DE212021000471U1

DE212021000471U1 - Direktgekühlter, stranggegossener Aluminiumbarren mit einem Zusammensetzungsgradienten zur reduzierten Rissbildung

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Publication number: DE212021000471U1
Application number: DE212021000471.7U
Authority: DE
Original assignee: Novelis Inc Canada
Current assignee: Novelis Inc Canada
Priority date: 2020-10-01
Filing date: 2021-09-23
Publication date: 2023-06-05
Anticipated expiration: 2031-09-24
Also published as: EP4221914A1; KR20230044504A; CN116457121A; JP2023543872A; MX2023003488A; WO2022072206A1; US20230256503A1; CA3193262A1

Abstract

System zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten, umfassend:
Mittel zum Gießen eines Verbundbarrens in einer Form, wobei der Verbundbarren umfasst:
einen inneren Bereich umfassend eine erste Aluminiumlegierung,
einen äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt, wobei der äußere Bereich eine zweite Aluminiumlegierung umfasst, die sich von der ersten Aluminiumlegierung unterscheidet; und
eine Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich, wobei mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung einen Gehalt aufweist, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung von dem inneren Bereich zu dem äußeren Bereich abnimmt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/198,184 , die am 1. Oktober 2020 eingereicht wurde und hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang enthalten ist.
BEREICH
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Metallurgie im Allgemeinen und insbesondere auf Aluminiumlegierungsprodukte sowie auf Gieß- und Verarbeitungstechniken für Aluminiumlegierungsbarren.
HINTERGRUND
Aluminiumlegierungsbarren können im direktgekühlten Stranggießen (DC, direct chill casting) gegossen werden. Einige Metalle oder Legierungen können jedoch aufgrund von Kantenrissbildung spontan brechen oder während oder nach dem Gießen als Barren erhebliche Schäden wie Kaltrissbildung erleiden. Bei bestimmten Metallen oder Legierungen kann es während oder nach dem Gießen zu Kaltrissbildung kommen, die auf die Kombination von spröden Mikrostrukturen, Mikroporositäten und thermischen Spannungen zurückzuführen sind, die beim direktgekühlten Stranggießen entstehen. Produkte aus hochfesten Legierungen sind besonders versagensanfällig aufgrund von Kaltrissspannungen, die sich während des Gießens bilden, weil (i) die angereicherte Natur ihrer Zusammensetzung dazu führt, dass die Körner von spröden eutektischen und/oder porösen Produkten umgeben sind, die nach der Rissbildung einen intergranularen Bruchmechanismus durch die Korngrenzen ermöglichen, und (ii) der Unterschied in der Volumenkontraktion der spezifischen Legierungselemente während der Verfestigung die Spannungen größer macht als bei verdünnten Legierungen. Diese Versagensanfälligkeit kann durch die Verwendung bestimmter Formprofile zur Vermeidung von Kaltrissbildung begünstigt werden. Die Auswirkungen der Kaltrissbildung sind beispielsweise bei einer Abkühlung unter etwa 480°C zu beobachten. Ein weiteres Problem, das bei direktgekühlten Stranggießverfahren auftritt, ist die Kantenrissbildung. Die Kantenrissbildung kann durch das Schmelzen der Korngrenzen verursacht werden, das durch alkalische Elemente, wie z. B. Natrium (Na), hervorgerufen wird. Kantenrissbildung kann auch durch positive Makrosegregation an den Barrenkanten verursacht werden, wobei die positive Segregation an den kurzen Seiten des Barrens mit zunehmender Breite des Barrens zunimmt. Bei starker Makrosegregation kann die normale Wärmebehandlung zur Homogenisierung unzureichend sein, was zum Schmelzen der stark segregierten Kanten führt und beim Warmwalzen Kantenrissbildung erzeugt. Kaltrissbildung und Kantenrissbildung führen zu Rückgewinnungs- und Betriebszeitverlusten sowie zu Sicherheitsbedenken, wie z. B. Aufreißen der Risse im Barren oder Heißreißen. Die vorliegende Offenbarung geht auf die Probleme der Kalt- und Kantenrissbildung ein, indem sie einen Zusammensetzungsgradienten im äußeren Bereich eines Barrens bildet.
ZUSAMMENFASSUNG
Der Begriff „Ausführungsform“ und ähnliche Begriffe sollen sich im weitesten Sinne auf den gesamten Gegenstand dieser Offenbarung und die nachstehenden Ansprüche beziehen. Aussagen, die diese Begriffe enthalten, sind nicht so zu verstehen, dass sie den hier beschriebenen Gegenstand oder die Bedeutung oder den Umfang der nachstehenden Ansprüche einschränken. Die hierin enthaltenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachstehenden Ansprüche definiert, nicht durch diese Zusammenfassung. Diese Zusammenfassung gibt einen Gesamtüberblick über verschiedene Aspekte der Offenbarung und stellt einige der Konzepte vor, die in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Diese Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch ist sie dazu gedacht, den Umfang des beanspruchten Gegenstands isoliert zu bestimmen. Der Gegenstand sollte durch Bezugnahme auf die entsprechenden Abschnitte der gesamten Beschreibung dieser Offenbarung, einige oder alle Figuren und jeden Anspruch verstanden werden.
In einem Aspekt werden Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungsprodukten mit einem Zusammensetzungsgradienten beschrieben. Ein Verfahren nach diesem Aspekt kann das Gießen eines Verbundbarrens in einer Form umfassen. Der Verbundbarren kann einen inneren Bereich umfassen, der eine erste Aluminiumlegierung umfasst; einen äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt, wobei der äußere Bereich eine zweite Aluminiumlegierung umfasst, die sich von der ersten Aluminiumlegierung unterscheidet; und eine Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich. Mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung kann einen Gehalt aufweisen, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung von dem inneren Bereich zu dem äußeren Bereich abnimmt.
In Ausführungsformen kann das Verfahren beinhalten, dass die erste Aluminiumlegierung und die zweite Aluminiumlegierung gleichzeitig gegossen werden, wie z. B. während des gesamten oder eines Teils des Gießvorgangs. In einigen Fällen kann das Gießen der ersten Aluminiumlegierung (innerer Bereich) beginnen, bevor das Gießen der zweiten Aluminiumlegierung (äußerer Bereich) beginnt. In einigen Fällen kann das Gießen der zweiten Aluminiumlegierung (äußerer Bereich) beginnen, bevor das Gießen der ersten Aluminiumlegierung (innerer Bereich) beginnt. In Ausführungsformen kann das Verfahren beinhalten, dass die erste Aluminiumlegierung der Form von einer ersten Höhe aus zugeführt wird und die zweite Aluminiumlegierung der Form von einer zweiten Höhe aus zugeführt wird, wobei sich die zweite Höhe von der ersten Höhe unterscheidet.
In Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Skalpieren des Verbundbarrens umfassen, um von einer Walzoberfläche mindestens einen Teil der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten und des äußeren Bereichs zu entfernen. Das Skalpieren kann das Entfernen von Material beinhalten, um einen monolithischen Barren zu erzeugen, der die erste Aluminiumlegierung enthält.
In Ausführungsformen kann die erste Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx oder eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx umfassen. Die erste Aluminiumlegierung kann eine 7075 Aluminiumlegierung, eine 5182 Aluminiumlegierung oder eine 2024 Aluminiumlegierung enthalten. In Ausführungsformen kann die zweite Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx umfassen. Die zweite Aluminiumlegierung kann zum Beispiel eine Reinheit von mindestens 99,7 % aufweisen.
In Ausführungsformen kann mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung Zn, Cu, Mg oder Na enthalten. In Ausführungsformen kann der äußere Bereich im Wesentlichen frei von dem mindestens einen Legierungselement sein.
In Ausführungsformen kann der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Rissbildung sein. Die Rissbildung kann z. B. Kaltrissbildung, Heißrissbildung, Kantenrissbildung oder Stoßrissbildung umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der Verbundbarren, z. B. während eines Warmwalzvorgangs, keine Schuppenbildung aufweisen. In Ausführungsformen kann der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Porosität sein. Die Porosität kann z. B. Poren als Keimbildungspunkte von Brüchen während des Warmwalzens umfassen.
In Ausführungsformen kann das Gießen des Verbundbarrens ein direktgekühltes Stranggießverfahren umfassen, bei dem der innere Bereich und der äußere Bereich gemeinsam in einer Anordnung gegossen werden, bei der der äußere Bereich mit Kühlwasser in Kontakt gebracht wird.
In Ausführungsformen kann der äußere Bereich eine Dicke von 7 % bis 15 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweisen. In Ausführungsformen kann die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten eine Dicke von 2 % bis 10 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweisen.
Verfahren dieses Aspekts können zusätzliche Verfahrensschritte umfassen. Zum Beispiel kann ein gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt durch die hierin beschriebenen Verfahren gebildet werden. In Ausführungsformen kann ein Verfahren dieses Aspekts ferner die Verarbeitung des monolithischen Barrens zu einem Aluminiumlegierungsshate, einer Aluminiumlegierungsplatte oder einem Aluminiumlegierungsblech, umfassend die erste Aluminiumlegierung umfassen. Die Verfahren dieses Aspekts können ferner ein oder mehrere Homogenisierungsverfahren, ein Warmwalzverfahren, ein Kaltwalzverfahren, ein Glühverfahren, ein Lösungsglühbehandlungsverfahren, ein Abschreckverfahren oder ein Oberflächenbehandlungsverfahren umfassen.
In Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Ausrichten eines Magnetfeldes während des Gießens umfassen, wobei das Magnetfeld so konfiguriert ist, dass es Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zu der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten unterdrückt. In Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Ausrichten eines Magnetfeldes während des Gießens umfassen, um Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zu der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten zu unterdrücken. Das Ausrichten kann zum Beispiel das Positionieren des Magnetfeldes auf einer Höhe zwischen der ersten Höhe und der zweiten Höhe umfassen. In Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Ausrichten eines Magnetfelds während des Gießens umfassen, um Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zu der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten zu unterdrücken. Das Ausrichten des Magnetfeldes kann beispielsweise das Bereitstellen einer Abstreifbarriere umfassen, wobei die Abstreifbarriere in der Flüssigkeitsschmelze auf einer Höhe zwischen der ersten und der zweiten Höhe angeordnet ist.
In einem weiteren Aspekt werden Aluminiumlegierungsverbundbarren beschrieben. In einigen Ausführungsformen können Aluminiumlegierungsverbundbarren durch die hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Ein Aluminiumlegierungsverbundbarren kann einen inneren Bereich, der eine erste Aluminiumlegierung umfasst, einen äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt, und eine Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich umfassen. Der äußere Bereich kann eine zweite Aluminiumlegierung umfassen, die sich von der ersten Aluminiumlegierung unterscheidet. Mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung kann einen Gehalt aufweisen, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung vom inneren Bereich zum äußeren Bereich abnimmt.
In Ausführungsformen kann die erste Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx oder eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx enthalten. Die erste Aluminiumlegierung kann eine 7075 Aluminiumlegierung, eine 5182 Aluminiumlegierung oder eine 2024 Aluminiumlegierung enthalten. In Ausführungsformen kann die zweite Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx enthalten. Die zweite Aluminiumlegierung kann beispielsweise eine Reinheit von mindestens 99,7 % aufweisen. Optional kann das mindestens eine Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung Zn, Cu, Mg oder Na enthalten. In Ausführungsformen kann der äußere Bereich im Wesentlichen frei von dem mindestens einem Legierungselement sein.
In Ausführungsformen kann der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Rissbildung sein, wie z. B. frei von Kaltrissbildung, Heißrissbildung, Kantenrissbildung und/oder Stoßrissbildung, und er kann optional während des Walzens keine Schuppenbildung aufweisen. In Ausführungsformen kann der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Porosität sein. Die Porosität kann Poren als Keimbildungspunkte von Brüchen während des Warmwalzens umfassen.
In Ausführungsformen kann der äußere Bereich eine Dicke von 7 % bis 15 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweisen. In Ausführungsformen kann die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten eine Dicke von 2 % bis 10 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweisen.
In einem weiteren Aspekt werden gewalzte Aluminiumlegierungsprodukte beschrieben. Die gewalzten Aluminiumlegierungsprodukte können einen inneren Bereich, der eine erste Aluminiumlegierung umfasst, einen äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt, und eine Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich umfassen. Der äußere Bereich kann eine zweite Aluminiumlegierung enthalten, die sich von der ersten Aluminiumlegierung unterscheidet. Mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung kann einen Gehalt aufweisen, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung vom inneren Bereich zum äußeren Bereich abnimmt.
In Ausführungsformen kann das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt aus einem hierin beschriebenen Barren hergestellt werden, wie z. B. aus einem Aluminiumlegierungsverbundbarren. In Ausführungsformen kann die erste Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx oder eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx umfassen. Die erste Aluminiumlegierung kann eine 7075 Aluminiumlegierung, eine 5182 Aluminiumlegierung oder eine 2024 Aluminiumlegierung enthalten. In Ausführungsformen kann die zweite Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx enthalten. Die zweite Aluminiumlegierung kann eine Reinheit von mindestens 99,7 % aufweisen. In Ausführungsformen kann das mindestens eine Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung Zn, Cu, Mg oder Na enthalten. In Ausführungsformen kann der äußere Bereich im Wesentlichen frei von dem mindestens einem Legierungselement sein.
Weitere Gegenstände und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von nicht-einschränkenden Beispielen ersichtlich.
Figurenliste
In der Beschreibung wird auf die folgenden beigefügten Abbildungen verwiesen, wobei die Verwendung gleicher Bezugsziffern in verschiedenen Abbildungen gleiche oder analoge Komponenten veranschaulichen soll.

1 zeigt eine schematische Darstellung des direktgekühlten Stranggießens eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten.
2 zeigt eine schematische Darstellung des direktgekühlten Stranggießens des Aluminiumlegierungsprodukts mit dem Zusammensetzungsgradienten aus 1 während der weiteren Verarbeitung.
3 zeigt eine schematische Darstellung des direktgekühlten Stranggießens des Aluminiumlegierungsprodukts mit dem Zusammensetzungsgradienten aus 2 während der weiteren Verarbeitung.
4 zeigt eine schematische Darstellung des direktgekühlten Stranggießens des Aluminiumlegierungsprodukts mit dem Zusammensetzungsgradienten aus 3 während der weiteren Verarbeitung.
5A zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten, das beispielsweise gemäß 1-4 hergestellt wurde.
5B zeigt eine schematische Darstellung des Bereichs A von 5A in größerem Detail.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten, das beispielsweise gemäß 1-4 hergestellt wurde.
7A und 7B zeigen schematische Darstellungen des Skalpierens eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten durch Verfahren, bei denen eine Bandsäge bzw. ein Fräsgerät verwendet wird.
8A und 8B zeigen schematische Darstellungen eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten vor dem Skalpieren (8A) und nach dem Skalpieren (8B).
9 zeigt einen schematischen Überblick über ein Aluminiumlegierungsprodukt mit einem Zusammensetzungsgradienten, das skalpiert wurde, und über die Verarbeitung des monolithischen Barrens zu einem Aluminiumlegierungsprodukt.
10A zeigt einen schematischen Überblick über ein Aluminiumlegierungsprodukt mit einem Zusammensetzungsgradienten, das teilweise skalpiert wurde, z. B. durch Kantenskalpieren, und die Verarbeitung des Barrens zu einem Aluminiumlegierungsprodukt.
10B zeigt einen schematischen Überblick über ein Aluminiumlegierungsprodukt mit einem Zusammensetzungsgradienten, das teilweise skalpiert wurde, z. B. durch Skalpieren der Walzoberfläche, und die Verarbeitung des Barrens zu einem Aluminiumlegierungsprodukt.
11 zeigt einen schematischen Überblick über ein Aluminiumlegierungsprodukt mit einem Zusammensetzungsgradienten, das nicht skalpiert oder gesägt wurde, sowie über die Herstellung und Verarbeitung des Barrens zu einem Aluminiumlegierungsprodukt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beschrieben werden hier Aluminiumlegierungsprodukte mit einem Zusammensetzungsgradienten, Verfahren zur Herstellung und Verwendung von Aluminiumlegierungsprodukten mit einem Zusammensetzungsgradienten und Produkte, die aus Aluminiumlegierungsprodukten mit einem Zusammensetzungsgradienten hergestellt werden. Die offenbarten Aluminiumlegierungsprodukte mit einem Zusammensetzungsgradienten umfassen Aluminiumlegierungen, die zwei Probleme lösen, die bei der Verwendung von direktgekühlten Stranggießverfahren (DC) auftreten können, nämlich die Probleme der Kantenrissbildung, wie z. B. in der Warmwalzanlage, und/oder der Kaltrissbildung oder Sprödbruchereignisse im gegossenen Barren (während oder nach dem Gießen). Die hier beschriebenen Aluminiumlegierungen mit dem Zusammensetzungsgradienten eignen sich für direktgekühlte Stranggießverfahren (DC) zur Herstellung von Legierungen, wie z. B. Aluminiumlegierungen mit hohen Übergangstemperaturen von duktil zu spröde (z. B. mehr als oder etwa 200°C, mehr als oder etwa 300°C oder bis zu etwa 400°C), Aluminiumlegierungen, die während des Gießens für Heißrissbildung anfällig sind, und Aluminiumlegierungen, die während des Gießens spröde brechen können.
Bestimmte Legierungen lassen sich beispielsweise nur schwer als Barren gießen, da sich während des Gießens aufgrund der thermischen Kontraktion, die während des Abkühlens des Barrens durch Aufbringen der Kühlflüssigkeit direkt auf die Oberfläche des Barrens auftritt, innere Spannungen entwickeln. In einigen Fällen kann ein direkt mit einem direktgekühltem Stranggießverfahren gegossener Barren aus einer spröden Aluminiumlegierung spontan einen katastrophalen Bruch erleiden, wenn ein Teil des Barrens auf oder unter die Übergangstemperatur von duktil zu spröde abkühlt, was zu Schäden, Sicherheitsrisiken, einer geringeren Ausbeute an Gusserzeugnissen und Stillstandzeiten bei der Herstellung führt, um die Reinigung, Wiederherstellung und Reparatur der beschädigten Komponenten und Materialien zu ermöglichen. Bei einigen Aluminiumlegierungen, die direkt im direktgekühlten Stranggießverfahren gegossen werden, kann es entsprechend zu Heißrissbildung kommen, was zu ähnlichen Sicherheits- und Reinigungsproblemen sowie zu einer geringen Ausbeute führen kann. Die hier beschriebenen Techniken ermöglichen es, zuverlässig Aluminiumlegierungsbarren aus solchen Aluminiumlegierungen zu erhalten, die sich mit direktgekühltem Stranggießverfahren nur schwer direkt gießen lassen.
Die offenbarten Techniken verwenden ein direktgekühltes Stranggießverfahren zum gleichzeitigen Gießen einer Aluminiumlegierung mit einem inneren Bereich, der eine erste Aluminiumlegierung umfasst, einem äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt und eine zweite Aluminiumlegierung umfasst, die sich von der ersten unterscheidet, und einer Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich. Bei den offenbarten Techniken kann auch ein Prozess angewandt werden, bei dem der Verbundbarren optional skalpiert werden kann, um mindestens einen Teil der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten und/oder des äußeren Bereichs zu entfernen. Die offenbarten Techniken können das vollständige Skalpieren der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten und des äußeren Bereichs umfassen, um einen monolithischen Barren zu erzeugen, der beispielsweise eine schwer gießbare Aluminiumlegierung enthält. Die offenbarten Techniken können das Skalpieren der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten und des äußeren Bereichs umfassen, um einen Verbundbarren zu erzeugen, der beispielsweise eine schwer gießbare Aluminiumlegierung mit einer Gradientenzone umfasst, die den inneren Bereich umgibt.
Techniken für ein duales Gießen verschiedener Aluminiumlegierungen zur Bildung eines Verbundbarrens mit inneren und äußeren Bereichen und mit einer Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten dazwischen können im Vergleich zum direktgekühlten Stranggießverfahren eines monolithischen Barrens erhebliche Komplexitäten, Schwierigkeiten und Kosten mit sich bringen. Beispielsweise können zusätzliche und komplexere Verfahren und Ausrüstungen verwendet werden, einschließlich zusätzlicher Öfen, zusätzlicher Ausrüstungen für die Handhabung geschmolzener Aluminiumlegierungen, komplexerer Gießausrüstungen usw.
Das Verfahren des Skalpierens eines äußeren Bereichs von einem Verbundbarren kann im Vergleich zum direktgekühlten Stranggießverfahren eines monolithischen Barrens auch zusätzliche Komplexität, Zeit und Ausrüstungsanforderungen mit sich bringen. So können z. B. Skalpierungsmaschinen verwendet werden, und je nach Konfiguration des Skalpierungsvorgangs können Maschinen zum Bewegen, Drehen oder Rotieren des Verbundbarrens eingesetzt werden. Das Skalpierungsverfahren kann auch sehr viel Zeit in Anspruch nehmen, was zu einem geringeren Produktionsdurchsatz führt.
Darüber hinaus kann das Skalpieren eines äußeren Bereichs aus einem Verbundbarren auch zu einem erheblich höheren Energieverbrauch und zur notwendigen Entsorgung oder Wiederverwertung der skalpierten Materialien führen. Zum Beispiel kann der Wärmebedarf eines zusätzlichen Ofens, der zum Schmelzen der Aluminiumlegierung für den äußeren Bereich benötigt wird, erheblich sein. Da die Aluminiumlegierung aus dem äußeren Bereich während des Prozesses der Formung eines monolithischen Barrens aus einem Verbundbarren skalpiert werden kann, kann die zum Erhitzen und Vorbereiten des äußeren Bereichs erforderliche Energie in einigen Ausführungsformen als verschwendet angesehen werden. Ein erhöhter Energieverbrauch und Energieverschwendung sind bei Gießverfahren für Aluminiumlegierungen und Legierungsbarren unerwünscht und können solche Verfahren im Allgemeinen unpraktisch oder anderweitig unerwünscht machen. Das Skalpieren kann auch zusätzliches überschüssiges Material erzeugen, das in Form des skalpierten Außenbereichs entsorgt oder recycelt werden muss, und der Prozess des Recyclings oder der Entsorgung kann weitere Komplexitäten und Energieanforderungen mit sich bringen. In einigen Fällen kann das skalpierte Material einen Teil der Aluminiumlegierung des inneren Bereichs enthalten, so dass das Recycling des skalpierten Materials dadurch erschwert wird, dass zwei verschiedene Legierungszusammensetzungen im skalpierten Material verarbeitet werden müssen.
Die Komplexitäten und der zusätzliche Energie- und Wärmebedarf deuten darauf hin, dass die offenbarten Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Barrens aus einer Aluminiumlegierung, bei denen zunächst ein Verbundbarren gegossen und anschließend eine oder mehrere Außenschichten skalpiert werden, ungünstig sind. Darüber hinaus konzentrieren sich die Verfahren zum gemeinsamen Gießen eines Verbundbarrens, wie sie in den US-Patenten Nummern 7,748,434 und 8,927,113 beschrieben sind, auf das Hinzufügen von Material als plattierte Schicht auf der Außenseite eines Barrens, so dass das Skalpieren dieser zusätzlichen plattierten Materialschicht dem beabsichtigten Zweck der Verfahren zum gemeinsamen Gießen von Verbundbarren direkt widerspricht. Für bestimmte Aluminiumlegierungen sind die offenbarten Verfahren jedoch unerwartet vorteilhaft, da sie die Herstellung monolithischer Barren, wie z. B. monolithischer Barren aus spröden Aluminiumlegierungen und aus Aluminiumlegierungen, die Heißreißen und Spontanbruch ausgesetzt sind, auf eine Weise ermöglichen, die sicher und zuverlässig ist und die Probleme, die mit dem direkten Gießen monolithischer Barren aus spröden Aluminiumlegierungen verbunden sind, minimiert oder reduziert. Die Ausbeute an monolithischen Aluminiumlegierungsbarren kann auf diese Weise höher sein als bei der Anwendung anderer Verfahren (die komplexer oder weniger komplex sein können) zur Herstellung von Aluminiumlegierungsbarren aus einer schwer gießbaren Aluminiumlegierung. In einigen Fällen können monolithische Aluminiumlegierungsbarren, die gemäß der vorliegenden Offenbarung geformt werden, deutlich größer sein als solche, die mit anderen Verfahren geformt werden, die wiederum komplexer oder weniger komplex sein können als die hier offenbarten Verfahren.
Definitionen und Beschreibungen:
Die hier verwendeten Begriffe „Erfindung“, „die Erfindung“, „diese Erfindung“ und „die vorliegende Erfindung“ beziehen sich im weitesten Sinne auf den gesamten Gegenstand dieser Patentanmeldung und die nachstehenden Ansprüche. Aussagen, die diese Begriffe enthalten, sind nicht so zu verstehen, dass sie den hierin beschriebenen Gegenstand oder die Bedeutung oder den Umfang der nachstehenden Patentansprüche einschränken.
In dieser Beschreibung wird auf Legierungen Bezug genommen, die durch AA-Nummern und andere verwandte Bezeichnungen wie „Serie“ oder „7xxx“ gekennzeichnet sind. Zum Verständnis des Nummernbezeichnungssystems, das am häufigsten zur Benennung und Identifizierung von Aluminium und seinen Legierungen verwendet wird, siehe „International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys“ oder „Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot“, beide veröffentlicht von The Aluminum Association.
Wie hierin verwendet, hat eine Platte im Allgemeinen eine Dicke von mehr als 15 mm. So kann sich eine Platte beispielsweise auf ein Aluminiumprodukt mit einer Dicke von mehr als etwa 15 mm, mehr als etwa 20 mm, mehr als etwa 25 mm, mehr als etwa 30 mm, mehr als etwa 35 mm, mehr als etwa 40 mm, mehr als etwa 45 mm, mehr als etwa 50 mm oder mehr als etwa 100 mm beziehen.
Wie hierin verwendet, hat ein Shate (auch als Blechplatte bezeichnet) im Allgemeinen eine Dicke von etwa 4 mm bis etwa 15 mm. So kann ein Shate beispielsweise eine Dicke von etwa 4 mm, etwa 5 mm, etwa 6 mm, etwa 7 mm, etwa 8 mm, etwa 9 mm, etwa 10 mm, etwa 11 mm, etwa 12 mm, etwa 13 mm, etwa 14 mm oder etwa 15 mm haben.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Blech im Allgemeinen auf ein Aluminiumprodukt mit einer Dicke von weniger als etwa 4 mm. So kann ein Blech beispielsweise eine Dicke von weniger als etwa 4 mm, weniger als etwa 3 mm, weniger als etwa 2 mm, weniger als etwa 1 mm, weniger als etwa 0,5 mm oder weniger als etwa 0,3 mm (z. B. etwa 0,2 mm) haben.
Die „duktil-spröde Übergangstemperatur“ bezieht sich auf eine Temperatur, bei der die Bruchenergie einer Metalllegierung unter einen vorbestimmten Wert fällt, der beispielsweise durch einen Aufpralltest ermittelt wird (siehe z. B. ASTM A370-19e1, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2019, hiermit durch Verweis einbezogen). In einigen Ausführungsformen bezieht sich eine duktil-spröde Übergangstemperatur auf eine Temperatur, bei der eine Änderung der Duktilität einer Metalllegierung beobachtet wird, unterhalb derer die Metalllegierung einen spröderen Charakter aufweist und oberhalb derer die Metalllegierung einen duktileren Charakter aufweist. Beispielsweise kann bei Temperaturen unterhalb der duktil-spröden Übergangstemperatur der Metalllegierung ein Stoß einer bestimmten oder üblichen Größe zum Bruch der Metalllegierung führen, während bei Temperaturen oberhalb der duktil-spröden Übergangstemperatur der Metalllegierung ein Stoß der bestimmten oder üblichen Größe eher zu einer Verformung der Metalllegierung als zu einem Bruch führen kann. In einigen Fällen kann während des Gießens eines Barrens aus einer Metalllegierung die Oberfläche des Barrens einer Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) ausgesetzt werden, während der Kern des Barrens weiterhin eine hohe Temperatur aufweist. Aufgrund des ungleichmäßigen Temperaturprofils des Barrens und der temperaturabhängigen Wärmeausdehnung/-kontraktion können im Inneren des Barrens Spannungen und Dehnungen auftreten. Wenn die duktil-spröde Übergangstemperatur der Metalllegierung zu hoch ist, kann der Barren aufgrund der Spannungen und Dehnungen, die beim Abkühlen des Barrens entstehen, spontan brechen.
Die hier verwendeten Begriffe wie „gegossenes Aluminiumlegierungsprodukt“, „gegossenes Produkt“, „gegossenes Aluminiumlegierungsprodukt“ und dergleichen sind austauschbar und beziehen sich auf ein Produkt, das durch direktgekühltes Stranggießen (einschließlich direktgekühltes Dual- oder Co-Gießen) oder halbkontinuierliches Gießen, kontinuierliches Gießen (einschließlich z.B. unter Verwendung einer Doppelbandgießanlage, einer Doppelrollengießanlage, einer Blockgießanlage oder einer anderen kontinuierlichen Gießanlage), elektromagnetisches Gießen, Heißaufsatzgießen oder ein anderes Gießverfahren hergestellt wird. Insbesondere wird hier das Gießen unter Verwendung von direktgekühltem Stranggießverfahren beschrieben.
Alle hier offenbarten Bereiche sind so zu verstehen, dass sie alle darin enthaltenen Teilbereiche einschließen. So ist beispielsweise ein angegebener Bereich von „1 bis 10“ so zu verstehen, dass er alle Unterbereiche zwischen (und einschließlich) dem Mindestwert von 1 und dem Höchstwert von 10 umfasst, d. h. alle Unterbereiche, die mit einem Mindestwert von 1 oder mehr beginnen, z. B. 1 bis 6,1, und mit einem Höchstwert von 10 oder weniger enden, z. B. 5,5 bis 10. Sofern nicht anders angegeben, bedeutet der Ausdruck „bis zu“ bei der Angabe der Zusammensetzung eines Elements, dass dieses Element optional ist und eine Null-Prozent-Zusammensetzung dieses bestimmten Elements einschließt. Sofern nicht anders angegeben, sind alle prozentualen Angaben zur Zusammensetzung in Gewichtsprozent (Gew.-%) angegeben.
Wie hierin verwendet, schließt die Bedeutung von „ein“ und „die“ sowohl den Singular als auch den Plural ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
Verfahren zur Verwendung der offenbarten Aluminiumlegierungen und Aluminiumlegierungsprodukte
Die hier beschriebenen Aluminiumlegierungen und Aluminiumlegierungsprodukte, wie Aluminiumlegierungsbarren und gewalzte Aluminiumlegierungsprodukte, können in der Automobilindustrie und anderen Transportanwendungen, einschließlich Flugzeug- und Eisenbahnanwendungen, verwendet werden. Beispielsweise können die hier beschriebenen Aluminiumlegierungsprodukte zur Herstellung von geformten Aluminiumprodukten und Strukturteilen für Kraftfahrzeuge verwendet werden, wie z. B. Stoßstangen, Seitenträger, Dachträger, Querträger, Säulenverstärkungen (z. B. A-Säulen, B-Säulen und C-Säulen), Innenverkleidungen, Außenverkleidungen, Seitenverkleidungen, Innenhauben, Außenhauben oder Kofferraumdeckelverkleidungen. Die hier beschriebenen Aluminiumlegierungsprodukte und Verfahren können auch in Flugzeugen oder Schienenfahrzeugen verwendet werden, um z. B. Außen- und Innenverkleidungen herzustellen.
Die hier beschriebenen Aluminiumlegierungsprodukte und Verfahren können auch in der Elektronik verwendet werden. Zum Beispiel können die hier beschriebenen Aluminiumlegierungsprodukte und Verfahren zur Herstellung von Gehäusen für elektronische Geräte, einschließlich Mobiltelefonen und Tablet-Computern, verwendet werden. In einigen Beispielen können die Aluminiumlegierungsprodukte zur Herstellung von Gehäusen für das äußere Gehäuse von Mobiltelefonen (z. B. Smartphones), Tablet-Boden-Gehäuse und anderen tragbaren elektronischen Geräten verwendet werden. Die hier beschriebenen Aluminiumlegierungsprodukte und Verfahren können auch beliebig für andere Anwendungen verwendet werden.
Verfahren zur Herstellung der Legierungen und Legierungsprodukte
Die hier beschriebenen Aluminiumlegierungen und Aluminiumlegierungsprodukte können mit jedem geeigneten Gießverfahren gegossen werden, das dem Fachmann bekannt ist. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Gießverfahren ein direktgekühltes Stranggießverfahren (DC) umfassen.
Ein äußerer Bereich einer ersten Aluminiumlegierung kann einen inneren Bereich einer zweiten Aluminiumlegierung mit einer Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem äußeren und dem inneren Bereich umgeben, wie hier beschrieben, um Aluminiumlegierungsprodukte mit einem Zusammensetzungsgradienten zu bilden. Die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten enthält mindestens ein Legierungselement, das in der ersten Aluminiumlegierung vom inneren Bereich in einem Gehalt vorhanden ist, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung vom inneren Bereich zum äußeren Bereich abnimmt, wie weiter unten im Detail beschrieben wird. Das Gießen der ersten Aluminiumlegierung und der zweiten Aluminiumlegierung kann gleichzeitig oder zumindest teilweise gleichzeitig erfolgen. Die Anfangsabmessungen und Endabmessungen der hier beschriebenen Aluminiumlegierungsprodukte mit dem Zusammensetzungsgradienten können durch die gewünschten Eigenschaften des gesamten Endprodukts bestimmt werden.
Ein gegossener Barren oder ein anderes gegossenes Produkt kann auf jede geeignete Weise verarbeitet werden. Optional können die Verarbeitungsschritte auch zur Herstellung von Blechen verwendet werden. Zu diesen Verarbeitungsschritten gehören unter anderem Homogenisieren, Warmwalzen, Kaltwalzen, Lösungsglühen und ein optionaler Voralterungsschritt. Getrennte Walzschritte können optional durch andere Verarbeitungsschritte getrennt werden, z. B. durch Glühschritte, Reinigungsschritte, Heizschritte, Kühlschritte und dergleichen.
1 zeigt eine schematische Darstellung des direktgekühlten Stranggießens eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten durch Bereitstellung verschiedener geschmolzener Aluminiumlegierungen 105 und 115 zur Bildung eines Verbundbarrens. Die hier erwähnten Aluminiumlegierungen können optional durch andere Legierungen wie Stahl, Magnesiumlegierungen, Kupferlegierungen oder dergleichen ersetzt werden. Das in 1 dargestellte direktgekühlte Stranggießverfahren kann zur Bildung eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten nützlich sein, das einen inneren Bereich aufweist, der von einem äußeren Bereich umgeben ist, wobei der innere Bereich und der äußere Bereich jeweils unterschiedliche Aluminiumlegierungen enthalten. Das Verfahren in 1 wird hier auch als Doppelgießverfahren oder als duales Gießverfahren bezeichnet. Wie dargestellt, werden die geschmolzenen Aluminiumlegierungen 105 und 115 in einer vertikalen Gussanordnung gegossen, in der sie in geschmolzenem und/oder teilweise geschmolzenem Zustand miteinander in Kontakt kommen können, und die geschmolzenen Aluminiumlegierungen werden durch Kühlwasser 130 abgekühlt. Ein solches Verfahren kann für die Bildung eines Verbundbarrens umfassend Aluminiumlegierungen 110 und 120 nützlich sein, der dann weiterverarbeitet werden kann. 1 zeigt eine Anfangsphase des Gießens, in der die geschmolzene Aluminiumlegierung 105 vor der geschmolzenen Aluminiumlegierung 115 bereitgestellt wird. Alternativ kann die geschmolzene Aluminiumlegierung 115 vor der geschmolzenen Aluminiumlegierung 105 bereitgestellt werden, oder die geschmolzenen Aluminiumlegierung 105 und die geschmolzenen Aluminiumlegierung 115 können gleichzeitig bereitgestellt werden. Die geschmolzene Aluminiumlegierung 105 wird in eine flache Form 160 gegossen, die auf einem Bodenblock 170 steht, der auf einem hydraulischen Tisch 180 montiert ist, um einen Senkboden in der Form zu bilden und so das Volumen des während des Gießvorgangs gebildeten Barrens zu vergrößern. Der Bodenblock 170 kann mit einer kontrollierten Geschwindigkeit abgesenkt werden, wenn sich die Form füllt, auf ein größeres Volumen und zu erstarren beginnt. Wenn die Form 160 mit geschmolzenem Aluminium gefüllt wird, wächst das Volumen der Legierung und bildet den Barren.
2 zeigt eine schematische Darstellung des direktgekühlten Stranggießens des Aluminiumlegierungsprodukts mit dem Zusammensetzungsgradienten aus 1 während der weiteren Verarbeitung. Die geschmolzene Aluminiumlegierung 105 kann weiterhin gleichzeitig mit der geschmolzenen Aluminiumlegierung 115 gegossen werden. Die geschmolzene Aluminiumlegierung 115 bildet die Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs, während die geschmolzene Aluminiumlegierung 105 die Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs bildet. Beim Gießen von flüssigem Aluminium können Combo-Säcke oder Maschensiebe verwendet werden, um die geschmolzenen Metalle zu leiten. Die Begriffe Gitter, Maschensiebe und Combo-Säcke werden hier austauschbar verwendet. Die Gitter werden verwendet, um eine begrenzte Turbulenz zu erreichen, so dass der Fluss des geschmolzenen Metalls senkrecht zur Gießrichtung, d. h. parallel zur gewünschten Grenzflächenebene, umgelenkt wird. Durch die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit wird die Turbulenz minimiert. Das Gitter 145 zur Aufnahme der geschmolzenen Aluminiumlegierung 105 ist auf einer ersten Höhe h₁. Das Gitter 155 zur Aufnahme der geschmolzenen Aluminiumlegierung 115 ist auf einer zweiten Höhe h₂. Die Höhen h₁ und h₂ beziehen sich auf die Formoberfläche 165 der Form 160. Die Höhe h₁ und die Höhe h₂ können gleich oder unterschiedlich sein. Wie in 2 gezeigt, kann die Höhe h₂ geringer sein als die Höhe h₁, was, ohne an eine Theorie gebunden zu sein, die Bildung des inneren Bereichs fördern kann.
Alternativ kann ein Magnetfeld zur Unterdrückung von Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zur Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten verwendet werden. Ein ordnungsgemäß ausgerichtetes statisches Magnetfeld kann ausgewählte Geschwindigkeitsvektoren bereitstellen, die zur Förderung der Bildung einer Zwei-Flüssigkeitsschicht und zur Unterdrückung der Vermischung genutzt werden können. Eine Möglichkeit besteht darin, das Magnetfeld während des Gießens in einer Höhe anzulegen, die zwischen der Höhe der beiden die Flüssigkeiten aufnehmenden Gitter liegt, so dass Turbulenzen und die Vermischung der beiden geschmolzenen Aluminiumlegierungen gestoppt oder zumindest unterdrückt werden. Alternativ kann eine Abstreifbarriere verwendet werden, um die turbulente Strömung zu unterdrücken und die Vermischung der beiden geschmolzenen Aluminiumlegierungen zu minimieren. Die Abstreifbarriere kann rechteckig sein oder eine andere Form haben, die geeignet ist, in der Flüssigkeitsschmelze in einer Höhe unterhalb der Gitter angeordnet zu werden. Die Abstreifbarriere kann aus keramischem, feuerfestem Material bestehen.
3 zeigt eine schematische Darstellung des direktgekühlten Stranggießens des Aluminiumlegierungsprodukts mit dem Zusammensetzungsgradienten aus 2 während der weiteren Verarbeitung. Die Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs nimmt an Volumen zu und die Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs wird vom Zentrum des inneren Bereichs nach außen gedrückt, so dass die Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs die Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs vollständig umgibt. Der Fluss der geschmolzenen Aluminiumlegierung 105 kann optional gestoppt werden, während der Fluss der geschmolzenen Aluminiumlegierung 115 fortgesetzt wird. Alternativ kann der Fluss der geschmolzenen Aluminiumlegierung 115 wahlweise unterbrochen werden, während der Fluss der geschmolzenen Aluminiumlegierung 105 fortgesetzt wird, oder der Fluss der geschmolzenen Aluminiumlegierungen 105 und 115 kann wahlweise gleichzeitig unterbrochen werden.
Bei den geschmolzenen Aluminiumlegierungen 105 und 115 (und folglich auch bei der Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs und der Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs) kann es sich um unterschiedliche Aluminiumlegierungen handeln. Beispielsweise kann die geschmolzene Aluminiumlegierung 115 bzw. die Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs einer Legierung entsprechen, die beim Abkühlen auf eine Temperatur von mehr als oder etwa 200°C oder mehr als oder etwa 300°C spröde wird.
In einigen Ausführungsformen kann die Aluminiumlegierung 115/Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs einer Legierung mit einem hohen Gehalt an gelösten Stoffen entsprechen, die beispielsweise eine Konzentration an gelösten Stoffen zwischen etwa 6 und etwa 18 Gewichtsprozent aufweist. Beispielsweise kann die Aluminiumlegierung 115/Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs eine Konzentration an gelösten Stoffen von etwa 6 %, etwa 6,5 %, etwa 7 %, etwa 7,5 %, etwa 8 %, etwa 8,5 %, etwa 9 %, etwa 9,5 %, etwa 10 %, etwa 10,5 %, etwa 11 %, etwa 11,5 %, etwa 12 %, etwa 12,5 %, etwa 13 %, etwa 13,5 %, etwa 14 %, etwa 14,5 %, etwa 15 %, etwa 15,5 %, etwa 16 %, etwa 16,5 %, etwa 17 %, etwa 17,5 % oder etwa 18 Gewichtsprozent aufweisen. Optional kann die geschmolzene Aluminiumlegierung 115/Aluminiumlegierung 120 einer Aluminiumlegierung mit einer hohen Kupferzusammensetzung oder einer hohen Magnesiumzusammensetzung oder einer hohen Zinkzusammensetzung entsprechen, wie in bestimmten Aluminiumlegierungen der 2xxx-Serie, bestimmten Aluminiumlegierungen der Sxxx-Serie und bestimmten Aluminiumlegierungen der 7xxx-Serie.
Wie bereits erwähnt, kann die geschmolzene Aluminiumlegierung 105/ Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs einer anderen Legierung entsprechen als die geschmolzene Aluminiumlegierung 115/Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs. Zum Beispiel kann die Aluminiumlegierung 110 im äußeren Bereich duktiler sein als die Aluminiumlegierung 120 im inneren Bereich. Durch das Zusammenspiel der geschmolzenen Aluminiumlegierung 105 mit der geschmolzenen Aluminiumlegierung 115 bildet sich zwischen der Aluminiumlegierung 110 im äußeren Bereich und der Aluminiumlegierung 120 im inneren Bereich eine Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten 125, wie in 4 dargestellt. Auf diese Weise kann mindestens eine der Komponenten geschmolzene Aluminiumlegierung 105/Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs und Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 125 in Ausführungsformen als Pufferschicht zwischen geschmolzener Aluminiumlegierung 115/Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs und Kühlwasser 130 während des Gießens fungieren. Da die geschmolzene Aluminiumlegierung 105/Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs duktiler ist, kann es zum Beispiel nicht zu spontanem Bruch oder Kantenrissbildung kommen, wenn sie dem Kühlwasser 130 ausgesetzt wird, oder es kann nicht zu Kaltrissbildung während des Gießens kommen. Die geschmolzene Aluminiumlegierung 115/Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs hingegen kann spontan brechen oder Kantenrissbildung bekommen, wenn sie direkt dem Kühlwasser 130 ausgesetzt wird, oder sie kann während des Gießens Kaltrissbildung bekommen, so dass die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 125 und die Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs beispielsweise als Schutzschicht dienen können.
In einigen Ausführungsformen kann die geschmolzene Aluminiumlegierung 105/ Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs einen Wärmeübergangskoeffizienten zwischen etwa 100 W/m·K und etwa 250 W/m·K aufweisen, wie etwa 105 W/m·K, etwa 110 W/m·K, etwa 115 W/m·K, etwa 120 W/m·K, etwa 125 W/m·K, etwa 130 W/m·K, etwa 135 W/m·K, etwa 140 W/m·K, etwa 145 W/m·K, etwa 150 W/m·K, etwa 155 W/m·K, etwa 160 W/m·K, etwa 165 W/m·K, etwa 170 W/m·K, etwa 175 W/m·K, etwa 180 W/m·K, etwa 185 W/m·K, etwa 190 W/m·K, etwa 195 W/m·K, etwa 200 W/m·K, etwa 205 W/m·K, etwa 210 W/m·K, etwa 215 W/m·K, etwa 220 W/m·K, etwa 225 W/m·K, etwa 230 W/m·K, etwa 235 W/m·K, etwa 240 W/m·K, etwa 245 W/m·K oder etwa 250 W/m·K.
Wie in 4 dargestellt, kann die Aluminiumlegierung 110, die den äußeren Bereich darstellt, eine Dicke aufweisen, die zwischen 5-15 % der Gesamtdicke des Barrens entspricht. Beispielsweise kann die Aluminiumlegierung 110 eine prozentuale Dicke von etwa 5 %, etwa 5,5 %, etwa 6 %, etwa 6,5 %, etwa 7 %, etwa 7,5 %, etwa 8 %, etwa 8,5 %, etwa 9 %, etwa 9,5 %, etwa 10 %, etwa 10,5 %, etwa 11 %, etwa 11,5 %, etwa 12 %, etwa 12,5 %, etwa 13 %, etwa 13,5 %, etwa 14 %, etwa 14,5 % oder etwa 15 % der Gesamtdicke des Barrens aufweisen.
Die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 125 kann eine Dicke aufweisen, die zwischen 2 und 10 % der Gesamtdicke des Barrens entspricht. Beispielsweise kann die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 125 eine prozentuale Dicke von etwa 2 %, etwa 2,5 %, etwa 3 %, etwa 3,5 %, etwa 4 %, etwa 4,5 %, etwa 6 %, etwa 6,5 %, etwa 7 %, etwa 7,5 %, etwa 8 %, etwa 8,5 %, etwa 9 %, etwa 9,5 % oder etwa 10 % der Gesamtdicke des Barrens aufweisen.
Obwohl die geschmolzene Aluminiumlegierung 105/Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs in 4 symmetrisch zur geschmolzenen Aluminiumlegierung 115/Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs dargestellt ist, ist die Darstellung in 4 nur beispielhaft und andere duale Gusskonfigurationen sind möglich und in der vorliegenden Offenbarung enthalten, einschließlich der Fälle, in denen jede geschmolzene Aluminiumlegierung 105/Aluminiumlegierung 110 auf der linken/rechten Seite der geschmolzenen Aluminiumlegierung 115/Aluminiumlegierung 120 unterschiedliche Dicken und/oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweist. In einigen Fällen kann 4 einen zylindrischen Barren oder einen rechteckigen oder anders geformten Barren darstellen, bei dem die Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs eine kontinuierliche Schicht um Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs herum bildet, mit einer dazwischen liegenden Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten 125. Darüber hinaus sind die schematischen Darstellungen in 1-4 nicht maßstabsgetreu.
4 zeigt eine schematische Darstellung des direktgekühlten Stranggießens des Aluminiumlegierungsprodukts mit dem Zusammensetzungsgradienten aus 3 während der weiteren Verarbeitung. Wie in 4 dargestellt, ist die Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs von der Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs umgeben, und zwischen der Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs und der Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs hat sich eine Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten 125 gebildet. Die Bildung der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 125 erfolgt allmählich während des Gießprozesses, mit anderen Worten, jederzeit während des Prozesses, wie in 1-4 dargestellt. Die Aluminiumlegierungen mit dem Zusammensetzungsgradienten, die gemäß 1-4 hergestellt werden, können einen Verbundbarren erzeugen, der eine begrenzte Menge verschiedener Arten von Rissbildung, wie z. B. Kaltrissbildung, aufweist. Die Aluminiumlegierungen mit dem Zusammensetzungsgradienten gemäß den 1-4 können einen Verbundbarren erzeugen, der eine begrenzte Menge an Porosität aufweist, die als Keimbildungspunkte für Brüche während des Warmwalzens dienen können.
In einigen Beispielen umfassen die geschmolzenen Metalle zur Verwendung in den hier beschriebenen Verfahren Aluminiumlegierungen, zum Beispiel eine erste Aluminiumlegierung für den inneren Bereich und eine zweite Aluminiumlegierung für den äußeren Bereich, wobei die erste Aluminiumlegierung und die zweite Aluminiumlegierung unterschiedlich sind. Die erste Aluminiumlegierung und die zweite Aluminiumlegierung können jeweils aus Aluminiumlegierungen der 1xxx-Serie, der 2xxx-Serie, der 3xxx-Serie, der 4xxx-Serie, der 5xxx-Serie, der 6xxx-Serie, der 7xxx-Serie oder der 8xxx-Serie ausgewählt werden.
Als nicht einschränkendes Beispiel können beispielhafte Aluminiumlegierungen der Serie 1xxx zur Verwendung in den hier beschriebenen Verfahren AA1100, AA1100A, AA1200, AA1200A, AA1300, AA1110, AA1120, AA1230, AA1230A, AA1235, AA1435, AA1145, AA1345, AA1445, AA1150, AA1350, AA1350A, AA1450, AA1370, AA1275, AA1185, AA1285, AA1385, AA1188, AA1190, AA1290, AA1193, AA1198, oder AA1199 enthalten. Beispiele können auch eine P1020 Aluminiumlegierung oder eine P0406 Aluminiumlegierung enthalten.
Nicht einschränkende beispielhafte Aluminiumlegierungen der Serie 2xxx zur Verwendung in den hier beschriebenen Verfahren können AA2001, A2002, AA2004, AA2005, AA2006, AA2007, AA2007A, AA2007B, AA2008, AA2009, AA2010, AA2011, AA2011A, AA2111, AA2111A, AA2111B, AA2012, AA2013, AA2014, AA2014A, AA2214, AA2015, AA2016, AA2017, AA2017A, AA2117, AA2018, AA2218, AA2618, AA2618A, AA2219, AA2319, AA2419, AA2519, AA2021, AA2022, AA2023, AA2024, AA2024A, AA2124, AA2224, AA2224A, AA2324, AA2424, AA2524, AA2624, AA2724, AA2824, AA2025, AA2026, AA2027, AA2028, AA2028A, AA2028B, AA2028C, AA2029, AA2030, AA2031, AA2032, AA2034, AA2036, AA2037, AA2038, AA2039, AA2139, AA2040, AA2041, AA2044, AA2045, AA2050, AA2055, AA2056, AA2060, AA2065, AA2070, AA2076, AA2090, AA2091, AA2094, AA2095, AA2195, AA2295, AA2196, AA2296, AA2097, AA2197, AA2297, AA2397, AA2098, AA2198, AA2099, oder AA2199 enthalten.
Nicht einschränkende beispielhafte Aluminiumlegierungen der Serie 3xxx zur Verwendung in den hier beschriebenen Verfahren können AA3002, AA3102, AA3003, AA3103, AA3103A, AA3103B, AA3203, AA3403, AA3004, AA3004A, AA3104, AA3204, AA3304, AA3005, AA3005A, AA3105, AA3105A, AA3105B, AA3007, AA3107, AA3207, AA3207A, AA3307, AA3009, AA3010, AA3110, AA3011, AA3012, AA3012A, AA3013, AA3014, AA3015, AA3016, AA3017, AA3019, AA3020, AA3021, AA3025, AA3026, AA3030, AA3130 oder AA3065 enthalten.
Nicht einschränkende beispielhafte Aluminiumlegierungen der Serie 4xxx zur Verwendung in den hier beschriebenen Verfahren können AA4004, AA4104, AA4006, AA4007, AA4008, AA4009, AA4010, AA4013, AA4014, AA4015, AA4015A, AA4115, AA4016, AA4017, AA4018, AA4019, AA4020, AA4021, AA4026, AA4032, AA4043, AA4043A, AA4143, AA4343, AA4643, AA4943, AA4044, AA4045, AA4145, AA4145A, AA4046, AA4047, AA4047A, oder AA4147 enthalten.
Nicht einschränkende beispielhafte Aluminiumlegierungen der Serie 5xxx zur Verwendung in den hier beschriebenen Verfahren können AA5182, AA5183, AA5005, AA5005A, AA5205, AA5305, AA5505, AA5605, AA5006, AA5106, AA5010, AA5110, AA5110A, AA5210, AA5310, AA5016, AA5017, AA5018, AA5018A, AA5019, AA5019A, AA5119, AA5119A, AA5021, AA5022, AA5023, AA5024, AA5026, AA5027, AA5028, AA5040, AA5140, AA5041, AA5042, AA5043, AA5049, AA5149, AA5249, AA5349, AA5449, AA5449A, AA5050, AA5050A, AA5050C, AA5150, AA5051, AA5051A, AA5151, AA5251, AA5251A, AA5351, AA5451, AA5052, AA5252, AA5352, AA5154, AA5154A, AA5154B, AA5154C, AA5254, AA5354, AA5454, AA5554, AA5654, AA5654A, AA5754, AA5854, AA5954, AA5056, AA5356, AA5356A, AA5456, AA5456A, AA5456B, AA5556, AA5556A, AA5556B, AA5556C, AA5257, AA5457, AA5557, AA5657, AA5058, AA5059, AA5070, AA5180, AA5180A, AA5082, AA5182, AA5083, AA5183, AA5183A, AA5283, AA5283A, AA5283B, AA5383, AA5483, AA5086, AA5186, AA5087, AA5187, oder AA5088 enthalten.
Nicht einschränkende beispielhafte Aluminiumlegierungen der Serie 6xxx zur Verwendung in den hier beschriebenen Verfahren können AA6101, AA6101A, AA6101B, AA6201, AA6201A, AA6401, AA6501, AA6002, AA6003, AA6103, AA6005, AA6005A, AA6005B, AA6005C, AA6105, AA6205, AA6305, AA6006, AA6106, AA6206, AA6306, AA6008, AA6009, AA6010, AA6110, AA6110A, AA6011, AA6111, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6113, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6116, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6027, AA6028, AA6031, AA6032, AA6033, AA6040, AA6041, AA6042, AA6043, AA6151, AA6351, AA6351A, AA6451, AA6951, AA6053, AA6055, AA6056, AA6156, AA6060, AA6160, AA6260, AA6360, AA6460, AA6460B, AA6560, AA6660, AA6061, AA6061A, AA6261, AA6361, AA6162, AA6262, AA6262A, AA6063, AA6063A, AA6463, AA6463A, AA6763, A6963, AA6064, AA6064A, AA6065, AA6066, AA6068, AA6069, AA6070, AA6081, AA6181, AA6181A, AA6082, AA6082A, AA6182, AA6091, oder AA6092 enthalten.
Nicht einschränkende beispielhafte Aluminiumlegierungen der Serie 7xxx zur Verwendung in den hier beschriebenen Verfahren können AA7011, AA7019, AA7020, AA7021, AA7039, AA7072, AA7075, AA7085, AA7108, AA7108A, AA7015, AA7017, AA7018, AA7019A, AA7024, AA7025, AA7028, AA7030, AA7031, AA7033, AA7035, AA7035A, AA7046, AA7046A, AA7003, AA7004, AA7005, AA7009, AA7010, AA7011, AA7012, AA7014, AA7016, AA7116, AA7122, AA7023, AA7026, AA7029, AA7129, AA7229, AA7032, AA7033, AA7034, AA7036, AA7136, AA7037, AA7040, AA7140, AA7041, AA7049, AA7049A, AA7149, AA7204, AA7249, AA7349, AA7449, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7250, AA7055, AA7155, AA7255, AA7056, AA7060, AA7064, AA7065, AA7068, AA7168, AA7175, AA7475, AA7076, AA7178, AA7278, AA7278A, AA7081, AA7181, AA7185, AA7090, AA7093, AA7095 oder AA7099 enthalten.
Nicht einschränkende beispielhafte Aluminiumlegierungen der Serie 8xxx zur Verwendung in den hier beschriebenen Verfahren können AA8005, AA8006, AA8007, AA8008, AA8010, AA8011, AA8011A, AA8111, AA8211, AA8112, AA8014, AA8015, AA8016, AA8017, AA8018, AA8019, AA8021, AA8021A, AA8021B, AA8022, AA8023, AA8024, AA8025, AA8026, AA8030, AA8130, AA8040, AA8050, AA8150, AA8076, AA8076A, AA8176, AA8077, AA8177, AA8079, AA8090, AA8091 oder AA8093 enthalten.
In einigen Beispielen, die sich wiederum auf 4 beziehen, umfasst eine erste Aluminiumlegierung, die für die Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs nützlich ist, eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx oder eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx. In einigen spezifischen Beispielen kann die erste oder Aluminiumlegierung 120 des inneren Bereichs eine 7075 Aluminiumlegierung, eine 5182 Aluminiumlegierung oder eine 2024 Aluminiumlegierung enthalten. In einigen Beispielen umfasst eine zweite Aluminiumlegierung, die für die Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs nützlich ist, eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx. Die zweite oder Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs kann optional eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx mit einer Reinheit von mindestens 99,7 % enthalten. In einigen spezifischen Beispielen kann die zweite oder Aluminiumlegierung 110 des äußeren Bereichs eine P1020 Aluminiumlegierung oder eine P0406 Aluminiumlegierung enthalten.
5A zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Aluminiumlegierungsprodukt mit einem Zusammensetzungsgradienten 200 darstellt, das gemäß 1-4 hergestellt wurde. Der äußere Bereich 210 umgibt den inneren Bereich 220, und zwischen dem äußeren Bereich 210 und dem inneren Bereich 220 befindet sich die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 225. Der Bereich A von 5A ist in 5B detaillierter dargestellt. Mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung im inneren Bereich 220 weist einen Gehalt auf, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 225 in einer Richtung D vom inneren Bereich 220 zum äußeren Bereich 210 abnimmt. Mit anderen Worten, der Gehalt eines Legierungselements E ist im inneren Bereich 220 höher und nimmt über die Dicke der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 225 ab, wie in 5B schematisch dargestellt. Der äußere Bereich 210 kann frei oder im Wesentlichen frei von dem Element E sein, wie in 5B schematisch dargestellt. Im Wesentlichen frei bedeutet einen Gehalt an Element E von weniger als etwa 0,1 Gew.-%. In einigen Ausführungsformen enthält das mindestens eine Legierungselement E der ersten Aluminiumlegierung, wie im inneren Bereich 220 von 5B, Zn, Cu, Mg oder Na.
6 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten, wie es gemäß 1-4 hergestellt wird. Der Barren kann entweder flache oder vollradiale Enden haben. Der Barren ist mit abgeschnittenem Barrenkopf (oder Oberseite wie in 6) dargestellt. Das Produkt kann ein Barren 600 sein, der einen inneren Bereich 620 mit einer ersten Aluminiumlegierung und einen äußeren Bereich 610 aufweist, der den inneren Bereich 620 umgibt. Der äußere Bereich 610 enthält eine zweite Aluminiumlegierung, die sich von der ersten Aluminiumlegierung des inneren Bereichs 620 unterscheidet. Zwischen dem inneren Bereich 620 und dem äußeren Bereich 610 befindet sich eine Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 625. In einigen Fällen hat mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung einen Gehalt, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 625 in einer Richtung vom inneren Bereich 620 zum äußeren Bereich 610 abnimmt. In einer anderen Ausführungsform kann optional ein Skalpieren oder eine andere mechanische Entfernungstechnik verwendet werden, um zumindest einen Teil des Barrenstumpfes (gegenüber dem Kopf oder der Oberseite, wie in 6 gezeigt) nach dem Gießen zu entfernen. Da Barren aus harten Legierungen während oder nach dem Gießen anfällig für Rissbildung am Barrenstumpf sind, kann ein Aluminiumlegierungsprodukt mit einem Zusammensetzungsgradienten am Barrenstumpf verwendet werden, um die Auswirkungen von Stoßrissbildung zu minimieren oder zu reduzieren.
Skalpieren oder andere mechanische Entfernungsverfahren können optional eingesetzt werden, um zumindest einen Teil der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten und des äußeren Bereichs von einem Barren zu entfernen. 7A und 7B zeigen schematische Darstellungen des Skalpierens eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten, wie z. B. eines Verbundbarrens 700. Mit Hilfe einer Skalpierungsvorrichtung oder eines Werkzeugs 750, wie in 7A dargestellt, wird mindestens eine Oberfläche 740, bei der es sich, wie dargestellt, um eine Walzfläche handeln kann, skalpiert, um Material zu entfernen. Die Walzfläche kann die breiteste Fläche sein. Wie dargestellt, umfasst die Oberfläche 740 eine Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 725 und einen äußeren Bereich 710. Mit einer anderen Skalpierungsvorrichtung oder einem anderen Werkzeug 750, wie in 7B gezeigt, wird mindestens eine Oberfläche 740 skalpiert, um Material zu entfernen. Wie dargestellt, umfasst die entfernte Oberfläche 740 eine Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 725 und einen äußeren Bereich 710. Das Werkzeug 750 in 7A ist als Bandsäge dargestellt. In 7B ist das Werkzeug 750 als ein Fräsgerät dargestellt, bei dem ein rotierendes Schneidwerkzeug verwendet wird, um die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 725 und/oder den äußeren Bereich 710 zu zerspanen und zu entfernen, z. B. mit einem oder mehreren Fräsvorgängen/-durchgängen. In einigen Konfigurationen können mehrere Bearbeitungswerkzeuge gleichzeitig und/oder nacheinander verwendet werden, um den äußeren Bereich und/oder die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten zu entfernen, z. B. wenn der Verbundbarren 700 in einer Konfiguration ausgerichtet ist, in der die Schichten des äußeren Bereichs und/oder der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten vertikal angeordnet sind und nicht in der in den 7A und 7B dargestellten horizontalen Konfiguration. In einigen Ausführungsformen können das Skalpieren oder andere mechanische Entfernungsverfahren optional eingesetzt werden, um zumindest einen Teil der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten und des äußeren Bereichs von einem Barren auf mehreren Seiten (Kopfseite, Stumpfseite und Kanten von Barren) zu entfernen, um Warmwalzeffekte wie z. B. Schuppenbildung zu reduzieren, die im Allgemeinen beim Warmwalzen auftritt. Die Auswirkungen der Heißrissbildung können auch durch die Verwendung der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten im äußeren Bereich auf mehreren Seiten verringert werden. Heißrissbildung entsteht aufgrund des langen Verfestigungsbereichs von Legierungen und können in der breiigen Zone des Behälters beginnen. Bei direktgekühlten Platten entstehen typischerweise Kaltrisse, die sich während des Gießens als Warmrisse ausbreiten. Daher kann ein reineres Legierungsmaterial verfestigt in den äußeren Bereichen, nützlich sein, um Heißrissversagen zu reduzieren.
In 8A ist der Barren mit abgeschnittenem Barrenkopf (oder Oberseite) dargestellt. 8A und 8B zeigen schematische Darstellungen eines Aluminiumlegierungsprodukts oder Barrens 800 mit einem Zusammensetzungsgradienten vor und nach dem Skalpieren der Seiten zur Erzeugung eines monolithischen Barrens 850. Das Aluminiumlegierungsprodukt oder der Barren 800 aus 8A umfasst vor dem Skalpieren einen inneren Bereich 820, eine Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 825 und einen äußeren Bereich 810. Um einen monolithischen Barren 850, wie in 8B dargestellt, zu bilden, der den inneren Bereich (z.B. eine erste Aluminiumlegierung) umfasst, aus ihm besteht oder im Wesentlichen aus ihm besteht, kann ein Verfahren zur Entfernung des äußeren Bereichs 810 (oder der zweiten Aluminiumlegierung) und der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 825 aus dem Verbundbarren 800 verwendet werden, wie z.B. ein Skalpieren oder ein anderes Bearbeitungsverfahren. Im Beispiel von 8A-8B wird das Aluminiumlegierungsprodukt oder der Barren 800 an jeder Längsfläche (und an den Enden nach Bedarf) skalpiert, um einen monolithischen Barren 850 wie in 8B zu erzeugen, wobei der monolithische Barren 850 den inneren Bereich 820 von 8A enthält. In einigen Ausführungsformen enthält der monolithische Barren 850 nur die erste Aluminiumlegierung des inneren Bereichs 820. In einigen Ausführungsformen können Teile der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 825 auf einer äußeren Oberfläche erhalten bleiben.
9 zeigt eine schematische Übersicht eines Aluminiumlegierungsprodukts oder eines Verbundbarrens 900 mit einem Zusammensetzungsgradienten, bei dem der äußere Bereich 910 und die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 925 skalpiert werden, um einen monolithischen Barren 920 aus der ersten Aluminiumlegierung herzustellen, der dann durch mindestens ein Walzverfahren zu einem Aluminiumlegierungsprodukt weiterverarbeitet wird. Abhängig von der Gusskonfiguration und der Dicke, Länge, Breite und Zusammensetzung des äußeren Bereichs 910 der zweiten Aluminiumlegierung und der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 925 des Verbundbarrens 900 können verschiedene Skalpierungstechniken verwendet werden. In 9 beinhaltet das Skalpieren des Verbundbarrens 900 ein Bearbeitungsverfahren, bei dem der Verbundbarren 900 relativ zu einem Bearbeitungswerkzeug 950 bewegt wird, um den äußeren Bereich 910 einschließlich der zweiten Aluminiumlegierung und optional die gesamte oder einen Teil der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 925 als zumindest teilweise durchgehende Schicht zu entfernen.
Andere Komponenten können nützlich oder erforderlich sein, um den äußeren Bereich 910 und die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten 925 in der in 9 dargestellten Konfiguration zu entfernen, wie z. B. Schmier-/Kühlflüssigkeiten, Spansammelmechanismen usw., die jedoch in den Figuren nicht dargestellt sind, um andere Details nicht zu verdecken. Andere als die dargestellten Bearbeitungstechniken und - vorgänge sind ebenfalls möglich. Für die Bearbeitung bestimmter Barren, wie z. B. eines zylindrischen Barrens (nicht dargestellt), kann beispielsweise eine Drehbank oder eine andere Vorrichtung verwendet werden, bei der der Barren gedreht wird, während die Werkzeugmaschine fest gehalten wird.
Die Materialeigenschaften können das geeignete Skalpierungsverfahren bestimmen, da einige Aluminiumlegierungen mit bestimmten Verfahren besser bearbeitet werden können als andere. Alternativ kann auch die verfügbare Skalpierungsausrüstung dazu verwendet werden, um festzulegen, welche Aluminiumlegierungen für den äußeren Bereich und die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten verwendet werden können.
In einigen Fällen kann jedoch die Kombination der Materialeigenschaften der für den äußeren Bereich und den inneren Bereich verwendeten Aluminiumlegierung bewertet werden, um festzustellen, welche Aluminiumlegierungen für den äußeren Bereich geeignet sind. So kann beispielsweise der Wärmeübergangskoeffizient des äußeren Bereichs eine nützliche Eigenschaft sein, da es wünschenswert sein kann, die Wärmeübertragungsrate vom inneren Bereich zum äußeren Bereich und zum Kühlwasser zu kontrollieren, um einen Bruch und/oder eine Beschädigung des inneren Bereichs während des Gießprozesses zu verhindern. Die Duktilität des äußeren Bereichs kann ebenfalls eine Rolle bei der Auswahl einer geeigneten Aluminiumlegierung für den äußeren Bereich spielen, da es vorteilhaft sein kann, einen äußeren Bereich auszuwählen, der eine besondere Duktilität aufweist, um Spannungen aufzunehmen, die sich im inneren Bereich entwickeln können, um einen Schutzeffekt gegen Bruch, Rissbildung oder andere Beschädigungen des inneren Bereichs während des Gießprozesses zu erzielen. Auch die Wärmeausdehnungseigenschaften können bei der Auswahl geeigneter Legierungen für den äußeren Bereich eine Rolle spielen, da es vorteilhaft sein kann, im äußeren Bereich eine Legierung zu verwenden, die dieselben oder andere Wärmeausdehnungseigenschaften aufweist als die Legierung des inneren Bereichs, um die thermische Kontraktion des inneren Bereichs aufzunehmen und einen Schutzeffekt gegen Bruch, Rissbildung oder andere Beschädigungen des inneren Bereichs während der Abkühlung, die während oder nach dem Gießen stattfindet, zu erzielen.
In einigen Fällen kann ein Verbundbarren während des Gießens stabil sein, aber vor oder während des Skalpierens aufgrund von Restspannungen innerhalb des Barrens brechen. Optional kann ein Verbundbarren nach dem Gießen und vor dem Skalpieren einer Reihe von Verarbeitungsschritten unterzogen werden, um die Spannungen im Verbundbarren abzubauen, zu begrenzen oder anderweitig zu reduzieren. Beispielsweise kann der Verbundbarren nach der Entnahme aus der Gießgrube und vor dem Skalpieren optional vorgewärmt und/oder homogenisiert werden. Vorwärm- und Homogenisierungstemperaturen können beispielsweise im Bereich von etwa 325°C bis etwa 520°C, sowie etwa 325°C bis etwa 450°C oder von etwa 325°C bis etwa 400°C liegen. In einigen Ausführungsformen wird der Barren bei einer bestimmten oder mehreren Temperaturen für Haltezeiten von 2 bis 24 Stunden gehalten, um ihn zu homogenisieren, und der Barren wird dann abgekühlt. Das Vorwärmen und/oder Homogenisieren eines Verbundbarrens auf Temperatur(en) und Zeiten innerhalb dieser Bereiche kann nützlich sein, um intermetallische Ausscheidungen zu begrenzen.
Nach der Herstellung kann ein monolithischer Barren, wie der in 9 gezeigte Barren 920, mit allen geeigneten Mitteln verarbeitet werden. 9 zeigt außerdem eine schematische Übersicht über die Bearbeitung eines monolithischen Barrens 920, der nach einem Verbundbarrengieß- und Skalpierungsverfahren 955 mit einer Skalpierungsvorrichtung oder einem Skalpierungswerkzeug 950 hergestellt wurde, mit zusätzlichen, nicht einschränkenden Verarbeitungsschritten, einschließlich eines Homogenisierungsschritts 960, eines Warmwalzschritts 965 und eines Kaltwalzschritts 970. Andere beispielhafte Verarbeitungsschritte umfassen unter anderem einen Lösungsglühbehandlungsschritt, einen Vorwärmschritt zwischen dem Homogenisierungsschritt 960 und dem Warmwalzschritt 965 sowie einen Voralterungsschritt. In einigen Fällen kann das Skalpierungsverfahren 955 optional das in den 7A-7B beschriebene Verfahren sein.
In einem Homogenisierungsschritt 960 wird ein Produkt, z. B. ein monolithischer Barren 920, auf eine Temperatur von etwa 400°C bis etwa 500°C erhitzt. Beispielsweise kann das Produkt auf eine Temperatur von etwa 400°C, etwa 410°C, etwa 420°C, etwa 430°C, etwa 440°C, etwa 450°C, etwa 460°C, etwa 470°C, etwa 480°C, etwa 490°C oder etwa 500°C erhitzt werden. Das Produkt wird dann für eine gewisse Zeit eingeweicht (d. h. auf der angegebenen Temperatur gehalten), um ein homogenisiertes Produkt zu bilden. In einigen Beispielen kann die Gesamtzeit für den Homogenisierungsschritt 960, einschließlich der Erhitzungs- und Einweichphasen, bis zu 24 Stunden betragen. So kann das Produkt beispielsweise auf etwa 400°C bis etwa 520°C erhitzt und eingeweicht werden, wobei die Gesamtzeit für den Homogenisierungsschritt 960 bis zu 24 Stunden beträgt. Optional kann das Produkt auf unter 490°C erhitzt und für eine Gesamtzeit von mehr als 18 Stunden für den Homogenisierungsschritt 960 eingeweicht werden. In einigen Fällen umfasst der Homogenisierungsschritt 960 mehrere Verfahren. In einigen nicht einschränkenden Beispielen umfasst der Homogenisierungsschritt 960 das Erhitzen eines Produkts auf eine erste Temperatur für eine erste Zeitspanne, gefolgt vom Erhitzen auf eine zweite Temperatur für eine zweite Zeitspanne. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein Produkt für etwa 3,5 Stunden auf etwa 465°C und anschließend für etwa 6 Stunden auf etwa 480°C erhitzt werden.
Nach einem Homogenisierungsschritt 960 kann ein Warmwalzschritt 965 durchgeführt werden. Vor Beginn des Warmwalzens kann man das homogenisierte Produkt auf eine Temperatur zwischen 300°C und 520°C abkühlen lassen. Beispielsweise kann man das homogenisierte Produkt auf eine Temperatur zwischen 325°C und 500°C oder zwischen 350°C und 450°C oder zwischen 375°C und 425°C abkühlen lassen. Das homogenisierte Produkt kann dann bei einer Temperatur zwischen 300°C und 520°C warmgewalzt werden, um eine warmgewalzte Platte, eine warmgewalzte Schieferplatte oder ein warmgewalztes Blech mit einer Dicke zwischen 3 mm und 200 mm (z. B., 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm, 50 mm, 55 mm, 60 mm, 65 mm, 70 mm, 75 mm, 80 mm, 85 mm, 90 mm, 95 mm, 100 mm, 110 mm, 120 mm, 130 mm, 140 mm, 150 mm, 160 mm, 170 mm, 180 mm, 190 mm, 200 mm (oder irgendwo dazwischen) zu bilden. Während des Warmwalzens können die Temperaturen und andere Betriebsparameter so geregelt werden, dass die Temperatur des warmgewalzten Zwischenprodukts beim Verlassen des Warmwalzwerks nicht mehr als 440°C, nicht mehr als 430°C, nicht mehr als 420°C, nicht mehr als 410°C oder nicht mehr als 400°C beträgt.
Wie dargestellt, kann das warmgewalzte Produkt einem Kaltwalzschritt 970 unterzogen werden, bei dem Kaltwalzwerke eingesetzt werden, um das warmgewalzte Produkt zu dünneren Produkten zu verarbeiten, z. B. zu einem kaltgewalzten Blech oder Schieferplatte. Das kaltgewalzte Produkt kann eine Dicke zwischen etwa 0,5 und 10 mm haben, z. B. zwischen etwa 0,7 und 6,5 mm. Optional kann das kaltgewalzte Produkt eine Dicke von 0,5 mm, 1,0 mm, 1,5 mm, 2,0 mm, 2,5 mm, 3,0 mm, 3,5 mm, 4,0 mm, 4,5 mm, 5,0 mm, 5,5 mm, 6,0 mm, 6,5 mm, 7,0 mm, 7,5 mm, 8,0 mm, 8,5 mm, 9,0 mm, 9,5 mm oder 10,0 mm aufweisen. Das Kaltwalzen kann so durchgeführt werden, dass eine Enddicke erreicht wird, die eine Dickenreduzierung von bis zu 85 % (z. B. bis zu 10 %, bis zu 20 %, bis zu 30 %, bis zu 40 %, bis zu 50 %, bis zu 60 %, bis zu 70 %, bis zu 80 % oder bis zu 85 %) im Vergleich zu einer Dickenreduzierung vor Beginn des Kaltwalzens darstellt.
Optional kann während des Kaltwalzschritts ein Zwischenglühschritt durchgeführt werden, z. B. wenn ein erstes Kaltwalzen, gefolgt von einem Glühen (Zwischenglühen) und einem zweiten Kaltwalzen durchgeführt wird. Der Zwischenglühschritt kann bei einer Temperatur von etwa 300°C bis etwa 450°C erfolgen (z. B. etwa 310°C, etwa 320°C, etwa 330°C, etwa 340°C, etwa 350°C, etwa 360°C, etwa 370°C, etwa 380°C, etwa 390°C, etwa 400°C, etwa 410°C, etwa 420°C, etwa 430°C, etwa 440°C oder etwa 450°C). In einigen Fällen umfasst der Zwischenglühschritt mehrere Verfahren. In einigen nicht einschränkenden Beispielen umfasst der Zwischenglühschritt das Erhitzen des teilweise kaltgewalzten Produkts auf eine erste Temperatur für eine erste Zeitspanne, gefolgt vom Erhitzen auf eine zweite Temperatur für eine zweite Zeitspanne. Beispielsweise kann das teilweise kaltgewalzte Produkt etwa 1 Stunde lang auf etwa 410°C und anschließend etwa 2 Stunden lang auf etwa 330°C erhitzt werden.
Ein unbearbeiteter monolithischer Aluminiumlegierungsbarren, ein homogenisierter monolithischer Aluminiumlegierungsbarren oder ein gewalztes monolithisches Aluminiumlegierungsprodukt kann optional einem Lösungsglühbehandlungsschritt unterzogen werden. Bei dem Lösungsglühbehandlungsschritt kann es sich um jede geeignete Behandlung handeln, die zu einer Lösung der löslichen Teilchen führt. Das Produkt kann beispielsweise auf eine Metallspitzentemperatur (PMT, peak metal temperature) von bis zu 590°C (z. B. von 400°C bis 590°C) erhitzt und für eine gewisse Zeit bei der PMT eingeweicht werden, um ein heißes Produkt zu bilden. Beispielsweise kann das gegossene, homogenisierte und/oder gewalzte Produkt bei 480°C für eine Dauer von bis zu 30 Minuten (z. B. 0 Sekunden, 60 Sekunden, 75 Sekunden, 90 Sekunden, 5 Minuten, 10 Minuten, 20 Minuten, 25 Minuten oder 30 Minuten) eingeweicht werden. Nach dem Erhitzen und Einweichen wird das heiße Produkt mit einer Geschwindigkeit von mehr als 200°C/s schnell auf eine Temperatur zwischen 500°C und 200°C abgekühlt, um ein wärmebehandeltes Produkt zu erhalten. In einem Beispiel wird das heiße Produkt mit einer Abschreckgeschwindigkeit von über 200°C/Sekunde auf Temperaturen zwischen 450°C und 200°C abgekühlt. In anderen Fällen können die Abkühlungsgeschwindigkeiten auch schneller sein.
Optional kann ein wärmebehandeltes Produkt einer Voralterungsbehandlung unterzogen werden, z. B. durch Wiedererwärmung vor dem Wickeln. Die Voralterungsbehandlung kann bei einer Temperatur von etwa 70°C bis etwa 125°C über einen Zeitraum von bis zu 6 Stunden durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Voralterungsbehandlung bei einer Temperatur von etwa 70°C, etwa 75°C, etwa 80°C, etwa 85°C, etwa 90°C, etwa 95°C, etwa 100°C, etwa 105°C, etwa 110°C, etwa 115°C, etwa 120°C oder etwa 125°C durchgeführt werden. Optional kann die Voralterungsbehandlung für etwa 30 Minuten, etwa 1 Stunde, etwa 2 Stunden, etwa 3 Stunden, etwa 4 Stunden, etwa 5 Stunden oder etwa 6 Stunden durchgeführt werden. Die Voralterungsbehandlung kann durchgeführt werden, indem das wärmebehandelte Produkt durch eine Erwärmungsvorrichtung geführt wird, wie z. B. eine Vorrichtung, die Strahlungswärme, Konvektionswärme, Induktionswärme, Infrarotwärme oder Ähnliches abgibt.
Die hier beschriebenen monolithischen Aluminiumlegierungsprodukte können zur Herstellung von Produkten in Form von Blechen, Platten oder anderen geeigneten Produkten verwendet werden. Beispielsweise können Platten, die die hier beschriebenen Produkte enthalten, durch Verarbeitung eines monolithischen Aluminiumlegierungsbarrens in einem Homogenisierungsschritt, gefolgt von einem Warmwalzschritt, hergestellt werden. Im Warmwalzschritt kann das monolithische Aluminiumlegierungsprodukt auf eine Dicke von 200 mm oder weniger (z. B. von etwa 10 mm bis etwa 200 mm) warmgewalzt werden. Zum Beispiel kann das monolithische Aluminiumlegierungsprodukt zu einer Platte mit einer Enddicke von etwa 10 mm bis etwa 175 mm, etwa 15 mm bis etwa 150 mm, etwa 20 mm bis etwa 125 mm, etwa 25 mm bis etwa 100 mm, etwa 30 mm bis etwa 75 mm oder etwa 35 mm bis etwa 50 mm warmgewalzt werden. In einigen Fällen können die Platten zu dünneren Metallprodukten, wie z. B. Blechen, gewalzt werden. In einigen Ausführungsformen können die fertigen Bleche warm gestanzt und/oder warm geformt und optional eloxiert werden.
In 10A ist der Barren mit abgeschnittenem Barrenkopf und Barrenstumpf dargestellt. 10A und 10B zeigen schematische Übersichten eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten, das teilweise skalpiert wurde, wobei die Konfiguration in 10A an den ersten und zweiten Kanten und die Konfiguration in 10B an den oberen und unteren Walzflächen skalpiert ist. Bei der in 10A gezeigten Ausführungsform, bei der die ersten und zweiten Kanten (Endflächen) skalpiert sind, kann durch die reinere und daher weichere Legierung des äußeren Bereichs auf der Walzoberfläche die Korrosionsbeständigkeit und die Haltbarkeit der Verbindung des Blechs im Vergleich zu einem Produkt, das nur aus der Legierung des inneren Bereichs besteht, verbessert werden. Auf diese Weise entsteht ohne zusätzliche Behandlung ein Blech mit verbesserten Oberflächeneigenschaften, und in einigen Fällen werden die Biege-, Stanz-, Streifen- und Ropingeigenschaften verbessert. Bei der in 10B gezeigten Ausführungsform, bei der die oberen und unteren Walzflächen skalpiert sind, kann bei einer Legierung des inneren Bereichs, die während des Warmwalzens zu Kantenrissbildung neigt, die Legierung des äußeren Bereichs an den Enden des Barrens für eine geringere Kantenrissbildung sorgen, als üblicherweise beim Warmwalzen auftritt. Daher können diese Kanten nach dem Warmwalzen bei Bedarf nachbearbeitet werden. Da die Legierung des äußeren Bereichs weicher (reiner) ist, kann sie außerdem zu geringeren Schuppenbildungseffekten an den Kanten führen.
Die Produkte 1000A und 1000B aus 10A bzw. 10B, wie skalpiert, können in ähnlicher Weise verarbeitet werden, wie oben für den Barren 920 aus 9 beschrieben, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen Homogenisierungsschritt 1060, einen Warmwalzschritt 1065 und einen Kaltwalzschritt 1070. Andere beispielhafte Verarbeitungsschritte umfassen unter anderem einen Lösungsglühbehandlungsschritt, einen Vorwärmschritt zwischen dem Homogenisierungsschritt 1060 und dem Warmwalzschritt 1065 sowie einen Voralterungsschritt.
11 zeigt eine schematische Übersicht über ein Aluminiumlegierungsprodukt 1100 mit einem Zusammensetzungsgradienten, das nicht skalpiert wurde, und die Herstellung und Verarbeitung des Barrens zu einem Aluminiumlegierungsprodukt. Das Legierungsprodukt 1100, das dem in 6 gezeigten Barren 600 ähnelt, kann in ähnlicher Weise wie oben beschrieben verarbeitet werden, z.B. einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen Homogenisierungsschritt 1160, einen Warmwalzschritt 1165 und einen Kaltwalzschritt 1170. Ähnlich wie bei den Produkten 1000A und 1000B der 10A und 10B wie skalpiert, umfassen andere beispielhafte Verarbeitungsschritte einen Lösungsglühbehandlungsschritt, einen Vorwärmschritt zwischen dem Homogenisierungsschritt 1160 und dem Warmwalzschritt 1165 und einen Voralterungsschritt, sind aber nicht darauf beschränkt.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, ohne jedoch gleichzeitig eine Einschränkung derselben darzustellen. Im Gegenteil, es versteht sich von selbst, dass auf verschiedene Ausführungsformen, Modifikationen und Äquivalente zurückgegriffen werden kann, die dem Fachmann nach dem Lesen der Beschreibung einfallen, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Bei den in den folgenden Beispielen beschriebenen Untersuchungen wurden, sofern nicht anders angegeben, herkömmliche Verfahren angewandt. Einige der Verfahren werden im Folgenden zu Illustrationszwecken beschrieben.
BEISPIEL 1
Ein Verbundbarren wird durch ein gleichzeitiges duales Gießverfahren gebildet, wie es in 1-4 dargestellt ist. Die für den inneren Bereich verwendete Aluminiumlegierung ist eine AA5182 Aluminiumlegierung. Die Aluminiumlegierung, die für den äußeren Bereich verwendet wird, ist eine AA1100 Aluminiumlegierung. Das AA1100 Produkt wird in eine AA5182 in der Zone des Zusammensetzungsgradienten verdünnt. Dies macht die Rückgewinnung und das Recycling von Schrott einfach, da es kein Erfordernis für eine Trennung oder Vergiftung des Stroms gibt. Die Gradientenflüssigkeitsschichten, die sich aus dem geschmolzenen AA5182 und dem geschmolzenen AA1100 bilden, ähneln denen, die man in der Natur in den Schichtungsformen Thermokline (thermisch), Halokline (Salzgehalt) oder Chemokline (chemisch) findet. Um die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten an der Übergangsstelle der beiden geschmolzenen Legierungen aufrechtzuerhalten, wird die Turbulenz durch ein Verfahren verringert, bei dem eine Struktur verwendet wird, um den Vektor der Gießgeschwindigkeit umzulenken und so die Vermischung zu verhindern. In diesem Beispiel wird beim Gießen von geschmolzenem Aluminium mit Hilfe von Combo-Säcken oder Maschensieben eine begrenzte Turbulenz erreicht, so dass der Fluss des geschmolzenen Metalls senkrecht zur Gießrichtung umgelenkt wird. Die Dicke der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten, wie gegossen, kann etwa 10,5 mm pro Seite und der äußere Bereich etwa 26 mm pro Seite betragen. Während eines Skalpierungsvorgangs können etwa 36,5 mm pro Seite, die dem äußeren Bereich entsprechen, von jeder Walzfläche durch getrennte Fräsvorgänge entfernt werden, um einen monolithischen Aluminiumbarren AA5182 zu bilden. Der monolithische Barren wird zur Weiterverarbeitung in ein Walzwerk gebracht. Kantenrissbildung an den kurzen Seiten der Barren können unterdrückt werden.
BEISPIEL 2
Ein weiterer Verbundbarren wird durch ein gleichzeitiges Doppelgießverfahren geformt, wie es in 1-4 dargestellt ist, bei dem die beiden Legierungen in eine einzige Form gegossen werden. Die für den inneren Bereich verwendete Aluminiumlegierung ist eine AA7075 Aluminiumlegierung. Die Aluminiumlegierung, die für den äußeren Bereich verwendet wird, ist eine AA1100 Aluminiumlegierung. Das Produkt der Serie AA1100 wird in AA7075 in der Zone des Zusammensetzungsgradienten verdünnt. Dies macht die Rückgewinnung und das Recycling von Schrott einfach, da kein Erfordernis für eine Trennung oder Vergiftung des Stroms gibt. Die Gradientenflüssigkeitsschichten, die sich aus dem geschmolzenen AA7075 und dem geschmolzenen AA1100 bilden, ähneln denen, die man in der Natur in den Schichtungsformen Thermokline (thermisch), Halokline (Salzgehalt) oder Chemokline (chemisch) findet. Um die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten an der Übergangsstelle der beiden geschmolzenen Legierungen aufrechtzuerhalten, wird die Turbulenz durch ein Verfahren verringert, bei dem eine Struktur verwendet wird, um den Vektor der Gießgeschwindigkeit umzulenken und so eine Vermischung zu verhindern. Kombisäcke oder Maschensiebe werden eingesetzt, um eine begrenzte Turbulenz zu erreichen, so dass der Fluss des geschmolzenen Metalls senkrecht zur Gießrichtung, z. B. parallel zur gewünschten Grenzflächenebene, umgelenkt wird. Durch die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit wird die Turbulenz minimiert. Alternativ kann ein Magnetfeld zur Unterdrückung von Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zur Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten verwendet werden. Die Dicke der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten wie gegossen beträgt etwa 10,5 mm pro Seite und der äußere Bereich etwa 26 mm pro Seite. Der Barren wird zur Weiterverarbeitung in ein Walzwerk gebracht. Kaltrissbildung beim Gießen der Barren wird unterdrückt.
ILLUSTRATIVE ASPEKTE
Im Folgenden ist jede Bezugnahme auf eine Reihe von Aspekten (z. B. „Aspekte 1-4“) oder auf eine nicht aufgezählte Gruppe von Aspekten (z. B. „ein vorheriger oder nachfolgender Aspekt“) als Bezugnahme auf jeden dieser Aspekte in disjunktiver Form zu verstehen (z. B. ist „Aspekte 1-4“ als „Aspekte 1, 2, 3 oder 4“ zu verstehen).
Aspekt 1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten, umfassend: Gießen eines Verbundbarrens in einer Form, wobei der Verbundbarren umfasst: einen inneren Bereich umfassend eine erste Aluminiumlegierung, einen äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt, wobei der äußere Bereich eine zweite Aluminiumlegierung umfasst, die sich von der ersten Aluminiumlegierung unterscheidet; und eine Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich, wobei mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung einen Gehalt aufweist, der durch die Zone mit Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung von dem inneren Bereich zu dem äußeren Bereich abnimmt.
Aspekt 2 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die erste Aluminiumlegierung und die zweite Aluminiumlegierung gleichzeitig gegossen werden.
Aspekt 3 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die erste Aluminiumlegierung der Form aus einer ersten Höhe zugeführt wird und die zweite Aluminiumlegierung der Form aus einer zweiten Höhe zugeführt wird, wobei sich die zweite Höhe von der ersten Höhe unterscheidet.
Aspekt 4 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, ferner umfassend das Skalpieren des Verbundbarrens, um von einer Walzoberfläche mindestens einen Teil der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten und den äußeren Bereich zu entfernen.
Aspekt 5 ist das Verfahren nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei das Skalpieren das Entfernen von Material umfasst, um einen monolithischen Barren zu erzeugen, der die erste Aluminiumlegierung umfasst.
Aspekt 6 ist das Verfahren nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei die erste Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx oder eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx umfasst.
Aspekt 7 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die erste Aluminiumlegierung eine 7075 Aluminiumlegierung, eine 5182 Aluminiumlegierung oder eine 2024 Aluminiumlegierung umfasst.
Aspekt 8 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx umfasst.
Aspekt 9 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Reinheit von mindestens 99,7 % aufweist.
Aspekt 10 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei das mindestens eine Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung Zn, Cu, Mg oder Na umfasst.
Aspekt 11 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der äußere Bereich im Wesentlichen frei von dem mindestens einen Legierungselement ist.
Aspekt 12 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Rissbildung ist.
Aspekt 13 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die Rissbildung Kaltrissbildung, Heißrissbildung, Kantenrissbildung oder Stoßrissbildung umfasst.
Aspekt 14 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Porosität ist.
Aspekt 15 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die Porosität Poren als Keimbildungspunkte von Brüchen während des Warmwalzens umfasst.
Aspekt 16 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei das Gießen des Verbundbarrens ein direktgekühltes Stranggießverfahren umfasst, bei dem der innere Bereich und der äußere Bereich gemeinsam in einer Anordnung gegossen werden, bei der der äußere Bereich mit Kühlwasser in Kontakt gebracht wird.
Aspekt 17 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der äußere Bereich eine Dicke von 7 % bis 15 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
Aspekt 18 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten eine Dicke von 2 % bis 10 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
Aspekt 19 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, ferner umfassend die Verarbeitung des monolithischen Barrens oder des Verbundbarrens zu einem Aluminiumlegierungsshate, einer -platte oder einem -blech, umfassend die erste Aluminiumlegierung.
Aspekt 20 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, ferner umfassend ein oder mehrere Homogenisierungsverfahren, ein Warmwalzverfahren, ein Kaltwalzverfahren, ein Glühverfahren, ein Lösungsglühbehandlungsverfahren, ein Abschreckverfahren oder ein Oberflächenbehandlungsverfahren.
Aspekt 21 ist das Verfahren nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, ferner umfassend das Ausrichten eines Magnetfelds während des Gießens, wobei das Magnetfeld so konfiguriert ist, dass es Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zu der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten unterdrückt.
Aspekt 22 ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, ferner umfassend das Ausrichten eines Magnetfelds während des Gießens, um Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zu der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten zu unterdrücken, wobei das Ausrichten das Positionieren des Magnetfelds auf einer Höhe zwischen der ersten Höhe und der zweiten Höhe umfasst.
Aspekt 23 ist das Verfahren nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, ferner umfassend das Ausrichten eines Magnetfelds während des Gießens, um Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zu der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten zu unterdrücken, wobei das Ausrichten des Magnetfelds das Bereitstellen einer Abstreifbarriere umfasst, wobei die Abstreifbarriere innerhalb der Flüssigkeitsschmelze auf einer Höhe zwischen der ersten Höhe und der zweiten Höhe angeordnet ist.
Aspekt 24 ist ein Aluminiumlegierungsverbundbarren, der nach dem Verfahren eines der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte hergestellt wurde.
Aspekt 25 ist ein Aluminiumlegierungsverbundbarren, umfassend: einen inneren Bereich mit einer ersten Aluminiumlegierung, einen äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt, wobei der äußere Bereich eine zweite Aluminiumlegierung umfasst, die sich von der ersten Aluminiumlegierung unterscheidet; und eine Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich, wobei mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung einen Gehalt aufweist, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung von dem inneren Bereich zu dem äußeren Bereich abnimmt.
Aspekt 26 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei die erste Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx oder eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx umfasst.
Aspekt 27 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei die erste Aluminiumlegierung eine 7075 Aluminiumlegierung, eine 5182 Aluminiumlegierung oder eine 2024 Aluminiumlegierung umfasst.
Aspekt 28 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx umfasst.
Aspekt 29 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Reinheit von mindestens 99,7 % aufweist.
Aspekt 30 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei das mindestens eine Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung Zn, Cu, Mg oder Na umfasst.
Aspekt 31 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der äußere Bereich im Wesentlichen frei von dem mindestens einen Legierungselement ist.
Aspekt 32 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Rissbildung ist.
Aspekt 33 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die Rissbildung Kaltrissbildung, Heißrissbildung, Kantenrissbildung oder Stoßrissbildung umfasst.
Aspekt 34 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Porosität ist.
Aspekt 35 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die Porosität Poren als Keimbildungspunkte von Brüchen während des Warmwalzens umfasst.
Aspekt 36 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der äußere Bereich eine Dicke von 7 % bis 15 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
Aspekt 37 ist der Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten eine Dicke von 2 % bis 10 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
Aspekt 38 ist ein gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt, das nach dem Verfahren nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte hergestellt wurde.
Aspekt 39 ist ein gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt, umfassend: einen inneren Bereich umfassend eine erste Aluminiumlegierung, einen äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt, wobei der äußere Bereich eine zweite Aluminiumlegierung umfasst, die sich von der ersten Aluminiumlegierung unterscheidet; und eine Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich, wobei mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung einen Gehalt aufweist, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung vom inneren Bereich zum äußeren Bereich abnimmt.
Aspekt 40 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, hergestellt aus dem Barren nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte.
Aspekt 41 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei die erste Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx oder eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx umfasst.
Aspekt 42 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei die erste Aluminiumlegierung eine 7075 Aluminiumlegierung, eine 5182 Aluminiumlegierung oder eine 2024 Aluminiumlegierung umfasst.
Aspekt 43 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx umfasst.
Aspekt 44 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Reinheit von mindestens 99,7 % aufweist.
Aspekt 45 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei das mindestens eine Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung Zn, Cu, Mg oder Na umfasst.
Aspekt 46 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der äußere Bereich im Wesentlichen frei von dem mindestens einen Legierungselement ist.
Aspekt 47 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Rissbildung ist.
Aspekt 48 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei die Rissbildung Kaltrissbildung, Heißrissbildung, Kantenrissbildung oder Stoßrissbildung umfasst.
Aspekt 49 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Porosität ist.
Aspekt 50 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Aspekte, wobei die Porosität Poren als Keimbildungspunkte von Brüchen während des Warmwalzens umfasst.
Aspekt 51 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei der äußere Bereich eine Dicke von 7 % bis 15 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
Aspekt 52 ist das gewalzte Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden oder nachfolgenden Aspekte, wobei die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten eine Dicke von 2 % bis 10 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
Alle oben zitierten Patente, Veröffentlichungen und Zusammenfassungen sind durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin enthalten. Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen, einschließlich der abgebildeten Ausführungsformen, dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung und ist nicht als erschöpfend oder einschränkend in Bezug auf die genauen offenbarten Formen zu verstehen. Zahlreiche Modifikationen, Anpassungen und Verwendungen sind für den Fachmann offensichtlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63198184 [0001]
US 7748434 [0029]
US 8927113 [0029]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2019 [0035]

Claims

System zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsprodukts mit einem Zusammensetzungsgradienten, umfassend: Mittel zum Gießen eines Verbundbarrens in einer Form, wobei der Verbundbarren umfasst: einen inneren Bereich umfassend eine erste Aluminiumlegierung, einen äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt, wobei der äußere Bereich eine zweite Aluminiumlegierung umfasst, die sich von der ersten Aluminiumlegierung unterscheidet; und eine Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich, wobei mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung einen Gehalt aufweist, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung von dem inneren Bereich zu dem äußeren Bereich abnimmt.
System nach Anspruch 1, umfassend Mittel zum gleichzeitigen Gießen der ersten Aluminiumlegierung und der zweiten Aluminiumlegierung.
System nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend Mittel zum Skalpieren des Verbundbarrens, um von einer Walzoberfläche mindestens einen Teil der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten und des äußeren Bereichs zu entfernen.
System nach Anspruch 3, wobei das Skalpieren das Entfernen von Material umfasst, um einen monolithischen Barren zu erzeugen, der die erste Aluminiumlegierung umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx oder eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx umfasst.
System nach Anspruch 5, wobei die erste Aluminiumlegierung eine 7075 Aluminiumlegierung, eine 5182 Aluminiumlegierung oder eine 2024 Aluminiumlegierung umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx umfasst.
System nach Anspruch 7, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Reinheit von mindestens 99,7 % aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das mindestens eine Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung Zn, Cu, Mg oder Na umfasst.
System nach Anspruch 9, wobei der äußere Bereich im Wesentlichen frei von dem mindestens einen Legierungselement ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Rissbildung ist.
System nach Anspruch 11, wobei die Rissbildung Kaltrissbildung, Heißrissbildung, Kantenrissbildung oder Stoßrissbildung umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Porosität ist.
System nach Anspruch 13, wobei die Porosität Poren als Keimbildungspunkte von Brüchen während des Warmwalzens umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Gießen des Verbundbarrens ein direktgekühltes Stranggießverfahren umfasst, bei dem der innere Bereich und der äußere Bereich gemeinsam in einer Anordnung gegossen werden, bei der der äußere Bereich mit Kühlwasser in Kontakt gebracht wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der äußere Bereich eine Dicke von 7 % bis 15 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
System nach Anspruch 16, wobei die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten eine Dicke von 2 % bis 10 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner umfassend Mittel zur Verarbeitung des Barrens zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsshates, einer Aluminiumlegierungsplatte oder eines Aluminiumlegierungsblechs umfassend die erste Aluminiumlegierung.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ferner umfassend Mittel für ein oder mehrere Homogenisierungsverfahren, ein Warmwalzverfahren, ein Kaltwalzverfahren, ein Glühverfahren, ein Lösungsglühbehandlungsverfahren, ein Abschreckverfahren oder ein Oberflächenbehandlungsverfahren.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 19, ferner umfassend das Mittel zum Ausrichten eines Magnetfeldes während des Gießens, wobei das Magnetfeld so konfiguriert ist, dass es Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zu der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten unterdrückt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die erste Aluminiumlegierung der Form aus einer ersten Höhe zugeführt wird und die zweite Aluminiumlegierung der Form aus einer zweiten Höhe zugeführt wird, wobei sich die zweite Höhe von der ersten Höhe unterscheidet.
System nach Anspruch 21, ferner umfassend das Ausrichten eines Magnetfeldes während des Gießens, um Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zu der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten zu unterdrücken, wobei das Ausrichten das Positionieren des Magnetfeldes auf einer Höhe zwischen der ersten Höhe und der zweiten Höhe umfasst.
System nach Anspruch 22, ferner umfassend das Ausrichten eines Magnetfeldes während des Gießens um Turbulenzen in einer Richtung senkrecht zu der Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten zu unterdrücken, wobei das Ausrichten des Magnetfeldes das Bereitstellen einer Abstreifbarriere umfasst, wobei die Abstreifbarriere innerhalb der Flüssigkeitsschmelze auf einer Höhe zwischen der ersten Höhe und der zweiten Höhe angeordnet ist.
Aluminiumlegierungsverbundbarren, hergestellt mit einem System gemäß einem der Ansprüche 1-23.
Aluminiumlegierungsverbundbarren aus einer Aluminiumlegierung, umfassend: einen inneren Bereich umfassend eine erste Aluminiumlegierung, einen äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt, wobei der äußere Bereich eine zweite Aluminiumlegierung umfasst, die sich von der ersten Aluminiumlegierung unterscheidet; und eine Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich, wobei mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung einen Gehalt aufweist, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung von dem inneren Bereich zu dem äußeren Bereich abnimmt.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 25, wobei die erste Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx oder eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx umfasst.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 26, wobei die erste Aluminiumlegierung eine 7075 Aluminiumlegierung, eine 5182 Aluminiumlegierung oder eine 2024 Aluminiumlegierung umfasst.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 25, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx umfasst.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 28, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Reinheit von mindestens 99,7 % aufweist.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 25, wobei das mindestens eine Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung Zn, Cu, Mg oder Na umfasst.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 25, wobei der äußere Bereich im Wesentlichen frei von dem mindestens einen Legierungselement ist.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 25, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Rissbildung ist.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 32, wobei die Rissbildung Kaltrissbildung, Heißrissbildung, Kantenrissbildung oder Stoßrissbildung umfasst.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 25, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Porosität ist.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 34, wobei die Porosität Poren als Keimbildungspunkte von Brüchen während des Warmwalzens umfasst.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 25, wobei der äußere Bereich eine Dicke von 7 % bis 15 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
Aluminiumlegierungsverbundbarren nach Anspruch 36, wobei die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten eine Dicke von 2 % bis 10 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt, das nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-23 hergestellt wurde.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt, bestehend aus: einen inneren Bereich umfassend eine erste Aluminiumlegierung, einen äußeren Bereich, der den inneren Bereich umgibt, wobei der äußere Bereich eine zweite Aluminiumlegierung umfasst, die sich von der ersten Aluminiumlegierung unterscheidet; und eine Zone mit einem Zusammensetzungsgradienten zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich, wobei mindestens ein Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung einen Gehalt aufweist, der durch die Zone mit dem Zusammensetzungsgradienten in einer Richtung von dem inneren Bereich zu dem äußeren Bereich abnimmt.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 39, hergestellt aus dem Aluminiumlegierungsverbundbarren nach einem der Ansprüche 24-37.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 39, wobei die erste Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx, eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx oder eine Aluminiumlegierung der Serie 2xxx umfasst.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 41, wobei die erste Aluminiumlegierung eine 7075 Aluminiumlegierung, eine 5182 Aluminiumlegierung oder eine 2024 Aluminiumlegierung umfasst.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 39, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung der Serie 1xxx umfasst.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 43, wobei die zweite Aluminiumlegierung eine Reinheit von mindestens 99,7 % aufweist.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 39, wobei das mindestens eine Legierungselement der ersten Aluminiumlegierung Zn, Cu, Mg oder Na umfasst.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 39, wobei der äußere Bereich im Wesentlichen frei von dem mindestens einen Legierungselement ist.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 40, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Rissbildung ist.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 47, wobei die Rissbildung Kaltrissbildung, Heißrissbildung, Kantenrissbildung oder Stoßrissbildung umfasst.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 40, wobei der Verbundbarren im Wesentlichen frei von Porosität ist.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 49, wobei die Porosität Poren als Keimbildungspunkte von Brüchen während des Warmwalzens umfasst.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 40, wobei der äußere Bereich eine Dicke von 7 % bis 15 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.
Gewalztes Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 51, wobei die Zone mit Zusammensetzungsgradienten eine Dicke von 2 % bis 10 % der Gesamtdicke des Verbundbarrens aufweist.