DE60301680T2

DE60301680T2 - Rohr aus Al-Legierung mit mehrstufiger Verformbarkeit

Info

Publication number: DE60301680T2
Application number: DE60301680T
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Chiyoda-ku Kashiwazaki; Ryo Chiyoda-ku Shoji; Hisashi Chiyoda-ku Tamura
Original assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2023-02-06
Also published as: US7156930B2; HK1057909A1; CN1286996C; EP1338664B1; US20030164207A1; DE60301680D1; CN1436869A; CA2417573A1; EP1338664A1; JP2003301230A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohr aus einer Al-Legierung (ggf. nachfolgend als Al abgekürzt), welches ausgezeichnet ist in der Formbarkeit über mehrere Schritte.
Der Begriff „Formbarkeit über mehrere Schritte", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Formbarkeit in einem zweiten Formschritt und die Schritte danach, wie zum Beispiel auf das hydraulische Weiten und Formen, welches nach dem ersten Formschritt, wie zum Beispiel dem Biegen, durchgeführt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Mehrzahl von press-geformten Materialien aus Stahl wurde durch Schweißen zusammengebaut, welche für Automobilrahmen und dergleichen verwendet werden sollen. In den letzen Jahren wurden über mehrere Stufen geformte Artikel von Rohren aus einer Al-Legierung in der Absicht verwendet, die Rahmen und dergleichen als leichtgewichtige Ausführung oder als Module zu erhalten.
Die Verfahren zur Herstellung von Rohren aus einer Al-Legierung werden grob eingeteilt in: Gießen (wie zum Beispiel Gießen und Druck-Gießen); und Verarbeiten, um geschmiedete Legierungen herzustellen (wie zum Beispiel Extrusion aus einem Loch). Ein Rohr aus einer Al-Legierung, welches durch Gießen hergestellt wurde, ist verhältnismäßig mangelhaft in der Zuverlässigkeit, da es grobe Hohlräume enthält oder seine Zähigkeit niedrig ist.
Ein Rohr aus einer Al-Legierung, welches durch Bearbeiten hergestellt wurde, um eine geschmiedete Al-Legierung herzustel len, wird zum Beispiel für vorder-/rückseitige Rahmenteile von Automobilen und für Rahmen von Motorrädern verwendet. Vorgeschlagene Beispiele eines Verfahrens zur Herstellung eines Rohrs aus einer Al-Legierung, welches eine geschmiedete Al-Legierung verwendet, umfassen: (1) Anwenden des Biegens und des hydraulischen Weitens eines Rohrs aus einer Al-Legierung mit einem kreisförmigen Querschnitt; (2) Anwenden eines inneren Drucks nach dem Biegen eines Rohrs aus einer Al-Legierung mit einem vieleckigen Querschnitt; und (3) Anwenden von Druck und hydraulischem Weiten, indem ein Rohr aus einer Al-Legierung in ein hydraulisches Zieheisen zum Weiten (hydraulic bulge die) eingesetzt wird.
Während ein Rohr aus einer Al-Legierung, das durch Verarbeiten hergestellt wurde, um eine geschmiedete Al-Legierung herzustellen, üblicherweise durch Spindelextrusion (mandrel extrusion) hergestellt wird, als einer Kombination eines Zieheisens (die) und einer Spindel (mandrel), kann es ebenso hergestellt werden, zum Beispiel durch Anschluß-Loch-Extrusion (port-hole extrusion), durch welches getrennte Stücke, die aus einem Anschluß-Lochz-Zieheisen (port-hole die) (einer Art eines Teilungs-Zieheisens (division die)) extrudiert werden, durch Schmelzen geschweißt, um ein Rohr an der Auslass-Seite des Zieheisens zu bilden, oder durch Nahtschweißen (seam welding), durch welches die Kanten eines aufgerollten Blechs aneinander angepasst und geschweißt werden.
Es gab jedoch ein derartiges Problem, dass Risse oder dergleichen an den Biegungsabschnitten wahrscheinlich auftraten, wenn ein herkömmliches Rohr aus einer Al-Legierung wie vorstehend erwähnt dem zweiten Formschritt und den nachfolgenden Formschritten unterzogen wird, wie zum Beispiel Pressen und hydraulisches Weiten, durch das die Gestalt des Querschnitts in der Richtung des Umfangs des Rohrs (nachfolgend einfach als „Gestalt des Querschnitts" abgekürzt) nach dem ersten Formschritt des Biegens oder dergleichen verändert wird.
Beispiele für Al-Legierungen, welche in den vorstehend erwähnten Rohren aus einer Al-Legierung verwendet wurden, umfassen die Al-Legierungen der 1000 Reihe, wie zum Beispiel die Legierungen 1050 und 1100; die Legierungen der 3000 Reihe, wie zum Beispiel die Legierungen 3003 und 3004; die Legierungen der 5000 Reihe, wie zum Beispiel die Legierungen 5052, 5454 und 5083; die Legierungen der 6000 Reihe, wie zum Beispiel die Legierungen 6063, 6N01 und 6061, und die Legierungen der 7000 Reihe, wie zum Beispiel die Legierungen 7003 und 7N01. Jedoch beinhalten diese Al-Legierungen derartige Probleme wie nachfolgend erwähnt: Unzureichende mechanische Festigkeit und begrenzte Verwendungsmöglichkeiten, wie sie einem bei Rohren aus einer Al-Legierung der Al-Legierungen der Reihen 1000 oder 3000 begegnen; mangelhafte Formbarkeit über mehrere Schritte, wie sie einem bei Rohren aus einer Al-Legierung der Al-Legierungen der Reihe 5000 begegnet; mangelhafte Biegeeigenschaften und Formbarkeit über mehrere Schritte, wie sie einem bei Rohren aus einer Al-Legierung begegnen, die aus Al-Legierungen der harten Reihe 6000 oder der Reihe 7000 hergestellt sind; und schlechte und mangelhafte Herstellbarkeit, wie sie einem bei Rohren aus einer Al-Legierung begegnet, die aus Al-Legierungen der weichen Reihe 6000 oder der Reihe 7000 hergestellt sind, welche aufgrund ihrer geringen mechanischen Festigkeit ein Altern (aging) nach dem Formen über mehrere Schritte erfordern.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Rohr aus einer Al-Legierung, welches aus einer Al-Legierung zusammengesetzt ist, umfassend 2,0% (Gew.-%, die nachfolgenden Angaben sind ebenfalls Gew.-%) bis 5,0% Mg, 0,20% oder weniger Si, 0,30% oder weniger Fe, 0,8% oder weniger (einschließlich 0%) Mn, 0,35% oder weniger (einschließlich 0%) Cr, und 0,2% oder weniger (einschließlich 0%) Ti, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei das Rohr aus einer Al-Legierung eine 0,2% Dehngrenze von 60 MPa und von 160 MPa oder weniger, und einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von 150 μm oder weniger besitzt, und wobei das Rohr aus einer Al-Legierung eine Formbarkeit über mehrere Schritte besitzt, wobei das Rohr in einem zweiten Formschritt des hydraulischen Weitens oder Pressens nach einem ersten Formschritt des Biegens geformt wird, und wobei eine Verteilungsdichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr 10/mm² bis 500/mm² beträgt.
Andere und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser anhand der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu betrachten ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1(A) bis 1(E) sind Querschnittsansichten von Rohren in der Richtung des Umfangs des Rohres, welche verschiedene Ausführungsformen des Rohrs aus einer Al-Legierung der vorliegenden Erfindung zeigen. In einer Ansicht des Querschnitts der 1(A) besitzt eine Seite 2 dieselbe Länge und Dicke wie eine Seite 3. Die Seite 2 kommt nach dem Biegen auf der Außenseite eines Biegungsabschnitts zu liegen, bzw. die Seite 3 kommt auf der Innenseite eines Biegungsabschnitts zu liegen. In den Ansichten der Querschnitte der 1(B), 1(C) und 1(D) haben alle Seiten 2 und 3 und eine Seite 4, welche diese Seiten 2 und 3 verbindet, voneinander verschiedene Dicken. In der Ansicht des Querschnitts von 1(E) besitzt die Seite 2 eine Länge, die von der Seite 3 verschieden ist.
Die 2(A) und 2(B) sind Ansichten des Querschnitts von Rohren in der Richtung des Umfangs des Rohres, welche andere Ausführungsformen des Rohrs aus einer Al-Legierung der vorliegenden Erfindung zeigen, in welcher jedes Rohr geflanscht ist.
Die 3(A) und 3(B) sind Ansichten eines Querschnitts von Rohren in der Richtung des Umfangs des Rohres, welche andere Ausführungsformen des Rohrs aus einer Al-Legierung der vorliegenden Erfindung zeigen, welche einen geschweißten Abschnitt (geschweißte Abschnitte) in dem Rohr aufweisen. Das in 3(A) gezeigte Rohr wird durch Nahtschweißen hergestellt, und das in 3(B) gezeigte Rohr wird durch Auslassloch-Extrusion (port-hole extrusion) hergestellt.
4 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Probenstelle eines Teststücks für den nachfolgend beschriebenen Abflachungstest (flattening test) zeigt.
5 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren für die Messung eines Abflachungsverhältnisses zeigt.
6 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Stelle einer Probenahme eines Teststücks für den nachfolgend beschriebenen, wiederholten Biegungstest zeigt.
7 ist eine erläuternde Ansicht des Biegens.
8 ist eine erläuternde Ansicht, die eine gepresste Gestalt und eine gebogene Gestalt eines Teststücks im wiederholten Biegungstest zeigt.
9 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Zunahmerate der Länge des Umfangs an einem Biegungsabschnitt beim hydraulischen Weiten zeigt.
Die gleichen Bezugszeichen in jeder Zeichnung bezeichnen jeweils dieselben Teile. Die Größen (zum Beispiel Länge, Dicke), die in den Zeichnungen gezeigt sind, bezeichnen Beispiele von Größen, die auf die vorliegende Erfindung anwendbar sind, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Mittel bereitgestellt:

(1) ein Rohr aus einer Al-Legierung, welches aus einer Al-Legierung zusammengesetzt ist, umfassend 2,0% (Gew.-%, die nachfolgenden Angaben sind ebenfalls Gew.-%) bis 5,0% Mg, 0,20% oder weniger Si, 0,30% oder weniger Fe, 0,8% oder weniger (einschließlich 0%) Mn, 0,35% oder weniger (einschließlich 0%) Cr, und 0,2% oder weniger (einschließlich 0%) Ti, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei das Rohr aus einer Al-Legierung eine 0,2% Dehngrenze von 60 MPa und von 160 MPa oder weniger, und einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von 150 μm oder weniger besitzt, und wobei das Rohr aus einer Al-Legierung eine Formbarkeit über mehrere Schritte besitzt, wobei das Rohr in einem zweiten Formschritt des hydraulischen Weitens oder Pressens nach einem ersten Formschritt des Biegens geformt wird, und wobei eine Verteilungsdichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr 10/mm² bis 500/mm² beträgt;
(2) ein Rohr aus einer Al-Legierung nach (1), welches aus einer Al-Legierung zusammengesetzt ist, umfassend 2,0 bis 3,5% Mg, 0,1% oder weniger Si, 0,15% oder weniger Fe, 0,8% oder weniger (einschließlich 0%) Mn, 0,35% oder weniger (einschließlich 0%) Cr, und 0,2% oder weniger (einschließlich 0%) Ti, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei das Rohr aus einer Al-Legierung eine 0,2% Dehngrenze von 60 MPa oder mehr und 140 MPa oder weniger, und einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von 150 μm oder weniger besitzt, und wobei das Rohr aus einer Al-Legierung eine Formbarkeit über mehrere Schritte besitzt;
(3) das Rohr aus einer Al-Legierung nach einem der vorstehenden Punkte (1) bis (2), welches keinen geschweißten Abschnitt aufweist;
(4) das Rohr aus einer Al-Legierung nach einem der vorstehenden Punkte (1) bis (3), wobei eine Dicke der Rohrwand an einem Abschnitt, der nach dem Biegen auf der Außenseite zu liegen kommt, größer ist als eine Dicke einer Rohrwand an einem Abschnitt, der nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommt, bei einem Querschnitt des Rohrs in der Richtung des Umfangs des Rohrs;
(5) das Rohr aus einer Al-Legierung nach einem der vorstehenden Punkte (1) bis (4), wobei eine Wandoberfläche, die nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommt, und eine Wandoberfläche, die nach dem Biegen auf der Außenseite zu liegen kommt, jeweils eine annähernd lineare Stelle besitzen, und wobei eine Länge der Seite an einem Abschnitt, der nach dem Biegen auf der Außenseite zu liegen kommt, länger ist als eine Länge der Seite an einem Abschnitt, der nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommt, bei einem Querschnitt des Rohrs in einer Richtung des Umfangs des Rohrs; und
(6) das Rohr aus einer Al-Legierung nach einem der vorstehenden Punkte (1) bis (5), welches geflanscht ist.

Die Erfinder fanden, aufgrund ausführlicher Studien der Formbarkeit von Al-Legierungen über mehrere Schritte, dass die Formbarkeit von Legierungen der Al-Mg-Reihe über mehrere Schritte verbessert werden kann, indem die 0,2% Dehngrenze und der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser von hohl extrudierten Materialien (hollow extruded materials) jeweils innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs liegen. Die Erfinder haben die vorliegende Erfindung durch zusätzliche, eingehende Studien vervollständigt, die auf diesem Befund beruhen.
Die Elemente in der Legierung des Rohrs aus einer Al-Legierung der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (1), kann Mg dazu beitragen, die mechanische Festigkeit zu verbessern, indem es eine feste Lösung von Mg bildet. Der Gehalt des Mg wird so definiert, dass er innerhalb des Bereichs von 2,0 bis 5,0% liegt. Dies erfolgt deswegen, weil, wenn der Gehalt des Mg weniger als 2,0% beträgt, die mechanische Festigkeit (0,2% Dehngrenze), die für ein Strukturteil eines Transportfahrzeugs notwendig ist, nicht in ausreichendem Maße gewährleistet werden kann; und wenn der Gehalt des Mg 5,0% übersteigt, während des Formens über mehrere Schritte wahrscheinlich Risse auftreten, und die Beständigkeit gegenüber der Rissbildung durch Belastung aufgrund der Korrosion abnimmt.
Da wahrscheinlich insbesondere die Rissbildung durch Belastung aufgrund der Korrosion auftritt, wenn das Rohr aus einer Al-Legierung für eine Aufhängevorrichtung oder ein Bauteil um dieses herum von Automobilen verwendet wird, in welcher Position eine Arbeitstemperatur 60°C überschreitet, beträgt die obere Grenze des Mg-Gehalts vorzugsweise 3,5%. Dementsprechend liegt der Gehalt des Mg vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 3,5%. Der bevorzugte Mg-Gehalt, in Anbetracht sowohl der mechanischen Festigkeit und der Beständigkeit gegenüber der Rissbildung durch Belastung aufgrund der Korrosion, beträgt 2,4 bis 3,0%.
Mn und Cr verbessern die mechanische Festigkeit, während sie das Auftreten von riesigen, umkristallisierten Körnern unterdrücken.
Die Formbarkeit über mehrere Schritte wird mangelhaft aufgrund der Bildung einer riesigen, intermetallischen Verbindung (Primärkristalle) auf einer beliebigen Basis von Al-Mn und Al-Cr, wenn die Gehalte des Mn und des Cr zu groß werden. Dementsprechend wird der Gehalt des Mn auf 0,8% oder weniger definiert, und der Gehalt des Cr wird auf 0,35% oder weniger definiert. Darüber hinaus beträgt der Gehalt des Mn vorzugsweise 0,6% oder weniger, bzw. der Gehalt des Cr beträgt vorzugsweise 0,25% oder weniger, für die Herstellung von Rohren durch Extrusion, da Mn und Cr die Eignung für die Extrusion herabsetzen, und eine intermetallische Verbindung (intermetallische Verbindungen) auf Basis von Al-Mg-Mn oder Al-Cr die Formbarkeit über mehrere Schritte beeinträchtigen können, wenn das Form-(Arbeits-)verhältnis beim Formen über mehrere Schritte hoch ist.
In der vorliegenden Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (1), wird die mechanische Festigkeit vorzugsweise durch Zugabe von Mg verbessert, und die Herstellungsbedingungen, zum Beispiel beim Extrudieren, Walzen und Tempern werden vorzugsweise so ausgewählt, dass sie das Entstehen riesiger umkristallisierter Körner verhindern, sowie dadurch, dass Mn und Cr ggf. zugegeben werden, falls notwendig.
Es ist vorzuziehen, Ti zuzugeben, da Ti wirksam ist, um die Textur des Blocks fein zu machen, um die Eignung zum Gießen und zur Heissverarbeitung zu stärken, um die mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Artikels gleichmäßig zu machen, sowie um das Auftreten von Rissen während des Schweißens zu verhindern.
Der Gehalt des Ti wird auf 0,2% oder weniger festgelegt, da die Formbarkeit abnimmt, indem sich eine riesige intermetallische Verbindung bildet (Primärkristalle), wenn der Gehalt des Ti 0,2% übersteigt. Andererseits beträgt der Gehalt des Ti vorzugsweise 0,001% oder mehr, insbesondere vorzugsweise 0,01% oder mehr, da die Wirkung, die Textur fein zu machen, unzureichend wird, wenn der Gehalt des Ti zu gering ist. Die Zugabe von B zusammen mit Ti ist bevorzugt, um die Verfeinerung der Textur zu beschleunigen, jedoch führt die Wirkung des B zu einer Sättigung, wenn die zugegebene Menge an B zu groß beträgt, einhergehend mit einer Zunahme der Herstellungskosten. Dementsprechend beträgt die zugegebene Menge an B, wenn es zugegeben wird, vorzugsweise 0,02% oder weniger.
In der vorliegenden Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (1) wird die 0,2% Dehngrenze des Rohrs aus einer Al-Legierung auf 60 bis 160 MPa festgelegt. Dies erfolgt deswegen, weil die mechanische Festigkeit, die für die Verwendung als Strukturteile von Transportfahrzeugen ausreichend ist, nicht erhalten werden kann, wenn die 0,2% Dehngrenze weniger als 60 MPa ist, während die Formbarkeit über mehrere Schritte abnimmt, wenn die 0,2% Dehngrenze 160 MPa übersteigt.
Die 0,2% Dehngrenze liegt vorzugsweise im Bereich von 60 bis 140 MPa, und insbesondere vorzugsweise im Bereich von 80 bis 120 MPa.
In der vorliegenden Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (1) wird der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der Al-Legierung im Rohr auf 150 μm oder weniger festgelegt. Dies erfolgt deswegen, weil, wenn der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser 150 μm übersteigt, wahrscheinlich eine rauhe Oberfläche im ersten Schritt des Formens auftritt, und wahrscheinlich Risse im zweiten Schritt des Formens und in den nachfolgenden Schritten auftreten. Dementsprechend beträgt der Kristallkorndurchmesser insbesondere vorzugsweise 100 μm oder weniger. Obwohl die untere Grenze des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers nicht in besonderer Weise begrenzt ist, beträgt sie im Allgemeinen 20 μm oder mehr.
Der Kristallkorndurchmesser kann durch die Auswahl der Bedingungen zum Beispiel beim Extrudieren, Walzen und Tempern kontrolliert werden. Wenn zum Beispiel das Ausmaß der Spannung (Arbeitsverhältnis) während des Extrusionsschritts oder Walzschritts zunimmt, ist es möglich, den Kristallkorndurchmesser in dem nachfolgenden Schritt des Temperns klein zu machen.
Wenn zum Beispiel der Kristallkorndurchmesser zum Zeitpunkt des Extrudierens kontrolliert werden soll, ist es vorzuziehen, die Kristallkörner fein zu machen, um das Extrusionsverhältnis einzustellen (das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche des Knüppels (billet) und der Querschnittsfläche des extrudierten Rohrs), welches 30 oder mehr betragen soll.
Die Gehalte an Si und Fe als verunreinigende Elemente werden in der vorliegenden Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (1) festgelegt.
Si und Fe sind verunreinigende Elemente, die in den Ausgangsmaterialien enthalten sind, wie zum Beispiel Blöcken oder Spänen, und sie bilden intermetallische Verbindungen auf Basis Al-Fe, auf der Basis Al-Fe-Si, auf der Basis Al-Si, auf der Basis Mg-Si oder dergleichen. Die intermetallischen Verbindungen werden riesig, um die Formbarkeit über mehrere Schritte zu verschlechtern, wenn die Gehalte an Si und Fe zu groß sind.
Dementsprechend wird der Gehalt des Si in der vorliegenden Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (1) auf 0,20% oder weniger festgelegt, bzw. der Gehalt des Fe wird auf 0,30% oder weniger festgelegt. Insbesondere beträgt der Gehalt des Si vorzugsweise 0,02% oder mehr und 0,10% oder weniger, und der Gehalt des Fe beträgt vorzugsweise 0,05% oder mehr und 0,15% oder weniger.
Die vorliegende Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (2) ist die gleiche wie die vorstehende Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (1) mit der Ausnahme, dass 2,0 bis 3,5% für Mg, 0,1% oder weniger für Si, und 0,15% oder weniger für Fe, und 60 bis 140 MPa für die 0,2% Dehngrenze als die bevorzugten Bereiche derselben festgelegt werden.
In der vorliegenden Erfindung gemäß den Punkten (1) und (2) sind die erlaubten Gehalte der Elemente, welche als Verunreinigungen beigemischt sind, und die von dem vorstehend erwähn ten Si und Fe verschieden sind, vorzugsweise 0,15% oder weniger für Cu, 0,25% oder weniger für Zn und 0,05% oder weniger für ein weiteres verunreinigendes Element, das von jenen verschieden ist.
Die Verteilungsdichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr in dem Rohr aus einer Al-Legierung wird auf einen Wert von 10/mm² bis 500/mm² (Anzahl pro mm²) festgelegt. Eine intermetallische Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr löst sich von einer Matrix durch das Biegen ab, und so treten feine Risse auf. Diese feinen Risse können sich im zweiten Schritt des Formens und danach weiter ausbreiten, und sie können zu makroskopischen Rissen anwachsen, wenn die Zahl der intermetallischen Verbindungen mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr zu groß wird. Eine zu große Zahl solcher intermetallischer Verbindungen kann die Formbarkeit beim Weiten verschlechtern. Dementsprechend beträgt die Verteilungsdichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr vorzugsweise 300/mm² oder weniger.
Beispiele der vorstehend beschriebenen intermetallischen Verbindung umfassen intermetallische Verbindungen auf Basis von Al-Mn, auf Basis von Al-Cr, auf Basis von Al-Fe, auf Basis von Al-Fe-Si, auf Basis von Mg-Si, auf Basis von Al-Fe-Mn-Si oder auf Basis von Al-Ti.
Der Verteilungszustand der vorstehend beschriebenen intermetallischen Verbindung kann durch geeignetes Einstellen der Gehalte an Mn, Cr, Fe, Si, Mg, Ti und dergleichen erreicht werden, sowie durch geeignetes Festsetzen der Herstellungsbedingungen (zum Beispiel der Gießbedingungen, des Extrusionsverhältnisses) bei jedem Herstellungsschritt.
Zum Beispiel wird das Gießen bevorzugt durch ein halbkontinuierliches Gießverfahren unter Kühlung mit Wasser durchgeführt, und die Extrusion wird vorzugsweise mit einem Extrusionsverhältnis von etwa 20 oder mehr durchgeführt.
Das Rohr aus einer Al-Legierung der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel durch die Schritte hergestellt werden: (1) Gießen des Knüppels (billet) → Homogenisierung → Extrusion des Rohrs → Tempern; (2) Gießen des Knüppels → Homogenisierung Extrusion des Rohrs → Tempern → Ziehen → Tempern; oder (3) Gießen der Bramme (slab casting) → Homogenisierung → Walzen Tempern → Nahtschweißen → Tempern.
Das Homogenisieren wird in der Absicht durchgeführt, die Extrudierbarkeit zu verbessern, indem man die Elemente der Legierung, welche eine übersättigte Festkörperlösung bilden, während des Gießschrittes präzipitieren lässt, und um die mechanische Festigkeit und Formbarkeit des erhaltenen Produkts zu verbessern, sowie Unregelmäßigkeiten bezüglich der Qualität unter den Produkten zu reduzieren, indem eine mikroskopische Segregation der Elemente der Legierung ausgeschlossen wird, und indem die Verteilung der Elemente in der Legierung homogenisiert wird. Die Homogenisierungsbedingungen sind ausreichend, zum Beispiel, wenn das Erhitzen auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 430 bis 580°C für einen Zeitraum von etwa 1 bis 48 Stunden erfolgt, wie es üblicherweise bei den Legierungen der 5000 Reihe angewandt wird. In diesem Zusammenhang wird jedoch die Verarbeitbarkeit mangelhaft, wenn die Erhitzungstemperatur zu gering ist, aufgrund des zu langen Zeitraums, der für die Homogenisierung erforderlich ist, und ebenso wird die Umkristallisierung beim Extrudieren oder beim Walzschritt gestört, aufgrund eines zu feinen Präzipitats des Mn oder dergleichen, was dazu führt, dass die Kristallkörner dazu neigen, riesig zu werden. Eine zu hohe Temperatur ist andererseits ebenfalls nicht vorzuziehen, da ein Teil des Blocks Blasen zieht oder schmilzt, insbesondere, wenn der Gehalt des Mn 4% übersteigt. Dementsprechend wird das Homogenisieren mit den Legierungen entsprechend der vorliegenden Erfindung bei 470 bis 560°C für 1 bis 8 Stunden durchgeführt.
Die Legierungen werden durch Erhitzen des Extrusionsknüppels nach Beendigung des Homogenisierens extrudiert, zum Beispiel wiederum bei 400 bis 540°C, wie es üblicherweise bei den Legierungen der 5000 Reihe durchgeführt wird. Der Verformungswiderstand des Knüppels wird hoch, wenn die Wiedererhitzungstemperatur (Extrusionstemperatur) zu gering ist, und dadurch nimmt die Extrusionsgeschwindigkeit ab, zusätzlich zu einer Abnahme der Verarbeitbarkeit, so dass das Extrusionsverfahren in manchen Fällen unmöglich wird. Es ist andererseits nicht vorzuziehen, dass die Temperatur zu hoch wird, da die Oberfläche rauh wird und in äußersten Fällen lokal zu schmelzen beginnt. Das Extrusionsverhältnis (Wert, der durch Division der Querschnittsfläche des Knüppels vor der Extrusion durch die Querschnittsfläche des extrudierten Artikels erhalten wird) liegt üblicherweise im Bereich von 10 bis 170 bei den Legierungen der 5000 Reihe. Die Kristallkörner nach der Extrusion neigen dazu, riesig zu werden, wenn das Extrusionsverhältnis gering ist, aufgrund der unzureichenden Extrusionsspannung, die angewendet wird. Wenn das Extrusionsverhältnis andererseits zu hoch ist, nimmt die Extrusionsgeschwindigkeit ab, und vermindert die Produktivität. Die bevorzugte Extrusionstemperatur, bzw. das Extrusionsverhältnis liegen in der vorliegenden Erfindung in den Bereichen 480 bis 530°C, bzw. 25 bis 150.
Da das extrudierte Rohr bereits umkristallisiert worden ist, wenn die Temperatur auf der Auslassseite des Extruders für das Rohr sich in den vorstehenden Verfahren (1) und (2) bei einer Umkristallisierungs-Temperatur oder einer höheren Temperatur befindet, ist es möglich, das nachfolgende Tempern wegzulassen, um eine sog. H112-Temper-Legierung zu bilden. Dieses Verfahren ist vorzuziehen, wenn eine verbesserte Produktivität erforderlich ist.
Die Umkristallisierungstemperatur liegt im Bereich von 280 bis 330°C für eine Legierung wie in der vorliegenden Erfindung definiert.
Insgesamt umfasst das Rohr aus einer Al-Legierung der vorliegenden Erfindung Rohre, die durch Extrudieren gefertigt wurden, Rohre, die durch Ziehen gefertigt wurden, und Rohre, die durch Nahtschweißen gefertigt wurden, wenn diese die in der vorliegenden Erfindung festgelegten Werte erfüllen, wie zum Beispiel die 0,2% Dehngrenze und den durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser.
Die Rohre aus einer Al-Legierung, welche entsprechend den vorstehenden Verfahren (1) oder (2) hergestellt wurden, besitzen keine geschmolzenen Abschnitte, d.h. keine geschweißten Abschnitte. Andererseits besitzen die Rohre aus einer Legierung, die entsprechend dem Verfahren (3) hergestellt wurden, d.h. ein Rohr aus einer Al-Legierung 7, das durch Nahtschweißen oder Anschluß-Loch-Extrusion (port hole extrusion) hergestellt wurde, einen geschmolzenen Abschnitt (geschmolzene Abschnitte) 8, wie in den 3(A) und 3(B) gezeigt.
Die vorliegende Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (3) ist ein Rohr aus einer Al-Legierung, welches keine geschmolzenen Abschnitte besitzt, wie in 1(A) gezeigt. Das Auftreten mikroskopischer Risse, welche bei geschmolzenen Abschnitten auftreten können, kann verhindert werden, wenn das Rohr gebogen wird, da das Rohr aus der Al-Legierung keine geschmolzenen Abschnitte besitzt. Die mikroskopischen Risse werden zu makroskopischen Rissen in dem nachfolgenden, zweiten Formschritt, durch den die Gestalt des Querschnitts des Rohrs verändert wird. Die mikroskopischen Risse treten aufgrund von Defekten auf, wie zum Beispiel aufgrund eines Oxidfilms oder einer Luftblase, die in den geschmolzenen Abschnitten als Kerne vorliegen. Jedoch treten keine Defekte in dem Rohr aus einer Al-Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung auf, wie in dem vorstehenden Punkt (3) beschrieben, da das Rohr keine geschmolzenen Abschnitte besitzt. Das Rohr aus einer Al-Legierung 1, das frei von geschmolzenen Abschnitten ist, kann entsprechend der Spindelextrusion in einer üblichen Weise hergestellt werden.
In der vorliegenden Erfindung wird die Gestalt des Querschnitts des Rohrs aus einer Al-Legierung in der Richtung des Umfangs des Rohrs vorzugsweise geformt, um der Gestalt und der Größe des Endprodukts ähnlich zu sein. Dies erfolgt deshalb, weil zum Beispiel, wenn der endgültige Querschnitt, der durch den zweiten Formschritt nach dem Biegen gebildet werden soll, rechtwinklig ist, die Zahl der Verarbeitungsschritte und eine Menge, die in dem zweiten Schritt und danach verarbeitet werden soll, erheblich reduziert werden, sowie geringe Probleme aufgrund von Rissen oder dergleichen auftreten, wenn ein Rohr aus einer Al-Legierung verwendet wird, das einen rechtwinkligen Querschnitt besitzt, welcher der Größe des Endprodukts ähnlich ist, als durch Verwendung eines Rohrs aus einer Al-Legierung, das einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.
In der vorliegenden Erfindung kann die plastische Verarbeitbarkeit nach dem Biegen weiter verbessert werden mittels einer Zunahme der Starrheit in einer besonderen Richtung, durch die Konstruktion der Querschnittsgestalt des Rohrs aus einer Al-Legierung in der Richtung des Umfangs des Rohrs.
Wie in 1(B) gezeigt, wird in der vorliegenden Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (4) die Dicke eines Abschnitts (Seite) 2, die nach dem Biegen des Rohrs aus einer Al-Legierung auf der Außenseite zu liegen kommt, größer gemacht als ein Abschnitt (Seite) 3, der nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommt, um zu ermöglichen, dass die Dicke auf der Außenseite des gebogenen Abschnitts annähernd gleich der Dicke auf der Innenseite des gebogenen Abschnitts nach dem Biegen ist. Infolge dessen wird die Grenze für die Verformung beim hydraulischen Weiten für die Vergrößerung der Länge des Umfangs des gebogenen Abschnitts verbessert.
Wie in 1(C) gezeigt, wird der Abschnitt (Seite) 3, der nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommt, dünner, um zu ermöglichen, dass die Außenseite des gebogenen Abschnitts annähernd dieselbe Dicke besitzt wie die Innenseite des gebogenen Abschnitts nach dem Biegen. Infolge dessen wird eine vorgeschriebene, hydraulische Verformbarkeit für das Weiten beim hydraulischen Weiten beibehalten, um die Länge des Umfangs des gebogenen Abschnitts auszudehnen, sowie solche Vorzüge zu ermöglichen, dass das Rohr aus einer Al-Legierung leichtgewichtig ist und der Biegeradius klein ist, da der Abschnitt (Seite) 3, der nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommt, eine geringere Dicke besitzt.
Wie in 1(D) gezeigt, wenn die Dicke einer Seite 4, als rechte oder linke Seite, oder als ein Abschnitt (Seite), der die Seiten 2 und 3 verbindet, nach dem Biegen dünner gemacht wird, kann die Biegeeigenschaft, die Formbarkeit durch hydraulisches Weiten, und die Starrheit in horizontaler Richtung beibehalten werden, und ebenso kann das Rohr aus einer Al-Legierung leichtgewichtig sein, aufgrund der geringen Dicke der linken und rechten Seiten 4.
Wie in 1(E) gezeigt, wird In der vorliegenden Erfindung gemäß dem vorstehenden Punkt (5) der Abschnitt (die Seite) 2, der (die) nach dem Biegen auf der Außenseite zu liegen kommt, länger gemacht als der Abschnitt (die Seite) 3, der (die) nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommt, so dass die Dicke der Seite, welche nach dem Biegen auf der Außenseite des gebogenen Abschnitts zu liegen kommt, annähernd gleich der Dicke der Seite ist, die nach dem Biegen auf der Innenseite des gebogenen Abschnitts zu liegen kommt, um dieselben Wirkungen wie bei dem in 1(B) gezeigten Rohr zu erreichen.
Wie in den 2(A) und 2(B) gezeigt, wird in der vorliegenden Erfindung ein Flansch 6 auf der Außenseite oder Innenseite eines Rohrs aus einer Al-Legierung 5 ausgebildet, um das Auftreten von Falten an dem gebogenen Abschnitt zu unterdrükken, und ein schönes äußeres Aussehen zu erhalten. Das Montieren verschiedener Teile kann dadurch erleichtert werden, dass man den Vorteil von Löchern zur Befestigung einer Waschvorrichtung oder dergleichen nutzt (nicht gezeigt), indem man sie auf dem Flansch 6 bereitstellt.
Die Rohre aus einer Al-Legierung mit einer Gestalt eines Querschnitts, der in einer der 1(A) bis 1(E) und den 2(A) und 2(B) gezeigt ist, kann zum Beispiel in einer Spindelextrusion hergestellt werden, indem die Gestalt eines Zieheisens oder einer Spindel in geeigneter Weise konstruiert wird, oder dadurch, dass die Befestigungspositionen des Zieheisens und der Spindel während der Extrusion in geeigneter Weise festgelegt werden.
Die Rohre aus einer Al-Legierung der vorliegenden Erfindung, welche auf diese Weise erhalten wurden, besitzen eine geeignete mechanische Festigkeit mit einer ausgezeichneten Formbarkeit über mehrere Schritte und sie sind als Strukturteile von Transportfahrzeugen, wie zum Beispiel Automobilen, bevorzugt. Insbesondere sind die Rohre aus einer Al-Legierung, die in den 1(C) und 1(D) gezeigt sind, effizient, um eine Brennstoffeffizienz zu erreichen, da sie in der Dicke dünn und von leichtem Gewicht sind.
Die vorliegende Erfindung ist das Rohr aus einer Al-Legierung, welches aus einer Al-Legierung zusammengesetzt ist, umfassend Mg in einem geeigneten Gehalt, sowie Mn, Cr und Ti, falls nötig, und mit einer 0,2% Dehngrenze von 60 MPa oder mehr und 160 MPa oder weniger, und mit einem durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von 150 μm oder weniger, und welches eine geeignete mechanische Festigkeit und eine ausgezeichnete Formbarkeit über mehrere Schritte besitzt. Dementsprechend wird das Rohr aus einer Al-Legierung der vorliegenden Erfindung für die Verwendung in Strukturteilen von Transportfahrzeugen, wie zum Beispiel Automobilen, bevorzugt, und es zeigt bemerkenswerte Wirkungen in Hinblick auf industrielle Gesichtspunkte.
Die vorliegende Erfindung wird in näheren Einzelheiten aufgrund der nachfolgend gegebenen Beispiele beschrieben werden, jedoch ist die Erfindung nicht so aufzufassen, als sei sie durch diese Beispiele beschränkt.
BEISPIELE
(Beispiel 1)
Zylindrische Knüppel (billets) mit einem Außendurchmesser von 260 mm und einem Innendurchmesser von 102,5 mm wurden durch Schmelz-Gießen von Al-Legierungen (Legierungen Nr. A bis J) geformt, wobei jede eine Zusammensetzung innerhalb des Bereichs aufweist, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist, wie in Tabelle 1 gezeigt. Nach dem Homogenisieren der Knüppel bei 530°C für 4 Stunden wurden die erhaltenen Knüppel heiß durch Spindelextrusion (bei einem Extrusionsverhältnis von 47) zu runden, zylindrischen Rohren mit einem Außendurchmesser von 80 mm und einer Dicke von 4 mm extrudiert. Anschließend wurden die runden, zylindrischen Rohre bei 360°C 2 Stunden lang getempert, um Rohre aus einer Al-Legierung herzustellen (Tempern O).
Die Extrusionstemperatur betrug 490°C und die Extrusionsgeschwindigkeit betrug 5 m/Minute bei der vorstehenden Heiß-extrusion.
Die so erhaltenen Rohre aus einer Al-Legierung (Tempern O) (Proben Nr. 1 bis 10) wurden unter folgenden Gesichtspunkten getestet: (1) einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser; (2) eine Verteilungsdichte einer intermetallischen Verbindung (von intermetallischen Verbindungen) mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr; (3) mechanische Eigenschaften; (4) Formbarkeit über mehrere Schritte und (5) wiederholte Biegeeigenschaft, entsprechend den folgenden Verfahren.

(1) Jeder Kristallkorndurchmesser der fünf Proben für ein Rohr wurde in Bezug auf beide Flächen der LT-ST-Fläche und der L-ST-Fläche gemessen, entsprechend dem in JIS H 0501 vorge schriebenen Schneideverfahren. Die Durchschnittswerte sind in Tabelle 2 nachfolgend gezeigt.
(2) Die Verteilungsdichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr wurde gemessen unter Verwendung eines Bildanalysators, der mit einem optischen Mikroskop verbunden war. Die Messbedingungen waren 0,4 μm in der Länge pro Pixel, über eine Fläche von 0,17 mm². Beide Flächen der LT-ST-Fläche und der L-ST-Fläche wurden anhand von fünf Proben für jede Fläche gemessen. Die Durchschnittswerte derselben sind in Tabelle 2 gezeigt.
(3) Um die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, 0,2% Dehngrenze und Dehnung) zu messen, wurden die in JIS Z 2201 vorgeschriebenen Nr. 12B Teststücke ausgeschnitten, und drei Proben wurden jeweils dem Zugfestigkeits-Test gemäß JIS Z 2241 unterzogen. Deren Durchschnittswerte sind in Tabelle 2 gezeigt. Der akzeptable Wert für die Zugfestigkeit beträgt 165 MPa oder mehr. Die Dehnung beträgt vorzugsweise 15% oder mehr.
(4) Für den Formbarkeitstest über mehrere Schritte wird das Rohr aus einer Al-Legierung 1 gebogen, wie in 4 gezeigt, unter Verwendung eines Zugbiegungsgeräts (Biegungsradius 150 mm, Biegungswinkel 90°). Ein Teststück 12 wurde aus dem gebogenen Abschnitt ausgeschnitten und in der in 5 gezeigten Weise gepresst, um eine Höhe h (mm) des Teststücks 12 zu messen, bei der Risse auftraten. Das Abflachungsverhältnis (Flachheit) (flattening ratio; flatness) L (L = (H – h)/H), bei der H (mm) die ursprüngliche Höhe des Teststücks bezeichnet) wurde berechnet. Die Durchschnittswerte (n = 3) des Abflachungsverhältnisses L sind in Tabelle 2 gezeigt. Ein Abfla chungsverhältnis von 60% oder mehr wurde als ausreichend angesehen, um den Test zu bestehen, bzw. ein Abflachungsverhältnis von weniger als 60% wurde als nicht ausreichend angesehen, um den Test zu bestehen. In 5 bezeichnet das Bezugszeichen 13 eine Pressplatte, und das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Befestigungsplatte.
(5) Für den wiederholten Biegetest wurde ein Teststück 15 aus dem Rohr aus einer Al-Legierung 1 ausgeschnitten, wie in 6 gezeigt, und es wurde dem wiederholten Pressen und Biegen unterzogen (siehe 8). Ein Teststück, das keinerlei Risse beim ersten Pressen, beim ersten Biegen, beim zweiten Pressen und beim zweiten Biegen zeigte, wurde als ausreichend beurteilt, um den Test zu bestehen, während ein Teststück, welches Risse zeigte, als nicht ausreichend beurteilt wurde, um den Test zu bestehen.

Tabelle 2 zeigt die Anzahl der Pressvorgänge oder der Biegevorgänge, nach denen Risse auftraten.
Das Biegen wurde, wie in 7 gezeigt, durchgeführt, so dass ein Teststück 15 in eine V-förmige Vertiefung 17 auf der Oberfläche einer Befestigungsplatte 16 eingesetzt wurde, und anschließend das Teststück mit einem Presswerkzeug 18 gepresst wurde. Der Pfeil in der Zeichnung bezeichnet die Richtung des Pressens. Ein Radius R von 9 mm wurde an der Presskante 19 des Presswerkzeugs 18 bereitgestellt.
Wenn eine Probe alle folgenden drei Bedingungen 1), 2) und 3) erfüllte, wurde die Probe in Bezug auf die Ergebnisse der vorstehenden Tests als ausreichend bewertet, um die Gesamtbewertung der Tests zu bestehen, welche als „O" in Tabelle 2 bezeichnet wird. Die Bedingungen sind: 1) die Zugfestigkeit be trug 165 MPa oder mehr, 2) das Abflachungsverhältnis betrug 60% oder mehr und 3) keine Risse traten auf, während des zweiten Biegens beim wiederholten Biegetest. Wenn eine Probe im Gegensatz dazu auch nur eine der Bedingungen nicht erfüllte, wurde die Probe so beurteilt, als habe sie die Gesamtbewertung der Tests nicht bestanden, welche in der Tabelle 2 als „X" bezeichnet ist.
(Beispiel 2)
Die Legierungen Nr. D, E, F und I wurden jeweils zu einem Rohr aus einer Al-Legierung (H112 Tempern) in derselben Weise wie in Beispiel 1 geformt, mit der Ausnahme, dass die heiß-extrudierten, runden, zylindrischen Rohre nicht dem Tempern unterzogen wurden. Mit den so erhaltenen H112-Temper-Rohren wurden dieselben Tests wie in Beispiel 1 durchgeführt (Proben Nr. 11 bis 14).
(Vergleichsbeispiel 1)
Rohre aus einer Al-Legierung (Tempern O) wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Al-Legierungen verwendet wurden (Legierungen Nr. K bis P), von denen jede eine Zusammensetzung besaß, die außerhalb des Bereichs lag, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist, wie in Tabelle 1 gezeigt. Die so erhaltenen Proben von Rohren wurden denselben Tests wie in Beispiel 1 unterzogen (Proben Nr. 15 bis 20).
(Vergleichsbeispiel 2)
Rohre aus einer Al-Legierung (Tempern O) wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass jeweils ein runder, zylindrischer Knüppel aus den Legierungen E oder F mit einem Außendurchmesser von 180 mm und einem Innendurchmesser von 102,5 mm verwendet wurde, und dass das Extrusionsverhältnis auf 18 festgesetzt wurde. Die so erhaltenen Proben von Rohren wurden denselben Tests wie in Beispiel 1 unterzogen (Proben Nr. 21 und 22).
Da die Größe der Spannung (ein Arbeitsverhältnis, working ratio), das auf diese zwei Rohre aus einer Al-Legierung im Extrusionsschritt angewandt wurde, aufgrund des kleinen Durchmessers des Knüppels klein war, führte es zu einem großen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser der umkristallisierten Körner.
(Vergleichsbeispiel 3)
Legierung Nr. B wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 zu einem Rohr aus einer Al-Legierung geformt (H112 Tempern), mit der Ausnahme, dass das heiß-extrudierte, runde, zylindrische Rohr nicht dem Tempern unterzogen wurde. Mit dem so erhaltenen H112-Temper-Rohr wurden dieselben Tests wie in Beispiel 1 durchgeführt (Probe Nr. 23).
Die Testergebnisse in den Beispielen 1 und 2 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 1

(Anmerkung) Einheit: Gew.-%, wobei der Rest einer jeden Legierung aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht

(Anmerkung) (1) Verteilungsdichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr
(2) Einheit des Abflachungsverhältnisses ist %
(3) Gesamtbewertung: „O", bestanden; „X", nicht bestanden
(4) Auftreten einer riesigen intermetallischen Verbindung (anfängliche Kristalle; initial crystals)

Wie es aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, waren alle Proben der vorliegenden Erfindung (Nr. 1 bis 14) ausgezeichnet in der Formbarkeit über mehrere Schritte. Die Proben Nr. 1 und 3 besaßen eine leicht geringere Dehngrenze, und sie waren besonders ausgezeichnet in der Formbarkeit über mehrere Schritte. Die Formbarkeit über mehrere Schritte der Probe Nr. 8 befand sich auf einem leicht geringeren Niveau im Vergleich zu anderen Proben entsprechend der vorliegenden Erfindung, da die Verteilungsdichte einer metallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr hoch war, aufgrund der höheren Gehalte an Si, Fe, Mn und Cr.
Im Gegensatz dazu war die 0,2% Dehngrenze der Probe Nr. 15 des Vergleichsbeispiels geringer als der vorgeschriebene Wert, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist, aufgrund eines zu geringen Gehalts an Mg. Die 0,2% Dehngrenze war zu hoch, und die Formbarkeit über mehrere Schritte war in den Proben Nr. 16 und 23 der Vergleichsbeispiele mangelhaft, da der Gehalt an Mg in der ersteren Probe zu hoch war, und die letztere Probe nicht getempert wurde.
Riesige intermetallische Verbindungen (Primärkristalle; primary crystals) wurden gebildet, und die Formbarkeit über mehrere Schritte war in den Proben Nr. 19 und 20 der Vergleichsbeispiele mangelhaft, da der Gehalt an Mn in der ersteren Probe zu hoch war, und der Gehalt an Cr in der letzteren zu hoch war. Die Verteilungsdichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr überschritt 500/mm², und die Formbarkeit über mehrere Schritte war in den Proben Nr. 17 und 18 der Vergleichsbeispiele mangelhaft, da der Gehalt des Si in der ersteren Probe zu hoch war, und der Gehalt an Fe in der letzteren Probe zu hoch war.
Der Kristallkorndurchmesser war zu groß und die Formbarkeit über mehrere Schritte war in den Proben Nr. 21 und 22 der Vergleichsbeispiele mangelhaft, aufgrund eines kleinen Extrusionsverhältnisses.
Aus den Ergebnissen der gesonderten Tests wurde gefunden, dass die Proben Nr. 2 und 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung sowie die Probe Nr. 16 des Vergleichsbeispiels, welche jeweils einen hohen Mg-Gehalt aufwiesen, einen geringeren Grad an Beständigkeit gegenüber Rissbildung durch Belastung aufgrund der Korrosion aufwiesen. Von diesen war die Beständigkeit der Proben Nr. 2 und 10 gemäß der vorliegenden Erfindung für die praktische Verwendung ausreichend, jedoch diejenige der Probe Nr. 16 war unbrauchbar.
(Beispiel 3)
Al-Legierungen (Legierungen Nr. a bis j), von denen jede eine Zusammensetzung innerhalb des Bereichs besaß, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist, wie in Tabelle 3 gezeigt, wurden geschmolzen, bzw. zu runden, zylindrischen Knüppeln gegossen. Diese Knüppel wurden an dem Mittelpunkt gedreht, um röhrenförmige Knüppel zu bilden. Nach der Homogenisierung und dem Wiedererhitzen der Knüppel entsprechend der Extrusion unter Verwendung einer Spindel wurde jeweils eine Mehrzahl von Rohren aus einer Al-Legierung mit der Gestalt eines rechtwink ligen Querschnitts wie in 1(A) gezeigt (eine größere Seitenlänge, 86 mm; eine kleinere Seitenlänge, 74 mm; eine Dicke, 6 mm; H112 Tempern) hergestellt. Die Knüppel wurden bei 540°C 3 Stunden lang homogenisiert und unter den Bedingungen einer Wiedererhitzungstemperatur (Extrusionstemperatur) von 500°C mit einem Extrusionsverhältnis von 35 extrudiert.
Anschließend wurde jedes Rohr mit einer Dehnungsvorrichtung gedehnt. Unmittelbar nach dem Dehnen wurden einige Rohre aus einer Al-Legierung bei 360°C 2 Stunden lang getempert (Tempern: O).
Die so erhaltenen Rohre aus einer Al-Legierung wurden auf den Kristallkorndurchmesser, die Verteilungsdichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr, und die mechanischen Eigenschaften in derselben Weise wie in Beispiel 1 getestet (Proben-Nr. 31 bis 41).
Die Rohre aus einer Al-Legierung wurden ebenfalls für die Formbarkeit bezüglich des Weitens durch das folgende Verfahren getestet.
Die Testproben wurden durch Schneiden der Rohre aus einer Al-Legierung zu Längen von 1000 mm vorbereitet, und die Proben wurden gebogen, mit einem Biegungsradius (Radius auf der Innenseite) von 150 mm und einem Biegungswinkel von 45° (siehe 9) unter Verwendung einer Zug-Biegungsvorrichtung. Jedes der Rohre wurde mit einer Zug-Biegungsvorrichtung gebogen, so dass die Seite 2 des Rohrs aus einer Al-Legierung 1 auf der Aussenseite zu liegen kommen würde, wie in 1(A) gezeigt.
Nach dem Biegen wurden die Rohre aus einer Al-Legierung dann jeweils in ein Zieheisen in einer hydraulischen Formungs maschine zum Weiten eingesetzt und dann geweitet, durch Anwenden eines inneren Drucks, bis Brüche auftraten.
Die Länge des Umfangs (Länge des äußeren Umfangs) des gebogenen Abschnitts, wie in 9 gezeigt, wurde vor und nach Anwendung des inneren Drucks gemessen, und die Rate R der Zunahme der Länge des Umfangs wurde nach der folgenden Gleichung berechnet. Eine größere Rate der Zunahme der Länge des Umfangs bedeutet eine bessere Formbarkeit beim Weiten. Eine Rate der Zunahme der Länge des Umfangs von weniger als 10% bedeutet, dass das Rohr mit einer mangelhaften Formbarkeit zum Weiten und mit Unbrauchbarkeit einhergeht. R (%) = [(L2 – L1)/L1] × 100wobei L₂ die Länge des Umfangs des gebogenen Abschnitts nach dem Auftreten von Rissen bezeichnet, und L₁ die Länge des Umfangs des gebogenen Abschnitts vor dem Anwenden des inneren Drucks bezeichnet.
Wenn eine Probe alle folgenden zwei Bedingungen 1) und 2) erfüllte, wurde die Probe in Bezug auf die Ergebnisse in den vorstehenden Tests als ausreichend beurteilt, die Gesamtbewertung der Tests zu bestehen, welche als „O" in Tabelle 4 bezeichnet ist. Die Bedingungen sind: 1) die Zugfestigkeit betrug 165 MPa oder mehr, und 2) die Rate der Zunahme der Länge des Umfangs betrug 10% oder mehr. Wenn eine Probe im Gegensatz dazu auch nur eine der Bedingungen nicht erfüllte, wurde die Probe so beurteilt, dass sie die Gesamtbewertung der Tests nicht bestanden habe, welche mit „X" in Tabelle 4 bezeichnet ist.
(Beispiel 4)
Eine Mehrzahl von Rohren aus einer Al-Legierung von beliebigen Gestalten des Querschnitts, die in den 1(B) bis 1(E) gezeigt sind, wurden jeweils unter Verwendung der Legierung Nr. d hergestellt, die in Tabelle 3 gezeigt ist (mit einer Zusammensetzung innerhalb des Bereichs, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist), in derselben Weise wie in Beispiel 3 (H112), und die so erhaltenen Rohre wurden in derselben Weise wie in Beispiel 3 getestet (Proben-Nr. 42 bis 45).
Das Biegen mit einer Zug-Biegungsvorrichtung wurde dahingehend durchgeführt, dass die Seite 2 eines jeden Rohrs aus einer Al-Legierung jeweils auf der Außenseite zu liegen kommen würde, wie in den 1(B) bis 1(E) gezeigt.
(Beispiel 5)
Eine Mehrzahl von Rohren aus einer Al-Legierung von beliebigen Gestalten des Querschnitts, die in den 2(A) und 2(B) gezeigt sind, wurden jeweils unter Verwendung der Legierung Nr. d hergestellt, die in Tabelle 3 gezeigt ist (mit einer Zusammensetzung innerhalb des Bereichs, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist), in derselben Weise wie in Beispiel 3 (H112), und die so erhaltenen Rohre wurden in derselben Weise wie in Beispiel 3 getestet (Proben-Nr. 46 und 47).
Das Biegen mit einer Zug-Biegungsvorrichtung wurde dahingehend durchgeführt, dass die Seite, auf der der Flansch 6 bereitgestellt wurde, eines jeden Rohrs aus einer Al-Legierung jeweils auf der Außenseite zu liegen kommen würde, wie in den 2(A) und 2(B) gezeigt.
(Beispiel 6)
Ein heiß gewalztes Blech mit einer Dicke von 6 mm aus einer Legierung Nr. d, wie in Tabelle 3 gezeigt (mit einer Zusammensetzung innerhalb des Bereichs, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist), wurde aufgerollt und elektrisch an den Kanten geschweißt, die zueinander passten. Anschließend wurde das so erhaltene, geschweißte Rohr einer Formung mit einer Walze unterzogen, und dadurch wurde ein Rohr aus einer Al-Legierung (ein Naht-geschweißtes Rohr) mit derselben Querschnittsgestalt wie in Beispiel 3 hergestellt. Das erhaltene Rohr wurde in derselben Weise wie in Beispiel 3 getestet (Probe Nr. 48). Die Querschnittsgestalt und die Position des geschmolzenen Abschnitts (des geschweißten Abschnitts) des Rohrs aus einer Al-Legierung waren dieselben wie jene, die in 3(A) gezeigt sind.
(Beispiel 7)
Ein Knüppel aus einer Legierung Nr. d, wie in Tabelle 3 gezeigt, (mit einer Zusammensetzung innerhalb des Bereichs, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist) wurde unter Verwendung eines Zieheisens mit einem Anschlussloch extrudiert, das vier Anschlüsse (port hole die having four ports) besitzt, und dadurch wurde ein Rohr aus einer Al-Legierung hergestellt, das dieselbe Querschnittsgestalt wie in Beispiel 3 besitzt. Das erhaltene Rohr wurde in derselben Weise wie in Beispiel 3 getestet (Probe Nr. 49). Die Querschnittsgestalt und die Positionen der geschmolzenen Abschnitte (geschweißte Abschnitte) des Rohrs aus einer Al-Legierung waren dieselben wie jene, die in 3(B) gezeigt sind.
(Vergleichsbeispiel 4)
Rohre aus einer Al-Legierung, die jeweils eine rechtwinklige Querschnittsgestalt besaßen, wurden in derselben Weise wie in Beispiel 3 (Tempern H112) hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Legierungen Nr. k, l und m verwendet wurden, die jeweils eine Zusammensetzung außerhalb des Bereichs besaßen, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist, wie in Tabelle 3 gezeigt. Die so erhaltenen Proben von Rohren wurden denselben Tests wie in Beispiel 3 unterzogen (Proben Nr. 50 bis 52).
(Vergleichsbeispiel 5)
Ein Rohr aus einer Al-Legierung mit einer rechtwinkligen Querschnittsgestalt wurde in derselben Weise wie in Beispiel 3 (Tempern H112) hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Legierung Nr. j verwendet wurde, die eine Zusammensetzung innerhalb des Bereichs besaß, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist, wie in Tabelle 3 gezeigt. Die so erhaltene Probe eines Rohrs wurde denselben Tests wie in Beispiel 3 unterzogen (Probe Nr. 53).
Die Testergebnisse in den Beispielen 3 bis 7 und den Vergleichsbeispielen 4 und 5 sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 3

(Anmerkung) Einheit: Gew.-%, wobei der Rest einer jeden Legierung aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

Wie es aus den in Tabelle 4 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, zeigten alle Proben Nr. 31 bis 41 in Beispiel 3 gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils eine Rate der Zunahme der Länge des Umfangs an dem gebogenen Abschnitt von 10% oder mehr, ehe Brüche beim hydraulischen Weiten auftraten, und sie zeigten eine ausgezeichnete Formbarkeit über mehrere Schritte, d.h. bei der Fähigkeit des Biegens und Weitens.
In der Probe Nr. 42 in Beispiel 4 war die Dicke der Seite 2, die nach dem Biegen (1(B)) auf der Außenseite zu liegen kommen würde, größer als die Dicke der Seite 3, die nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommen würde. Infolge dessen war die Rate der Zunahme der Länge des Umfangs am gebogenen Abschnitt bei der Probe Nr. 42 größer als bei der Probe Nr. 35, bei der die Seiten 2 und 3 äquivalent bezüglich der Dicke sind. Da bei der Probe Nr. 43 die Dicke der Seite 3, die nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommen würde, klein war (1(C)), und bei der Probe Nr. 44 die Dicken der Seiten 4 und 4, die nach dem Biegen sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite zu liegen kommen würden, klein waren (1(D)), waren die Raten der Zunahme der Länge des Umfangs am gebogenen Abschnitt in diesen Proben jeweils annähernd dieselben wie jene der Probe Nr. 35, bei der die Seiten (die Seiten 2 und 3, sowie jene, die der Seite 4 entsprechen) äquivalent in der Dicke waren. Infolge dessen waren die Proben Nr. 43 und 44 leichtgewichtig in Übereinstimmung mit der geringen Dicke der Seiten. Da bei der Probe Nr. 45 die Länge der Seite 2, die nach dem Biegen auf der Außenseite zu liegen kommen würde (1(E)), länger war als die Länge der Seite 3, die nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommen würde, war die Rate der Zunahme der Länge des Umfangs am gebogenen Abschnitt verbessert, im Vergleich mit der Probe 35, bei der die Seiten 2 und 3 in der Dicke äquivalent sind.
Da bei den Proben Nr. 46 und 47 in Beispiel 5 ein Flansch jeweils auf der Außenseite oder Innenseite der Rohre aus einer Al-Legierung bereitgestellt wurde, wurde das Auftreten einer Faltenbildung nach dem Biegen unterdrückt, und dies ermöglichte, dass sich ein schönes äußeres Erscheinungsbild zeigte. Ein Loch für eine Waschvorrichtung konnte am Flansch bei der Probe Nr. 46 bereitgestellt werden.
Es traten Löcher beim hydraulischen Weiten an dem geschweißten Abschnitt (an den geschweißten Abschnitten) in Probe 48 in Beispiel 6 und in Probe Nr. 49 in Beispiel 7 auf, von denen jede einen geschweißten Abschnitt (geschweißte Abschnitte) besitzt. Während die Rate der Zunahme der Länge des Umfangs in diesen Proben abnahm, im Vergleich mit den Proben in Beispiel 3, welche keine geschweißten Abschnitte besitzen, war der Grad der Abnahme für die Praxis akzeptabel.
Die Proben Nr. 42 und 45 waren ziemlich gut in der Gesamtbewertung.
Im Gegensatz dazu war die mechanische Festigkeit der Probe Nr. 50 im Vergleichsbeispiel 4 mangelhaft aufgrund des zu geringen Gehalts an Mg. Die Rate der Zunahme der Länge des Umfangs war mangelhaft in den Proben Nr. 51 und 52 im Vergleichsbeispiel 4, da die Probe Nr. 51 leicht Risse bildete aufgrund des hohen Gehalts an Mg, und der Gehalt der intermetallischen Verbindung war in der Probe Nr. 52 erhöht aufgrund des zu hohen Gehalts an Mn, Cr und Ti.
Die Rate in der Zunahme der Länge des Umfangs war mangelhaft in der Probe Nr. 53 im Vergleichsbeispiel 5, da die 0,2% Dehngrenze zu hoch war. Obwohl die Probe Nr. 53 im Vergleichs beispiel 5 eine Legierungszusammensetzung hatte, die innerhalb des in der vorstehenden Erfindung definierten Bereichs lag, war der Mg-Gehalt annähernd an der oberen Grenze. Wenn ein Rohr aus einer Al-Legierung wie in der Probe Nr. 53 unter Verwendung einer H112-Temper-Legierung hergestellt wurde, ohne es dem Tempern zu unterziehen, besaß das erhaltene Rohr eine zu hohe 0,2% Dehngrenze. Wenn daher der Mg-Gehalt in einer Menge vorliegt, der der Probe Nr. 53 entspricht, kann die 0,2% Dehngrenze des erhaltenen Rohrs so kontrolliert werden, dass sie innerhalb des Bereichs liegt, wie er in der vorliegenden Erfindung definiert ist, indem zum Beispiel die Herstellungsbedingungen in geeigneter Weise kontrolliert werden, so dass eine O-Temper-Legierung erhalten werden kann.

Claims

Aluminiumlegierungsrohr, welches aus einer Aluminiumlegierung zusammengesetzt ist, umfassend 2,0% bis 5,0% Magnesium (Gew.-%, die nachfolgenden Angaben sind ebenfalls in Gew.-%), 0,20% oder weniger Silizium, 0,30% oder weniger Eisen, 0,8% oder weniger (einschließlich 0%) Mangan, 0,35% oder weniger (einschließlich 0%) Chrom, und 0,2% oder weniger (einschließlich 0%) Titan, wobei der Rest aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei das Aluminiumlegierungsrohr eine 0,2% Dehngrenze von 60 MPa oder mehr und von 160 MPa oder weniger, einen durchschnittlichen Kristallkorn-Durchmesser von 150 μm oder weniger besitzt, und wobei das Aluminiumlegierungsrohr eine Formbarkeit über mehrere Schritte besitzt, wobei das Rohr in einem zweiten Form-Schritt des hydraulischen Weitens oder Pressens nach einem ersten Form-Schritt des Biegens geformt wird, und wobei eine Verteilungsdichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 5 μm oder mehr 10/mm² bis 500/mm² beträgt.
Aluminiumlegierungsrohr nach Anspruch 1, welches aus einer Aluminiumlegierung zusammengesetzt ist, umfassend 2,0% bis 3,5% Magnesium, 0,10% oder weniger Silizium, 0,15% oder weniger Eisen, 0,8% oder weniger (einschließlich 0%) Mangan, 0,35% oder weniger (einschließlich 0%) Chrom, und 0,2% oder weniger (einschließlich 0%) Titan, wobei der Rest aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei das Aluminiumlegierungsrohr eine 0,2 Dehngrenze von 60 MPa oder mehr und von 140 MPa oder weniger, einen durchschnittlichen Kristallkorn-Durchmesser von 150 μm oder weniger besitzt, und wobei das Aluminiumlegierungsrohr eine Formbarkeit über mehrere Stufen besitzt.
Aluminiumlegierungsrohr nach den Ansprüchen 1 oder 2, welches keinen geschweißten Abschnitt besitzt.
Aluminiumlegierungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Dicke der Rohrwand in einem Abschnitt, der nach dem Biegen auf der Außenseite zu liegen kommt, größer ist als eine Dicke der Rohrwand in einem Abschnitt, der nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommt, in einem Querschnitt des Rohres in einer Richtung des Umfanges des Rohres.
Aluminiumlegierungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Wandoberfläche, die nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommt, und eine Wandoberfläche, die nach dem Biegen auf der Außenseite zu liegen kommt, jeweils eine annähernd lineare Seite besitzen, und wobei eine Länge der Seite in einem Abschnitt, der nach dem Biegen auf der Außenseite zu liegen kommt, länger ist als eine Länge der Seite in einem Abschnitt, der nach dem Biegen auf der Innenseite zu liegen kommt, in einem Querschnitt des Rohres in einer Richtung des Umfanges des Rohres.
Aluminiumlegierungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welches geflanscht ist.