DE68907332T2

DE68907332T2 - Tiefziehbare Aluminiumlegierung, die Silicium, Magnesium und Kupfer enthält.

Info

Publication number: DE68907332T2
Application number: DE89420499T
Authority: DE
Inventors: Daniel Ferton
Original assignee: Pechiney Rhenalu SAS
Current assignee: Constellium Issoire SAS
Priority date: 1988-12-21
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2009-12-20
Also published as: EP0375572A1; ES2041438T3; EP0375572B1; FR2642436B1; DE68907332D1; FR2642436A1; ATE90978T1

Description

Die Erfindung betrifft eine A1-Legierung, die im wesentlichen Si, Mg und Cu enthält und zur Herstellung von tiefziehbaren Blechen oder Bändern, insbesondere der für Kraftfahrzeugkarosserie verwendeten Bleche bestimmt ist.
Im französischen Patent FR-2 601 040 ist eine tiefziehbare und schweißbare Zusammensetzung von A1-Legierungen angegeben, die im behandelten Zustand (abgeschreckt/angelassen) nach Formgebung zwischen dem abgeschreckten Zustand und dem angelassenen Zustand verwendbar ist. Jedoch bleiben die Festigkeitseigenschaften dieser Legierung im abgeschreckten-angelassenen Zustand für bestimmte Anwendungen, wie die oben angegebene, ungenügend (R 0,2 ≈ 100 MPa, Rm ≈ 200 MPa, wobei R 0,2 die elastische Grenze bei 0,2 % bleibender Verformung und Rm die Bruchlast sind).
Es wurde gefunden, daß die mäßige Erhöhung des Gehalts an Cu in überraschender Weise eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften ohne Verlust bei den Duktilitätseigenschaften ermöglicht.
Das Patent US-A-4 614 552 beschreibt eine A1-Legierung zum Tiefziehen, die im wesentlichen (gewichtsmäßig) 0,65 bis 0,79 % Cu; 0,62 bis 0,82 % Mg; 0,6 bis 1,0 % Si; 0,1 bis 0,5 % Mn; bis zu 0,4 % Fe; bis zu 0,10 % Ti; Rest A1 enthält.
Gemäß der Erfindung hat die das oben angegebene Problem lösende Legierung die folgende Gewichtszusammensetzung:
Die Gehalte an Si und Mg liegen in einem Rechteck, dessen Eckpunkte sind:
A' Si = 1,0 % Mg = 0,25 %
C Si = 1 % Mg = 0,5 %
D Si = 1,15 % Mg = 0,5 %
Si = 1,15 % Mg = 0,25 %
- der Gehalt an Cu liegt im Bereich von 0,5 bis 0,8 %
- der Gehalt an Mangan unter oder gleich 0,3 %
- der Gehalt an Eisen unter oder gleich 0,35 %
- die Gehalte an Cr und Zr jeweils unter 0,2 %
- andere Elemente jedes ≤ 0,05 % insgesamt ≤ 0,15 %
- Rest A1.
Für die Minimalwerte an Hauptelementen werden die oben angegebenen minimalen mechanischen Eigenschaften nicht erreicht.
Für Si öber der Grenze DF bestehen die Gefahren einer Ausscheidung von submikroskopischem elementar em Si, wenn die Lösungsglühung bei einer zu niedrigen Temperatur durchgeführt wird.
Für Mg über der Linie BC (d.h. Si/Mg < etwa 2) sind grobe Ausscheidungen von Mg&sub2;Si bei der Erstarrung möglich und schaden daher den Duktilitäts- und Tiefziehfähigkeitseigenschaften.
Für Cu ≥ 0,8 % wird der Festigkeitsgewinn bei den mechanischen Eigenschaften vernachlässigbar; außerdem verringern sich die Korrosionsbeständigkeit und die Tiefziehbarkeit.
Es ist möglich, der Zusammensetzung Antirekristallisierelemente, wie z. B. Mn, Cr und/oder Zr, jedoch in begrenzter Menge, zuzusetzen.
Der Gehalt an Mn ist nach oben begrenzt, da dieses Element in größerer Menge die folgenden Nachteile aufweist:
- es ruft die Erstarrung intermetallischer Verbindungen auf Basis von Fe, Mn, Si hervor, die die Verformungseignung der Legierung vermindern und Entfestigungen sowie Brüche bei den Formgebungsarbeitsgängen auslösen können;
- es erhöht die kritische Abschreckgeschwindigkeit und beschränkt daher die Möglichkeiten von Wärmebehandlungen für die dicken Erzeugnisse;
- es verleiht der Legierung ein ziemlich mittelmäßiges Verhalten gegenüber der Korrosion;
- es eignet sich nicht für Homogenisierungen kurzer Dauer, wie die allgemein in Durchlauföfen erhaltenen.
Cr und Zr haben ähnliche Wirkungen wie die des Mn und sind daher auch nach oben begrenzt.
Eine Vorzugszusammensetzung der Legierung gemäß der Erfindung weist daher einen Gehalt an Mn unter oder gleich 0,2 % und Gehalte an Cr und Zr von je ≤ 0,05 % auf.
Der angewandte Herstellungsablauf weist allgemein die folgenden Arbeitsgänge auf:
den kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Guß von Rohblöcken, eine eventuelle Homogenisierung, eine Warmverformung, eine eventuelle Kaltverformung, eine Lösungsglühung und ein Anlassen.
Zum Erhalten guter Eigenschaften der Legierung müssen diese Arbeitsgänge jedoch unter ziemlich engen Bedingungen durchgeführt werden.
So wird zur Begrenzung der Zeitdauer der späteren Lösungsglühung bevorzugt, die Legierung gut zu homogenisieren, indem man vermeidet, sie durch Schmelzen der eutektischen Phasen zu "brennen". Eine Homogenisierung bei hoher Temperatur zwischen 520 ºC und 560 ºC mit einer Haltezeit von 6 bis 24 h ist wünschenswert. Der Homogenisierung geht vorzugsweise ein langsamer Temperaturanstieg voraus.
Im Fall der Bleche und Bänder sind die groben Rekristallisationen in der Wärme (Korngröße über 80 um) die Quelle von makroskopischen, nach dem Tiefziehen sichtbaren und daher für diese Verwendung unerwünschten Deformationslinien.
Daher muß die Warmverformungsendtemperatur, um diese Rekristallisationen zu vermeiden, unbedingt zwischen 270º und 320 ºC sein.
Nach eventueller Kaltverformung wird die Legierung in vollständige Lösung gebracht. Dies findet im Temperaturbereich zwischen 520 und 560 ºC und vorzugsweise zwischen 530 º und 550 ºC beim Anstreben der Temperatur von 550 ºC statt.
Bei fakultativer Abwesenheit von Rekristallisations- Verhinderungselementen (Mn, Cr, Zr jeweils ≤ 0,05 %) muß der Temperaturanstieg vor der Lösungsglühung rasch (V ≥ 10 ºC/s) sein und die Lösungsglühung vorzugsweise in einem Durchlaufofen oder in einem Behandlungsofen Blech für Blech durchgeführt werden.
Die Behandlungsdauer variiert von einigen Sekunden bis zu einigen Minuten, ohne eine Stunde überschreiten zu können. Die so erhaltenen Bleche und Bänder weisen eine gute Isotropie und eine mittlere Korngröße auf, die allgemein 60 um nicht übersteigt.
Das Abschrecken muß rasch sein und hängt von der Dicke des Produkts ab. Für die Bleche und Bänder wird es allgemein in ruhiger oder gepulster Luft durchgeführt.
Nach den Arbeitsgängen der Kaltformgebung, wie z. B. Tiefziehen, Falzen, Biegen usw. und/oder einer solchen Verbindung wie Punktschweißung, werden die Teile einer Aushärtungsanlaßbehandlung unter den üblichen Bedingungen unterworfen; die Aushärtung ist auf die Ausscheidung der Phase Mg&sub2;Si und von komplexen AlCuMgSi-Phasen zurückzuführen. Das Anlassen wird typisch zwischen 8 und 12 h bei 165 ºC durchgeführt.
Es ist zu bemerken, daß in gewissen Fällen das Ausbacken von Oberflächenüberzügen, wie z. B. der Lacke oder Farben, obwohl kürzer und allgemein bei höherer Temperatur, ipso facto diese Behandlung verwirklicht.
Die Erfindung wird mit Hilfe der Fig. 1 besser verstanden, die den Zusammensetzungsbereich der Legierungen in der Mg-Si-Ebene wiedergibt, und wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht:
- Man goß halbkontinuierlich eine Platte von 1100x300x2850 mm³ der folgenden Gewichtszusammensetzung:
Si 1,05 %
Mg 0,4 %
Cu 0,7 %
Mn 0,25 %
Fe 0,24 %
Ti 0,035 %
Rest Al
Diese Platte wurde 8 h bei 530 ºC homogenisiert und unverzüglich bis zu 4 mm Dicke warmgewalzt, wobei die Endtemperatur des Walzens 300 ºC homogenisiert und unwurde kalt bis zu 1,2 mm Dicke weitergewalzt, dann im Durchlaufofen bei 550 ºC (in der Größenordnung von 1 min auf Temperatur) bei der Geschwindigkeit von 20 m/min lösungsgeglüht und im Nebel (Luft + Wasser) abgeschreckt.
Die am Blech von 1,2 mm Dicke in den Zuständen T4 und T6 in der Querlangrichtung erhaltenen Ergebnisse sind die folgenden: Zustand T4 (1 Monat)
Zum Vergleich weist eine Legierung folgender Gewichtszusammensetzung: Si: 1 %; Mg: 0,4 %, Cu: 0,15 %; Mn: 0,1 %; Rest Al und übliche Verunreinigungen, die dem gleichen Ablauf von Verformung und Wärmebehandlung wie oben ausgesetzt wurde, im Zustand T4 die folgenden Eigenschaften auf:

Claims

1. Aluminiumlegierung zur Herstellung tiefziehbarer Bleche, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Zusammensetzung die folgende (in Gew.%) ist:

- die Gehalte an Mg und Si liegen in einem Rechteck A'CDE' mit Koordinaten:

- das Cu liegt im Bereich von 0,5 bis 0,8 %

- die Elemente Cr und Zr jeweils unter 0,2 %

- Mn< 0,3 %

- Fe < 0,35 %

- andere Elemente: jedes < 0,05, % insgesamt, < 0,15 %

- Rest Al.

2. Legierung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mn-Gehalt unter oder gleich 0,2 % ist und Cr und Zr jeweils < 0,05 % ist.

3. Legierung nach einem der Anspüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße unter 80 um und vorzugsweise unter 60 um ist.

4. Verfahren zum Erhalten der Produkte nach einem der Anspüche 1 bis 3, das den kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Guß von Rohblöcken, eine eventuelle Homogenisierung, eine Warmverformung, eine eventuelle Kaltverformung, eine Lösungsglühung, ein Abschrecken, eine Formgebung beispielsweise durch Tiefziehen, Falzen, Biegen, und schließlich ein Anlassen vorsieht, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwarmverformung zwischen 270 und 320 ºC erfolgt.

5. Verfahren nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisierung oder die vollständige Lösungsglühung zwischen 520 und 560 ºC durchgeführt werden.

6.Verfahren nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisierung oder die Lösungsglühung zwischen 530 und 550 ºC erfolgen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösungsglühung ein Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit über 10º C/s vorausgeht.