DE69519444T2

DE69519444T2 - Process for producing an aluminum sheet with excellent high speed super plasticity

Info

Publication number: DE69519444T2
Application number: DE69519444T
Authority: DE
Inventors: Kouichirou Takiguchi; Hiroki Tanaka; Hideo Yoshida
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2015-12-13
Also published as: JP3145904B2; EP0846781A4; EP0846781B1; JPH0959736A; US20010001969A1; DE69519444D1; WO1997008354A1; EP0846781A1

Description

FIELD OF INVENTION

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsblechs, das sich durch eine hervorragende Hochgeschwindigkeitssuperplastizität auszeichnet und insbesondere ein Verfahren für ein Al-Mg-Legierungsblech, das ein superplastisches Umformen bei einer hohen Umformgeschwindigkeit von 10&supmin;² bis 10&sup0;/s ermöglicht.[0001] The invention relates to a method for producing an aluminum alloy sheet which is characterized by excellent high-speed superplasticity and, in particular, to a method for an Al-Mg alloy sheet which enables superplastic forming at a high forming speed of 10-2 to 10-0 /s.

BACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Auf der Basis von Al-Mg-Legierungssystemen und unter Verwendung einer Technik zur Steuerung der Rekristallisation zur Erzielung feinerer Kristallkörner wurden superplastische Legierungen mit einer Dehnung von mehreren hundert Prozent in Hochtemperaturbereichen wie z. B. zwischen 500 und 550ºC entwickelt und werden heute in verschiedenen Anwendungen benutzt. Konventionelle superplastische Al-Mg-Legierungen zeigen jedoch die größte Dehnung bei einer Formänderungsgeschwindigkeit (d. h. Umformgeschwindigkeit) zwischen 10&supmin;&sup4; und 10&supmin;³/s, bei der es 30 bis 100 Minuten dauert, um z. B. einen gewöhnlichen Gebrauchsgegenstand zu formen. Dies entspricht einer Produktivität, die für ein kommerzielles Herstellungsverfahren unannehmbar gering ist. Aus diesem Grund sind superplastische Legierungen erforderlich, die bei einer sehr viel höheren Formänderungsgeschwindigkeit hergestellt werden können.[0002] Based on Al-Mg alloy systems and using a technique for controlling recrystallization to obtain finer crystal grains, superplastic alloys with an elongation of several hundred percent in high temperature ranges such as between 500 and 550°C have been developed and are used today in various applications. Conventional superplastic Al-Mg alloys, however, show the greatest elongation at a strain rate (i.e., forming rate) between 10-4 and 10-3/s, at which it takes 30 to 100 minutes to form, for example, an ordinary consumer article. This corresponds to a productivity that is unacceptably low for a commercial manufacturing process. For this reason, superplastic alloys that can be manufactured at a much higher strain rate are required.

[0003] Beispielsweise wird in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 72030/1992 ein Aluminiumblech mit 2,0 bis 6,0% Mg, 0,0001 bis 0,01% Be und 0,001 bis 0,15 % Ti sowie Fe und Si als Verunreinigungen, die jeweils kontrolliert bei 0,2% oder weniger vorliegen, vorgeschlagen, wobei der größte Korndurchmesser der auf Verunreinigungen basierenden intermetallischen Verbindungen auf 10 um oder weniger beschränkt wurde. Obwohl ein solches Erzeugnis tatsächlich eine Dehnung von 350% oder mehr bei einer Umformgeschwindigkeit von 10&supmin;³/s unter Warmumformungsbedingungen von 400ºC aufweist, nimmt die Dehnung mit steigender Formänderungsgeschwindigkeit ab und wird bei Umformgeschwindigkeiten von 10&supmin;²/s oder mehr unzureichend.[0003] For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 72030/1992, an aluminum sheet containing 2.0 to 6.0% of Mg, 0.0001 to 0.01% of Be, and 0.001 to 0.15% of Ti, and Fe and Si as impurities each controlled to 0.2% or less is proposed, with the largest grain diameter of the impurity-based intermetallic compounds limited to 10 µm or less. Although such a product actually has an elongation of 350% or more at a strain rate of 10-3/s under hot working conditions of 400°C, the elongation decreases as the strain rate increases and becomes insufficient at strain rates of 10-2/s or more.

[0004] Ein weiteres Aluminiumblech, offenbart in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 318145/ 1992, enthält 2 bis 5% Mg, 0,04 bis 0,10% Cu sowie wahlweise kleine Mengen von bestimmten Übergangselementen, nämlich Cr, Zr oder Mn, wobei Si und Fe als Verunreinigungen vorliegen, die kontrolliert 0,1% oder weniger bzw. 0,15% oder weniger betragen, wobei der Kristallkorndurchmesser bei 20 um oder weniger eingestellt/kontrolliert und der Korndurchmesser und das kubische Verhältnis der auf Übergangsmetallen basierenden intermetallischen Verbindungen innerhalb bestimmter spezifischer Bereiche gehalten wird. Auch bei einem solchen Legierungsblech können nur timformgeschwindigkeiten, die auf eine Größenordnung von 10&supmin;&sup4;/s beschränkt sind, angewendet werden, und es ist nicht für ein bei hohen Umformgeschwindigkeiten erfolgendes superplastisches Umformen bei einer höheren Umformgeschwindigkeit geeignet.[0004] Another aluminum sheet disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 318145/1992 contains 2 to 5% Mg, 0.04 to 0.10% Cu and optionally small amounts of certain transition elements, namely Cr, Zr or Mn, with Si and Fe present as impurities, which are controlled to be 0.1% or less and 0.15% or less, respectively, the crystal grain diameter is controlled to be 20 µm or less and the grain diameter and cubic ratio of transition metal-based intermetallic compounds are kept within certain specific ranges. Even with such an alloy sheet, only forming speeds limited to the order of 10-4/s can be applied, and it is not suitable for high-speed superplastic forming at a higher forming speed.

SUMMARY OF THE INVENTION

[0005] Die vorliegende Erfindung entstand als Ergebnis einer Reihe von verschiedenen Untersuchungen und umfassenden Experimenten, die die Beziehungen von Superplastizität bei verschiedenen Legierungsbestandteilen und deren quantitativen Kombinationen betrafen und die zusätzlich in Bezug auf jene mit einem Gehalt an Verunreinigungen und deren Verteilung sowie hinsichtlich der Kristallkorndurchmesser der auf Verunreinigungen basierenden intermetallischen Verbindungen durchgeführt wurden diese Untersuchungen und Experimente wurden in dem Versuch unternommen, die vorgenannten Nachteile von superplastischen Al-Mg-Aluminiumlegierungen zu überwinden. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumblechs durch die Präzisierung einer speziellen Verteilung von und eines besonderen Kristallkorndurchmesserbereichs für Al-Fe-Si- Verbindungen bereitzustellen, die durch die Beschränkung von Fe und Si als Verunreinigung kontrolliert werden, wobei eine superplastische Umformung mit hoher Umformgeschwindigkeit in einem Umformprozess bei einer hohen Formänderungsgeschwindigkeit verwendet wird, wie beispielsweise bei einer Umformgeschwindigkeit in einem Bereich von 10&supmin;² bis 10&sup0;/s.[0005] The present invention has been accomplished as a result of a series of various investigations and extensive experiments concerning the relationships of superplasticity among various alloy components and their quantitative combinations, and in addition those containing impurities and their distribution, as well as the crystal grain diameters of the impurity-based intermetallic compounds. These investigations and experiments were undertaken in an attempt to overcome the aforementioned disadvantages of superplastic Al-Mg-aluminum alloys. In particular, it is the object of the present invention to provide a method for producing an aluminum sheet by specifying a specific distribution of and a specific crystal grain diameter range for Al-Fe-Si compounds controlled by restricting Fe and Si as impurities, using a high strain rate superplastic forming in a forming process at a high strain rate, such as a strain rate in a range of 10-2 to 10-0 /s.

[0006] Die Erfindung ist durch das Verfahren nach Anspruch 1 wiedergegeben und die bevorzugten Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.[0006] The invention is represented by the method according to claim 1 and the preferred embodiments are shown in the dependent claims.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION AND PREFERRED EMBODIMENTS

[0007] Im Hinblick auf die Bedeutung der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Legierungsbestandteile und ihrer angegebenen Grenzwerte, wird als erstes Mg erwähnt, das die Legierung während der Warmumformung rekristallisieren läßt. Der Gehalt liegt in einem Bereich zwischen 3,0 und 8,0 %, wobei ein kleinerer Gehalt die Rekristallisation ungenügend fördert, während ein höherer Gehalt als 8,0% die Warmformbarkeit des Werkstoffs verringert. Cu andererseits verbessert die superplastische Dehnung des Al-Mg- Legierungssystems. Der Gehalt liegt in einem Bereich zwischen 0,05 und 0,50%, wobei ein Gehalt unter 0,05% keine genügende Dehnung ermöglicht, während ein Gehalt von mehr als 0,50% die Warmformbarkeit verringert.[0007] With regard to the importance of the alloying constituents described in the present invention and their stated limits, the first to be mentioned is Mg, which allows the alloy to recrystallize during hot forming. The content is in a range between 3.0 and 8.0%, with a smaller content not promoting recrystallization sufficiently, while a content higher than 8.0% reduces the hot formability of the material. Cu, on the other hand, improves the superplastic elongation of the Al-Mg alloy system. The content is in a range between 0.05 and 0.50%, with a content below 0.05% not allowing sufficient elongation, while a content higher than 0.50% reduces the hot formability.

[0008] Ti macht die Gußblockkristalle feinkörniger und verleiht der Legierung eine höhere Superplastizität. Der Gehalt liegt in einem Bereich zwischen 0,001 und 0,1%, wobei ein Gehalt unterhalb von 0,001% nicht die erwartete Wirkung erzielt und ein Gehalt von mehr als 0,1% grobe Verbindungen hervorbringt, die die Bearbeitbarkeit und die Duktilität verschlechtern. Mn und Cr machen die rekristallisierten Körner im Rekristallisierungsvorgangs der Legierung feiner, der während der Warmumformung auftritt. Der Gehalt liegt jeweils in einem Bereich von unter 0,10%, wobei ein Gehalt von mehr als 0,10% dazu führt, daß Bestandteilpartikel mit einer Korngröße von 1 um oder mehr vergrößert werden, wodurch sich die Superplastizität der Legierung verringert.[0008] Ti makes the ingot crystals finer and gives the alloy higher superplasticity. The content is in a range of 0.001 to 0.1%, with a content below 0.001% not achieving the expected effect and a content of more than 0.1% producing coarse compounds that deteriorate the machinability and ductility. Mn and Cr make the recrystallized grains finer in the recrystallization process of the alloy that occurs during hot working. The content is in a range of less than 0.10%, with a content of more than 0.10% causing constituent particles with a grain size of 1 µm or more to be enlarged, thereby reducing the superplasticity of the alloy.

[0009] Bei der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, Fe und Si als Verunreinigungen auf jeweils 0,06% oder weniger zu begrenzen. Diese Verunreinigungen bilden eine unlösliche Al- Fe-Si-Verbindung, die dazu neigt, sich entlang der Korngrenzen auszuscheiden, wodurch Hohlräume vergrößert werden, was die superplastische Dehnung beeinträchtigt. Vorzugsweise sollten Fe und Si bei jeweils 0,05% oder weniger kontrolliert werden. Es sei hier ebenfalls angemerkt, daß bis zu 50 ppm Be zugesetzt werden können, wie das auch bei normalen Al-Mg- Legierungen der Fall ist, um eine Oxidation der Schmelze zu verhindern.[0009] In the present invention, it is important to limit Fe and Si as impurities to 0.06% or less each. These impurities form an insoluble Al-Fe-Si compound that tends to precipitate along grain boundaries, thereby increasing voids and impairing superplastic elongation. Preferably, Fe and Si should be controlled at 0.05% or less each. It should also be noted here that up to 50 ppm Be may be added, as is the case with normal Al-Mg alloys, to prevent oxidation of the melt.

[0010] Bei dem Legierungsgefüge gemäß den bevorzugten Ausführungen der Erfindung verursacht die in der Legierungsmatrix vorliegende Al-Fe-Si-Verbindung das vorgenannte Problem und es ist besser, so wenig von dieser Verbindung zuzulassen wie möglich, wobei insbesondere die Grenze, ausgedrückt als Kornanzahl der Al-Fe-Si-Verbindung mit einem Korndurchmesser von 1 um oder mehr pro Quadratmillimeter Körnung, bei 2000 oder weniger liegen sollte, da bei einer Partikelzahl von 2000 oder mehr pro Quadratmillimeter Körnung die Hohlräume vergrößert werden, wodurch die superplastische Dehnung beeinträchtigt wird.[0010] In the alloy structure according to the preferred embodiments of the invention, the Al-Fe-Si compound present in the alloy matrix causes the above-mentioned problem and it is better to allow as little of this compound as possible, in particular the limit in terms of the number of grains of the Al-Fe-Si compound having a grain diameter of 1 µm or more per square millimeter of grain should be 2000 or less, since if the number of particles is 2000 or more per square millimeter of grain, the voids are enlarged, thereby impairing the superplastic elongation.

[0011] Vorzugsweise ist es erforderlich, den ursprünglichen mittleren Kristallkorndurchmesser im Aluminiumblech innerhalb eines Bereichs von 25 bis 200 um zu steuern. Wenn der ursprüngliche mittlere Kristallkorndurchmesser unter 25 um liegt, werden die ursprünglichen Kristallkörner neu gebildet, wenn es während der Warmumformung zur Rekristallisation kommt, wodurch es schwierig ist, ein Rekristallisationsgefüge mit sauberen Kristallkörnern zu erhalten, was eine Folge eines Rekristallisierungsvorgangs ist, der die Korngrenzen durch Ausscheidung der vorgenannten unlöslichen Verbindungen verschwinden läßt. Wenn der ursprüngliche mittlere Kristallkorndurchmesser größer als 200 um ist, tritt die Scherverformung innerhalb der Kristallkörner mit steigender Umformgeschwindigkeit in den Vordergrund, was zur Folge hat, daß die Kristallkörner leichter brechen, wodurch die superplastische Dehnung gedämpft wird.[0011] Preferably, it is necessary to control the original average crystal grain diameter in the aluminum sheet within a range of 25 to 200 µm. If the original average crystal grain diameter is below 25 µm, the original crystal grains are newly formed when recrystallization occurs during hot working, making it difficult to obtain a recrystallization structure with clean crystal grains, which is a result of a recrystallization process that breaks the grain boundaries by Precipitation of the aforementioned insoluble compounds makes it disappear. When the initial average crystal grain diameter is larger than 200 µm, the shear deformation within the crystal grains becomes prominent with increasing strain rate, which results in the crystal grains breaking more easily, thereby dampening the superplastic strain.

[0012] Es ist notwendig, das Aluminiumblech der vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur zwischen 350 und 550ºC umzuformen. Bei einer Temperatur unterhalb von 350ºC neigen Al-Mg- oder Al-Mg-Cu-Verbindungen dazu, sich entlang der Korngrenzen auszuscheiden und die Dehnung zu verringern. Dagegen neigen die Kristallkörner bei Umformungstemperaturen über 550ºC dazu, grober zu werden, was die Dehnung nachteilig beeinflußt. Der Bereich der Umformgeschwindigkeit während der Umformung liegt zwischen 10&supmin;² und 10&sup0;/s, wobei eine geringere Geschwindigkeit als 10&supmin;²/s eine Vergröberung der Kristallkörner verursacht, wodurch die Dehnung verringert wird, während, eine Umformgeschwindigkeit von mehr als 10&sup0;/s eine Scherverformung innerhalb der Kristallkörner erzeugt, wodurch Risse entstehen oder sich Ausscheidungen entlang der Korngrenzen bilden, was die Dehnung verringert.[0012] It is necessary to work the aluminum sheet of the present invention at a temperature between 350 and 550°C. At a temperature below 350°C, Al-Mg or Al-Mg-Cu compounds tend to precipitate along grain boundaries and reduce elongation. On the other hand, at working temperatures above 550°C, the crystal grains tend to become coarser, which adversely affects elongation. The range of strain rate during forming is between 10⁻² and 10⁰/s, with a speed lower than 10⁻²/s causing coarsening of the crystal grains, thus reducing the strain, while a strain rate higher than 10⁻²/s causing shear deformation within the crystal grains, causing cracks to form, or precipitates to form along the grain boundaries, thus reducing the strain.

[0013] Als Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Aluminiumblechs wird ein Aluminiumblech mit der oben genannten Zusammensetzung nach einem herkömmlichen Verfahren geschmolzen, gegossen und diffusionsgeglüht. Es ist vorteilhaft, das Diffusionsglühen bei einer Temperatur zwischen 450 und 550ºC durchzuführen. Bei Temperaturen unterhalb von 450ºC werden Mg oder Cu, die sich entlang der Korngrenze oder der Zellgrenze des Blocks durch Seigerung gebildet haben, nicht vollständig aufgelöst und können zu Rissen im folgenden Warmwalzschritt beitragen. Dagegen verursachen die Al-Mg- oder Al- Mg-Cu-Kristallisationsprodukte bei Temperaturen über 550ºC eine eutektische Verschmelzung, wodurch Risse während des Warmwalzverfahrens entstehen können.[0013] As a method for producing the aluminum sheet of the present invention, an aluminum sheet having the above composition is melted, cast and diffusion annealed according to a conventional method. It is advantageous to carry out the diffusion annealing at a temperature between 450 and 550°C. At temperatures below 450°C, Mg or Cu formed along the grain boundary or the cell boundary of the ingot by segregation are not completely dissolved and may cause cracks in the following hot rolling step. In contrast, the Al-Mg or Al-Mg-Cu crystallization products cause eutectic fusion at temperatures above 550ºC, which can cause cracks to form during the hot rolling process.

[0014] Nach dem Diffusionsglühen wird der Block warmgewalzt, um ein Gefüge zu erhalten, das günstig für einen Umformwerkstoff ist. Wobei die erforderliche Anfangstemperatur zum Warmwalzen zwischen 250 bis gerade unter 400ºC liegt. Wenn der Warmwalzprozeß bei einer Temperatur von unter 250ºC begonnen wird, ist der Umformwiderstand zu groß, wodurch ein ordnungsgemäßes Walzen schwierig wird. Liegt die Walztemperatur zu hoch, könnte dies die Verteilungsform der Ausscheidungen verändern, wodurch es schwierig wird, das erforderliche Kristallkorngefüge herzustellen und eine geeignete Verteilung der ausgeschiedenen Verbindungen zu erzielen.[0014] After diffusion annealing, the ingot is hot rolled to obtain a structure favorable for a forming material. The required starting temperature for hot rolling is between 250 to just below 400°C. If the hot rolling process is started at a temperature below 250°C, the resistance to deformation is too high, making proper rolling difficult. If the rolling temperature is too high, it could change the distribution form of the precipitates, making it difficult to produce the required crystal grain structure and to achieve a suitable distribution of the precipitated compounds.

[0015] Nach dem Warmwalzen ist ein Kaltwalzvorgang vorgesehen. Zusätzlich kann ein Zwischenglühen, sofern erforderlich, erfolgen. Das Fertigglühen des kaltgewalzten Materials sollte bei einer Temperatur zwischen 350 und 550ºC durchgeführt werden. Wenn das Glühen bei einer Temperatur unterhalb von 350ºC stattfindet, könnte die während des Kaltwalzens entstandene Isotropie nicht vollständig verschwinden, bei mehr als 550ºC könnte ein örtliches Schmelzen an der Rekristallisationsgrenze auftreten. Dabei wird es vorgezogen, das Fertigglühen in Form eines schnellen Glühprozesses durchzuführen, z. B. in, Form von Durchlaufglühen.[0015] After hot rolling, a cold rolling operation is provided. In addition, intermediate annealing can be carried out if necessary. The final annealing of the cold-rolled material should be carried out at a temperature between 350 and 550°C. If the annealing takes place at a temperature below 350°C, the isotropy created during cold rolling may not completely disappear, and at more than 550°C, local melting at the recrystallization limit may occur. It is preferred to carry out the final annealing in the form of a rapid annealing process, e.g. in the form of continuous annealing.

[0016] In der vorliegenden Erfindung werden die in der Matrix vorhandenen Al-Fe-Si-Verbindungen in einer bestimmten spezifischen Verteilung kontrolliert, indem der Gehalt an Fe und Si als Verunreinigungen in einem Al-Mg-Legierungssystem begrenzt und indem die Kombination der Herstellungsbedingungen an die Kombination der Legierungsbestandteile, wie oben beschrieben, angepaßt wird, während der Kristallkorndurchmesser innerhalb eines bestimmten spezifischen Bereiches gehalten wird, wodurch ein Legierungsgefüge und Merkmale entstehen, die remete Korngrenzen aufweisen mit weniger Verbindungen, die sich entlang dieser Grenzen gebildet haben, wodurch die Hohlraumbildung gedämpft wird. Rekristallisierte Körner mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 20 um oder weniger werden während einer Warmumformung gebildet, wodurch eine hervorragende Dehnung von 380% und mehr beim Hochgeschwindigkeitsumformen bei einer Umformgeschwindigkeit von 10&supmin;² bis 10&sup0;/s in einem Temperaturbereich von 350 bis 550ºC erzielt wird.[0016] In the present invention, the Al-Fe-Si compounds present in the matrix are controlled in a certain specific distribution by limiting the content of Fe and Si as impurities in an Al-Mg alloy system and by matching the combination of the manufacturing conditions to the combination of the alloy components as described above while keeping the crystal grain diameter within a certain specific range, thereby producing an alloy structure and features having uniform grain boundaries with fewer compounds formed along these boundaries, thereby dampening the void formation. Recrystallized grains with an average diameter of 20 µm or less are formed during hot forming, thereby achieving an excellent elongation of 380% and more in high-speed forming at a forming speed of 10-2 to 10-0/s in a temperature range of 350 to 550ºC.

EXAMPLES

[0017] Nachfolgend werden Beispiele praktischer Anwendungen und Vergleichsexperimente beschrieben, die zu der vorliegenden Erfindung gehören.[0017] Examples of practical applications and comparative experiments relating to the present invention are described below.

Example 1, Comparative Example 1

[0018] Aluminiumlegierungen auf der Basis von Al-Mg mit Zusaffimensetzungen, wie sie unten in Tabelle 1 aufgelistet sind, wurden geschmolzen und durch ein DC-Gießverfahren in Blöcke gegossen. Die entstandenen Blöcke wurden bei 530ºC für 10 Stunden auf eine Dicke von 30 mm diffusionsgeglüht und anschließend bei 390ºC auf eine Dicke von 4 mm warmgewalzt. Die Bleche wurden sodann auf eine Dicke von 2 mm kaltgewalzt und anschließend schnellgeglüht, indem zügig auf 480ºC erwärmt und diese Temperatur für 5 Minuten gehalten wurde. Aus diesen nach der vorgenannten Verfahrensweise entstandenen Prüfwerkstoffen hergestellte Proben wurden mit Hilfe eines Zugversuchs bei einer Umformgeschwindigkeit von 10&supmin;²/s bei 480ºC beurteilt. Tabelle 1 zeigt den durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser jeder Probe (gemessen an der Blechoberfläche), die Kornanzahl der Al-Fe-Si-Verbindung mit einem Durchmesser von 1 um oder mehr pro Quadratmillimeter Körnung sowie die Resultate der Dehnungsmessung. Es wird darauf hingewiesen, daß die Kornzählung der Verbindung unter Verwendung von Bildverarbeitungsmitteln erfolgte. TABELLE 1 [0018] Al-Mg based aluminum alloys with compositions as listed in Table 1 below were melted and cast into blocks by a DC casting process. The resulting blocks were diffusion annealed at 530°C for 10 hours to a thickness of 30 mm and then hot rolled at 390ºC to a thickness of 4 mm. The sheets were then cold rolled to a thickness of 2 mm and then flash annealed by rapidly heating to 480ºC and holding at that temperature for 5 minutes. Samples prepared from the test materials obtained by the above procedure were evaluated by a tensile test at a strain rate of 10⊃min;²/s at 480ºC. Table 1 shows the average crystal grain diameter of each sample (measured on the sheet surface), the number of grains of the Al-Fe-Si compound with a diameter of 1 µm or more per square millimeter of grain, and the results of strain measurement. It is noted that the grain count of the compound was carried out using image processing means. TABLE 1

[0019] Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, weist jeder der Werkstoffe Nr. 1 bis 5, die der vorliegenden Erfindung entsprechen, eine Dehnung von über 400% auf. Andererseits kam es sowohl bei Werkstoff Nr. 6 mit übermäßigem Cu-Gehalt und Werkstoff Nr. 7 mit übermäßigem Mg-Gehalt während des Warmwalzens zu einer Rißbildung, und es konnten keine Proben hergestellt werden. Ferner zeigt Werkstoff Nr. 8 eine geringere Dehnung aufgrund des übermäßigen Gehalts an den Verunreinigungen Fe und Si und der daraus resultierenden Anzahl von großen Körnern aus der Verbindung. Schließlich zeigt auch Werkstoff Nr. 9 mit einer ungenügenden Menge an Mg eine schlechte Dehnung aufgrund der mangelnden Rekristallisation während der Dehnungsverformung.[0019] As shown in Table 1, each of the materials Nos. 1 to 5 according to the present invention has an elongation of over 400%. On the other hand, both of the material No. 6 with an excessive Cu content and the material No. 7 with an excessive Mg content cracked during hot rolling and samples could not be prepared. Furthermore, the material No. 8 shows a lower elongation due to the excessive content of the impurities Fe and Si and the resulting number of large grains from the compound. Finally, the material No. 9 with an insufficient amount of Mg also shows a poor elongation due to the lack of recrystallization during the elongation deformation.

Example 2, Comparative Example 2

[0020] Aluminiumlegierungen auf Al-Mg-Basis mit Zusammensetzungen, wie sie unten in Tabelle 2 aufgeführt sind, wurden geschmolzen und in der gleichen Weise zu Blöcken gegossen, wie in den Bespielen 1 und mit Hilfe der gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 zu 2 mm dicken Prüfwerkstoffen umgeformt. Die Proben wurden anschließend mit Hilfe des gleichen Zugversuchs unter den gleichen Bedingungen beurteilt. Tabelle 2 enthält den durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser jeder Probe (gemessen an der Blechoberfläche), die Kornanzahl der Al-Fe-Si-Verbindung mit einem Durchmesser von 1 um oder mehr pro Quadratmillimeter Körnung sowie die Resultate der Dehnungsmessung. TABELLE 2 [0020] Al-Mg-based aluminum alloys having compositions as shown in Table 2 below were melted and cast into ingots in the same manner as in Examples 1 and formed into 2 mm thick test materials by the same procedures as in Examples 1. The samples were then evaluated by the same tensile test under the same conditions. Table 2 shows the average crystal grain diameter of each sample (measured on the sheet surface), the number of grains of Al-Fe-Si compound having a diameter of 1 µm or more per square millimeter of grain, and the results of the strain measurement. TABLE 2

[0021] Wie in Tabelle 2 zu sehen ist, weist jeder der Werkstoffe Nr. 10 bis 12, die der vorliegenden Erfindung entsprechen, eine Dehnung von mehr als 380% auf. Die beiden Werkstoffe Nr. 13 und 14 mit ihrem übermäßigen Mn-Gehalt und Werkstoff Nr. 15 mit seinem übermäßigen Cr-Gehalt zeigen dagegen alle eine geringere Dehnung aufgrund der exzessiven Verteilungsdichte der Körner aus der Al-Fe-Si-Verbindung, die gleich oder größer als 1 um im Durchmesser sind.[0021] As can be seen in Table 2, each of the materials Nos. 10 to 12 according to the present invention exhibits an elongation of more than 380%. On the other hand, both materials Nos. 13 and 14 with their excessive Mn content and material No. 15 with its excessive Cr content all exhibit a lower elongation due to the excessive distribution density of the Al-Fe-Si compound grains which are equal to or larger than 1 µm in diameter.

Examples 3, Comparative Example 3

[0022] Eine Aluminiumlegierung mit der gleichen Zusammensetzung wie der Werkstoff Nr. 5 in den Beispielen 1 wurde geschmolzen und in der gleichen Weise gegossen, wie in den Bespielen 1, wobei der entstandene Block bei 520ºC für 8 Stunden auf eine Dicke von 30 mm diffusionsgeglüht und anschließend bei einer Anfangstemperatur von 390ºC auf eine Dicke von 4 mm warmgewalzt wurde. Das Blech wurde dann auf eine Dicke von 2 mm kaltgewalzt und sodann durch schnelle Erhitzen auf 480ºC und Halten der Temperatur für 5 Minuten schnellgeglüht. Aus diesen nach dem vorgenannten Verfahren entstandenen Prüfwerkstoffen hergestellte Proben wurden durch einen Zugversuch bei verschiedenen Umformgeschwindigkeiten und Umformungstemperaturen, wie sie in Tabelle 3 angegeben sind, beurteilt. Die Ergebnisse der Dehnungsmessung sind wie in Tabelle 3 aufgeführt. Zur Orientierung: der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser (gemessen an der Blechoberfläche) jeder dieser Proben lag in einem, Bereich von 50 bis 60 um, wobei die Anzahl von Körnern der Al-Fe-Si-Verbindung mit einem Durchmesser von 1 um oder mehr pro Quadratmillimeter Körnung ebenfalls unter 2000 lag. Tabelle 3 [0022] An aluminum alloy having the same composition as the material No. 5 in Examples 1 was melted and cast in the same manner as in Examples 1, and the resulting ingot was diffusion annealed at 520°C for 8 hours to a thickness of 30 mm and then hot rolled at an initial temperature of 390°C to a thickness of 4 mm. The sheet was then cold rolled to a thickness of 2 mm and then flash annealed by rapidly heating to 480°C and holding the temperature for 5 minutes. Samples prepared from these test materials obtained by the above method were evaluated by a tensile test at various forming speeds and forming temperatures as shown in Table 3. The results of the elongation measurement are as shown in Table 3. For reference, the average crystal grain diameter (measured at the sheet surface) of each of these samples was in the range of 50 to 60 µm, with the number of Al-Fe-Si compound grains with a diameter of 1 µm or more per square millimeter of grain also being less than 2000. Table 3

[0023] Wie Tabelle 3 zeigt, weist jeder der Werkstoffe Nr. 16 bis 19, die der Erfindung entsprechen, eine Dehnung gleich oder größer 400% auf. Dagegen zeigt der Werkstoff Nr. 21 als Ergebnis eine verminderte Dehnung aufgrund seiner hohen Zugversuchstemperatur auf, wodurch grobe Kristallkörner entstanden. Die Werkstoffe Nr. 20 und Nr. 22 zeigen andererseits eine schlechte Dehnung aufgrund von groben Kristallkörnern, die sich während der Verformung wegen der zu geringen Umformgeschwindigkeit gebildet haben. Schließlich weist auch Werkstoff Nr. 23, bei dem eine zu hohe Umformgeschwindigkeit verwendet wurde, eine geringere, Dehnung auf.[0023] As shown in Table 3, each of the materials Nos. 16 to 19 according to the invention has an elongation equal to or greater than 400%. On the other hand, the material No. 21 shows a reduced elongation as a result of its high tensile test temperature, which caused coarse crystal grains to be formed. The materials Nos. 20 and 22, on the other hand, show poor elongation due to coarse crystal grains formed during deformation due to the too low strain rate. Finally, the material No. 23, in which too high a strain rate was used, also shows a lower elongation.

INDUSTRIAL APPLICATION

[0024] Wie zuvor beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Al-Mg- Aluminiumlegierungsblechs bereit, das beim Hochgeschwindigkeitsumformen eine hervorragende superplastische Dehnung aufweist, wie z. B. bei hohen Umformgeschwindigkeiten von 102 bis 10&sup0;/s bei einer hohen Temperatur, wobei ein superplastisches Umformverfahren, bei dem dieses Aluminiumblech verwendet wird, die Umformzeit verkürzt, um die Produktivität zu steigern.[0024] As described above, the present invention provides a method for producing an Al-Mg aluminum alloy sheet having excellent superplastic elongation in high-speed forming such as high forming speeds of 102 to 100 /s at a high temperature, and a superplastic forming process using this aluminum sheet shortens the forming time to increase productivity.

Claims

1. A method for producing an aluminum sheet having excellent high-speed superplasticity by melting an alloy, comprising:

3.0 to 8.0 wt% Mg, 0.001 to 0.1 wt% Ti, each -0.06 wt% or less Fe and Si, plus 0.05 to 0.50 wt% Cu, 0 to 50 ppm Be, not more than 0.10 wt% Mn, not more than 0.1 wt% Cr and the balance aluminum and unavoidable impurities,

Casting and diffusion annealing of the alloy followed by hot rolling at 250 to just under 400ºC and annealing of the aluminium sheet at 350 to 550ºC,

and forming the alloy thus produced at a strain rate of 10² to 10⁰/second and a temperature of 350 to 550ºC with an elongation of more than 380%.

2. The method of claim 1, wherein the controlled amounts of Fe and Si are 0.05 or less.

3. A method according to claim 1 or claim 2, wherein the number of grains of an Al-Fe-Si compound having a diameter of 1 µm or more per square millimeter of grain in the matrix structure of said alloy is 2000 or less.

4. A process according to claims 1, 2 or 3, wherein the average crystal grain diameter of an Al-Fe-Si compound is 25 to 200 µm.