DE29923957U1 - Aluminiumlegierung - Google Patents
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Description
GS/jo 990442G
10. April 2001
10. April 2001
Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung zur Herstellung von Wärmeabschirmblechen mit einem Legierungsanteil von Aluminium größer als 97%.
Aufgrund der für eine Wärmeabschirmung besonders vorteilhaften physikalischen Eigenschaften von Aluminium - hoher Reflektionsgrad im Infrarot-Bereich und sehr gute Wärmeleitfähigkeit - haben sich Aluminiumlegierungen als Werkstoff zur Herstellung von Wärmeabschirmblechen als Standardlösung durchgesetzt. Um die genannten physikalischen Eigenschaften des Aluminium umfangreich zu nutzen und den hohen Anforderungen an die Umformbarkeit des Werkstoffes bei der Herstellung von Wärmeabschirmblechen gerecht zu werden, werden zur Zeit etwa 80% der Wärmeabschirmbleche in Al 99,5 (AA1050) gefertigt. Eine hinreichend gute Umformbarkeit dieses Werkstoffs durch Tiefziehen ist gewährleistet, da die Dehnung (A5) von Al 99,5 bei etwa 45% liegt.
Nach DIN weist Al 99,5 neben Aluminium folgende Legierungsanteile in den angegebenen Grenzen auf
| Legierungskomponente | Wert-bis |
| Silizium | 0,25% |
| Kupfer | 0, 05% |
| Magnesium | 0,05% |
| Zink | 0,07% |
| Mangan | 0,05% |
| Titan | 0,05% |
| Sonstige | 0,03% |
Die Verwendung von Al 99,5 ist zwar unter den Gesichtspunkten hohe Wärmeabschirmung und hohe Umformbarkeit vorteilhaft, gleichzeitig jedoch unter verschiedenen anderen Aspekten problematisch. Zum einen weist Al 99,5 eine geringe Festigkeit auf. Beim Einsatz von Warmeabschirmblechen im Kraftfahrzeugbau werden jedoch erhebliche Anforderungen an die Festigkeit gestellt, die sich beispielsweise aus den Einwirkungen des Fahrtwindes oder von Spritzwasser bei hohen Geschwindigkeiten sowie der Einwirkung von Steinschlag ergeben. Die geringe Festigkeit von Al 99,5 führt dazu, daß zur Gewährleistung der erforderlichen Festigkeit Blechformteile mit größerer Dicke eingesetzt werden müssen, was einerseits die Kosten erhöht und andererseits das Gewicht des Wärmeabschirmbleches vergrößert. Die geringe thermische Stabilität von Al 99,5 - Kriechen setzt bereits bei Temperaturen von über 150 0C ein führt zu einer im Einsatz geringen Formstabilität, die jedoch zur Einhaltung der Abstände des Wärmeabschirrnbleches gegenüber beispielsweise einem Katalysator und einem Fahrzeugunterboden zur Gewährleistung der erwünschten Wärmeabschirmung notwendig ist. Al 99,5 weist aufgrund der hohen Dehnungswerte, wie bereits erwähnt eine gute Tiefziehbarkeit auf. Die Dehngrenze ist mit etwa 30 N/mm2 jedoch gering. Die geringe Dehngrenze von Al 99,5 begrenzt die Möglichkeiten während des Umformprozesses bei der Herstellung von Warmeabschirmblechen.
Ein weiteres Problem insbesondere im Dauereinsatz von Warmeabschirmblechen besteht darin, daß Al 99,5 eine hohe Neigung zur Grobkornbildung insbesondere nach geringen Kaltumformungen aufweist. Diese Grobkornbildung,
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insbesondere bei der zwangsläufigen thermischen Belastung von Wärmeabschirmblechen, führt dazu, daß speziell in Radien die Gefahr einer Rißentstehung beispielsweise in Befestigungspunkten des Wärmeabschirmbleches besteht. Auch sind die dynamischen Lastaufnahmen von aus Al 99,5 gefertigten Wärmeabschirmblechen aufgrund der starken Grobkornbildung unzureichend. Die aus strukturellen Gründen an sich erwünschte Verwendung von Noppenblechen ist in Verbindung mit dem Einsatz von Al 99,5 problematisch, da eine Formstabilität nicht gewährleistet werden kann. Diese Formstabilität wird dadurch beeinträchtigt, daß bei Noppenblechen an den umgeformten Noppenbereichen mit einer verstärkten Grobkornbildung nach einer Wärmebelastung gerechnet werden muß.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, die gegenüber Al 99,5 eine weiter verbesserte Umformbarkeit, eine verbesserte Festigkeit, eine höhere thermische Stabilität und eine geringere Neigung zur Grobkornbildung aufweist.
Erfindungsgemäß ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Summe der Legierungsanteile von höchstens zwei Hauptlegierungskomponenten die Summe der Legierungsanteile der Restlegierungskomponenten um mindestens den Faktor 5 übersteigt. Durch die erfindungsgemäße Übergewichtung von höchstens zwei für Al 99,5 nach DIN zulässigen Hauptlegierungskomponenten gegenüber den nach DIN für Al 99,5 zulässigen Restlegierungskomponenten ist gewährleistet, daß die
erfindungsgemäße Aluminiumlegierung ein deutlich homogeneres Gefüge aufweist, wodurch die Festigkeit und die Streckziehbarkeit verbessert ist und gleichzeitig die Neigung zur Grobkornbildung reduziert ist. Gleichzeitig bleibt die Dehnbarkeit zumindest auf gleichem Niveau.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aluminium-Legierung wird eine Verdoppelung der Streckgrenze bei gleichzeitiger Erhöhung der Festigkeit um bis zu 50% dadurch gewährleistet, daß die Summe der Legierungsanteile der Hautplegierungskomponenten die Summe der Legierungsanteile der Restlegierungskomponenten um mindestens den Faktor 10 übersteigt.
Eine Aluminiumlegierung mit besonders hoher Streckgrenze und guter Festigkeit bei gegenüber Al 99,5 gleichbleibender Dehnung ist dadurch gewährleistet, daß Eisen und Mangan die Hautplegierungskomponenten bilden.
Eine Optimierung der Streckgrenze und der Festigkeit ist bei einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung dadurch gewährleistet, daß der Legierungsanteil von Mangan zwischen 0,35% und 0,45% liegt.
Eine erfindungsgemäße Aluminiumlegierung bei der Eisen die einzige Hauptlegierungskomponente bildet, weist eine gegenüber Al 99,5 verbesserte Streckgrenze und Festigkeit bei gleichzeitig verbesserter Dehnbarkeit auf.
Die Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung werden sowohl für den Fall, daß Eisen und Mangan die Hauptlegierungskomponenten bilden als auch für den Fall, daß Eisen die einzige
Hauptlegierungskomponente bildet, dadurch gewährleistet, daß der Legierungsanteil von Eisen zwischen 1,25% und 1,35% liegt.
Um die für Wärmeabschirmbleche vorteilhaften physikalischen Eigenschaften des Aluminiums möglichst umfangreich zu nutzen, ist es vorteilhaft, daß bei einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung der Legierungsanteil von Aluminium mindestens 98% beträgt.
Dadurch, daß der Legierungsanteil von Silizium 0,2% nicht übersteigt, ist gewährleistet, daß die erwünschte Erhöhung der Streckgrenze und der Festigkeit bei zumindest gleichbleibender Dehnbarkeit und reduzierter Grobkornbildung erreicht wird. Aus denselben Gründen ist es vorteilhaft, wenn der Legierungsanteil von Magnesium 0,003% und/oder der Legierungsanteil von Zink 0,03 nicht übersteigt.
Die nach DIN für Al 99,5 ebenfalls zulässigen Legierungsanteile Chrom und Titan beeinträchtigen die erwünschten.Eigenschaften der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung auch oberhalb der nach DIN vorgegebenen Legierungsanteile zunächst nicht. Zur Gewährleistung der erwünschten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Legierungsanteil von Titan 0,03% und/oder der Legierungsanteil von Chrom 0,02% nicht übersteigt.
Die Legierungsanteile der weiteren nach DIN zulässigen Legierungskomponenten Kupfer, Natrium und Kalzium beeinträchtigen in den nach DIN zulässigen
• *
Legierungsanteilen die erfindungsgemäß gewährleisteten Eigenschaften nur geringfügig.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung zur Herstellung von Wärmeabschirmblechen auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die folgende Beschreibung von vorteilhaften Legierungszusammensetzungen:
Eine etwa auf 100 N/mm2 verbesserte Dehngrenze ist mit einer Aluminiumlegierung mit Anteilen von den auch nach DIN für Al 99,5 zugelassenen Legierungskomponenten innerhalb der folgenden Grenzen gewährleistet:
| Legierungskomponente | Wert-von | Wert-bis |
| Silizium | 0,05% | 0,1% |
| Kupfer | 0,0% | 0,05% |
| Magnesium | 0,0% | 0,003% |
| Zink | 0,0% | 0,03% |
| Bor | 0,0% | 0,002% |
| Natrium | 0, 0% | 0,001% |
| Lithium | 0,0% | 0,0002% |
| Eisen | 1,25% | 1,35% |
| Mangan | 0,35% | 0,45% |
| Chrom | 0, 0% | 0, 02% |
| Titan | 0,0% | 0,03% |
| Beryllium | 0,0% | 0,0% |
| Kalzium | 0,0% | 0,001% |
Innerhalb der vorgegebenen Grenzen können die Legierungsanteile zur Einstellung verschiedener Eigenschaften der Aluminiumlegierung gezielt variiert werden.
Im folgenden werden nun die Legierungsanteile für ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung angegeben, die eine Dehngrenze von etwa 110 N/mm2, eine Bruchfestigkeit von 124 N/mm2 und eine Dehnung von etwa 45% aufweist. Die Legierungsanteile für eine derartige Aluminiumlegierung lauten wie folgt:
| Legierungsanteil | Legierungskomponente |
| Silizium | 0,063% |
| Kupfer | 0,005% |
| Magnesium | 0,0016% |
| Zink | 0,0036% |
| Bor | 0,001% |
| Natrium | <0,001% |
| Eisen | 1,34% |
| Mangan | 0,37% |
| Chrom | 0,0014% |
| Titan | 0,019% |
Im folgenden werden nun die Legierungsanteile für ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung angegeben, die eine Streckgrenze von etwa 66 N/mm2, eine Festigkeit von etwa 108 N/mm2 und eine Dehnbarkeit von etwa 52% aufweist. Die Legierunsganteile für eine derartige Aluminiumlegierung lauten wie folgt:
| Legierungsanteil | Legierungskomponente |
| Silizium | 0, 08% |
| Kupfer | 0,004% |
| Magnesium | 0,0021% |
| Zink | 0,0044% |
| Bor | 0,001% |
| Natrium | <0,001% |
| Eisen | 1,3% |
| Mangan | 0,014% |
| Chrom | 0,0012% |
| Titan | 0, 02% |
Claims (12)
1. Aluminiumlegierung zur Herstellung von Wärmeabschirmblechen mit einem Legierungsanteil von Aluminium größer als 97%, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Legierungsanteile von höchstens 2 Hauptlegierungskomponenten die Summe der Legierungsanteile der Restlegierungskomponenten um mindestens den Faktor 5 übersteigt.
2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Legierungsanteile der Hauptlegierungskomponenten die Summe der Legierungsanteile der Restlegierungskomponenten um mindestens den Faktor 10 übersteigt.
3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Eisen und Mangan die Hauptlegierungskomponenten bilden.
4. Aluminiumlegierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Mangan zwischen 0,35% und 0,45% liegt.
5. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Eisen die einzige Hauptlegierungskomponente bildet.
6. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Eisen zwischen 1,25% und 1,35% liegt.
7. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Aluminium mindestens 98% beträgt.
8. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Silizium 0,2% nicht übersteigt.
9. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Magnesium 0,003% nicht übersteigt.
10. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Zink 0,03% nicht übersteigt.
11. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Titan 0,03% nicht übersteigt.
12. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Chrom 0,02% nicht übersteigt.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| R207 | Utility model specification |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20021217 |
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| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20051123 |
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| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20071112 |
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| R071 | Expiry of right |