Elektrische Leitfähigkeit (% IACS)			Ys (MPa)	elektrische Leitfähigkeit (% IACS)			YS (MPa)	SCC-Prüfergebnisse
		Vor künstlicher Alterungsbehandlung (X)	Nach künstlicher Alterungsbehandlung (Y)	Y/X-1	Ys (MPa)	Position A	Position B	Position A - Position B	YS (MPa)	SCC-Prüfergebnisse
Nr. 1	Faserig	37.73	43.93	0.164	393	43.9	41.0	29	290	◯	◯
Nr. 2	Faserig	37.43	43.24	0.155	399	43.1	40.4	27	317	◯	◯
Nr. 3	Faserig	37.28	43.17	0.158	408	43.1	40.4	2.7	326	◯	◯
Nr. 4	Faserig	36.26	42.01	0.159	430	42.4	39.3	31	320	◯	◯
Nr. 5	Faserig	34.73	40.47	0.165	467	40.6	37.2	34	336	◯	◯
Nr. 6	Faserig	36.27	42.33	0.167	444	42.4	39.3	31	342	◯	◯
Nr. 7	Faserig	34.95	40.87	0.169	463	41.2	37.2	40	346	◯	◯
Nr. 8	Faserig	37.13	43.39	0.169	416	43.7	40.1	36	320	◯	◯
Nr. 9	Faserig	36.17	42.43	0.173	422	42.7	39.3	34	304	◯	◯
Nr. 10	Faserig	36.89	42.84	0.161	430	42.7	403	24	323	◯	◯
Nr. 11	Faserig	37.26	43.48	0.167	420	43.2	40.5	2.7	324	◯	◯
Nr. 12	Faserig	33.77	39.00	0.155	425	37.9	35.1	2.8	311	◯	◯
Nr. 13	Faserig	32.47	37.34	0.150	411	37.4	35.1	23	300	◯	◯
Nr. 14	Faserig	31.51	35.73	0.134	416	35.5	33.5	2.0	304	◯	◯
Nr. 15	Faserig	37.24	43.42	0.166	402	43.5	40.3	3.2	280	◯	×
Nr. 16	Faserig	36.99	42.72	0.155	424	42.8	38.4	4.4	329	×(Riss)	×
Nr. 17	Faserig	39.54	44.47	0.1 25	331	44.4	41.9	25	224	◯	×
Nr. 18	Produktion aufgrund niedriger Strang gpressrate unterbrochen										×
Nr. 19	Faserig	35.74	42.46	0.188	423	43.0	39.0	4.0	300	X (Korrosion)	×
Nr. 20	Rekristallisiert	36.41	42.71	0.173	399	42.3	40.5	1.8	305	×(Riss)	×
Nr. 21	Faserig (mit grober Verbindung)	3612	43.58	0.207	420	43.4	40.5	29	323	◯	×
Nr. 22	Produktion aufgrund niedriger Strangpressrate unterbrochen										×
Nr 23	Faserig	32.67 I	37.62	0.151 I	357	36.5	33.6 I	2.9	278	◯	×

Die Proben Nr. 1 bis Nr. 14 waren in allen Punkten akzeptabel und wiesen hervorragende Eigenschaften auf.
Probe Nr. 15 wurde als inakzeptabel eingestuft, da die Streckgrenze YS des Schweißmaterials aufgrund eines zu niedrigen Zn-Gehalts unter 285 MPa lag.
Probe Nr. 16 wurde als inakzeptabel eingestuft, da bei der SCC-Prüfung aufgrund eines zu hohen Zn-Gehalts Risse auftraten.
Probe Nr. 17 wurde als inakzeptabel eingestuft, da aufgrund eines zu niedrigen Mg-Gehalts die Streckgrenze YS des Mutterteils niedriger als 350 MPa und die Streckgrenze YS des Schweißmaterials niedriger als 285 MPa war.
Probe Nr. 18 wies einen zu hohen Mg-Gehalt auf, so dass deren Warmstrangpressung mit einer praktischen Ausrüstung nicht möglich war.
Probe Nr. 19 wurde als inakzeptabel eingestuft, da bei der SCC-Prüfung aufgrund eines zu hohen Cu-Gehalts Korrosion mit einer Tiefe von 400 µm oder mehr auftrat.
Probe Nr. 20 wurde als inakzeptabel eingestuft, da die metallographische Struktur aufgrund eines zu niedrigen Zr-Gehalts eine rekristallisierte Struktur war und bei der SCC-Prüfung Risse auftraten.
Probe Nr. 21 wurde als inakzeptabel eingestuft, da aufgrund eines zu hohen Zr-Gehalts eine grobe Verbindung in der metallographischen Struktur beobachtet wurde.
Probe Nr. 22 hatte einen zu hohen Mn-Gehalt, so dass deren Warmstrangpressung mit einer praktischen Ausrüstung nicht möglich war.
Probe Nr. 23 hatte einen zu hohen Cr-Gehalt, so dass deren Warmstrangpressung mit einer praktischen Ausrüstung nicht möglich war.
(Beispiel 2)
Ein Beispiel in Bezug auf das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Bauteils wird nun unter Bezugnahme auf die Tabellen 4 bis 6 beschrieben.
In diesem Beispiel wurden für Aluminiumlegierungsmaterialien der Serie 7000 mit den oben beschriebenen jeweiligen Legierungszusammensetzungsbereichen stranggepresste Profile unter den gleichen Bedingungen hergestellt. Proben wurden durch Unterziehen der so erhaltenen stranggepressten Profile künstlichen Alterungsbehandlungen unter verschiedenen Bedingungen hergestellt, und die Festigkeit des Mutterteils wurde gemessen. Ferner wurde bei Proben, die durch Schweißen der Oberflächen der oben beschriebenen Mutterteilproben und anschließendes Durchführen einer Wärmebehandlung unter verschiedenen Bedingungen die elektrische Leitfähigkeit einer durch Schweißwärme beeinflussten Zone gemessen und eine SCC-Prüfung durchgeführt. Die Probenherstellungsbedingungen, ein Verfahren zur Messung der Festigkeit, ein Verfahren zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit und ein SCC-Prüfverfahren werden im Folgenden beschrieben.
<Probenherstellungsbedingungen>
Verfahren zur Herstellung von stranggepressten Profilen

Mit der in Tabelle 4 dargestellten Zusammensetzung wurde ein Barren mit einem Durchmesser von 6 Zoll (152,4 mm) durch halbkontinuierliches Gießen hergestellt. In Tabelle 4 schließt der Begriff „Rest“ unvermeidbare Verunreinigungen ein. Außerdem waren in allen Probennummern Mn und Cr in einer Menge von 0,01 Masse-% enthalten und somit in den unvermeidbaren Verunreinigungen eingeschlossen. Nach einer Homogenisierungsbehandlung, bei der der Barren 6 Stunden lang auf einer Temperatur von 470 °C gehalten wurde, wurde der Barren erneut auf 480 °C erhitzt und warmstranggepresst, um ein stranggepresstes Profil von 3 mm Dicke zu erhalten. Nach diesem Warmstrangpressen wurde das so erhaltene stranggepresste Profil durch Luftkühlung abgeschreckt. Dieses stranggepresste Profil wurde unter den in Tabelle 5 angegebenen Bedingungen künstlichen Alterungsbehandlungen unterzogen, um die Proben Nr. a bis Nr. i herzustellen. [Tabelle 4]

Probe Nr.	Legierungszusammensetzurig (Masse-%)
Probe Nr.	Zn	Mg	Cu	Zr	Mn	Cr	Ti	Al
Nr- a - Nr. i	7.0	1.4	0.15	0.12	-	-	0.01	Rest

[Tabelle 5]

Probe Nr.	Erste künstliche Alterungsbehandhung		Zweite künstliche Alterungsbehandhung		Wärmebehandhung nach Schweißen
Probe Nr.	Temperatur (°C)	Zeit (h)	Temperatur (°C )	Zeit (h)	Temperatur(°C)	Zeit (h)
Nr. a	90	1	150	8	170	20
Nr. b	110	5	150	8	170	20
Nr. c	100	3	160	12	170	20
Nr. d	100	3	150	8	170	10
Nr. e	100	3	150	8	190	60
Nr. f	100	3	140	4	170	20
Nr. g	100	3	175	8	170	20
Nr. h	100	3	150	8	wie geschweißt
Nr. i	100	3	150	8	200	60

Schweißverfahren
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde auf der Oberfläche des in 1 dargestellten stranggepressten Profils 10 eine Auftragsschweißung unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen durchgeführt.
Wärmebehandlungsverfahren
Die Proben Nr. a bis Nr. i wurden nach dem Auftragsschweißen einer Wärmebehandlung unter den jeweiligen in Tabelle 5 dargestellten Bedingungen unterzogen.
<Festigkeitsmessverfahren>
Festigkeit des Mutterteils
Von jeder Probe des den künstlichen Alterungsbehandlungen und der Wärmebehandlung unterzogenen stranggepressten Profils wurde ein Prüfstück nach einem Verfahren gemäß JIS Z2241 (ISO6892-1) entnommen. Dieses Prüfstück wurde in die Form gemäß JIS Nr. 13B gebracht, anschließend wurde die Streckgrenze YS (MPa) des Mutterteils gemessen. Als Ergebnis der Messung wurde ein Prüfstück mit einer Streckgrenze YS von 350 MPa oder höher als akzeptabel eingestuft.
Festigkeit nach dem Schweißen
Von jeder Probe des dem Auftragsschweißen und der Wärmebehandlung unterzogenen stranggepressten Profils wurde ein Prüfstück unter Bezug auf das in JIS Z3121 (ISO4136) beschriebene Verfahren entnommen. Dieses Prüfstück wurde in die Form gemäß JIS Nr. 1A gebracht, anschließend wurde die Streckgrenze YS (MPa) des Mutterteils gemessen. Als Ergebnis der Messung wurde ein Prüfstück mit einer Streckgrenze YS von 285 MPa oder höher als akzeptabel eingestuft.
<Verfahren zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit>
Mit einem Wirbelstrom-Leitfähigkeitsmessgerät „SIGMATEST“ der Firma Foerster Japan Ltd. wurden die elektrische Leitfähigkeit des stranggepressten Profils vor und nach den künstlichen Alterungsbehandlungen sowie die elektrische Leitfähigkeit eines unbeeinflussten Teils und einer wärmebeeinflussten Zone des stranggepressten Profils 10 nach dem Auftragsschweißen und der Wärmebehandlung gemessen. In Bezug auf das stranggepresste Profil nach der Auftragsschweißung und der Wärmebehandlung, wie in 1 dargestellt, wurde die Messung an zwei Positionen A (unbeeinflusster Mutterteil) und B (durch Schweißen erzeugter Mischkristallbereich) durchgeführt, die 60 mm bzw. 5 mm von der Schweißlinie der Schweißraupe 20 entfernt lagen. Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit erfolgte bei Raumtemperatur und einer Frequenz von 60 kHz.
<SCC-Prüfverfahren>
Aus dem in der LT-Richtung geschweißten stranggepressten Profil 10 wurde ein SCC-Prüfstück 11 als Dreipunktbiegeprobe nach JIS H8711 so hergestellt, dass der beim Schweißen entstandene Mischkristallbereich in der Mitte lag. Eine Spannung von 70 % der Streckgrenze des Schweißmaterials wurde auf das SCC-Prüfstück 11 in der L-Richtung durch Dreipunktbiegen, wie in 3 dargestellt, in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 angewendet. In einem auf einer Raumtemperatur von 25 ± 3 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 40 bis 75 % gehaltenen Raum wurde das spannungsbeaufschlagte SCC-Prüfstück 11 einem 672-stündigen Wechseltauchversuch unterzogen, bei dem ein 10-minütiges Eintauchen in eine wässrige, 3,5 masse-%ige NaCl-Lösung und ein 50-minütiges Trocknen im Raum wiederholt wurden. Dabei wurden ein Prüfstück ohne Rissbildung nach dem 672-Stunden-Versuch sowie ein Prüfstück mit einer maximalen Korrosionstiefe von 400 µm oder weniger als akzeptabel beurteilt.

Die Bewertungsergebnisse der einzelnen Prüfungen sind in Tabelle 6 dargestellt. Bei den in Tabelle 6 dargestellten SCC-Prüfergebnissen bedeutet „◯“ akzeptabel und „×“ bedeutet inakzeptabel. [Tabelle 6]

Probe Nr.	Stranggepresstes Profil				Schweißmaterial					Beurteilung
	Elektrische Leitfähigkeit (% LACS)			YS (MPa)	Elektrische Lertfähigkert: (% LACS)			YS (MPa)	SCC-Prüfergebnisse
	Vor künstlicher Alterungsbehandlung (X)	Nach künstlicher Alterungsbehandhung (Y)	Y/X-1	YS (MPa)	Position A	Position B	Position A - Position B	YS (MPa)	SCC-Prüfergebnisse
Nr. a	36.97	43.02	0.164	418	43.4	41.0	2.4	318	◯	◯
Nr. b	36.85	42.03	0.168	420	435	40.9	2.6	322	◯	◯
Nr. c	37.05	45.04	0.216	392	45.4	40.5	4.8	304	◯	◯
Nr. d	37.01	42.94	0.160	431	42.9	39.6	3.3	292	◯	◯
Nr. e	36.98	42.96	0.162	373	45.1	43.9	1.2	345	◯	◯
Nr. f	36.91	41.09	0.113	413	41.4	40.7	0.7	334	x (Riss)	×
Nr. g	37.02	47.60	0.286	334	47.3	41.5	5.8	281	◯	×
Nr. h	36.89	42.97	0.165	424	43.0	36.1	6.9	278	× (Korrosion)	×
Nr. i	36.95	42.02	0.164	325	45.6	43.7	1.9	316	◯	×

Die Proben Nr. a bis Nr. e waren in allen Punkten akzeptabel und wiesen ausgezeichnete Eigenschaften auf.
Probe Nr. f wurde als inakzeptabel eingestuft, da bei der SCC-Prüfung aufgrund einer niedrigen Temperatur der zweiten künstlichen Alterung Risse auftraten.
Probe Nr. g wurde als inakzeptabel eingestuft, da aufgrund einer hohen Temperatur der zweiten künstlichen Alterung keine ausreichenden mechanischen Eigenschaften erzielt wurden.
Probe Nr. h wurde als inakzeptabel eingestuft, da sie wie geschweißt (im geschweißten Zustand) verblieb und bei der SCC-Prüfung eine Korrosion von 400 µm oder mehr in der Tiefe auftrat.
Probe Nr. i wurde als inakzeptabel eingestuft, da aufgrund einer hohen Wärmebehandlungstemperatur nach dem Schweißen keine ausreichenden mechanischen Eigenschaften erzielt wurden.
Das Vorstehende beschreibt einige Beispiele für Ausführungsformen zu Erläuterungszwecken. Es wurden zwar in der vorangegangenen Diskussion spezifische Ausführungsformen vorgestellt, aber Fachpersonen werden erkennen, dass Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom breiteren Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Zeichnungen eher in einem illustrativen als in einem einschränkenden Sinne zu verstehen. Diese ausführliche Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen und der Umfang der Erfindung wird nur durch die beigefügten Ansprüche definiert, zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, zu dem diese Ansprüche berechtigt sind.
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der am 9. Oktober 2019 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-186120 , deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin eingeschlossen ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Das geschweißte Bauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung und das Verfahren zur Herstellung desselben gemäß der vorliegenden Offenbarung können vorzugsweise z.B. für Transportausrüstung verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Strangpressprofil
11: SCC-Prüfstück
20: Schweißraupe
30: SCC-Prüfvorrichtung
31: Rahmen
32: Pressteil
33a, 33b, 33c: Isolator
A, B: Position

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006233336 [0006]
JP 2010275611 [0006]
JP 2000317676 [0006]
JP 2019186120 [0096]

Claims

Geschweißtes Bauteil mit ausgezeichneter Spannungskorrosionsrissbeständigkeit, wobei das geschweißte Bauteil umfasst: ein Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000, das eine chemische Zusammensetzung aufweist, die 6,6 Masse-% bis 8,5 Masse-% Zn, 1,0 Masse-% bis 2,1 Masse-% Mg, 0,10 Masse-% bis 0,20 Masse-% Zr und 0,001 Masse-% bis 0,05 Masse-% Ti umfasst, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen umfasst, und eine metallographische Struktur aufweist, die eine faserige Struktur ist; und ein anderes Aluminiumlegierungsmaterial, das mit dem Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 verschweißt ist, wobei wenn eine elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 vor einer künstlichen Alterungsbehandlung als X% IACS definiert ist und die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 nach der künstlichen Alterungsbehandlung als Y% IACS definiert ist, die folgende Gleichung erfüllt ist: $0,120 \leq (Y/X - 1) \leq 0,250,$
und eine Differenz in der elektrischen Leitfähigkeit der Aluminiumlegierung der Serie 7000 zwischen einem anderen Mutterteil als einer durch Schweißwärme beeinflussten Zone und der durch Schweißwärme beeinflussten Zone 5 % IACS oder weniger beträgt.
Geschweißtes Bauteil nach Anspruch 1, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 ferner 0,50 Masse-% oder weniger Cu umfasst.
Geschweißtes Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 ferner 0,40 Masse-% oder weniger Mn und/oder 0,20 Masse-% oder weniger Cr umfasst.
Geschweißtes Bauteil nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 6,6 Masse-% bis 7,6 Masse-% Zn und 1,0 Masse-% bis 1,6 Masse-% Mg umfasst.
Herstellungsverfahren zur Herstellung eines geschweißten Bauteils mit ausgezeichneter Spannungskorrosionsrissbeständigkeit, wobei das Verfahren umfasst: den ersten künstlichen Alterungsbehandlungsschritt des Haltens eines Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 auf einer Temperatur von 90 bis 110°C für 1 bis 5 Stunden, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 eine chemische Zusammensetzung aufweist, die 6,6 Masse-% bis 8,5 Masse-% Zn, 1,0 Masse-% bis 2,1 Masse-% Mg, 0,10 Masse-% bis 0,20 Masse-% Zr und 0,001 Masse-% bis 0,05 Masse-% Ti umfasst, wobei ein Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen umfasst, und eine metallographische Struktur aufweist, die eine faserige Struktur ist; den zweiten künstlichen Alterungsbehandlungsschritt, bei dem das dem ersten künstlichen Alterungsbehandlungsschritt unterzogene Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 für 4 bis 12 Stunden auf einer Temperatur von 145 bis 160°C gehalten wird; den Schweißschritt des Verschweißens des dem zweiten künstlichen Alterungsbehandlungsschritt unterzogenen Aluminiumlegierungsmaterials der Serie 7000 mit einem anderen Aluminiumlegierungsmaterial, um eine geschweißte Struktur zu bilden; und den Wärmebehandlungsschritt des Wärmebehandelns der geschweißten Struktur bei einer Temperatur von 165 bis 195°C für 10 bis 60 Minuten.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 ferner 0,50 Masse-% oder weniger Cu umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 ferner 0,40 Masse-% oder weniger Mn und/oder 0,20 Masse-% oder weniger Cr umfasst.
Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial der Serie 7000 6,6 bis 7,6 Masse-% Zn und 1,0 bis 1,6 Masse-% Mg umfasst.