DE202004007397U1

DE202004007397U1 - Decorative, anodizable, easily deformed, highly loadable aluminum alloy useful for bands, sheets, or extruded sections and shaped and decorative anodizable components has a specified composition

Info

Publication number: DE202004007397U1
Application number: DE200420007397
Authority: DE
Original assignee: Erbsloeh AG
Current assignee: WKW AG
Priority date: 2004-05-08
Filing date: 2004-05-08
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2014-05-09

Abstract

Decorative, anodizable, easily deformed, highly loadable Al alloy has composition (wt.%):Si (3-0.9), Mg (0.1-0.5), Fe (0.2), Cu (1-0.4), Mn (0.03-0.2), Ti (0.01), Zr and/or Cr and/or V (0.08-0.22), Sr (0.1), Zn (0.04 max), individual impurities (0.02), total impurities (0.15), remainder Al, where the Si to Mg weight ratio = 1.8:1 to 3.3:1, and the Fe to Sr weight ratio = 3:1 to 5:1. An independent claim is included for an Al product from the Al alloy.

Description

Die Erfindung betrifft eine dekorativ anodisierbare, gut verformbare und mechanisch hoch belastbare Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi, ein Halbzeug aus dieser Legierung, in Form von Bändern, Blechen oder Strangpressprofilen sowie ein aus den vorgenannten Halbzeugen hergestelltes, insbesondere umgeformtes und dekorativ anodisiertes Bauteil.The invention relates to a decorative anodizable, easily deformable and mechanically highly resilient aluminum alloy of the type AlMgSi, a semi-finished product made of this alloy, in the form of strips, sheets or extruded profiles and one of the aforementioned semi-finished products manufactured, especially formed and decoratively anodized Component.

Zur Herstellung dekorativ anodisierter Bauteile aus Aluminiumblech werden in der Regel unlegiertes Aluminium (1xxx-Legierungen), AlMg-Legierungen (5xxx-Legierungen oder plattierte Systeme vom Typ 8xxx-Legierung, Plattierung aus unlegiertem Aluminium (1xxx-Legierung) verwendet. All diese Werkstoffklassen sind nicht aushärtbar, d.h. eine Erhöhung der Festigkeit erfolgt ausschließlich durch eine Kaltverfestigung, eine Erniedrigung in Folge dann durch Entfestigungsglühen. All diesen Systemen ist daraus folgend gemein, dass ihr Umformvermögen und ihr Festigkeitszustand durch den Halbzeug-Anlieferungszustand, der beispielsweise entweder verfestigt durch Walzen oder entfestigt durch eine nachfolgende Glühung sein kann, festgelegt ist. Es ist also im Sinne guter Umformbarkeit möglich, diese Systeme in einem Zustand maximaler Entfestigung einzusetzen und dann umzuformen. Nach dem Umformprozess ist jedoch eine Aushärtung zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften nicht mehr gegeben. Im Sinne guter Gebrauchseigenschaften können die Systeme in einem Zustand hoher Festigkeit eingesetzt werden, wobei aber das Umformvermögen für einen formgebenden Schritt, bedingt durch die hohe Anfangsfestigkeit des Anlieferungszustandes, stark eingeschränkt wird.For the production of decoratively anodized Aluminum sheet components are usually unalloyed aluminum (1xxx alloys), AlMg alloys (5xxx alloys or plated systems 8xxx alloy type, unalloyed aluminum cladding (1xxx alloy) used. All of these classes of materials are not curable, i.e. an increase the strength is achieved only by strain hardening, a Subsequent degradation through softening annealing. All of these systems is consequently common that their formability and their state of strength by the semi-finished product delivery state, for example either solidified by rolling or softened by a subsequent one annealing can be fixed. So it is in the sense of good formability possible, use these systems in a state of maximum softening and then reshape. After the forming process, however, curing is required Improvement of the usage properties no longer given. For the purpose of good usage properties the systems are used in a state of high strength, but with the formability for one shaping step, due to the high initial strength of the Delivery state, is severely restricted.

Warmaushärtbare AlMgSi-Legierungen (6xxx) mit guter Umformbarkeit sind beispielsweise aus der EP 0 714 993 bzw. EP 0 811 700 bekannt. Die offenbarten AlMgSi-Legierungen werden auch zur Herstellung von Bändern und Blechen eingesetzt. Aufgrund der guten Tiefziehbarkeit eignen sie sich zur Herstellung von Karosserieblechen für die Automobilindustrie. Durch die dort offenbarte Legierungszusammensetzung wird ein Optimum zwischen guter Festigkeit und gutem Umformverhalten erreicht. Diese Legierungen sind jedoch nicht dekorativ, vor allem nicht hochglänzend, anodisierbar, da zum einen der in der EP 0 811 700 offenbarte Eisengehalt von 0,25 bis 0,55 Gew% zu hoch ist und zu einer Eintrübung der Eloxalschicht führt. Es ist bekannt, dass sich die durch das Eisen gebildeten intermetallischen quaternären FeSiMgMn-Phasen in die Eloxalschicht einbauen. Diese groben Teilchen führen in der Eloxalschicht zu einer Streuung des Lichtes, was dem Betrachter als Eintrübung erscheint. Auch bei den in EP 0 714 993 genannten Gehalten an Vanadium in der Größenordnung von 0.05 bis 0,4 Gew% ist eine nicht ausreichend transparente Eloxalschicht zu erreichen. Vanadium in höheren Gehalten geht ausserdem in der Schmelze schwer in Lösung. Ein Ersatz des Vanadiums durch andere Rekristallisationshemmer, wie Zirconium oder Chrom, erbringt auch nicht das gewünschte Ergebnis. Chrom und Zirkon führen zu einer Eloxalschicht, die beim Polieren bzw. Glanzeloxieren gelbstichig wirkt.Heat-hardenable AlMgSi alloys (6xxx) with good formability are, for example, from the EP 0 714 993 respectively. EP 0 811 700 known. The disclosed AlMgSi alloys are also used for the production of strips and sheets. Due to the good deep-drawing properties, they are suitable for the production of body panels for the automotive industry. The alloy composition disclosed therein achieves an optimum between good strength and good forming behavior. However, these alloys are not decorative, especially not high-gloss, anodizable, because on the one hand they are in the EP 0 811 700 disclosed iron content of 0.25 to 0.55% by weight is too high and leads to clouding of the anodized layer. It is known that the intermetallic quaternary FeSiMgMn phases formed by the iron are built into the anodized layer. These coarse particles lead to a scattering of light in the anodized layer, which appears to the observer as clouding. Even with the EP 0 714 993 The above-mentioned contents of vanadium in the order of magnitude of 0.05 to 0.4% by weight lead to an insufficiently transparent anodized layer. Vanadium in higher contents is also difficult to dissolve in the melt. Replacing the vanadium with other recrystallization inhibitors, such as zirconium or chromium, does not produce the desired result. Chromium and zircon lead to an anodized layer that has a yellowish tinge when polished or anodized.

Eine bekannte Al99,9MgSi-Legierung (6401 spezial) für Strangpressprofile, die von der Anmelderin für dekorative Bauteile eingesetzt wird, enthält daher kein Zirconium, Vanadium oder Chrom. Ebenso wird die Verunreinigung der AlMgSi-Legierung mit Eisen auf 0,04 Gew% Eisen limitiert. Damit ist sichergestellt, dass die vorgenannten Eloxalfehler vermieden werden und ein hoher Glanzgrand des polierten und glanzeloxierten Bauteiles erreicht wird. Eine solche Legierung zeigt jedoch aufgrund der fehlenden Rekristallisationshemmer (Fe, Zr, Cr, V) ein nicht optimales Umformvermögen, da es aufgrund des relativ groben Korns früh zu Einschnürungen und Orangenhaut kommt.A well-known Al99.9MgSi alloy (6401 special) for Extruded profiles used by the applicant for decorative components will contain therefore no zirconium, vanadium or chrome. Likewise, the pollution the AlMgSi alloy limited to 0.04% by weight iron with iron. This ensures that the aforementioned anodizing errors are avoided and a high The glossy edge of the polished and glossy anodized component has been reached becomes. However, such an alloy shows due to the lack of Recrystallization inhibitor (Fe, Zr, Cr, V) a not optimal formability, because it constricted early due to the relatively coarse grain Orange peel is coming.

Daraus ergibt sich, dass durch die Auswahl einer Legierungszusammensetzung für ein Strangpress- oder Walzprodukt ein Kompromiss hinsichtlich des Verformungsvermögens, des dekorativem Aussehens und der mechanischen Belastbarkeit, die sich in Endfestigkeit, Duktilität und Zähigkeit ausdrückt, eingegangen wird.It follows that the Selection of an alloy composition for an extrusion or rolled product a compromise in terms of deformability, decorative appearance and the mechanical resilience, which is reflected in ultimate strength, ductility and toughness expresses is received.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen für Bauteile, die ein gutes Umformvermögen aufweisen, die eine ausreichende Festigkeit und Duktilität im Anwendungszustand aufweisen und die dekorativ anodisierbar sind.The invention is based on the object an aluminum alloy is available to ask for Components that have good formability, sufficient Strength and ductility have in use and which can be decoratively anodized.

Diese Aufgabe wird mit einer Aluminiumlegierung mit der in Anspruch 1 genannten Zusammensetzung und den dort aufgeführten Merkmalen gelöst. Die optimalen Eigenschaften bezüglich mechanischer Festigkeit und Umformverhalten werden zum einen durch den Anteil von 0,3 bis 0,9 Gew% Silicium und 0,1 bis 0,5 Gew% Magnesium erzielt, wobei das Gewichtsverhältnis dieser beiden Bestandteile so eingestellt wird, dass ein Überschuss an Silicium gegenüber Magnesium vorliegt, insbesondere ein Silicium-Magnesium-Gewichtsverhältnis von 1,8 bis 3,3. Die Festigkeit wird zu dem noch unterstützt durch einen Anteil von 0,1 bis 0,4 Gew% Kupfer, das eine Mischkristallhärtung bewirkt. Das gute Umformvermögen wird durch den Anteil der Rekristallisationshemmer (Eisen, Zirconium, Chrom, Vanadium) gewährleistet. Eisen liegt in einer Ausgangslegierung oft als Verunreinigung vor. Es kann jedoch bis zu einem Anteil von 0,2 Gew% auch zulegiert werden. Zirconium, Chrom und Vanadium können einzeln oder zusammen bis zu einem Anteil von 0,22 Gew% in der Legierung enthalten sein. Trotz des Vorhandenseins der vorgenannten Rekristallisationshemmer ist die erfindungsgemäße Legierung dekorativ anodisierbar und zeigt keine gelbstichige oder trübe Eloxalschicht. Dies wird durch den Anteil von 0,005 bis 0,1 Gew% Strontium bewirkt. Es wird angenommen, dass das Strontium die eisen- zirkon-, chrom und/oder vanadiumhaltigen Phasen verändert, insbesondere so weit verfeinert, dass sie, auch wenn sie in die Eloxalschicht eingebaut werden, keine sichtbare Trübung bewirken. Es hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass ein Gewichtsverhältnis von Eisen zu StrontiumThis object is achieved with an aluminum alloy with the composition mentioned in claim 1 and the features listed there. The optimal properties with regard to mechanical strength and forming behavior are achieved on the one hand by the proportion of 0.3 to 0.9% by weight of silicon and 0.1 to 0.5% by weight of magnesium, the weight ratio of these two components being adjusted such that a There is an excess of silicon over magnesium, in particular a silicon-magnesium weight ratio of 1.8 to 3.3. The strength is further supported by a proportion of 0.1 to 0.4% by weight of copper, which causes mixed crystal hardening. The good formability is guaranteed by the proportion of recrystallization inhibitors (iron, zirconium, chromium, vanadium). Iron is often present as an impurity in a starting alloy. However, up to 0.2% by weight can also be added. Zirconium, chromium and vanadium can be contained individually or together in an amount of up to 0.22% by weight in the alloy. Despite the presence of the aforementioned recrystallization inhibitors, the alloy according to the invention can be decoratively anodized and shows no yellowish or cloudy anodized layer. this will caused by the proportion of 0.005 to 0.1 wt% strontium. It is assumed that the strontium changes the phases containing iron zirconium, chromium and / or vanadium, in particular refined to such an extent that, even if they are incorporated in the anodized layer, they do not cause any visible clouding. It has surprisingly been found that a weight ratio of iron to strontium

3:1 bis 5:13: 1 to 5: 1

sich als besonders vorteilhaft erweist.proves to be particularly advantageous.

Eine solche Legierung wird aus Aluminium-Basiswerkstoff mit mehr als 99,85 Gew% Aluminium hergestellt. Der Schmelze werden die Legierungsbestandteile wie folgt zugesetzt, nämlich 0,3 bis 0,9 Gew% Silicium, 0,1 bis 0,5 Gew% Magnesium, wobei das Gewichtsverhältnis von Silicium zu Magnesium 1,8 : 1 bis 3,3 : 1 beträgt. Nach Bestimmung des Eisengehaltes des Aluminium-Basiswerkstoffes, der als Verunreinigung im Basiswerkstoff vorliegen kann, wird bei Bedarf weiteres Eisen zulegiert, so dass die herzustellende Legierung bis 0,2 Gew% Eisen enthält. Des Weiteren werden 0,005 bis 0,1 Gew% Strontium zugegeben, wobei das Gewichtsverhältnis von Eisen zu Strontium von 3 : 1 bis 5 : 1 eingestellt wird. Bevorzugt ist eine Zugabe von 0,008 bis 0,07 Gew% Strontium. Als weitere Legierungsbestandteile werden 0,1 bis 0,4 Gew% Kupfer, 0,03 bis 0,2 Gew% Mangan, 0,01 Gew% Titan und Zirconium und/oder Chrom und/oder Vanadium insgesamt 0,08 bis 0,22 Gew% zugegeben. Die Legierung sollte maximal 0,04 Gew% Zink, maximal 0,02 Gew% unvermeidbarer Verunreinigung einzeln bzw. maximal 0,15 Gew% insgesamt enthalten. Des Weiteren kann zur Kennzeichnung der Legierung ein bestimmter Anteil, nämlich 0,0005 bis 0,005 Gew% Silber zugesetzt werden.Such an alloy is made of aluminum base material made with more than 99.85% by weight aluminum. Be the melt added the alloy components as follows, namely 0.3 to 0.9% by weight of silicon, 0.1 to 0.5% by weight of magnesium, the weight ratio of Silicon to magnesium is 1.8: 1 to 3.3: 1. After determining the iron content of the aluminum base material, which acts as an impurity in the base material If necessary, additional iron is added, so that the alloy to be manufactured contains up to 0.2% by weight of iron. Of A further 0.005 to 0.1% by weight of strontium is added, the weight ratio from iron to strontium is adjusted from 3: 1 to 5: 1. Prefers is an addition of 0.008 to 0.07 wt% strontium. As further alloy components 0.1 to 0.4% by weight copper, 0.03 to 0.2% by weight manganese, 0.01% by weight Titanium and zirconium and / or chromium and / or vanadium in total 0.08 up to 0.22% by weight. The alloy should not exceed 0.04% by weight Zinc, maximum 0.02% by weight of unavoidable contamination individually or maximum 0.15% by weight included in total. Furthermore, to identify the Alloy a certain proportion, namely 0.0005 to 0.005% by weight Silver can be added.

Die so hergestellte Schmelze wird im Stranggussverfahren zu einem Walz- oder Pressbarren gegossen und anschließend homogenisiert (Glühung für mind. 2h bei mind. 500°C). Als Aluminium-Basiswerkstoff wird vorzugsweise Reinaluminium mit mindestens 99,85 Gew% Aluminium eingesetzt, um den Anteil an Verunreinigungen zu limitieren, insgesamt sollte ein Gehalt von maximal 0,15 Gew% unvermeidbarer Verunreinigungen nicht überschritten werden. Die Legierungsbestandteile können in Form von Reinmetallen oder Vorlegierungen zugegeben werden. Das Strontium wird vorzugsweise in Form einer Aluminium-Strontium-Vorlegierung zugesetzt, insbesondere mittels einer AlSr3,5-Vorlegierung, einer AlSr5-Vorlegierung oder einer AlSr10-Vorlegierung.The melt thus produced is cast in a continuous casting process to form a rolled or pressed bar and subsequently homogenized (annealing for at least 2h at at least 500 ° C). Pure aluminum is preferably used as the aluminum base material at least 99.85 wt% aluminum is used to reduce the level of contaminants to be limited, a total of a maximum of 0.15% by weight unavoidable impurities must not be exceeded. The alloy components can in the form of pure metals or master alloys. The Strontium is preferably in the form of an aluminum strontium master alloy added, in particular by means of an AlSr3.5 master alloy, one AlSr5 master alloy or an AlSr10 master alloy.

Aus dem homogenisierten Pressbarren der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung lassen sich durch Strangpressen und nachfolgendes Umformen dreidimensional geformte Bauteile herstellen. Unabhängig davon, ob es sich bei dem Umformen um einen Biegeprozess, um eine hydrostatische Streckumformung oder Tiefziehen handelt, zeigt das entstehende Bauteil bei einer sehr geringen Orangenhautbildung eine gute Konturgenauigkeit, bewirkt durch eine geringe Rückfederung. Durch die Aushärtbarkeit der Legierung ist im Anschluss an die Umformung die Festigkeit und Duktilität einstellbar. Nach der Aushärtung folgt neben der mechanischen Bearbeitung insbesondere eine chemische und elektrolytische Behandlung des Bauteils. Eine solche chemische und elektrolytische Behandlung schließt ein Polieren, Glänzen, Eloxieren, eventuell ein Einfärben und ein abschließendes Verdichten der Bauteile ein. Die entstehende Eloxalschicht ist sehr zufriedenstellend, sie ist transparent, d.h. nicht eingetrübt und auch nicht gelbstichig.From the homogenized press bar the aluminum alloy according to the invention can be made three-dimensional by extrusion and subsequent forming Manufacture molded components. Regardless of whether it is the forming around a bending process, a hydrostatic stretch forming or Thermoforming, shows the resulting component in a very low orange peel formation, good contour accuracy due to a low springback. Due to the hardenability the alloy is the strength and after the forming ductility adjustable. After curing In addition to mechanical processing, chemical processing in particular follows and electrolytic treatment of the component. Such a chemical and electrolytic treatment includes polishing, shining, anodizing, possibly coloring and a final one Compact the components. The resulting anodized layer is very satisfactory, it is transparent, i.e. not clouded and too not yellowish.

Aus dem Walzbarren lassen sich durch Warmwalzen, Kaltwalzen und Zwischenglühen Bleche oder Bänder herstellen, die durch Umformen, insbesondere hydrostatisches Streckumformen, ein Bauteil bilden, welches ebenfalls nachfolgend durch chemische oder elektrolytische Behandlung mit einer dekorativen Eloxalschicht versehen werden kann. Auch bei diesem Herstellungsprozess kann nachgewiesen werden, dass die Aluminiumlegierung ein gutes bis sehr gutes Umformvermögen bei Raumtemperatur bei nur geringer Orangenhautbildung besitzt, ein stabiles Umformvermögen aufweist und zu einer guten Konturgenauigkeit des Bauteils führt. Die Eloxalschicht weist keine Fehler auf, im Gegenteil, sogar glänzende Oberflächen sind realisierbar, wenn als Basiswerkstoff Reinaluminium mit mindestens 99,9 Gew% Aluminium eingesetzt wird.From the rolled ingot can be passed through Manufacture hot rolling, cold rolling and intermediate annealing sheets or strips, by forming, in particular hydrostatic stretch forming, form a component, which is also subsequently chemical or electrolytic treatment with a decorative anodized layer can be provided. This manufacturing process can also be proven that the aluminum alloy has a good to very good formability Room temperature with little orange peel formation stable formability has and leads to a good contour accuracy of the component. The Anodized layer has no defects, on the contrary, even shiny surfaces feasible if pure aluminum with at least 99.9% by weight of aluminum is used.

Nachfolgend sind in drei Tabellen Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Aluminiumlegierungen wiedergegeben. Tabelle 1 zeigt dabei höherfeste AlMgSi-Legierungen, die Tabelle 2 mittelfeste AlMgSi-Legierungen und die Tabelle 3 niedrigfeste AlMgSi-Legierungen. In der Tabelle 4 sind bekannte Vergleichslegierungen aufgeführt, u.a. die Legierung AA6401-spezial der Anmelderin, eine mittelfeste AlMgSi-Legierung, die bisher für dekorative Anwendungen eingesetzt wird, die jedoch kein optimales Umformverhalten zeigt. Die weiteren Vergleichslegierungen stellen ein Optimum an Festigkeit und Umformverhalten da, sind jedoch nicht dekorativ anodisierbar.Below are three tables embodiments reproduced for aluminum alloys according to the invention. Table 1 shows higher strengths AlMgSi alloys, Table 2 medium strength AlMgSi alloys and Table 3 low strength AlMgSi alloys. Known comparison alloys are shown in Table 4 lists et al the applicant's alloy AA6401-special, a medium strength AlMgSi alloy previously used for decorative applications are used, but not optimal Forming behavior shows. Make the other comparison alloys optimum strength and forming behavior are not there decoratively anodizable.

Claims

Decorative anodizable, easily deformable, mechanically highly resilient aluminum alloy with a composition: 3 to 0.9% by weight silicon, 0.1 to 0.5% by weight of magnesium, up to 0.2% by weight of iron, 1 to 0.4% by weight of copper, 0.03 to 0.2% by weight of manganese, 0.01% by weight of titanium, zirconium and / or chromium and / or vanadium in total 0.08 to 0.22% by weight, 005 to 0.1% by weight strontium, maximum 0.04% by weight zinc, maximum 0.02% by weight unavoidable impurities individually, maximum 0.15% by weight unavoidable impurities total, the rest aluminum, the weight ratio of silicon to magnesium being 1.8: 1 to 3.3: 1 and characterized in that the weight ratio of iron to strontium is 3: 1 to 5: 1.

Aluminum alloy according to claim 1, characterized in that 0.008 to 0.07 wt% strontium is contained.

Aluminum alloy according to claim 1 or 2, characterized marked that 0.0005 to 0.005% by weight of silver for marking the alloy are included.

Aluminum product with an aluminum alloy a composition according to any one of claims 1 to 3.

Aluminum product according to claim 4, characterized in that the aluminum product is a strip, a sheet, an extruded profile or is a component made from the aforementioned semi-finished products.

Aluminum product according to claim 5, characterized in that the aluminum product is one through hydrostatic stretch forming formed component from an extruded profile or a sheet.

Aluminum product according to claim 4 or 5, characterized characterized in that the aluminum product is a decorative anodized Component is.