NL1003453C2

NL1003453C2 - Aluminiumplaat van het AA5000-type en een werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

Info

Publication number: NL1003453C2
Application number: NL1003453A
Authority: NL
Inventors: Peter De Smet; Jan Bottema; Paul Hendrikus The Kaasenbrood
Original assignee: Hoogovens Aluminium Nv
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-07
Also published as: DE69704139D1; EP0818553A1; EP0818553B1

Description

ALUMINIUMPLAAT VAN HET AA5000-TYPE EN EEN WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN DAARVAN

De uitvinding heeft betrekking op een aluminiumplaat en een werkwijze voor het vervaardigen daarvan, met een goede vervormbaar-heid en met een samenstelling behorende tot de AA5000-serie van Al-Mg-legeringen omvattende een Mg-gehalte van 1.5 - 8.0 gewichts- 5 procent, geschikt voor vervormingsdoeleinden zoals bijvoorbeeld het vervaardigen van carrosseriedelen voor automobielen door persen.

Onder plaat wordt in het kader van deze aanvrage niet alleen verstaan door afkorten verkregen platen, maar ook bandvormige plaat op rol zolang die nog niet is afgekort.

10 Aluminiumlegeringen van het bekende type voor deze toepassing omvatten naast Mg als hoofdlegeringselement, tevens ten minste één van de legeringselementen Mn, Cr of Zr in een bereik van circa 0.10 - 0.5 gewichtsprocent. De elementen Mn, Cr en Zr zijn zogenaamde dispersoid-vormende legeringselementen en toevoeging daarvan aan de 15 aluminiumlegering is noodzakelijk om een effectieve korrelverfijning tijdens het gloeien na het koudwalsen te verkrijgen. Ook andere legeringselementen kunnen voor dit doel worden toegevoegd, zoals Co, Ti, Ni of V, maar in de praktijk worden Mn, Cr en Zr het meest toegepast. Een nadeel is dat deze legeringselementen slecht oplos-20 baar zijn in aluminium. Een verder nadeel is dat deze legeringselementen relatief kostbaar zijn, terwijl de waarde en de toepasbaarheid van met name Zr- en/of Cr-bevattende schrootmateriaal beperkt is.

De uitvinding heeft onder meer ten doel een aluminiumplaat te 25 verschaffen en een werkwijze voor het vervaardigen daarvan, welke deze nadelen in veel mindere mate heeft, terwijl de mechanische eigenschappen van de aluminiumplaat ten minste op hetzelfde gewenste niveau liggen.

Daartoe is de aluminiumplaat volgens de uitvinding erdoor 30 gekenmerkt dat de som van het (Mn + Cr + Zr)-gehalte kleiner dan of [1 0 0 3 4 5 i _ o _ gelijk is aan 0.1 gewichtsprocent. Er wordt dus bewust géén Mn, Cr of Zr aan de legering toegevoegd, anders dan welke toevallig of onvermijdelijk aanwezig zijn in het gebruikte omloopschroot. Hiermee is bereikt dat de toevoeging van deze relatief dure legeringselemen-5 ten achterwege kan blijven, terwijl gelijkertijd de waarde en de toepasbaarheid van het omloopschroot van de aluminiumplaat volgens de uitvinding toenemen.

Een verdere uitvoeringsvorm van de aluminiumplaat volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt dat de gemiddelde korrelgrootte ligt 10 in een bereik van circa 20 - 80 micron. Onder korrelgrootte wordt in dit verband verstaan de gemiddelde korreldiameter volgens ASTM-E-112. Hiermee is bereikt dat de vervormbaarheid van de aluminiumplaat volgens de uitvinding optimaal is. Bij een korrelgrootte kleiner dan circa 20 micron neemt de vervormbaarheid van de aluminiumplaat snel 15 af, terwijl ook de vorming van zogenaamde Lüders-lijnen niet meer onderdrukt kunnen worden. Is de korrelgrootte in de aluminiumplaat groter dan circa 80 micron dan kan een zogenaamde sinaasappelhuid worden gevormd tijdens het persen. Dit is een ongewenst effect.

Het Fe-gehalte ligt bij voorkeur in een bereik kleiner dan 20 circa 0.5 % en bij voorkeur kleiner dan circa 0.25 %. Bij een Fe-gehalte groter dan circa 0.5 % worden relatief grote intermetal-lische verbindingen gevormd waardoor de vervormbaarheid van de aluminiumplaat sterk afneemt. Bij een Fe-gehalte kleiner dan 0.25 % is bereikt dat de aluminiumplaat een goede vervormbaarheid combi-25 neert met een gemiddelde korrelgrootte in het gewenste bereik.

Het Si-gehalte ligt bij voorkeur in een bereik kleiner dan circa 0.4 % en bij voorkeur kleiner dan circa 0.2 %. Hiermee is bereikt dat de aluminiumplaat een goede vervormbaarheid combineert met een gemiddelde korrelgrootte in het gewenste bereik.

30 In een uitvoeringsvorm van de aluminiumplaat volgens de uitvin ding ligt het Cu-gehalte in een bereik kleiner dan 1.0 % en bij voorkeur ligt in een bereik van 0.3 - 0.7 X. Hiermee is bereikt dat de aluminiumplaat thermisch hardhaar is.

In een andere uitvoeringsvorm van de aluminiumplaat volgens de 35 uitvinding is deze erdoor gekenmerkt dat de aluminiumplaat Cu omvat in een bereik tot maximaal 0.20 X. In deze uitvoeringsvorm is het element Cu te beschouwen als een verontreiniging en wordt niet bewust aan de aluminiumplaat volgens de uitvinding toegevoegd, anders dan welke toevallig of onvermijdelijk aanwezig is in het 40 gebruikte omloopschroot.

1003453 - 3 -

In de aluminiumplaat volgens de uitvinding kan wel Ti aanwezig zijn als korrelverfijnend element voor de gietstructuur. Het Ti-gehalte is kleiner dan 0.2 % en bij voorkeur kleiner dan 0.1 % om de vorming van grove TiAl3-deeltjes tijdens stolling te voorkomen. Het 5 Ti kan ook in combinatie met de elementen B of C worden toegevoegd en bij voorkeur ligt het B-gehalte in een bereik kleiner dan 0.01 Z om de aanwezigheid van TiB2-deeltjes in de structuur te voorkomen.

In de aluminiumplaat volgens de uitvinding kan Zn aanwezig zijn een bereik tot maximaal 0.25 Z. Zn is daarmee te beschouwen als een 10 verontreiniging en wordt niet bewust aan de aluminiumplaat volgens de uitvinding toegevoegd, anders dan welke toevallig of onvermijdelijk aanwezig is in het gebruikte omloopschroot. Zn kan in een groter bereik dan andere verontreinigingen worden getolereerd, echter het Zn-gehalte is beperkt tot het aangegeven bereik.

15 De uitvinding is tevens belichaamd in een werkwijze voor het vervaardigen van de aluminiumplaat volgens de uitvinding. Daartoe wordt de aluminiumplaat oplossingsgegloeid, zodat onder meer rekris-tallisatie plaatsvindt, in een continugloeioven met een opwarmsnel-heid van de aluminiumplaat in de opwarmsectie van de continugloei-20 oven van ten minste 50 °C/s, en bij voorkeur meer dan 80 °C/s, waarna de aluminiumplaat in een temperatuurbereik van 450 - 570 °C wordt gegloeid gedurende 5 - 300 sec. en bij voorkeur 5-30 sec. Direct na het oplossingsgloeien wordt de aluminiumplaat afgekoeld tot onder 150 °C met een afkoelsnelheid van ten minste 100 °C/min. 25 Bij voorkeur warmt men de aluminiumplaat volgens de uitvinding in de continugloeioven homogeen op met behulp van inductieve verwarming.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft vele voordelen. Ten eerste zijn de mechanische eigenschappen van de aluminiumplaat volgens de uitvinding vergelijkbaar met die van aluminiumplaat van 30 het AA5000-type legering in het aangegeven bereik van het Mg-gehalte waarin ten minste ook één van de legeringselementen Zr, Cr of Mn in een bereik groter dan 0.1 Z aanwezig is. Ten tweede is de vervorm-baarheid van de aluminiumplaat volgens de uitvinding groter dan een aluminiumplaat van een dergelijk type legering met ongeveer hetzelf-35 de Mg-gehalte, maar met de aanwezigheid van legeringselementen zoals Zr, Cr of Mn. Dit wordt mede bereikt doordat de korrelgrootte in het aangegeven bereik ligt, die wordt verkregen met de warmtebehandeling volgens de uitvinding. Voorts wordt er door de zeer korte gloeiduur aan het oppervlak van de aluminiumplaat nagenoeg geen Mg-oxidelaag 40 gevormd waardoor geen verkleuringen en minder persproblemen optre- 1003453 - 4 - den. Ook geeft de walsolie na het koudwalsen bij continugloeien veel minder problemen doordat geen vlekvorming ten gevolge van gedeeltelijke verbranding optreedt. Bovendien is de doorlooptijd van het product zeer kort.

5

Voorbeeld

Twee type aluminiumplaten A en B van verschillende legerings-samenstelling behorende tot de AA5000-serie zijn koudgewalst tot een einddikte van 1.06 mm en vervolgens op twee verschillende manieren I

10 en II oplossingsgegloeid. In Tabel 1 staan de chemische samenstellingen van de aluminiumplaten weergegeven, waarbij A een samenstelling van het bekende soort is en B de legeringssamenstelling volgens de uitvinding. De twee verschillende manieren van oplos-singsgloeien zijn: 15 I. opwarmen van de aluminiumplaat met een opwarmsnelheid van circa 25 °C/uur tot een temperatuur van 360 °C, vervolgens 1 uur op 360 °C houden, en daarna aan de lucht afkoelen tot onder 150 °C met een afkoelsnelheid van circa 10 °C/uur. Dit is een bekende werkwijze en wordt vaak aangeduid met de term ’batch-anneal'.

20 II. gloeien van de aluminiumplaat in een continugloeioven, waarin de aluminiumplaat via inductieve verwarming wordt opgewarmd, de aluminiumplaat wordt gedurende 10 seconden op een temperatuur van 530 °C gehouden, en vervolgens afgeschrikt tot onder een temperatuur van 150 °C.

25 Na het oplossingsgloeien zijn van de verschillende aluminium platen de gelijkmatige rek, Ag, de totale rek, A80, en de verste-vigingsexponent "n" (eng.: work hardening exponent) bepaald, evenals de korrelgrootte. De resultaten zijn weergegeven in Fig. 1 en Tabel 2.

30 Uit deze resultaten valt op te maken dat bij hetzelfde lege- ringstype de korrelgrootte van statisch gegloeid materiaal (behandeling I) kleiner is dan van continu gegloeid materiaal (behandeling II), Tevens valt op te maken dat bij hetzelfde legeringstype continu gegloeid materiaal een hogere Ag, A80 en n-exponent heeft dan batch 35 gegloeid materiaal.

Bij vergelijking van Leg. A-I met Leg. B-I, en Leg. A-II met Leg. B-II, valt op te maken dat met de aluminiumplaat volgens de uitvinding een hogere rek en n-exponent wordt verkregen bij dezelfde oplosgloeiing.

40 De beste resultaten ten aanzien van de rek en n-exponent worden 1003453 -5 - bereikt met de aluminiumplaat met de samenstelling volgens de uitvinding, die wordt vervaardigd met de werkwijze volgens de uitvinding, terwijl de gemiddelde korrelgrootte in het gewenste bereik ligt.

5

Tabel 1 De legeringssamenstelling van de beproefde aluminiumplaten (% in gewichtsprocent)

Aluminiumplaat Mg Mn Cu Fe Si Zr Cr 10 A 4.05 0.37 0.01 0.28 0.10 0.01 0.01 B 4.80 0.05 0.01 0.18 0.11 0.01 0.01

Tabel 2 De korrelgrootte van de verschillende aluminiumplaten na 15 het oplosgloeien

Aluminiumplaat ASTM grain gemiddelde size number korrelgrootte (μπι)

Leg. A-1 ÏÖ~3 ÏÖ

Leg. A-II 9.2 15 20 Leg. B-I 8.0 25 _Leg. B-II_ 7.2 30 1003453

Claims

1. Aluminiumplaat met een goede vervormbaarheid en met een samenstelling behorende tot de AA5000-serie van Al-Mg-legeringen 5 omvattende een Mg-gehalte van 1.5 - 8.0 gewichtsprocent, geschikt voor vervormingsdoeleinden zoals bijvoorbeeld het vervaardigen van carrosseriedelen voor automobielen door persen, met het kenmerk, dat de som van het (Mn + Cr + Zr)-gehalte kleiner dan of gelijk is aan 0.1 gewichtsprocent. 10

2. Aluminiumplaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gemiddelde korrelgrootte ligt in een bereik van circa 20 - 80 micron.

3. Aluminiumplaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het Fe-gehalte kleiner is dan circa 0.5 X, en bij voorkeur kleiner is dan circa 0.2 X.

4. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het 20 kenmerk, dat het Si-gehalte kleiner is dan circa 0.4 %, en bij voorkeur kleiner is dan circa 0.25 X.

5. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Cu-gehalte kleiner is dan circa 1.0 X, en bij 25 voorkeur ligt in een bereik van 0.3 - 0.7 %.

6. Aluminiumplaat volgens één der conclusies 1 - 4, met het kenmerk, dat het Cu-gehalte kleiner is dan 0.2 X.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een aluminiumplaat volgens één der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de aluminiumplaat op einddikte wordt oplossingsgegloeid in een continu-gloeioven met een opwarmsnelheid van de aluminiumplaat in de opwarmsectie van de continugloeioven van ten minste 50 °C/s. 35

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de opwarmsnelheid ten minste 80 °C/s is.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de 40 aluminiumplaat wordt oplossingsgegloeid gedurende 5 - 300 sec. 1003453 - 7 - in een temperatuurbereik var 450 - 570 eC.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de alumi-niumplaat wordt oplossingsgegloeid gedurende 5-30 sec. 5

11. Werkwijze volgens één der conclusies 7-10, met het kenmerk, dat de aluminiumplaat na oplossingsgloeien wordt afgekoeld met een afkoelsnelheid van ten minste 100 °C/min.

12. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de aluminiumplaat in de continugloeioven wordt opgewarmd met behulp van inductieve verwarming.

13. Aluminiumplaatdeel geschikt voor vervormingsdoeleinden vervaar-15 digd van de aluminiumplaat volgens één der conclusies 1 - 6 of verkregen uit de werkwijze volgens één der conclusies 6-12. 1003*53