DE60310381T2

DE60310381T2 - Blech oder band aus al-mg-legierung zur herstellung von gebogenen teilen mit kleinem biegeradius

Info

Publication number: DE60310381T2
Application number: DE60310381T
Authority: DE
Inventors: Jean-Luc Hoffmann; Bruce Morere; Fabrice Helfer
Original assignee: Alcan Rhenalu SAS
Current assignee: Constellium Issoire SAS
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: PL369769A1; PL198511B1; ES2279123T3; RS50328B; ATE348199T1; EP1481106B1; DE60310381D1; FR2836929A1; EP1481106A1; AU2003238148A1; RS78404A; FR2836929B1; WO2003074747A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Herstellung gebogener und zumeist gezogener Teile mit kleinem Biegeradius insbesondere für den Automobilbau aus Blechen oder Bändern aus Aluminiumlegierung vom Typ Aluminium-Magnesium, d.h. der Serie 5000 nach der Nomenklatur der Aluminium Association.
Stand der Technik
Aluminium-Magnesiumlegierungen mit mehr als 4 % Magnesium sind in der Automobilindustrie für andere Teile als die Karosserieaußenhaut, zum Beispiel für Verstärkungen oder Strukturteile, die durch Ziehen oder Biegen eventuell geformt werden, weit verbreitet. Sie ermöglichen eine gute mechanische Festigkeit und brauchen nicht wie die Hautlegierungen der Serie 6000 durch Lösungsglühen und Abschrecken warmbehandelt werden. Als Beispiele seien die Legierungen 5019, 5182 und 5083 genannt, deren bei der Aluminium Association registrierte Zusammensetzung (Gew.-%) in Tabelle 1 angegeben ist: Tabelle 1
Aufgabenstellung
Die Herstellung gezogener und gebogener Teile erfordert ein Material mit ausreichender Formbarkeit, um die gezogenen Bereiche der Teile realisieren zu können, und mit einer umso besseren Biegefähigkeit, je kleiner die Biegeradien ausfallen sollen, typischerweise in der Größenordnung der Dicke des Blechs. Diese Fähigkeit muss sowohl in Walzrichtung als auch in Querrichtung gleich gut sein. Das Blech bzw. Band muss eine möglichst hohe mechanische Festigkeit aufweisen, um die Dicke maximal zu reduzieren und auf diese Weise die Wirkung einer optimalen Gewichtsreduzierung als Folge der Verwendung von Aluminium im Vergleich zu Stahl zu erzielen.
Zudem werden Kraftfahrzeugteile beim Einbrennen der Karosserielacke einer Wärmebehandlung unterzogen, die bei einer Temperatur zwischen 150 und 200°C während 15 bis 30 Minuten erfolgt Es muss folglich ein eventueller Verlust an mechanischer Festigkeit während dieses Vorgangs berücksichtigt werden, wobei diese Verschlechterung so gering wie möglich sein sollte. Gegenstand der Erfindung sind Bleche und Bänder aus Al-Mg-Legierung, die diesen Anforderungen entsprechen.
Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Blech oder Band aus Aluminiumlegierung von 1 bis 5 mm Dicke zur Herstellung gezogener und mit kleinem Biegeradius gebogener Teile, mit der Zusammensetzung (Gew.-%):
Si < 0,3 Fe: 0,2–0,4 Mn: 0,3–0,45 Mg: 4,5–5,5 Cr: 0,04–0,1 Cu < 0,1 Zn < 0,1, weitere Elemente jeweils < 0,05 und insgesamt < 0,15, Rest Aluminium, und bei dieser besonderen Zusammensetzung R_0,2 in Querrichtung > 240 MPa, A₈₀ > 15 % und R_m–R_0,2 > 90 MPa.
Sie betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bleches oder Bandes, umfassend das Gießen eines Walzbarrens der oben angegebenen Zusammensetzung, sein Warmwalzen auf eine Dicke e_c, das Kaltwalzen auf eine Enddicke e_f zwischen 70 und 40 % von e_c und ein Erholungsglühen bei einer Temperatur von 180 bis 280°C ohne spätere Kaltverfestigung.
Beschreibung der Figuren
Die einzige Figur stellt die Ergebnisse des Beispiels 1 hinsichtlich Dehngrenze R_0,2 und Biegeradius dar.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung beruht auf der Kombination der engen Wahl einer Al-Mg-Legierungszusammensetzung mit mehr als 4 % Mg und eines besonderen Herstellungsprogramms, um hinsichtlich der Eigenschaften einen Kompromiss zu erzielen, insbesondere zwischen Dehngrenze, Dehnung und Biegefähigkeit, der für die Herstellung gezogener und mit kleinem Biegeradius gebogener Teile besonders günstig ist.
Bei den erfindungsgemäßen Legierungen handelt es sich um Legierungen mit mehr als 4,5 % Mg, wie die oben erwähnten Legierungen 5182, 5019 oder 5083. Magnesium trägt zur mechanischen Festigkeit bei, wobei der Gehalt je nach der gewünschten Festigkeit angepasst werden kann. Oberhalb 5,5 % Mg lässt sich die Legierung schwerer gießen und verarbeiten.
Die Kontrolle des Gesamtgehalts an Mangan und Chrom ist ein entscheidender Punkt für die Erzielung aller gewünschten Eigenschaften. Ein Gehalt unterhalb 0,3 % verbessert zwar die Dehnung, setzt jedoch die Dehngrenze herab, ohne dabei die Biegefähigkeit zu verbessern. Ein Gehalt oberhalb 0,7 % verbessert die Dehngrenze ohne übermäßige Herabsetzung der Dehnung, ergibt aber überraschenderweise einen schlechten Biegeradius.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Bänder umfasst das Gießen eines Walzbarrens aus der betrachteten Legierung, sein Warmwalzen zur Gewinnung eines Bandes der Dicke e_c und sein Kaltwalzen auf die Enddicke e_f zwischen 1 und 5 mm. Um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten, muss die Enddicke e_f 40 bis 70 % der Warmwalzbanddicke e_c betragen. Ist der Kaltwalzgrad nicht hoch genug, kann die gewünschte Dehngrenze nicht erreicht werden. Ist er zu hoch, wird der Kaltverfestigungskoeffizient n zu niedrig und die Formbarkeit ist unzureichend.
Das kaltgewalzte Band wird sodann einer Erholungsglühung bei einer Temperatur von 180 bis 280°C ausgesetzt. Die Kontrolle dieser Temperatur ist wichtig: Eine fehlende Erholung oder zu geringe Temperatur ist für die Dehnung schädlich. Umgekehrt führt eine Glühtemperatur von über 280°C zu einem rekristallisierten Zustand mit einer unzureichenden mechanischen Festigkeit.
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Bänder und Bleche ist die fehlende spätere Kaltverfestigung nach der Erholungsglühung, entweder durch Kaltwalzen oder durch Bandrecken. Eine solche Kaltverfestigung würde zwar die Dehngrenze erhöhen, aber die Dehnung und den Kaltverfestigungskoeffizient zu stark herabsetzen, was für die Formbarkeit und Biegefähigkeit ungünstig wäre. Zudem geht der Gewinn an Dehngrenze bei der Einbrennbehandlung der Lacke sehr schnell verloren, während bei den teilentfestigten und später nicht kaltumgeformten Erzeugnissen der Verlust an mechanischer Festigkeit beim Einbrennen der Lacke geringer ist.
Ein weiterer Vorteil der fehlenden Kaltverfestigung insbesondere durch Bandrecken nach erfolgter Teilentfestigung ist die Gewinnung von Blechen und Bändern, die eine geringe Anisotropie aufweisen, mit einer Differenz zwischen den Dehngrenzen in Längs- und Querrichtung von weniger als 15 MPa und zumeist weniger als 10 MPa.
Um eine spätere Kaltverfestigung des Metalls nach erfolgter Teilentfestigung zu vermeiden, muss die Ebenheit des Bandes beim Kaltwalzen und vor allem bei der Endbearbeitung gut kontrolliert werden, insbesondere bei Längsteilung relativ schmaler und recht dicker Bänder, wo "säbelartige" Deformationen zu vermeiden sind.
Die erfindungsgemäßen Bleche und Bänder eignen sich besonders gut für die Herstellung gezogener und mit kleinem Biegeradius gebogener Teile insbesondere für die Automobilindustrie. Es werden Biegeradien erzielt, die bei 180° kleiner als die Dicke des Bleches bzw. Bandes und sogar kleiner als 80 % dieser Dicke sind. Der Kaltverfestigungskoeffizient n ist höher als 0,10, was zu einer rapiden Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Teile bei ihrer Formgebung und damit zur Verwendung geringerer Dicken beiträgt.
Als Verwendungsbeispiele seien die Verstärkungen für intrusionsgeschützte Öffnungen genannt, die gezogene und gebogene Teile aufweisen und die der Einbrennbehandlung der Lacke unterzogen werden, insbesondere der Kataphoreseschichten. Bei einer 20-minütigen Behandlung bei 200°C bleibt dabei der Verlust an Dehngrenze kleiner als 20 MPa. Eine weitere interessante Verwendung der erfindungsgemäßen Bleche und Bänder ist die Herstellung von Wagenhebern, bei denen eine bedeutende Gewichtseinsparung im Vergleich zu Wagenhebern aus Stahl möglich ist.
Beispiele
Beispiel 1
Es wurden Walzbarren aus 7 verschiedenen Legierungen A bis G gegossen, wobei die Legierungen A bis E eine erfindungsgemäße Zusammensetzung und die Legierungen F und G eine nicht erfindungsgemäße Zusammensetzung haben. Die Zusammensetzungen (Gew.-%) sind in Tabelle 1 aufgeführt:
Tabelle 1
Die Walzbarren wurden zur Herstellung von 5 mm dicken Bändern warmgewalzt und anschließend auf 3 mm kaltgewalzt, was 60 % der Dicke des Warmwalzbandes entspricht. Die Bänder wurden dann einer Erholungsglühung bei 200°C unterworfen. Es wurde die Dehngrenze R_0,2 in Längsrichtung, die Bruchdehnung A₈₀ nach der Norm NF EN 10002-1 über Zugversuche an metallischen Werkstoffen und der Biegeradius bei 180° gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben:
Tabelle 2
Es wird festgestellt, dass die Legierung G mit hohem Mn-Gehalt eine Dehnung < 15 % und einen ziemlich großen Biegeradius hat, der mehr als 80 % der Dicke beträgt. Die Legierung F mit geringem Mn-Gehalt hat ebenfalls einen recht großen Biegeradius. In 1 wurde der Kompromiss zwischen Dehngrenze R_0,2 und Biegeradius dargestellt. Als akzeptabel angesehen wird dabei ein Radius von 1,5 mm bei R_0,2 von 200 MPa und von 2,5 mm bei R_0,2 von 280 MPa. Die Punkte, die den 5 erfindungsgemäßen Legierungen entsprechen, liegen rechts von der Geraden und zeigen einen guten Kompromiss zwischen den beiden Eigenschaften auf. Die den Legierungen F und G entsprechenden Punkte liegen rechts von der Geraden und zeigen folglich keinen akzeptablen Kompromiss auf.
Beispiel 2
Es wurde eine 20-minütige Wärmebehandlung bei 170°C, 185°C bzw. 200°C als Simulierung von Einbrennbehandlungen von Lacken eines Kraftfahrzeugs an Blechproben des Beispiels 1 aus Legierung C und E sowie an einer Probe aus der Legierung C durchgeführt, welche zusätzlich durch Bandrecken kaltverfestigt wurde. Es wurden die Festigkeitseigenschaften in Längsrichtung gemessen, d.h. die Bruchfestigkeit R_m, die Dehngrenze R_0,2 und die Dehnung A₈₀ vor und nach der Wärmebehandlung. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 (für die teilentfestigte Legierung C), 4 (für E) und 5 (für die kaltverfestigte Legierung C) aufgeführt.
Tabelle 3 (C nicht kaltverfestigt)
Tabelle 4 (E nicht kaltverfestigt)
Tabelle 5 (C kaltverfestigt)
Es wird festgestellt, dass der Abfall von R_0,2 infolge der Wärmebehandlung bei den nicht kaltverfestigten Proben viel geringer ist als bei der kaltverfestigten Probe.
Beispiel 3
An den Proben C und E des Beispiels 1 wurden die Festigkeitseigenschaften R_m, R_0,2 und A₈₀ in Längsrichtung, bei 45° und in Querrichtung gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 angegeben:
Tabelle 6
Es wird festgestellt, dass die Festigkeitseigenschaften, insbesondere die Dehngrenze, je nach Messrichtung nur sehr wenig schwanken.
Beispiel 4
Es wurden Walzbarren aus der Legierung folgender Zusammensetzung gegossen:
Die Dicke nach erfolgtem Warmwalzen wurde verändert, während die Enddicke bei 3 mm blieb, so dass das Verhältnis e_f/e_c zwischen 70 % und 40 % verändert wurde. Auch die Endglühtemperatur wurde zwischen 200 und 320°C verändert. Eine Kaltverfestigung nach der Endglühung wurde nicht durchgeführt. Es wurde jeweils die Bruchfestigkeit R_m, die Dehngrenze R_0,2, die Dehnung A₈₀ und der Kaltverfestigungskoeffizient n bestimmt. Die Ergebnisse, die einem Durchschnitt von 5 Messungen entsprechen, sind in Tabelle 7 aufgeführt:
Tabelle 7
Es wird ein starker Abfall von R_m und vor allem von R_0,2 festgestellt, wenn die Temperatur der Endglühung von 260 auf 290°C ansteigt, was dem Übergang zur Rekristallisationstemperatur entspricht. Außerdem wird bei gegebener Teilentfestigungstemperatur festgestellt, dass R_0,2 bei einem kleineren Verhältnis e_f/e_c, d.h. bei stärkerem Kaltwalzen zunimmt, aber die Dehnung und der Kaltverfestigungskoeffizient n abnehmen.

Claims

Blech oder Band aus Aluminiumlegierung von 1 bis 5 mm Dicke zur Herstellung gezogener und mit kleinem Biegeradius gebogener Teile, mit der Zusammensetzung (Gew.-%): Si < 0,3 Fe: 0,2–0,4 Mn: 0,3–0,45 Cr: 0,04–0,1 Mg: 4,5–5,5 Cu < 0,1 Zn < 0,1, weitere Elemente jeweils < 0,05 und insgesamt < 0,15, Rest Aluminium, dadurch gekennzeichnet, dass es im teilentfestigten Zustand eine Dehngrenze R_0,2 in Querrichtung > 240 MPa, eine Dehnung A₈₀ > 15 % und eine Differenz R_m–R_0,2 > 90 MPa aufweist.
Blech oder Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sein Biegeradius bei 180° kleiner als seine Dicke ist.
Blech oder Band nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sein Biegeradius kleiner als 80 % seiner Dicke ist.
Blech oder Band nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Dehngrenze in Längsrichtung und in Querrichtung kleiner als 15 MPa ist.
Blech oder Band nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Dehngrenze in Längsrichtung und in Querrichtung kleiner als 10 MPa ist.
Blech oder Band nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Dehngrenze vor und nach einer 20-minütigen Lackeinbrennbehandlung bei 185°C kleiner als 20 MPa ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bleches oder Bandes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend das Gießen eines Walzbarrens, sein Warmwalzen auf eine Dicke e_c, das Kaltwalzen auf eine Enddicke zwischen 70 und 40 % von e_c und ein Erholungsglühen bei einer Temperatur von 180 bis 280°C ohne spätere Kaltverformung.
Verwendung von Blechen oder Bändern nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Verstärkungen für Kraftfahrzeugöffnungen.
Verwendung von Blechen oder Bändern nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Wagenhebern.