EP4275812A1 - Aluminum alloy structural components, precursor material and method of manufacturing the same - Google Patents

Aluminum alloy structural components, precursor material and method of manufacturing the same Download PDF

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EP4275812A1
EP4275812A1 EP22173326.4A EP22173326A EP4275812A1 EP 4275812 A1 EP4275812 A1 EP 4275812A1 EP 22173326 A EP22173326 A EP 22173326A EP 4275812 A1 EP4275812 A1 EP 4275812A1
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EP
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aluminum alloy
aluminum
melt
alloy
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Trimet Aluminium SE
Bharat Forge Global Holding GmbH
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    • B22D11/001Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
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    • B22D11/015Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths without moulds, e.g. on molten surfaces using magnetic field for conformation, i.e. the metal is not in contact with a mould
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    • B22D11/04Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/02Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to structural components made of an aluminum alloy, in particular structural components for automobiles, a raw material for such structural components and associated methods for producing the same.
  • a material - for example an aluminum alloy - is transferred from the molten state to the solidified state by continuously feeding the alloyed or unalloyed melt into a short, water-cooled ring mold.
  • the ring mold is closed off by a lowerable foot block on a casting table. By lowering the casting table, the cast ingot is produced with continuous replenishment of the mold space.
  • the ring mold and the solidified cast product are cooled using water.
  • molds with a ceramic structure on the mold (“hot top") are also used, which reduces the temperature gradient in the solidifying melt, resulting in a more uniform structure in the mold Bar cross-section and a thinner edge shell with increased surface quality. Casting lengths are usually between 3 and 7 meters. ( F. Ostermann "Aluminum Application Technology", Springer, 2007, 2nd edition, p. 419f .).
  • Prematerial produced in continuous casting is usually brought to suitable preliminary dimensions by extrusion before the actual forming step to the final contour.
  • the grain structure of the material also changes. If there is a more globulitic grain structure in the cast state, this changes through the extrusion process to a fiber structure oriented in the pressing direction ( F. Ostermann "Aluminum Application Technology", Springer, 2007, 2nd edition, p. 482 ).
  • Extrusion and forging are two of the most economical forming processes for aluminum.
  • the design limits in extrusion and forging are influenced, among other things, by the alloy and the available process forces.
  • the quality of a formed part largely depends on the alloy system chosen.
  • AIMn(Cu) and AlMgSi alloy systems are particularly widely used for extruded products. ( F. Ostermann "Aluminum Application Technology", Springer, 2007, 2nd edition, pp. 435-444 ).
  • all wrought aluminum alloys and cast alloys can be used for hot forming by forging.
  • the general heat treatment cycle for age-hardenable wrought aluminum alloys is in Figure 1 shown and consists of the steps solution annealing, quenching and hardening.
  • solution annealing can be dispensed with for low to medium strength materials.
  • the forging material is subjected to solution annealing after forming in order to exploit the full potential of the alloys. Too short a solution heat treatment causes reduced strength levels and reduced ductility after hardening.
  • Re-annealing after forming serves to homogenize the forged structure. Precise control of the quenching speed is not insignificant when it comes to high-alloy materials after the solution annealing process in order to counteract premature segregation processes.
  • An example of this is in Figure 2 the C-curve of a pressed profile from EN AW-6060 is listed.
  • Aluminum alloys for manufacturing structural components are in EP 2 644 727 A2 or EP 2 811 042 B1 described.
  • the invention is based on the object of creating a structural component that has both high strength and good corrosion resistance and is economical to produce, as well as an associated manufacturing process.
  • the melt is preferably liquid-cooled as it passes through a mold so that it solidifies without coming into contact with the wall.
  • the coolant temperature and the mass flow of the coolant are set so that the highest cooling rate of the melt is more than -25 K/s.
  • Suitable cooling speeds are, for example, between -15 K/s and -35 K/s for a bolt with a diameter between 90 mm and 100 mm, measured at a lateral distance of approximately 20 mm from a central longitudinal axis of the bolt.
  • the coolant is preferably water with a maximum temperature of 80°C.
  • the cooling water volume flow for a bolt with a diameter between 90 mm and 100 mm is preferably between 40 l/min and 80 l/min.
  • the cooling water volume flow is 20 to 50 times larger than that Volume flow of the cast aluminum alloy, wherein the cooling water volume flow for bolt diameters of the order of 50 mm is preferably approximately 25 times greater than the volume flow of the cast aluminum alloy and for bolt diameters of the order of 100 mm is preferably approximately 40 times greater than the volume flow of the cast Aluminum alloy.
  • the cooling capacity can be determined and adjusted as a function of the flow/return temperature and volume flow.
  • a water-cooled ring mold is preferably used as the mold, which is designed in such a way that the melt of the aluminum alloy is spaced from the solid components of the ring mold by a film of water and therefore does not touch any solid components of the mold during solidification.
  • the water is used for the liquid cooling of the cast strand as described
  • the melt passing through the mold is completely exposed from the outside to a gas mixture containing oxygen, preferably oxygen that is as pure as possible, in order to promote the formation of a solidified surface layer made of oxidized aluminum alloy.
  • oxygen preferably oxygen that is as pure as possible
  • the application of oxygen takes place before the application of water for liquid cooling. Only after the solidified surface layer has formed is the cast strand (ingot), which is initially still formed by liquid melt, cooled with water as mentioned above. The water film mentioned does not come into contact with the melt, but rather with the already solidified edge layer of the cast strand.
  • the melt is separated from the mold by the gas mixture during the solidification of the surface layer.
  • the gas mixture preferably contains between 10% and 80% or between 20% and 70% oxygen (O 2 ).
  • a raw material quality that can be directly massively formed can be achieved, which is characterized by a sufficiently homogeneous surface quality, a sufficiently fine structure and a sufficiently low tendency to recrystallization .
  • the primary material according to the invention has a significantly reduced tendency to secondary recrystallization compared to the prior art, so that, for example, the circumferential coarse grain seam typical of forged parts is eliminated (see also Figures 3 and 4 ).
  • the electrical conductivity is significantly lower than in comparable extruded material, namely around 16 to 18 MS/m compared to approximately 25 MS/m in the prior art. This is advantageous if the raw material according to the invention is used to produce components of electrical machines because the lower conductivity reduces harmful eddy currents.
  • the primary material according to the invention has increased corrosion resistance compared to the prior art.
  • products made from the raw material according to the invention offer, for example, a higher pressure tightness compared to cast aluminum, which results from the absence of porosity.
  • the aluminum alloy used according to the invention is easy to cast and form and has good mechanical properties.
  • the mechanical properties achieved are, for example, a tensile strength Rm>375 MPa, a yield strength Rp02>345 MPA, an elongation A>10% and a hardness>100 HB.
  • the aluminum alloy has good machinability and high corrosion resistance.
  • the components made from aluminum alloy are characterized by high strength and elongation properties combined with excellent corrosion resistance.
  • the aluminum alloy used according to the invention is particularly suitable for producing structural components, in particular automotive components, by means of forming processes.
  • the weight ratio of titanium to zirconium (Ti:Zr) in the aluminum alloy is between 1:4 and 1:6, particularly preferably at least approximately 1:5.
  • the weight ratio of iron to chromium to manganese (Fe:Cr:Mn) in the aluminum alloy is at least approximately 1:1:4.
  • the aluminum alloy preferably contains up to a maximum of 0.3% by weight of one or more elements of the so-called rare earths, preferably Sc, Er, La, Ce, Y and/or Yb.
  • Grain refinement is preferably carried out in the aluminum alloy according to the invention.
  • the alloy for grain refinement can contain Ti and B, with the addition of titanium and boron via a master alloy with 2.7 to 3.2% by weight of Ti and 0.6 to 1.1% by weight of B, the balance being aluminum , he follows.
  • the aluminum master alloy contains 2.9 to 3.1% by weight of Ti and 0.8 to 0.9% by weight of B and has a Ti-B weight ratio Ti:B of approximately 3:1 .
  • a master alloy that has a Ti-B weight ratio Ti:B between approximately 5:1 and 5:0.6 is preferred.
  • the titanium content is preferably between 4.5 and 5.5% by weight, for example between 4.8 and 5.2% by weight.
  • the content of the master alloy in the alloy according to the invention is preferably set to 0.02 to 0.3% by weight.
  • Ti and B are added to the aluminum alloy for grain refinement.
  • the aluminum master alloy containing titanium and boron is preferably added to the melt in the form of a wire immediately before the mold.
  • the primary material produced using the method according to the invention is preferably forged into a structural component immediately after continuous casting.
  • Another aspect of the invention is a manufacturing process for the aluminum alloy according to the invention, through which the required component properties are obtained.
  • Another aspect is a structural component made of the aluminum alloy according to the invention, in particular a structural component for a vehicle, for example an aircraft or an automobile.
  • Another aspect is a method for producing a structural component in which the primary material produced as described above is hot-formed, in particular forged, into a structural component immediately after continuous casting, without any treatment to homogenize the primary material taking place between continuous casting and hot forming.
  • the forged structural component can be quenched directly after hot forming, without the hot-formed structural component being solution annealed again beforehand.
  • the forged structural component can then be subjected to heat aging.
  • the forged structural component can be solution annealed, quenched and aged after hot forming.
  • the temperature during solution annealing approximately corresponds to the forming temperature for forging, i.e. between 400°C and 570°C.
  • the structural component is preferably subjected to hot aging and subsequent air cooling.
  • the aging process is preferably carried out for 2 hours to 7 hours at 180°C to 210°C.
  • crash or deformation-relevant parts or fail-safe parts that are made from the raw material according to the invention are particularly preferred.
  • preferred structural components are the following vehicle parts: skid wedges, battery boxes, junction points, engine mounts, pivot bearings and wishbones.
  • a further aspect is the use of the aluminum alloy according to the invention for producing a structural component for a vehicle, for example an aircraft or an automobile, in particular for producing deformation-relevant parts or fail-safe parts, especially for producing sliding wedges, battery boxes, body nodes , engine mounts, pivot bearings and wishbones for vehicles.
  • the invention includes the knowledge that in order to achieve the required mechanical properties, in particular a high yield strength Rp0.2, copper or zinc usually has to be added to a 6xxx alloy.
  • this approach conflicts with the corrosion resistance that is also required.
  • the permissible Cu and Zn proportions in the alloy must be severely limited, otherwise precipitation will occur, particularly on the grain boundaries, which will have a negative impact affect the corrosion resistance of the alloy.
  • the required properties are therefore achieved by other suitable measures, such as setting the Si:Mg ratio of at least 1:0.8 and preferably the Fe:Mn:Cr ratio of at least approximately 1:1:4 or the addition of dispersoid formers to realize.
  • a suitable heat treatment strategy is an effective means of achieving the required goals. Phases such as these must be formed which counteract the dislocation movements when force is applied.
  • the invention also includes the knowledge that known EN AW-6082 aluminum alloys do not have sufficient strength with sufficient corrosion resistance. On the other hand, known EN AW-6056 aluminum alloys offer sufficient mechanical properties, but fail when it comes to the required corrosion properties. Other alloys of EN AW-6xxx and the other wrought alloy groups also do not meet the required properties.
  • the invention includes the knowledge that only a few wrought alloys are actually used for forging, although in principle all aluminum and wrought alloys can be formed using hot solid forming. The reason for this is the high demands in terms of strength and component safety in the typical areas of application for forged aluminum parts, namely vehicle construction and mechanical engineering.
  • a common area of application for aluminum forgings is chassis safety parts, which can be permanently exposed to corrosion attack due to their exposed location; cf. F. Ostermann, Application Technology Aluminum, London, Heidelberg: Springer, 2007 .
  • JP Wloka states that a continuous corrosive active path through the metal is responsible for the occurrence of intergranular corrosion. This occurs especially with materials that have been subjected to heat aging which have pearl-string-like grain boundary precipitates. This phenomenon cannot be observed in aging structures; cf. JP Wloka, Corrosion studies on scandium-containing AlZnMgCu alloys with special consideration of the influence of intermetallic phases, Er Weg: University of Er Weg-Nuremberg, 2007 . It is also known that sensitivity to intergranular corrosion is increased by insufficient quenching rates after solution annealing. This is particularly true for age-hardenable alloys.
  • Hot aging is a one-stage process. It is precisely an advantage of the process described here that the bolts produced using the continuous casting process can be cold-formed after continuous casting without prolonged aging. After continuous casting, after cooling, aging can be carried out for a period of 2h to 7h at 180°C to 210°C.
  • the C curves shown illustrate the influence of the quenching speed on the formation of phases or undesirable precipitates for extrusion.
  • the quenching speed must be chosen so that undesirable precipitation does not occur.
  • the principles applicable to extrusion are intended to illustrate the influence that quenching speed has on the formation of precipitates.
  • the bolts are preferably not strand pressed, but rather forged. After forging, solution annealing can optionally be carried out.
  • An advantage of the aluminum alloy according to the invention is that it does not require any heat treatment or only a short hot aging if a preliminary product is produced in the manner described here in the direct quenching continuous casting process.
  • the preferred silicon content is 0.7 to 1.8% by weight, particularly preferably 1.0 to 1.6% by weight, especially 1.2 to 1.4% by weight.
  • the preferred magnesium content is 0.5 to 1.4% by weight, particularly preferably 0.6 to 1.2% by weight, especially 0.8 to 1.0% by weight.
  • the preferred copper content is a maximum of 0.1% by weight.
  • the preferred manganese content is 0.4 to 0.8% by weight, particularly preferably 0.5 to 0.7% by weight.
  • the preferred zirconium content is 0.005 to 0.5% by weight, particularly preferably 0.005 to 0.1% by weight.
  • the alloy can optionally contain one or more of the following elements in the proportions specified below:
  • the preferred chromium content is a maximum of 0.2% by weight.
  • the preferred iron content is a maximum of 0.3% by weight.
  • the preferred titanium content is 0.001 to 0.05% by weight.
  • the preferred zinc content is a maximum of 0.04% by weight, preferably a maximum of 0.01% by weight.
  • the aluminum alloy can be produced using methods known to those skilled in the art, usually by producing a melt which has a composition which corresponds to the alloy composition specified above.
  • the alloying elements Ti and B are preferably added in the form of a master alloy in the production of the alloy, as explained above.
  • the raw material made from the aluminum alloy according to the invention is preferably produced using a horizontal continuous casting process (horizontal casting, HCM).
  • HCM horizontal continuous casting process
  • a prior gas treatment of the melt with a suitable inert gas or several inert gases ensures sufficient melt quality and produces a low-H 2 cast product, which represents an important step in achieving the required properties in the end product.
  • Methods for treating metal melts with inert gases are known to those skilled in the art.
  • the maximum value for hydrogen (H 2 ) in the melt is preferably between 0.05 and 0.5 ml of H 2 per 100 g of aluminum.
  • a maximum value for hydrogen of less than 0.25 ml H 2 /100g Al and in particular less than 0.15 ml H 2 /100g Al is particularly preferred
  • the production of structural components using the aluminum alloy according to the invention is carried out by means of hot forming, preferably by means of drop forging of primary material preferably produced as described here.
  • Heating to a forming temperature between 400°C and 570°C can be carried out in any way, preferably by means of a heating furnace or induction. Intermediate heating steps can take place between individual forming steps.
  • the forged structural component can be quenched directly from the forming heat - i.e. immediately after hot forming.
  • the forged structural component can then be subjected to heat aging.
  • the forged structural component can be solution annealed, quenched and aged.
  • the temperature during solution annealing approximately corresponds to the forming temperature for forging, i.e. between 400°C and 570°C.
  • the raw material can be subjected to heat treatment before hot forming or the structural component obtained through hot forming.
  • heat treatment is not absolutely necessary because the continuously cast raw material already has excellent properties for producing structural components using the forging process.
  • the aluminum alloy according to the invention can, for example, be heat treated for 0.25 hours to 24 hours at 150 ° C to 260 ° C and then quenched in a suitable gaseous medium, for example air or inert gas, or in a suitable liquid medium, for example water or oil.
  • the preferred heat treatment takes place at 1h to 10h and 170°C to 220°C, particularly preferably 2h to 7h at 180°C to 210°C with subsequent air cooling.
  • the primary material can be hot-formed, for example forged, immediately after continuous casting. Otherwise common process steps such as homogenization following continuous casting and extrusion following homogenization can be omitted
  • the heat-treated raw material is suitable for producing structural components that are used in heavily stressed and safety-relevant areas, e.g. vehicle construction. In addition to high strength, high ductility is required.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a cross section through a hot-formed structural component 30, which is made from a conventional raw material. A pronounced coarse-grain seam 32 and a likewise pronounced ridge area 34 can be seen.
  • Figure 3 illustrates the typical coarse grain development on a forged part using the usual extruded material.
  • Figure 4 shows the significantly lower coarse grain development on a forged part 30 'using the raw material according to the invention, because the tendency to secondary recrystallization is significantly reduced with the raw material according to the invention.
  • the all-round coarse grain seam 32 (see Figure 3 ) is omitted (see Figure 4 ). This results in a high surface quality of the forged parts.
  • a wire 12 made of an aluminum master alloy with 4.8 to 5.2% by weight of Ti and 0.8 to 1.2% by weight of B and the balance aluminum and unavoidable impurities is provided and immediately before the melt this passes through a water-cooled ring mold 14, added; please refer Figure 5 .
  • the ring mold 14 is designed in such a way that the melt of the aluminum alloy is spaced from the solid components of the ring mold by a film of water and therefore does not touch any solid components of the mold during solidification.
  • the melt passing through the ring mold 14 is completely exposed to the purest possible oxygen O 2 from the outside in order to promote the formation of an edge layer made of oxidized aluminum alloy. The application of oxygen takes place before the application of water for liquid cooling.
  • the casting speed is, for example, between 150 mm/min and 200 mm/min.
  • the cooling water 16 for cooling the melt 10 as it passes through the ring mold 14 is guided in the circuit 18 in such a way that the temperature and the volume flow of the cooling water cause a maximum cooling rate of the melt when it solidifies of more than -25 K/s.
  • Suitable cooling speeds are, for example, between -15 K/s and -35 K/s for a billet with a diameter between 90 mm and 100 mm, measured at a lateral distance of approximately 20 mm from a central longitudinal axis of the billet.
  • the water 16 used as coolant has a temperature between 20°C and 80°C.
  • the cooling water volume flow is, for example, between 40 l/min and 80 l/min.
  • the cooling water volume flow is preferably 20 to 50 times larger than the volume flow of the cast aluminum alloy, with the cooling water volume flow for ingot diameters of the order of 50 mm preferably being approximately 25 times larger than the volume flow of the cast aluminum alloy and for ingot diameters in of the order of 100 mm is preferably about 40 times larger than the volume flow of the cast aluminum alloy.
  • a ring mold 14 for example, a cast strand 20 for ingots 22 with an outer diameter of 60 mm to 110 mm can be produced.
  • the cooling water temperature T K is preferably between 20 ° C and 80 ° C and the cooling water flow is preferably greater than 30 l / min.
  • the billet 20 is separated into individual bolts 22, which can then be cold-formed or forged.
  • the diameter and cross-sectional shape - for example circular or oval - of the billet 20 is selected so that bolts obtained from the billet 20 have a volume that exceeds the volume of the cold-formed finished part as little as possible.
  • the diameter and cross-sectional shape of the billet 20 can be adjusted by selecting a suitable ring mold 14.
  • a bolt 22 made from the aluminum alloy described here using the continuous casting process also described here has properties that make the bolt 22 suitable as a starting material for forging resilient structural components with high strength, a low tendency to corrosion and a high surface quality. Values typically achieved from this raw material are a tensile strength Rm>375 MPa, a yield strength Rp02>345 MPA, an elongation A>10% and a hardness>100 HB.
  • Structural components forged from the raw material can be deformation-relevant parts or fail-safe parts for motor vehicles, for example slip wedges, battery boxes, junction points, engine mounts, pivot bearings or wishbones.
  • the primary material is also suitable for components of electrical machines in which eddy currents and the associated losses are to be reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Vormaterial für geschmiedete Strukturbauteile aus Aluminium. Das Verfahren umfasst das Herstellen einer Aluminiumlegierung mit 0,7 bis 1,8 Gew.-% Silizium, 0,5 bis 1,4 Gew.-% Magnesium, 0,3 bis 1,2 Gew.-% Mangan, 0,005 bis 0,5 Gew.-% Zirkon, 0,001 bis 0,1 Gew.-% Titan und max. 0,3 Gew.-% Eisen mittels direktabschreckendem Stranggießen. Hierbei wird die Schmelze so geführt, dass sie beim Abschrecken keinen Kontakt zu einer festen Oberfläche hat.

Figure imgaf001
The invention relates to a method for producing raw material for forged structural components made of aluminum. The process includes producing an aluminum alloy with 0.7 to 1.8 wt% silicon, 0.5 to 1.4 wt% magnesium, 0.3 to 1.2 wt% manganese, 0.005 to 0 .5% by weight of zirconium, 0.001 to 0.1% by weight of titanium and max. 0.3% by weight of iron using direct quenching continuous casting. The melt is guided in such a way that it does not come into contact with a solid surface during quenching.
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung betrifft Strukturbauteile aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere Strukturbauteile für Automobile, ein Vormaterial für derartige Strukturbauteile und zugehörige Verfahren zur Herstellung selbiger.The invention relates to structural components made of an aluminum alloy, in particular structural components for automobiles, a raw material for such structural components and associated methods for producing the same.

Es ist bekannt, Barren aus Aluminiumlegierungen, die beispielsweise zum Herstellen von Strukturbauteilen für Fahrzeuge verwendet werden, im Stranggussverfahren herzustellen.It is known to produce ingots from aluminum alloys, which are used, for example, to produce structural components for vehicles, using the continuous casting process.

Bei einem Stranggussverfahren wird ein Material - z.B. eine Aluminiumlegierung - vom schmelzflüssigen in den erstarrten Zustand überführt, indem die legierte oder unlegierte Schmelze kontinuierlich in eine kurze, wassergekühlte Ringkokille geleitet wird. Die Ring-kokille wird durch einen absenkbaren Fußblock auf einem Gießtisch abgeschlossen. Durch Absenken des Gießtisches wird unter kontinuierlicher Nachspeisung des Kokillenraums der Gussbarren erzeugt. Die Kühlung der Ringkokille und des erstarrt austretenden Gussproduktes erfolgt hierbei mittels Wasser. Neben Ringkokillen werden auch Kokillen mit einem Keramikaufbau auf der Kokille ("Hot-Top") verwendet, welcher den Temperaturgradienten in der erstarrenden Schmelze reduziert, was zu einem gleichmäßigeren Gefüge im Barrenquerschnitt und einer dünneren Randschale bei gesteigerter Oberflächengüte führen kann. Gießlängen liegen üblicherweise zwischen 3 und 7 Metern. ( F. Ostermann "Anwendungstechnologie Aluminium", Springer, 2007, 2. Auflage, S. 419f .).In a continuous casting process, a material - for example an aluminum alloy - is transferred from the molten state to the solidified state by continuously feeding the alloyed or unalloyed melt into a short, water-cooled ring mold. The ring mold is closed off by a lowerable foot block on a casting table. By lowering the casting table, the cast ingot is produced with continuous replenishment of the mold space. The ring mold and the solidified cast product are cooled using water. In addition to ring molds, molds with a ceramic structure on the mold ("hot top") are also used, which reduces the temperature gradient in the solidifying melt, resulting in a more uniform structure in the mold Bar cross-section and a thinner edge shell with increased surface quality. Casting lengths are usually between 3 and 7 meters. ( F. Ostermann "Aluminum Application Technology", Springer, 2007, 2nd edition, p. 419f .).

Im Strangguss erzeugtes Vormaterial wird üblicher Weise vor dem eigentlichen Umformschritt zur Endkontur mittels Strangpressen in geeignete Vorabmessungen gebracht. Neben der Änderung der Abmessungen des so erzeugten Schmiedevormaterials ändert sich hierbei auch die Kornstruktur des Materials. Liegt im Gusszustand ein mehr globulitisches Korngefüge vor, so ändert sich dieses durch den Prozess des Strangpressens zu einem in Pressrichtung orientiertem Fasergefüge ( F. Ostermann "Anwendungstechnologie Aluminium", Springer, 2007, 2. Auflage, S. 482 ).Prematerial produced in continuous casting is usually brought to suitable preliminary dimensions by extrusion before the actual forming step to the final contour. In addition to changing the dimensions of the forging raw material produced in this way, the grain structure of the material also changes. If there is a more globulitic grain structure in the cast state, this changes through the extrusion process to a fiber structure oriented in the pressing direction ( F. Ostermann "Aluminum Application Technology", Springer, 2007, 2nd edition, p. 482 ).

Strangpressen und Schmieden sind zwei der wirtschaftlichsten Formgebungsverfahren für Aluminium. Die Gestaltungsgrenzen beim Strangpressen und Schmieden werden u.a. durch die Legierung und die verfügbaren Prozesskräfte beeinflusst. Die Qualität eines Umformteils hängt neben der Maschineneinstellung und Werkzeuggestaltung maßgeblich vom gewählten Legierungssystem ab. Für Strangpressprodukte finden insbesondere AIMn(Cu)- und AlMgSi-Legierungssysteme eine breite Anwendung. ( F. Ostermann "Anwendungstechnologie Aluminium", Springer, 2007, 2. Auflage, S. 435-444 ). Bei der Warmformgebung durch Schmieden können grundsätzlich alle Aluminium-Knetlegierungen und Gusslegierungen genutzt werden. Aus technisch-wirtschaftlichen Gründen finden jedoch vor allem ausgewählte Knetlegierungen der 2xxx-, 5xxx-, 6xxx- und 7xxx-Reihen nach DIN EN 573-4 und DIN EN 586-3 Verwendung ( F. Ostermann "Anwendungstechnologie Aluminium", Springer, 2007, 2. Auflage, S. 481f .).Extrusion and forging are two of the most economical forming processes for aluminum. The design limits in extrusion and forging are influenced, among other things, by the alloy and the available process forces. In addition to the machine settings and tool design, the quality of a formed part largely depends on the alloy system chosen. AIMn(Cu) and AlMgSi alloy systems are particularly widely used for extruded products. ( F. Ostermann "Aluminum Application Technology", Springer, 2007, 2nd edition, pp. 435-444 ). In principle, all wrought aluminum alloys and cast alloys can be used for hot forming by forging. However, for technical and economic reasons, selected wrought alloys from the 2xxx, 5xxx, 6xxx and 7xxx series in accordance with DIN EN 573-4 and DIN EN 586-3 are used ( F. Ostermann “Aluminum Application Technology”, Springer, 2007, 2nd edition, p. 481f .).

Der allgemeine Wärmebehandlungszyklus für aushärtbare Aluminiumknetlegierungen ist in Figur 1 dargestellt und besteht aus den Schritten Lösungsglühen, Abschrecken und Aushärten.The general heat treatment cycle for age-hardenable wrought aluminum alloys is in Figure 1 shown and consists of the steps solution annealing, quenching and hardening.

Da beim Umformen die Warmverformungstemperaturen im Bereich der Lösungsglühtemperatur liegt, kann bei niedrig- bis mittelfesten Werkstoffen auf das Lösungsglühen verzichtet werden. Bei hochfesten Werkstoffen wird das Schmiedevormaterial nach dem Umformen einer Lösungsglühung unterzogen, um das volle Potential der Legierungen ausschöpfen zu können. Eine zu kurze Lösungsglühung verursacht ein vermindertes Festigkeitsniveau und eine reduzierte Duktilität nach der Aushärtung. Ein erneutes Glühen nach dem Umformen dient zur Homogenisierung des Schmiedegefüges. Nicht unerheblich ist bei hochlegierten Werkstoffen hierbei die genaue Kontrolle der Abschreckgeschwindigkeit nach dem Lösungsglühprozess, um vorzeitigen Entmischungsvorgängen entgegen zu wirken. Beispielhaft ist hierzu in Figur 2 die C-Kurve eines Pressprofils aus EN AW-6060 aufgeführt.Since the hot deformation temperatures during forming are in the range of the solution annealing temperature, solution annealing can be dispensed with for low to medium strength materials. For high-strength materials, the forging material is subjected to solution annealing after forming in order to exploit the full potential of the alloys. Too short a solution heat treatment causes reduced strength levels and reduced ductility after hardening. Re-annealing after forming serves to homogenize the forged structure. Precise control of the quenching speed is not insignificant when it comes to high-alloy materials after the solution annealing process in order to counteract premature segregation processes. An example of this is in Figure 2 the C-curve of a pressed profile from EN AW-6060 is listed.

Im Anschluss an das Abschrecken des Strukturbauteils nach dem Warmumformen erfolgt üblicherweise eine legierungsspezifische ein- oder mehrstufige Kalt- und/oder Warmauslagerung am umgeformten Bauteil. Dies dient zur Einstellung der geforderten mechanischen Eigenschaften ( Quelle: F. Ostermann "Anwendungstechnologie Aluminium", Springer, 2007, 2. Auflage, S. 157-166 ).Following the quenching of the structural component after hot forming, an alloy-specific single or multi-stage cold and/or hot aging usually takes place on the formed component. This serves to set the required mechanical properties ( Source: F. Ostermann "Aluminum Application Technology", Springer, 2007, 2nd edition, pp. 157-166 ).

In der Vergangenheit wurde der Entwicklung von Aluminiumlegierungen mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit und gleichzeitiger Steigerung der mechanischen Eigenschaften vermehrt Aufmerksamkeit geschenkt. Dies geschieht vor allem vor dem Hintergrund, dass gerade in der Automobilindustrie die Forderung nach Werkstoffen zunimmt, welche durch Gewichtsersparnis mittels Wandstärkenreduktion einen Vorteil in der CO2-Bilanz während eines Fahrzeug-Lebenszyklus ermöglichen.In the past, increased attention has been paid to the development of aluminum alloys with improved corrosion resistance while increasing mechanical properties. This is happening above all against the background that the demand for materials is increasing, especially in the automotive industry, which enable an advantage in the CO 2 balance during a vehicle life cycle by saving weight by reducing wall thickness.

Gleichermaßen bestehen hier Forderungen nach Verschleißwiderstand, geringer Dichte und Temperaturausdehnung sowie guter Umformbarkeit. Diese Forderungen wurden bisher überwiegend von Legierungen aus der 6xxx-Reihe nach DIN EN 573-4 erfüllt, beispielsweise 6082 Legierungen.At the same time, there are requirements for wear resistance, low density and thermal expansion as well as good formability. These requirements have so far mainly been met by alloys from the 6xxx series according to DIN EN 573-4, for example 6082 alloys.

Die Forderungen nach höchsten mechanischen Eigenschaften können bisher nur mittels Ausscheidungssequenzen unter Kupfer-Zusätzen (Cu-Zusätzen) zur Legierung erfüllt werden. Dies führt jedoch zunehmend zu einem Zielkonflikt, da Cu-haltige 6xxx-Legierungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Bezug auf interkristalline Korrosion, an ihre Grenzen stoßen.The demands for the highest mechanical properties can so far only be met by precipitation sequences with copper additions (Cu additions) to the alloy. However, this increasingly leads to a conflict of objectives, as Cu-containing 6xxx alloys reach their limits in terms of corrosion resistance, especially with regard to intergranular corrosion.

Bemühungen, die Cu-Zusätze durch die Verwendung von Legierungselementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle zu substituieren, zeigen z.T. positive Resultate. Die schlechte Verfügbarkeit von Legierungselementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle und die damit einhergehende Preislage machen solche Varianten im industriellen Umfeld jedoch wenig attraktiv.Efforts to substitute Cu additives through the use of alloying elements from the group of rare earth metals are partly showing positive results. However, the poor availability of alloying elements from the group of rare earth metals and the associated price situation make such variants less attractive in the industrial environment.

Aluminiumlegierungen zum Herstellen von Strukturbauteilen sind in EP 2 644 727 A2 oder EP 2 811 042 B1 beschrieben.Aluminum alloys for manufacturing structural components are in EP 2 644 727 A2 or EP 2 811 042 B1 described.

Bekannte Aluminiumlegierungen gemäß AA 6182 haben die folgende Zusammensetzung: Aluminium, Al 95 - 97,85 % Chrom, Cr <= 0,25 % Kupfer, Cu <= 0,10 % Eisen, Fe <= 0,50 % Magnesium, Mg 0,70 - 1,2 % Mangan, Mn 0,50 - 1,0 % Silizium, Si 0,90 - 1,3 % Titan, Ti <= 0,10 % Zink, Zn <= 0,20 % Zirkon, Zr 0,05 - 0,20 % andere, jeweils <= 0,05 % andere, insgesamt <= 0,15 % Known aluminum alloys according to AA 6182 have the following composition: Aluminum, Al 95 - 97.85% Chromium, Cr <= 0.25% Copper, Cu <= 0.10% Iron, Fe <= 0.50% Magnesium, Mg 0.70 - 1.2% Manganese, Mn 0.50 - 1.0% Silicon, Si 0.90 - 1.3% Titanium, Ti <= 0.10% Zinc, Zn <= 0.20% Zircon, Zr 0.05 - 0.20% others, respectively <= 0.05% others, altogether <= 0.15%

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strukturbauteil zu schaffen, das sowohl eine hohe Festigkeit sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit besitzt als auch wirtschaftlich herzustellen ist, sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren.The invention is based on the object of creating a structural component that has both high strength and good corrosion resistance and is economical to produce, as well as an associated manufacturing process.

Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen von Vormaterial für geschmiedete Strukturbauteile aus Aluminium gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

  • Herstellen einer Aluminiumlegierung mit den Bestandteilen.
    • 1,2 bis 1,4 Gew.-% Silizium,
    • 0,8 bis 1,2 Gew.-% Magnesium,
    • 0,3 bis 1,2 Gew.-% Mangan,
    • 0,1 bis 0,2 Gew.-% Zirkon,
    • 0,01 bis 0,05 Gew.-% Titan,
    • 0,08 bis 0,3 Gew.-% Eisen,
    • 0,08 bis 0,2 Gew. % Chrom
    • max. 0,04 Gew.-% Zink, und
    • max. 0,02 Gew.-% Kupfer
    • wobei das Verhältnis von Silizium zu Magnesium mindestens 1 : 0,8 beträgt,
  • Stranggießen der Aluminiumlegierung, bei dem die Schmelze so geführt wird, dass sie beim Erstarren keinen Kontakt zu einer festen Oberfläche hat.
According to a first aspect of the invention, this object is achieved by a method for producing raw material for forged structural components made of aluminum, which comprises the following steps:
  • Producing an aluminum alloy with the components.
    • 1.2 to 1.4% by weight of silicon,
    • 0.8 to 1.2% by weight magnesium,
    • 0.3 to 1.2% by weight of manganese,
    • 0.1 to 0.2% by weight zirconium,
    • 0.01 to 0.05% by weight titanium,
    • 0.08 to 0.3% by weight iron,
    • 0.08 to 0.2% by weight of chromium
    • max. 0.04% by weight zinc, and
    • max. 0.02% by weight copper
    • where the ratio of silicon to magnesium is at least 1:0.8,
  • Continuous casting of aluminum alloy, in which the melt is guided so that it does not come into contact with a solid surface during solidification.

Vorzugsweise wird die Schmelze beim Durchtritt durch eine Kokille flüssigkeitsgekühlt, so dass sie ohne Wandberührung erstarrt. Vorzugsweise sind dabei die Kühlmitteltemperatur und der Massenstrom des Kühlmittels (z.B. Wasser) so eingestellt, dass die höchste Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze mehr als -25 K/s beträgt. Geeignete Abkühlgeschwindigkeiten sind beispielsweise zwischen -15 K/s und -35 K/s bei einem Bolzen mit einem Durchmesser zwischen 90 mm und 100 mm, gemessen in einem seitlichen Abstand von etwa 20 mm von einer zentralen Längsachse des Bolzens. Das Kühlmittel ist vorzugsweise Wasser mit einer Temperatur von maximal 80°C. Bei einer Gießgeschwindigkeit zwischen 100 mm/min und 500 mm/min beträgt der Kühlwasservolumenstrom bei einem Bolzen mit einem Durchmesser zwischen 90 mm und 100 mm vorzugsweise zwischen 40 l/min und 80 l/min Vorzugsweise ist der Kühlwasservolumenstrom 20 bis 50 mal größer als der Volumenstrom der gegossenen Aluminiumlegierung, wobei der Kühlwasservolumenstrom für Bolzendurchmesser in der Größenordnung von 50 mm vorzugsweise etwa 25 mal größer ist, als der Volumenstrom der gegossenen Aluminiumlegierung und für Bolzendurchmesser in der Größenordnung von 100 mm vorzugsweise etwa 40 mal größer ist, als der Volumenstrom der gegossenen Aluminiumlegierung. Die Kühlleistung kann als Funktion von Vorlauf-/Rücklauftemperatur und Volumenstrom bestimmt und eingestellt werden.The melt is preferably liquid-cooled as it passes through a mold so that it solidifies without coming into contact with the wall. Preferably, the coolant temperature and the mass flow of the coolant (e.g. water) are set so that the highest cooling rate of the melt is more than -25 K/s. Suitable cooling speeds are, for example, between -15 K/s and -35 K/s for a bolt with a diameter between 90 mm and 100 mm, measured at a lateral distance of approximately 20 mm from a central longitudinal axis of the bolt. The coolant is preferably water with a maximum temperature of 80°C. At a casting speed between 100 mm/min and 500 mm/min, the cooling water volume flow for a bolt with a diameter between 90 mm and 100 mm is preferably between 40 l/min and 80 l/min. Preferably, the cooling water volume flow is 20 to 50 times larger than that Volume flow of the cast aluminum alloy, wherein the cooling water volume flow for bolt diameters of the order of 50 mm is preferably approximately 25 times greater than the volume flow of the cast aluminum alloy and for bolt diameters of the order of 100 mm is preferably approximately 40 times greater than the volume flow of the cast Aluminum alloy. The cooling capacity can be determined and adjusted as a function of the flow/return temperature and volume flow.

Als Kokille wird vorzugsweise eine wassergekühlte Ring-Kokille verwendet, die derart gestaltet ist, dass die Schmelze der Aluminiumlegierung durch einen Wasserfilm von den festen Bestandteilen der Ringkokille beabstandet ist und somit beim Erstarren keine festen Bestandteile der Kokille berührt. Das Wasser dient der beschriebenen Flüssigkeitskühlung des GussstrangsA water-cooled ring mold is preferably used as the mold, which is designed in such a way that the melt of the aluminum alloy is spaced from the solid components of the ring mold by a film of water and therefore does not touch any solid components of the mold during solidification. The water is used for the liquid cooling of the cast strand as described

Vorzugsweise wird die durch die Kokille tretende Schmelze von außen vollumfänglich mit einem Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch, vorzugsweise möglichst reinem Sauerstoff beaufschlagt, um das Bilden einer erstarrten Randschicht aus oxidierter Aluminiumlegierung zu fördern. Das Beaufschlagen mit Sauerstoff erfolgt vor dem Beaufschlagen mit Wasser für die Flüssigkeitskühlung. Erst nach dem sich die erstarrte Randschicht gebildet hat, wird der im Inneren zunächst noch von flüssiger Schmelze gebildete Gussstrang (Barren) wie zuvor erwähnt mit Wasser gekühlt. Der erwähnte Wasserfilm kommt somit nicht mit der Schmelze, sondern mit der bereits erstarrten Randschicht des Gussstrangs in Berührung. Zuvor wird die Schmelze während der Erstarrung der Randschicht durch das Gasgemisch von der Kokille getrennt.Preferably, the melt passing through the mold is completely exposed from the outside to a gas mixture containing oxygen, preferably oxygen that is as pure as possible, in order to promote the formation of a solidified surface layer made of oxidized aluminum alloy. The application of oxygen takes place before the application of water for liquid cooling. Only after the solidified surface layer has formed is the cast strand (ingot), which is initially still formed by liquid melt, cooled with water as mentioned above. The water film mentioned does not come into contact with the melt, but rather with the already solidified edge layer of the cast strand. Beforehand, the melt is separated from the mold by the gas mixture during the solidification of the surface layer.

Das Gasgemisch enthält vorzugsweise zwischen 10% und 80% oder zwischen 20% und 70% Sauerstoff (O2).The gas mixture preferably contains between 10% and 80% or between 20% and 70% oxygen (O 2 ).

In weiteren Ausführungsvarianten kann die Legierung zusätzlich wahlweise noch eines oder mehrere der nachfolgenden Elemente in den nachfolgend angegebenen Anteilen enthalten:

  • max. 0,2 Gew.-% Chrom
  • max. 0,04 Gew.-% Zink
  • max. 0,02 Gew.-% Kupfer
In further embodiment variants, the alloy can optionally also contain one or more of the following elements in the proportions specified below:
  • max. 0.2% by weight chromium
  • max. 0.04% by weight zinc
  • max. 0.02% by weight copper

Im Vergleich mit Standard-Stranggussverfahren kann durch die Verwendung eines direkt abschreckenden Stranggussverfahrens unter Vermeidung des Kontaktes von Schmelze und festen Oberflächen (z.B. der Kokille) eine unmittelbar massivumformbare Vormaterialqualität erreicht werden, die durch hinreichend homogene Oberflächenqualität, hinreichend feines Gefüge und hinreichend geringe Rekristallisationsneigung gekennzeichnet ist.In comparison with standard continuous casting processes, by using a direct quenching continuous casting process while avoiding contact between the melt and solid surfaces (e.g. the mold), a raw material quality that can be directly massively formed can be achieved, which is characterized by a sufficiently homogeneous surface quality, a sufficiently fine structure and a sufficiently low tendency to recrystallization .

Das erfindungsgemäße Vormaterial hat eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringerte Neigung zur Sekundärrekristallisation, so dass beispielsweise der für Schmiedeteile typische umlaufende Grobkorn-Saum entfällt (siehe auch Figuren 3 und 4). Die elektrische Leitfähigkeit ist deutlich niedriger als in vergleichbarem stranggepressten Material, nämlich etwas 16 bis 18 MS/m gegenüber ca. 25 MS/m beim Stand der Technik. Dies ist vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Vormaterial zum Herstellen von Bauteilen elektrischer Maschinen verwendet wird, weil durch die geringere Leitfähigkeit schädliche Wirbelströme vermindert werden.The primary material according to the invention has a significantly reduced tendency to secondary recrystallization compared to the prior art, so that, for example, the circumferential coarse grain seam typical of forged parts is eliminated (see also Figures 3 and 4 ). The electrical conductivity is significantly lower than in comparable extruded material, namely around 16 to 18 MS/m compared to approximately 25 MS/m in the prior art. This is advantageous if the raw material according to the invention is used to produce components of electrical machines because the lower conductivity reduces harmful eddy currents.

Das erfindungsgemäße Vormaterial hat gegenüber dem Stand der Technik eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit.The primary material according to the invention has increased corrosion resistance compared to the prior art.

Außerdem bieten aus dem erfindungsgemäßen Vormaterial hergestellte Produkte z.B. im Vergleich zu Guss-Aluminium eine höhere Druckdichtigkeit, die aus der Abwesenheit von Porosität resultiert.In addition, products made from the raw material according to the invention offer, for example, a higher pressure tightness compared to cast aluminum, which results from the absence of porosity.

Die erfindungsgemäß verwendete Aluminiumlegierung ist gut gießbar und umformbar und weist gute mechanische Eigenschaften auf. Die erzielten mechanischen Eigenschaften sind beispielsweise eine Zugfestigkeit Rm>375 MPa, eine Dehngrenze Rp02>345 MPA, eine Dehnung A>10% und eine Härte>100 HB. Darüber hinaus besitzt die Aluminiumlegierung eine gute Zerspanbarkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit.The aluminum alloy used according to the invention is easy to cast and form and has good mechanical properties. The mechanical properties achieved are, for example, a tensile strength Rm>375 MPa, a yield strength Rp02>345 MPA, an elongation A>10% and a hardness>100 HB. In addition, the aluminum alloy has good machinability and high corrosion resistance.

Die aus der Aluminiumlegierung hergestellten Bauteile zeichnen sich dementsprechend durch hohe Festigkeiten und Dehnungseigenschaften bei gleichzeitig hervorragender Korrosionsbeständigkeit aus.The components made from aluminum alloy are characterized by high strength and elongation properties combined with excellent corrosion resistance.

Die erfindungsgemäß verwendete Aluminiumlegierung ist insbesondere zum Herstellen von Strukturbauteilen, insbesondere Automotivbauteilen, mittels Umformprozessen geeignet.The aluminum alloy used according to the invention is particularly suitable for producing structural components, in particular automotive components, by means of forming processes.

Vorzugsweise beträgt das Gewichtsverhältnis von Titan zu Zirkon (Ti:Zr) in der Aluminiumlegierung zwischen 1:4 und 1:6, besonders bevorzugt wenigstens annähernd 1:5.Preferably, the weight ratio of titanium to zirconium (Ti:Zr) in the aluminum alloy is between 1:4 and 1:6, particularly preferably at least approximately 1:5.

Vorzugsweise beträgt das Gewichtsverhältnis von Eisen zu Chrom zu Mangan (Fe:Cr:Mn) in der Aluminiumlegierung wenigstens annähernd 1:1:4.Preferably the weight ratio of iron to chromium to manganese (Fe:Cr:Mn) in the aluminum alloy is at least approximately 1:1:4.

Vorzugsweise enthält die Aluminiumlegierung zum Bilden weiterer feinverteilter Dispersoide bis zu max. 0,3 Gew.-% eines oder mehrere Elemente der sogenannten Seltenen Erden, vorzugsweise Sc, Er, La, Ce, Y und/oder Yb.To form further finely divided dispersoids, the aluminum alloy preferably contains up to a maximum of 0.3% by weight of one or more elements of the so-called rare earths, preferably Sc, Er, La, Ce, Y and/or Yb.

Bevorzugt wird bei der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung eine Kornfeinung durchgeführt.Grain refinement is preferably carried out in the aluminum alloy according to the invention.

Hierzu kann die Legierung zur Kornfeinung Ti und B enthalten, wobei die Zugabe von Titan und Bor über eine Vorlegierung mit 2,7 bis 3,2 Gew.-% Ti und 0,6 bis 1,1 Gew.-% B, Rest Aluminium, erfolgt. Gemäß einer Variante enthält die Aluminium-Vorlegierung 2,9 bis 3,1 Gew.-% Ti und 0,8 bis 0,9 Gew.-% B und weist ein Ti-B-Gewichtsverhältnis Ti:B von etwa 3:1 auf.For this purpose, the alloy for grain refinement can contain Ti and B, with the addition of titanium and boron via a master alloy with 2.7 to 3.2% by weight of Ti and 0.6 to 1.1% by weight of B, the balance being aluminum , he follows. According to a variant, the aluminum master alloy contains 2.9 to 3.1% by weight of Ti and 0.8 to 0.9% by weight of B and has a Ti-B weight ratio Ti:B of approximately 3:1 .

Bevorzugt ist eine Vorlegierung, die ein Ti-B-Gewichtsverhältnis Ti:B zwischen etwa 5:1 und 5:0,6 aufweist. In diesem Fall beträgt der Titan-Gehalt vorzugsweise zwischen 4,5 und 5,5 Gew. %, beispielsweise zwischen 4,8 und 5,2 Gew. %.A master alloy that has a Ti-B weight ratio Ti:B between approximately 5:1 and 5:0.6 is preferred. In this case, the titanium content is preferably between 4.5 and 5.5% by weight, for example between 4.8 and 5.2% by weight.

Der Gehalt der Vorlegierung in der erfindungsgemäßen Legierung wird bevorzugt auf 0,02 bis 0,3 Gew.-% eingestellt.The content of the master alloy in the alloy according to the invention is preferably set to 0.02 to 0.3% by weight.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren umfasst dementsprechend vorzugsweise zusätzlich die folgenden Schritte:

  • Herstellen einer Aluminium-Vorlegierung mit 4,8 bis 5,2 Gew.-% Ti und 0,8 bis 1,2 Gew.-% B und als Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen und
  • Zufügen der Aluminium-Vorlegierung zu der Aluminiumlegierung mit den Bestandteilen:
    • 1,2 bis 1,4 Gew.-% Silizium,
    • 0,8 bis 1,2 Gew.-% Magnesium,
    • 0,3 bis 1,2 Gew.-% Mangan,
    • 0,1 bis 0,2 Gew.-% Zirkon,
    • 0,01 bis 0,05 Gew.-% Titan,
    • 0,08 bis 0,3 Gew.-% Eisen,
    • 0,08 bis 0,2 Gew. % Chrom,
    • max. 0,04 Gew.-% Zink, und
    • max. 0,02 Gew.-% Kupfer.
The production method according to the invention accordingly preferably additionally includes the following steps:
  • Produce an aluminum master alloy with 4.8 to 5.2% by weight of Ti and 0.8 to 1.2% by weight of B and the balance aluminum and unavoidable impurities and
  • Adding the aluminum master alloy to the aluminum alloy with the components:
    • 1.2 to 1.4% by weight of silicon,
    • 0.8 to 1.2% by weight magnesium,
    • 0.3 to 1.2% by weight of manganese,
    • 0.1 to 0.2% by weight zirconium,
    • 0.01 to 0.05% by weight titanium,
    • 0.08 to 0.3% by weight iron,
    • 0.08 to 0.2% by weight of chromium,
    • max. 0.04% by weight zinc, and
    • max. 0.02% by weight copper.

Mittels der Aluminium-Vorlegierung werden der Aluminiumlegierung zur Kornfeinung Ti und B zugegeben.Using the aluminum master alloy, Ti and B are added to the aluminum alloy for grain refinement.

Bei dem bevorzugten Herstellungsverfahren für ein Vormaterial aus der Aluminiumlegierung wird die Titan und Bor enthaltende Aluminium-Vorlegierung vorzugsweise in Form eines Drahtes der Schmelze unmittelbar vor der Kokille zugegeben.In the preferred production process for a starting material made of the aluminum alloy, the aluminum master alloy containing titanium and boron is preferably added to the melt in the form of a wire immediately before the mold.

Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Vormaterial wird vorzugsweise unmittelbar im Anschluss an das Stranggießen zu einem Strukturbauteil geschmiedet.The primary material produced using the method according to the invention is preferably forged into a structural component immediately after continuous casting.

Ein weiterer Erfindungsaspekt ist ein Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung, durch welches die geforderten Bauteileigenschaften gewonnen werden.Another aspect of the invention is a manufacturing process for the aluminum alloy according to the invention, through which the required component properties are obtained.

Ein weiterer Aspekt ist ein Strukturbauteil aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung, insbesondere ein Strukturbauteil für ein Fahrzeug, beispielsweise ein Luftfahrzeug oder ein Automobil.Another aspect is a structural component made of the aluminum alloy according to the invention, in particular a structural component for a vehicle, for example an aircraft or an automobile.

Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils, bei dem das wie zuvor beschrieben hergestellte Vormaterial unmittelbar im Anschluss an das Stranggießen zu einem Strukturbauteil warmumgeformt, insbesondere geschmiedet wird, ohne dass zwischen dem Stranggießen und dem Warmumformen eine Behandlung zur Homogenisierung des Vormaterials stattfindet.Another aspect is a method for producing a structural component in which the primary material produced as described above is hot-formed, in particular forged, into a structural component immediately after continuous casting, without any treatment to homogenize the primary material taking place between continuous casting and hot forming.

Eine Abschreckung des geschmiedeten Strukturbauteils kann direkt nach dem Warmumformen geschehen, ohne dass das warmumgeformte Strukturbauteil zuvor noch einmal lösungsgeglüht wird. Anschließend kann das geschmiedete Strukturbauteil warmausgelagert werden.The forged structural component can be quenched directly after hot forming, without the hot-formed structural component being solution annealed again beforehand. The forged structural component can then be subjected to heat aging.

Alternativ kann das geschmiedete Strukturbauteil nach dem Warmumformen lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert werden. Die Temperatur beim Lösungsglühen entspricht in etwa der Umformtemperatur für das Schmieden, also zwischen 400°C bis 570°C.Alternatively, the forged structural component can be solution annealed, quenched and aged after hot forming. The temperature during solution annealing approximately corresponds to the forming temperature for forging, i.e. between 400°C and 570°C.

Vorzugsweise wird das Strukturbauteil nach dem Warmumformen, insbesondere nach dem Schmieden, einer Warmauslagerung und einer anschließenden Luftabkühlung unterzogen. Hierbei erfolgt das Warmauslagern vorzugsweise 2h bis 7h bei 180°C bis 210°C.After hot forming, in particular after forging, the structural component is preferably subjected to hot aging and subsequent air cooling. The aging process is preferably carried out for 2 hours to 7 hours at 180°C to 210°C.

Aufgrund der Materialeigenschaften sind insbesondere Crash- bzw. deformationsrelevante Teile oder Fail-safe-Teile, die aus dem erfindungsgemäßen Vormaterial hergestellt sind, bevorzugt. Beispiele für bevorzugte Strukturbauteile sind folgende Fahrzeugteile: Abgleitkeile, Batteriekästen, Knotenpunkte, Motorlager, Schwenklager und Querlenker.Due to the material properties, crash or deformation-relevant parts or fail-safe parts that are made from the raw material according to the invention are particularly preferred. Examples of preferred structural components are the following vehicle parts: skid wedges, battery boxes, junction points, engine mounts, pivot bearings and wishbones.

Entsprechend ist ein weiterer Aspekt die Verwendung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung zur Herstellung eines Strukturbauteils für ein Fahrzeug, beispielsweise ein Luftfahrzeug oder ein Automobil, insbesondere zum Herstellen von deformationsrelevanten Teilen oder Fail-safe-Teilen, vor allem zum Herstellen von Abgleitkeilen, Batteriekästen, Karosserie-Knotenpunkten, Motorlagern, Schwenklagern und Querlenkern für Fahrzeuge.Accordingly, a further aspect is the use of the aluminum alloy according to the invention for producing a structural component for a vehicle, for example an aircraft or an automobile, in particular for producing deformation-relevant parts or fail-safe parts, especially for producing sliding wedges, battery boxes, body nodes , engine mounts, pivot bearings and wishbones for vehicles.

Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass zum Erreichen der geforderten mechanischen Eigenschaften, insbesondere einer hohen Dehngrenze Rp0,2, einer 6xxx-Legierung üblicherweise Kupfer oder Zink zugesetzt werden muss. Dieses Vorgehen steht jedoch im Zielkonflikt mit der ebenfalls geforderten Korrosionsbeständigkeit. Um diese zu erreichen sind die zulässigen Cu- und Zn-Anteile in der Legierung stark zu begrenzen, da es sonst insbesondere auf den Korngrenzen zu Ausscheidungen kommt, welche sich negativ auf die Korrosionsbeständigkeit der Legierung auswirken. Die geforderten Eigenschaften sind daher durch andere geeignete Maßnahmen, wie z.B. das Einstellen des Si:Mg Verhältnisses von mindestens 1 : 0,8 und vorzugsweise des Fe:Mn:Cr Verhältnisses von wenigstens annähernd 1:1:4 oder die Zugabe von Dispersoid-Bildnern zu realisieren. Darüber hinaus ist eine geeignete Wärmebehandlungsstrategie ein probates Mittel zum Erreichen der geforderten Ziele. Hierbei sind derartige Phasen zu bilden, welche den Versetzungsbewegungen bei Kraftbeaufschlagung entgegenwirken.The invention includes the knowledge that in order to achieve the required mechanical properties, in particular a high yield strength Rp0.2, copper or zinc usually has to be added to a 6xxx alloy. However, this approach conflicts with the corrosion resistance that is also required. In order to achieve this, the permissible Cu and Zn proportions in the alloy must be severely limited, otherwise precipitation will occur, particularly on the grain boundaries, which will have a negative impact affect the corrosion resistance of the alloy. The required properties are therefore achieved by other suitable measures, such as setting the Si:Mg ratio of at least 1:0.8 and preferably the Fe:Mn:Cr ratio of at least approximately 1:1:4 or the addition of dispersoid formers to realize. In addition, a suitable heat treatment strategy is an effective means of achieving the required goals. Phases such as these must be formed which counteract the dislocation movements when force is applied.

Die Erfindung schließt außerdem die Erkenntnis ein, dass bekannte EN AW-6082 Aluminiumlegierungen bei ausreichender Korrosionsresistenz nicht genügend Festigkeit aufweisen. Auf der anderen Seite bieten bekannte EN AW-6056 Aluminiumlegierungen zwar ausreichende mechanischen Eigenschaften, versagen aber bei den geforderten Korrosionseigenschaften. Sonstige Legierungen der EN AW-6xxx sowie die übrigen Knetlegierungsgruppen erfüllen ebenfalls nicht die geforderten Eigenschaften.The invention also includes the knowledge that known EN AW-6082 aluminum alloys do not have sufficient strength with sufficient corrosion resistance. On the other hand, known EN AW-6056 aluminum alloys offer sufficient mechanical properties, but fail when it comes to the required corrosion properties. Other alloys of EN AW-6xxx and the other wrought alloy groups also do not meet the required properties.

Weiterhin schließt die Erfindung die Erkenntnis ein, dass für das Schmieden nur wenige Knetlegierungen tatsächlich eingesetzt werden, obwohl prinzipiell alle Aluminium- und Knetlegierungen mittels Warm-Massivumformung umgeformt werden können. Grund hierfür sind die hohen Ansprüche hinsichtlich Festigkeit und Bauteilsicherheit der typischen Einsatzgebiete von geschmiedeten Aluminiumteilen, namentlich Fahrzeugbau und Maschinenbau. Ein häufiges Anwendungsgebiet für Aluminium-Schmiedeteile sind Fahrwerks-Sicherheitsteile, die aufgrund ihrer exponierten Lage einem Korrosionsangriff permanent ausgesetzt sein können; cf. F. Ostermann, Anwendungstechnologie Aluminium, London, Heidelberg: Springer, 2007 . Furthermore, the invention includes the knowledge that only a few wrought alloys are actually used for forging, although in principle all aluminum and wrought alloys can be formed using hot solid forming. The reason for this is the high demands in terms of strength and component safety in the typical areas of application for forged aluminum parts, namely vehicle construction and mechanical engineering. A common area of application for aluminum forgings is chassis safety parts, which can be permanently exposed to corrosion attack due to their exposed location; cf. F. Ostermann, Application Technology Aluminum, London, Heidelberg: Springer, 2007 .

Allgemein bekannt ist, dass Reinaluminium gegenüber Korrosion eine hohe Beständigkeit aufweist. Erst durch Zugabe entsprechender Legierungselemente entsteht die Anfälligkeit. F. Uyma schreibt, dass steigende Magnesium-Anteile die Korrosionseigenschaften verbessern. Durch Mangan wird das Rekristallisations- und Ausscheidungsverhalten beeinflusst, was zum vermehrten Auftreten der sog. "Chinesen Schrift" (binäres Eutektikum aus Al und Mg2Si) führt, welche wiederum die interkristalline Korrosion hervorruft. Zink- und Scandium-Zugaben sollen die Beständigkeit gegenüber interkristalline Korrosion erhöhen; cf. F. Uyma, Untersuchungen auf dem Gebiet der Al-Mg-Si- und Al/Mg2Si-in-situ Legierungen, Freiberg: Technische Universität Bergakademie Freiberg, 2007 . J.P. Wloka stellt fest, dass ein durchgehender korrosionsaktiver Pfad durch das Metall für das Auftreten interkristalliner Korrosion verantwortlich ist. Dieser tritt vor allem bei warmausgelagerten Werkstoffen auf, die perlschnurartige Korngrenzenausscheidungen aufweisen. Dieses Phänomen ist bei überalterten Strukturen nicht zu beobachten; cf. J. P. Wloka, Korrosionsuntersuchungen an scandiumhaltigen AlZnMgCu-Legierungen unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses intermetallischer Phasen, Erlangen: Universität Erlangen-Nürnberg, 2007 . Außerdem ist bekannt, dass die Empfindlichkeit für interkristalline Korrosion durch ungenügende Abschreckgeschwindigkeiten nach dem Lösungsglühen erhöht wird. Dies gilt insbesondere für aushärtbare Legierungen. Bei dickwandigen Halbzeugen ist interkristalline Korrosion demnach kaum zu vermeiden; cf. F. Ostermann, Anwendungstechnologie Aluminium, London, Heidelberg: Springer, 2007 . G. Svenningsen et al. haben den Einfluss von Kupfergehalten in AlMgSi Legierungen untersucht. Die Anfälligkeit gegenüber interkristalliner Korrosion beruht demnach zum großen Teil auf dem Kupfergehalt einer Legierung. Zudem hat die Abschreckgeschwindigkeit einen signifikanten Einfluss auf die interkristalline Korrosionsbeständigkeit einer Legierung. Eine Abkühlung mittels Wasser ist demnach der Abkühlung an Luft vorzuziehen. Zuletzt konnte, wie in ebenfalls in J. P. Wloka, Korrosionsuntersuchungen an scandiumhaltigen AlZnMgCu-Legierungen unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses intermetallischer Phasen, Erlangen: Universität Erlangen-Nürnberg, 2007 beschrieben, gezeigt werden, dass eine Überalterung einen positiven Einfluss auf die Resistenz in Bezug auf interkristalline Korrosion hat. Als hauptverantwortliche Phase der interkristallinen Korrosion wurde die sog. Q-Phase (Al4Mg8Si7Cu2) identifiziert ( G. Svenningsen et al., "Effect of low copper content and heat treatment on intergranular corrosion of model AlMgSi alloys," Corrosion Science, Bd. 1, Nr. 48, p. 226-242, 2006 ). In diesem Zusammenhang wird das Anteilsverhältnis von Magnesium zu Silizium stark diskutiert. Es herrscht jedoch keine Einigkeit über das beste Verhältnis u.a., weil bisher keine direkten Beweise des Einflusses geliefert werden konnten. G. Svennigsen et al. setzen das Verhältnis auf Mg/Si ~ 0,87. Altenpohl schlägt ein Verhältnis von Mg/Si ~ 1 vor ( G. Svenningsen et al., "Effect of low copper content and heat treatment on intergranular corrosion of model AlMgSi alloys," Corrosion Science, Bd. 1, Nr. 48, p. 226-242, 2006 ), ( D. Altenpohl, Aluminium und Aluminiumlegierungen, London, Heidelberg: Springer, 1965 ).It is generally known that pure aluminum has a high resistance to corrosion. Susceptibility only arises through the addition of appropriate alloying elements. F. Uyma writes that increasing magnesium contents improve corrosion properties. Manganese influences the recrystallization and precipitation behavior, which leads to the increased occurrence of the so-called "Chinese writing" (binary eutectic made of Al and Mg 2 Si), which in turn causes intergranular corrosion. Zinc and scandium additions are intended to increase resistance to intergranular corrosion; cf. F. Uyma, Investigations in the field of Al-Mg-Si and Al/Mg2Si in-situ alloys, Freiberg: Technical University of Bergakademie Freiberg, 2007 . JP Wloka states that a continuous corrosive active path through the metal is responsible for the occurrence of intergranular corrosion. This occurs especially with materials that have been subjected to heat aging which have pearl-string-like grain boundary precipitates. This phenomenon cannot be observed in aging structures; cf. JP Wloka, Corrosion studies on scandium-containing AlZnMgCu alloys with special consideration of the influence of intermetallic phases, Erlangen: University of Erlangen-Nuremberg, 2007 . It is also known that sensitivity to intergranular corrosion is increased by insufficient quenching rates after solution annealing. This is particularly true for age-hardenable alloys. In the case of thick-walled semi-finished products, intergranular corrosion can hardly be avoided; cf. F. Ostermann, Application Technology Aluminum, London, Heidelberg: Springer, 2007 . G. Svenningsen et al. have investigated the influence of copper content in AlMgSi alloys. The susceptibility to intergranular corrosion is therefore largely based on the copper content of an alloy. In addition, the quenching rate has a significant influence on the intergranular corrosion resistance of an alloy. Cooling with water is therefore preferable to cooling in air. Finally, as in also in JP Wloka, Corrosion studies on scandium-containing AlZnMgCu alloys with special consideration of the influence of intermetallic phases, Erlangen: University of Erlangen-Nuremberg, 2007 described, it can be shown that overaging has a positive influence on the resistance with regard to intergranular corrosion. The so-called Q phase (Al4Mg8Si7Cu2) was identified as the phase primarily responsible for intercrystalline corrosion ( G. Svenningsen et al., "Effect of low copper content and heat treatment on intergranular corrosion of model AlMgSi alloys," Corrosion Science, Vol. 1, No. 48, p. 226-242, 2006 ). In this context, the proportion of magnesium to silicon is heavily discussed. However, there is no consensus about the best ratio, partly because no direct evidence of the influence has yet been provided. G. Svennigsen et al. set the ratio to Mg/Si ~ 0.87. Altenpohl suggests a ratio of Mg/Si ~ 1 ( G. Svenningsen et al., "Effect of low copper content and heat treatment on intergranular corrosion of model AlMgSi alloys," Corrosion Science, Vol. 1, No. 48, p. 226-242, 2006 ), ( D. Altenpohl, Aluminum and Aluminum Alloys, London, Heidelberg: Springer, 1965 ).

Mit der erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzung lassen sich bei mindestens gleich hohen Festigkeitswerten und mindestens gleich niedriger Rekristallisationsneigung deutlich verbesserte Korrosionseigenschaften in massivumgeformten Bauteilen erreichen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass darüber hinaus ein stabilerer Gießprozess und ein moderaterer Einsatz von Kornfeiner ermöglicht wird.With the alloy composition according to the invention, significantly improved corrosion properties can be achieved in massively formed components with at least the same high strength values and at least the same low recrystallization tendency. Surprisingly, it has been shown that a more stable casting process and a more moderate use of grain refiners are also possible.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und im Vergleich zu anderen Aluminiumlegierungen näher erläutert werden. Von den Figuren zeigt:

Figur 1:
den allgemeinen Wärmebehandlungszyklus für aushärtbare Aluminiumknetlegierungen;
Figur 2:
C-Kurven für Profile aus Legierung EN AW-6060 (AlMgSi);
Figur 3:
eine schematische Darstellung der Grobkornentwicklung an einem Schmiedeteil unter Verwendung des üblichen stranggepressten Materials;
Figur 4:
eine schematische Darstellung der Grobkornentwicklung an einem Schmiedeteil unter Verwendung des erfindungsgemäßen Materials; und
Figur 5:
eine schematische Skizze zur Erläuterung der Herstellung des erfindungsgemäßen Vorprodukts.
The invention will now be explained in more detail using exemplary embodiments and in comparison to other aluminum alloys. Of the figures shows:
Figure 1:
the general heat treatment cycle for age-hardenable wrought aluminum alloys;
Figure 2:
C-curves for profiles made of alloy EN AW-6060 (AlMgSi);
Figure 3:
a schematic representation of coarse grain development on a forging using the usual extruded material;
Figure 4:
a schematic representation of the coarse grain development on a forged part using the material according to the invention; and
Figure 5:
a schematic sketch to explain the production of the preliminary product according to the invention.

Die bereits in der Beschreibungseinleitung angesprochene Figur 1 (Quelle: F. Ostermann "Anwendungstechnologie Aluminium", Springer, 2007, 2. Auflage, S. 174 ) zeigt das Schema des allgemeinen Wärmebehandlungszyklus für aushärtbare Aluminiumlegierungen. I illustriert die unkritische Aufheizgeschwindigkeit beim Lösungsglühen, II illustriert die kritische Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken nach dem Lösungsglühen, III illustriert die kritische Aufheizgeschwindigkeit beim Warmauslagern (diese ist legierungsabhängig) und IV illustriert die unkritische Abkühlgeschwindigkeit nach dem Warmauslagern. Mit "RT" ist die Raumtemperatur bezeichnet.The one already mentioned in the introduction to the description Figure 1 (Source: F. Ostermann "Aluminum Application Technology", Springer, 2007, 2nd edition, p. 174 ) shows the schematic of the general heat treatment cycle for age-hardenable aluminum alloys. I illustrates the non-critical heating rate during solution annealing, II illustrates the critical cooling rate during quenching after solution annealing, III illustrates the critical heating rate during aging (this depends on the alloy) and IV illustrates the non-critical cooling rate after aging. “RT” denotes the room temperature.

Für das im Rahmen dieser Beschreibung vorgestellte Verfahren ergeben sich gegenüber der allgemeinen Darstellung in Figur 1 folgende Abweichungen: ein explizites Kaltauslagern ist nicht vorgehen. Vielmehr kommt es nur zu einem Zwischenlagern bis zum Warmauslagern. Das Warmauslagern ist einstufig. Es ist gerade ein Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens, dass die im Stranggießverfahren hergestellten Bolzen ohne längeres Auslagern im Anschluss an das Stranggießen kaltumgeformt werden können. Im Anschluss an das Stranggießen kann nach dem Abkühlen ein Warmauslagern über eine Dauer von 2h bis 7h bei 180°C bis 210°C erfolgen.For the process presented in this description, compared to the general presentation in Figure 1 The following deviations: explicit cold aging is not required. Rather, there is only interim storage until hot aging. Hot aging is a one-stage process. It is precisely an advantage of the process described here that the bolts produced using the continuous casting process can be cold-formed after continuous casting without prolonged aging. After continuous casting, after cooling, aging can be carried out for a period of 2h to 7h at 180°C to 210°C.

Die in Figur 2 dargestellten C-Kurven illustrieren für das Strangpressen, welchen Einfluss die Abschreckgeschwindigkeit auf die Bildung von Phasen bzw. unerwünschten Ausscheidungen hat. Die Abschreckgeschwindigkeit ist so zu wählen, dass es nicht zu unerwünschten Ausscheidungen kommt. Die für das Strangpressen geltenden Grundsätze sollen illustrieren, welchen Einfluss eine Abschreckgeschwindigkeit auf das Entstehen von Ausscheidungen hat. Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren erfolgt vorzugsweise kein Strandpressen, sondern ein Schmieden der Bolzen. Nach dem Schmieden kann gegebenenfalls ein Lösungsglühen erfolgen.In the Figure 2 The C curves shown illustrate the influence of the quenching speed on the formation of phases or undesirable precipitates for extrusion. The quenching speed must be chosen so that undesirable precipitation does not occur. The principles applicable to extrusion are intended to illustrate the influence that quenching speed has on the formation of precipitates. According to the method described here, the bolts are preferably not strand pressed, but rather forged. After forging, solution annealing can optionally be carried out.

Ein Vorteil der nachfolgend näher erläuterten erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung ist, dass diese keiner Wärmebehandlung oder nur eines kurzen Warmauslagerns bedarf, wenn ein Vorprodukt auf die hier beschriebene Weise im direktabschreckenden Stranggießverfahren hergestellt wird.An advantage of the aluminum alloy according to the invention, which is explained in more detail below, is that it does not require any heat treatment or only a short hot aging if a preliminary product is produced in the manner described here in the direct quenching continuous casting process.

Eine hierfür bevorzugte Aluminiumlegierung hat folgende Bestandteile:
Der bevorzugte Siliziumgehalt beträgt 0,7 bis 1,8 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,0 bis 1,6 Gew.-%, insb. 1,2 bis 1,4 Gew.-%.
An aluminum alloy preferred for this has the following components:
The preferred silicon content is 0.7 to 1.8% by weight, particularly preferably 1.0 to 1.6% by weight, especially 1.2 to 1.4% by weight.

Der bevorzugte Magnesiumgehalt beträgt 0,5 bis 1,4 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,6 bis 1,2 Gew.-%, insb. 0,8 bis 1,0 Gew.-%.The preferred magnesium content is 0.5 to 1.4% by weight, particularly preferably 0.6 to 1.2% by weight, especially 0.8 to 1.0% by weight.

Der bevorzugte Kupfergehalt beträgt max. 0,1 Gew.-%.The preferred copper content is a maximum of 0.1% by weight.

Der bevorzugte Mangangehalt beträgt 0,4 bis 0,8 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 0,7 Gew.-%.The preferred manganese content is 0.4 to 0.8% by weight, particularly preferably 0.5 to 0.7% by weight.

Der bevorzugte Zirkongehalt beträgt 0,005 bis 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,005 bis 0,1 Gew.-%.The preferred zirconium content is 0.005 to 0.5% by weight, particularly preferably 0.005 to 0.1% by weight.

Zusätzlich kann die Legierung wahlweise noch eines oder mehrere der nachfolgenden Elemente in den nachfolgend angegebenen Anteilen enthalten:
Der bevorzugte Chromgehalt beträgt max. 0,2 Gew.-%.
In addition, the alloy can optionally contain one or more of the following elements in the proportions specified below:
The preferred chromium content is a maximum of 0.2% by weight.

Der bevorzugte Eisengehalt beträgt max. 0,3 Gew.-%.The preferred iron content is a maximum of 0.3% by weight.

Der bevorzugte Titangehalt beträgt 0,001 bis 0,05 Gew.-%.The preferred titanium content is 0.001 to 0.05% by weight.

Der bevorzugte Zinkgehalt beträgt max. 0,04 Gew.-%, vorzugsweise max. 0,01 Gew.-%.The preferred zinc content is a maximum of 0.04% by weight, preferably a maximum of 0.01% by weight.

Folgende Verhältnisse der Legierungskomponenten zueinander sind bevorzugt:

  • Si:Mg - zwischen 1:0,5 und 1:0,75
    Ein entsprechend eingestellter Silizium-Überschuss bewirkt, dass die Festigkeit signifikant steigt
  • Fe:Cr:Mn - zwischen etwa 1:1:4 und 1:1:5
    wobei das Verhältnis von Eisen zu Chrom Fe:Cr vorzugsweise 1:1 beträgt und zwischen 0,8:1 und 1:0,8 liegt. Das bevorzugte Verhältnis von Eisen zu Chrom zu Mangan dient zum Vermeiden von nadeligen AlFeSi-Phasen, welche sich negativ auf die Duktilität auswirken. Mangan formt diese Phasen zu weniger problematischen Al-FeMnSi-Phasen ein. Der Chrom-Gehalt wird wegen der hohen Affinität zu freiem Silizium beschränkt, was sich ebenfalls negativ auf die mechanischen Eigenschaften auswirken kann.
  • Ti:Zr - 1:5 (TiZr-Verbindung/Thema Rekristallisation, auch RE-Metals s.u., Kornfeinung)
    Das Verhältnis von Titan zu Zirkonium dient zur Bildung von ausreichend vieler Al3Zr Phasen mit einer L12 Struktur, welche als Dispersoide die mechanischen Eigenschaften und das Rekristallisationsverhalten positiv beeinflussen.
  • Cu<0,02, bevorzugt Cu<0,01
    Kupfer dient zur Hemmung der Korrosionsneigung, insbesondere in Hinblick auf interkristalline Korrosion
  • Zn<0,04, bevorzugt Zn<0,01
    Zink dient zur Hemmung der Korrosionsneigung, insbesondere in Hinblick auf Spannungs-Riss-Korrosion
  • Seltene Erden
    Seltene Erden wirken als zusätzliche Dispersoid-Bildner zu Steigerung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Härte, und zur Beeinflussung der Rekristallisationsneigung beim Warmumformen.
The following ratios of the alloy components to one another are preferred:
  • Si:Mg - between 1:0.5 and 1:0.75
    An appropriately adjusted excess of silicon causes the strength to increase significantly
  • Fe:Cr:Mn - between about 1:1:4 and 1:1:5
    where the ratio of iron to chromium Fe:Cr is preferably 1:1 and is between 0.8:1 and 1:0.8. The preferred ratio of iron to chromium to manganese serves to avoid needle-like AlFeSi phases, which have a negative effect on ductility. Manganese forms these phases into less problematic Al-FeMnSi phases. The chromium content is limited due to the high affinity for free silicon, which can also have a negative effect on the mechanical properties.
  • Ti:Zr - 1:5 (TiZr compound/topic of recrystallization, also RE-Metals see below, grain refinement)
    The ratio of titanium to zirconium serves to form a sufficient number of Al3Zr phases with an L12 structure, which, as dispersoids, positively influence the mechanical properties and recrystallization behavior.
  • Cu<0.02, preferably Cu<0.01
    Copper serves to inhibit the tendency to corrosion, especially with regard to intergranular corrosion
  • Zn<0.04, preferably Zn<0.01
    Zinc serves to inhibit the tendency to corrosion, especially with regard to stress-crack corrosion
  • Rare earth
    Rare earths act as additional dispersoid formers to increase mechanical properties, especially hardness, and to influence the tendency to recrystallization during hot forming.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels:Description of an exemplary embodiment:

Das Herstellen der Aluminiumlegierung kann mittels dem Fachmann bekannter Verfahren erfolgen, üblicherweise durch Herstellung einer Schmelze, welche eine Zusammensetzung aufweist, die der weiter vorne angegebenen Legierungszusammensetzung entspricht.The aluminum alloy can be produced using methods known to those skilled in the art, usually by producing a melt which has a composition which corresponds to the alloy composition specified above.

Die Legierungselemente Ti und B werden bevorzugt in der Form einer Vorlegierung bei der Herstellung der Legierung zugesetzt, wie oben erläutert.The alloying elements Ti and B are preferably added in the form of a master alloy in the production of the alloy, as explained above.

Das Vormaterial aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung wird vorzugsweise mit einem Horizontal-Stranggussverfahren (horizontal casting, HCM) herstellt. Durch eine vorherige Gasbehandlung der Schmelze mit einem geeigneten inerten Gas oder mehreren inerten Gasen wird eine ausreichende Schmelzequalität sichergestellt und ein H2-armes Gussprodukt erzeugt, was einen wichtigen Schritt zum Erreichen der geforderten Eigenschaften im Endprodukt darstellt. Methoden zur Behandlung von Metallschmelzen mit Inertgasen sind dem Fachmann bekannt. Um ein H2-armes Gussprodukt zu erlangen, beträgt der Maximalwert für Wasserstoff (H2) in der Schmelze vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,5 ml H2 pro 100 g Aluminium. Besonders bevorzugt ist ein Maximalwert für Wasserstoff von weniger als 0,25 ml H2/100g Al und insbesondere weniger als 0,15 ml H2/100g AlThe raw material made from the aluminum alloy according to the invention is preferably produced using a horizontal continuous casting process (horizontal casting, HCM). A prior gas treatment of the melt with a suitable inert gas or several inert gases ensures sufficient melt quality and produces a low-H 2 cast product, which represents an important step in achieving the required properties in the end product. Methods for treating metal melts with inert gases are known to those skilled in the art. In order to obtain a cast product low in H 2 , the maximum value for hydrogen (H 2 ) in the melt is preferably between 0.05 and 0.5 ml of H 2 per 100 g of aluminum. A maximum value for hydrogen of less than 0.25 ml H 2 /100g Al and in particular less than 0.15 ml H 2 /100g Al is particularly preferred

Das Herstellen von Strukturbauteilen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung erfolgt mittels Warmumformung, vorzugweise mittels Gesenk-Schmieden von vorzugsweise wie hier beschrieben hergestelltem Vormaterial. Die Erwärmung auf eine Umformtemperatur zwischen 400°C bis 570°C kann beliebig erfolgen, vorzugsweise mittels Erwärmungsofen oder Induktion. Zwischen einzelnen Umformschritten können Zwischenerwärmungsschritte erfolgen.The production of structural components using the aluminum alloy according to the invention is carried out by means of hot forming, preferably by means of drop forging of primary material preferably produced as described here. Heating to a forming temperature between 400°C and 570°C can be carried out in any way, preferably by means of a heating furnace or induction. Intermediate heating steps can take place between individual forming steps.

Eine Abschreckung des geschmiedeten Strukturbauteils kann direkt aus der Umformwärme - also unmittelbar nach dem Warmumformen - geschehen. Anschließend kann das geschmiedete Strukturbauteil warmausgelagert werden.The forged structural component can be quenched directly from the forming heat - i.e. immediately after hot forming. The forged structural component can then be subjected to heat aging.

Alternativ kann das geschmiedete Strukturbauteil lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert werden. Die Temperatur beim Lösungsglühen entspricht in etwa der Umformtemperatur für das Schmieden, also zwischen 400°C bis 570°C.Alternatively, the forged structural component can be solution annealed, quenched and aged. The temperature during solution annealing approximately corresponds to the forming temperature for forging, i.e. between 400°C and 570°C.

Je nach Einsatzbereich oder Anforderungsprofil kann das Vormaterial vor dem Warmumformen oder das durch Warmumformen gewonnene Strukturbauteil einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Eine Wärmebehandlung ist aber nicht unbedingt erforderlich, weil bereits das stranggegossene Vormaterial für das Herstellen vor Strukturbauteilen im Schmiedeverfahren hervorragende Eigenschaften besitzt. Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung kann beispielsweise 0,25h bis 24h bei 150°C bis 260°C wärmebehandelt und anschließend im geeigneten gasförmigem Medium, z.B. Luft oder Inertgas, oder im geeigneten flüssigen Medium, z.B. Wasser oder Öl, abgeschreckt werden. Die bevorzugte Wärmebehandlung erfolgt bei 1h bis 10h und 170°C bis 220°C, besonders bevorzugt 2h bis 7h bei 180°C bis 210°C mit anschließender Luftabkühlung.Depending on the area of application or requirement profile, the raw material can be subjected to heat treatment before hot forming or the structural component obtained through hot forming. However, heat treatment is not absolutely necessary because the continuously cast raw material already has excellent properties for producing structural components using the forging process. The aluminum alloy according to the invention can, for example, be heat treated for 0.25 hours to 24 hours at 150 ° C to 260 ° C and then quenched in a suitable gaseous medium, for example air or inert gas, or in a suitable liquid medium, for example water or oil. The preferred heat treatment takes place at 1h to 10h and 170°C to 220°C, particularly preferably 2h to 7h at 180°C to 210°C with subsequent air cooling.

Eine Homogenisierung und oder ein Strangpressen des Vormaterials ist jedoch nicht erforderlich. Insbesondere kann das Vormaterial unmittelbar nach dem Stranggießen warmumgeformt, also beispielsweise geschmiedet werden. Ansonsten übliche Prozessschritte wie Homogenisieren im Anschluss an das Stranggießen und Strangpressen im Anschluss an das Homogenisieren können entfallenHowever, homogenization and/or extrusion of the raw material is not necessary. In particular, the primary material can be hot-formed, for example forged, immediately after continuous casting. Otherwise common process steps such as homogenization following continuous casting and extrusion following homogenization can be omitted

Das wärmebehandelte Vormaterial eignet sich zum Herstellen von Strukturbauteilen, die in stark beanspruchten und sicherheitsrelevanten Bereichen, z.B. des Fahrzeugbaus, eingesetzt werden. Dafür werden neben hohen Festigkeiten eine hohe Duktilität gefordert.The heat-treated raw material is suitable for producing structural components that are used in heavily stressed and safety-relevant areas, e.g. vehicle construction. In addition to high strength, high ductility is required.

Das Herstellen des Vormaterials umfasst beispielsweise die folgenden Verfahrensschritte:

  • Schmelzen der Legierungsbestandteile
  • Einstellen der Legierung
  • Schmelezreinigung
  • direktabschreckendes Stranggießen eines Barrens
  • Herstellen von Bolzen als Vormaterial durch Sägen des Barrens
Producing the raw material includes, for example, the following process steps:
  • Melting of the alloy components
  • Setting the alloy
  • Melt cleaning
  • direct quenching continuous casting of an ingot
  • Producing bolts as raw material by sawing the billet

Das anschließende Schmieden eines Strukturbauteils umfasst beispielsweise die folgenden Verfahrensschritte:

  • Erwärmen des Bolzens
  • Vorformen
  • optional: Zwischenerwärmen
  • Schmieden
  • optional: Lösungsglühen
  • Abschrecken
  • Warmauslagern
The subsequent forging of a structural component includes, for example, the following process steps:
  • Heating the bolt
  • preforms
  • optional: intermediate heating
  • Forge
  • optional: solution annealing
  • Scare off
  • Hot aging

Es hat sich gezeigt, dass Schmiedeteile aus dem erfindungsgemäßen Vormaterial eine deutlich verringerte Grobkornbildung aufweisen. Dies ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt.It has been shown that forged parts made from the raw material according to the invention have a significantly reduced formation of coarse grains. This is in the Figures 3 and 4 shown.

Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine warmumgeformtes Strukturbauteil 30, das aus einem herkömmlichen Vormaterial hergestellt ist. Zu erkennen ist ein ausgeprägter Grobkorn-Saum 32 sowie eine ebenfalls ausgeprägter Gratbereich 34. Figure 3 shows a schematic representation of a cross section through a hot-formed structural component 30, which is made from a conventional raw material. A pronounced coarse-grain seam 32 and a likewise pronounced ridge area 34 can be seen.

Figur 3 illustriert die typische Grobkornentwicklung an einem Schmiedeteil unter Verwendung des üblichen stranggepressten Materials. Figure 3 illustrates the typical coarse grain development on a forged part using the usual extruded material.

Figur 4 zeigt im Unterschied hierzu die wesentlich geringere Grobkornentwicklung an einem Schmiedeteil 30' unter Verwendung des erfindungsgemäßen Vormaterials, weil bei dem erfindungsgemäßem Vormaterial die Neigung zur Sekundärrekristallisation deutlich verringert ist. Der für Schmiedeteile typische umlaufende Grobkorn-Saum 32 (siehe Figur 3) entfällt (siehe Figur 4). Daraus resultiert eine hohe Oberflächengüte der Schmiedeteile. Figure 4 In contrast, shows the significantly lower coarse grain development on a forged part 30 'using the raw material according to the invention, because the tendency to secondary recrystallization is significantly reduced with the raw material according to the invention. The all-round coarse grain seam 32 (see Figure 3 ) is omitted (see Figure 4 ). This results in a high surface quality of the forged parts.

Die nachfolgenden Tabellen zeigen Beispiele verschiedener untersuchter Legierungen zum Vergleich mit der beanspruchten Legierung. Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Zr 6082 BFATmod. 0,91 0,12 0,45 0,46 0,78 0,17 <0,01 0,03 0,02 6082 Standard 0,98 0,17 0,08 0,52 0,83 0,16 <0,01 0,03 <0,01 6182 Standard s.u. s.u. s.u. s.u. s.u. s.u. s.u. s.u. s.u. V0a 0,94 0,15 <0,01 0,29 1,19 0,09 <0,01 0,03 0,08 V0b 0,95 0,14 0,09 0,29 1,18 0,09 <0,01 0,04 0,07 V0c 1,34 0,07 <0,01 0,49 1,19 0,11 <0,01 0,03 0,12 V0d 1,06 0,10 <0,01 0,58 1,23 0,15 <0,01 0,03 0,12 V0e 1,07 0,11 <0,01 0,82 1,25 0,15 <0,01 0,03 0,12 6182-A 1,27 0,11 <0,01 0,72 0,94 0,13 0,02 0,03 0,15 6182-B 1,28 0,12 <0,01 0,71 0,93 0,12 0,12 0,03 0,16 6182-C 1,26 0,27 <0,01 0,59 0,94 0,11 <0,01 0,03 0,14 6182-D 1,27 0,11 <0,01 0,62 0,97 0,13 <0,01 0,03 0,14 6182-E 1,27 0,12 <0,01 0,61 0,96 0,08 <0,01 0,04 0,15 Kokillenguss warmumgeformt HCM-Guss warmumgeformt HBW5/250 T6 Rm Mpa Rp02 Mpa A% Rm Mpa Rp02 Mpa A % 6082 BFAT mod. 125 387 359 7,5 406 380 12,8 6082 Standard 101 V0a 101 311 278 5,1 V0b 110 307 291 2,5 342 320 12,5 V0c 117 V0d 114 v0e 114 6182-A 121 6182-B 121 6182-C 121 6182-D 125 367 342 6,2 391 366 11,4 6182-E 125 The tables below show examples of various alloys examined for comparison with the claimed alloy. Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Zr 6082 BFATmod. 0.91 0.12 0.45 0.46 0.78 0.17 <0.01 0.03 0.02 6082 default 0.98 0.17 0.08 0.52 0.83 0.16 <0.01 0.03 <0.01 6182 default see below see below see below see below see below see below see below see below see below V0a 0.94 0.15 <0.01 0.29 1.19 0.09 <0.01 0.03 0.08 V0b 0.95 0.14 0.09 0.29 1.18 0.09 <0.01 0.04 0.07 V0c 1.34 0.07 <0.01 0.49 1.19 0.11 <0.01 0.03 0.12 V0d 1.06 0.10 <0.01 0.58 1.23 0.15 <0.01 0.03 0.12 V0e 1.07 0.11 <0.01 0.82 1.25 0.15 <0.01 0.03 0.12 6182-A 1.27 0.11 <0.01 0.72 0.94 0.13 0.02 0.03 0.15 6182-B 1.28 0.12 <0.01 0.71 0.93 0.12 0.12 0.03 0.16 6182-C 1.26 0.27 <0.01 0.59 0.94 0.11 <0.01 0.03 0.14 6182-D 1.27 0.11 <0.01 0.62 0.97 0.13 <0.01 0.03 0.14 6182-E 1.27 0.12 <0.01 0.61 0.96 0.08 <0.01 0.04 0.15 Hot-formed chill casting Hot-formed HCM casting HBW5/250 T6 Rm Mpa Rp02 Mpa A% Rm Mpa Rp02 Mpa A% 6082 BFAT mod. 125 387 359 7.5 406 380 12.8 6082 default 101 V0a 101 311 278 5.1 V0b 110 307 291 2.5 342 320 12.5 V0c 117 V0d 114 v0e 114 6182-A 121 6182-B 121 6182-C 121 6182-D 125 367 342 6.2 391 366 11.4 6182-E 125

Definitionsgemäß setzen sich AA6182 Legierungen wie folgt zusammen: Al Cr Cu Fe Mg Mn Si Ti Zn Zr andere, jeweils andere, insgesamt 95 - 97,85 % <= 0,25 % <= 0,10 % <= 0,50 % 0,70 - 1,2 % 0,50 - 1,0 % 0,90 - 1,3 % <= 0,10 % <= 0,20 % 0,05 - 0,20 % <= 0,05 % <= 0,15 % By definition, AA6182 alloys have the following composition: Al Cr Cu Fe Mg Mn Si Ti Zn Zr others, respectively others, altogether 95 - 97.85% <= 0.25% <= 0.10% <= 0.50% 0.70 - 1.2% 0.50 - 1.0% 0.90 - 1.3% <= 0.10% <= 0.20% 0.05 - 0.20% <= 0.05% <= 0.15%

Das beispielsweise zum Schmieden geeignet Vormaterial wird aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung hergestellt, in dem eine Schmelze 10 mit folgenden Bestandteilen hergestellt wird:

  • 1,2 bis 1,4 Gew.-% Silizium,
  • 0,8 bis 1,2 Gew.-% Magnesium,
  • 0,3 bis 1,2 Gew.-% Mangan,
  • 0,1 bis 0,2 Gew.-% Zirkon,
  • 0,01 bis 0,05 Gew.-% Titan,
  • 0,08 bis 0,3 Gew.-% Eisen,
  • 0,08 bis 0,2 Gew. % Chrom,
  • max. 0,04 Gew.-% Zink, und
  • max. 0,02 Gew.-% Kupfer.
The primary material, which is suitable for forging, for example, is produced from the aluminum alloy according to the invention, in which a melt 10 is produced with the following components:
  • 1.2 to 1.4% by weight of silicon,
  • 0.8 to 1.2% by weight magnesium,
  • 0.3 to 1.2% by weight of manganese,
  • 0.1 to 0.2% by weight zirconium,
  • 0.01 to 0.05% by weight titanium,
  • 0.08 to 0.3% by weight iron,
  • 0.08 to 0.2% by weight of chromium,
  • max. 0.04% by weight zinc, and
  • max. 0.02% by weight copper.

Außerdem wird ein Draht 12 aus einer Aluminium-Vorlegierung mit 4,8 bis 5,2 Gew.-% Ti und 0,8 bis 1,2 Gew.-% B und als Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen bereitgestellt und der Schmelze unmittelbar, bevor diese durch eine wassergekühlte Ringkokille 14 tritt, hinzugefügt; siehe Figur 5. Die Ringkokille 14 ist derart gestaltet, dass die Schmelze der Aluminiumlegierung durch einen Wasserfilm von den festen Bestandteilen der Ringkokille beabstandet ist und somit beim Erstarren keine festen Bestandteile der Kokille berührt. Außerdem wird die durch die Ringkokille 14 tretende Schmelze von außen vollumfänglich mit möglichst reinem Sauerstoff O2 beaufschlagt, um das Bilden einer Randschicht aus oxidierter Aluminiumlegierung zu fördern. Das Beaufschlagen mit Sauerstoff erfolgt vor dem Beaufschlagen mit Wasser für die Flüssigkeitskühlung.In addition, a wire 12 made of an aluminum master alloy with 4.8 to 5.2% by weight of Ti and 0.8 to 1.2% by weight of B and the balance aluminum and unavoidable impurities is provided and immediately before the melt this passes through a water-cooled ring mold 14, added; please refer Figure 5 . The ring mold 14 is designed in such a way that the melt of the aluminum alloy is spaced from the solid components of the ring mold by a film of water and therefore does not touch any solid components of the mold during solidification. In addition, the melt passing through the ring mold 14 is completely exposed to the purest possible oxygen O 2 from the outside in order to promote the formation of an edge layer made of oxidized aluminum alloy. The application of oxygen takes place before the application of water for liquid cooling.

Beim Stranggießen eines Barrens mit einem Durchmesser zwischen 90 mm und 100 mm beträgt die Gießgeschwindigkeit beispielsweise zwischen 150 mm/min und 200 mm/min.When continuously casting an ingot with a diameter between 90 mm and 100 mm, the casting speed is, for example, between 150 mm/min and 200 mm/min.

Das Kühlwasser 16 zum Abkühlen der Schmelze 10 beim Durchtritt durch die Ringkokille 14 ist im Kreislauf 18 derart geführt, dass die Temperatur und der Volumenstrom des Kühlwassers eine maximale Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze bei deren Erstarren von mehr als -25 K/s bewirken. Geeignete Abkühlgeschwindigkeiten sind beispielsweise zwischen -15 K/s und -35 K/s bei einem Barren mit einem Durchmesser zwischen 90 mm und 100 mm, gemessen in einem seitlichen Abstand von etwa 20 mm von einer zentralen Längsachse des Barrens.The cooling water 16 for cooling the melt 10 as it passes through the ring mold 14 is guided in the circuit 18 in such a way that the temperature and the volume flow of the cooling water cause a maximum cooling rate of the melt when it solidifies of more than -25 K/s. Suitable cooling speeds are, for example, between -15 K/s and -35 K/s for a billet with a diameter between 90 mm and 100 mm, measured at a lateral distance of approximately 20 mm from a central longitudinal axis of the billet.

Das als Kühlmittel genutzte Wasser 16 hat eine Temperatur zwischen 20°C und 80°C. Beim Stranggießen eines Barrens mit einem Durchmesser zwischen 90 mm und 100 mm mit einer Gießgeschwindigkeit zwischen 150 mm/min und 200 mm/min beträgt der Kühlwasservolumenstrom beispielsweise zwischen 40 l/min und 80 l/min.The water 16 used as coolant has a temperature between 20°C and 80°C. When continuously casting an ingot with a diameter between 90 mm and 100 mm at a casting speed between 150 mm/min and 200 mm/min, the cooling water volume flow is, for example, between 40 l/min and 80 l/min.

Vorzugsweise ist der Kühlwasservolumen-strom 20 bis 50 mal größer als der Volumenstrom der gegossenen Aluminiumlegierung, wobei der Kühlwasservolumenstrom für Barrendurchmesser in der Größenordnung von 50 mm vorzugsweise etwa 25 mal größer ist, als der Volumenstrom der gegossenen Aluminiumlegierung und für Barrendurchmesser in der Größenordnung von 100 mm vorzugsweise etwa 40 mal größer ist, als der Volumenstrom der gegossenen Aluminiumlegierung Mit einer Ringkokille 14 kann beispielsweise ein Gussstrang 20 für Barren 22 mit einem Außendurchmesser von 60 mm bis 110 mm produziert werden. Bei einer Schmelzetemperatur von ca. 650°C und einer Stranggießgeschwindigkeit vG zwischen 150 mm/min und 200 mm/min beträgt die Kühlwassertemperatur TK vorzugsweise zwischen 20°C und 80°C und der Kühlwasserstrom ist vorzugsweise größer als 30 l/min.The cooling water volume flow is preferably 20 to 50 times larger than the volume flow of the cast aluminum alloy, with the cooling water volume flow for ingot diameters of the order of 50 mm preferably being approximately 25 times larger than the volume flow of the cast aluminum alloy and for ingot diameters in of the order of 100 mm is preferably about 40 times larger than the volume flow of the cast aluminum alloy. With a ring mold 14, for example, a cast strand 20 for ingots 22 with an outer diameter of 60 mm to 110 mm can be produced. At a melt temperature of approximately 650 ° C and a continuous casting speed v G between 150 mm / min and 200 mm / min, the cooling water temperature T K is preferably between 20 ° C and 80 ° C and the cooling water flow is preferably greater than 30 l / min.

Der Barren 20 wird nach dem Erstarren in einzelne Bolzen 22 getrennt, die anschließend kaltumgeformt oder geschmiedet werden können. Vorzugsweise wird der Durchmesser und die Querschnittsform - beispielsweise kreisrund oder oval - des Barrens 20 so gewählt, dass aus dem Barren 20 gewonnene Bolzen ein Volumen haben, dass das Volumen des kaltumgeformten Fertigteils möglichst wenig überschreitet. Der Durchmesser und die Querschnittsform des Barrens 20 können durch Wahl einer geeigneten Ringkokille 14 eingestellt werden.After solidification, the billet 20 is separated into individual bolts 22, which can then be cold-formed or forged. Preferably, the diameter and cross-sectional shape - for example circular or oval - of the billet 20 is selected so that bolts obtained from the billet 20 have a volume that exceeds the volume of the cold-formed finished part as little as possible. The diameter and cross-sectional shape of the billet 20 can be adjusted by selecting a suitable ring mold 14.

Ein aus der hier beschriebenen Aluminiumlegierung mit dem hier ebenfalls beschriebenen Stranggießverfahren hergestellter Bolzen 22 hat Eigenschaften, die den Bolzen 22 als Vormaterial für das Schmieden belastbarer Strukturbauteile mit einer hohen Festigkeit, einer geringen Korrosionsneigung und einer hohen Oberflächenqualität geeignet machen. Typischerweise von diesem Vormaterial erzielte Werte sind eine Zugfestigkeit Rm>375 MPa, eine Dehngrenze Rp02>345 MPA, eine Dehnung A>10% und eine Härte>100 HB.A bolt 22 made from the aluminum alloy described here using the continuous casting process also described here has properties that make the bolt 22 suitable as a starting material for forging resilient structural components with high strength, a low tendency to corrosion and a high surface quality. Values typically achieved from this raw material are a tensile strength Rm>375 MPa, a yield strength Rp02>345 MPA, an elongation A>10% and a hardness>100 HB.

Aus dem Vormaterial geschmiedete Strukturbauteile können deformationsrelevante Teile oder Fail-safe-Teile für Kraftfahrzeuge sein, beispielsweise Abgleitkeile, Batteriekästen, Knotenpunkte, Motorlager, Schwenklager oder Querlenker.Structural components forged from the raw material can be deformation-relevant parts or fail-safe parts for motor vehicles, for example slip wedges, battery boxes, junction points, engine mounts, pivot bearings or wishbones.

Das Vormaterial eignet sich wegen seiner verringerten elektrischen Leitfähigkeit aber auch für Bauteile von elektrischen Maschinen, in denen Wirbelströme und damit einhergehende Verluste reduziert werden sollen.Because of its reduced electrical conductivity, the primary material is also suitable for components of electrical machines in which eddy currents and the associated losses are to be reduced.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010
Schmelzemelt
1212
Drahtwire
1414
RingkokilleRing mold
1616
Kühlwassercooling water
1818
KreislaufCirculation
2020
BarrenIngots
2222
Bolzenbolt
3030
StrukturbauteilStructural component
3232
Grobkorn-SaumCoarse grain hem
3434
GratbereichRidge area

Claims (15)

Verfahren zum Herstellen von Vormaterial für geschmiedete Strukturbauteile aus Aluminium umfassend die Schritte: Herstellen einer Aluminiumlegierung mit den Bestandteilen. 0,7 bis 1,8 Gew.-%, vorzugsweise 1,2 bis 1,4 Gew.-% Silizium, 0,5 bis 1,4 Gew.-%, vorzugsweise 0,8 bis 1,2 Gew.-% Magnesium, 0,3 bis 1,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,4 bis 0,8 Gew.-% Mangan, 0,005 bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 Gew.-% Zirkon, 0,01 bis 0,05 Gew.-% Titan, 0,08 bis 0,3 Gew.-% Eisen, 0,08 bis 0,2 Gew. % Chrom, max. 0,04 Gew.-% Zink, und max. 0,1 Gew.-%, vorzugsweise max. 0,02 Gew.-% Kupfer wobei das Verhältnis von Silizium zu Magnesium mindestens 1 : 0,8 beträgt, mittels Stranggießen, bei dem die Schmelze so geführt wird, dass sie beim Erstarren keinen Kontakt zu einer festen Oberfläche hat. Process for producing raw material for forged structural components made of aluminum, comprising the steps: Producing an aluminum alloy with the components. 0.7 to 1.8% by weight, preferably 1.2 to 1.4% by weight, of silicon, 0.5 to 1.4% by weight, preferably 0.8 to 1.2% by weight, of magnesium, 0.3 to 1.2% by weight, preferably 0.4 to 0.8% by weight of manganese, 0.005 to 0.2% by weight, preferably 0.05 to 0.2% by weight of zirconium, 0.01 to 0.05% by weight titanium, 0.08 to 0.3% by weight iron, 0.08 to 0.2% by weight of chromium, max. 0.04% by weight zinc, and max. 0.1% by weight, preferably max. 0.02% by weight of copper where the ratio of silicon to magnesium is at least 1:0.8, by means of continuous casting, in which the melt is guided so that it has no contact with a solid surface when it solidifies. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Herstellen der Aluminiumlegierung ein Zugeben einer Titan und Bor enthaltenden Vorlegierung zur Kornfeinung umfasst.The method of claim 1, wherein producing the aluminum alloy comprises adding a titanium and boron containing master alloy for grain refinement. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Aluminium-Vorlegierung 4,5 bis 5,5 Gew.-% Titan und 0,8 bis 1,2 Gew.-% Bor und als Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.The method according to claim 2, wherein the aluminum master alloy contains 4.5 to 5.5% by weight of titanium and 0.8 to 1.2% by weight of boron and the balance aluminum and unavoidable impurities. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gewichtsverhältnis von Titan zu Zirkon (Ti:Zr) in der Aluminiumlegierung zwischen 1:4 und 1:6, vorzugsweise wenigstens annähernd 1:5 beträgt.Method according to at least one of claims 1 to 3, wherein the weight ratio of titanium to zirconium (Ti:Zr) in the aluminum alloy is between 1:4 and 1:6, preferably at least approximately 1:5. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gewichtsverhältnis von Eisen zu Chrom zu Mangan (Fe:Cr:Mn) in der Aluminiumlegierung wenigstens annähernd 1:1:4 beträgt.A method according to at least one of claims 1 to 4, wherein the weight ratio of iron to chromium to manganese (Fe:Cr:Mn) in the aluminum alloy is at least approximately 1:1:4. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Aluminiumlegierung zur Bildung weiterer feinverteilter Dispersoide zwischen 0,05 und 0,3 Gew.-% eines oder mehrere Elemente der sogenannten Seltenen Erden, vorzugsweise Sc, Er, La, Ce, Y und/oder Yb, enthält.Method according to at least one of claims 1 to 5, wherein the aluminum alloy to form further finely divided dispersoids contains between 0.05 and 0.3% by weight of one or more elements of the so-called rare earths, preferably Sc, Er, La, Ce, Y and /or Yb, contains. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gewichtsverhältnis von Silizium zu Magnesium (Si:Mg) in der Aluminiumlegierung zwischen 1:0,7 und 1:0,8, vorzugsweise wenigstens annähernd 1:0,75 beträgt.Method according to at least one of claims 1 to 6, wherein the weight ratio of silicon to magnesium (Si:Mg) in the aluminum alloy is between 1:0.7 and 1:0.8, preferably at least approximately 1:0.75. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei während des Erstarrens der Schmelze beim Stranggießen ein Kontakt der Schmelze und einer erstarrten Randschicht zu einer festen Oberfläche der Kokille verhindert und eine Flüssigkeitskühlung der Schmelze während des Durchtritts durch eine Kokille bewirkt wird.Method according to at least one of claims 1 to 7, wherein during the solidification of the melt during continuous casting, contact of the melt and a solidified surface layer with a solid surface of the mold is prevented and liquid cooling of the melt is effected as it passes through a mold. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Schmelze während des Durchtritts durch die Kokille derart flüssigkeitsgekühlt wird, dass die Abkühlgeschwindigkeit der erstarrenden Aluminiumlegierung größer als 25 Kelvin pro Sekunde ist.Method according to claim 8, wherein the melt is liquid-cooled during its passage through the mold in such a way that the cooling rate of the solidifying aluminum alloy is greater than 25 Kelvin per second. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Schmelze während des Durchtritts durch die Kokille vor und während des Erstarrens der Randschicht mit einem sauerstoffhaltigem Gasgemisch beaufschlagt wird.Method according to claim 8 or 9, wherein the melt is exposed to an oxygen-containing gas mixture as it passes through the mold before and during the solidification of the surface layer. Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils, bei dem das mittels des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellte Vormaterial unmittelbar im Anschluss an das Stranggießen zu einem Strukturbauteil warmumgeformt, insbesondere geschmiedet wird, ohne dass zwischen dem Stranggießen und dem Warmumformen eine Behandlung zur Homogenisierung des Vormaterials stattfindet.Method for producing a structural component, in which the primary material produced by the method according to one of claims 1 to 10 is hot-formed, in particular forged, into a structural component immediately after continuous casting, without any treatment for homogenizing the primary material between continuous casting and hot forming takes place. Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils gemäß Anspruch 11, umfassend eine Warmauslagerung und eine anschließende Luftabkühlung des warmumgeformten Strukturbauteils.Method for producing a structural component according to claim 11, comprising hot aging and subsequent air cooling of the hot-formed structural component. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Warmauslagern 2h bis 7h bei 180°C bis 210°C erfolgt.Method according to claim 12, in which the aging takes place at 180°C to 210°C for 2h to 7h. Verwendung eines mit einem Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellten Vormaterials zum Strangpressen von Schmiedevormaterial für die Fahrzeugindustrie.Use of a raw material produced using a method according to at least one of claims 1 to 10 for extruding forging raw material for the vehicle industry. Verwendung eines mit einem Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellten Vormaterials zum Schmieden von Bauteilen für die Fahrzeugindustrie.Use of a raw material produced using a method according to at least one of claims 1 to 10 for forging components for the vehicle industry.
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