EP4396387B1 - Umformoptimiertes aluminiumlegierungsband und verfahren zur herstellung - Google Patents

Umformoptimiertes aluminiumlegierungsband und verfahren zur herstellung

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EP4396387B1
EP4396387B1 EP22772912.6A EP22772912A EP4396387B1 EP 4396387 B1 EP4396387 B1 EP 4396387B1 EP 22772912 A EP22772912 A EP 22772912A EP 4396387 B1 EP4396387 B1 EP 4396387B1
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EP
European Patent Office
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aluminium alloy
alloy strip
rolling
aluminum alloy
thickness
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EP22772912.6A
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EP4396387C0 (de
EP4396387A1 (de
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Olaf Engler
Holger Aretz
Janina KRAUSE
Martin CREMER
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Speira GmbH
Original Assignee
Speira GmbH
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Publication date
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    • C21D8/0273—Final recrystallisation annealing
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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to an aluminum alloy strip made of an aluminum alloy, a method for producing the aluminum alloy strip and its use.
  • AA 5xxx aluminum magnesium (AlMg) alloys are used in sheet or strip form for the construction of welded or joined components in shipbuilding, automotive, and aircraft construction. These aluminum magnesium alloys are characterized by high strength with increasing magnesium content and, at magnesium contents above 3%, by increased formability. Therefore, AA 5xxx aluminum magnesium alloys can increasingly replace steel materials in automotive construction, for example, and can thus contribute to further weight reduction in vehicles.
  • AlMg alloys of type AA 5xxx with Mg contents of more than 3%, especially more than 4%, are increasingly prone to intergranular corrosion when exposed to elevated temperatures.
  • base Al 5 Mg 3 phases precipitate along the grain boundaries, referred to as ⁇ -particles, which can be selectively dissolved in the presence of a corrosive medium.
  • the aluminum alloy of type AA 5182 Al 4.5% Mg 0.4% Mn
  • the aluminum alloy of type AA 5182 which has very good strength properties and very good formability, is not used in heat-stressed areas if the presence of a corrosive medium, for example water in the form of moisture, is to be expected.
  • an aluminum alloy strip which comprises an aluminum alloy with the following composition in wt.%: Si ⁇ 0 , 10 % , Fe ⁇ 0 , 25 % , 0 , 20 % ⁇ Mn ⁇ 0 , 30 % 4 , 72 % ⁇ Mg ⁇ 4 , 95 % , Cu ⁇ 0 , 10 % , Cr ⁇ 0 , 02 % , Ni ⁇ 0 , 01 % , Zn ⁇ 0 , 10 % , Ti ⁇ 0 , 04 % ,
  • the secondary phase density i.e. the (area) density of the dispersoids, is determined in this document using light microscopy as follows.
  • a sample of the aluminum alloy strip to be examined is embedded in a longitudinal section and prepared using conventional metallographic techniques. After grinding and polishing the section, the sample is etched for one minute at room temperature in a dilute aqueous solution of sulfuric acid and hydrofluoric acid. For this purpose, a solution consisting of 100 cm3 of 10% concentrated sulfuric acid is mixed with 100 cm3 of another solution consisting of 60 cm3 of water and 40 cm3 of 5% hydrofluoric acid. After etching, the section is rinsed with distilled water and dried for subsequent light microscopy examination.
  • the aluminum alloy strip provides a yield strength Rp 0.2 transverse to the rolling direction of at least 115 MPa, preferably at least 120 MPa in the microstructure state O or H111, so that the strength requirements in automotive construction are also met by the forming-optimized aluminum alloy strip.
  • the process characteristics mentioned and the selection of the degree of cold rolling to final thickness of 40% to 60% in conjunction with the soft annealing of the finish-rolled aluminum alloy strip at more than 500 °C, preferably at 510 °C to 540 °C in a continuous furnace, represent features that ensure the provision of a low secondary phase density per 1000 ⁇ m 2 .
  • the final cold rolling to final thickness combined with the required soft annealing in a continuous furnace, surprisingly produces a unique combination of properties for the aluminum alloy strip.
  • the soft annealing in the continuous furnace at the temperatures mentioned above results in grain sizes of 15 ⁇ m to 30 ⁇ m, which not only contribute to the surprisingly good corrosion resistance of the aluminum alloy strip produced in this way but also enhance its forming properties.
  • the duration of the soft annealing of the finished aluminum alloy strip in the continuous furnace is between 5 seconds and 300 seconds, with an interval of 10 seconds to 60 seconds being preferred. At these times, complete recrystallization of the microstructure can already be achieved in the continuous furnace, with the duration also being adapted to the respective thickness of the strip.
  • the hot rolling of the rolling ingot consists of the steps of pre-rolling to a thickness of 30 mm to 40 mm at a starting temperature of at least 450 °C and finish rolling to the final hot strip thickness with a coiling temperature of 300 °C to 350 °C. It has been shown that by adhering to these parameters, hot rolling can be advantageously optimized with regard to providing a low secondary phase density and contributes to stable process control.
  • the aluminum alloy strip according to the invention is preferably used for the production of a body interior part, in particular a door interior part, a hood interior part, or a trunk lid interior part of a motor vehicle.
  • Body interior parts are often subject to complex forming processes in order to achieve specific strengths for the motor vehicle body structure. Therefore, body interior parts are also made from high-strength materials, such as the aluminum alloy in question.
  • they must also be capable of complex shaping in order to produce the body interior parts from as few individual components as possible. This eliminates additional work steps related to joining technology, for example, joining or welding different components.
  • body interior parts are also exposed to corrosive conditions, so good corrosion resistance is also required.
  • the aluminum alloy strip fulfills these conditions to a particularly high degree and is therefore predestined for this application.
  • the aluminum alloy strip Due to the optimized forming behavior of the aluminum alloy strip according to the invention without any loss in strength and corrosion resistance, the aluminum alloy strip is optimally suited for the production of complex-shaped interior body parts.
  • the rolling ingot is subjected to homogenization, which can be carried out in one or more stages. During homogenization, temperatures of the rolling ingot of 480 to 550 °C are reached for at least 0.5 h.
  • the rolling ingot is then hot rolled.
  • the final thickness of the hot strip is, for example, 3 to 6 mm.
  • the final hot strip thickness can be selected so that after hot rolling, only a cold rolling step 4 takes place, in which the hot strip is The strip is reduced in thickness to a degree of 40% to 60%, preferably 50% to 60%, until the final thickness is reached.
  • the aluminum alloy strip, cold-rolled to its final thickness is then subjected to soft annealing.
  • the soft annealing is carried out in a continuous furnace at temperatures exceeding 500 °C, preferably between 510 °C and 540 °C.
  • an alternative production route can also be used in which the hot-rolled aluminum alloy strip is first cold-rolled to an intermediate thickness in step 4a.
  • the intermediate thickness is determined such that the final reduction ratio of the cold rolling to the final thickness is 40% to 60%, preferably 50% to 60%.
  • the intermediate annealing of the aluminum alloy strip is preferably carried out at 300°C to 500°C, for example in a batch furnace for at least 1.5 hours or in a continuous furnace for a maximum of 300 s.
  • the intermediate annealing in step 4b can preferably be carried out either in a continuous furnace at 400°C to 500°C or in a batch furnace at 330°C to 450°C.
  • step 4c The cold rolling of the aluminum alloy strip to the final thickness takes place in step 4c with a reduction ratio of 40% to 60%, preferably 50% to 60%. Subsequently, the finish-rolled aluminum alloy strip is soft annealed in step 5 at more than 500 °C, preferably at 510 °C to 540 °C in a continuous furnace.
  • Comparative Examples 1, 2 and 7, like Working Examples 3 to 6, comprise an aluminum alloy composition according to the invention.
  • working examples 1 to 7 are given in Table 2.
  • the homogenization of the rolling ingot was identical for all aluminum alloy strips produced and was 480°C to 550°C for at least 0.5 h.
  • Rough rolling of the rolling ingot with a starting temperature of at least 450°C was completed in Comparative Examples 1 and 7 at a blank thickness of 32 mm.
  • Working examples 3 to 6 of the invention were rough rolled to a blank thickness of 36 mm.
  • Hot rolling ended in Comparative Examples 1, 2, and 7, as well as in Working Examples 3 to 6, with a coiling temperature of 300 to 350°C and a final hot strip thickness of 3 to 6 mm.
  • Comparative Example 7 was cold-rolled from an intermediate annealing thickness of 1.5 mm with a final reduction of 20%, while Comparative Example 1 was cold-rolled with a reduction of 14.3% of the final thickness.
  • Comparative Example 2 was manufactured with a reduction of 50% of the final thickness and soft-annealed in a continuous furnace at 400 °C for 300 s. Comparative Example 1 underwent an identical annealing process with a duration of 60 s.
  • Examples 3 to 6 were annealed at more than 500 °C, here at 530 °C for 60 s in a continuous furnace and, like all other examples, subsequently quenched in air.
  • the inventive examples 3 to 6 achieve values between 9% and almost 20% higher than the comparative examples.
  • the result of the test for the main strain ⁇ 1 at a 100 mm sample width was reflected in the material with a significant decrease in the secondary phase density to below 250 per 1000 ⁇ m2 .
  • the secondary phase density was determined using the method described above.
  • Fig. 2 shows the determined values for comparison in the diagram.
  • Fig. 4 shows an etched longitudinal section of an embodiment according to the invention.
  • the sample was etched by etching for one minute at room temperature in a dilute aqueous solution of sulfuric acid and hydrofluoric acid.
  • the solution consisted of 100 cm3 of 10% concentrated sulfuric acid and 100 cm3 of another solution consisting of 60 cm3 of water and 40 cm3 of 5% hydrofluoric acid.
  • the longitudinal section was rinsed with distilled water and dried for subsequent light microscopic examination. The etching marks the secondary phases.
  • the secondary phases were analyzed using a light microscope with an oil objective.
  • This method allows objects with a diameter of at least 0.39 ⁇ m to be detected and counted.
  • the etching process used dissolves the actual secondary phases, leaving etched pits whose size is significantly larger than the dissolved secondary phases.
  • this method allows secondary phases to be detected with significantly less than the optical resolution of 0.39 ⁇ m.
  • a comparison of the light-optical method used with scanning electron microscope examinations has shown that phases from approximately 50 nm can be determined statistically reliably.
  • the total area of all investigated measurement fields was 20331 ⁇ m 2 .
  • Fig. 4 One of the measuring fields is shown as an example.
  • the yield strength values of the examples, at 120 MPa transverse to the rolling direction, also demonstrate a good suitability for the preferred application of the aluminum alloy strips for automotive body interior parts. This also applies to the measured Ae values transverse to the rolling direction, which, at 0.7% and 0.6%, enable strain-free forming.
  • Table 3 results of the grain size measurement, which showed an average grain size of 20 ⁇ m to 29 ⁇ m for the inventive embodiments according to ASTME 1382. Also not shown in Table 3 are the results of the corrosion tests, which showed a mass loss of 13.8 mg/cm 2 to 18.8 mg/cm 2 after a heat treatment of 45 minutes at 195 °C measured according to ASTM G67.
  • Fig. 3 schematically shows a preferred use of the aluminum alloy strip, in which sheets were cut from the aluminum alloy strip and, by forming, for example, drawing, an interior part of a motor vehicle body in the form of an inner door part 6 was produced. These are usually made of steel.
  • the aluminum alloy strips according to the invention are therefore preferably used for the production of interior body parts due to their improved forming behavior while maintaining consistent strength and corrosion resistance. Table 1 No.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Aluminiumlegierungsband aus einer Aluminiumlegierung, ein Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsbandes sowie dessen Verwendung.
  • Insbesondere Aluminiummagnesium(AlMg-)legierungen vom Typ AA 5xxx werden in Form von Blechen bzw. Bändern für die Konstruktion von geschweißten oder gefügten Bauteilen im Schiffs-, Automobil-und Flugzeugbau verwendet. Die Aluminiummagnesiumlegierungen zeichnen sich mit steigendem Magnesiumgehalt durch eine hohe Festigkeit sowie bei Magnesiumgehalten über 3% weiterhin durch eine zunehmende Umformbarkeit aus. Daher können Aluminiummagnesiumlegierungen vom Typ AA 5xxx beispielsweise im Kraftfahrzeugbau zunehmend Werkstoffe aus Stahl ersetzen und können so zur weiteren Gewichtsreduktion der Kraftfahrzeuge beitragen.
  • AlMg-Legierungen vom Typ AA 5xxx mit Mg-Gehalten von mehr als 3 %, insbesondere mehr als 4 %, neigen zunehmend zur interkristallinen Korrosion, wenn sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Bei Temperaturen von 70 - 200°C scheiden sich unedle Al5Mg3 Phasen entlang der Korngrenzen aus, welche als β-Partikel bezeichnet werden und in Anwesenheit eines korrosiven Mediums selektiv aufgelöst werden können. Dies hat zur Folge, dass insbesondere die sehr gute Festigkeitseigenschaften sowie eine sehr gute Umformbarkeit aufweisende Aluminiumlegierung vom Typ AA 5182 (Al 4,5 % Mg 0,4 % Mn) nicht in wärmebelasteten Bereichen eingesetzt wird, sofern mit der Anwesenheit eines korrosiven Mediums, beispielsweise Wasser in Form von Feuchtigkeit, gerechnet werden muss. Dies betrifft insbesondere die Bauteile eines Kraftfahrzeugs, welche üblicherweise einer kathodischen Tauch-Lackierung (KTL) unterzogen und anschließend in einem Einbrennvorgang getrocknet werden, da bereits durch diesen Einbrennvorgang bei üblichen Aluminiumlegierungsbändern eine Sensibilisierung bezüglich interkristalliner Korrosion hervorgerufen werden kann. Darüber hinaus muss für den Einsatz im Automobilbereich die Umformung bei der Herstellung eines Bauteils sowie die anschließende Betriebsbelastung des Bauteils berücksichtigt werden.
  • Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2014/0298531 A1 ist ein Aluminiumlegierungsband bekannt, welches Magnesiumgehalte oberhalb von vier Gew.-% aufweist und für Bauteile eines Kraftfahrzeugs geeignet ist. Es weist trotz der Bereitstellung hoher Festigkeiten eine sehr gute Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion auf. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die Umformbarkeit dieses gegen interkristalline Korrosion besonders beständigen Aluminiumlegierungsbands aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AA 5182 verbessert werden kann.
  • Eine Weiterentwicklung dieses Aluminiumlegierungsbands in Bezug auf die Umformbarkeit ist daher aus der internationalen Patentanmeldung WO 2014/029856 A1 bekannt. Hier wurde bei einem nahezu identischen Legierungskonzept das Aluminiumlegierungsband in Bezug auf die Umformbarkeit optimiert. Beide internationale Patentanmeldungen haben Aluminiumbänder zum Gegenstand, die innerhalb der Spezifikation der Aluminiumlegierung vom Typ AA 5182 einen Mg-Gehalt bis maximal 4,50 Gew.-% aufweisen.
  • Aus der japanischen Patentanmeldung JP 2001 303164 A ist eine Aluminiumlegierung vom Typ AA5xxx bekannt, deren Sekundärphasendichten für Sekundärphasen mit einer maximalen Länge von mindestens 3 µm und mehr bestimmt wurden.
  • Die internationale Patentanmeldung WO 2016/207274 A1 offenbart rückgeglühte Aluminiumlegierungsbänder und Verfahren zu deren Herstellung.
  • Aus der US-Patentanmeldung US 2020/0157668 A1 sind weichgeglühte Aluminiumlegierungsbänder bekannt, deren Sekundärphasendichte für kupferhaltige Sekundärphasen mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 0,3 µm bis 4 µm maximiert wurde.
  • Es wurde nun festgestellt, dass in Bezug auf die Umformbarkeit innerhalb der Spezifikation der Aluminiumlegierung vom Typ AA 5182 weiteres Verbesserungspotential besteht, ohne dabei die weiteren Eigenschaften wie die Bereitstellung der notwendigen Festigkeit und der Korrosionsbeständigkeit zu verschlechtern. Dabei hat sich herausgestellt, dass die üblichen Kennzahlen für eine Umformbarkeit, beispielsweise die Gleichmaßdehnung Ag oder die Bruchdehnungswerte A80mm in Bezug auf den praktischen Einsatz der Aluminiumlegierungsbleche in den Umformprozessen nicht aussagekräftig genug sind.
  • Mit der Norm DIN EN ISO 12004-2:2021-07 werden Versuchsbedingungen angegeben, welche eine Aussage über die zulässigen Haupt- und Nebenformänderungen von Aluminiumblechen in Umformprozessen zulassen, sodass ein sicherer Umformprozess zur Verfügung gestellt werden kann. Die gemäß dieser Norm ermittelten Hauptformänderungen und Nebenformänderungen ergeben sich aus der Grenzformänderungskurve, die das spezifische Verhalten des umzuformenden Blechs im Ziehversuch charakterisieren. Die Bereitstellung der Grenzformänderungskurve gelingt über eine Formänderungsanalyse von schadhaften Ziehteilen zur Bestimmung von Ziehteil und Umformprozess abhängigen Formänderungsdiagrammen.
  • Auf Proben mit spezifischer Geometrie werden auf der nicht verformten Oberfläche ein deterministisches Raster mit genauen Maßen oder ein stochastisches Muster aufgebracht oder optisch projiziert. Das spezifisch zugeschnittene Probenteil wird dann beispielsweise nach dem Nakajima-Verfahren mittels eines definierten Stempels in einer genau festgelegten Matrix bis zum Reißen verformt, worauf hin die Prüfung abgebrochen wird. Alle im vorliegenden Dokument genannten Werte für die Hauptformänderung ε1 beziehen sich auf die Prüfung nach dem Nakajima-Verfahren gemäß den EN ISO 12004-2:2021-07. Die Hauptformänderung ε1 wird hier an Proben mit einer Breite von 100mm bestimmt. Alle angegebenen Werte sind Mittelwerte aus 3 Proben.
  • Alle weiteren mechanischen Kennwerte werden gemäß DIN EN ISO 6892 gemessen. Da die Korngröße eines Materials stets in Form einer Verteilung vorliegt, beziehen sich alle gemachten Angaben der Korngröße auf die mittlere Korngröße. Die mittlere Korngröße kann gemäß ASTM E1382 ermittelt werden.
  • Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, ein Aluminiumlegierungsband, insbesondere zur Herstellung von Karosserieteilen eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise Karosserieinnenteile, zur Verfügung zu stellen, welches neben der notwendigen Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion die erforderliche Festigkeit und gleichzeitig verbesserte Umformungseigenschaften bereitstellt.
  • Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die genannte Aufgabe durch Bereitstellung eines Aluminiumlegierungsband gelöst, welches eine Aluminiumlegierung mit folgender Zusammensetzung in Gew.-% aufweist: Si ≤ 0 , 10 % , Fe ≤ 0 , 25 % , 0 , 20 % ≤ Mn ≤ 0 , 30 % 4 , 72 % ≤ Mg ≤ 4 , 95 % , Cu ≤ 0 , 10 % , Cr ≤ 0 , 02 % , Ni ≤ 0 , 01 % , Zn ≤ 0 , 10 % , Ti ≤ 0 , 04 % ,
  • Rest Al mit unvermeidbaren Verunreinigungen einzeln ≤ 0,05 %, in Summe ≤ 0,15 %, wobei das Aluminiumlegierungsband eine mittlere Sekundärphasendichte von kleiner 250 pro 1000 µm2 aufweist.
  • Bei intensiven Untersuchungen haben die Erfinder erkannt, dass bei Aluminiumlegierungsbändern, aufweisend die zuvor genannte Aluminiumlegierung durch eine Begrenzung der Sekundärphasendichte auf weniger als 250 pro 1000 µm2 eine vorteilhafte Steigerung der Umformbarkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung der Vorteile der Aluminiumlegierung vom Typ AA 5182 in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit des Aluminiumlegierungsbandes erreicht werden kann. Als Sekundärphasen treten üblicherweise Al6Mn, alpha-Al(Fe,Mn)Si sowie Mg2Si auf. Eine hohe Anzahl an Sekundärphasen führt nach den Erkenntnissen der Erfinder zu einer Begrenzung des Umformverhaltens und macht sich insbesondere in den komplexen Tiefziehprozessen zur Herstellung von beispielsweise Karosseriebauteilen bemerkbar. Durch die Auswahl einer spezifischen Legierungszusammensetzung in Verbindung mit ebenso spezifisch abgestellten Herstellungsprozessen konnte die Sekundärphasendichte auf Werte unterhalb von 250 pro 1000 µm2 reduziert werden.
  • Die Sekundärphasendichte, also die (Flächen)Dichte der Dispersoide wird in diesem Dokument lichtmikroskopisch folgendermaßen ermittelt. Eine Probe des zu untersuchenden Aluminiumlegierungsbands wird mittels allgemein üblicher metallografischer Verfahren in einem Längsschliff eingebettet und präpariert. Nach dem Schleifen und Polieren des Schliffs wird die Probe für eine Minute bei Raumtemperatur in einer verdünnten wässrigen Lösung aus Schwefelsäure und Flusssäure geätzt. Dazu wird eine Lösung aus 100 cm3 10% konzentrierter Schwefelsäure mit 100 cm3 einer weiteren Lösung bestehend aus 60 cm3 Wasser und 40 cm3 5-prozentiger Flusssäure gemischt. Nach dem Ätzen wird der Schliff für die anschließende lichtmikroskopische Untersuchung mit destilliertem Wasser gespült und getrocknet. Die durchgeführte Ätzung markiert die Sekundärphasen im Gefüge, sodass deren Flächendichte im Lichtmikroskop mit guter Genauigkeit ermittelt werden kann. Zur Gewährleistung einer hinreichenden statistischen Relevanz werden dazu minimal 10 statistisch verteilte Bildausschnitte als Messfelder bei einer hohen Vergrößerung (1000:1) mit einem Ölobjektiv mit dem Lichtmikroskop analysiert, so dass insgesamt mindestens 2000 Sekundärphasen erfasst worden sind. Die gesamte Anzahl der ermittelten Sekundärphasen, bezogen auf die gesamte Messfläche aller untersuchten Messfelder, ergibt dann die Flächendichte der Sekundärphasen oder Sekundärphasendichte (angegeben in Anzahl pro Fläche, z.B. Anzahl pro 1000µm2).
  • Bei der Legierungszusammensetzung wurde hierzu der Siliziumgehalt auf maximal 0,10 Gew.-% reduziert. Silizium bildet in magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen alpha-Al(Fe,Mn)Si sowie Mg2Si-Ausscheidungen als Sekundärphasen. Diese verschlechtern, wie zuvor ausgeführt, die Umformbarkeit des Aluminiumlegierungsbands. Ein bevorzugter Siliziumgehalt liegt deshalb bei maximal 0,08 Gew.-%.
  • Eisen ist überwiegend in den sogenannten Gussphasen abgebunden, ist aber ebenfalls an der Bildung von Sekundärausscheidungen beteiligt. Daher trägt die Verringerung des Eisengehalts auf maximal 0,25 Gew.-%, bevorzugt auf maximal 0,20 Gew.-% zu einer Verbesserung der Umformbarkeit bei.
  • Mangan ist ein typischer Dispersoidbildner, wobei die Dispersoidpartikel wirksam verhindern, dass Versetzungsbewegungen von Atomen aus dem Metallkristallverband stattfinden. So tragen Dispersoide zu einer gewünschten Steigerung der Streckgrenze bei. Weiterhin helfen Mn-haltige Dispersoide, die Korngröße des Aluminiumlegierungsbands zu kontrollieren. Allerdings begrenzen Dispersoidpartikel das Umformverhalten. Das Aluminiumlegierungsband weist deshalb einen Mn-Gehalt von 0,20 Gew.-% bis 0,30 Gew.-% auf. Unterhalb von einem Mn-Gehalt von 0,20 Gew.-% verringert sich die festigkeitssteigernde Wirkung der Dispersoide und das Aluminiumlegierungsband kann bei einer Wärmebehandlung eine unerwünschte Kornvergrößerung zeigen. Bei einem Gehalt von mehr als 0,30 Gew.-% Mangan wird durch die Dispersion die Dehnung des Werkstoffs zu stark behindert, sodass das Umformverhalten nicht optimal ist. Ein auf die Aspekte des Umformverhaltens optimierter Mn-Gehalt kann mit 0,20 Gew.-% ≤ Mn ≤ 0,26 Gew.-% zur Verfügung gestellt werden.
  • Magnesium ist in der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung in einem Gehalt von 4,72 Gew.-% bis 4,95 Gew.-%, bevorzugt von 4,80 Gew.-% bis 4,92 Gew.-% enthalten. Es hat sich herausgestellt, dass gerade mit diesen Magnesiumgehalten nicht nur hohe Festigkeiten trotz verringerter Anteile an die Festigkeit steigernden Dispersoidbildnern erreicht werden, sondern gleichzeitig das Umformverhalten verbessert wird. Höhere Mg-Gehalte führen allerdings wie oben ausgeführt zu einer zu hohen Empfindlichkeit des Werkstoffs für interkristalline Korrosion.
  • Zur Optimierung des Umformverhaltens ist auch der Kupfergehalt auf maximal 0,10 Gew.-% beschränkt worden. Kupfer steigert die Festigkeit des Aluminiumlegierungsbandes auch bei kleinen Gehalten, führt allerdings auch bei geringen Gehalten zu einer Verschlechterung des allgemeinen Korrosionsverhaltens. Daher betragen bevorzugte Gehalte an Kupfer maximal 0,07 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,02 Gew.-% und weniger als 0,04 Gew.-% betragen.
  • Das Legierungselement Chrom ist ein sehr effektiver Dispersoidbildner und ist daher mit einem Gehalt von maximal 0,02 Gew.-%, bevorzugt 0,01 Gew.-% und besonders bevorzugt maximal 0,008 Gew.-% in der Aluminiumlegierung enthalten.
  • Gleiches gilt auch für den Nickelgehalt aufgrund der Tendenz bei geringsten Gehalten bereits Dispersoidpartikel zu bilden. Der Ni-Gehalt ist daher auf maximal 0,01 Gew.-%, bevorzugt auf 0,005 Gew.-% reduziert.
  • Nachteilig für die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungsbands wirkt sich Zink aus, welches in einem Gehalt von maximal 0,10 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,01 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 0,008 Gew.-% in der Aluminiumlegierung enthalten ist.
  • Das zur Kornfeinung im Schmelzprozess eingesetzte Titan ist auf maximal 0,04 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,02 Gew.-% zu beschränken, da Titan ebenfalls Dispersoide bildet und in größeren Konzentrationen stark zu Seigerungen neigt. Da das beispielweise aus Kornfeinungsmittel stammende Titan den Schmelzvorgang unterstützt und damit das Gießen des Walzbarrens verbessert wird, wird bevorzugt ein Titan-Gehalt von 0,005 Gew.-% bis maximal 0,02 Gew.-% in der Aluminiumlegierung vorgesehen. Durch diesen Bereich an Titan kann ein Kompromiss zwischen Schmelzeigenschaften und Anzahl der Sekundärausscheidungen erzielt werden.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung des Aluminiumlegierungsbands weist das Aluminiumlegierungsband eine Sekundärphasendichte von kleiner 220 pro 1000 µm2, besonders bevorzugt kleiner 200 pro 1000 µm2 auf. Es konnte nachgewiesen werden, dass durch die Auswahl der Aluminiumlegierungselemente in Verbindung mit dem Herstellungsprozess des Aluminiumlegierungsbands eine weitere Reduzierung der Sekundärphasendichte im Aluminiumlegierungsband erreicht werden kann. Diese Aluminiumlegierungsbänder zeigten dabei eine weitere Steigerung des Umformverhaltens bei gleichzeitiger Bereitstellung hoher mechanischer Festigkeiten sowie guter Korrosionsbeständigkeit.
  • Sehr gute Umformeigenschaften weist das Aluminiumlegierungsband im Gefügezustand O oder H111 auf. Der Gefügezustand O zeichnet sich durch ein rekristallisiertes Mikrogefüge aus, welches eine maximale Umformung ermöglicht. Im Zustand H111 ist das Aluminiumlegierungsband im Zustand O geringfügig verfestigt worden, beispielsweise durch Recken oder Richten des Aluminiumlegierungsbands. Der Zustand H111 wird daher bei der Verarbeitung von Aluminiumlegierungsblechen bevorzugt verwendet, da hier die Aluminiumlegierungsbleche wenig Verzug aufweisen und dennoch besonders hohe Umformwerte erzielen.
  • Weitere Untersuchungen haben ergeben, dass das Aluminiumlegierungsband gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine mittlere Korngröße von 15 µm bis 30 µm aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumlegierung mit der vorliegenden Legierungszusammensetzung bei Korngrößen von 15 µm bis 30 µm den Anforderungen für Karosserieanwendungen genügt. Gleichzeitig tragen die geringeren Korngrößen zu einer verbesserten Umformbarkeit bei.
  • Das Aluminiumlegierungsband ist bevorzugt kaltgewalzt, um die notwendige Formgenauigkeit und Oberflächengüte für die bevorzugte Anwendung im Kraftfahrzeugbau bereitzustellen.
  • Die Enddicken des kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbands betragen gemäß einer Ausgestaltung 0,5 mm bis maximal 4 mm, bevorzugt 0,8 mm bis 2,5 mm. Insbesondere in diesen genannten Dickenbereichen kann das Aluminiumlegierungsband die deutlich verbesserten Umformeigenschaften in Verbindung mit konventionellen Umformverfahren und Werkzeugen bereitstellen.
  • Gemäß einer nächsten Ausgestaltung des Aluminiumlegierungsbands weist dieses einen Ae-Wert quer zur Walzrichtung von weniger als 1,0 %, bevorzugt weniger als 0,9 % auf. Der Ae-Wert wird auch als Streckgrenzen-Extensometer-Dehnung bezeichnet. Der Ae-Wert wird quer zur Walzrichtung gemäß DIN EN ISO 6892 gemessen und ist in % angegeben. Der Ae-Wert eines Aluminiumlegierungsbands ist dabei charakteristisch für die Ausbildung von Lüderslinien während der Umformung des Aluminiumlegierungsbands, welche beispielweise bei Karosseriebauteilen unerwünscht sind. Je kleiner der Ae-Wert, desto weniger Lüderslinien werden erzeugt. Mit Werten von weniger als 1,0 % bzw. weniger als 0,9 % quer zur Walzrichtung kann das Aluminiumlegierungsband als im Wesentlichen Lüderslinien frei bezeichnet werden.
  • Schließlich weist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbands bei einer Blechdicke von 1,2 mm und einer Probenbreite b) von 100 mm gemäß DIN EN ISO 120004-2 in der Prüfung nach Nakajima eine mittlere Hauptformänderung ε1 von mehr als 0,200 auf. Dieser Hauptformänderungswert konnte bei dem erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsband durch Einstellung der reduzierten Sekundärphasendichte unter Berücksichtigung eines auf den Werkstoff abgestimmten Herstellverfahrens erreicht werden. Die Hauptformänderung ε1 bei einer Probenbreite b) von 100 mm nach Nakajima gibt das komplexe Zusammenspiel des Mikrogefüges des Aluminiumlegierungsbandes im Ziehprozess in einem einzigen Parameter wieder und zeigt eine deutliche Steigerung gegenüber den bisher erzielten Hauptformänderungen ε1 umformoptimierter Aluminiumlegierungsbänder vom Typ AA 5182. Bei allen hier angegebenen Werten bezieht sich die Angabe der Probenbreite von 100 mm auf den Wert b) einer Probe mit achsparalleler Aussparungslänge a) gemäß Bild 2 der DIN EN ISO 120004-2 (6.1.2 Probengeometrie).
  • Gleichzeitig stellt das Aluminiumlegierungsband gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine Streckgrenze Rp0,2 quer zur Walzrichtung von mindestens 115 MPa, bevorzugt mindestens 120 MPa im Gefügezustand O oder H111 bereit, sodass die Festigkeitsanforderungen im Kraftfahrzeugbau durch das umformoptimierte Aluminiumlegierungsband ebenfalls erfüllt werden.
  • Die Massenverluste des Aluminiumlegierungsbands aufgrund interkristalliner Korrosion betragen 13 mg/cm2 bis 19 mg/cm2 nach einer Wärmebelastung von 195 °C für 45 Minuten gemessen nach ASTM G67. Diese Wärmebelastung entspricht der Wärmebelastung, die das Bauteil bei einem KTL-Lackierverfahren maximal erfahren kann und zeigt damit, dass im nachfolgenden Einsatz des Bauteils Korrosionsprobleme nicht zu erwarten sind.
  • Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung wird das erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsband mit einem Verfahren, welches die folgenden Schritte aufweist, hergestellt:
    • Gießen eines Walzbarrens aus einer Aluminiumlegierung mit folgender Zusammensetzung:
      • Si ≤ 0,10 %, bevorzugt ≤ 0,08 %,
      • Fe ≤ 0,25 %, bevorzugt ≤ 0,20 %,
      • 0,20 % ≤ Mn ≤ 0,30 %, bevorzugt 0,20 % ≤ Mn ≤ 0,26 %,
      • 4,72 % ≤ Mg ≤ 4,95 %, bevorzugt 4,80 % ≤ Mg ≤ 4,92 %,
      • Cu ≤ 0,10 %, bevorzugt Cu ≤ 0,07 %, besonders bevorzugt Cu < 0,04 %,
      • Cr ≤ 0,02 %, bevorzugt Cr ≤ 0,01 %, besonders bevorzugt Cr ≤ 0,008 %,,
      • Ni ≤ 0,01 %, bevorzugt Ni ≤ 0,005 %,
      • Zn ≤ 0,10 %, bevorzugt Zn ≤ 0,01 %, besonders bevorzugt Zn ≤ 0,008%,
      • Ti ≤ 0,04 %, bevorzugt Ti ≤ 0,02 %,
      • Rest Al mit unvermeidbaren Verunreinigungen einzeln ≤ 0,05 %, in Summe ≤ 0,15 %,
    • Homogenisieren des Walzbarrens bei 480 °C bis 550 °C für mindestens 0,5 h,
    • Warmwalzen des Walzbarrens auf eine Warmbandenddicke von 3 bis 6 mm
    • Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes an Enddicke mit einem Abwalzgrad von 40% bis 60 %, bevorzugt 50 % bis 60 % und
    • Weichglühen des fertig gewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei mehr als 500 °C, bevorzugt 510°C bis 540 °C in einem Durchlaufofen.
  • Neben der besonders kritischen Auswahl der genannten Legierungsbestandteile der Aluminiumlegierung, welche für die Sekundärphasendichte verantwortlich sind, hat sich herausgestellt, dass in Verbindung mit der Legierungszusammensetzung die genannten Verfahrensmerkmale und die Auswahl des Abwalzgrad des Kaltwalzens an Enddicke von 40 % bis 60 % in Verbindung mit dem Weichglühen des fertiggewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei mehr als 500 °C, bevorzugt bei 510 °C bis 540 °C in einem Durchlaufofen Merkmale darstellen, welche die Bereitstellung einer geringen Sekundärphasendichte pro 1000 µm2 gewährleisten.
  • Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Aluminiumlegierungsbands werden nach dem Warmwalzen alternativ die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
    • Kaltwalzen des warmgewalzten Aluminiumlegierungsbandes auf eine Zwischendicke, welche derart bestimmt ist, dass der abschließende Kaltwalzgrad an Enddicke 40 % bis 60 % bevorzugt 50 % bis 60 % beträgt,
    • Zwischenglühen des Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C,
    • Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes an Enddicke mit einem Abwalzgrad von 40% bis 60 %, bevorzugt 50 % bis 60 %
    • Weichglühen des fertig gewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei mehr als 500 °C, bevorzugt 510°C bis 540 °C in einem Durchlaufofen.
  • Unabhängig davon, ob das Aluminiumlegierungsband mit oder ohne Zwischenglühen hergestellt worden ist, hat sich herausgestellt, dass das abschließende Kaltwalzen an Enddicke in Kombination mit dem beanspruchten Weichglühen im Durchlaufofen überraschenderweise eine besondere Eigenschaftskombination des Aluminiumlegierungsbands hervorbringt. Gleichzeitig werden nämlich durch das Weichglühen im Durchlaufofen bei den genannten Temperaturen Korngrößen von 15 µm bis 30 µm erzielt, die nicht nur zu einer überraschend guten Korrosionsbeständigkeit des entsprechend hergestellten Aluminiumlegierungsbands beitragen, sondern auch die Umformeigenschaften fördern.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Dauer der Weichglühung des fertigen Aluminiumlegierungsbandes im Durchlaufofen zwischen 5 Sekunden und 300 Sekunden, wobei bevorzugt ein Intervall von 10 Sekunden bis 60 Sekunden angestrebt wird. Bei den genannten Zeiten kann im Durchlaufofen bereits eine vollständige Rekristallisation des Gefüges erreicht werden, wobei die Dauer auch an die jeweilige Dicke des Bandes angepasst wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens besteht das Warmwalzen des Walzbarrens aus den Schritten Vorwalzen auf eine Dicke von 30 mm bis 40 mm bei einer Starttemperatur von mindestens 450 °C und einem Fertigwalzen auf Warmbandenddicke mit einer Aufhaspeltemperatur von 300 °C bis 350 °C. Es hat sich gezeigt, dass unter Einhaltung dieser Parameter das Warmwalzen vorteilhaft in Bezug auf die Bereitstellung einer geringen Sekundärphasendichte optimiert werden kann und zu einer stabilen Prozessführung beiträgt.
  • Schließlich wird das erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsband bevorzugt für die Herstellung eines Karosserieinnenteils, insbesondere eines Türinnenteils, eines Motorhaubeninnenteils oder Kofferraumdeckelinnenteils eines Kraftfahrzeugs verwendet. Karosserieinnenteile werden häufig komplex umgeformt, um spezifische Festigkeiten zur Bereitstellung der Kraftfahrzeugkarosseriestruktur bereitzustellen. Deshalb werden Karosserieinnenteile auch aus hochfesten Werkstoffen, wie der in Rede stehenden Aluminiumlegierung, hergestellt. Gleichzeitig müssen diese aber auch komplex geformt werden können, um die Karosserieinnenteile aus möglichst wenigen Einzelbauteilen bereitzustellen. Dies spart zusätzliche Arbeitsschritte in Bezug auf die Verbindungstechnik, beispielsweise einem Fügen oder Schweißen von unterschiedlichen Bauteilen. Gleichzeitig sind Karosserieinnenteile auch korrosiven Bedingungen ausgesetzt, sodass auch eine gute Korrosionsbeständigkeit gefordert ist. Diese Bedingungen erfüllt das Aluminiumlegierungsband in besonderem Maße und ist für diese Verwendung daher prädestiniert.
  • Aufgrund des optimierten Umformverhaltens des erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbands ohne Einbußen in Bezug auf Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit ist das Aluminiumlegierungsband optimal für die Herstellung von komplex geformten Karosserieinnenteilen geeignet.
  • Im weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen dargestellt werden. Die Zeichnung zeigt in
    • Fig. 1
    ein schematisches Ablaufdiagramm des Herstellungsverfahrens eines erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbands,
    Fig. 2
    in einem Diagramm die Sekundärphasendichte/1000µm2 in Abhängigkeit der gemessenen Hauptformänderung ε1 bei 100mm Probenbreite nach Nakajima,
    Fig. 3
    eine typische Verwendung des Aluminiumlegierungsbands in Form eines Türinnenteils, des sogenannten "Body in white" eines Kraftfahrzeugs und in
    Fig. 4
    eine geätzte Schlifffläche eines erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbands zur Auswertung der gesamten Anzahl an Sekundärphasen.
  • Fig. 1 zeigt schematisch die Verfahrensschritte und den Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung von Aluminiumlegierungsbändern. In Schritt 1 wird ein Walzbarren aus einer Aluminiumlegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen, beispielsweise im DC-Strangguss, gegossen:
    • Si ≤ 0,10 %, bevorzugt ≤ 0,08 %,
    • Fe ≤ 0,25 %, bevorzugt ≤ 0,20 %,
    • 0,20 % ≤ Mn ≤ 0,30 %, bevorzugt 0,20 % ≤ Mn ≤ 0,26 %,
    • 4,72 % ≤ Mg ≤ 4,95 %, bevorzugt 4,80 % ≤ Mg ≤ 4,92 %,
    • Cu ≤ 0,10 %, bevorzugt Cu ≤ 0,07 %, besonders bevorzugt Cu < 0,04 %,
    • Cr ≤ 0,02 %, bevorzugt Cr ≤ 0,01 %, besonders bevorzugt Cr ≤ 0,008 %,,
    • Ni ≤ 0,01 %, bevorzugt Ni ≤ 0,005 %,
    • Zn ≤ 0,10 %, bevorzugt Zn ≤ 0,01 %, besonders bevorzugt Zn ≤ 0,008%,
    • Ti ≤ 0,04 %, bevorzugt Ti ≤ 0,02 %,
    • Rest Al mit unvermeidbaren Verunreinigungen einzeln ≤ 0,05 %, in Summe ≤ 0,15 %.
  • Anschließend wird der Walzbarren im Verfahrensschritt 2 einem Homogenisieren, welches ein- oder mehrstufig durchgeführt werden kann, unterzogen. Bei einem Homogenisieren werden Temperaturen des Walzbarrens vom 480 bis 550 °C für mindestens 0,5 h erreicht. Im Verfahrensschritt 3 wird dann der Walzbarren warmgewalzt. Die Enddicken des Warmbandes betragen beispielsweise 3 bis 6 mm. Die Warmbandenddicke kann so gewählt werden, dass nach dem Warmwalzen lediglich ein Kaltwalzschritt 4 erfolgt, bei welchem das Warmband mit einem Abwalzgrad von 40% bis 60 %, bevorzugt 50 % bis 60 % in seiner Dicke bis zur Enddicke reduziert wird. Anschließend wird das an Enddicke kaltgewalzte Aluminiumlegierungsband einer Weichglühung unterzogen. Die Weichglühung wird in einem Durchlaufofen bei Temperaturen von mehr als 500 °C, bevorzugt bei 510 °C bis 540 °C durchgeführt.
  • Wie ebenfalls in Fig. 1 dargestellt, kann auch ein alternativer Fertigungsweg verwendet werden, in dem das warmgewalzte Aluminiumlegierungsband zunächst in Schritt 4a auf eine Zwischendicke kaltgewalzt wird. Die Zwischendicke ist derart bestimmt, dass der abschließende Abwalzgrad des Kaltwalzens an Enddicke 40 % bis 60 % bevorzugt 50 % bis 60 % beträgt. Die Zwischenglühung des Aluminiumlegierungsbandes wird vorzugsweise bei 300 °C bis 500 °C, beispielsweise im Kammerofen für mindestens 1,5 h oder auch im Durchlaufofen für maximal 300 s durchgeführt. Die Zwischenglühung im Schritt 4b kann vorzugsweise entweder im Durchlaufofen bei 400 °C bis 500 °C oder im Kammerofen bei 330 °C bis 450 °C durchgeführt werden. Das Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes an Enddicke erfolgt in Schritt 4c mit einem Abwalzgrad von 40% bis 60 %, bevorzugt 50 % bis 60 %. Anschließend erfolgt dann das Weichglühen des fertiggewalzten Aluminiumlegierungsbandes in Schritt 5 bei mehr als 500 °C, bevorzugt bei 510°C bis 540 °C im Durchlaufofen.
  • Verschiedene Aluminiumlegierungsbänder wurden mit dem alternativen Herstellweg unter Durchführen einer Zwischenglühung hergestellt, wobei die Enddicke der Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele bei 1,2 mm lag, um die Vergleichbarkeit in den Versuchen zum Umformverhalten sicherzustellen.
  • Die verschiedenen Legierungszusammensetzungen in Gew.-% zeigt Tabelle 1, wobei in allen Zusammensetzungen als Rest Aluminium sowie unvermeidbare Verunreinigungen mit einzeln maximal 0,05 Gew.-% und in Summe maximal 0,15 Gew.-% zusätzlich enthalten sind.
  • Die Vergleichsbeispiele 1, 2 und 7 weisen, wie die Ausführungsbeispiele 3 bis 6, eine erfindungsgemäße Aluminiumlegierungszusammensetzung auf.
  • Die Herstellparameter der Ausführungsbeispiele 1 bis 7 sind in Tabelle 2 angegeben. Die Homogenisierung des Walzbarrens war für alle hergestellten Aluminiumlegierungsbänder identisch und betrug 480 °C bis 550 °C für mindestens 0,5 h. Das Vorwalzen des Walzbarrens mit einer Starttemperatur von mindestens 450 °C wurde bei den Vergleichsbeispielen 1 und 7 bei einer Platinendicke von 32 mm beendet. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung 3 bis 6 wurden bis auf eine Platinendicke von 36 mm vorgewalzt. Das Warmwalzen endete bei den Vergleichsbeispielen 1, 2 und 7 sowie bei den Ausführungsbeispielen 3 bis 6 mit einer Aufhaspeltemperatur von 300 bis 350 °C bei einer Warmbandenddicke von 3 bis 6 mm.
  • Das Vergleichsbeispiel 7 wurde ausgehend von einer Zwischenglühdicke von 1,5 mm mit einem abschließenden Abwalzgrad von 20%, das Vergleichsbeispiel 1 mit einem Abwalzgrad von 14,3 % an Enddicke kaltgewalzt. Das Vergleichsbeispiel 2 wurde mit einem Abwalzgrad an Enddicke von 50% gefertigt und in einem Durchlaufofen bei 400 °C für 300 s weichgeglüht. Einen identischen Glühprozess mit 60 s Dauer durchlief das Vergleichsbeispiel 1.
  • Die Ausführungsbeispiele 3 bis 6 wurden bei mehr als 500 °C, hier bei 530 °C für 60 s im Durchlaufofen geglüht und wie alle anderen Beispiele auch, anschließend an Luft abgeschreckt.
  • Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 3 dargestellt. Für das Vergleichsbeispiel 7 wurde kein Ae-Werte ermittelt. Ein Vergleich der üblichen mechanischen Kennwerte für die Umformung, hier die Gleichmaßdehnung Ag und Bruchdehnung A80mm ergibt keine klaren Unterschiede zwischen den Vergleichsbeispielen und den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen. Dennoch ist das Umformverhalten der Vergleichsbeispiele und der Ausführungsbeispiele im Herstellprozess komplexgeformter Bauteile grundsätzlich anders, was auf die Unterschiede im Mikrogefüge zurückgeführt wird. Dies zeigen die Untersuchungen in Bezug auf die Hauptformänderung ε1 bei 100mm Probenbreite nach Nakajima gemessen gemäß DIN EN ISO 120004-2 deutlich.
  • Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele 3 bis 6 erreichen hier zwischen 9 % und nahezu 20 % höhere Werte als die Vergleichsbeispiele. Das Ergebnis der Prüfung der Hauptformänderung ε1 bei 100 mm Probenbreite spiegelte sich im Werkstoff mit einer deutlichen Abnahme der Sekundärphasendichte auf unter 250 pro 1000 µm2 wider. Die Sekundärphasendichte wurde dabei nach dem oben angegebenen Verfahren ermittelt. Fig. 2 zeigt hier die ermittelten Werte zum Vergleich im Diagramm.
  • Fig. 4 zeigt eine geätzte Längsschlifffläche eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Die Probe wurde nach dem Schleifen und Polieren des Schliffs durch Ätzen für eine Minute bei Raumtemperatur in einer verdünnten wässrigen Lösung aus Schwefelsäure und Flusssäure geätzt. Die Lösung bestand aus 100 cm3 10% konzentrierter Schwefelsäure und 100 cm3 einer weiteren Lösung bestehend aus 60 cm3 Wasser und 40 cm3 5-prozentiger Flusssäure. Nach dem Ätzen wurde der Längsschliff für die anschließende lichtmikroskopische Untersuchung mit destilliertem Wasser gespült und getrocknet. Die Ätzung markiert die Sekundärphasen.
  • Bei einer Vergrößerung von 1000 : 1 wurden die Sekundärphasen mit dem Lichtmikroskop mit einem Ölobjektiv analysiert. Mit dieser Methode können Objekte mit einem Durchmesser von mindestens 0,39 µm erfasst und gezählt werden. Bei der verwendeten Ätzung werden die eigentlichen Sekundärphasen herausgelöst und es bleiben Ätzgrübchen zurück, deren Größe deutlich über der Größe der herausgelösten Sekundärphasen liegt. Damit können mit dieser Methode Sekundärphasen deutlich unter der optischen Auflösung von 0,39 µm erfasst werden. Ein Vergleich des verwendeten lichtoptischen Verfahrens mit Rasterelektronenmikroskop-Untersuchungen hat gezeigt, dass Phasen ab ca. 50 nm statistisch zuverlässig bestimmt werden können. Die Gesamtfläche aller untersuchten Messfelder betrug 20331 µm2. In Fig. 4 ist beispielhaft eines der Messfelder dargestellt.
  • Auch die Streckgrenzwerte der Ausführungsbeispiele mit 120 MPa quer zur Walzrichtung zeigen eine gute Eignung für die bevorzugte Anwendung der Aluminiumlegierungsbänder für Karosserieinnenteile eines Kraftfahrzeugs. Dies gilt auch für den gemessenen Ae-Wert quer zur Walzrichtung, der mit 0,7% bzw. 0,6 % eine lüderslinienfreie Umformung ermöglicht.
  • Nicht dargestellt in Tabelle 3 sind die Ergebnisse der Korngrößenmessung, welche eine mittlere Korngröße der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele von 20 µm bis 29 µm nach ASTME 1382 ergab. In Tabelle 3 ebenfalls nicht dargestellt sind die Ergebnisse der Korrosionstests, die einen Massenverlust von 13,8 mg/cm2 bis 18,8 mg/cm2 nach einer Wärmebehandlung von 45 Minuten bei 195 °C gemessen nach ASTM G67 ergab.
  • Schließlich zeigt Fig. 3 schematisch eine bevorzugte Verwendung des Aluminiumlegierungsbands, bei welcher aus dem Aluminiumlegierungsband Bleche abgetrennt und durch Umformungen, beispielweise einem Ziehen, ein Innenteil einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs in Form eines Türinnenteils 6 hergestellt wurde. Üblicherweise werden diese aus Stahl hergestellt. Die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbänder werden aufgrund des verbesserten Umformverhaltens bei gleichbleibender Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit daher bevorzugt für die Herstellung von Karosserieinnenteilen verwendet. Tabelle 1
    Nr Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti
    Vgl. 1 0,08% 0,18% 0,0270% 0,23% 4,84% 0,0016% 0,0049% 0,0040% 0,0120%
    Vgl. 2 0,08% 0,22% 0,0801% 0,28% 4,75% 0,0078% 0,0045% 0,0081% 0,0170%
    Erf. 3 0,06% 0,16% 0,0302% 0,26% 4,86% 0,0029% 0,0045% 0,0099% 0,0129%
    Erf. 4 0,08% 0,17% 0,0227% 0,24% 4,90% 0,0036% 0,0045% 0,0062% 0,0130%
    Erf. 5 0,07% 0,17% 0,0233% 0,23% 4,80% 0,0043% 0,0049% 0,0051% 0,0145%
    Erf. 6 0,07% 0,17% 0,0245% 0,25% 4,82% 0,0022% 0,0043% 0,0047% 0,0145%
    Vgl. 7 0,07% 0,22% 0,0754% 0,29% 4,73% 0,0052% 0,0000% 0,0071% 0,0135%
    Tabelle 2
    Nr Homogenisierung Enddicke Vorwalzen [mm] Warmbanddicke [mm] Zwischenglühdicke [mm] Abwalzgrad an Enddicke [%] Glühtemper atur [°C] Zeit [sec] Abschreckung
    Vgl. 1 480-550 °C > 0,5h 32 3,5 1,4 14,3 400 60 Luft
    Vgl. 2 " 36 4,7 2,4 50,0 400 300 Luft
    Erf. 3 " 36 4,7 2,4 50,0 530 60 Luft
    Erf. 4 " 36 4,7 2,4 50,0 530 60 Luft
    Erf. 5 " 36 4,7 2,4 50,0 530 60 Luft
    Erf. 6 " 36 4,7 2,4 50,0 530 60 Luft
    Vgl. 7 " 32 3,4 1,5 20,0 530 300 Luft
    Tabelle 3
    Nr Rp0,2 Q [MPa] Ae Q [%] Ag Q [%] A80 [%] ε1@100mm Sekundärphasendichte [Anzahl/1000µm2]
    Vgl. 1 115 0,4 22,2 24,9 0,189 266
    Vgl. 2 130 0,9 23,5 26,1 0,181 260
    Erf. 3 120 0,7 23,8 27,2 0,206 202
    Erf. 4 120 0,7 23,5 27,6 0,216 178
    Erf. 5 120 0,6 23,2 26,9 0,215 192
    Erf. 6 120 0,6 23,9 27,3 0,207 171
    Vgl. 7 120 - 21,9 26,1 0,188 259

Claims (14)

  1. Aluminiumlegierungsband aufweisend eine Aluminiumlegierung mit folgender Zusammensetzung in Gew.-% Si ≤ 0 , 10 % , Fe ≤ 0 , 25 % , 0 , 20 % ≤ Mn ≤ 0 , 30 % 4 , 72 % ≤ Mg ≤ 4 , 95 % , Cu ≤ 0 , 10 % , Cr ≤ 0 , 02 % , Ni ≤ 0 , 01 % , Zn ≤ 0 , 10 % , Ti ≤ 0 , 04 % ,
    Rest Al mit unvermeidbaren Verunreinigungen einzeln ≤ 0,05 %, in Summe ≤ 0,15 %,
    wobei das Aluminiumlegierungsband eine mittlere Sekundärphasendichte von kleiner 250/1000 µm2aufweist, wobei sich die mittlere Sekundärphasendichte aus der gesamten Anzahl der in mindestens 10 Messfeldern ermittelten Sekundärphasen bezogen auf die gesamte Messfläche aller untersuchten Messfelder ergibt, wobei die Sekundärphasendichte mit dem in der Beschreibung offenbarten Verfahren gemessen wird.
  2. Aluminiumlegierungsband nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein oder mehrere Legierungsbestandteile der Aluminiumlegierung des Aluminiumlegierungsbands die folgenden Gehalte in Gew.-% aufweisen: Si ≤ 0 , 08 % , Fe ≤ 0 , 20 % , 0 , 20 % ≤ Mn ≤ 0 , 26 % , 4 , 80 % ≤ Mg ≤ 4 , 92 % , Cu ≤ 0 , 07 % , bevorzugt < 0 , 04 % , Cr ≤ 0 , 01 % , bevorzugt ≤ 0 , 008 % , Ni ≤ 0 , 005 % , Zn ≤ 0 , 01 % , bevorzugt ≤ 0 , 008 % , 0 , 005 % ≤ Ti ≤ 0 , 02 % .
  3. Aluminiumlegierungsband nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Aluminiumlegierungsband eine mittlere Sekundärphasendichte von kleiner 220/1000µm2, besonders bevorzugt kleiner 200/1000µm2 aufweist.
  4. Aluminiumlegierungsband nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Aluminiumlegierungsband einen Gefügezustand O oder H111 aufweist.
  5. Aluminiumlegierungsband nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Aluminiumlegierungsband eine mittlere Korngröße von 15 µm bis 30 µm gemessen nach ASTM E1382 aufweist.
  6. Aluminiumlegierungsband nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Aluminiumlegierungsband kaltgewalzt ist und optional eine Dicke von 0,5 mm bis 4 mm aufweist.
  7. Aluminiumlegierungsband nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Aluminiumlegierungsband einen Ae-Wert gemäß DIN EN ISO 6892 quer zur Walzrichtung von weniger als 1,0 %, bevorzugt weniger als 0,9 %, aufweist.
  8. Aluminiumlegierungsband nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Aluminiumlegierungsband bei einer Blechdicke von 1,2 mm eine mittlere Hauptformänderung ε1 bei einer Probenbreite von 100mm gemäß DIN EN ISO 120004-2 in der Prüfung nach Nakajima von mehr als 0,200 aufweist.
  9. Aluminiumlegierungsband nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Aluminiumlegierungsband eine Streckgrenze Rp0,2 quer zur Walzrichtung von mindestens 115 MPa, bevorzugt mindestens 120 MPa, gemäß DIN EN ISO 6892 aufweist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbands nach Anspruch 1 bis 9, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    - Gießen eines Walzbarrens aus einer Aluminiumlegierung mit folgender Zusammensetzung:
    Si ≤ 0,10 %, bevorzugt ≤ 0,08 %,
    Fe ≤ 0,25 %, bevorzugt ≤ 0,20 %,
    0,20 % ≤ Mn ≤ 0,30 %, bevorzugt 0,20 % ≤ Mn ≤ 0,26 %,
    4,72 % ≤ Mg ≤ 4,95 %, bevorzugt 4,80 % ≤ Mg ≤ 4,92 %,
    Cu ≤ 0,10 %, bevorzugt Cu ≤ 0,07 %, besonders bevorzugt Cu < 0,04 %,
    Cr ≤ 0,02 %, bevorzugt Cr ≤ 0,01 %, besonders bevorzugt Cr ≤ 0,008 %,,
    Ni ≤ 0,01 %, bevorzugt Ni ≤ 0,005 %,
    Zn ≤ 0,10 %, bevorzugt Zn ≤ 0,01 %, besonders bevorzugt Zn ≤ 0,008%,
    Ti ≤ 0,04 %, bevorzugt Ti ≤ 0,02 %,
    Rest Al mit unvermeidbaren Verunreinigungen einzeln ≤ 0,05 %, in Summe ≤ 0,15 %,
    - Homogenisieren des Walzbarrens bei 480 °C bis 550 °C für mindestens 0,5 h,
    - Warmwalzen des Walzbarrens auf eine Warmbandenddicke von 3 bis 6 mm,
    - Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes an Enddicke mit einem Abwalzgrad von 40% bis 60 %, bevorzugt 50 % bis 60 % und
    - Weichglühen des fertig gewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei mehr als 500 °C, bevorzugt 510°C bis 540 °C in einem Durchlaufofen.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei nach dem Warmwalzen alternativ die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:
    - Kaltwalzen des warmgewalzten Aluminiumlegierungsbandes auf eine Zwischendicke, welche derart bestimmt ist, dass der abschließende Kaltwalzgrad an Enddicke 40 % bis 60 %, bevorzugt 50 % bis 60 % beträgt,
    - Zwischenglühen des Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C,
    - Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes an Enddicke mit einem Abwalzgrad von 40% bis 60 %, bevorzugt 50 % bis 60 %,
    - Weichglühen des fertig gewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei mehr als 500 °C, bevorzugt 510°C bis 540 °C in einem Durchlaufofen.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Dauer der Weichglühung des fertigen Aluminiumlegierungsbandes im Durchlaufofen zwischen 5 s und 300 s beträgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Warmwalzen des Walzbarrens aus den Schritten Vorwalzen auf eine Dicke von 30 mm bis 40 mm bei einer Starttemperatur von mindestens 450 °C und Fertigwarmwalzen auf Warmbandenddicke mit einer Aufhaspeltemperatur von 300 °C bis 350 °C besteht.
  14. Verwendung eines Aluminiumlegierungsbands nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung eines Karosserieinnenteils, insbesondere eines Türinnenteils, eines Motorhaubeninnenteils oder Kofferraumdeckelinnenteils eines Kraftfahrzeugs.
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