DE69418855T2 - Al-si-mg-legierung mit verbesserter dehnbarkeit und tiefzieheigenschaften und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Al-si-mg-legierung mit verbesserter dehnbarkeit und tiefzieheigenschaften und verfahren zu deren herstellung

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Description

  • Die Erfindung betrifft Al-Si-Mg-Legierungen mit verbesserter Dehnbarkeit und Tiefzieheigenschaften, die in Form von Blechen oder Bändern verwendet werden, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Bleche oder Bänder sind besonders zum Tiefziehen und insbesondere für Autokarosserien bestimmt.
  • Bei gegebener mechanischer Festigkeit stellen die Dehnbarkeit und die Tiefziehfähigkeit die wesentlichen Eigenschaften der Bleche oder Bänder dar, die kalt verformt werden sollen, bevor ihre Oberflächen mit Beschichtungen, z. B. Lack, versehen und diese "gebrannt" werden.
  • Die in diesem Bereich verwendeten herkömmlichen Legierungen, wie die nach der Aluminium Association benannten Legierungen 6009, 6016, 6111 (im Patent US 4 614 552 beschrieben), weisen noch unzureichende mechanische Gebrauchs- und Formbarkeitseigenschaften auf.
  • Das Patent EP 0 375 572 der Anmelderin beschreibt eine Legierung bestehend aus (in Masse-%):
  • 0,9 bis 1,35% Si
  • 0,1 bis 0,5% Mg
  • Mn ≤ 0,3%
  • 0,5 bis 0,8% Cu
  • Fe ≤ 0,35%.
  • Die erfindungsgemäße Legierung enthält (in Masse-%):
  • 0,15 bis 0,65 Mn
  • 0,3 bis 0,6 Mg
  • 0,7 bis 1,2 Si
  • 0,1 bis 0,5 Cu
  • bis zu 0,4 Fe
  • bis zu (jeweils) 0,5 und (insgesamt) 0,15 weitere Elemente Rest Al.
  • Die bevorzugte Zusammensetzung ist die folgende:
  • 0,25 bis 0,45 Mn
  • 0,3 bis 0,5 Mg
  • 0,85 bis 1,10 Si
  • 0,1 bis 0,3 Cu
  • bis zu 0,3 Fe
  • Rest: Al + zwangsläufige Verunreinigungen.
  • Es ist bekannt, daß die Anwesenheit von Mn für die mechanische Festigkeit und die Verformbarkeit vorteilhaft ist; diese Wirkung macht sich bei über 0,1% bemerkbar; bei über 0,8% Mn bilden sich jedoch grobe Verbindungen (Al,Mn,Fe), die die Formbarkeit beeinträchtigen. Die Anmelderin stellte weiterhin fest, daß ein hoher Mn-Gehalt zu einer Homogenisierung der mikroskopischen Verformung führt, was für eine gute Verteilung der Verformungen günstig ist.
  • Bei Mg-Werten von unter 0,25% ist die Dehngrenze nach Brennen der Beschichtungen zu niedrig; Werte von über 0,8% haben eine unzureichende Formbarkeit und eine zu schnelle Kaltauslagerung zur Folge. Liegt der Si- Gehalt unter 0,5%, sind die mechanischen Eigenschaften zu schwach; bei Si > 1,3% entstehen grobe Primärverbindungen, die die Formbarkeit beeinträchtigen.
  • Beträgt der Kupfergehalt mehr als 0,9%, ist die (interkristalline) Korrosionsbeständigkeit unzureichend.
  • Bei einem Fe-Gehalt von über 0,5% entsteht ein grober Niederschlag, der für die Formbarkeit schädlich ist.
  • Das gewöhnlich verwendete Herstellungsverfahren umfaßt folgende Schritte:
  • - Abguß einer Legierung gegebener Zusammensetzung in Form von Barren oder Bändern
  • - eventuelle Homogenisierung
  • - Erwärmen und Warmwalzen
  • - Kaltwalzen
  • - Lösungsglühen
  • - Kaltformen im Zustand T4
  • - eventuelle Beschichtung der Oberfläche und "Brennen" dieser Beschichtung, beispielsweise eine Lackierung (die zur Aushärtung der Legierung beiträgt) - siehe z. B. US 4614552, US 4784921, US 4840852, WO 87/02712.
  • Die Anmelderin stellte fest, daß sich dieses Programm vereinfachen und/oder verbessern läßt, indem zum einen der Homogenisierungsschritt auf ein Erwärmen vor dem Warmwalzen reduziert wird und zum anderen ein schnelles Abschrecken und ein Vorauslagerungsschritt nach dem Abschrecken und vor der Kaltauslagerung eingeführt wird.
  • Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren mit den Schritten Abguß, Erwärmen, Warm- und eventuell Kaltwalzen, Lösungsglühen und Abschrecken, Kaltauslagerung sowie eventuell Beschichtung der Oberfläche und "Brennen" dieser Beschichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungstemperatur vor dem Warmwalzen und die Temperatur beim Eintritt ins Warmwalzwerk zwischen 460 und 520ºC liegt.
  • Ein Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit von 10ºC/h bis 150ºC/h und eine Haltetemperatur im Bereich von 460ºC bis 520ºC führen nämlich zu einer maximalen Dichte der Mn-Niederschläge Al(Fe,Mn)Si; ihre maximale Größe beträgt weniger als 0,2 um und ihre mittlere Größe weniger als 0,07 um. Nach erfolgtem Temperaturanstieg beträgt die Temperaturhaltezeit 30 min bis 24 h.
  • Die Temperatur am Ende des Warmwalzvorgangs ist vorzugsweise niedriger als 400ºC, wenn nicht sogar 350ºC.
  • Die feinen Mangan-Niederschläge bleiben bis zum Endstadium erhalten, und die Anmelderin stellt die Hypothese auf, daß die verbesserten Kaltverformungseigenschaften auf deren Anwesenheit zurückzuführen sind.
  • Das Lösungsglühen wird vorzugsweise bei 520 bis 570ºC und insbesondere bei 550 bis 570ºC während 5 min bis 1 h durchgeführt. Die durchschnittliche Abschreckgeschwindigkeit liegt vorzugsweise bei über 100ºC/sec.
  • Für geringe Haltezeiten kann ein Durchlaufofen verwendet werden.
  • Die Legierung wird typischerweise bei Raumtemperatur ausgelagert und erreicht innerhalb von ca. 15 Tagen eine stationäre Härte, Zustand, in dem sie geformt werden kann.
  • Nach Formen und eventueller Oberflächenbeschichtung kann die Legierung durch Warmauslagerung während des Brennens der Beschichtung ausgehärtet werden (bei 180ºC während 30 min). Es wurde allerdings festgestellt, daß eine zwischen 70 und 150ºC während 0,5 und 5 h nach dem Abschrecken durchgeführte Vorauslagerungsbehandlung bei einer auf herkömmliche Weise homogenisierten Legierung zu einer spürbaren Erhöhung des Verfestigungskoeffizienten n (nach Kaltauslagerung) und einer deutlichen Verbesserung der Festigkeitseigenschaften (nach Brennen der Beschichtungen) führt.
  • Der Verfestigungskoeffizient ist gleich n = d(Lnσ) /dε, wobei σ die von Mises- Last und ε die äquivalente von Mises-Verformung bei Zugverformungen von 5 bis 20% (ε = Ln (1110)) darstellt.
  • Fig. 1 zeigt die Entwicklung des Verfestigungskoeffizienten n im Kaltauslagerungszustand in Abhängigkeit von der Dehngrenze im verfestigten Zustand mit und ohne Vorauslagerungsbehandlung unter den in Beispiel 2 aufgeführten Bedingungen.
  • Die Erfindung wird durch folgende Beispiele besser verständlich.
  • Beispiel 1
  • Die Legierungen, deren Zusammensetzung in Tabelle I aufgeführt ist, wurden zu Barren mit einem Querschnitt von 1,25 · 0,6 m² verarbeitet, gefräst, erwärmt (Temperaturantiegsgeschwindigkeit: 46ºC/h; Haltetemperatur: 480ºC) und bei 480ºC Eintrittstemperatur und 310ºC Austrittstemperatur bis auf 4 mm Stärke warm- und dann bis auf 1,2 mm Stärke kaltgewalzt.
  • Das Lösungsglühen im Durchlaufofen wurde unter den in Tabelle II angegebenen Bedingungen durchgeführt, es erfolgte eine Nebelkühlung, und danach wurden die Bleche 15 Tage lang bei Raumtemperatur ausgelagert und anschließend geprüft.
  • Die dabei erhaltenen mechanischen Eigenschaften (Längsrichtung) und die Bruchverformungen ε f bei biaxialer Dehnung sind in Tabelle III aufgeführt.
  • Bei der biaxialen Dehnungsprüfung wird ein Blech mit den Maßen 300 · 300 · 1,2 mm, das von einem Rundblech von 250 mm Durchmesser gehalten wird, durch Wasserdruck verformt. Die Verformung wird an der Spitze des gebildeten Doms gemessen.
  • Dabei läßt sich feststellen, daß die erfindungsgemäße Legierung im Vergleich zu den nach älterer Technik hergestellten Legierungen verbesserte Formbarkeitseigenschaften aufweist. Gleichzeitig wird eine leichte Aushärtung festgestellt, nach der in der Erfindung nicht besonders gesucht wird.
  • Die Mn-Niederschläge haben eine mittlere Größe von 0,06 um bei einer maximalen Größe von 0,18 um. TABELLE I
  • * gehört nicht zum Gebiet der Erfindung TABELLE II TABELLE III
  • * nach der Erfindung
  • Beispiel 2
  • Eine Legierung mit folgender Zusammensetzung (in Masse-%) Si : 1,08 Fe : 0,10 Cu : 0,05 Mn : 0,38 Mg : 0,40
  • wurde zu 1,25 · 0,6 m² großen Platten gegossen, bei 520ºC während 33 h homogenisiert, zwischen 494 und 304ºC bis auf 1,2 mm Stärke warmgewalzt, bis auf 1,2 mm kaltgewalzt, in einem Konvektionsofen mit einem Temperaturanstieg in 30 min auf 560ºC und Halten dieser Temperatur während 5 min lösungsgeglüht und in Wasser bei 20ºC abgeschreckt.
  • 10 min nach dem Abschrecken wurden einige Proben einer 2-stündigen Vorauslagerungsbehandlung bei 100ºC ausgesetzt, während die anderen Vergleichsproben nicht behandelt wurden.
  • Die Zugversuche wurden 14 Tage nach dem Abschrecken durchgeführt, und einige Proben wurden nach einer 30-minütigen Warmauslagerung bei 180ºC geprüft, wobei die Brennbedingungen der Beschichtungen simuliert wurden.
  • Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle IV aufgeführt und graphisch in Fig. 1 dargestellt.
  • Festzustellen sind die günstigen Auswirkungen der Vorauslagerungsbehandlung auf den Koeffizienten n im Auslagerungszustand (T4) und auf die mechanischen Eigenschaften nach Brennen der Beschichtungen. TABELLE IV
  • * A25: Dehnung über 25 mm, gemessen
  • ** Au: Verteilte Dehnung
  • *** A50: Dehnung über 50 mm, berechnet

Claims (11)

1. Aluminiumlegierung für zum Tiefziehen bestimmte Bänder und Bleche, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält (in Masse-%):
0,15 bis 0,65 Mn
0,3 bis 0,6 Mg
0,7 bis 1,2 Si
0,1 bis 0,5 Cu
bis zu 0,4 Fe
bis zu (jeweils) 0,5 und (insgesamt) 0,15 weitere Elemente Rest Al.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält:
0,25 bis 0,45 Mn
0,3 bis 0,5 Mg
0,85 bis 1,10 Si
0,1 bis 0,3 Cu
bis zu 0,3 Fe.
3. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mn-Niederschläge vom Typ Al (Mn, Fe) Si enthält, deren mittlere Größe kleiner als 0,07 um und deren maximale Größe kleiner als 0,20 um ist.
4. Verfahren zur Herstellung von Blechen oder Bändern aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend ein Aufwärmen ohne Homogenisierung und ein Warmwalzen (und eventuell ein Kaltwalzen), ein Lösungsglühen und Abschrecken und eine Kaltauslagerung bei Raumtemtemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungstemperatur und die Temperatur zu Beginn des Warmwalzens zwischen 460 und 520ºC liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturhaltezeit 30 min bis 24 h beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit 10ºC/h bis 150ºC/h beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur am Ende des Warmwalzens niediger als 400ºC und vorzugweise niediger als 350ºC ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsglühen bei 520 bis 570ºC während 5 min bis 1 h erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltauslagerung bei Raumtemperatur mindestens 15 Tage dauert.
10. Verfahren zur Herstellung von Blechen oder Bändern aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend mindestens eine Homogenisierung oder ein Aufwärmen der Barren, ein Warmwalzen (und eventuell ein Kaltwalzen), ein Lösungsglühen und Abschrecken, eine Kaltauslagerung, ein Formen und ein Brennen der Beschichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abschrecken und Kaltauslagerung eine Vorauslagerungsbehandlung bei 70 bis 150ºC während einer Dauer von 0,5 bis 5 h durchgeführt wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines Bleches oder Bandes aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Abkühlungsgeschwindigkeit beim Abschrecken mehr als 100ºC/sec beträgt.
DE69418855T 1993-11-17 1994-11-15 Al-si-mg-legierung mit verbesserter dehnbarkeit und tiefzieheigenschaften und verfahren zu deren herstellung Revoked DE69418855T2 (de)

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