EP3314031B1 - Hochfestes und gut umformbares almg-band sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
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- EP3314031B1 EP3314031B1 EP16732581.0A EP16732581A EP3314031B1 EP 3314031 B1 EP3314031 B1 EP 3314031B1 EP 16732581 A EP16732581 A EP 16732581A EP 3314031 B1 EP3314031 B1 EP 3314031B1
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- C22F1/04—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
- C22F1/047—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 magnesium as the next major constituent
Definitions
- the invention relates to a method for producing an aluminum strip or sheet from an aluminum alloy and an aluminum alloy strip or sheet and its use.
- the highly stressed vehicle components were preferably made of aluminum sheets consisting of a curable Al-Mg-Si alloy of class AA6XXX.
- Aluminum alloy sheets of this class are used in the solution-treated state T4 and then subjected to a heat aging to achieve a higher ultimate strength in the state T6.
- This complicated manufacturing path leads to higher production costs, in particular due to the logistical effort for processing the plates in the state T4 and the hot aging of the plates to reach the state T6.
- components of non-hardenable aluminum alloys of the type AA5XXX have been produced by forming soft annealed aluminum alloy sheets.
- AlMg alloys of the type AA 5xxx with Mg contents of more than 3% by weight, in particular more than 4% by weight, are increasingly prone to intercrystalline corrosion, for example when exposed to elevated temperatures.
- ⁇ -Al 5 Mg 3 phases separate out along the grain boundaries, which are called ⁇ -particles and can be selectively dissolved in the presence of a corrosive medium.
- This also applies to the components of a motor vehicle, in particular the components of the so-called "body-in-white" of the motor vehicle, which are usually subjected to a cathodic dip coating (KTL) and then dried in a baking process. Sensitization to intergranular corrosion can already be caused by this baking process in conventional aluminum alloy strips.
- KTL cathodic dip coating
- the susceptibility to intergranular corrosion is usually tested in a standard test according to ASTM G67, in which the samples are exposed to nitric acid and the mass loss of the aluminum sheet is measured.
- ASTM G67 a standard test according to ASTM G67
- a corresponding heat load of the components in the application is simulated by a prior sensitization annealing at temperatures of 130 ° C. for 17 hours.
- ASTM G67 the mass loss for materials which are not resistant to intergranular corrosion is more than 15 mg / cm 2 .
- the magnesium content of the aluminum alloy to be used according to the invention is from 3.6% by weight to 6% by weight, preferably from 4.2% by weight to 6% by weight, particularly preferably from 4.2% by weight to 5 , 2 wt .-% contributes to the fact that the aluminum alloy with good forming properties simultaneously high strength values , in particular yield strength R p0,2 and tensile strength R m . Unwanted hardening and precipitation effects of Si are reduced by limiting the Si content to a maximum of 0.4% by weight. In order not to adversely affect the properties of the aluminum alloy, the Fe content should be limited to a maximum of 0.5 wt .-%.
- the copper content which should be limited to a maximum of 0.15 wt .-%.
- Manganese leads to an increase in strength and also to an improvement in the resistance to intergranular corrosion.
- the manganese content must be limited, since otherwise the forming properties of the re-annealed aluminum alloy strips are adversely affected.
- too high Mn contents at the last intermediate annealing lead to mean grain diameters of less than 20 ⁇ m.
- the Mn content should be 0.1% by weight to 0.4% by weight. Chromium, even in the smallest amounts, already causes the forming properties, for example the uniform elongation A g or the fracture contraction Z, to decrease, so that the forming properties are impaired.
- the chromium content is to be limited to values of less than 0.05 wt .-%, preferably less than 0.01 wt .-%.
- Zr which, since it usually has to be added, is not listed here in detail.
- Zinc could have a negative effect on the corrosion resistance of the aluminum alloy strip and should therefore be limited to a maximum of 0.2% by weight.
- Titanium is commonly added in continuous casting of the aluminum alloy as a grain refining agent, for example in the form of Ti-boride wire or rods.
- too high Ti contents in turn have a negative effect on the forming properties, so that a limitation of the Ti content to a maximum of 0.20 wt .-% is desired.
- a roll bar for hot rolling By casting and homogenizing the rolling ingot at 480 ° C to 550 ° C for at least 0.5 hours, a roll bar for hot rolling can be provided which has a very homogeneous distribution of the alloy components.
- a homogeneous recrystallized hot strip is provided by hot rolling in a temperature range of 280 ° C to 500 ° C.
- the degree of rolling during cold rolling of the aluminum alloy strip is according to the invention only 10% to 45%, since the degree of rolling before the last intermediate annealing decisively influences the formation of the grain structure during recrystallization during the intermediate annealing.
- the intermediate annealing makes it possible to provide a recrystallized microstructure for the last cold rolling step, which is carried out with a rolling degree of 30% to 60% of final thickness.
- the final rolling degree makes it possible, unlike soft annealed variants, to continuously increase the yield strength of the aluminum alloy strip to be produced by work hardening to the desired application, for example to a yield strength of more than 190 MPa after the subsequent final annealing.
- the final annealing of the aluminum alloy strip in the coil at metal temperatures of 190 ° C to 250 ° C for at least 0.5 hours results in that the forming properties, in particular the uniform elongation A g and the Brucheinschnürung Z are improved by the recovery process in the structure of the aluminum alloy strip.
- the production method can thus be used to provide an aluminum alloy strip which, on the one hand, can be shaped well, for example into a vehicle component, and on the other hand also provides high yield strengths in the unformed regions.
- the produced aluminum alloy strip is at the same time also resistant to intergranular corrosion and, due to the simple production route, less expensive than previously used AA6XXX alloy strips.
- the degree of rolling is limited to 20% to 30% in the case of cold rolling before the last intermediate annealing, larger grain diameters are provided in the aluminum alloy strip after the last intermediate annealing, thus improving the resistance to intergranular corrosion in the re-annealed aluminum alloy strip.
- the yield strength R p0,2 can be set to values above 200 MPa, without the forming properties, for example, the uniform elongation A g or ., the fracture constriction Z are adversely affected.
- the method according to the invention makes it possible to provide aluminum alloy strips and sheets for conversion to vehicle components, for example body-in-white (BIW) components.
- the temperature during the annealing of the aluminum alloy strip is 220 ° C to 240 ° C.
- the forming capability of the aluminum alloy strip is increased by recovery processes with an increase in the uniform elongation A g and the Brucheinschnürung Z process reliable.
- the high annealing temperatures of 220 ° C. to 240 ° C.
- the above object is achieved by a cold-rolled and re-annealed aluminum alloy strip or sheet produced by the method of the invention consisting of an aluminum alloy having the following alloying components: 3.6 % ⁇ mg ⁇ 6 % . Si ⁇ 0.4 % . Fe ⁇ 0.5 % . Cu ⁇ 0.15 0.1 % ⁇ Mn ⁇ 0.4%, Cr ⁇ 0.05 % . Zn ⁇ 0.20 % . Ti ⁇ 0.20 % . Residual Al and unavoidable impurities, individually max.0,05%, in total max.
- the aluminum alloy ribbon a yield strength R p0.2 of more than 190 MPa, a uniform elongation A g of at least 14%, a fracture constriction Z of more than 50% and in the corrosion test according to ASTM G67 after a previous sensitization annealing for 17 h at 130 ° C has a mass loss of less than 15 mg / cm 2 .
- an aluminum alloy strip or sheet having the above-mentioned aluminum alloy composition having a yield strength of more than 190 MPa, a uniform elongation A g of at least 14%, and a fracture waist Z of more than 50% while resisting the corrosion test according to ASTM G67 with a mass loss of less than 15 mg / cm 2 after a previous sensitization annealing for 17 h at 130 ° C for non-hardenable aluminum alloy tapes open up further applications previously reserved for aluminum alloy tapes of hardenable materials, in particular AA6xxx aluminum alloys.
- Yield strengths Rp0.2 of greater than 190 MPa to 300 MPa with a uniform elongation of 14% to 18% and a breakage entanglement Z of more than 50% to 70% for given aluminum oxide composition are expected Corrosion resistance can be achieved.
- the embodiments set forth below show inventive aluminum alloy strips or sheets with yield strengths R p0.2 of more than 190 MPa and up to 270 MPa while maintaining a good forming behavior due to a uniform expansion of A g up to 16.6% and a Brucheinschnürung Z from to to 62% with existing resistance to intergranular corrosion.
- the yield strength values are opposite to the values obtained for the uniform elongation A g and the fracture constriction Z.
- the Mg content of the aluminum alloy strip or sheet is 4.2% by weight to 6% by weight, preferably 4.2% by weight to 5.2% by weight Aluminum alloy strip or sheet with maximum yield strengths after the last cold rolling.
- the manganese content is limited to 0.1 wt% to 0.3 wt% according to another aspect of the aluminum alloy strip or sheet, good and good strength can be attained despite the positive influence of manganese on the strength and corrosion resistance of the aluminum alloy strip or sheet Forming properties, ie high values for uniform expansion A g and the Brucheinschnürung Z can be achieved with high process reliability.
- mean grain diameters of more than 20 ⁇ m can be set reliably, which positively influence the corrosion resistance of the aluminum alloy strip or sheet.
- the chromium content negatively affects the properties of the aluminum alloy even at very low concentrations with respect to the forming behavior and limits the grain size after the last intermediate annealing, so that according to another embodiment of the aluminum alloy strip or sheet the chromium content is reduced to less is limited as 0.01 wt .-%. This also applies analogously to zirconium and scandium which, if at all, are only present in traces in the aluminum alloy.
- the aluminum alloy strip or sheet has one or more of the following limitations on the proportions of alloying ingredients: Si ⁇ 0.2 weight , - % . Fe ⁇ 0.35 weight , - % or Zn ⁇ 0.01 weight , - % . Negative effects of said alloying components on the properties of the aluminum alloy strip or sheet can be excluded.
- the aluminum alloy strip or sheet according to the present embodiment allows a significantly increased field of application due to the greatly improved yield strengths compared to the previously annealed, soft annealed variants.
- the above object is also achieved by the use of an aluminum alloy strip or sheet according to the invention for the production of structural parts or vehicle components, in particular BIW components of a motor vehicle, since the aluminum alloy strips according to the invention allow the production of molded parts for the corresponding use, which undergo very high degrees of deformation At the same time, however, they can provide high yield strengths for reducing the material thickness of the aluminum alloy strip or sheet and nevertheless have a very good corrosion behavior in the corrosion test according to ASTM G67.
- FIG. 1 shows first in a schematic representation of the method steps of an embodiment for producing an aluminum strip on an aluminum alloy according to the present invention.
- step 1 a billet of aluminum alloy having the following alloy contents is cast: 3.6 weight , - % ⁇ mg ⁇ 6 weight , - % . Si ⁇ 0.4 weight , - % . Fe ⁇ 0.5 weight , - % . Cu ⁇ 0.15 weight , - % . 0.1 weight , - % ⁇ Mn ⁇ 0.4 weight , - % . Cr ⁇ 0.05 weight , - % . Zn ⁇ 0.20 weight , - % . Ti ⁇ 0.20 weight , - % .
- Residual Al and unavoidable impurities individually max.0.05 wt .-%, in total max. 0.15% by weight.
- the ingot is homogenized for a period of at least 0.5 h according to step 2.
- This is followed by the Hot rolling the rolling ingot in step 3 at a temperature of 280 ° C to 500 ° C to a hot strip.
- the limitation of Abwalzgrads to 10% to 45% causes in the subsequent intermediate annealing according to step 5 by recrystallization a mean grain size of more than 20 microns can be achieved.
- Carrying out the last intermediate annealing of the cold-rolled aluminum alloy strip at 300 ° C. to 500 ° C.
- step 6 provides for the final cold rolling step 6 a recrystallized structure with particle sizes of more than 20 ⁇ m. If necessary, steps 4 and 5 can be repeated to obtain thinner sheet thicknesses of final thickness if required.
- step 6 work hardening is introduced into the recrystallized structure at a rolling degree of 30% to 60% of the final thickness, which leads to an increase in the yield strength R p0.2 .
- step 7 the cold-rolled structure is subjected to a recovery, so that in particular the uniform dimension A g and the Brucheinschnürung Z again assume higher values and a good forming behavior is set.
- the increase in yield strength R p0.2 achieved during the last cold rolling remains at least partly due to the temperature selection after the annealing, so that an aluminum alloy strip with a yield strength of more than 190 MPa can be made available.
- the produced aluminum alloy strip and sheets produced therefrom may also be subjected to complex forming processes.
- additional step 8 are cut from the aluminum alloy strip sheets, which are then converted into forming processes to form parts, for example, to vehicle components of the "body-in-white" of a motor vehicle, so-called BIW components.
- BIW components often have complex geometries and therefore require high forming capacity of the strips or sheets from which they are made.
- BIW components made from an aluminum alloy also require correspondingly low sheet thicknesses, which requires high strengths and yield strengths of the aluminum alloy strips or sheets used.
- the aluminum alloy strips according to the invention and the sheets produced therefrom fulfill this requirement as well as the necessary corrosion resistance, as experiments show. If vehicle components, in particular BIW components, are therefore produced from an aluminum alloy strip according to the invention, they can be made available at lower cost than previous components made of AA6XXX materials.
- FIGS. 2a) and 2b schematically show areas of application of the aluminum alloy strip produced according to the invention in the form of a wide variety of metal sheets according to a vehicle structure FIG. 2a ) or, for example, a schematically illustrated inner part of a vehicle door according to FIG. 2b ). Due to the good corrosion behavior of the aluminum alloy strips according to the present invention, further application possibilities for the non-curable, ie naturally hard, aluminum alloy strips and sheets according to the invention open up in the motor vehicle.
- Roll bars were cast from various aluminum alloy compositions, subjected to homogenization at 480 ° C to 550 ° C for at least 0.5 hour, hot rolled at 280 ° C to 500 ° C into hot strip, and then subjected to varying conditions in cold rolling before and after a final intermediate annealing.
- Table 1 shows a total of seven different alloy compositions. In the twelve experiments, in addition to the seven different alloys, different parameters were used for cold rolling before and after the last intermediate annealing. Until the completion of the hot strip, the test strips produced did not differ, apart from different hot strip thicknesses and different aluminum alloys. Table 1 Alloy components [% by weight] Experiment No.
- the hot strips made of various aluminum alloys were then cold rolled according to the specifications in Table 2 in the cold rolling before the last intermediate annealing and after the intermediate annealing.
- the annealing temperature was 240 ° C in all experiments.
- the annealing was carried out in the coil, wherein the metal temperature of the annealing temperature was maintained for a period of at least 0.5 h.
- Table 2 also indicates the final thicknesses ao, which are approximately between 0.7 mm and 1.7 mm.
- Comparative Examples Nos. 1 and 6 have excessive degrees of finish before intermediate annealing, whereas Comparative Example No. 3 has too low a final rolling degree after intermediate annealing.
- the mean grain size ie the average grain diameter
- samples were taken from the tapes and anodized longitudinal blanks according to the Barker method. Under the microscope, the samples were measured according to ASTM E1382 and the mean grain size determined by the mean grain diameter.
- Comparative Examples 1 and 2 clearly show the influence of the alloy composition on the results with regard to formability.
- Comparative Example No. 1 which has a markedly increased Mn content, for example, the uniform elongation A g decreases to 10.6%. Also, the too low Mg content of Comparative Example No. 1 counteracts large elongation values.
- Comparative Example No. 2 having an increased Cr content at a slightly excessive Mn content shows fracture necking values Z which are less than 50%, indicating a deteriorated forming performance.
- the Brucheinschnürung Z represents namely the property of the material, in large transformations over a cross-sectional reduction material for forming to provide without tearing. Due to the higher Mn contents or Cr contents, the average particle size of 10 or 15 ⁇ m has no negative influence on the corrosion properties of these samples.
- the yield point R p0.2 can be set via the adjustment of the degree of rolling during final rolling after the intermediate annealing .
- Embodiments Nos. 4, 5 and 8 show that over final rolling degrees after intermediate annealing of 31% to 60%, the yield strength R p0.2 can be increased to values up to 211 MPa without significant sacrifice in the range of characteristics important for forming how to draw the uniform strain A g or Z.
- Comparative Example No. 6 which has an identical aluminum alloy as Examples 3, 4, 5 and 8, the effect of adjusting the average grain diameter by limiting the degree of rolling in cold rolling before the last intermediate annealing can be very clearly recognized.
- the intermediate annealing produces a relatively fine grain having an average diameter or a mean grain size of 13 ⁇ m, which adversely affects the corrosion properties. Comparative Example No. 6 is classified as not resistant to intergranular corrosion.
- the embodiments according to the invention show that the yield strength R p0.2 can be increased to values of up to 270 MPa by using degrees of rolling in final cold rolling of 40% to 60%.
- the higher Mg content of up to 5.2 wt .-% in the embodiment no. 12 contributes to the significant increase in the yield strength R p0.2 .
- a comparison of the embodiments of the invention No. 9, 10 and 11 shows that the corrosion resistance depends strongly on the choice of Abwalzgrades before the last intermediate annealing and thus from the mean grain diameter or the average grain size.
- the Mg content is increased over Embodiment No. 9, which in principle may lead to inferior corrosion resistance to intergranular corrosion.
- the corrosion resistance of these embodiments is significantly better than the smaller grain diameter and lower Mg content embodiment No. 9.
- the preferred process route over the inventive limitations of the cold rolling degrees before the last intermediate annealing has a significant influence on the end product of the annealed strip.
- the embodiments of the present invention show that an aluminum alloy ribbon having yield strengths, elongation values and corrosion resistance against intergranular corrosion, which is particularly well suited for use in high-stress vehicle components, can be manufactured inexpensively due to the use of a non-hardenable aluminum alloy can be.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumbandes oder -blechs aus einer Aluminiumlegierung sowie ein Aluminiumlegierungsband oder -blech und dessen Verwendung.
- In aktuellen Leichtbaukonzepten von Automobilen spielen gewalzte Aluminiumlegierungsbleche eine zunehmende Rolle, da sie im Vergleich zu gleichwertigen Lösungen aus Stahl ein geringeres Gewicht aufweisen können. In hochbeanspruchten Fahrzeugkomponenten spielt die Festigkeit, also beispielsweise die Streckgrenze Rp0,2 und die Zugfestigkeit Rm eine übergeordnete Rolle, da hierdurch die Dicke des jeweiligen Aluminiumblechs für die Fahrzeugkomponente bestimmt wird und damit auch das Gewicht der Fahrzeugkomponente. Fahrzeugkomponenten, zum Beispiel Teile des sogenannten "Body-in-White" (BIW-Komponenten) benötigen häufig komplex geformte Geometrien, sodass auch ein gutes Umformverhalten zur Bereitstellung der komplexen Geometrien eine weitere, sehr wichtige Vorgabe für den Einsatz von Aluminiumlegierungsblechen als Fahrzeugkomponente darstellt. Zwar ist das Korrosionsverhalten von Aluminiumlegierungsblechen im Allgemeinen schon sehr gut, allerdings muss sowohl bei den aushärtbaren Aluminiumlegierungen der Klasse AA6XXX als auch bei den nicht aushärtbaren Legierungen der Klasse AA5XXX die interkristalline Korrosion berücksichtigt werden, da diese zum Versagen von Bauteilen führen kann.
- Bisher wurden die hochbeanspruchten Fahrzeugkomponenten bevorzugt aus Aluminiumblechen bestehend aus einer aushärtbaren Al-Mg-Si-Legierung der Klasse AA6XXX hergestellt. Aluminiumlegierungsbleche dieser Klasse werden im lösungsgeglühtem Zustand T4 umgeformt und anschließend einer Warmauslagerung zur Erzielung einer höheren Endfestigkeit im Zustand T6 unterzogen. Dieser komplizierte Fertigungsweg führt zu höheren Produktionskosten, insbesondere auch aufgrund des logistischen Aufwands zur Verarbeitung der Bleche im Zustand T4 und der Warmauslagerung der Bleche zur Erreichung des Zustands T6. Bisher wurden Bauteile aus nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierungen vom Typ AA5XXX durch Umformen von weichgeglühten Aluminiumlegierungsblechen hergestellt. Nachteilig dabei ist jedoch, dass diese Bleche nur in den Bereichen hoher Umformgrade eine Erhöhung der Festigkeit, insbesondere der Streckgrenze Rp0,2 zeigen. Die nicht umgeformten Bereiche verbleiben dagegen im weichen Zustand. Hieraus folgt, dass das Leichtbaupotenzial bei Fahrzeugkomponenten bestehend aus wirtschaftlich günstig herstellbaren, nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierungen bisher nicht voll genutzt werden konnte, da aufgrund der weichen Bereiche der Formteile die Blechdicken der Fahrzeugkomponenten entsprechend gewählt werden müssen.
- AlMg-Legierungen vom Typ AA 5xxx mit Mg-Gehalten von mehr als 3 Gew.-%, insbesondere mehr als 4 Gew.-% neigen zunehmend zur interkristallinen Korrosion, wenn sie beispielsweise erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Bei Temperaturen von 70 - 200°C scheiden sich β-Al5Mg3 Phasen entlang der Korngrenzen aus, welche als β-Partikel bezeichnet werden und in Anwesenheit eines korrosiven Mediums selektiv aufgelöst werden können. Dies trifft auch auf die Bauteile eines Kraftfahrzeugs, insbesondere die Bauteile des sogenannten "Body-in-White" des Kraftfahrzeugs zu, welche üblicherweise einer kathodischen Tauch-Lackierung (KTL) unterzogen und anschließend in einem Einbrennvorgang getrocknet werden. Bereits durch diesen Einbrennvorgang bei üblichen Aluminiumlegierungsbändern kann eine Sensibilisierung bezüglich interkristalliner Korrosion hervorgerufen werden. Darüber hinaus muss für den Einsatz im Automobilbereich die Umformung bei der Herstellung eines Bauteils sowie die anschließende Betriebsbelastung des Bauteils berücksichtigt werden.
- Die Anfälligkeit gegen interkristalline Korrosion wird üblicherweise in einem Standardtest gemäß ASTM G67 geprüft, bei welchem die Proben einer Salpetersäure ausgesetzt werden und der Massenverlust des Aluminiumblechs gemessen wird. In der vorliegenden Anmeldung wird bei den Standardtests gemäß ASTM G67 durch eine vorherige Sensibilisierungsglühung bei Temperaturen von 130°C für 17h eine entsprechende Wärmebelastung der Bauteile im Anwendungsfall simuliert. Gemäß ASTM G67 beträgt der Massenverlust bei Werkstoffen, welche nicht resistent gegen interkristalline Korrosion sind, mehr als 15 mg/cm2.
- Die Herstellung eines in Bezug auf interkristalline Korrosion beständiges, weichgeglühtes Aluminiumlegierungsblech für eine Fahrzeugkomponente offenbart die auf die Anmelderin zurückgehende internationale Patentanmeldung
WO 2014/029853 A1 . Die hier offenbarten Aluminiumlegierungsbleche weisen zwar eine gute Zugfestigkeit Rm sowie hervorragende Werte für die Gleichmaßdehnung Ag bei guter Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion auf. Allerdings sind die Werte für die Streckgrenze Rp0,2, welche ein Maß für den Widerstand des Blechs gegen plastische Verformung darstellt, zu gering, um eine deutliche Reduzierung der Blechdicken und damit eine weitere Gewichtseinsparung bei der Herstellung von Fahrzeugkomponenten zu erzielen. Als Fahrzeugkomponenten im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung werden umgeformte Bleche der inneren Struktur eines Kraftfahrzeugs, auch als Bauteile des "Body-in-White" (BIW) bezeichnet, verstanden, sowie Fahrwerkskomponenten und Teile der Fahrzeugkarosserie. - Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 008 282 A1 ist die Herstellung eines Blechbauteils für hochbeanspruchte Fahrzeugkomponenten aus nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierungen bekannt. Es wird vorgeschlagen, kaltverfestigte und rückgeglühte Aluminiumlegierungsbleche in einem Warmumformprozess bei Temperaturen von bis zu 250 °C umzuformen. Hinweise auf spezifische Aluminiumlegierungszusammensetzungen oder Herstellverfahren für Aluminiumlegierungsbleche sind aus der genannten deutschen Offenlegungsschrift nicht bekannt. Zudem werden Angaben über spezifische mechanische Eigenschaften eines kaltverfestigten und rückgeglühten Aluminiumlegierungsbandes in der genannten deutschen Offenlegungsschrift nicht offenbart.US 2015/159250 A1 offenbart weitere
Aluminiumbänder. Hiervon ausgehend ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs aus einer nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, aus welchem Formteile für Fahrzeugkomponenten, insbesondere von BIW-Komponenten einfach herstellbar sind und weitere Gewichtseinsparungen erzielt werden können. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Aluminiumlegierungsband oder - blech aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung vorzuschlagen, das neben einem hohen Gewichtseinsparpotenzial im Kraftfahrzeug kostengünstig herstellbar ist. Schließlich sollen auch vorteilhafte Verwendungen des Aluminiumlegierungsbandes vorgeschlagen werden.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumbandes oder -blechs aus einer Aluminiumlegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen in Gew.-%: Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 %, in Summe max. 0,15%,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Gießen eines Walzbarrens bestehend aus der genannten Aluminiumlegierung,
- Homogenisieren des Walzbarrens bei 480 °C bis 550 °C für mindestens 0,5 h,
- Warmwalzen des Walzbarrens bei einer Temperatur von 280 °C bis 500 °C zu einem Warmband,
- Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes nach dem Warmwalzen mit einem Abwalzgrad von 10 % bis 45 % unmittelbar vor einer letzten Zwischenglühung,
- Durchführen mindestens einer letzten Zwischenglühung des kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C, derart dass das kaltgewalzte Aluminiumlegierungsband ein rekristallisiertes Gefüge nach der Zwischenglühung aufweist,
- Kaltwalzen des zwischengeglühten Aluminiumlegierungsbands mit einem Abwalzgrad von 30 % bis 60% an Enddicke und
- Rückglühen des Aluminiumlegierungsbandes im Coil an Enddicke, wobei die Metalltemperatur 190 - 250 °C für mindestens 0,5 h beträgt.
- Bei der weiteren Verarbeitung können dann aus dem Aluminiumlegierungsband Bleche abgetafelt werden. Der Magnesiumgehalt der erfindungsgemäß zu verwendenden Aluminiumlegierung von 3,6 Gew.-% bis 6 Gew.-%, vorzugsweise von 4,2 Gew.-% bis 6 Gew.-%, besonders bevorzugt von 4,2 Gew.-% bis 5,2 Gew.-% trägt dazu bei, dass die Aluminiumlegierung bei guten Umformeigenschaften gleichzeitig hohe Festigkeitswerte, insbesondere Streckgrenzwerte Rp0,2 und Zugfestigkeitswerte Rm erreicht. Unerwünschte Aushärtungs- und Ausscheidungseffekte von Si werden durch eine Begrenzung des Si-Gehaltes auf maximal 0,4 Gew.-% reduziert. Um die Eigenschaften der Aluminiumlegierung nicht negativ zu beeinflussen, sollte der Fe-Gehalt auf maximal 0,5 Gew.-% beschränkt werden. Dies gilt auch für den KupferGehalt, welcher auf maximal 0,15 Gew.-% beschränkt werden soll. Mangan führt zu einer Festigkeitssteigerung und auch zu einer Verbesserung der Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion. Allerdings muss der Mangangehalt beschränkt werden, da ansonsten die Umformungseigenschaften der rückgeglühten Aluminiumlegierungsbänder negativ beeinflusst werden. Darüber hinaus führen zu hohe Mn-Gehalte bei der letzten Zwischenglühung zu mittleren Korndurchmesser von weniger als 20 µm. Aus diesem Grunde soll der Mn-Gehalt 0,1 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% betragen. Chrom führt selbst in kleinsten Mengen bereits dazu, dass die Umformeigenschaften, beispielsweise die Gleichmaßdehnung Ag oder auch die Brucheinschnürung Z sinken, sodass die Umformeigenschaften verschlechtert werden. Weiterhin führt Cr ebenfalls zu kleinen Korngrößen nach der Zwischenglühung. Insofern ist der Chrom-Gehalt auf Werte von weniger als 0,05 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,01 Gew.-% zu beschränken. Gleiches gilt prinzipiell auch für Zr, das hier, da es in der Regel zulegiert werden muss, nicht im Einzelnen aufgeführt ist. Zink könnte sich negativ auf die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungsbandes auswirken und ist daher auf maximal 0,2 Gew.-% zu beschränken. Titan wird üblicherweise beim Stranggießen der Aluminiumlegierung als Kornfeinungsmittel zum Beispiel in Form von Ti-Borid-Draht oder -Stangen hinzugegeben. Allerdings wirken sich zu hohe Ti-Gehalte wiederum negativ auf die Umformeigenschaften, sodass eine Beschränkung des Ti-Gehalts auf maximal 0,20 Gew.-% gewünscht ist.
- Durch das Gießen und Homogenisierung des Walzbarrens bei 480 °C bis 550 °C für mindestens 0,5 Stunden kann ein Walzbarren für das Warmwalzen zur Verfügung gestellt werden, welcher eine sehr homogene Verteilung der Legierungsbestandteile aufweist. Am Ende des Warmwalzens wird ein homogenes rekristallisiertes Warmband durch Warmwalzen in einem Temperaturbereich von 280 °C bis 500 °C bereitgestellt. Vor der letzten Zwischenglühung beträgt der Abwalzgrad beim Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes erfindungsgemäß nur 10 % bis 45 %, da der Abwalzgrad vor der letzten Zwischenglühung die Entstehung des Korngefüges beim Rekristallisieren während der Zwischenglühung entscheidend beeinflusst. Ist der Abwalzgrad zu groß, wird bei der Rekristallisierung während der letzten Zwischenglühung bei einer Temperatur von 300 °C bis 500 °C ein relativ feines Gefüge mit mittleren Korndurchmessern, d.h. einer mittleren Korngröße von weniger als 20 µm erzeugt. Die verringerten Korndurchmesser wirken sich aber negativ auf das Korrosionsverhalten des Aluminiumlegierungsbandes aus. Bei geringen Abwalzgraden von 10% bis 45% beim Kaltwalzen vor der Zwischenglühung werden bei der letzten Zwischenglühung bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mittlere Korndurchmesser von mehr als 20 µm erzeugt, welche die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungsbandes positiv beeinflussen. Die Zwischenglühung als solche ermöglicht die Bereitstellung eines rekristallisierten Gefüges für den letzten Kaltwalzschritt, welcher mit einem Abwalzgrad von 30 % bis 60 % an Enddicke durchgeführt wird. Der Schlussabwalzgrad ermöglicht es, im Gegensatz zu weichgeglühten Varianten, die Streckgrenze des herzustellenden Aluminiumlegierungsbandes durch Kaltverfestigung auf die gewünschte Anwendung, beispielsweise auf eine Streckgrenze von mehr als 190 MPa nach der sich anschließenden Schlussglühung durchgehend zu erhöhen. Das abschließende Rückglühen des Aluminiumlegierungsbandes im Coil bei Metalltemperaturen von 190 °C bis 250 °C für mindestens 0,5 Stunden führt dazu, dass die Umformeigenschaften, insbesondere die Gleichmaßdehnung Ag sowie die Brucheinschnürung Z durch den Erholungsprozess im Gefüge des Aluminiumlegierungsband verbessert werden. Die gegenüber dem weichen Zustand höhere Streckgrenze Rp0,2 bleibt aber zumindest weitgehend erhalten. Mit dem Herstellverfahren kann damit ein Aluminiumlegierungsband bereitgestellt werden, das einerseits gut, beispielsweise zu einer Fahrzeugkomponente umgeformt werden kann und andererseits auch in den nicht umgeformten Bereichen hohe Streckgrenzen bereitstellt. Das hergestellte Aluminiumlegierungsband ist gleichzeitig auch beständig gegen interkristalline Korrosion und aufgrund des einfachen Fertigungsweges kostengünstiger als bisher verwendete AA6XXX-Legierungsbänder.
- Wird gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Kaltwalzen vor der letzten Zwischenglühung der Abwalzgrad auf 20 % bis 30 % beschränkt, werden nach dem letzten Zwischenglühen größere Korndurchmesser im Aluminiumlegierungsband bereitgestellt und damit die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion im rückgeglühten Aluminiumlegierungsband verbessert.
- Beträgt der Abwalzgrad gemäß einer nächsten Ausgestaltung des Verfahrens beim Kaltwalzen an Enddicke nach der letzten Zwischenglühung 40 % bis 60 %, kann die Streckgrenze Rp0,2 auf Werte oberhalb von 200 MPa eingestellt werden, ohne dass die Umformeigenschaften, beispielsweise die Gleichmaßdehnung Ag bzw. die Brucheinschnürung Z negativ beeinflusst werden.
Wie bereits zuvor ausgeführt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Bereitstellung von Aluminiumlegierungsbändern und -blechen für die Umformung zu Fahrzeugkomponenten, beispielsweise Body-in-White-(BIW-)Komponenten. Wird das Aluminiumlegierungsband gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens auf eine Dicke von 0,5 mm bis 5,0 mm, bevorzugt auf 1,0 mm bis 3,0 mm Enddicke kaltgewalzt, können Formteile aus einer nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierung für Fahrzeugkomponenten hergestellt werden, welche kostengünstig Gewichtseinsparpotenziale im Kraftfahrzeugbau realisieren können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens beträgt die Temperatur bei der Rückglühung des Aluminiumlegierungsbandes 220 °C bis 240 °C. Durch die Wahl der höheren Temperatur beim Rückglühen wird durch Erholungsvorgänge das Umformvermögen des Aluminiumlegierungsbandes bei einer Erhöhung der Gleichmaßdehnung Ag und der Brucheinschnürung Z prozesssicher bereitgestellt. Außerdem führen die hohe Rückglühtemperaturen von 220 °C bis 240 °C zu einer verbesserten Langzeitstabilität von aus dem erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsband hergestellten Bauteilen bei einer etwaigen thermischen Belastung im Betrieb.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgeführte Aufgabe durch ein kaltgewalztes und rückgeglühtes Aluminiumlegierungsband oder - blech gelöst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, bestehend aus einer Aluminiumlegierung mit den folgenden Legierungs bestandteilen: Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 %, in Summe max. 0,15%,
wobei das Aluminiumlegierungsband
eine Streckgrenze Rp0,2 von mehr als 190 MPa,
eine Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 14 %,
eine Brucheinschnürung Z von mehr als 50% und
im Korrosionstest gemäß ASTM G67 nach einer vorherigen Sensibilisierungsglühung für 17h bei 130°C einen Massenverlust von weniger als 15 mg/cm2 aufweist. - Es hat sich herausgestellt, dass die Bereitstellung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs mit der oben genannten Aluminiumlegierungszusammensetzung mit einer Streckgrenze von mehr als 190 MPa, mit einer Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 14 % sowie einer Brucheinschnürung Z von mehr als 50 % bei gleichzeitiger Beständigkeit im Korrosionstest gemäß ASTM G67 mit einem Massenverlust von weniger als 15 mg/cm2 nach einer vorherigen Sensibilisierungsglühung für 17h bei 130°C für nicht-aushärtbare Aluminiumlegierungsbänder weitere Anwendungsmöglichkeiten eröffnen, die bisher Aluminiumlegierungsbändern aus aushärtbaren Werkstoffen, insbesondere aus Aluminiumlegierungen vom Typ AA6xxx vorbehalten waren. Es wird erwartet, dass bei der gegebenen Aluminiumlegierungszusammensetzung Streckgrenzen Rp0,2 von mehr als 190 MPa bis 300 MPa bei einer Gleichmaßdehnung von 14 % bis 18 % und einer Brucheinschnürung Z von mehr als 50% bis 70 % bei vorgegebener Korrosionsbeständigkeit erzielt werden. Die später dargelegten Ausführungsbeispiele zeigen erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsbänder bzw. -bleche mit Streckgrenzen Rp0,2 von mehr als 190 MPa und bis zu 270 MPa bei Beibehaltung eines guten Umformverhaltens aufgrund einer Gleichmaßdehnung von Ag bis zu 16,6 % und einer Brucheinschnürung Z von bis zu 62 % bei vorhandener Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion. Erwartungsgemäß verhalten sich dabei die Streckgrenzwerte entgegengesetzt zu den erzielten Werten der Gleichmaßdehnung Ag und der Brucheinschnürung Z. Diese spezifischen Aluminiumlegierungsbänder eröffnen damit weitere Anwendungsmöglichkeiten und insbesondere die Möglichkeit kostengünstig herstellbarer Aluminiumlegierungsbänder und -bleche zur Herstellung von Fahrzeugkomponenten, insbesondere BIW-Komponenten bereitzustellen.
- Beträgt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsband der Mg-Gehalt des Aluminiumlegierungsbands oder -blechs 4,2 Gew.-% bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 4,2 Gew.-% bis 5,2 Gew.-%, kann ein Aluminiumlegierungsband oder -blech mit maximalen Streckgrenzen nach dem letzten Kaltwalzen bereitgestellt werden.
- Wird der Mangangehalt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs auf 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% beschränkt, so können trotz des positiven Einflusses von Mangan auf die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs gleichzeitig gute Umformeigenschaften, d.h. hohe Werte für Gleichmaßdehnung Ag und die Brucheinschnürung Z mit hoher Prozesssicherheit erreicht werden. Darüber hinaus können bei diesen Mn-Gehalten bei der letzten Zwischenglühung mittlere Korndurchmesser von mehr als 20 µm prozesssicher eingestellt werden, welche die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs positiv beeinflussen.
- Wie ebenfalls zuvor ausgeführt, beeinflusst der Chrom-Gehalt die Eigenschaften der Aluminiumlegierung selbst in sehr geringen Konzentrationen negativ in Bezug auf das Umformverhalten und begrenzt die Korngröße nach der letzten Zwischenglühung, sodass gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Aluminiumlegierungsbandes oder - blechs der Chrom-Gehalt auf weniger als 0,01 Gew.-% beschränkt wird. Dies gilt analog auch für Zirkon sowie Scandium, welche, wenn überhaupt, aber nur in Spuren in der Aluminiumlegierung vorhanden sind.
- Weist gemäß einer weiteren Ausgestaltung das Aluminiumlegierungsband oder -blechs eine oder mehrere der folgenden Beschränkungen der Anteile der Legierungsbestandteile auf:
oder können negative Einflüsse der genannten Legierungsbestandteile auf die Eigenschaften des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs ausgeschlossen werden. - Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs weist das Aluminiumlegierungsband eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf:
- eine Streckgrenze Rp0,2 von mehr als 200 MPa,
- eine Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 15 %,
- eine Brucheinschnürung Z von mindestens 55 % oder
- im Korrosionstest gemäß ASTM G67 nach einer vorherigen Sensibilisierungsglühung für 17h bei 130 °C einen Massenverlust von weniger als 10 mg/cm2 auf. Das Aluminiumlegierungsband kann durch die Einstellung der spezifischen Eigenschaften Streckgrenze, Gleichmaßdehnung, Brucheinschnürung und Verhalten im Korrosionstest zusätzlich auf die unterschiedlichen Anwendungsbereiche angepasst hergestellt werden. Beispielsweise kann eine höhere Streckgrenze von mehr als 200 MPa eine Reduzierung der Enddicken des Aluminiumlegierungsbandes und damit eine weitere Verringerung des Gewichts des daraus hergestellten Formteils, beispielsweise einer Fahrzeugkomponente ermöglichen. Die Erhöhung der Gleichmaßdehnung auf mindestens 15 % bzw. die Erhöhung der Brucheinschnürung Z auf mindestens 55 % führt dazu, dass das erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsband oder -blech in komplexeren Umformverfahren eingesetzt werden kann und beispielsweise komplex gestaltete Formteile mit wenigen Umformschritten hergestellt werden können. Die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gegen interkristalline Korrosion im Korrosionstest gemäß ASTM G67 führt wiederum zu einer erhöhten Sicherheit gegen Versagen wegen interkristalliner Korrosion eines aus dem Aluminiumlegierungsband hergestellten Formteils.
- Weist das Aluminiumlegierungsband oder -blech gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine Dicke von 0,5 bis 5,0 mm, vorzugsweise 1,0 bis 3,0 mm auf, können Formteile aus dem Aluminiumlegierungsband hergestellt werden, welche ähnliche Eigenschaften wie Formteile aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen vom Typ AA6XXX aufweisen.
- Insbesondere in den Dickenbereichen 1,0 mm bis 3,0 mm ermöglicht das Aluminiumlegierungsband oder -blech gemäß der vorliegenden Ausgestaltung ein deutlich vergrößertes Anwendungsgebiet aufgrund der stark verbesserten Streckgrenzen im Vergleich zu den bisher verwendeten, weichgeglühten Varianten.
- Schließlich wird die oben aufgeführte Aufgabe auch durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs zur Herstellung von Strukturteilen oder Fahrzeugkomponenten, insbesondere BIW-Komponenten eines Kraftfahrzeugs gelöst, da die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbänder die Herstellung von Formteilen für die entsprechende Verwendung ermöglichen, welche sehr hohe Umformgrade durchlaufen können, gleichzeitig aber hohe Streckgrenzen zur Reduzierung der Materialstärke des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs zur Verfügung stellen und dennoch ein sehr gutes Korrosionsverhalten im Korrosionstest gemäß ASTM G67 aufweisen.
- Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
- Fig. 1
- in einer schematischen Darstellung die Verfahrensschritte eines einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes und
- Fig. 2a) und b)
- in einer schematischen, perspektivischen Darstellung die Ausführungsbeispiele einer vorteilhaften Verwendung des Aluminiumlegierungsbandes.
-
Figur 1 zeigt zunächst in einer schematischen Darstellung die Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines Aluminiumbandes auf einer Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung. Zunächst wird in Schritt 1 ein Walzbarren bestehend aus einer Aluminiumlegierung mit den folgenden Legierungsgehalten gegossen: - Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 Gew.-%, in Summe max. 0,15 Gew.-%.
- Bei einer Temperatur von 480 °C bis 550 °C wird der Walzbarren für eine Dauer von mindestens 0,5 h gemäß Schritt 2 homogenisiert. Anschließend erfolgt das Warmwalzen des Walzbarrens in Schritt 3 bei einer Temperatur von 280 °C bis 500 °C zu einem Warmband. Vor einer letzten Zwischenglühung gemäß Schritt 5 erfolgt ein Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes mit einem Abwalzgrad von 10 % bis 45 % gemäß Schritt 4. Die Begrenzung des Abwalzgrads auf 10 % bis 45 % bewirkt, dass bei der anschließenden Zwischenglühung gemäß Schritt 5 durch Rekristallisieren eine mittlere Korngröße von mehr als 20 µm erreicht werden kann. Die Durchführung der letzten Zwischenglühung des kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C stellt für den abschließenden Kaltwalzschritt 6 ein rekristallisiertes Gefüge mit Korngrößen von mehr als 20 µm zur Verfügung. Die Schritte 4 und 5 können ggf. wiederholt werden, um bei Bedarf dünnere Blechdicken an Enddicke zu erzielen. Durch das Kaltwalzen gemäß Schritt 6 wird bei einem Abwalzgrad von 30 % bis 60 % an Enddicke in das rekristallisierte Gefüge Kaltverfestigung eingebracht, welche zu einer Steigerung der Streckgrenze Rp0,2 führt. Durch eine Rückglühung gemäß Schritt 7 wird das kaltgewalzt Gefüge einer Erholung unterzogen, sodass insbesondere die Gleichmaßdehnung Ag und die Brucheinschnürung Z wieder höhere Werte annehmen und ein gutes Umformverhalten eingestellt wird. Die beim letzten Kaltwalzen erzielte Steigerung der Streckgrenze Rp0,2 bleibt aufgrund der Temperaturwahl nach der Rückglühung zumindest teilweise erhalten, sodass ein Aluminiumlegierungsband mit einer Streckgrenze von mehr als 190 MPa zur Verfügung gestellt werden kann. Bei Dehnungswerten für die Gleichmaßdehnung Ag von mehr als 14 % und Werten für die Brucheinschnürung Z von mehr als 50 % kann das hergestellte Aluminiumlegierungsband und daraus hergestellte Bleche auch komplexen Umformverfahren unterzogen werden.
- In dem in
Figur 1 dargestellten zusätzlichen Schritt 8 werden aus dem Aluminiumlegierungsband Bleche zugeschnitten, die anschließend in Umformverfahren zu Formteilen, beispielsweise zu Fahrzeugkomponenten des "Body-in-White" eines Kraftfahrzeugs, sogenannten BIW-Komponenten, umgeformt werden. BIW-Komponenten weisen häufig komplexe Geometrien auf und erfordern daher ein hohes Umformvermögen der Bänder bzw. Bleche, aus denen diese hergestellt werden. Um signifikante Gewichtsreduzierungen zu erzielen, benötigen BIW-Komponenten aus einer Aluminiumlegierung auch entsprechend geringe Blechdicken, was hohe Festigkeiten und Streckgrenzen der verwendeten Aluminiumlegierungsbänder bzw. -bleche voraussetzt. Die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbänder und die aus daraus hergestellten Bleche erfüllen diese Voraussetzung ebenso wie die notwendige Korrosionsbeständigkeit, wie Versuche zeigen. Werden Fahrzeugkomponenten, insbesondere BIW-Komponenten daher aus einem erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsband hergestellt, können diese kostengünstiger als bisherige Komponenten aus AA6XXX-Werkstoffen zur Verfügung gestellt werden. -
Figur 2a) und 2b ) zeigen schematisch Einsatzbereiche des erfindungsgemäß hergestellten Aluminiumlegierungsbandes in Form verschiedenster Bleche einer Fahrzeugstruktur gemäßFigur 2a ) oder beispielsweise eines schematisch dargestellten Innenteil einer Fahrzeugtür gemäßFigur 2b ). Aufgrund des guten Korrosionsverhaltens der Aluminiumlegierungsbänder gemäß der vorliegenden Erfindung eröffnen sich weitere Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäßen, nicht-aushärtbaren, also naturharten Aluminiumlegierungsbänder und -bleche im Kraftfahrzeug. - Aus verschiedenen Aluminiumlegierungszusammensetzungen wurden Walzbarren gegossen, einem Homogenisieren bei 480 °C bis 550 °C für mindestens 0,5 h unterzogen, bei 280 °C bis 500 °C zu Warmbändern warmgewalzt und anschließend variierenden Bedingungen beim Kaltwalzen vor und nach einem letzten Zwischenglühen unterzogen. Tabelle 1 zeigt insgesamt sieben verschiedene Legierungszusammensetzungen. In den zwölf Versuchen wurden neben den sieben verschiedenen Legierungen unterschiedliche Parameter für das Kaltwalzen vor und nach der letzten Zwischenglühung verwendet. Bis zur Fertigstellung der Warmbänder unterschieden sich die hergestellten Versuchsbänder, abgesehen von unterschiedlichen Warmbanddicken und unterschiedlichen Aluminiumlegierungen, nicht.
Tabelle 1 Legierungsbestandteile [Gew.-%] Versuch Nr Si Fe Cu Mg Mn Cr Zn Ti 1 Vgl 0,136 0,318 0,031 2,9 0,80 0,068 0,011 0,013 2 Vgl 0,210 0,320 0,028 4,1 0.41 0,120 0,007 0,011 3 Vgl 0,031 0,130 0,002 4,2 0,25 0,001 0,004 0,021 4 Erf 0,031 0,130 0,002 4,2 0,25 0,001 0,004 0,021 5 Erf 0,031 0,130 0,002 4,2 0,25 0,001 0,004 0,021 6 Vgl 0,031 0,130 0,002 4,2 0,25 0,001 0,004 0,021 7 Erf 0,073 0,190 0,004 4,4 0,29 0,004 0,005 0,015 8 Erf 0,031 0,130 0,002 4,2 0,25 0,001 0,004 0,021 9 Vgl 0,140 0,290 0,060 4,7 0,58 0,090 0,009 0,019 10 Erf 0,050 0,170 0,023 4,9 0,26 0,008 0,003 0,026 11 Erf 0,062 0,190 0,120 5,2 0,25 0,005 0,004 0,013 12 Erf 0,062 0,190 0,120 5,2 0,25 0,005 0,004 0,013 - In Tabelle 1 sind andere Verunreinigungen, welche in den Ausführungsbeispielen weniger als 0,01 Gew.-% betrugen, nicht angegeben. Der Restgehalt bestand aus Aluminium.
- Ferner sind in Tabelle 1 die Legierungsbestandteile, welche außerhalb des erfindungsgemäß vorgesehenen Bereichs liegen, unterstrichen angegeben. Die Versuche 1, 2 und 9 umfassten Aluminiumlegierungen deren Mg-, Mn- oder Cr-Gehalt außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegen. Im Vergleichsbeispiel Nr. 1 ist der Mg-Gehalt zu klein und die Gehalte an Mn und Cr zu groß. Zu hohe Werte für Cr und leicht erhöhte Werte für Mn umfasst auch Vergleichsbeispiel Nr. 2. Vergleichsbeispiel Nr. 9 hat wiederum deutlich zu große Werte für Mn und Cr.
- Die aus verschiedenen Aluminiumlegierungen bereitgestellten Warmbänder wurden anschließend gemäß der Vorgaben in Tabelle 2 im Kaltwalzen vor der letzten Zwischenglühung sowie nach der Zwischenglühung kaltgewalzt. Die Rückglühtemperatur betrug bei allen Versuchen 240 °C. Das Rückglühen erfolgte im Coil, wobei die Metalltemperatur der Rückglühtemperatur für eine Dauer von mindestens 0,5 h gehalten wurde. In Tabelle 2 sind zudem noch die Enddicken ao angegeben, die zwischen 0,7 mm und 1,7 mm etwa liegen.
- In Tabelle 2 sind die Abwalzgrade, welche außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegen, unterstrichen. Die Vergleichsbeispiel Nr.1 und 6 weisen zu hohe Abwalzgrade vor dem Zwischenglühen auf, wohingegen Vergleichsbeispiel Nr. 3 einen zu geringen Schlussabwalzgrad nach der Zwischenglühung aufweist.
- Bei allen Versuchen wurde nach dem Zwischenglühen die mittlere Korngröße, also der mittlere Korndurchmesser vermessen. Hierzu wurden Proben von den Bändern entnommen und Längsschliffe gemäß der Barker-Methode anodisiert. Unter dem Mikroskop wurden die Proben gemäß ASTM E1382 vermessen und die mittlere Korngröße durch den mittleren Korndurchmesser bestimmt.
- Nach der Herstellung der Bänder wurden Proben entnommen und mechanische Kennwerte wie die Streckgrenze Rp0,2, die Zugfestigkeit Rm, die Gleichmaßdehnung Ag, die Bruchdehnung A80mm sowie die Brucheinschnürung Z gemäß EN 10002-1 bzw. ISO 6892 gemessen. Alle Werte sind in Tabelle 3 neben den ermittelten mittleren Korngröße bzw. dem mittleren Korndurchmesser eingetragen. Zusätzlich zeigt Tabelle 3 auch die Werte des Massenverlustes in einem Korrosionstest gemäß ASTM G67 (NAMLT), bei welchem die Proben vorher einer simulierten Temperaturbelastung für 17h bei 130 °C unterzogen wurden.
Tabelle 2 Versuch Nr Typ Abwalzgrad vor dem letzten Zwischenglühen [%] Schlussabwalzgrad [%] Rückglühtemperatur [°C] Enddicke a 0 [mm] 1 Vgl 58 40 240 1,488 2 Vgl 25 50 240 1,700 3 Vgl 25 20 240 1,480 4 Erf 24 31 240 1,324 5 Erf 24 40 240 1,482 6 Vgl 61 40 240 1,489 7 Erf 25 50 240 1,231 8 Erf 24 60 240 0,773 9 Vgl 25 50 240 1,337 10 Erf 43 60 240 1,398 11 Erf 26 50 240 1,502 12 Erf 26 60 240 1,211 - Wiederum sind die mechanischen Kennwerte, welche außerhalb der für das erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsband beanspruchten Werte liegen, unterstrichen dargestellt.
Tabelle 3 Versuch Nr Typ R p0,2 [MPa] R m [MPa] A g [%] A 80mm [%] Z [%] IK (17h / 130°C) [mg/cm2] Korngröße nach Zwischenglühung [µm] 1 Vgl 227 297 10.6 11.5 49 1,1 10 2 Vgl 244 331 14,6 16,1 45 4,1 15 3 Vgl 159 266 18,8 23,8 71 8,6 29 4 Erf 191 291 15,1 18,1 59 6,8 31 5 Erf 201 298 15,0 18,0 58 6,6 31 6 Vgl 210 304 15,7 18,6 52 18.6 13 7 Erf 217 311 15,5 18,2 62 2,5 33 8 Erf 211 307 16,2 18,4 56 5,8 31 9 Vgl 257 349 12,8 14,3 39 4,2 13 10 Erf 238 342 16,6 19,2 56 12,6 21 11 Erf 258 353 15,3 16,5 53 6,3 27 12 Erf 270 359 15,6 17,8 55 5,6 27 - Die Vergleichsbeispiele 1 und 2 zeigen deutlich den Einfluss der Legierungszusammensetzung auf die Ergebnisse bezüglich der Umformbarkeit. Im Vergleichsbeispiel Nr. 1, welche einen deutlich erhöhten Mn-Gehalt aufweist, sinkt beispielsweise die Gleichmaßdehnung Ag auf 10,6 % ab. Auch der zu geringe Mg-Gehalt des Vergleichsbeispiels Nr. 1 wirkt großen Dehnungswerten entgegen.
- Das Vergleichsbeispiel Nr. 2 mit einem erhöhten Cr-Gehalt bei leicht überhöhtem Mn-Gehalt zeigt dagegen Brucheinschnürungswerte Z, die unterhalb von 50 % liegen, was auf ein verschlechtertes Umformverhalten zurückschließen lässt. Die Brucheinschnürung Z stellt nämlich gerade die Eigenschaft des Werkstoffes dar, bei großen Umformungen über eine Querschnittsverringerung Material für die Umformung zur Verfügung zu stellen, ohne zu reißen. Aufgrund der höheren Mn-Gehalte bzw. Cr-Gehalte hat die mittlere Korngröße von 10 bzw. 15 µm keinen negativen Einfluss auf die Korrosionseigenschaften dieser Proben.
- Vergleicht man das Vergleichsbeispiel Nr. 3 mit dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel Nr. 4 wird deutlich, dass über die Einstellung des Abwalzgrades beim Schlusswalzen nach der Zwischenglühung die Streckgrenze Rp0,2 eingestellt werden kann. Die Ausführungsbeispiele Nr. 4, 5 und 8 zeigen, dass über Schlussabwalzgrade nach der Zwischenglühung von 31 % bis 60 % die Streckgrenze Rp0,2 auf Werte bis zu 211 MPa angehoben werden kann, ohne signifikante Einbußen im Bereich der für die Umformung wichtigen Kennwerte wie die Gleichmaßdehnung Ag oder Z nach sich zu ziehen.
- Nimmt man das Vergleichsbeispiel Nr. 6 hinzu, welches eine identische Aluminiumlegierung wie die Beispiele 3, 4, 5 und 8 aufweist, kann sehr deutlich der Einfluss der Einstellung der mittleren Korndurchmessers durch Begrenzung des Abwalzgrades beim Kaltwalzen vor der letzten Zwischenglühung erkannt werden. Bei einem Abwalzgrad von 61 % beim Kaltwalzen vor der letzten Zwischenglühung wird durch die Zwischenglühung ein relativ feines Korn mit einem mittleren Durchmesser bzw. einer mittleren Korngröße von 13 µm erzeugt, welches die Korrosionseigenschaften negativ beeinflusst. Das Vergleichsbeispiel Nr. 6 wird als nicht beständig gegen interkristalline Korrosion eingestuft.
- Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Streckgrenze Rp0,2 auf Werte bis zu 270 MPa durch Verwendung von Abwalzgraden beim Schlusskaltwalzen von 40 % bis 60 % gesteigert werden. Hier trägt insbesondere der höhere Mg-Gehalt von bis zu 5,2 Gew.-% im Ausführungsbeispiel Nr. 12 zur deutlichen Steigerung der Streckgrenze Rp0,2 bei.
- Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele Nr. 9, 10 und 11 zeigt, dass die Korrosionsbeständigkeit stark von der Wahl des Abwalzgrades vor dem letzten Zwischenglühen und damit von dem mittleren Korndurchmesser bzw. der mittleren Korngröße abhängt. Bei den Ausführungsbeispielen Nr. 10 und 11 ist der Mg-Gehalt gegenüber Ausführungsbeispiel Nr. 9 erhöht, was prinzipiell zu einer schlechteren Korrosionsbeständigkeit gegenüber interkristalline Korrosion führen könnte. Überraschenderweise ist die Korrosionsbeständigkeit dieser Ausführungsbeispiele gegenüber dem mit kleinerem Korndurchmesser versehenen und einen geringeren Mg-Gehalt aufweisenden Ausführungsbeispiel Nr. 9 jedoch deutlich besser. Hier wird deutlich, dass der bevorzugte Verfahrensweg über die erfindungsgemäßen Beschränkungen der Kaltwalzgrade vor dem letzten Zwischenglühen einen deutlichen Einfluss auf das Endprodukt des rückgeglühten Bandes hat.
- Im Ergebnis zeigen die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele, dass ein Aluminiumlegierungsband zur Verfügung gestellt werden kann, welches Streckgrenzwerte, Dehnungswerte und eine Korrosionsbeständigkeit gegen interkristalline Korrosion aufweist, das für den Einsatz in hochbeanspruchten Fahrzeugkomponenten besonders gut geeignet ist und aufgrund der Verwendung einer nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierung kostengünstig hergestellt werden kann.
Claims (13)
- Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumbandes oder -blechs aus einer Aluminiumlegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen in Gew.-%:
Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 %, in Summe max. 0,15%,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Gießen eines Walzbarrens bestehend aus der genannten Aluminiumlegierung,- Homogenisieren des Walzbarrens bei 480 °C bis 550 °C für mindestens 0,5 h,- Warmwalzen des Walzbarrens bei einer Temperatur von 280 °C bis 500 °C zu einem Warmband,- Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes nach dem Warmwalzen mit einem Abwalzgrad von 10 % bis 45 % vor einer letzten Zwischenglühung,- Durchführen mindestens einer letzten Zwischenglühung des kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C, derart dass das kaltgewalzte Aluminiumlegierungsband ein rekristallisiertes Gefüge nach der Zwischenglühung aufweist,- Kaltwalzen des zwischengeglühten Aluminiumlegierungsbands mit einem Abwalzgrad von 30 % bis 60% an Enddicke und - Rückglühen des Aluminiumlegierungsbandes im Coil an Enddicke, wobei die Metalltemperatur 190 - 250 °C für mindestens 0,5 h beträgt. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abwalzgrad beim Kaltwalzen vor der letzten Zwischenglühung 20 % bis 30% beträgt. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abwalzgrad beim Kaltwalzen an Enddicke nach der letzten Zwischenglühung 40 % bis 60% beträgt. - Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aluminiumlegierungsband auf eine Enddicke von 0,5 mm bis 5,0 mm, bevorzugt 1,0 bis 3,0 mm kaltgewalzt wird. - Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur bei der Rückglühung 220 bis 240 °C beträgt. - Kaltgewalztes und rückgeglühtes Aluminiumlegierungsband oder -blech, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einer Aluminiumlegierung mit den folgenden Legierungsbestandteilen:
Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 %, in Summe max. 0,15%,
wobei das Aluminiumlegierungsband
eine Streckgrenze Rp0,2 von mehr als 190 MPa,
eine Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 14 %,
eine Brucheinschnürung Z von mehr als 50% sowie
im Korrosionstest gemäß ASTM G67 nach einer vorherigen Sensibilisierungsglühung für 17h bei 130°C einen Massenverlust von weniger als 15 mg/cm2 aufweist. - Aluminiumlegierungsband oder -blech nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Mg-Gehalt des Aluminiumlegierungsbandes 4,2 Gew.-% bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 4,2 Gew.-% bis 5,2 Gew.-% beträgt. - Aluminiumlegierungsband oder -blech nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Mn-Gehalt des Aluminiumlegierungsbandes 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% beträgt. - Aluminiumlegierungsband oder -blech nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Cr-Gehalt des Aluminiumlegierungsbandes weniger als 0,01 Gew.-% beträgt. - Aluminiumlegierungsband oder -blech nach Anspruch 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aluminiumlegierungsband eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist:eine Streckgrenze Rp0,2 von mehr als 200 MPa,eine Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 15 %,eine Brucheinschnürung Z von mindestens 55% oderim Korrosionstest gemäß ASTM G67 nach einer vorherigen Sensibilisierungsglühung für 17h bei 130°C einen Massenverlust von weniger als 10 mg/cm2 aufweist. - Aluminiumlegierungsband oder -blech nach einem der Ansprüche 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aluminiumlegierungsband eine Dicke von 0,5 bis 5,0 mm, vorzugsweise 1,0 bis 3,0 mm aufweist. - Verwendung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs nach einem der Ansprüche 6 bis 12 zur Herstellung von Strukturteilen oder Fahrwerkskomponenten eines Kraftfahrzeugs.
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