DE2163308B2

DE2163308B2 - Verfahren zur herstellung von verbundblechen

Info

Publication number: DE2163308B2
Application number: DE19712163308
Authority: DE
Inventors: Daniel Lancaster Pa Adenis (V St A)
Original assignee: Pechiney SA
Current assignee: Pechiney SA
Priority date: 1970-12-23
Filing date: 1971-12-20
Publication date: 1973-02-08
Also published as: FR2119183A5; IT945575B; BE777121A; US3717513A; NL7117651A; GB1371200A; DE2163308A1

Description

log V = 58 - 0,6 e

durchschritten wird, wobei e der Kaltverformungsgrad in Prozent ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung eine isotherme Behandlung ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Verbundblechen einer Dicke unter 0,5 mm mit einem überzug aus Aluminium oder Aluminiumlegierung auf einer wenigstens im Kontaktbereich mit dem überzug aus Eisen oder einem weichen Stahl bestehenden Unterlage durch Kaltzusammenwalzen des Überzuges und der Unterlage mit einem Kaltverformungsgrad von über 90% und Anlassen bei einer Temperatur von wenigstens 480⁰C.

Das Plattieren von Aluminiumblechen auf Stahlblechen durch Zusammenwalzen wird normalerweise durch ein Schlußanlassen zwischen 480 und 550⁰C zum Weichmachen der Einheit vervollständigt, um die späteren Formgebungen zu ermöglichen.

Wenn man dieses Anlassen von Verbundblechen mit einem Verformungsgrad (Dickenverminderung/Anfangsdicke) über einer Grenze vornimmt, die in der Größenordnung von 90% liegt, bemerkt man längs der Grenzfläche und im Aluminiumteil die Bildung von intermetallischen Verbindungen des Typs Al₃Fe. Die Anwesenheit dieser Verbindungen hat ungünstige Folgen:

Sie macht den Verbund brüchig und erschwert die weitere Formgebung.

Wenn die intermetallischen Verbindungen bis an die Oberfläche reichen, was vorkommt, wenn der Aluminiumüberzug dünn ist, erscheinen schwärzliche Spuren oder Flecken und unzulässige Porositäten.

Verschiedene Verfahren sind vorgeschlagen worden, um zu versuchen, diese Erscheinung zu unterdrücken oder zu begrenzen, insbesondere die folgenden:

Vornahme eines Anlassens bei der möglichst niedrigen Temperatur und während möglichst kurzer Zeiten. Man hat so niedrige Temperaturen wie 204° C und andererseits so geringe Zeiten wie 2 Minuten vorgeschlagen. Man gelangt so zur Begrenzung oder völligen Unterdrückung des Auftretens von intermetallischen Verbindungen, doch führt ein so vorgenommenes Anlassen nicht zu einer ausreichenden Erweichung, und die Möglichkeiten der späteren Formgebung sind daher begrenzt.

Zusatz einer gewissen Menge Silizium oder Beryllium zum Aluminium. Dieses Verfahren verringert die Bildung der intermetallischen Verbindungen, unterdrückt sie jedoch nicht und stellt daher nur eine Teillösung des Problems dar. Außerdem begrenzt es die Wahl der Aluminiumlegierung, die man aufzuplattieren wünscht.

Verwendung von Stählen, deren Gehalt an Kohlenstoff und Desoxydationsmitteln möglichst niedrig liegt, so daß das Anlassen unter 525° C durchführbar ist. Diese Lösung ist aber unzureichend, wenn die Verformungsgrade sehr hoch liegen (britische Patentschrift 762 817).

Zwischenlage einer Schicht eines anderen Metalls, wie Kupfer oder Silber. Dies sind ohne Zweifel wirksame, jedoch teure und komplizierte Lösungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Auftreten von intermetallischen Verbindungen möglichst weitgehend unterdrückt wird, ohne daß die genannten kostspieligen und komplizierten Verfahren angewendet werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Verbundblech vor dem Anlassen einer aus einem Halten von wenigstens 1 Stunde in einem Temperaturbereich von 275 bis 460⁰C bestehenden Vorbehandlung unterwirft.

überraschenderweise führt dieses Halten des Verbundbleches in einer »kritischen Zone« von Temperatüren zwischen 275 und 460⁰C während einer geeigneten Zeit über 1 Stunde zu einer definitiven Verbesserung, wie auch die späteren Anlaßbehandlungen sein mögen, indem das Auftreten intermetallischer Verbindungen völlig unterdrückt oder stark reduziert wird, sofern man selbstverständlich keinen neuen Walzvorgang anschließt.

Es wurde gefunden, daß die mit dem kaltverformten Blech vor und nach seinem Durchgang durch die kritische Temperaturzone vorgenommenen Wärmebehandlungsschritte von einem vernachlässigbaren Einfluß auf das Erscheinen der intermetallischen Verbindungen sind. Es gibt nun bekanntlich zwei praktische industrielle Verfahren, um das Produkt in der kriti-

sehen Zone gemäß der Erfindung verweilen zu lassen: Man kann das Produkt während einer ausreichenden Zeit in einem auf einer geeignet gewählten, konstanten Temperatur gehaltenen Ofen anordnen, wobei das Produkt anschließend aus dem Ofen entnommen wird, um nach einer mehr oder weniger langen Zeit in den Anlaßofen eingeführt zu werden, oder man kann das Produkt auch direkt in den Anlaßofen einführen, wenn dieser kalt ist oder sich auf einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperaturzone befindet, und die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit so einrichten, daß das Produkt während einer ausreichenden Zeit in der »kritischen Zone« gehalten wird. Bei gleicher Verweilzeit in der kritischen Zone ergeben beide Verfahren entsprechende Ergebnisse, was die intermetallischen Verbindungen betrifft.

Die Bedingungen der Behandlung in der kritischen Zone hängen vom Verformungsgrad des Verbundblechs ab.

Für Verformungsgrade zwischen 90 und 93% sind alle Temperaturen der kritischen Zone zwischen 275 und 460⁰C praktisch gleichwertig, und ein Aufenthalt von einer Stunde bei einer beliebigen Temperatur dieser Zone führt zum völligen Verschwinden der intermetallischen Verbindungen nach dem Anlassen. Für Verformungsgrade über 93% ermöglichen nur die Aufenthalte bei Temperaturen zwischen 375 und 425° C das Verschwinden der intermetallischen Verbindungen. Das Halten bei anderen Temperaturen der kritischen Zone führt dagegen in diesem Fall nur zu einer gewissen Verringerung des Anteils der intermetallischen Verbindungen.

Auf Grund einer nicht einschränkenden Hypothese nimmt man an, daß sich in der kritischen Temperaturzone an der Grenzfläche zwischen dem Eisen und dem Aluminium Mischoxydverbindungen von Eisen und Aluminium bilden. Diese Verbindungen, deren Bildung um so schwieriger ist, je größer der Verformungsgrad des Verbunds ist, verhindern nach dieser Hypothese die spätere Diffusion des Eisens in das Aluminium und infolgedessen die Bildung der unerwünschten inermetallischen Verbindungen zwischen diesen Elementen.

Beispielsweise hat man, um die Erfindung näher zu erläutern, verschiedene Verbundbleche genommen, die aus einem weichen Stahlblech (Kohlenstoff weniger als 0,08%, Mangan zwischen 0,25 und 0,40%) durch beidseitige Plattierung mit Aluminiumblech mit 1,2% Silizium durch Kaltzusammenwalzen ohne Anlassen erhalten wurden. Die Dicke der Aluminiumschichten auf den Endprodukten war 10 bis 15 Mikron, die des weichen Stahlblechs variabel. Die Dicken und die Verformungsgrade sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Produkt	Dicke (Mikron) des Verbundblechs	Verformungsgrad
A B C D	500 250 180 120	86,1% 92,9% 94,3% 95,4%

	Produkt	Auftreten intermetallischer Verbindungen
5	A	kein
	B	mittleres
IO	C	sehr starkes
	D	sehr starkes

Unter dem Wort »sehr starkes« in der Spalte »Auftreten intermetallischer Verbindungen« versteht man, daß diese Verbindungen im weiten Umfang das Niveau der Oberfläche des Verbunds erreichen, da sie die Aluminiumschicht durchsetzt haben.

Unter dem Wort »mittleren« in der genannten Spalte versteht man, daß diese Verbindungen an einigen Punkten bis zur Oberfläche reichen. Unter dem Wort »kein« versteht man, daß diese Verbindungen weder hinsichtlich des Erreichens des Niveaus noch im Mikroskop auf einer polierten Materialschnittfläche sichtbar sind.

Man stellt fest, daß für das Blech A jede Vorbehandlung überflüssig ist.

Man unterwarf die anderen Bleche verschiedenen Vorbehandlungen gemäß der Erfindung bzw. außerhalb des Bereichs der Erfindung, die aus folgenden Maßnahmen bestehen: Entweder wandte man isotherme Haltezeiten unter verschiedenen Temperatur- und Zeitdauerbedingungen an, wobei die Bleche anschließend in einen anderen Ofen gebracht wurden, wo man sie einer Behandlung von 2 Stunden bei 500° C entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren unterwarf, oder man behandelte die Bleche bei progressivem Temperaturanstieg bis zur Anlaßtemperatur bei verschiedenen Erwärmungsgeschwindigkeiten, worauf ohne Zwischenkühlung ein Halten von 2 Stunden bei 500°C folgte. Nach dem Anlassen von 2 Stunden bei 500⁰C untersuchte man, ob es ein Auftreten intermetallischer Verbindungen gab.

Die Ergebnisse hiervon sind in den folgenden Tabellen wiedergegeben:

Produkt B — Versuche mit isothermen Haltezeiten

Nach einem Anlassen von 2 Stunden bei 500⁰C durch Einführen dieser Bleche ohne besondere Vorsicht in einen auf konstanter Temperatur gehaltenen Ofen zeigte sich folgendes Ergebnis:

Haltezeit	Auftreten intermetallischer Verbindungen	250° C	300°C	350° C	400° C	450° C
Stunden	200° C	mitt	ge	ge	kein	ge
1	mitt	leres	ringes	ringes		ringes
	leres	mitt	kein	kein	kein	kein
2	mitt	leres
	leres	mitt	kein	kein	kein	kein
4	mitt	leres
	leres	mitt	kein	kein	kein	kein
8	mitt	leres
	leres	mitt	kein	kein	kein	kein
16	mitt	leres
	leres	mitt	kein	kein	kein	kein
32	mitt	leres
	leres

Haltezeiten bei 200 bis 250° C = mittlere Diffusion.

Produkt B — Versuche mit konstanter
Temperaturanstiegsgeschwindigkeit

Erwärmungs geschwindigkeit	Verweilzeit zwischen 275 und 460°C (Std.)	Auftreten intermetallischer Verbindungen
10007h 3007h 1007h 507h	0,18 0,62 1,85 3,7	mittleres geringes kein kein

Erwärmungs geschwindigkeit	Verweilzeit zwischen 275 und 460⁰C (Std.)	Auftreten intermetallischer Verbindungen
257h 107h	7,4 18,5	kein kein

Unter dem Wort »geringes« in der Spalte »Auftreten intermetallischer Verbindungen« versteht man, daß diese Verbindungen in der Oberfläche des Verbunds nicht in Erscheinung treten, jedoch bei mikroskopischer Untersuchung in Form von Flecken gewisser Reichweite sichtbar sind.

Produkt C — Versuche mit isothermen Haltezeiten

Haltezeit	200° C	Auftreten intermetallischer Verbindungen	250° C	300° C	350° C	400°C	450° C
Stunden	starkes		starkes	starkes	starkes	geringes	geringes
	starkes	starkes	mittleres	mittleres	kein	geringes
1	starkes	starkes	mittleres	mittleres	kein	geringes
2	starkes	starkes	mittleres	geringes	kein	geringes
4	starkes	starkes	mittleres	geringes	kein	mittleres
8	starkes	starkes	mittleres	kein	kein	mittleres
16
32

Produkt C	1 — Versuche mit konstanter Temperaturanstiegsgeschwindigkeit	Verweilzeit zwischen 375 und 425° C (Std.)	Auftreten intermetallischer Verbindungen
Erwärmungsgeschwindigkeit	Verweilzeit zwischen 275 und 460° C (Std.)	2 5	sehr geringes kein
257h 107h	7,4 18,5

Produkt D — Versuche mit konstanter Temperaturanstiegsgeschwindigkeit

Erwärmungsgeschwindigkeit	Verweilzeit zwischen 275 und 460° C (Std.)	Verweilzeit zwischen 375 und 425° C (Std.)	Auftreten intermetallischer Verbindungen
257h 107h 57h	7,4 18,5 37	2 5 10	mittleres geringes sehr geringes

Die Auswertung dieser Tabellen zeigt sehr wohl, daß bei einer gleichen Verweilzeit in der Zone 275 bis 460⁰C oder in der Zone 375 bis 425° C die Behandlungen durch isotherme Haltezeiten oder mit konstanter Erwärmungsgeschwindigkeit äquivalente Ergebnisse liefern, was das Autreten inermetallischer Verbindungen nach dem Anlassen betrifft.

Wenn das Kaltverformen ergibt, daß es nötig ist, eine Vorbehandlung großer Dauer vorzunehmen, ist es vorzuziehen, mit isothermen Haltezeiten zu arbeiten, indem man einen Ofen mit zwei Abteilen oder zwei verschiedenen öfen verwendet.

Wenn im Gegenteil die Vorbehandlung verhältnismäßig kurz sein, kann, dürfte es vorteilhafter sein, mit einer passend ausgewählten Erwärmungsgeschwindigkeit zu arbeiten, wobei man dann einen einzigen Ofen für die Vorbehandlung und das Anlassen verwendet.

Andererseits sieht man, wenn man das Ergebnis der Tabelle bezüglich der Versuche betrachtet, wo die Vorbehandlung durch Einflußnahme auf die Erwärmungsgeschwindigkeit vor dem Anlassen vorgenommen wird, daß die Maximalgeschwindigkeit zum Erhalten eines Produkts ohne intermetallische Verbindungen um so geringer ist, je mehr kaltverformt das Produkt ist. Diese Maximalgeschwindigkeit V kann, insbesondere für den Temperaturbereich von 375 bis 425°C, durch die Formel ausgedrückt werden:

log V= 58 -0,6e,
worin e den Verformungsgrad in Prozent bedeutet.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundblechen einer Dicke unter 0,5 mm mit einem überzug aus Aluminium oder Aluminiumlegierung auf einer wenigstens im Kontaktbereich mit dem überzug aus Eisen oder einem weichen Stahl bestehenden Unterlage durch Kaltzusammenwalzen des Überzuges und der Unterlage mit einem Kaltverformungsgrad von über 90% und Anlassen bei einer Temperatur von wenigstens 480⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verbundblech vor dem Anlassen einer aus einem Halten von wenigstens 1 Stunde in einem Temperaturbereich von 275 bis 460° C bestehenden Vorbehandlung unterwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere für den Fall eines Verformungsgrades über 93%, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung aus dem Halten von wenigstens 1 Stunde im Temperaturbereich von 375 bis 425° C besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorbehandlung durch Einhalten einer Durchschnittserwärmungsgeschwindigkeit unter 100°/h im Temperaturbereich von 275 bis 460⁰C während der dem Anlassen vorausgehenden Erhitzung vornimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbereich von 375 bis 425° C mit einer Durchschnittserwärmungsgeschwindigkeit V unter derjenigen nach der Formel