EP2518173B1 - Verfahren zur Herstellung eines Blechstrukturbauteils sowie Blechstrukturbauteil - Google Patents

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EP2518173B1
EP2518173B1 EP12156533.7A EP12156533A EP2518173B1 EP 2518173 B1 EP2518173 B1 EP 2518173B1 EP 12156533 A EP12156533 A EP 12156533A EP 2518173 B1 EP2518173 B1 EP 2518173B1
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EP
European Patent Office
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carried out
heating
temperature
aluminium
cooling
Prior art date
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EP12156533.7A
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EP2518173A1 (de
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Friedrich Bohner
Jochen Dörr
Jochem Grewe
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Benteler Automobiltechnik GmbH
Original Assignee
Benteler Automobiltechnik GmbH
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
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    • C22F1/057—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with copper as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a sheet metal structural component for a motor vehicle according to the features in the preamble of patent claim 1.
  • heat treatment process heat treatment process or else heat aftertreatment process are known, with which on the one hand the moldability of the material used is extended, on the other hand, the mechanical properties can be selectively restored or adjusted after the forming operation.
  • components made of hardenable aluminum alloys are made of " Altenpohl, Dietrich: Aluminum from the inside, Aluminiumverlag, Dusseldorf, 1994
  • the components can be produced very well if they are shaped directly after the solution annealing of the starting state of the aluminum alloy or else at a temperature of at least 400 ° C.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for the production of sheet-metal structural components from an aluminum alloy, with which high degrees of freedom of shaping can be achieved and wherein there are no significant losses in the strength values of the sheet-metal structural component to be produced. It is a further object of the present invention to provide a corresponding sheet metal structural component.
  • the sheet metal structural component is formed from a precipitation-hardenable aluminum alloy
  • first an aluminum sheet board in the state T4 or T5 or T6 or T7 is provided.
  • the aluminum sheet is heated to a heating temperature between 100 ° C and 450 ° C.
  • the heated aluminum sheet is formed in a tool to the sheet metal structural component.
  • the formed sheet metal structural component is subjected to a subsequent heat post-treatment.
  • the transformation can first take place directly after heating to the heating temperature. It would also be conceivable to heat the sheet metal blank in the tool itself and directly reshape it. An alternative to this is that after heating to the heating temperature, the aluminum sheet is first cooled in air or quenched with a medium and then cold worked in a mold.
  • T4, T5, T6 or T7 are heat-treated states of an aluminum alloy in accordance with DIN EN 515.
  • state T4 means that the aluminum sheet is solution-annealed and cold-aged.
  • state T5 means that the aluminum sheet board is quenched from the thermoforming temperature and is warm-aged.
  • T6 means that the board is solution heat treated and warmed and T7 means that the board is solution annealed and overcured.
  • the heat post-treatment of the formed sheet metal structural component does not mean solution heat treatment, ie no post heat treatment above 450 ° C., which in turn means an additional energy and time saving in the production of a sheet metal structural component according to the invention.
  • a further advantage of the method according to the invention is that, by dispensing with a solution annealing treatment with subsequent quenching, component distortion or the use of an additional holding device can be avoided.
  • the heating to heating temperature is carried out in less than 60 minutes, preferably less than 30 minutes and in particular less than 10 minutes, so that the cycle times can be made particularly short in sheet metal structural components produced according to the invention. Furthermore, there is a high energy saving, due to the short heat pre-treatment. Overall, this makes the production process significantly cheaper.
  • the heating is carried out at least for alloys in state T4 particularly advantageous to more than 250 ° C, and for alloys in state T6 at least 300 ° C, since it has been shown by comparative studies that in such an alloy otherwise no mechanical properties comparable to the initial state achieve.
  • the heating is preferably carried out resistively, convectively, conductively and / or inductively and / or by means of heat radiation and / or by means of heat conduction.
  • heating may be performed by a combination of convection and thermal radiation in the oven.
  • Inductive heating can be carried out by means of induction heat generators. Depending on requirements, for example, can be heated only partially on the inductive heating or completely in an oven. Again, the type of heating depends on the size of the sheet metal blank used.
  • the heating is particularly preferred for less than 10 minutes, in particular less than 1 minute and most preferably within less than 15 Seconds performed. However, at least the heating is carried out for a fraction of a second, for example within 0.1 seconds, in particular 0.5 seconds and most preferably within 1 second.
  • a holding time of the temperature can optionally be particularly preferred.
  • the component is held for less than 5 minutes, in particular for less than 3 minutes at the heating temperature before it is transferred to the forming tool.
  • a relatively slow heating which is carried out in a period of about 5 to 10 minutes, a holding time before transfer into the forming tool can be completely eliminated.
  • such a heating is carried out in a continuous furnace, wherein during the passage of the continuous furnace due to the slow heating a replacement holding is already performed.
  • a heating by heat radiation can be carried out, for example, here would be an infrared heating or a Schurahlungser stiirmung, for example via hot air blower, or even to call a microwave heating.
  • heating via heat conduction is furthermore conceivable, heating by means of heat conduction being carried out here by direct contact with a heating plate or else with a heating means, for example in a forming tool or else in a preheating tool.
  • the aluminum sheet is formed without active cooling after heating.
  • a reduction of the heating temperature is only marginally carried out by the intermediate transfer from heating station to forming tool via the cooling in air.
  • the heat loss is in this case preferably less than 50 ° C., in particular less than 40 ° C. and particularly preferably less than 30 ° C.
  • the associated cooling process thus saves energy and production time.
  • the aluminum sheet board heated to heating temperature is passively cooled at room temperature by the ambient air and / or the heated Aluminum sheet board actively cooled, the active cooling is preferably carried out by contact with a medium and the forming is carried out after cooling.
  • the deformation in the forming tool itself is significantly carried out as cold forming.
  • the transformation takes place at less than 150 ° C, in particular less than 120 ° C and more preferably less than 100 ° C component temperature.
  • it can also be provided to perform the deterrence exclusively or in addition by blowing with gas, in particular air.
  • the active cooling is carried out by quenching, preferably the quenching is carried out in and / or with water.
  • the heated aluminum sheet can be immersed in a cooling tank in whole or wetted with water and / or sprayed.
  • quenching means direct contact with the water or an aqueous solution.
  • a rapid cooling is necessary, in particular in the case of aluminum alloys with an increased copper content, in order to ensure a freezing of the (partially) supersaturated microstructure state of the preceding heat treatment.
  • cooling rates of more than 100 ° C / s, preferably more than 250 ° C, more preferably more than 400 ° C / s are set.
  • the postheat treatment of the formed sheet metal structural component is carried out as precipitation hardening.
  • precipitation hardening is a heat treatment for increasing the hardness and strength of alloys. The method is based on the deposition of metastable phases in finely divided form, so that they represent an effective barrier to dislocation movements. The yield strength of metals can be raised so much.
  • Precipitation hardening is the most important way of increasing the strength of hardenable aluminum alloys because they are not curable by martensite formation.
  • precipitation hardening is to be understood as meaning a combined cold aging with artificial aging.
  • the applicant has come in the course of investigations to the surprising realization that to achieve the initial strength to a solution annealing by targeted control of the aging processes according to the characterizing part of the method claim can be dispensed with entirely without the mechanical properties in comparison to the normal process of precipitation hardening significantly worsen.
  • Cold aging is performed, for example, on aluminum alloys after heat treatment with final quenching. Due to the quenching itself, the precipitation of alloying elements which normally takes place during slow cooling is suppressed.
  • the alloying elements are in a supersaturated environment.
  • Quenching is followed by cold aging at room temperature.
  • the process is based on the aluminum grid attempting to segregate the alloying elements held in the solution. This leads to alloying element rich zones, which block the sliding plane of the structure stronger.
  • Cold aging is usually completed after several weeks or even months.
  • a temperature increase above room temperature preferably at 30 ° to 40 ° C, in particular 35 ° C, I can accelerate the process, with a cooling to below room temperature delays the cold aging.
  • cold aging is performed preferably at room temperature for less than 251 hours, followed by heat post-treatment at 70 ° C. to 120 ° C. for 5 to 15 hours.
  • the combined cold aging and artificial aging is performed in several stages, in particular the two-stage thermal aging.
  • the heat treatment subsequent to the cold aging is carried out in two stages, wherein after the aforementioned first post-heat treatment for 5 to 15 hours, at 70 ° to 120 °, a second heat treatment for 12 to 24 hours, at 100 ° to 200 ° C. ,
  • the inventive method is used in sheets having a sheet thickness between 0.1 and 15 mm, preferably between 0.5 and 10 mm. This ensures that the various heat treatment steps completely penetrate into the material used and thus can completely set a homogeneous desired structure.
  • an aluminum alloy is used, the aluminum alloy having the following alloying elements, expressed in percent by weight: zinc (Zn) [%]: 2 to 8%, magnesium (Mg) [%]: 0.3 to 5.5%, chrome (Cr) [%]: 0.05 to 1%, zirconium (Zr) [%]: 0.04 to 0.5%, copper (Cu) [%]: ⁇ 4.5% manganese (Mn) [%]: ⁇ 1.0%, iron (Fe) [%]: ⁇ 0.8%, silicon (Si) [%]: ⁇ 0.7%, titanium (Ti) [%]: ⁇ 0.5%, Zirconium + titanium (Zr + Ti) [%]: 0.04 to 0.5%, aluminum (Al) [%]: rest
  • components having a tensile strength of at least 300 MPa and a yield strength of at least 250 MPa can be produced at an elongation at break of at least 12%, a yield strength of more than 300 MPa with an elongation at break of more than 14% being particularly preferably achieved ,
  • FIG. 1 shows a time-temperature diagram of an inventively performed forming process with cold aging and two-stage post-heat treatment.
  • the temperature T is entered on the ordinate and the time Z on the abscissa.
  • a time t1 of a maximum of 60 minutes is recorded.
  • the transfer into the mold 2 begins, wherein between the beginning of transfer 2 and the beginning of forming 3 only a slight drop in temperature and a short time t 2 pass.
  • the formed component is cooled.
  • the cooling is preferably carried out actively for a period t3 ', so that a cold aging start 4 can begin at about room temperature RT.
  • the cold aging in the component is then carried out for a period t4. If the cold aging is carried out for a specific time period t4 at room temperature RT, then in a multistage heat post-treatment, first warm-aging 5 takes place in a first stage and the temperature of the first stage is kept constant for a period t5. Following this, the temperature is increased to the second stage 6 and again kept constant for a period t6. Subsequently, it is cooled again to room temperature RT.
  • the cooling here can be active and / or passive.
  • FIG. 2 shows a time-temperature diagram of another.
  • the metal sheet is heated to a heating start 1 over a period t1 of a maximum of 60 minutes to a heating temperature. If the heating temperature is reached, this temperature is kept substantially constant over a holding time t1 'and then begins the transfer into a forming tool 2, in which case only one low temperature drop during the transfer time t2 is recorded. Thereafter, the transformation begins, wherein only at the end of the transformation 3 'in the time t3 is cooled rapidly or in the air to room temperature RT. Following this, a cold aging 4 takes place.
  • FIG. 3 shows a further embodiment, in which case again the sheet metal blanket is heated from a warming start 1 to a heating temperature, and is transferred from reaching the heating temperature in a mold 2. Following this, a transformation takes place, wherein between Umformbeginn 3 and forming end 3 'takes place a cooling function of the mold temperature. With the present tool, the cooling takes place almost to room temperature RT. Thereafter, there is a direct heating to a first stage for hot aging 5 instead. This is held for a period t5 and then there is a heating to a second stage for hot aging 6, which in turn is held for a period of the second stage t6. This is then subsequently cooled or quenched to room temperature RT.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the method according to the invention, in which case after heating to the heating temperature followed by cooling at room temperature RT, the sheet metal blank is reshaped.
  • the cold aging 4 starts, which is held for a period t4.
  • the cold aging is followed by heating to a first stage for hot aging 5, wherein after reaching a first temperature for hot aging for a period t5, the first stage of the aging process is kept constant.
  • it is heated to a second stage for hot aging 6, wherein the second temperature of the heat aging is again kept constant for a period t6.
  • the second stage of aging is complete, it is cooled or quenched to RT.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment, the analog FIG. 4 is constructed, in which case the cold aging after the end of the conversion 3 'is dispensed with and is stored directly warm.
  • FIG. 6 shows the obtained mechanical strength properties of various aluminum alloys in comparison.
  • the yield strength is shown in the dimension on the left in Megapascal and the elongation at break A50 in the dimension on the right in percent.
  • sheet metal blanks in the condition T6 (A) and T4 (B) are each shown with yield strength and elongation at break.
  • a board (C) after completion of the inventive method according to FIG. 1 presented as well as a 4-week only cold-discharged board (D). It can be seen that the yield strength with respect to the initial states T6 (A) or T4 (B) is approximately the same in a process used according to the invention.
  • the yield strength exceeds almost three times the yield strength set here.
  • the elongation at break is maintained at a good level between the state T6 (A) and T4 (B) in a device manufactured by the method of the present invention.
  • FIG. 7 shows a time-temperature diagram of an inventively performed forming process with cold aging and two-stage post-heat treatment.
  • the temperature T is entered on the ordinate and the time Z on the abscissa.
  • a time t1 of a maximum of 60 minutes is recorded.
  • the transfer into the mold 2 begins, wherein between the beginning of transfer 2 and the beginning of forming 3 only a slight drop in temperature and a short time t 2 pass.
  • the workpiece is then cooled from the beginning of forming 3 to the forming end 3 'so that it has a temperature at forming end 3' that is substantially at room temperature RT or substantially slightly above room temperature RT.
  • the component is kept at room temperature RT or else cooled from the temperature slightly above the room temperature RT to room temperature RT, which is carried out in the time t3 'between the forming end of the cold aging start.
  • the cold aging 4 starts at room temperature RT, wherein the cold aging is maintained for a period t4. If the cold aging is carried out for a specific time period t4 at room temperature RT, in a multistage heat post-treatment first warm-aging is carried out in a first stage 5 and the temperature of the first stage is kept constant for a period t5. thereto Subsequently, the temperature is increased to the second stage 6 and again kept constant for a period t6. Subsequently, it is then cooled again to room temperature RT in a cooling time.
  • the cooling here can be active and / or passive.
  • FIG. 8 shows the application of a method according to the invention on a forming line, wherein first a board 11 is provided as curable light metal plate in the state T4, T5, T6 or T7. This is located at the position A. Subsequently, the board is heated in a heating device 12, which according to the invention, for example, conductively, inductively or in other heating methods mentioned in the invention can be performed.
  • the heating device 12 is in the position B. More preferably, the heating takes place in a period of less than 10 minutes, in particular less than 1 minute.
  • the component is then transferred directly into the forming tool. If the heating temperature is maintained, this is preferably carried out for less than 3 minutes.
  • the board is heated for a period of less than 15 seconds and kept at the heating temperature for a period of less than 5 minutes before being transferred to the forming tool.
  • a forming station 13 which in the FIG. 8 at the position C is shown.
  • the forming tool of the forming station 13 is not tempered, so that it has substantially room temperature RT.
  • the heated board 11 is quenched during the forming.
  • the forming tool can also be actively cooled, so that the heated board 11 is initially only slightly cooled during the forming and then quenched by the active cooling.
  • a removal from the forming tool and a transport to position D takes place.
  • This is a storage at room temperature RT, so that the formed sheet metal blanks can cold outsource. This is preferably carried out at room temperature RT, in particular for a period of about 80 hours.
  • From the storage position D then takes a Transfer to position E.
  • This is a first furnace 14 in which a hot aging process is performed, in particular in the example shown here at about 90 ° C and for a period of 10 hours.
  • a transfer to a second furnace 15 in the region of position F takes place.
  • a second hot aging stage particularly preferably about 150 ° C., takes place for a period, particularly preferably 18 hours.
  • the first and the second furnace 14, 15 may also be a two-zone furnace, through which the component is then guided for the period of thermal aging.
  • the illustration of the method according to the invention FIG. 8 is also applicable to the various positions for all other arbitrary process variants as well as time periods and temperature ranges according to the present invention.
  • the component strength properties according to the column C in FIG. 6 adjust. These are especially in a range of tensile strength at least 280 MPa to 500 MPa, preferably from at least 300 MPa to 450 MPa. Furthermore, the components have a yield strength of at least 230 MPa to 500 MPa, preferably at least 250 MPa to 450 MPa.
  • elongation at break of at least 12%.
  • a yield strength of more than 300 MPa is achieved with an elongation at break of more than 14%.
  • the above values are considered limited at 500 MPa and 20%.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Blechstrukturbauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind zur Herstellung von Blechstrukturbauteilen verschiedene Umformoperationsmöglichkeiten bekannt. Die erreichbaren Formgebungsgrenzen werden dabei durch den Umformprozess sowie den eingesetzten Werkstoff vorgegeben, und sind durch entsprechende Wärmebehandlungsmöglichkeiten erweiterbar.
  • Hierzu sind wiederum Wärmevorbehandlungsverfahren, Wärmezwischenbehandlungsverfahren oder aber auch Wärmenachbehandlungsverfahren bekannt, mit denen zum einen die Formbarkeit des eingesetzten Werkstoffes erweitert wird, zum anderen die mechanischen Eigenschaften nach der Umformoperation gezielt wiederhergestellt oder aber eingestellt werden können.
  • Insbesondere bei der Herstellung von Umformbauteilen aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen sind aus "Altenpohl, Dietrich: Aluminium von innen, Aluminiumverlag, Düsseldorf, 1994" Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen bekannt. Demnach lassen sich die Bauteile insbesondere sehr gut herstellen, wenn sie direkt nach dem Lösungsglühen des Ausgangszustandes der Aluminiumlegierung oder aber bei einer Temperatur von mindestens 400° C umgeformt werden.
  • Die gute Umformbarkeit geht jedoch einher mit einsprechenden Einbußen bei den mechanischen Festigkeitswerten des Bauteils nach der Umformung.
  • Insbesondere im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen ist es jedoch zum einen gewünscht, hohe Formgebungsfreiheitsgrade zu erreichen, so dass entsprechend der Funktion oder aber Designanforderung, komplex geformte Bauteile geschaffen werden können, die zum anderen zumeist Bestandteil einer selbsttragenden Kraftfahrzeugkarosserie sind. Darüber hinaus bildet ein großer Teil der selbsttragenden Kraftfahrzeugkarosserie die Fahrgastsicherheitszelle, was wiederum hohe Festigkeitsanforderungen bezüglich eines potentiellen auftretenden Fahrzeugcrashes erfordert.
  • Aus der US 4 090 889 A oder der US 6 033 499 A ist es bekannt, eine Aluminiumblechplatine bereitzustellen, diese auf eine Erwärmungstemperatur zur erwärmen und im Anschluss umzuformen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Blechstrukturbauteilen aus einer Aluminiumlegierung bereitzustellen, mit dem hohe Formgebungsfreiheitsgrade erreichbar sind und wobei keine merklichen Einbußen bei den Festigkeitswerten des herzustellenden Blechstrukturbauteils zu verzeichnen sind. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Blechstrukturbauteil bereitzustellen.
  • Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Herstellen eines Blechstrukturbauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
  • Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zum Herstellen eines Blechstrukturbauteils für ein Kraftfahrzeug, wobei das Blechstrukturbauteil aus einer ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierung ausgebildet ist, zunächst eine Aluminiumblechplatine in dem Zustand T4 oder T5 oder T6 oder T7 bereitgestellt. Im Anschluss daran wird die Aluminiumblechplatine auf eine Erwärmungstemperatur zwischen 100°C und 450°C erhitzt. Hieran anschließend wird die erwärmte Aluminiumblechplatine in einem Werkzeug zu dem Blechstrukturbauteil umgeformt. Wiederum im Anschluss daran wird das umgeformte Blechstrukturbauteil einer anschließenden Wärmenachbehandlung unterzogen.
  • Die Umformung kann zunächst direkt nach der Erwärmung auf Erwärmungstemperatur erfolgen. Es wäre auch vorstellbar, die Blechplatine in dem Werkzeug selbst zu erwärmen und direkt umzuformen. Eine Alternative dazu ist, dass die Aluminiumblechplatine nach dem Erwärmen auf Erwärmungstemperatur zunächst an Luft abgekühlt wird oder aber mit einem Medium abgeschreckt wird und anschließend in einem Werkzeug kalt umgeformt wird.
  • Bei der Bezeichnung T4, T5, T6 oder T7, handelt es sich um wärmebehandelte Zustände einer Aluminiumlegierung gemäß DIN EN 515. Hiernach bedeutet der Zustand T4, dass die Aluminiumblechplatine lösungsgeglüht und kalt ausgelagert ist. Der Zustand T5 bedeutet, dass die Aluminiumblechplatine abgeschreckt aus der Warmformgebungstemperatur und warmausgelagert ist. T6 bedeutet, dass die Platine lösungsgeglüht und warmausgelagert ist und T7 bedeutet, dass die Platine lösungsgeglüht und überhärtet ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Herstellung von komplexen Formteilen möglich, die ohne Erwärmung der Platine nicht produzierbar wären, da die Temperaturerhöhung die Umformeigenschaft von aushärtbaren Aluminiumknetlegierungen deutlich verbessert. Die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeitseigenschaften am Ende des erfindungsgemäßen Verfahrens, sind annähernd gleich der mechanischen Festigkeitseigenschaften der Aluminiumblechplatinen im Ausgangszustand. Erfindungsgemäß ist unter der Wärmenachbehandlung des umgeformten Blechstrukturbauteils keine Lösungsglühbehandlung zu verstehen, also keine Wärmenachbehandlung über 450°C, was wiederum eine zusätzliche Energie- und Zeiteinsparung bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Blechstrukturbauteils bedeutet. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass durch den Verzicht auf eine Lösungsglühbehandlung mit anschließender Abschreckung ein Bauteilverzug bzw. der Einsatz einer zusätzlichen Haltevorrichtung vermieden werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird die Erwärmung auf Erwärmungstemperatur in weniger als 60 Minuten, vorzugsweise weniger als 30 Minuten und insbesondere weniger als 10 Minuten durchgeführt, so dass die Taktzeiten bei erfindungsgemäß hergestellten Blechstrukturbauteilen besonders kurz gestaltet werden können. Weiterhin erfolgt eine hohe Energieeinsparung, aufgrund der nur kurzen Wärmevorbehandlung. Insgesamt wird hierdurch der Produktionsprozess deutlich kostengünstiger.
  • Die Erwärmung wird zumindest bei Legierungen im Zustand T4 besonders vorteilhaft auf mehr als 250°C, und bei Legierungen im Zustand T6 mindestens 300°C durchgeführt, da sich durch vergleichende Untersuchungen gezeigt hat, dass sich bei derartigen Legierung ansonsten keine den Ausgangszustand vergleichbaren mechanischen Kennwerte erzielen lassen.
  • Die Erwärmung erfolgt dabei vorzugsweise resistiv, konvektiv, konduktiv und/oder induktiv und/oder mittels Wärmestrahlung und/oder mittels Wärmeleitung. Beispielsweise kann eine Erwärmung durch eine Kombination von Konvektion und Wärmestrahlung im Ofen durchgeführt werden. Eine induktive Erwärmung kann mittels Induktionswärmeerzeugern durchgeführt werden. Je nach Anforderung kann beispielsweise über die induktive Erwärmung nur partiell erwärmt werden oder aber in Gänze in einem Ofen. Wiederum abhängig ist die Erwärmungsart von der Größe der verwendeten Blechplatine.
  • Besonders bevorzugt wird die Erwärmung für weniger als 10 Minuten, insbesondere weniger als 1 Minute und ganz besonders bevorzugt innerhalb von weniger als 15 Sekunden durchgeführt. Mindestens jedoch wird die Erwärmung für den Bruchteil einer Sekunde durchgeführt, beispielsweise innerhalb von 0,1 Sekunden, insbesondere 0,5 Sekunden und ganz besonders bevorzugt innerhalb von 1 Sekunde. Im Anschluss an die Erwärmungszeit kann sich optional besonders bevorzugt eine Haltezeit der Temperatur anschließen. Besonders bevorzugt wird das Bauteil für weniger als 5 Minuten, insbesondere für weniger als 3 Minuten auf der Erwärmungstemperatur gehalten, bevor es in das Umformwerkzeug transferiert wird. Bei einer relativ langsamen Erwärmung, die in einem Zeitraum von circa 5 bis 10 Minuten durchgeführt wird, kann eine Haltezeit vor dem Transfer in das Umformwerkzeug vollständig entfallen. Insbesondere wird eine solche Erwärmung in einem Durchlaufofen durchgeführt, wobei während des Passierens des Durchlaufofens aufgrund der langsamen Erwärmung ein ersatzweises Halten bereits durchgeführt wird.
  • Alternativ kann auch eine Erwärmung durch Wärmestrahlung durchgeführt werden, beispielsweise wäre hier eine Infraroterwärmung oder aber eine Heizstrahlungserwärmung, beispielsweise über Heißluftgebläse, oder aber auch eine Mikrowellenerwärmung zu nennen. Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin eine Erwärmung über Wärmeleitung vorstellbar, wobei hier durch einen direkten Kontakt mit einer Heizplatte oder aber einem Heizmittel, beispielsweise in einem Umformwerkzeug oder aber in einem Vorwärmwerkzeug, die Erwärmung mittels Wärmeleitung durchgeführt wird.
  • Besonders bevorzugt wird die Aluminiumblechplatine ohne aktives Abkühlen nach dem Erwärmen umgeformt. Hierbei wird eine Reduktion der Erwärmungstemperatur nur marginal durch den Zwischentransfer von Erwärmungsstation zu Umformwerkzeug über die Abkühlung an der Luft durchgeführt. Der Wärmeverlust beträgt hierbei vorzugsweise weniger als 50° C, insbesondere weniger als 40° C und besonders bevorzugt weniger als 30° C. Durch den entfallenden Kühlprozess wird somit wiederum Energie und Produktionszeit eingespart.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird die auf Erwärmungstemperatur erwärmte Aluminiumblechplatine passiv bei Raumtemperatur durch die Umgebungsluft abgekühlt und/oder die erwärmte Aluminiumblechplatine aktiv abgekühlt, wobei die aktive Abkühlung vorzugsweise durch Kontakt mit einem Medium erfolgt und die Umformung nach dem Abkühlen durchgeführt wird. Hierbei wird die Umformung in dem Umformwerkzeug selber maßgeblich als Kaltumformung durchgeführt. Vorzugsweise findet die Umformung bei weniger als 150° C, insbesondere weniger als 120° C und besonders bevorzugt weniger als 100° C Bauteiltemperatur statt. Natürlich kann auch vorgesehen werden, die Abschreckung ausschließlich oder ergänzend durch Anblasen mit Gas, insbesondere Luft, durchzuführen.
  • Besonders bevorzugt wird die aktive Abkühlung durch Abschrecken durchgeführt, vorzugsweise wird das Abschrecken in und/oder mit Wasser durchgeführt. Insbesondere kann im Rahmen der Erfindung die erwärmte Aluminiumblechplatine in ein Abkühlungsbecken in Gänze eingetaucht werden oder aber mit Wasser benetzt und/oder besprüht werden. In jeder Hinsicht ist hier unter dem Abschrecken ein direkter Kontakt mit dem Wasser oder einer wässrigen Lösung zu verstehen.
  • Ein schnelles Abkühlen ist insbesondere im Falle von Aluminiumlegierungen mit erhöhtem Kupferanteil notwendig, um ein Einfrieren des (teil)übersättigten Gefügezustandes der vorhergehenden Wärmebehandlung sicherzustellen. Vorzugsweise werden Abkühlgeschwindigkeiten von mehr als 100°C/s, vorzugsweise mehr als 250°C, besonders bevorzugt mehr als 400°C/s eingestellt.
  • In einer Ausführungsvariante wird die Wärmenachbehandlung des umgeformten Blechstrukturbauteils als Ausscheidungshärtung durchgeführt. Laut Gladman, T. "Precipitation hardening in metals" ist die Ausscheidungshärtung eine Wärmebehandlung zum Erhöhen der Härte und Festigkeit von Legierungen. Das Verfahren beruht auf der Abscheidung von metastabilen Phasen in fein verteilter Form, so dass diese ein wirksames Hindernis für Versetzungsbewegungen darstellen. Die Streckgrenze von Metallen kann so deutlich angehoben werden. Die Ausscheidungshärtung stellt dabei für härtbare Aluminiumlegierungen die wichtigste Möglichkeit der Festigkeitssteigerung dar, da sie nicht durch Martensitbildung härtbar sind.
  • Unter einem Ausscheidungshärten ist im Rahmen der Erfindung ein kombiniertes Kaltauslagern mit Warmauslagern zu verstehen. Der Anmelder ist im Rahmen von Untersuchungen zu der überraschenden Erkenntnis gelangt, dass zum Erreichen der Ausgangsfestigkeit auf ein Lösungsglühen durch gezielte Steuerung der Auslagerprozesse gemäß dem kennzeichnenden Teil des Verfahrensanspruchesanspruches gänzlich verzichtet werden kann, ohne dass die mechanischen Eigenschaften sich im Vergleich zum normalen Verfahrensablauf des Ausscheidungshärtens wesentlich verschlechtern.
  • Weitere Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere Konkretisierungen der Ausführungsparameter wie Temperatur-Zeit-Bereiche sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das Kaltauslagern wird beispielsweise bei Aluminiumlegierungen nach einer Wärmebehandlung mit abschließendem Abschrecken durchgeführt. Durch die Abschreckung selber wird das normalerweise bei langsamer Abkühlung erfolgte Ausscheiden von Legierungselementen unterdrückt. Die Legierungselemente befinden sich in einer übersättigten Umgebung.
  • An das Abschrecken schließt sich ein Kaltauslagern bei Raumtemperatur an. Der Vorgang beruht darauf, dass das Aluminiumgitter versucht, die in der Lösung gehaltenen Legierungselemente auszuscheiden. Hierdurch kommt es zu Legierungselement reichen Zonen, welche die Gleitebene des Gefüges stärker blockieren. Die Kaltauslagerung ist normalerweise erst nach mehreren Wochen oder sogar Monaten abgeschlossen. Durch eine Temperaturerhöhung oberhalb der Raumtemperatur, auf vorzugsweise 30° bis 40° C, insbesondere 35° C, lässt ich der Vorgang beschleunigen, wobei eine Abkühlung auf unterhalb der Raumtemperatur die Kaltauslagerung verzögert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher nach dem Umformen und Abschrecken für weniger als 251 Stunden eine Kaltauslagerung bei vorzugsweise Raumtemperatur durchgeführt und anschließend für 5 bis 15 Stunden eine Wärmenachbehandlung bei 70° C bis 120° C durchgeführt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird die kombinierte Kaltauslagerung und Warmauslagerung mehrstufig, insbesondere die Warmauslagerung zweistufig, durchgeführt. Hierbei wird die an die Kaltauslagerung anschließende Wärmebehandlung zweistufig durchgeführt, wobei nach der zuvor genannten ersten Wärmenachbehandlung für 5 bis 15 Stunden, bei 70° bis 120°, eine zweite Wärmebehandlung zwischen 12 und 24 Stunden, bei 100° bis 200° C, durchgeführt wird.
  • Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Blechen mit einer Blechdicke zwischen 0,1 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 mm verwendet. Hierbei ist sichergestellt, dass die verschiedenen Wärmebehandlungsschritte in Gänze in den eingesetzten Werkstoff eindringen und somit vollständig ein homogenes gewünschtes Gefüge einstellen können.
  • Im Rahmen der Erfindung wird eine Aluminiumlegierung verwendet, wobei die Aluminiumlegierung die nachfolgenden Legierungselemente, ausgedrückt in Gewichtsprozent, aufweist:
    Zink (Zn) [%]: 2 bis 8 %,
    Magnesium (Mg) [%]: 0,3 bis 5,5 %,
    Chrom (Cr) [%]: 0,05 bis 1 %,
    Zirconium (Zr) [%]: 0,04 bis 0,5 %,
    Kupfer (Cu) [%]: ≤ 4,5 %
    Mangan (Mn) [%]: ≤ 1,0 %,
    Eisen (Fe) [%]: ≤ 0,8 %,
    Silizium (Si) [%]: ≤ 0,7 %,
    Titan (Ti) [%]: ≤ 0,5 %,
    Zirconium + Titan (Zr + Ti) [%]: 0,04 bis 0,5 %,
    Aluminium (Al) [%]: Rest
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Blechstrukturbauteil für ein Kraftfahrzeug herstellbar, dass aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung hergestellt ist und gute Formgebungsfreiheitsgrade bei gleichzeitig hohen Festigkeitswerten aufweist.
  • Es sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Bauteile mit einer Zugfestigkeit von mindestens 300 MPa und einer Streckgrenze von mindestens 250 MPa bei einer Bruchdehnung von mindestens 12% herstellbar, wobei besonders bevorzugt eine Streckgrenze von mehr als 300 MPa bei einer Bruchdehnung von mehr als 14% erreicht wird.
  • Die zuvor genannten Eigenschaften und Vorteile sind im Rahmen der Erfindung beliebig kombinierbar und gelten entsprechend untereinander, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Die Ausführungen gemäß der Figuren 2, 3 und 5 dienen lediglich zur Illustrierung des Erfindungsgedankens und fallen nicht unter den Schutzbereich dieses Patentes. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Zeit-Temperaturdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zweistufiger Wärmenachbehandlung;
    Figur 2
    ein Zeit-Temperaturdiagramm mit Wärmenachbehandlung bei Raumtemperatur;
    Figur 3
    ein Zeit-Temperaturdiagramm mit zweistufiger Wärmenachbehandlung ohne Kaltauslagerung;
    Figur 4
    ein Zeit-Temperaturdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei Raumtemperatur kaltausgelagert wird und zweistufig wärmenachbehandelt wird;
    Figur 5
    ein Zeit-Temperaturdiagramm gemäß Figur 4, jedoch ohne Kaltauslagerung;
    Figur 6
    ein Vergleichsdiagramm der Festigkeitswerte;
    Figur 7
    ein Zeit-Temperaturdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Wärmenachbehandlung und
    Figur 8
    ein erfindungsgemäßer Prozessablauf.
  • In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bezeichnungen die dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
  • Figur 1 zeigt ein Zeit-Temperaturdiagramm eines erfindungsgemäß durchgeführten Umformverfahrens mit Kaltauslagerung und zweistufiger Wärmenachbehandlung. Die Temperatur T wird dabei auf der Ordinate und die Zeit Z auf der Abszisse eingetragen. So ist nach Erwärmungsbeginn 1 eine Zeitdauer t1 von maximal 60 Minuten zu verzeichnen. Hieran anschließend beginnt der Transfer in das Formwerkzeug 2, wobei zwischen dem Beginn Transfer 2 und dem Umformbeginn 3 ein nur geringer Temperaturabfall sowie eine geringe Zeit t2 vergehen. Nach dem Abschluss des Umformvorgangs, also zum Umformende 3' hin, wird das umgeformte Bauteil abgekühlt. Die Abkühlung wird bevorzugt aktiv für einen Zeitraum t3' durchgeführt, so dass ein Kaltauslagerungsbeginn 4 bei circa Raumtemperatur RT beginnen kann. Die Kaltauslagerung in dem Bauteil wird dann für einen Zeitraum t4 durchgeführt. Ist die Kaltauslagerung für einen bestimmten Zeitbereich t4 bei Raumtemperatur RT durchgeführt, wird in einer mehrstufigen Wärmenachbehandlung zunächst in einer ersten Stufe warmausgelagert 5 und die Temperatur der ersten Stufe konstant für einen Zeitraum t5 gehalten. Hieran anschließend wird die Temperatur auf die zweite Stufe 6 erhöht und wiederum konstant für einen Zeitraum t6 gehalten. Daran anschließend wird wiederum auf Raumtemperatur RT abgekühlt. Die Abkühlung hierbei kann aktiv und/oder passiv erfolgen.
  • Figur 2 zeigt ein Zeit-Temperaturdiagramm einer weiteren. Die Blechplatine wird dabei zu einem Erwärmungsbeginn 1 über eine Zeitdauer t1 von maximal 60 Minuten auf eine Erwärmungstemperatur erwärmt. Ist die Erwärmungstemperatur erreicht, wird über eine Haltezeit t1' diese Temperatur im Wesentlichen konstant gehalten und anschließend beginnt der Transfer in ein Umformwerkzeug 2, wobei hier nur ein geringer Temperaturabfall während der Transferzeit t2 zu verzeichnen ist. Hieran anschließend beginnt die Umformung, wobei erst zum Ende der Umformung 3' in der Zeit t3 rasch oder an der Luft bis auf Raumtemperatur RT abgekühlt wird. Hieran anschließend findet eine Kaltauslagerung 4 statt.
  • Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, wobei hier wiederum die Blechplatine ab einem Erwärmungsbeginn 1 auf eine Erwärmungstemperatur erwärmt wird, und ab Erreichen der Erwärmungstemperatur in ein Formwerkzeug 2 transferiert wird. Hieran anschließend findet eine Umformung statt, wobei zwischen Umformbeginn 3 und Umformende 3' eine Abkühlung abhängig von der Werkzeugtemperatur stattfindet. Bei vorliegendem Werkzeug erfolgt die Abkühlung nahezu auf Raumtemperatur RT. Danach findet direkt eine Erwärmung auf eine erste Stufe zum Warmauslagern 5 statt. Diese wird für einen Zeitraum t5 gehalten und hieran anschließend findet eine Erwärmung auf eine zweite Stufe zum Warmauslagern 6 statt, welche wiederum für einen Zeitraum der zweiten Stufe t6 gehalten wird. Hieran anschließend wird wiederum auf Raumtemperatur RT abgekühlt oder abgeschreckt.
  • Figur 4 zeigt eine vierte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei hier nach einem Erwärmen auf Erwärmungstemperatur mit anschließendem Abkühlen bei Raumtemperatur RT die Blechplatine umgeformt wird. So ist zwischen Umformbeginn 3 und Umformende 3' ein marginaler Temperaturanstieg zu verzeichnen, der umformbedingt auftritt. Nach Ende des Umformens beginnt die Kaltauslagerung 4, welche für einen Zeitraum t4 gehalten wird. An die Kaltauslagerung schließt sich die Erwärmung auf eine erste Stufe zum Warmauslagern 5 an, wobei nach Erreichen einer ersten Temperatur zum Warmauslagern für einen Zeitraum t5 die erste Stufe des Warmauslagerns konstant gehalten wird. Hieran anschließend wird auf eine zweite Stufe zum Warmauslagern 6 erwärmt, wobei die zweite Temperatur des Warmauslagerns wiederum für einen Zeitraum t6 konstant gehalten wird. Ist die zweite Stufe des Warmauslagerns abgeschlossen, wird auf Raumtemperatur RT abgekühlt oder abgeschreckt.
  • Figur 5 zeigt eine Ausführungsvariante, die analog Figur 4 aufgebaut ist, wobei hier auf die Kaltauslagerung nach dem Ende der Umformung 3' verzichtet ist und direkt warmausgelagert wird.
  • Figur 6 zeigt die erhaltenen, mechanischen Festigkeitseigenschaften verschiedener Aluminiumlegierungen im Vergleich. Die Streckgrenze ist in der Bemaßung links in Megapascal und die Bruchdehnung A50 in der Bemaßung rechts in Prozent dargestellt. Vergleichend sind Blechplatinen im Zustand T6 (A) und T4 (B) jeweils mit Streckgrenze und Bruchdehnung dargestellt. Demgegenüber ist eine Platine (C) nach Abschluss des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 1 dargestellt sowie eine 4-wöchig nur kaltausgelagerte Platine (D). Zu erkennen ist, dass die Streckgrenze gegenüber den Ausgangszuständen T6 (A) oder T4 (B) bei einem erfindungsgemäß angewandten Verfahren annähernd gleich ist. Gegenüber einem 4-wöchigen Kaltauslagerungsprozess (D) übertrifft die Streckgrenze nahezu das Dreifache der hierbei eingestellten Streckgrenze. Die Bruchdehnung hingegen wird bei einem Bauteil, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, auf einem guten Niveau zwischen dem Zustand T6 (A) und T4 (B) gehalten.
  • Figur 7 zeigt ein Zeit-Temperaturdiagramm eines erfindungsgemäß durchgeführten Umformverfahrens mit Kaltauslagerung und zweistufiger Wärmenachbehandlung. Die Temperatur T wird dabei auf der Ordinate und die Zeit Z auf der Abszisse eingetragen. So ist nach Erwärmungsbeginn 1 eine Zeitdauer t1 von maximal 60 Minuten zu verzeichnen. Hieran anschließend beginnt der Transfer in das Formwerkzeug 2, wobei zwischen dem Beginn Transfer 2 und dem Umformbeginn 3 ein nur geringer Temperaturabfall sowie eine geringe Zeit t2 vergehen. In dem Umformwerkzeug selber wird dann von Umformbeginn 3 bis zu Umformende 3' das Werkstück abgekühlt, so dass es bei Umformende 3' eine Temperatur hat, die im Wesentlichen auf Raumtemperatur RT oder aber im Wesentlichen leicht überhalb von der Raumtemperatur RT liegt. Im Anschluss hieran wird das Bauteil bei Raumtemperatur RT gehalten oder aber von der Temperatur leicht überhalb der Raumtemperatur RT auf Raumtemperatur RT abgekühlt, was in der Zeit t3' zwischen Umformende des Kaltauslagerungsbeginn vollzogen wird. Im Anschluss hieran beginnt die Kaltauslagerung 4 bei Raumtemperatur RT, wobei die Kaltauslagerung für einen Zeitraum t4 gehalten wird. Ist die Kaltauslagerung für einen bestimmten Zeitbereich t4 bei Raumtemperatur RT durchgeführt, wird in einer mehrstufigen Wärmenachbehandlung zunächst in einer ersten Stufe 5 warmausgelagert und die Temperatur der ersten Stufe konstant für einen Zeitraum t5 gehalten. Hieran anschließend wird die Temperatur auf die zweite Stufe 6 erhöht und wiederum konstant für einen Zeitraum t6 gehalten. Daran anschließend wird wiederum auf Raumtemperatur RT in einer Abkühlzeit abgekühlt. Die Abkühlung hierbei kann aktiv und/oder passiv erfolgen.
  • Figur 8 zeigt die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer Umformstraße, wobei zunächst eine Platine 11 als aushärtbare Leichtmetallplatine im Zustand T4, T5, T6 oder T7 bereitgestellt ist. Dies befindet sich an der Position A. Im Anschluss hieran wird die Platine in einer Erwärmungseinrichtung 12 erwärmt, wobei dies erfindungsgemäß beispielsweise konduktiv, induktiv oder in anderen im Rahmen der Erfindung genannten Erwärmungsmethoden durchgeführt werden kann. Die Erwärmungseinrichtung 12 befindet sich in der Position B. Besonders bevorzugt findet die Erwärmung in einem Zeitraum von weniger als 10 Minuten, insbesondere weniger als 1 Minute statt. Das Bauteil wird anschließend direkt in das Umformwerkzeug transferiert. Erfolgt ein Halten der Erwärmungstemperatur, wird dies bevorzugt weniger als 3 Minuten durchgeführt. Als besonders bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Platine für einen Zeitraum von weniger als 15 Sekunden erwärmt und für einen Zeitraum von weniger als 5 Minuten auf der Erwärmungstemperatur gehalten, bevor sie in das Umformwerkzeug transferiert wird.
  • Im Anschluss hieran erfolgt ein weiterer Transfer in eine Umformstation 13, welches in der Figur 8 bei der Position C dargestellt ist. Bevorzugt ist das Umformwerkzeug der Umformstation 13 nicht temperiert, so dass es im Wesentlichen Raumtemperatur RT aufweist. Hierdurch wird die erwärmte Platine 11 während der Umformung abgeschreckt. Weiterhin bevorzugt kann das Umformwerkzeug auch aktiv gekühlt sein, so dass die erwärmte Platine 11 zunächst während der Umformung nur leicht abgekühlt wird und anschließend durch die aktive Kühlung abgeschreckt wird.
  • Von der Position C aus erfolgt eine Entnahme aus dem Umformwerkzeug und ein Transport zur Position D. Hierbei handelt es sich um eine Lagerung bei Raumtemperatur RT, so dass die umgeformten Blechplatinen kaltauslagern können. Bevorzugt wird dies bei Raumtemperatur RT durchgeführt, insbesondere für einen Zeitraum von circa 80 Stunden. Von der Lagerposition D erfolgt dann ein Weitertransfer zur Position E. Hierbei handelt es sich um einen ersten Ofen 14, in dem ein Warmauslagerungsprozess durchgeführt wird, insbesondere in dem hier gezeigten Beispiel bei circa 90° C und für einen Zeitraum von 10 Stunden. Im Anschluss an den ersten Ofen 14 bei Position E, erfolgt ein Transfer an einen zweiten Ofen 15 im Bereich von Position F. Hier findet eine zweite Warmauslagerungsstufe bei besonders bevorzugt circa 150° C für einen Zeitraum besonders bevorzugt von 18 Stunden statt. Bei dem ersten und dem zweiten Ofen 14, 15 kann es sich auch um einen Zweizonenofen handeln, durch die das Bauteil dann für den Zeitraum der Warmauslagerung geführt wird. Die Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 8 ist auch an den verschiedenen Positionen für alle anderen beliebigen Verfahrensvarianten sowie Zeiträume und Temperaturbereiche gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar.
  • Mit den zuvor in den Figuren verschiedenen Verfahrensvarianten, insbesondere jedoch mit der Verfahrensvariante gemäß Figur 7 und/oder 8 ist es möglich in dem Bauteil Festigkeitseigenschaften gemäß der Säule C in Figur 6 einzustellen. Diese sind insbesondere in einem Bereich der Zugfestigkeit mindestens 280 MPa bis 500 MPa, bevorzugt von wenigstens 300 MPa bis 450 MPa. Weiterhin weisen die Bauteile eine Streckgrenze von mindestens 230 MPa bis 500 MPa, bevorzugt mindestens 250 MPa bis 450 MPa auf.
  • Weiterhin weisen sie eine Bruchdehnung von mindestens 12% auf. Besonders bevorzugt wird eine Streckgrenze von mehr als 300 MPa bei einer Bruchdehnung von mehr als 14% erreicht. Die zuvor genannten Werte sind bei 500 MPa und 20% als limitiert anzusehen.
    • Bezugszeichen:
    • 1 -
    Erwärmungsbeginn
    1' -
    Haltezeit
    2 -
    Transfer in Formwerkzeug
    3 -
    Umformbeginn
    3' -
    Umformende
    4 -
    Kaltauslagerungsbeginn
    4' -
    Kaltauslagerungsende
    5 -
    erste Stufe warmauslagern
    6 -
    zweite Stufe warmauslagern
    t1 -
    Zeit Erwärmung
    t1' -
    Haltezeit
    t2 -
    Transferzeit
    t3 -
    Umformzeit
    t3' -
    Zeit Umformende bei Kaltauslagerungsbeginn
    t4 -
    Zeit Kaltauslagerung
    t5 -
    Zeit erste Stufe warmauslagern
    t6 -
    Zeit zweite Stufe warmauslagern
    t7 -
    Abkühlzeit
    11 -
    Platine
    12 -
    Erwärmungseinrichtung
    13 -
    Umformstation
    14 -
    1. Ofen
    15 -
    2. Ofen
    A -
    Zustand T6
    B -
    Zustand T4
    C -
    Variante gemäß Figur 1
    D -
    SdT 10min KA
    RT -
    Raumtemperatur
    Z -
    Zeit
    T -
    Temperatur

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Blechstrukturbauteils für ein Kraftfahrzeug, wobei das Blechstrukturbauteil aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    - Bereitstellen einer Aluminiumblechplatine im Zustand T4 oder T5 oder T6 oder T7,
    - Erwärmen der Aluminiumblechplatine auf eine Erwärmungstemperatur zwischen 100 und 450°C,
    - Umformen der Aluminiumblechplatine zu dem Blechstrukturbauteil, wobei nach dem Umformen für weniger als 251 Stunden eine Kaltauslagerung bei Raumtemperatur durchgeführt wird,
    - und anschließend für 5 bis 15 Stunden eine Wärmenachbehandlung bei 70 bis 120°C durchgeführt wird,
    - wobei eine ausscheidungshärtbare Aluminiumlegierung verwendet wird, wobei die Aluminiumlegierung die nachfolgenden Legierungselemente ausgedrückt in Gewichtsprozent aufweist: Zink (Zn) [%]: 2 bis 8 %, Magnesium (Mg) [%]: 0,3 bis 5,5 %, Chrom (Cr) [%]: 0,05 bis 1 %, Zirconium (Zr) [%]: 0,04 bis 0,5 %, Kupfer (Cu) [%]: ≤ 4,5 %, Mangan (Mn) [%]: ≤ 1,0 %, Eisen (Fe) [%]: ≤ 0,8 %, Silizium (Si) [%]: ≤ 0,7 %, Titan (Ti) [%]: ≤ 0,5 %, Zirconium + Titan (Zr + Ti) [%]: 0,04 bis 0,5 %, Aluminium (Al) [%]: Rest.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung auf Erwärmungstemperatur in weniger als 60 min., vorzugsweise weniger als 30 min. und insbesondere weniger als 10 min. durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung konduktiv, konvektiv, resistiv, und/oder induktiv und/oder mittels Wärmestrahlung und/oder mittels Wärmeleitung durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumblechplatine ohne aktives Abkühlen nach dem Erwärmen umgeformt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumblechplatine in einem beheizten Formwerkzeug umgeformt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Erwärmungstemperatur erwärmte Aluminiumblechplatine bei Raumtemperatur RT passiv durch die Umgebungsluft abgekühlt wird und/oder dass die erwärmte Aluminiumblechplatine aktiv abgekühlt wird, wobei die aktive Abkühlung vorzugsweise durch Kontakt mit einem Medium erfolgt, und die Umformung nach dem Abkühlen durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Abkühlung durch Abschrecken mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 100°C/s, vorzugsweise mehr als 250°C, besonders bevorzugt mehr als 400°C/s in und/oder mit Wasser durchgeführt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sich an die Kaltauslagerung anschließende Wärmebehandlung zweistufig durchgeführt wird, wobei anschließend an die erste Wärmebehandlung eine zweite Wärmebehandlung zwischen 12 und 24 Stunden bei 100 bis 200°C durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Blechdicken zwischen 0,1 und 15mm, vorzugsweise von 0,5 bis 10 mm verarbeitet werden.
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