WO2014029856A1

WO2014029856A1 - Hochumformbares und ik-beständiges almg-band

Info

Publication number: WO2014029856A1
Application number: PCT/EP2013/067487
Authority: WO
Inventors: Henk-Jan Brinkman; Olaf Engler; Natalie Hörster
Original assignee: Hydro Aluminium Rolled Products Gmbh
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2014-02-27
Also published as: RU2608931C2; JP5923665B2; EP2888383B1; RU2015110021A; JP2015532679A; ES2569945T3; CA2882614A1; CA2882614C; KR20150076151A; KR101709289B1; CN104937120B; US20150159250A1; CN104937120A; EP2888383A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kaltgewalztes Alurniniumlegierungsband bestehend aus einer AlMg-Aluminiumlegierung sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Ferner sollen auch noch entsprechende Bauteile hergestellt aus den Aluminiumlegierungsbändern vorgeschlagen werden, die Aufgabe, ein einschichtiges Alurniniumlegierungsband zur Verfügung zu stellen, welches eine ausreichende Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion aufweist und dennoch sehr gut umformbar ist, so dass auch großflächige Tiefziehteile, beispielsweise Türinnenteile von Kraftfahrzeugen mit ausreichender Festigkeit bereitgestellt werden können, wird durch ein Alurniniumlegierungsband bestehend aus einer AlMg-Aluminiumlegierung gelöst, wobei die AIuminiumlegierung die folgenden Legierungsbestandteile aufweist: Si ≤ 0,2 Gew.-%, Fe ≤ 0,35 Gew.-%, Cu ≤ 0,15 Gew.-%, 0,2 Gew.-% ≤ Mn < 0,35 Gew.-%, 4,1 Gew.-% ≤ Mg ≤ 4,5 Gew.-%, Cr ≤ 0,1 Gew.-%, Zn ≤ 0,25 Gew.-%, Ti ≤ 0,1 Gew.-%, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen einzeln max. 0,05 Gew.-%, in Summe max. 0,15 Gew.-%, wobei das Alurniniumlegierungsband ein rekristallisiertes Gefüge aufweist, die mittlere Korngröße des Gefüges zwischen 15 μηι und 30 μπι, vorzugsweise zwischen 15 μm und 25 μm beträgt und die Schlussweichglühung des Aluminiumlegierungsbandes in einem Durchlaufofen durchgeführt worden ist.

Description

Hochumformbares und IK-beständiges AlMg-Band

Die Erfindung betrifft ein kaltgewalztes Aluminiumlegierungsband bestehend aus einer AlMg-Aluminiumlegierung sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Ferner sollen auch noch entsprechende Bauteile hergestellt aus den

Aluminiumlegierungsbändern vorgeschlagen werden.

Aluminiummagnesium-(AlMg-)legierungen vom Typ AA 5xxx werden in Form von Blechen oder Platten bzw. Bändern für die Konstruktion von geschweißten oder gefügten Strukturen im Schiffs-, Automobil- und Flugzeugbau verwendet. Sie zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Festigkeit aus, welche mit zunehmendem

Magnesiumgehalt steigt. 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 ß-A15Mg3 Phasen entlang der Korngrenzen aus, welche als ß- 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 (AI 4,5 % Mg 0,4 % Mnj 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. Die Anfälligkeit gegen interkristalline Korrosion wird üblicherweise in einem

Standardtest (NAMLT Test) gemäß ASTM G67 geprüft, bei welchem die Proben einer Salpetersäure ausgesetzt werden und der Massenverlust aufgrund der

interkristallinen Korrosion gemessen wird. Gemäß ASTM G67 beträgt der

Massenverlust bei Werkstoffen, welche nicht resistent gegen interkristalline

Korrosion sind, mehr als 15 mg/cm².

Bleche für den Automobilbereich erfordern, wie beispielsweise bei Türinnenteilen, eine sehr gute Umformbarkeit. Die Anforderungen werden dabei im Wesentlichen von der Steifigkeit des jeweiligen Bauteils bestimmt, wo die Festigkeit des Werkstoffes nur eine untergeordnete Rolle spielt. Die Bauteile durchlaufen oft mehrstufige

Umformprozesse, wie beispielsweise Türinnenteile mit integrierten

Fensterrahmenbereichen. So hat neben den Korrosionseigenschaften auch die Umformbarkeit der AlMg-

Aluminiumlegierung einen hohen Einfluss auf die Möglichkeiten zum Einsatz dieser Werkstoffe. Beispielsweise haben die bisher bekannten Werkstoffe dazu geführt, dass die Seitenwände eines Kraftfahrzeugs nicht aus einem einzigen Blech tief gezogen werden konnten, was nicht nur eine Neukonstruktion der Seitenwand, sondern auch zusätzliche Verfahrensschritte zur Bereitstellung des Seitenwandteils eines

Kraftfahrzeugs erforderlich machte.

Das Umformverhalten kann beispielsweise in Streckziehversuch durch eine

Tiefungsprüfung nach Erichsen (DIN EN ISO 20482) gemessen werden, bei welcher ein Prüfkörper gegen das Blech gedrückt wird, so dass es zu einer Kaltverformung kommt. Während der Kaltverformung wird die Kraft sowie der Stempel weg des Prüfkörpers gemessen, bis es zu einem Lastabfall, welcher die Bildung eines Risses als Ursache hat, kommt. Die in der Anmeldung genannten Streckziehmessungen SZ32 wurden mit einem Stempelkopfdurchmesser von 32 mm und einem

Matrizendurchmesser von 35,4 mm unter Zuhilfenahme einer Teflon-Ziehfolie zur Reduzierung der Reibung durchgeführt. Weitere Messungen der Tiefziehfähigkeit wurden durch den sogenannten Plane-Strain-Tiefungsversuch mit einer Nakajima- Geometrie nach DIN EN ISO 12004 mit einem Stempeldurchmesser von 100 mm durchgeführt. Hierzu werden Proben mit einer spezifizierten Geometrie

Tiefungsprüfungen bis zur Rissentstehung unterzogen, die Tiefung beim Anriss wird dann als Maß für die Umformbarkeit des Werkstoffs herangezogen.

Verbundwerkstofflösungen bestehend aus hoch Mg-haltigen AA5xxx

Aluminiumlegierungen mit vor Korrosion schützenden äußeren

Aluminiumlegierungsschichten haben den Nachteile, dass die Herstellung aufwändig ist und zudem an Verbindungsstellen, an welchen der Aluminiumverbundwerkstoff mit weiteren Teilen verbunden ist, beispielsweise an Schnittkanten, Bohrungen und Durchbrüchen weiterhin eine erhöhte Korrosionsgefahr gegeben ist.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit einschichtigen

Aluminiumwerkstoffen. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein einschichtiges Aluminiumlegierungsband zur Verfügung zu stellen, welches eine ausreichende Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion aufweist und dennoch sehr gut umformbar ist, so dass auch großflächige Tiefziehteile, beispielsweise Türinnenteile von Kraftfahrzeugen mit ausreichender Festigkeit bereitgestellt werden können. Darüber hinaus soll ein Verfahren angegeben werden, mit welchem einschichtige Aluminiumlegierungsbänder hergestellt werden können. Schließlich sollen aus den erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbändern hergestellte Bauteile angegeben werden.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe durch ein kaltgewalztes Aluminiumlegierungsband bestehend aus einer AlMg- Aluminiumlegierung gelöst, wobei die Aluminiumlegierung die folgenden

Legierungsbestandteile aufweist:

Si < 0,2 Gew.-%.

Fe < 0,35 Gew.-%,

Cu < 0,15 Gew.-%,

0,2 Gew.-% < Mn < 0,35 Gew.-%, 4,1 Gew.-% < Mg < 4,5 Gew.-%,

Cr < 0,1 Gew.-%,

Zn < 0,25 Gew.-%,

Ti < 0,1 Gew.-%,

Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen einzeln max. 0,05 Gew.-%, in Summe max. 0,15 Gew.-%, wobei das Aluminiumlegierungsband ein rekristallisiertes Gefüge aufweist, die mittlere Korngröße des Gefüges zwischen 15 μιτι und 30 μm,

vorzugsweise zwischen 15 μπι und 25 μηι beträgt und die Schlussweichglühung des Aluminiumlegierungsbandes in einem Durchlaufofen durchgeführt worden ist.

Es hat sich herausgestellt, dass es innerhalb der Spezifikation der Aluminiumlegierung vom Typ AA5182 einen spezifizierten, eng begrenzten Legierungsbereich gibt, welcher einerseits eine ausreichende Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion aufweist und gleichzeitig bei Berücksichtigung bestimmter Nebenbedingungen, wie beispielsweise der mittleren Korngröße und der Art der Schlussweichglühung, auch ein hervorragendes Umformverhalten aufweist. Insbesondere die Kombination der mittleren Korngröße mit den beanspruchten Legierungsbestandteilen der

Aluminiumlegierung des Aluminiumlegierungsbandes ermöglichen es, Umformgrade zu erreichen, die bei ausreichender Festigkeit die Herstellung von großflächig ausgebildeten, tiefgezogenen Aluminiumblechteilen ermöglichen. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines Durchlaufofens statt einer üblicherweise durchgeführten Coilglühung in einem Kammerofen die Umformbarkeit noch einmal signifikant erhöht.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung des Aluminiumlegierungsbandes weist die

Aluminiumlegierung zusätzlich eine oder mehrere der folgenden Beschränkungen der Gehalte an Legierungsbestandteilen auf: 0,03 Gew.-% Si < 0,10 Gew.-%,

Cu < 0,1 % vorzugsweise 0,04 % < Cu < 0,08 %, Cr < 0,05 Gew.-%, Zn < 0,05 Gew.-%,

0,01 Gew.-% < Ti < 0,05 Gew.-%

Der eingeschränkte Legierungsgehalt für Kupfer auf maximal 0,1 Gew.-% führt zu einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungsbands. Bei einem Cu-Gehalt von 0,04 Gew.-% bis 0,08 Gew.-% wird erreicht, dass Kupfer an einer Festigkeitssteigerung beteiligt ist, aber dennoch die Korrosionsbeständigkeit nicht zu stark herabsetzt. Höhere Gehalte an Silizium, Chrom, Zink und Titan als die

angegebenen Werte führen zu einer verschlechterten Umformbarkeit der

Aluminiumlegierung. Der in der Legierung vorhandene Siliziumanteil von 0,03 bis 0,1 Gew.-% führt in Kombination mit den Eisen- und Mangananteilen in den angegebenen Mengen insbesondere zu relativ gleichförmig verteilten, kompakten Partikeln der quaternären a-Al(Fe,Mn)Si-Phase, die die Festigkeit der Aluminiumlegierung steigern, ohne andere Eigenschaften wie die Umformbarkeit oder das Korrosionsverhalten negativ zu beeinflussen.

Titan wird üblicherweise beim Stranggießen der Aluminiumlegierung als

Kornfeinungsmittel zum Beispiel in Form von Ti-Borid-Draht oder -Stangen hinzugegeben. Daher weist die Aluminiumlegierung in einer weiteren

Ausführungsform einen Ti-Anhalt von mindestens 0,01 Gew.-% auf.

Eine weitere Verbesserung des Korrosionsverhaltens und der Umformbarkeit des Aluminiumlegierungsbandes kann dadurch erreicht werden, dass die

Aluminiumlegierung zusätzlich eine oder mehrere der folgenden Beschränkungen der Gehalte an Legierungsbestandteilen aufweist:

Cr < 0,02 Gew.-%,

Zn < 0,02 Gew.-% Es hat sich herausgestellt, dass Chrom deutlich in Gehalten unterhalb der

Verunreinigungsschwelle von 0.05 Gew% die Umformbarkeit des

Al uminiumlegierungsbandes beeinflusst und damit in möglichst geringen Anteilen in der Aluminiumlegierung des erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbandes enthalten sein darf. Der Zinkgehalt wird unterhalb der Verunreinigungsschwelle von 0.05 Gew% eingestellt, um das allgemeine Korrosionsverhalten des

Aluminiumlegierungsbandes nicht zu verschlechtern.

Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass Eisen innerhalb der gemäß der

Aluminiumlegierung vom Typ AA5182 zugelassen Werte in Verbindung mit den Silizium- und Mangan-Gehalten wie oben beschrieben einen Effekt auf die

Umformbarkeit aufweist. Eisen trägt in Kombination mit Silizium und Mangan zur Te m p e r a tu r b e s t n d i gke i t des Aluminiumlegierungsbandes bei, so dass bevorzugt der Fe-Gehalt des Aluminiumlegierungsbandes gemäß einer nächsten Ausgestaltung 0,1 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% oder 0,10 Gew.-% bis 0,20 Gew.-% beträgt.

Gleiches gilt auch für den Mn-Gehalt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Aluminiumlegierungsbandes, welcher vorzugsweise auf 0,20 Gew.-% bis 0,30 Gew.-% beschränkt werden sollte, um eine optimale Umformbarkeit des

Aluminiumlegierungsbandes zu erreichen.

Einen besonders guten Kompromiss zwischen der Bereitstellung hoher Festigkeiten, guter Korrosionsbeständigkeit gegen interkristalline Korrosion sowie verbesserte Umformeigenschaften können gemäß einer weiteren Ausgestaltung des

Aluminiumlegierungsbandes mit einem Mg-Gehalt von 4,2 Gew.-% bis 4,4 Gew.-% erreicht werden. Um die notwendigen Festigkeiten für die Anwendungsbereiche bereitzustellen, weist das Aluminiumlegierungsband gemäß einer nächsten Ausführungsform eine Dicke von 0,5 mm bis 4 mm auf. Bevorzugt beträgt die Dicke 1 mm bis 2,5 mm, da in diesem Bereich die meisten Anwendungsgebiete des Aluminiumlegierungsbandes liegen. Schließlich werden insbesondere Anwendungsgebiete im Automobilbereich für das erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsband dadurch ermöglicht, dass das

Aluminiumlegierungsband im weichen Zustand eine Streckgrenze R_po,2 von min. 110 MPa und eine Zugfestigkeit R_m von min. 255 MPa aufweist. Es hat sich

herausgestellt, dass insbesondere Aluminiumlegierungsbänder mit entsprechenden Streckgrenzen und Zugfestigkeiten besonders gut für die Anwendung im

Automobilbereich geeignet sind.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch gelöst, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

Gießen eines Walzbarrens, vorzugsweise im DC-Strangguss,

Homogenisieren des Walzbarrens bei 480 °C - 550 °C für min. 0,5 Std.,

Warmwalzen des Walzbarrens bei einer Temperatur von 280 °C bis 500 °C, Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes an Enddicke mit einem

Abwalzgrad von 40 % bis 70 % oder 50 % bis 60 % und

Weichglühen des fertig gewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C - 500 °C in einem Durchlaufofen

Es hat sich herausgestellt, dass mit den angegebenen Parametern in Verbindung mit den genannten Aluminiumlegierungsbestandteilen ein Aluminiumlegierungsband mit mittleren Korngrößen von 15 μηι - 30μηι herstellbar ist, das ausreichende

Beständigkeit gegenüber interkristalliner Korrosion aufweist, ausreichende

Festigkeiten bereitstellt und zudem sehr gute Umformungseigenschaften besitzt, so dass großflächige, tiefgezogene Blechteile hergestellt werden können. Das

Homogenisieren des Walzbarrens sorgt für ein homogenes Gefüges und eine homogene Verteilung der Legierungsbestandteile im zu walzenden Warmwalzbarren. Das Warmwalzen bei Temperaturen von 280 °C - 500 °C ermöglicht eine

durchgehende Rekristallisierung während des Warmwalzens, wobei das Warmwalzen typischerweise bis zu einer Dicke von 2,8 mm - 8 mm durchgeführt wird. Der abschließende Kaltwalzschritt ist beschränkt auf einen Abwalzgrad von 40 % bis 70 % oder 50 % bis 60 %, um in beiden Fällen bei der Weichglühung für eine durchgehende Rekristallisierung des Aluminiumlegierungsbandes zu sorgen. Je größer der Abwalzgrad des Aluminiumlegierungsbandes, desto geringer werden die mittleren Korngrößen, wobei sich herausgestellt hat, dass oberhalb von 70 % Abwalzgrad beim abschließenden Weichglühen eine zu geringe mittlere Korngröße entstehen kann. Unterhalb von 40 % Abwalzgrad werden bei der Weichglühung die mittleren

Korngrößen wiederum zu groß, so dass zwar die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion steigt, allerdings die Umformbarkeit reduziert ist. Die Weichglühung des fertig gewalzten Aluminiumlegierungsbandes findet im Durchlaufofen statt, welche üblicherweise Aufheizraten von 1 - 10 °C/Sek. aufweisen und damit im Gegensatz zu Kammeröfen, bei welchen ein gesamtes Coil erhitzt wird, aufgrund der schnellen Erwärmung einen deutlichen Einfluss auf die späteren Eigenschaften des Gefüges des Aluminiumlegierungsbandes haben. Es konnte insbesondere festgestellt werden, dass bei einer Weichglühung im Durchlaufofen eine verbesserte Umformbarkeit des Bandes im Vergleich zu im Kammerofen geglühten Varianten erreicht wird. Alternativ kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens das

Aluminiumlegierungsband auch mit einer Zwischenglühung hergestellt werden.

Gemäß dieser alternativen Variante 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 70 % oder 50 % bis 60 % beträgt

Zwischenglühen des Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C, Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes an Enddicke mit einem

Abwalzgrad von 40 % bis 70 % oder 50 % bis 60 %,

Weichglühen des fertig gewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C in einem Durchlaufofen

Die Zwischenglühung des Aluminiumlegierungsbandes kann sowohl im Kammerofen als auch im Durchlaufofen erfolgen. Ein Einfluss auf die Umformbarkeit konnte nicht ermittelt werden. Entscheidend ist, welcher Abwalzgrad beim Kaltwalzen an Enddicke erreicht wird und ob die Weichglühung des Bandes im Durchlaufofen stattfindet. Hierdurch werden unabhängig von der Art der Zwischenglühung die Umformbarkeit und die Korrosionsbeständigkeit in Verbindung mit der Legierungszusammensetzung bestimmt. Um eine weitere Veränderung des Gefügezustandes im aufgewickelten Zustand nach der Weichglühung zu verhindern, wird das Aluminiumlegierungsband gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Weichglühen auf eine Temperatur von max. 100 °C, vorzugsweise auf max. 70 °C abgekühlt und anschließend

aufgehaspelt.

Wie bereits zuvor ausgeführt kann die Zwischenglühung gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens in einem Batchofen oder in einem Durchlaufofen durchgeführt werden. Wird das Aluminiumlegierungsband auf eine Enddicke von 0,5 mm - 4 mm, vorzugsweise auf eine Enddicke von 1 mm - 2,5 mm kaltgewalzt, stehen den typischen Anwendungsgebieten insbesondere im Kraftfahrzeugbau sehr gut umformbare Bleche zur Verfügung, welche großflächig tiefgezogen werden können und gleichzeitig hohe Festigkeiten verbunden mit ausreichender

Korrosionsbeständigkeit gegen interkristalline Korrosion bereitstellen.

Bevorzugt wird die Weichglühung im Durchlaufofen bei einer Metalltemperatur von 350 °C - 550 °C, vorzugsweise bei 400 °C - 450 °C für 10 Sek. - 5 Min., vorzugsweise 20 Sek. - 1 Min. durchgeführt. Hierdurch wird erreicht, dass das Kaltband ausreichend durch rekristallisiert und die entsprechenden Eigenschaften in Bezug auf die sehr gute Umformbarkeit und die mittlere Korngröße mit hoher Prozesssicherheit und

Wirtschaftlichkeit erreicht werden.

Schließlich wird die oben gezeigte Aufgabe durch ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug gelöst, welches aus dem erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsband hergestellt worden ist. Die Bauteile zeichnen sich dadurch aus, dass diese, wie bereits ausgeführt, großflächig tiefgezogen werden können und so beispielsweise großflächige Bauteile für den Kraftfahrzeugbau zur Verfügung gestellt werden können. Darüber hinaus weisen diese aufgrund der bereitgestellten Festigkeiten auch die notwendige

Steifigkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit, welche für den Einsatz im

Kraftfahrzeugbau erforderlich sind, auf.

Denkbar ist beispielsweise, dass das Bauteil gemäß einer weiteren Ausgestaltung ein Karosseriebauteil oder ein Karosserieanbauteil eines Kraftfahrzeuges ist, welches neben hohen Festigkeitsanforderungen auch Temperatur belastet ist. Vorzugsweise werden die„Body-in-White-Teile", beispielsweise ein Türinnenteil oder ein

Heckklappeninnenteil, aus dem erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsband hergestellt.

Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 Ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des

Herstellungsverfahrens des Aluminiumlegierungsbandes,

Fig. 2a in einer Draufsicht die Probengeometrie für die Plane-Strain- Tiefungsmessung gemäß DIN EN ISO 12004,

Fig. 2b in einer Schnittansicht den schematischen Versuchsaufbau der Plane-

Strain-Tiefungsmessung gemäß DIN EN ISO 12004, Fig. 3 in einer Schnittansicht die Versuchsanordnung zur Tiefungsmessung

SZ32 im Erichsen Tiefungsversuch nach DIN EN ISO 20482 und

Fig. 4 ein typisches Ausführungsbeispiel für ein großflächiges, tiefbezogenes

Blechteil gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt den Ablauf von Ausführungsbeispielen zur Herstellung von

Aluminiumbändern. Das Ablaufdiagramm von Fig. 1 zeigt schematisch die verschiedenen Verfahrensschritte des Herstellprozess des erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbandes.

In Schritt 1 wird ein Walzbarren aus einer AlMg- Aluminiumlegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen, beispielsweise im DC-Strangguss gegossen:

Si < 0,2 Gew.-%,

Fe < 0,35 Gew.-%,

Cu < 0,15 Gew.-%,

0,2 Gew.-% < Mn < 0,35 Gew.-%,

4,1 Gew.-% < Mg < 4,5 Gew.-%,

Cr < 0,1 Gew.-%,

Zn < 0,25 Gew.-%,

Ti < 0,1 Gew.-%,

Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen einzeln maximal 0,05 Gew.-%,

Summe maximal 0,15 Gew.-%.

Anschließend wird der Walzbarren im Verfah rensschritt 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, wobei typische Temperaturen von 280 °C bis 500 °C erreicht werden. Die Enddicken des Warmbandes betragen beispielsweise 2,8 bis 8 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 70 %, bevorzugt 50 % bis 60 % in seiner Dicke bis zur Enddicke reduziert wird.

Anschließend wird das an Enddicke kaltgewalzte Aluminiumlegierungsband einer Weichglühung unterzogen. Die Weichgl ühung wird erfindungsgemäß in einem Durchlaufofen durchgeführt. Bei den in Tabelle 1 dargestellten Ausführungsbeispielen wurde der zweite Weg mit einer Zwischenglühung angewendet. Hierzu wird das Warmband nach dem Warmwalzen gemäß Verfahrensschritt 3 einem Kaltwalzen 4a zugeführt, welches das Aluminiumlegierungsband auf eine Zwischendicke kaltwalzt, welche derart bestimmt ist, dass der abschließende Kaltwalzgrad an Enddicke 40 % bis 70 % oder 50 % bis 60 % beträgt. Bei einem nachfolgenden Zwischenglühen wird das Aluminiumlegierungsband vorzugsweise durchgehend rekristallisiert. Die

Zwischenglühung wurde bei den Ausführungsbeispielen entweder im Durchlaufofen bei 400 °C bis 450 °C oder im Kammerofen bei 330 °C bis 380 °C durchgeführt. Die Zwischenglühung ist in Fig. 1 mit dem Verfahrensschritt 4b dargestellt. Im

Verfahrensschritt 4c gemäß Fig. 1 wird das zwischengeglühte

Aluminiumlegierungsband schließlich einem Kaltwalzen an Enddicke zugeführt, wobei der Abwalzgrad im Verfahrensschritt 4c zwischen 40%, und 70 %, bevorzugt zwischen 50 % und 60 % beträgt. Anschließend wird das Aluminiumlegierungsband wieder in den weichen Zustand durch eine Weichglühung überführt, wobei die

Weichglühung erfindungsgemäß im Durchlaufofen bei 400 °C bis 450 °C durchgeführt wird. Die Glühungen der Vergleichsbeispiele in Tabelle 4 wurden im Kammerofen (KO) bei 330 °C bis 380 °C durchgeführt. Bei den verschiedenen Versuchen wurden neben unterschiedlichen Aluminiumlegierungen auch verschiedene Abwalzgrade nach der Zwischenglühung eingestellt. Die Werte für den Abwalzgrad nach der Zwischenglühung sind ebenfalls in Tabelle 1 und 4 angegeben. Zudem wurde der mittlere Korndurchmesser des weichgeglühten Aluminiumlegierungsbandes ermittelt. Hierzu wurden Längsschliffe gemäß der Barker-Methode anodisiert und anschließend unter dem Mikroskop gemäß ASTM E1382 vermessen und die mittlere Korngröße durch den mittleren Korndurchmesser bestimmt.

An den entsprechend hergestellten Aluminiumlegierungsbändern wurden

mechanische Kennwerte, insbesondere die Streckgrenze R_po,2, Zugfestigkeit R_m, die Gleichmaßdehnung A_g und die Dehnung Aeomm bestimmt, Tabelle 2, 5. Neben den gemäß EN 10002-1 bzw. ISO 6892 gemessenen mechanischen Kenngrößen der Aluminiumlegierungsbänder sind zudem die mittleren Korngrößen nach ASTM E1382 in μιη angegeben. Darüber hinaus wurde die Korrosionsbeständigkeit gegen interkristalline Korrosion gemäß ASTM G67 gemessen, und zwar ohne zusätzliche Wärmebehandlung im Ausgangszustand (Ausgang Oh). Um den Einsatz im

Kraftfahrzeug zu simulieren, wurden die Aluminiumlegierungsbänder vor dem Korrosionstest darüber hinaus unterschiedlichen Wärmebehandlungen unterzogen. Eine erste Wärmebehandlung bestand aus einer Lagerung der Aluminiumbänder für 20 M inuten bei 185 °C, um den KTL-Zyklus abzubilden.

In einer weiteren Messreihe wurden die Aluminiumlegierungsbänder zusätzlich 200 Stunden bzw. 500 Stunden bei 80°C gelagert und anschließend dem Korrosionstest unterzogen. Da Umformungen von Aluminiumlegierungsbändern oder -blechen zusätzlich die Korrosionsbeständigkeit beeinflussen können, wurden die

Aluminiumlegierungsbänder in einem weiteren Versuch um etwa 15 % gereckt, einer Wärmebehandlung bzw. einer Lagerung bei erhöhter Temperatur unterzogen und dann einem Test auf interkristalline Korrosion gemä ASTM G67 unterzogen, bei welchem der Massenverlust gemessen wurde.

In Tabelle 1 sind die Legierungsgehalte von insgesamt vier verschiedenen

Aluminiumlegierungen, welche innerhalb der Spezifikation der Aluminiumlegierung vom Typ AA5182 liegen, angegeben. Die Referenzlegierung stellt das bisher verwendete Material dar und ist im Vergleich zu den Varianten 1, 2 und 3 angeführt. Zusätzlich findet sich in der Tabelle 1 eine Angabe über die Art der Schlussglühung , den Endabwalzgrad und die gemessene mittlere Korngröße (Korndurchmesser) in μιτί. Die Varianten 1 und 2 unterschieden sich dabei lediglich in dem Endabwalzgrad, welcher zur Ausbildung einer anderen Korngröße führt. So unterscheidet sich die Variante 2 von Variante 1 abgesehen von fast identischen Legierungsbestandteilen im Wesentlichen durch einen Endabwalzgrad von 57 % bei identischen

Banddurchlaufofenbedingungen. Das Ergebnis war, dass Variante 2 eine mittlere Korngröße von 18 μιη im Vergleich zu 33 μηι der Variante 1 aufwies. Die Bänder in der Tabelle 1 wurden im Banddurchlaufofen für 20 Sek. - 1 Min. auf eine Temperatur von 400 °C - 450 °C gebracht, anschließend abgekühlt und mit weniger als 100 °C aufgewickelt. Die entnommenen Proben wurden dann wie in der Tabelle 2 angegeben gemäß den entsprechenden DIN EN ISO Normen vermessen. Anhand Tabelle 2 wird deutlich, dass die Variante 1 in Bezug auf die Streckgrenze den Wert von 110 MPa nicht sicher erreicht und bei der diagonalen Messung,

gekennzeichnet mit dem Symbol D, einen Wert von unterhalb von 110 MPa aufweist. Die Messung in Walzrichtung L und quer zur Walzrichtung Q zeigten dagegen, dass Variante 1 gerade eine Streckgrenze R_po,2 von 1 0 MPa erreichte. Die Referenz sowie die Varianten 2 und 3 lagen deutlich über diesem unteren Grenzwert für die

Streckgrenze. Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel Variante 2 erreichte sicher die Streckgrenzwerte von mindestens 110 M Pa in allen Zugrichtungen. Deutlich zu erkennen ist, dass die Variante 3 mit dem höchsten Mg-Gehalt von 4,95 Gew.-% die höchsten Streckgrenz- und Zugfestigkeitswerte erreicht. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass der unterschiedliche Abwalzgrad zwischen den Varianten 1 und 2 nicht nur die Korngröße deutlich beeinflusst, sondern insbesondere die Streckgrenze auf einen Wert von deutlich mehr als 110 MPa anhebt.

Insbesondere weist die erfindungsgemäße Legierung Variante 2 eine gegenüber der Referenz niedrigere Anisotropie auf, die sich in niedrigen Werten der planaren Anisotropie Ar widerspiegelt. Dabei ist die planare Anisotropie Ar definiert als V2-( n +rq-2 rD), wobei rL,rQ und r» den r-Werten in Längs-, Quer- bzw.

Diagonalenrichtung entsprechen. Dabei unterscheidet sich der mittlere r-Wert f , berechnet aus l/4-(rL+rQ+2ro), nicht wesentlich von dem des Referenzmaterials.

In Tabelle 3 sind nun die Messwerte, welche in Bezug auf die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion aufgenommen wurden, dargestellt. Es zeigte sich, dass die erfindungsgemäße Variante 2 gegenüber den Messwerten der Referenz insbesondere in Bezug auf die Langzeitbelastung vergleichbare Werte sowohl im gereckten Zustand als auch im ungereckten Zustand aufweist. Hier sind die Variante 2 und die Referenz nahezu identisch. Die Variante 3, welche zwar die größten Streckgrenzwerte und Zugfestigkeitswerte aufweist, zeigte im Korrosionstest allerdings, dass der zu große Mg-Gehalt einen zu großen Massenverlust insbesondere bei den Langzeittests, welche neben einem kurzen Tempera tu rzyklu s von 20 Min. bei 185 °C zusätzlich eine Langzeitbelastung von 200 Std. bei 80 °C durchlaufen haben, zur Folge hat. In Bezug auf die Messwerte in Tabelle 3 bezüglich der Umformbarkeit zeigte sich, dass insbesondere die Variante 2 in den Streckzieheigenschaften im Tiefungsversuch SZ32 sowie im Plane-Strain-Tiefungsversuch der Referenzlegierung überlegen war. Das deutlich verbesserte Umformverhalten des Aluminiumlegierungsbandes gemäß Variante 2 gegenüber dem Referenzaluminiumlegierungsband zeigt, dass selbst bei verringertem Mg-Gehalt gleichwertige Streckgrenzwerte und Zugfestigkeitswerte mit der Referenzlegierung erreicht werden können, ohne große Einbußen in Bezug auf die Beständigkeit gegenüber interkristalliner Korrosion. Dies zeigten insbesondere die gemäß ASTM G67 im NAML-Test gemachten Massenverlustmessung. Signifikant konnte mit der Variante 2 eine Verbesserung des Tiefziehverhaltens im

Tiefungsversuch nach Erichsen um 7 % sowie im Plane-Strain-Tiefungsversuch um etwa 10 % ermittelt werden, welche das zusätzliche Umformpotential der

erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbänder zeigt. Dieses zusätzliche

Umformpotential kann genutzt werden, um tiefgezogene, großflächige Blechformteile, beispielsweise Türinnenteile eines PKWs, herzustellen.

Im Weiteren soll kurz die Versuchsanordnung für den Versuch„Tiefung SZ32" nach DIN EN ISO 20482 sowie der Plane-Strain-Tiefungsversuch gemäß mit Nakajima- Geometrie nach DIN EN ISO 12004 erläutert werden.

In der Fig. 2a ist die Geometrie des Probenkörpers 1 dargestellt. Aus einem

kreisrunden Blechzuschnitt wird der taillierte Probekörper 1 derart zugeschnitten, dass der Steg 4 eine Breite von 100 mm hat und die Radien 2 an den Taillierungen 20 mm betragen. Mit dem Maß 3, welches 100 mm beträgt, ist der Stempeldurchmesser dargestellt. Fig. 2b zeigt nun den Probekörper 1 eingespannt zwischen zwei

Niederhaltern 5, 6. Der Probekörper 1, welcher auf einer Aufnahme 8 aufgelegt wurde und über die Niederhaltern 5, 6 gegen die Auflage gedrückt wurde, ist mit einem Stempel 7, welcher eine halbkugelförmige Spitze mit einem Radius von 100 mm aufweist, in Pfeilrichtung gezogen worden. Die Niederhalter besitzen zusätzlich

Einlaufradien von 5 bzw. 10 mm an ihrer zur Auflage 8 weisenden Seite. Die Kraft, mit welcher der Tiefungsversuch durchgeführt wird, wird während der Verformung gemessen und ein plötzlicher Lastabfall, welcher die Ausbildung eines Risses signalisiert, führt zur Messung der entsprechenden Ziehstempeltiefe.

Einen ähnlichen Aufbau zeigt der Tiefungsversuch„Tiefung SZ32" nach Erichsen, wobei allerdings keine taillierten Proben verwendet werden. Hier wird lediglich ein Probekörper 9 zwischen einem Niederhalter 10 und einer Aufnahme 11 gehalten und mit einem Stempel 12 gezogen, bis ebenfalls ein Lastabfall in der Ziehkraft gemessen werden kann. Anschließend wird wiederum die entsprechende Position des Stempels vermessen. Die Öffnung der Matrize in Fig. 3 betrug 35,4 mm, der

Stempelkopfdurchmesser 32 mm, d. h. der Stempelradius betrug 16 mm. Zusätzlich wurde eine Teflon-Ziehfolie zur Reduzierung der Reibung im Tiefungsversuch SZ32 verwendet.

In den Tabellen 4 und 5 wurden nun weitere Ausführungsbeispiele und

Vergleichsbeispiele hergestellt und in Bezug auf ihre mechanischen Eigenschaften sowie auf die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion vermessen. Es zeigte sich, dass die Kombination aus dem Einsatz des Durchlaufofens in Verbindung mit einer spezifisch gewählten Korngröße von 15 μηι - 30 μπι, vorzugsweise von 15μηι - 25 μηι zu einem guten Kompromiss zwischen Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Messwerten führt. So sind beispielsweise die erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiele Nr. 3, 4, 7, 11 und 15 mit einer ausreichenden Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion ausgestattet und weisen zudem die für den Einsatz im Automobilbereich notwendigen mechanischen Messwerte R_po,2 und R_m auf, so dass diese ideal für die Bereitstellung von großflächigen, tiefgezogenen Bauteilen geeignet sind.

In Fig. 4 ist beispielsweise ein entsprechendes„Body-in-White-Teil, in Form eines Türinnenteils dargestellt, welches unter Verwendung des

Aluminiumlegierungsbandes der vorliegenden Erfindung aus einem einzigen, tiefgezogenen Blech hergestellt werden kann. Die Blechdicke beträgt dabei

vorzugsweise 1,0 - 2,5 mm. Darüber hinaus sind weitere Teile eines Kraftfahrzeuges in Blechschalenbauweise denkbar, wie die Innenteile von Heckdeckel, Motorhaube, sowie Bauteile in der Fahrzeugstruktur, die hohen Anforderungen an Umformbarkeit und interkristalline Korrosion haben.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

IK-Massenverluste Umformbarkeit

Variante nicht thermisch 20 min. 185°C 20 min 185°C 17h 15% 15% gereckt Tiefung SZ 2 Plane-Strain behandelt plus 200 h 80°C 130°C gereckt 20 min. 185°C plus 200 h Tiefung

20 min. 80°C [mm]

185°C [mm]

Grenzwert 2,0 4,0 35,0 50,0 15,0 45,0

Referenz 1,2 2,1 29,8 48,8 10,4 42,1 14,2 27,9

Var. 1 (Vergl.) 1,2 1,7 10,4 21,3 4,4 12,9 14,5 30,3

Var. 2 (Erf.) 1,2 2,4 33,7 42,2 13,5 40,1 14,6 30,7

Var. 3 (Vergl.) 1,3 5,3 41,7 55,0 30,4 53,5 14,6 31,6

Tabelle 4

Tabelle 5

Claims

Patentansprüche

1. Kaltgewalztes Aluminiumlegierungsband bestehend aus einer AlMg- Aluminiumlegierung,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Aluminiumlegierung die folgenden Legierungsbestandteile aufweist:

Si < 0,2 Gew.-%,

Fe < 0,35 Gew.-%,

Cu < 0,15 Gew.-%,

0,2 Gew.-% < Mn < 0,35 Gew.-%,

4,1 Gew.-% < Mg < 4,5 Gew.-%,

Cr < 0,1 Gew.-%,

Zn < 0,25 Gew.-%,

Ti < 0,1 Gew.-%,

Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen einzeln maximal 0,05 Gew.-%, in Summe maximal 0,15 Gew.-%, wobei das Aluminiumlegierungsband ein rekristallisiertes Gefüge aufweist, die Korngröße des Gefüges zwischen 15μηι und 30 μιη beträgt und die Schlussweichglühung des Aluminiumlegierungsbandes in einem Durchlaufofen durchgeführt worden ist.

2. Aluminiumlegierungsband nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Aluminiumlegierung zusätzlich eine oder mehrere der folgenden

Beschränkungen der Gehalte an Legierungsbestandteilen aufweist:

0,03 Gew.-% < Si < 0,10 Gew.-%,

Cu < 0,1 %,

Cr < 0,05 Gew.-%,

Zn < 0,05 Gew.-%,

0,01 Gew.-% < Ti < 0,05 Gew.-%. Aluminiumlegierungsband nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekenn eichnet, dass

die Aluminiumlegierung zusätzlich einen oder mehrere der folgenden

Beschränkungen der Gehalte an Legierungsbestandteilen aufweist:

Cr < 0,02 Gew.-%,

Zn < 0,02 Gew.-%.

Aluminiumlegierungsband nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Fe-Gehalt 0,10 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% oder 0,10 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% beträgt.

Aluminiumlegierungsband nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Mn-Gehalt 0,20 Gew.-% bis 0,30 Gew.-% beträgt.

Aluminiumlegierungsband nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Mg-Gehalt 4,2 Gew.-% bis 4,4 Gew.-% beträgt.

AI u m i n i u m 1 egi e r u ngsba n d nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Aluminiumlegierungsband eine Dicke von 0,5 mm bis 4 mm aufweist.

Aluminiumlegierungsband nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Aluminiumlegierungsband im weichen Zustand eine Streckgrenze R_po,2 von mindestens 110 MPa und eine Zugfestigkeit R_m von mindestens 255 MPa aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

- Gießen eines Walzbarrens,

- Homogenisieren des Walzbarrens bei 480 °C bis 550 °C für mindestens 0,5 h,

- Warmwalzen des Walzbarrens bei einer Temperatur von 280 °C bis 500 °C,

- Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes an Enddicke mit einem

Abwalzgrad von 40% bis 70 % oder 50 % bis 60 % und

- Weichglühen des fertig gewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C in einem Durchlaufofen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei na h 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 70 % oder 50 % bis 60 % beträgt,

- Zwischenglühen des Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C,

- Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes an Enddicke mit einem

Abwalzgrad von 40% bis 70 % oder 50 % bis 60 %

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Aluminiumlegierungsband nach dem Weichglühen auf eine Temperatur von maximal 100 °C abgekühlt wird und aufgehaspelt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Zwischenglühung in einem Batchofen oder in einem Durchlaufofen durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,

dadurch gekennzeichnet_» dass

das Aluminiumiegierungsband auf eine Enddicke von 0,5 mm bis 4 mm kaltgewalzt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Weichglühung im Durchlaufofen bei einer Metalltemperatur von 350 °C bis

550 °C für 10 s bis 5 Min. erfolgt.

Bauteil für ein Kraftfahrzeug hergestellt aus einem Aluminiumiegierungsband gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.

Bauteil nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Bauteil ein Karosseriebauteil oder ein Karosserieanbauteil eines

Kraftfahrzeugs ist.