EP1074636A1 - Aluminiumlegierung - Google Patents

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EP1074636A1
EP1074636A1 EP00116579A EP00116579A EP1074636A1 EP 1074636 A1 EP1074636 A1 EP 1074636A1 EP 00116579 A EP00116579 A EP 00116579A EP 00116579 A EP00116579 A EP 00116579A EP 1074636 A1 EP1074636 A1 EP 1074636A1
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alloy
aluminum
aluminum alloy
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Peter Dr. Czarnowski Von
Christian Dr. Dumont
Dirk Dr. Uffelmann
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Hydro Aluminium Deutschland GmbH
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Vereinigte Aluminium Werke AG
Vaw Aluminium AG
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium

Definitions

  • the invention relates to an aluminum alloy Manufacture of heat shields with one Alloy content of aluminum greater than 97%.
  • Al 99.5 has the following alloy proportions in addition to aluminum within the specified limits: Alloy component Value-to silicon 0.25% copper 0.05% magnesium 0.05% zinc 0.07% manganese 0.05% titanium 0.05% Other 0.03%
  • Al 99.5 is advantageous from the point of view of high heat shielding and high formability, but at the same time is problematic from various other aspects.
  • Al 99.5 has a low strength. When using heat shields in motor vehicle construction, however, considerable demands are placed on the strength, which result, for example, from the effects of the wind or spray water at high speeds and the impact of stone chips.
  • the low strength of Al 99.5 means that sheet metal parts with a greater thickness have to be used to ensure the required strength, which on the one hand increases the costs and on the other hand increases the weight of the heat shielding plate.
  • Al 99.5 has good deep-drawing properties due to the high elongation values.
  • the yield strength is, however, low at around 30 N / mm 2 .
  • the low proof stress of Al 99.5 limits the possibilities during the forming process in the manufacture of heat shielding plates.
  • the dynamic load pick-ups are made of Al 99.5 manufactured heat shields due to the strong Coarse grain formation insufficient.
  • the structural Reasons to use knobbed sheets, which is desirable per se is in connection with the use of Al 99.5 problematic, since dimensional stability is not guaranteed can be. This ensures this dimensional stability impaired that with knobbed sheets on the formed Knob areas with increased coarse grain formation must be expected after a heat load.
  • the invention is based on the object To provide aluminum alloy that a further improved formability compared to Al 99.5, improved strength, higher thermal Stability and less tendency to form coarse grains having.
  • the sum of the Alloy proportions of at most two Main alloy components exceeds at least a factor of 5.
  • the Overweight according to the invention of at most two for Al 99.5 main alloy components permitted according to DIN compared to the permissible according to DIN for Al 99.5 Remaining alloy components ensures that the aluminum alloy according to the invention clearly has a more homogeneous structure, resulting in strength and the stretchability is improved and at the same time the Tendency to coarse grain formation is reduced. At the same time the elasticity remains at least at the same level.
  • Aluminum alloy will double the Yield point while increasing strength guaranteed by up to 50% that the sum of the Alloy proportions of the skin care components Sum of the alloy proportions of the remaining alloy components by at least a factor of 10.
  • An optimization of the yield strength and the strength is in an aluminum alloy according to the invention ensures that the alloy content of manganese is between 0.35% and 0.45%.
  • An aluminum alloy according to the invention in iron the only main alloy component is one improved yield strength and strength compared to Al 99.5 with improved stretchability.
  • an inventive Aluminum alloy is used both in the event that iron and manganese form the main alloy components as well in the event that iron is the only one Main alloy component forms, thereby ensuring that the alloy content of iron between 1.25% and 1.35%.
  • the alloy portion of aluminum is at least 98%.
  • the alloy content of silicon is not 0.2% exceeds, it is ensured that the desired Increase in the yield strength and strength at least constant extensibility and reduced Coarse grain formation is achieved. Is for the same reasons it is advantageous if the alloy content of magnesium 0.003% and / or the alloy content of zinc 0.03 not exceeds.
  • An elongation limit improved to approximately 100 N / mm 2 is guaranteed with an aluminum alloy with proportions of the alloy components also approved according to DIN for Al 99.5 within the following limits: Alloy component Value of Value-to silicon 0.05% 0.1% copper 0.0% 0.05% magnesium 0.0% 0.003% zinc 0.0% 0.03% boron 0.0% 0.002% sodium 0.0% 0.001% lithium 0.0% 0.0002% iron 1.25% 1.35% manganese 0.35% 0.45% chrome 0.0% 0.02% titanium 0.0% 0.03% beryllium 0.0% 0.0% calcium 0.0% 0.001%
  • the alloy proportions for a first exemplary embodiment of an aluminum alloy according to the invention are now given below, which have an elastic limit of approximately 110 N / mm 2 , a breaking strength of 124 N / mm 2 and an elongation of approximately 45%.
  • the alloy proportions for such an aluminum alloy are as follows: Proportion of alloy Alloy component silicon 0.063% copper 0.005% magnesium 0.0016% zinc 0.0036% boron 0.001% sodium ⁇ 0.001% iron 1.34% manganese 0.37% chrome 0.0014% titanium 0.019%
  • the alloy proportions for a second exemplary embodiment of an aluminum alloy according to the invention are now given below, which have a yield strength of approximately 66 N / mm 2 , a strength of approximately 108 N / mm 2 and an extensibility of approximately 52%.
  • the alloying proportions for such an aluminum alloy are as follows: Proportion of alloy Alloy component silicon 0.08% copper 0.004% magnesium 0.0021% zinc 0.0044% boron 0.001% sodium ⁇ 0.001% iron 1.3% manganese 0.014% chrome 0.0012% titanium 0.02%

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung zur Herstellung von Wärmeabschirmblechen mit einem Legierungsanteil von Aluminium größer als 97%. Die Aufgabe, eine Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, die gegenüber Al 99,5 eine weiter verbesserte Umformbarkeit, eine verbesserte Festigkeit, eine höhere thermische Stabilität und eine geringere Neigung zur Grobkornbildung aufweist, wird dadurch gelöst, daß die Summe der Legierungsanteile von höchstens 2 Hauptlegierungskomponenten die Summe der Legierungsanteile der Restlegierungskomponenten um mindestens den Faktor 5 übersteigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung zur Herstellung von Wärmeabschirmblechen mit einem Legierungsanteil von Aluminium größer als 97%.
Aufgrund der für eine Wärmeabschirmung besonders vorteilhaften physikalischen Eigenschaften von Aluminium - hoher Reflektionsgrad im Infrarot-Bereich und sehr gute Wärmeleitfähigkeit - haben sich Aluminiumlegierungen als Werkstoff zur Herstellung von Wärmeabschirmblechen als Standardlösung durchgesetzt. Um die genannten physikalischen Eigenschaften des Aluminium umfangreich zu nutzen und den hohen Anforderungen an die Umformbarkeit des Werkstoffes bei der Herstellung von Wärmeabschirmblechen gerecht zu werden, werden zur Zeit etwa 80% der Wärmeabschirmbleche in Al 99,5 (AA1050) gefertigt. Eine hinreichend gute Umformbarkeit dieses Werkstoffs durch Tiefziehen ist gewährleistet, da die Dehnung (A5) von Al 99,5 bei etwa 45% liegt.
Nach DIN weist Al 99,5 neben Aluminium folgende Legierungsanteile in den angegebenen Grenzen auf:
Legierungskomponente Wert-bis
Silizium 0,25%
Kupfer 0,05%
Magnesium 0,05%
Zink 0,07%
Mangan 0,05%
Titan 0,05%
Sonstige 0,03%
Die Verwendung von Al 99,5 ist zwar unter den Gesichtspunkten hohe Wärmeabschirmung und hohe Umformbarkeit vorteilhaft, gleichzeitig jedoch unter verschiedenen anderen Aspekten problematisch. Zum einen weist Al 99,5 eine geringe Festigkeit auf. Beim Einsatz von Wärmeabschirmblechen im Kraftfahrzeugbau werden jedoch erhebliche Anforderungen an die Festigkeit gestellt, die sich beispielsweise aus den Einwirkungen des Fahrtwindes oder von Spritzwasser bei hohen Geschwindigkeiten sowie der Einwirkung von Steinschlag ergeben. Die geringe Festigkeit von Al 99,5 führt dazu, daß zur Gewährleistung der erforderlichen Festigkeit Blechformteile mit größerer Dicke eingesetzt werden müssen, was einerseits die Kosten erhöht und andererseits das Gewicht des Wärmeabschirmbleches vergrößert. Die geringe thermische Stabilität von Al 99,5 - Kriechen setzt bereits bei Temperaturen von über 150 °C ein - führt zu einer im Einsatz geringen Formstabilität, die jedoch zur Einhaltung der Abstände des Wärmeabschirmbleches gegenüber beispielsweise einem Katalysator und einem Fahrzeugunterboden zur Gewährleistung der erwünschten Wärmeabschirmung notwendig ist. Al 99,5 weist aufgrund der hohen Dehnungswerte, wie bereits erwähnt eine gute Tiefziehbarkeit auf. Die Dehngrenze ist mit etwa 30 N/mm2 jedoch gering. Die geringe Dehngrenze von Al 99,5 begrenzt die Möglichkeiten während des Umformprozesses bei der Herstellung von Wärmeabschirmblechen.
Ein weiteres Problem insbesondere im Dauereinsatz von Wärmeabschirmblechen besteht darin, daß Al 99,5 eine hohe Neigung zur Grobkornbildung insbesondere nach geringen Kaltumformungen aufweist. Diese Grobkornbildung, insbesondere bei der zwangsläufigen thermischen Belastung von Wärmeabschirmblechen, führt dazu, daß speziell in Radien die Gefahr einer Rißentstehung beispielsweise in Befestigungspunkten des Wärmeabschirmbleches besteht.
Auch sind die dynamischen Lastaufnahmen von aus Al 99,5 gefertigten Wärmeabschirmblechen aufgrund der starken Grobkornbildung unzureichend. Die aus strukturellen Gründen an sich erwünschte Verwendung von Noppenblechen ist in Verbindung mit dem Einsatz von Al 99,5 problematisch, da eine Formstabilität nicht gewährleistet werden kann. Diese Formstabilität wird dadurch beeinträchtigt, daß bei Noppenblechen an den umgeformten Noppenbereichen mit einer verstärkten Grobkornbildung nach einer Wärmebelastung gerechnet werden muß.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, die gegenüber Al 99,5 eine weiter verbesserte Umformbarkeit, eine verbesserte Festigkeit, eine höhere thermische Stabilität und eine geringere Neigung zur Grobkornbildung aufweist.
Erfindungsgemäß ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Summe der Legierungsanteile von höchstens zwei Hauptlegierungskomponenten die Summe der Legierungsanteile der Restlegierungskomponenten um mindestens den Faktor 5 übersteigt. Durch die erfindungsgemäße Übergewichtung von höchstens zwei für Al 99,5 nach DIN zulässigen Hauptlegierungskomponenten gegenüber den nach DIN für Al 99,5 zulässigen Restlegierungskomponenten ist gewährleistet, daß die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung ein deutlich homogeneres Gefüge aufweist, wodurch die Festigkeit und die Streckziehbarkeit verbessert ist und gleichzeitig die Neigung zur Grobkornbildung reduziert ist. Gleichzeitig bleibt die Dehnbarkeit zumindest auf gleichem Niveau.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aluminium-Legierung wird eine Verdoppelung der Streckgrenze bei gleichzeitiger Erhöhung der Festigkeit um bis zu 50% dadurch gewährleistet, daß die Summe der Legierungsanteile der Hautplegierungskomponenten die Summe der Legierungsanteile der Restlegierungskomponenten um mindestens den Faktor 10 übersteigt.
Eine Aluminiumlegierung mit besonders hoher Streckgrenze und guter Festigkeit bei gegenüber Al 99,5 gleichbleibender Dehnung ist dadurch gewährleistet, daß Eisen und Mangan die Hautplegierungskomponenten bilden.
Eine Optimierung der Streckgrenze und der Festigkeit ist bei einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung dadurch gewährleistet, daß der Legierungsanteil von Mangan zwischen 0,35% und 0,45% liegt.
Eine erfindungsgemäße Aluminiumlegierung bei der Eisen die einzige Hauptlegierungskomponente bildet, weist eine gegenüber Al 99,5 verbesserte Streckgrenze und Festigkeit bei gleichzeitig verbesserter Dehnbarkeit auf.
Die Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung werden sowohl für den Fall, daß Eisen und Mangan die Hauptlegierungskomponenten bilden als auch für den Fall, daß Eisen die einzige Hauptlegierungskomponente bildet, dadurch gewährleistet, daß der Legierungsanteil von Eisen zwischen 1,25% und 1,35% liegt.
Um die für Wärmeabschirmbleche vorteilhaften physikalischen Eigenschaften des Aluminiums möglichst umfangreich zu nutzen, ist es vorteilhaft, daß bei einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung der Legierungsanteil von Aluminium mindestens 98% beträgt.
Dadurch, daß der Legierungsanteil von Silizium 0,2% nicht übersteigt, ist gewährleistet, daß die erwünschte Erhöhung der Streckgrenze und der Festigkeit bei zumindest gleichbleibender Dehnbarkeit und reduzierter Grobkornbildung erreicht wird. Aus denselben Gründen ist es vorteilhaft, wenn der Legierungsanteil von Magnesium 0,003% und/oder der Legierungsanteil von Zink 0,03 nicht übersteigt.
Die nach DIN für Al 99,5 ebenfalls zulässigen Legierungsanteile Chrom und Titan beeinträchtigen die erwünschten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung auch oberhalb der nach DIN vorgegebenen Legierungsanteile zunächst nicht. Zur Gewährleistung der erwünschten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Legierungsanteil von Titan 0,03% und/oder der Legierungsanteil von Chrom 0,02% nicht übersteigt.
Die Legierungsanteile der weiteren nach DIN zulässigen Legierungskomponenten Kupfer, Natrium und Kalzium beeinträchtigen in den nach DIN zulässigen Legierungsanteilen die erfindungsgemäß gewährleisteten Eigenschaften nur geringfügig.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung zur Herstellung von Wärmeabschirmblechen auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die folgende Beschreibung von vorteilhaften Legierungszusammensetzungen:
Eine etwa auf 100 N/mm2 verbesserte Dehngrenze ist mit einer Aluminiumlegierung mit Anteilen von den auch nach DIN für Al 99,5 zugelassenen Legierungskomponenten innerhalb der folgenden Grenzen gewährleistet:
Legierungskomponente Wert-von Wert-bis
Silizium 0,05% 0,1%
Kupfer 0,0% 0,05%
Magnesium 0,0% 0,003%
Zink 0,0% 0,03%
Bor 0,0% 0,002%
Natrium 0,0% 0,001%
Lithium 0,0% 0,0002%
Eisen 1,25% 1,35%
Mangan 0,35% 0,45%
Chrom 0,0% 0,02%
Titan 0,0% 0,03%
Beryllium 0,0% 0,0%
Kalzium 0,0% 0,001%
Innerhalb der vorgegebenen Grenzen können die Legierungsanteile zur Einstellung verschiedener Eigenschaften der Aluminiumlegierung gezielt variiert werden.
Im folgenden werden nun die Legierungsanteile für ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung angegeben, die eine Dehngrenze von etwa 110 N/mm2, eine Bruchfestigkeit von 124 N/mm2 und eine Dehnung von etwa 45% aufweist. Die Legierungsanteile für eine derartige Aluminiumlegierung lauten wie folgt:
Legierungsanteil Legierungs komponente
Silizium 0,063%
Kupfer 0,005%
Magnesium 0,0016%
Zink 0,0036%
Bor 0,001%
Natrium <0,001%
Eisen 1,34%
Mangan 0,37%
Chrom 0,0014%
Titan 0,019%
Im folgenden werden nun die Legierungsanteile für ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung angegeben, die eine Streckgrenze von etwa 66 N/mm2, eine Festigkeit von etwa 108 N/mm2 und eine Dehnbarkeit von etwa 52% aufweist. Die Legierunsganteile für eine derartige Aluminiumlegierung lauten wie folgt:
Legierungsanteil Legierungskomponente
Silizium 0,08%
Kupfer 0,004%
Magnesium 0,0021%
Zink 0,0044%
Bor 0,001%
Natrium <0,001%
Eisen 1,3%
Mangan 0,014%
Chrom 0,0012%
Titan 0,02%

Claims (12)

  1. Aluminiumlegierung zur Herstellung von Wärmeabschirmblechen mit einem Legierungsanteil von Aluminium größer als 97%,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Legierungsanteile von höchstens 2 Hauptlegierungskomponenten die Summe der Legierungsanteile der Restlegierungskomponenten um mindestens den Faktor 5 übersteigt.
  2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Legierungsanteile der Hauptlegierungskomponenten die Summe der Legierungsanteile der Restlegierungskomponenten um mindestens den Faktor 10 übersteigt.
  3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß Eisen und Mangan die Hauptlegierungskomponenten bilden.
  4. Aluminiumlegierung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Mangan zwischen 0,35% und 0,45% liegt.
  5. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß Eisen die einzige Hauptlegierungskomponente bildet.
  6. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Eisen zwischen 1,25% und 1,35% liegt.
  7. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Aluminium mindestens 98% beträgt.
  8. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Silizium 0,2% nicht übersteigt.
  9. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Magnesium 0,003% nicht übersteigt.
  10. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Zink 0,03% nicht übersteigt.
  11. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Titan 0,03% nicht übersteigt.
  12. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsanteil von Chrom 0,02% nicht übersteigt.
EP00116579A 1999-08-05 2000-08-01 Verwendung von Blech aus einer Aluminiumlegierung für das Abschirmen von Wärme Expired - Lifetime EP1074636B1 (de)

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