NL1002861C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van een goed vervormbare aluminiumplaat. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN VAN EEN GOED VERVORMBARE ALUMINIUMPLAAT

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een aluminiumplaat van een AlMgSi-legering van het AA6xxx-type omvattende Si in een bereik van 0.4 tot 1.7 gewichtspro-cent en Mg in een bereik van 0.2 tot 0.9 gewichtsprocent, geschikt 5 voor ontvormen tot automobielbuitendelen, omvattende achtereenvolgens de stappen (i) koudwalsen tot een gewenste einddikte, (ii) oplos-singsgloeien en (iii) afkoelen tot onder 50 °C met een afkoelsnel-heid van ten minste 100 °C/min.

De thermisch hardbare AlMgSi-legeringen van het AA6xxx-type 10 worden steeds vaker gebruikt voor automobielbuitendelen, waar naast de goede vervormbaarheid van de aluminiumplaat, de sterkte na het doorlopen van een lakcyclus een belangrijke rol speelt. De eisen aan de aluminiumplaat welke voor de automobielbuitendelen wordt gebruikt, omvatten onder meer een goede vervormbaarheid (eng.: for-15 mability), een lage en stabiele vloeigrens, een hoge oppervlakte-kwaliteit, waaronder wordt verstaan dat geen vloeilijnen aanwezig zijn na het omvormen of vervormen tot een carrosseriedeel. Na stap (iii) wordt de aluminiumplaat vervolgens verouderd (eng.: aging) tot het gewenste niveau aan eigenschappen. Voor toepassing in de auto-20 mobielindustrie wordt na het omvormen door middel van bij voorbeeld persen bij kamertemperatuur, de aluminiumplaat voorzien van een of meer laklagen. Op deze wijze wordt een goede corrosieweerstand verkregen. Een dergelijke laklaag wordt versneld uitgehard door deze enige tijd op een verhoogde temperatuur te houden, bij voorbeeld 20 25 - 40 min. op circa 190 - 200 °C. Zo'n behandeling wordt vaak aange duid met de Angelsaksische term 1 paint bake' of 'paint baking'. Het doorlopen van zo'n behandeling wordt aangeduid met de term 'paint bake-cyclus'.

Het kunstmatig verouderen van de aluminiumplaat en het uithar-30 den van de laklaag valt doorgaans voor een groot gedeelte samen. De 1002861 - 2 - trend bij automobielfabrikanten is dat de tijd en/of de temperatuur beschikbaar voor de paint bake respectievelijk korter en lager wordt, bijvoorbeeld 15 - 30 min. op circa 160 - 190 eC. Deze trend wordt ingezet door het gebruik van andere lakken en de behoefte aan 5 energiebesparing. Een gevolg hiervan is onder meer de aluminiumplaat van het aangegeven type door een natuurlijke incubatietijd voor de veroudering niet of althans niet voldoende verouderd en daardoor een te laag niveau aan mechanische eigenschappen bereikt.

Het is bekend dat door toevoeging van koper als legeringsele-10 ment aan de aluminiumplaat er een versnelde reactie tot veroudering (eng. : aging response) tijdens het paint-baking ontstaat, waardoor de gewenste eigenschappen toch op een voldoende niveau worden bereikt. Een nadeel is dat toevoeging van koper de corrosieweerstand van de aluminiumplaat van het aangegeven type tot een onaanvaardbaar 15 niveau zou doen afnemen.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft ten doel een aluminiumplaat te verschaffen van het aangegeven type welke na de paint bake-cyclus volgens de trend de gewenste eigenschappen heeft, terwijl de toevoeging van koper achterwege kan blijven. Een ander 20 doel van de uitvinding is dat de aluminiumplaat bij voorkeur wordt vervaardigd op een bestaande productielijn zonder al te veel aanpassingen. Nog een doel van de uitvinding is dat de nadelige invloed van de natuurlijke veroudering op de mechanische eigenschappen na de paint bake-cyclus wordt verminderd.

25 Daartoe omvat de werkwijze volgens de uitvinding na stap (iii) tevens achtereenvolgens de stappen (iv) de aluminiumplaat op een temperatuur onder 50 °C houden gedurende een wachttijd van ten hoogste 30 min.; (v) opwarmen van de aluminiumplaat tot in een temperatuurbereik 30 van 150 - 250 · C; (vi) de aluminiumplaat in dit temperatuurbereik houden gedurende een verblijftijd van 60 - 600 sec.

Aldus wordt bereikt dat de aluminiumplaat tijdens de paint bake-cyclus volgens de trend voldoende kunstmatig verouderd voor het 35 doen bereiken van de gewenste eigenschappen op een voldoende niveau.

Bij voorkeur wordt de aluminiumplaat opgewarmd tot in een temperatuurbereik van 150 - 200 eC. Hiermee is bereikt dat de aging response tijdens de paint bake-cyclus wordt verbeterd.

Heer bij voorkeur wordt de aluminiumplaat opgewarmd tot in een 40 temperatuurbereik van 165 - 185 °C. Hiermee is bereikt dat de aging 1002861 - 3 - response tijdens de paint bake-cyclus voor de aluminiumplaat van het aangegeven type optimaal is.

Bij voorkeur ligt de verblijftijd van de aluminiumplaat in het aangegeven temperatuurbereik tussen 60 · 300 sec.

5 Meer bij voorkeur ligt de verblijftijd van de aluminiumplaat in het aangegeven temperatuurbereik tussen 60 - 180 sec. Bij een te lange verblijftijd treedt zogenaamde over-veroudering op. Hierdoor neemt de sterkte toe tot een ontoelaatbaar niveau, terwijl de ducti-liteit afneemt. Is de verblijftijd te kort, dan is er tijdens de 10 paint bake-cyclus nog steeds sprake van een incubatietijd, waardoor tijdens deze cyclus onvoldoende veroudering optreedt.

Verder is de werkwijze volgens de uitvinding erdoor gekarakteriseerd dat gedurende stap (iv) de aluminiumplaat op een temperatuur onder 50 °C wordt gehouden gedurende een wachttijd van bij 15 voorkeur ten hoogste 15 min. De aluminiumplaten van het aangegeven type zijn gevoelig voor natuurlijke veroudering. Is de wachttijd gedurende stap (iv) te lang dan kunnen grote Mg-Si-clusters worden gevormd, die in hoofdzaak verantwoordelijk zijn voor de incubatietijd tijdens de paint bake-cyclus.

20 Een voordeel van de warmtebehandeling volgens de uitvinding direct na stap (iii) om zo de aging-response van de aluminiumplaat tijdens de paint bake-cyclus te verbeteren is dat deze eenvoudig is in te passen in bestaande continue productielijnen voor de aluminiumplaat doordat de verblijftijd in het temperatuurbereik van 150 -25 250 °C relatief kort is. Het blijft mogelijk om de werkwijze volgens de uitvinding ladingsgewijs uit te voeren.

De uitvinding heeft verder ten doel een aluminiumplaat te verschaffen waarbij door een gunstige keuze van de samenstelling van de legering de gewenste mechanische eigenschappen worden verkregen, de 30 aluminiumplaat tevens goed omvormbaar is, een goede corrosieweer-stand heeft, goed lakbaar is, een goede lasbaarheid heeft, met name voor puntlassen, en een goede oppervlaktekwaliteit heeft.

Daartoe omvat de aluminiumplaat volgens de uitvinding de lege-ringselementen in gewichtsprocenten in het bereik: 0.4 - 1.7 X Si, 35 0.2 - 0.9 X Mg, 0.25 X Mn (maximaal), 0.2 X Cu (maximaal), 0.5 X Fe (maximaal), de balans in hoofdzaak aluminium en onvermijdbare verontreinigingen.

Bij voorkeur ligt het Si-gehalte in een bereik van 0.8 - 1.5 gewichtsprocent. Hiermee wordt bereikt dat de mechanische eigen-40 schappen worden verhoogd.

1 o 0 2 8 5 1 - 4 -

Meer bij voorkeur ligt het Si-gehalte in een bereik van 1.0 -1.3 gewichtsprocent. Hiermee is bereikt dat de mechanische eigenschappen en de vervormbaarheid worden geoptimaliseerd voor de toepassing van de aluminiumplaat in automobielbuitendelen.

5 Het Mg-gehalte ligt bij voorkeur in het bereik van 0.2 - 0.6 gewichtsprocent. Door samenwerking met het Si worden Mg-Si-clusters dan wel precipitaten gevormd, welke bijdragen aan de mechanische eigenschappen van de aluminiumplaat. Meer bij voorkeur ligt het Mg-gehalte in het bereik van 0.25 · 0.45 gewichtsprocent, 10 doordat een optimale vervormbaarheid wordt bereikt als de Si/Mg-verhouding gelijk is aan circa 3.

Het Μη-gehalte ligt bij voorkeur in het bereik van 0.05 -0.20 gewichtsprocent. Bij een relatief hoog Μη-gehalte, bijvoorbeeld meer dan 0.3 X, neemt de vervormbaarheid (Engels: ductility) af tot 15 een onaanvaardbaar niveau bij toenemend Mn-gehalte. Bij een te laag Mn-gehalte, bijvoorbeeld lager dan 0.05 X, draagt het Mn onvoldoende bij aan een effectieve korrelverfijning tijdens het oplosgloeien als gevolg van de vorming van te weinig zogenaamde dispersoids. De optimale combinatie voor de gewenste bijdrage aan het korrelverfijnd 20 effect na het oplosgloeien en de afnemende rek bij een toenemend Mn-gehalte, wordt verkregen in een bereik van 0.05 - 0.20 gewichtsprocent Mn.

Ook andere dispersoid-vormende legeringselementen dan Mn kunnen voor dit doel gebruikt worden, zoals bijvoorbeeld Cr of Zr.

25 Wordt Cr of Zr in een bereik van 0.05 - 0.25 gewichtsprocent toege voegd, dan worden nagenoeg gelijke resultaten bereikt met betrekking tot de korrelgrootte na oplosgloeien als met Mn in dit bereik. Dit komt doordat de gevormde dispersoids van gelijke orde-grootte in afmeting zijn als bij toevoeging van Mn, wat een gevolg is van de 30 interactie van Zr of Cr met het Si en Mg. Toevoeging van Zr of Cr aan een AA6xxx-type legering geeft geen significante verbetering ten aanzien van de korrelgrootte, terwijl de kosten voor Zr- of Cr- bevattende legeringen hoger zullen zijn dan wanneer Mn wordt toegevoegd in hetzelfde bereik. Bovendien daalt de waarde en toepasbaar-35 heid van Zr- of Cr-bevattend schrootmateriaal. Daarom is aan de aluminiumplaat volgens de uitvinding bewust géén Zr of Cr toegevoegd, anders dan welke toevallig of onvermijdelijk aanwezig is in het gebruikte omloopschroot.

Het Fe-gehalte heeft een grote invloed op de vervormbaarheid 40 van de aluminiumplaat. Bij een hoog Fe-gehalte, bijvoorbeeld meer 10023^1 - 5 - dan 0.5 X, worden relatief grote intermetallische verbindingen gevormd welke de vervormbaarheid sterk doen afnemen. Een laag Fe-gehalte is daarom gewenst. Het aanwezige Fe draagt ook bij aan de beheersing van de korrelgrootte in de plaat tijdens oplosgloeien. De 5 Ijzerhoudende intermetallische verbindingen kunnen het nucleatiepro-ces tijdens oplosgloeien gunstig beïnvloeden, waardoor een kleine korrelgrootte ontstaat. Goede resultaten worden in de aluminiumplaat volgens de uitvinding behaald bij een Fe-gehalte lager dan 0.3 gewichtsprocent.

10 Meer bij voorkeur ligt het Fe-gehalte in het bereik van 0.15 - 0.30 gewichtsprocent. In dit bereik wordt de beste compromis bereikt tussen een goede vervormbaarheid en de gunstige bijdrage op de korrelgrootte tijdens het oplosgloeien.

Het legeringselement Cu kan een aanzienlijke bijdrage leveren 15 aan het verhogen van de mechanische eigenschappen van de aluminium-plaat. Algemeen bekend mag worden verondersteld dat bij een toenemend Cu-gehalte in de aluminiumplaat de corrosieweerstand sterk afneemt. Met het oog op de toepassingen van de aluminiumplaat in bijvoorbeeld automobielbuitendelen is een goede corrosieweerstand 20 bijzonder belangrijk. Het Cu-gehalte in de aluminiumplaat moet daarom laag zijn. Voor een optimale corrosieweerstand moet het Cu-gehalte bij voorkeur lager zijn dan 0.1 gewichtsprocent. Er wordt bewust géén Cu aan de legering toegevoegd, anders dan welke toevallig of onvermijdelijk aanwezig is in het gebruikte omloopschroot.

25 De uitvinding is tevens belichaamd in een plaatdeel geschikt voor toepassing voor automobielbuitendelen vervaardigd van de aluminiumplaat volgens de uitvinding of de aluminiumplaat verkregen uit de werkwijze volgens de uitvinding.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van enkele, de 30 uitvinding niet beperkende, voorbeelden.

Vóórheel,4 l

Koudgewalste aluminiumplaten van een legering omvattende de legeringselementen 1.0 X Si, 0.4 X Mg, 0.26 X Fe, 0.1 X Cu en 35 0.05 X Mn zijn oplossingsgegloeid en afgeschrikt in water. Daarna zijn vijf verschillende warmtebehandelingen uitgevoerd. Deze warmtebehandelingen waren: I 14 dagen natuurlijk verouderen; II oplosgloeien gevolgd door 3 uur op 100 °C; 40 III 1 dag natuurlijk verouderen + 4 uur op 115 °C; 10 '. ' p 1· - 6 - IV 1 minuut op 200 °C; V 2 minuten op 175 °C.

Vervolgens zijn van de aluminiumplaten de gelijkmatige rek, Ag, de totale rek, A80, en de verstevigingsexponent "n" (eng.: work 5 hardening exponent) bepaald. De resultaten zijn weergegeven in Fig. 1.

De aluminiumplaten hebben na de warmtebehandeling een paint bake-cyclus doorlopen, waarna de treksterkte is bepaald. De resultaten zijn weergegeven in Fig. 2 in afhankelijkheid van de tijd 10 [min.]/temperatuur [°C] van de doorlopen paint bake-cyclus.

Uit deze resultaten valt op te maken dat een warmtebehandeling in het volgens de uitvinding aangegeven bereik bij draagt tot een hogere sterkte na het doorlopen van een paint bake-cyclus. Tevens valt op te maken dat natuurlijke veroudering vóór de warmtebehande-15 ling volgens de uitvinding leidt tot een lagere sterkte na het doorlopen van de paint bake-cyclus. Ook valt op te maken dat de duur en de temperatuur van de paint bake-cyclus een sterke invloed heeft op de uiteindelijke sterkte van de aluminiumplaat. Het name worden goede resultaten bereikt bij de warmtebehandeling volgens de uitvin-20 ding bij de relatief korte duur en lage temperatuur van de paint bake-cyclus. Een verblijftijd korter dan 1 min. in een temperatuur-bereik van 150 - 250 °C is onvoldoende voor het bereiken van een voldoende sterkte na de paint bake-cyclus.

25 Voorbeeld 2

Preparaten geschikt voor mechanische beproeving in een laboratorium zijn uit de koudgewalste rollen gehaald en zijn oplossingsge-gloeid op 570 eC gedurende 10 sec. en vervolgens afgeschrikt in 30 water. Daarna zijn de preparaten natuurlijk verouderd gedurende 12 dagen en getest op kamertemperatuur. Aluminiumplaten omvattende de legeringselementen zoals vermeld in Tabel 1 zijn beproefd.

De invloed van de concentratie aan legeringselementen op de verstevigingsfactor is bepaald en het resultaat is weergegeven in 35 Fig. 3. Hieruit valt onder meer op te maken dat het Fe-gehalte weinig invloed heeft op de "n"-waarde van de legeringen. Terwijl door toevoeging van de elementen Mn, Cr en Zr de "n"-waarde aanzienlijk afneemt, met name voor de Cr-omvattende legeringen. Voor de Mn-omvattende legeringen met een Mn-gehalte van 0.1 X of meer, bereikt 40 de "n"-waarde een nagenoeg constant niveau.

10 0;. r. ·. 1 - 7 -

Tevens is de invloed van de concentratie aan legeringselementen op de gelijkmatige rek, Ag, en de totale rek, A60, bepaald. De resultaten zijn weergegeven in Fig. 4. Hieruit valt op te maken dat met een toenemend gehalte aan legeringselementen de vervormbaarheid 5 (eng.: ductibility) afneemt. Met name de A80-waarde neemt af met een toenemend Fe-gehalte en de Ag-waarde neemt af bij de Mn- en Cr-houdende legeringen. Toevoeging van Zr heeft weinig invloed op de vervormbaarheid van de legeringen.

10 Tabel 1 Legeringssamenstelling van de beproefde aluminiumplaten (X in gewichtsprocenten). De platen omvattende 0 X van de legeringselementen Mn, Zr of Cr (in Fig. 3 en 4) zijn identiek aan plaat 2.

15 Plaat Si Mg Fe Mn Zr 1 1.11 0.34 0.15 2 1.13 0.37 0.26 3 1.17 0.37 0.30 4 1.19 0.36 0.25 - 0.06 20 5 1.08 0.36 0.25 - 0.10 6 1.25 0.36 0.27 - 0.15 7 1.18 0.35 0.22 0.10 8 1.18 0.37 0.27 0.15 9 1.09 0.34 0.20 - - 0.10 25 10 1.19 0.35 0.20 - - 0.15 1002861

Claims (16)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een aluminiumplaat van een AIMgSi-legering van het AA6xxx-type omvattende Si in een bereik 5 van 0.4 tot 1.7 gewichtsprocent en Mg in een bereik van 0.2 tot 0.9 gewichtsprocent, geschikt voor omvormen tot automobielbui-tendelen, omvattende achtereenvolgens de stappen (i) koudwalsen tot een gewenste einddikte, (ii) oplossingsgloeien en (iii) afkoelen tot onder 150 °C met een afkoelsnelheid van ten minste 10 100 eC/min, met het kenmerk, dat de werkwijze na stap (iii) tevens achtereenvolgens de volgende stappen omvat (iv) op een temperatuur onder 50 °C houden gedurende een wachttijd van ten hoogste 30 min.; (v) opwarmen tot in een temperatuurbereik van 150 - 250 °C; 15 (vi) in dit temperatuurbereik houden gedurende een verblijftijd van 60 - 600 sec.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat gedurende stap (v) de aluminiumplaat wordt opgewarmd tot in het tempera- 20 tuurbereik van 150 - 200 eC.

3. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat gedurende stap (v) de aluminiumplaat wordt opgewarmd tot in het temperatuurbereik van 165 - 185 eC. 25

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat gedurende stap (vi) de verblijftijd ligt in het bereik van 60 · 300 sec.

5 Fe 0.5 X (max.), balans in hoofdzaak aluminium en onvermijdbare verontreinigingen.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het ken merk, dat gedurende stap (vi) de verblijftijd ligt in het bereik van 60 - 180 sec.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het ken- 35 merk, dat gedurende stap (iv) de wachttijd minder dan 15 min. is.

7. Aluminiumplaat verkregen uit de werkwijze volgens één der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de aluminiumplaat omvat 40 de legeringselementen in gewichtsprocenten in het bereik 1002361 - 9 - Si 0.4 tot 1.7 X; Mg 0.2 tot 0.9 X; Mn 0.25 X (max.); Cu 0.2 X (max.);

8. Aluminiumplaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het Si- 10 gehalte in het bereik ligt van 0.8 tot 1.5 gewichtsprocent.

9. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Si-gehalte in een bereik ligt van 1.0 tot 1.3 gewichtsprocent. 15

10. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Mg-gehalte in een bereik ligt van 0.2 tot 0.6 gewichtsprocent.

11. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Mg-gehalte in een bereik ligt van 0.25 tot 0.45 gewichtsprocent.

12. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het 25 kenmerk, dat het Mn-gehalte in een bereik ligt van 0.05 tot 0.20 gewichtsprocent.

13. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Fe-gehalte in een bereik ligt kleiner dan 30 0.3 gewichtsprocent.

14. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Fe-gehalte in een bereik ligt van 0.15 tot 0.30 gewichtsprocent. 35

15. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Cu-gehalte in een bereik ligt kleiner dan 0.1 gewichtsprocent.

16. Plaatdeel geschikt voor toepassing voor automobielbuitendelen 1 0 0 > S 6 1 - 10 - verkregen uit de werkwijze volgens één der conclusies 1 - 6 of vervaardigd van de aluminiumplaat volgens één der conclusies 7 - 15. 1 λ ^ > r. 0 1 \ >* '« *·· " *