WO2016207274A1 - Hochfestes und gut umformbares almg-band sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Hochfestes und gut umformbares almg-band sowie verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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WO2016207274A1
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aluminum alloy
strip
rolling
alloy strip
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Olaf Engler
Henk-Jan Brinkman
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Hydro Aluminium Rolled Products Gmbh
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • 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 a method for producing an aluminum strip or sheet from an aluminum alloy and an aluminum alloy strip or sheet and its use.
  • Aluminum alloy sheets are playing an increasing role as compared to
  • Aluminum sheets made of a hardenable Al-Mg-Si alloy of class AA6XXX Aluminum alloy sheets of this class are used in the solution-treated state T4 and then subjected to a heat aging to achieve a higher ultimate strength in the state T6.
  • AlMg alloys of the type AA 5xxx with Mg contents of more than 3% by weight, in particular more than 4% by weight, are increasingly prone to intercrystalline corrosion, for example when exposed to elevated temperatures.
  • ⁇ -AlsMg3 phases precipitate along the grain boundaries, which are referred to as ⁇ -particles and can be selectively dissolved in the presence of a corrosive medium.
  • Standard test according to ASTM G67 in which the samples are exposed to nitric acid and the mass loss of the aluminum sheet is measured.
  • ASTM G67 Standard test according to ASTM G67, in which the samples are exposed to nitric acid and the mass loss of the aluminum sheet is measured.
  • ASTM G67 a corresponding heat load of the components in the application is simulated by a prior sensitization annealing at temperatures of 130 ° C. for 17 hours.
  • the mass loss for materials which are not resistant to intergranular corrosion is more than 15 mg / cm 2 .
  • the production of an intercrystalline corrosion resistant
  • WO 2014/029853 Al Although the aluminum alloy sheets disclosed herein have a good tensile strength R m and excellent values for the uniform elongation A g with good resistance to intergranular corrosion. However, the values for the yield strength R p0 , 2, which is a measure of the resistance of the sheet to plastic deformation, are too low to significantly reduce the yield
  • Aluminum alloy sheets are from the cited German Offenlegungsschrift not known.
  • information on specific mechanical properties of a work hardened and Weggeglühten aluminum alloy strip in said German patent application are not disclosed.
  • the object of the present invention is to propose an aluminum alloy strip or sheet made of a hardenable aluminum alloy which, in addition to a high weight saving potential in the motor vehicle, can be produced inexpensively.
  • the aforementioned object solves a method for producing an aluminum strip or sheet from a
  • Aluminum alloy strip at 300 ° C to 500 ° C, such that the cold-rolled aluminum alloy strip has a recrystallized structure after the intermediate annealing,
  • Metal temperature is 190 - 250 ° C for at least 0.5 h.
  • sheets can then be tinned from the aluminum alloy strip.
  • the magnesium content of the aluminum alloy to be used according to the invention is from 3.6% by weight to 6% by weight, preferably from 4.2% by weight to 6% by weight, particularly preferably from 4.2% by weight to 5 , 2 wt .-% contributes to the fact that the aluminum alloy with good forming properties at the same time high
  • Strength values in particular yield strength R p0 , 2 and tensile strength R m achieved. Unwanted hardening and precipitation effects of Si are reduced by limiting the Si content to a maximum of 0.4% by weight.
  • the Fe content should be limited to a maximum of 0.5% by weight. This also applies to the copper content, which should be limited to a maximum of 0.15 wt .-%.
  • Manganese leads to an increase in strength and also to an improvement in the resistance to intergranular corrosion. However, the manganese content must be limited because otherwise the forming properties of the annealed
  • Forming properties such as the uniform strain A g or the
  • Fractional contraction Z decrease, so that the forming properties are deteriorated. Furthermore, Cr also leads to small grain sizes after the intermediate annealing.
  • the chromium content should be limited to values of less than 0.05% by weight, preferably less than 0.01% by weight.
  • Zr which, since it usually has to be added, is not listed here in detail.
  • Zinc could have a negative effect on the corrosion resistance of the aluminum alloy strip and should therefore be limited to a maximum of 0.2% by weight.
  • Titanium is commonly added in continuous casting of the aluminum alloy as a grain refining agent, for example in the form of Ti-boride wire or rods.
  • too high Ti contents in turn have a negative effect on the forming properties, so that a limitation of the Ti content to a maximum of 0.20 wt .-% is desired.
  • a roll bar for hot rolling By casting and homogenizing the rolling ingot at 480 ° C to 550 ° C for at least 0.5 hours, a roll bar for hot rolling can be provided which has a very homogeneous distribution of the alloy components.
  • a homogeneous recrystallized hot strip is provided by hot rolling in a temperature range of 280 ° C to 500 ° C.
  • the degree of rolling during cold rolling is
  • Aluminum alloy strip according to the invention only 10% to 45%, since the Abwalzgrad before the last intermediate annealing the emergence of the grain structure
  • the intermediate annealing allows the provision of a recrystallized microstructure for the last one
  • Cold rolling step which is carried out with a degree of rolling of 30% to 60% of final thickness.
  • the final rolling degree allows, in contrast to
  • Aluminum alloy strip by work hardening to the desired application, for example, to a yield strength of more than 190 MPa after the
  • Aluminum alloy tape can be provided, on the one hand good, for example, can be converted to a vehicle component and on the other hand provides high yield strengths in the non-formed areas.
  • the produced aluminum alloy strip is at the same time also resistant to intercrystalline
  • the degree of rolling is limited to 20% to 30%, larger grain diameters are provided in the aluminum alloy strip after the last intermediate annealing and thus the resistance to
  • the yield strength R p0 , 2 can be set to values above 200 MPa, without the forming properties, for example, the uniform elongation A g or .
  • Providing aluminum alloy tapes and sheets for conversion to vehicle components such as body-in-white (BIW) components.
  • vehicle components such as body-in-white (BIW) components.
  • the aluminum alloy strip when the aluminum alloy strip is cold rolled to a thickness of 0.5 mm to 5.0 mm, preferably to 1.0 mm to 3.0 mm final thickness, moldings may be produced from a non-hardenable aluminum alloy for vehicle components, which cost
  • the temperature during the annealing of the aluminum alloy strip is 220 ° C to 240 ° C.
  • Aluminum alloy strip produced components in case of any thermal stress during operation.
  • the above object is achieved by a cold-rolled and re-annealed aluminum alloy strip or sheet, which is preferably made by the method of the invention, consisting of an aluminum alloy with the following
  • Aluminum Alloy Composition Yield Strings Rp0.2 of greater than 190 MPa to 300 MPa with a uniform elongation of 14% to 18% and a
  • the Mg content of the aluminum alloy strip or sheet may be 4.2% by weight to 6% by weight, preferably 4.2% by weight to 5.2% by weight
  • Aluminum alloy ribbon or sheet limited to 0.1 wt .-% to 0.3 wt .-%, so can despite the positive influence of manganese on the strength and
  • Corrosion resistance of aluminum alloy strip or sheet at the same time good forming properties, ie high values for uniform elongation A g and the
  • Grain diameter of more than 20 ⁇ be set reliably, which positively affect the corrosion resistance of the aluminum alloy strip or sheet.
  • the chromium content negatively affects the properties of the aluminum alloy even at very low concentrations with respect to the forming behavior and limits the grain size after the last intermediate annealing so that, according to another embodiment of the aluminum alloy strip or sheet, the chromium content is reduced to less is limited as 0.01 wt .-%. This also applies analogously to zirconium and scandium which, if at all, are only present in traces in the aluminum alloy.
  • the aluminum alloy strip or sheet has one or more of the following limitations on the proportions of
  • Aluminum alloy strip or sheet the aluminum alloy strip has one or more of the following characteristics:
  • the aluminum alloy strip can be manufactured by adjusting the specific properties of yield strength, uniform elongation, fracture constriction and behavior in the corrosion test in addition to the different fields of application. For example, a higher yield strength of more than 200 MPa can reduce the final thicknesses of the aluminum alloy strip and thus a allow further reduction of the weight of the molding produced therefrom, for example a vehicle component.
  • the increase in the uniform expansion to at least 15% or the increase in the Brucheinschnürung Z to at least 55% means that the aluminum alloy strip or sheet according to the invention can be used in complex forming processes and, for example, complex shaped moldings can be produced with a few forming steps.
  • Corrosion test according to ASTM G67 in turn leads to increased safety against failure due to intercrystalline corrosion of a molded part produced from the aluminum alloy strip.
  • Aluminum alloy strip or sheet according to the present embodiment a significantly increased field of application due to the greatly improved
  • the above object is also achieved by the use of an aluminum alloy strip or sheet according to the invention for the production of structural parts or vehicle components, in particular BIW components of a motor vehicle, since the aluminum alloy strips according to the invention allow the production of molded parts for the corresponding use, which undergo very high degrees of deformation At the same time, however, they can provide high yield strengths for reducing the material thickness of the aluminum alloy strip or sheet and nevertheless have a very good corrosion behavior in the corrosion test according to ASTM G67.
  • the invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings.
  • the drawing shows in Fig. 1 in a schematic representation of the method steps of an embodiment of the method for producing an aluminum alloy strip and
  • FIG. 1 initially shows the method steps of a schematic representation
  • step 1 a
  • Rolling bar consisting of an aluminum alloy with the following
  • the ingot is homogenized for a period of at least 0.5 h according to step 2.
  • This is followed by the Hot rolling the rolling ingot in step 3 at a temperature of 280 ° C to 500 ° C to a hot strip.
  • the limitation of Abwalzgrads to 10% to 45% causes in the subsequent intermediate annealing according to step 5 by recrystallization a mean grain size of more than 20 ⁇ can be achieved.
  • the implementation of the last intermediate annealing of the cold-rolled aluminum alloy strip at 300 ° C to 500 ° C provides for the final cold rolling step 6, a recrystallized structure with grain sizes of more than 20 ⁇ available. Steps 4 and 5 can possibly
  • step 6 the cold rolling according to step 6 at a degree of rolling of 30% to 60% of the final thickness, cold work hardening is introduced into the recrystallized structure, which leads to an increase in the yield strength R p0 , 2 .
  • step 7 the cold-rolled structure is subjected to a recovery, so that in particular the
  • the manufactured uniform elongation A g of more than 14% and values for the fracture waist Z of more than 50% the manufactured
  • BIW components are often converted into shaped parts, for example to vehicle components of the "body-in-white" of a motor vehicle, so-called BIW components.
  • BIW components often have complex geometries and therefore require a high degree of reshapability of the belts or belts Sheets from which they are made
  • BIW components made of an aluminum alloy also require correspondingly low sheet thicknesses, which is high
  • Aluminum alloy strips according to the invention and the sheets produced therefrom fulfill this requirement as well as the necessary corrosion resistance, as experiments show.
  • Be vehicle components, in particular BIW components therefore from an inventive
  • FIG. 2a) and 2b) show schematically areas of application of the invention
  • Corrosion behavior of the aluminum alloy strips according to the present invention opens up further applications for the
  • Table 1 shows a total of seven different ones
  • Experiments 1, 2 and 9 included aluminum alloys whose Mg, Mn or Cr content are outside the range according to the invention.
  • the Mg content is too small and the contents of Mn and Cr are too large. Too high values for Cr and slightly increased values for Mn also include Comparative Example No. 2.
  • Comparative Example No. 9 in turn has clearly too large values for Mn and Cr. The hot strips made of different aluminum alloys were then cold rolled before the last one according to the specifications in Table 2
  • Annealing temperature was 240 ° C in all experiments. The annealing was carried out in the coil, wherein the metal temperature of the annealing temperature was maintained for a period of at least 0.5 h.
  • Table 2 also indicates the final thicknesses a 0 , which are approximately between 0.7 mm and 1.7 mm. In Table 2, the Abwalzgrade which are outside the range of the invention, underlined. Comparative Examples Nos. 1 and 6 have excessive degrees of finish before intermediate annealing, whereas Comparative Example No. 3 has too low final rolling degree after intermediate annealing.
  • the mean grain size ie the average grain diameter, was measured. For this purpose, samples were taken from the tapes and anodized longitudinal blanks according to the Barker method. Under the microscope, the samples were measured according to ASTM E1382 and the mean grain size determined by the mean grain diameter.
  • Table 3 also shows the mass loss values in a corrosion test according to ASTM G67 (NAMLT), in which the samples were previously subjected to a simulated thermal stress for 17 hours at 130 ° C.
  • NAMLT ASTM G67
  • Comparative Example No. 1 which has a markedly increased Mn content, for example, the uniform elongation A g decreases to 10.6%. Also, the too low Mg content of Comparative Example No. 1 counteracts large elongation values.
  • Comparative Example No. 2 having an increased Cr content at a slightly excessive Mn content shows fracture necking values Z that are less than 50%, indicating a deteriorated forming performance.
  • Fracture necking Z represents precisely the property of the material, in the case of large deformations via a cross-sectional reduction material for the forming to provide without tearing. Due to the higher Mn contents or Cr contents, the average particle size of 10 or 15 ⁇ m has no negative influence on the corrosion properties of these samples. Comparing Comparative Example No. 3 with the invention
  • Exemplary embodiment No. 4 makes it clear that the yield point R p0 , 2 can be set via the adjustment of the degree of rolling during final rolling after the intermediate annealing .
  • Embodiments Nos. 4, 5 and 8 show that about
  • the yield strength R p o, 2 can be increased to values up to 211 MPa without causing significant losses in the area of the characteristic values for the transformation, such as the uniform elongation A g or Z.
  • Aluminum alloy as Examples 3, 4, 5 and 8 can be very clearly recognized the influence of the adjustment of the average grain diameter by limiting the degree of rolling during cold rolling before the last intermediate annealing.
  • the intermediate annealing produces a relatively fine grain having an average diameter or an average grain size of 13 ⁇ m, which produces the
  • Comparative Example No. 6 is classified as not resistant to intergranular corrosion.
  • the embodiments according to the invention show that the yield strength R p o, 2 are increased to values of up to 270 MPa by using degrees of rolling in final cold rolling of 40% to 60%.
  • the higher Mg content of up to 5.2 wt .-% in the embodiment no. 12 contributes to the significant increase in the yield strength R p o, 2 at.
  • a comparison of the embodiments of the invention No. 9, 10 and 11 shows that the corrosion resistance depends strongly on the choice of Abwalzgrades before the last intermediate annealing and thus from the mean grain diameter or the average grain size.
  • the Mg content is increased over Embodiment No. 9, which in principle may lead to inferior corrosion resistance to intergranular corrosion.
  • Aluminum alloy strip can be provided which
  • Vehicle components is particularly well suited and can be produced inexpensively due to the use of non-hardenable aluminum alloy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumbandes oder -blechs aus einer Aluminiumlegierung sowie ein Aluminiumlegierungsband und dessen Verwendung. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes aus einer nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, aus welchem Formteile für Fahrzeugkomponenten, insbesondere von BIW-Komponenten einfach herstellbar sind und weitere Gewichtseinsparungen erzielt werden können, wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes mit folgenden Legierungsbestandteilen in Gew.-%: 3,6 % ≤ Mg ≤ 6 %, Si ≤ 0,4 %, Fe ≤ 0,5 %, Cu ≤ 0,15, 0,1 % ≤ Mn ≤ 0,4 %, Cr < 0,05 %, Zn ≤ 0,20 %, Ti ≤ 0,20 %, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 %, in Summe max. 0,15%, gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Gießen eines Walzbarrens bestehend aus der genannten Aluminiumlegierung, - 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 zu einem Warmband, - Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes nach dem Warmwalzen mit einem Abwalzgrad von 10 % bis 45 % vor einer letzten Zwischenglühung, - Durchführen mindestens einer letzten Zwischenglühung des kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C, derart dass das kaltgewalzte Aluminiumlegierungsband ein rekristallisiertes Gefüge nach der Zwischenglühung aufweist, - Kaltwalzen des zwischengeglühten Aluminiumlegierungsbands mit einem Abwalzgrad von 30 % bis 60% an Enddicke und - Rückglühen des Aluminiumlegierungsbandes im Coil an Enddicke, wobei die Metalltemperatur 190 - 250 °C für mindestens 0,5 h beträgt.

Description

Hochfestes und gut umformbares AlMg-Band sowie Verfahren zu seiner
Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumbandes oder -blechs aus einer Aluminiumlegierung sowie ein Aluminiumlegierungsband oder -blech und dessen Verwendung.
In aktuellen Leichtbaukonzepten von Automobilen spielen gewalzte
Aluminiumlegierungsbleche eine zunehmende Rolle, da sie im Vergleich zu
gleichwertigen Lösungen aus Stahl ein geringeres Gewicht aufweisen können. In hochbeanspruchten Fahrzeugkomponenten spielt die Festigkeit, also beispielsweise die Streckgrenze Rp0,2 und die Zugfestigkeit Rm eine übergeordnete Rolle, da hierdurch die Dicke des jeweiligen Aluminiumblechs für die Fahrzeugkomponente bestimmt wird und damit auch das Gewicht der Fahrzeugkomponente. Fahrzeugkomponenten, zum Beispiel Teile des sogenannten„Body-in-White" (BIW-Komponenten) benötigen häufig komplex geformte Geometrien, sodass auch ein gutes Umformverhalten zur
Bereitstellung der komplexen Geometrien eine weitere, sehr wichtige Vorgabe für den Einsatz von Aluminiumlegierungsblechen als Fahrzeugkomponente darstellt. Zwar ist das Korrosionsverhalten von Aluminiumlegierungsblechen im Allgemeinen schon sehr gut, allerdings muss sowohl bei den aushärtbaren Aluminiumlegierungen der Klasse AA6XXX als auch bei den nicht aushärtbaren Legierungen der Klasse AA5XXX die interkristalline Korrosion berücksichtigt werden, da diese zum Versagen von Bauteilen führen kann.
Bisher wurden die hochbeanspruchten Fahrzeugkomponenten bevorzugt aus
Aluminiumblechen bestehend aus einer aushärtbaren Al-Mg-Si-Legierung der Klasse AA6XXX hergestellt. Aluminiumlegierungsbleche dieser Klasse werden im lösungsgeglühtem Zustand T4 umgeformt und anschließend einer Warmauslagerung zur Erzielung einer höheren Endfestigkeit im Zustand T6 unterzogen. Dieser
komplizierte Fertigungsweg führt zu höheren Produktionskosten, insbesondere auch aufgrund des logistischen Aufwands zur Verarbeitung der Bleche im Zustand T4 und der Warmauslagerung der Bleche zur Erreichung des Zustands T6. Bisher wurden Bauteile aus nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierungen vom Typ AA5XXX durch Umformen von weichgeglühten Aluminiumlegierungsblechen hergestellt. Nachteilig dabei ist jedoch, dass diese Bleche nur in den Bereichen hoher Umformgrade eine Erhöhung der Festigkeit, insbesondere der Streckgrenze Rp0,2 zeigen. Die nicht umgeformten Bereiche verbleiben dagegen im weichen Zustand. Hieraus folgt, dass das Leichtbaupotenzial bei Fahrzeugkomponenten bestehend aus wirtschaftlich günstig herstellbaren, nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierungen bisher nicht voll genutzt werden konnte, da aufgrund der weichen Bereiche der Formteile die Blechdicken der Fahrzeugkomponenten entsprechend gewählt werden müssen.
AlMg-Legierungen vom Typ AA 5xxx mit Mg-Gehalten von mehr als 3 Gew.-%, insbesondere mehr als 4 Gew.-% neigen zunehmend zur interkristallinen Korrosion, wenn sie beispielsweise erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Bei Temperaturen von 70 - 200°C scheiden sich ß-AlsMg3 Phasen entlang der Korngrenzen aus, welche als ß-Partikel bezeichnet werden und in Anwesenheit eines korrosiven Mediums selektiv aufgelöst werden können. Dies trifft auch auf die Bauteile eines Kraftfahrzeugs, insbesondere die Bauteile des sogenannten„Body-in-White" des Kraftfahrzeugs zu, welche üblicherweise einer kathodischen Tauch-Lackierung (KTL) unterzogen und anschließend in einem Einbrennvorgang getrocknet werden. Bereits durch diesen Einbrennvorgang bei üblichen Aluminiumlegierungsbändern kann eine Sensibilisierung bezüglich interkristalliner Korrosion hervorgerufen werden. 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 gemäß ASTM G67 geprüft, bei welchem die Proben einer Salpetersäure ausgesetzt werden und der Massenverlust des Aluminiumblechs gemessen wird. In der vorliegenden Anmeldung wird bei den Standardtests gemäß ASTM G67 durch eine vorherige Sensibilisierungsglühung bei Temperaturen von 130°C für 17h eine entsprechende Wärmebelastung der Bauteile im Anwendungsfall simuliert. Gemäß ASTM G67 beträgt der Massenverlust bei Werkstoffen, welche nicht resistent gegen interkristalline Korrosion sind, mehr als 15 mg/cm2. Die Herstellung eines in Bezug auf interkristalline Korrosion beständiges,
weichgeglühtes Aluminiumlegierungsblech für eine Fahrzeugkomponente offenbart die auf die Anmelderin zurückgehende internationale Patentanmeldung
WO 2014/029853 AI. Die hier offenbarten Aluminiumlegierungsbleche weisen zwar eine gute Zugfestigkeit Rm sowie hervorragende Werte für die Gleichmaßdehnung Ag bei guter Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion auf. Allerdings sind die Werte für die Streckgrenze Rp0,2, welche ein Maß für den Widerstand des Blechs gegen plastische Verformung darstellt, zu gering, um eine deutliche Reduzierung der
Blechdicken und damit eine weitere Gewichtseinsparung bei der Herstellung von Fahrzeugkomponenten zu erzielen. Als Fahrzeugkomponenten im Sinne der
vorliegenden Patentanmeldung werden umgeformte Bleche der inneren Struktur eines Kraftfahrzeugs, auch als Bauteile des„Body-in-White" (BIW) bezeichnet, verstanden, sowie Fahrwerkskomponenten und Teile der Fahrzeugkarosserie.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 008 282 AI ist die Herstellung eines Blechbauteils für hochbeanspruchte Fahrzeugkomponenten aus nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierungen bekannt. Es wird vorgeschlagen, kaltverfestigte und
rückgeglühte Aluminiumlegierungsbleche in einem Warmumformprozess bei
Temperaturen von bis zu 250 °C umzuformen. Hinweise auf spezifische
Aluminiumlegierungszusammensetzungen oder Herstellverfahren für
Aluminiumlegierungsbleche sind aus der genannten deutschen Offenlegungsschrift nicht bekannt. Zudem werden Angaben über spezifische mechanische Eigenschaften eines kaltverfestigten und rückgeglühten Aluminiumlegierungsbandes in der genannten deutschen Offenlegungsschrift nicht offenbart. Hiervon ausgehend ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs aus einer nicht- aushärtbaren Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, aus welchem Formteile für Fahrzeugkomponenten, insbesondere von BIW-Komponenten einfach herstellbar sind und weitere Gewichtseinsparungen erzielt werden können. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Aluminiumlegierungsband oder - blech aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung vorzuschlagen, das neben einem hohen Gewichtseinsparpotenzial im Kraftfahrzeug kostengünstig herstellbar ist.
Schließlich sollen auch vorteilhafte Verwendungen des Aluminiumlegierungsbandes vorgeschlagen werden.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumbandes oder -blechs aus einer
Aluminiumlegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen in Gew.-%:
3,6 % < Mg < 6 %,
Si < 0,4 %,
Fe < 0,5 %,
Cu < 0,15,
0,1 % < Mn < 0,4 %,
Cr < 0,05 %,
Zn <0,20 %,
Ti < 0,20 %,
Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 %, in Summe max. 0,15%,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Gießen eines Walzbarrens bestehend aus der genannten Aluminiumlegierung, - 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 zu einem Warmband,
- Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes nach dem Warmwalzen mit einem Abwalzgrad von 10 % bis 45 % unmittelbar vor einer letzten Zwischenglühung,
- Durchführen mindestens einer letzten Zwischenglühung des kaltgewalzten
Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C, derart dass das kaltgewalzte Aluminiumlegierungsband ein rekristallisiertes Gefüge nach der Zwischenglühung aufweist,
- Kaltwalzen des zwischengeglühten Aluminiumlegierungsbands mit einem Abwalzgrad von 30 % bis 60% an Enddicke und
- Rückglühen des Aluminiumlegierungsbandes im Coil an Enddicke, wobei die
Metalltemperatur 190 - 250 °C für mindestens 0,5 h beträgt. Bei der weiteren Verarbeitung können dann aus dem Aluminiumlegierungsband Bleche abgetafelt werden. Der Magnesiumgehalt der erfindungsgemäß zu verwendenden Aluminiumlegierung von 3,6 Gew.-% bis 6 Gew.-%, vorzugsweise von 4,2 Gew.-% bis 6 Gew.-%, besonders bevorzugt von 4,2 Gew.-% bis 5,2 Gew.-% trägt dazu bei, dass die Aluminiumlegierung bei guten Umformeigenschaften gleichzeitig hohe
Festigkeitswerte, insbesondere Streckgrenzwerte Rp0,2 und Zugfestigkeitswerte Rm erreicht. Unerwünschte Aushärtungs- und Ausscheidungseffekte von Si werden durch eine Begrenzung des Si-Gehaltes auf maximal 0,4 Gew.-% reduziert. Um die
Eigenschaften der Aluminiumlegierung nicht negativ zu beeinflussen, sollte der Fe- Gehalt auf maximal 0,5 Gew.-% beschränkt werden. Dies gilt auch für den Kupfer- Gehalt, welcher auf maximal 0,15 Gew.-% beschränkt werden soll. Mangan führt zu einer Festigkeitssteigerung und auch zu einer Verbesserung der Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion. Allerdings muss der Mangangehalt beschränkt werden, da ansonsten die Umformungseigenschaften der rückgeglühten
Aluminiumlegierungsbänder negativ beeinflusst werden. Darüber hinaus führen zu hohe Mn-Gehalte bei der letzten Zwischenglühung zu mittleren Korndurchmesser von weniger als 20 μη . Aus diesem Grunde soll der Mn-Gehalt 0,1 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% betragen. Chrom führt selbst in kleinsten Mengen bereits dazu, dass die
Umformeigenschaften, beispielsweise die Gleichmaßdehnung Ag oder auch die
Brucheinschnürung Z sinken, sodass die Umformeigenschaften verschlechtert werden. Weiterhin führt Cr ebenfalls zu kleinen Korngrößen nach der Zwischenglühung.
Insofern ist der Chrom-Gehalt auf werte von weniger als 0,05 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,01 Gew.-% zu beschränken. Gleiches gilt prinzipiell auch für Zr, das hier, da es in der Regel zulegiert werden muss, nicht im Einzelnen aufgeführt ist. Zink könnte sich negativ auf die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungsbandes auswirken und ist daher auf maximal 0,2 Gew.-% zu beschränken. Titan wird üblicherweise beim Stranggießen der Aluminiumlegierung als Kornfeinungsmittel zum Beispiel in Form von Ti-Borid-Draht oder -Stangen hinzugegeben. Allerdings wirken sich zu hohe Ti-Gehalte wiederum negativ auf die Umformeigenschaften, sodass eine Beschränkung des Ti-Gehalts auf maximal 0,20 Gew.-% gewünscht ist.
Durch das Gießen und Homogenisierung des Walzbarrens bei 480 °C bis 550 °C für mindestens 0,5 Stunden kann ein Walzbarren für das Warmwalzen zur Verfügung gestellt werden, welcher eine sehr homogene Verteilung der Legierungsbestandteile aufweist. Am Ende des Warmwalzens wird ein homogenes rekristallisiertes Warmband durch Warmwalzen in einem Temperaturbereich von 280 °C bis 500 °C bereitgestellt. Vor der letzten Zwischenglühung beträgt der Abwalzgrad beim Kaltwalzen des
Aluminiumlegierungsbandes erfindungsgemäß nur 10 % bis 45 %, da der Abwalzgrad vor der letzten Zwischenglühung die Entstehung des Korngefüges beim
Rekristallisieren während der Zwischenglühung entscheidend beeinflusst. Ist der Abwalzgrad zu groß, wird bei der Rekristallisierung während der letzten
Zwischenglühung bei einer Temperatur von 300 °C bis 500 °C ein relativ feines Gefüge mit mittleren Korndurchmessern, d.h. einer mittleren Korngröße von weniger als 20 μιτι erzeugt. Die verringerten Korndurchmesser wirken sich aber negativ auf das Korrosionsverhalten des Aluminiumlegierungsbandes aus. Bei geringen Abwalzgraden von 10% bis 45% beim Kaltwalzen vor der Zwischenglühung werden bei der letzten Zwischenglühung bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mittlere
Korndurchmesser von mehr als 20 μηι erzeugt, welche die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungsbandes positiv beeinflussen. Die Zwischenglühung als solche ermöglicht die Bereitstellung eines rekristallisierten Gefüges für den letzten
Kaltwalzschritt, welcher mit einem Abwalzgrad von 30 % bis 60 % an Enddicke durchgeführt wird. Der Schlussabwalzgrad ermöglicht es, im Gegensatz zu
weichgeglühten Varianten, die Streckgrenze des herzustellenden
Aluminiumlegierungsbandes durch Kaltverfestigung auf die gewünschte Anwendung, beispielsweise auf eine Streckgrenze von mehr als 190 MPa nach der sich
anschließenden Schlussglühung durchgehend zu erhöhen. Das abschließende
Rückglühen des Aluminiumlegierungsbandes im Coil bei Metalltemperaturen von 190 °C bis 250 °C für mindestens 0,5 Stunden führt dazu, dass die Umformeigenschaften, insbesondere die Gleichmaßdehnung Ag sowie die Brucheinschnürung Z durch den Erholungsprozess im Gefüge des Aluminiumlegierungsband verbessert werden. Die gegenüber dem weichen Zustand höhere Streckgrenze Rp0,2 bleibt aber zumindest weitgehend erhalten. Mit dem Herstellverfahren kann damit ein
Aluminiumlegierungsband bereitgestellt werden, das einerseits gut, beispielsweise zu einer Fahrzeugkomponente umgeformt werden kann und andererseits auch in den nicht umgeformten Bereichen hohe Streckgrenzen bereitstellt. Das hergestellte Aluminiumlegierungsband ist gleichzeitig auch beständig gegen interkristalline
Korrosion und aufgrund des einfachen Fertigungsweges kostengünstiger als bisher verwendete AA6XXX-Legierungsbänder.
Wird gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Kaltwalzen vor der letzten Zwischenglühung der Abwalzgrad auf 20 % bis 30 % beschränkt, werden nach dem letzten Zwischenglühen größere Korndurchmesser im Aluminiumlegierungsband bereitgestellt und damit die Beständigkeit gegen
interkristalline Korrosion im rückgeglühten Aluminiumlegierungsband verbessert. Beträgt der Abwalzgrad gemäß einer nächsten Ausgestaltung des Verfahrens beim Kaltwalzen an Enddicke nach der letzten Zwischenglühung 40 % bis 60 %, kann die Streckgrenze Rp0,2 auf werte oberhalb von 200 MPa eingestellt werden, ohne dass die Umformeigenschaften, beispielsweise die Gleichmaßdehnung Ag bzw. die
Brucheinschnürung Z negativ beeinflusst werden.
Wie bereits zuvor ausgeführt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die
Bereitstellung von Aluminiumlegierungsbändern und -blechen für die Umformung zu Fahrzeugkomponenten, beispielsweise Body-in-White-(BIW-) Komponenten. Wird das Aluminiumlegierungsband gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens auf eine Dicke von 0,5 mm bis 5,0 mm, bevorzugt auf 1,0 mm bis 3,0 mm Enddicke kaltgewalzt, können Formteile aus einer nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierung für Fahrzeugkomponenten hergestellt werden, welche kostengünstig
Gewichtseinsparpotenziale im Kraftfahrzeugbau realisieren können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens beträgt die Temperatur bei der Rückglühung des Aluminiumlegierungsbandes 220 °C bis 240 °C. Durch die Wahl der höheren Temperatur beim Rückglühen wird durch Erholungsvorgänge das
Umformvermögen des Aluminiumlegierungsbandes bei einer Erhöhung der
Gleichmaßdehnung Ag und der Brucheinschnürung Z prozesssicher bereitgestellt. Außerdem führen die hohe Rückglühtemperaturen von 220 °C bis 240 °C zu einer verbesserten Langzeitstabilität von aus dem erfindungsgemäßen
Aluminiumlegierungsband hergestellten Bauteilen bei einer etwaigen thermischen Belastung im Betrieb.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgeführte Aufgabe durch ein kaltgewalztes und rückgeglühtes Aluminiumlegierungsband oder - blech gelöst, welches vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, bestehend aus einer Aluminiumlegierung mit den folgenden
Legierungsbestandteilen: 3,6 % < Mg < 6 %,
Si < 0,4 %,
Fe < 0,5 %,
Cu < 0,15,
0,1 % < Mn < 0,4 %,
Cr < 0,05 %,
Zn <0,20 %,
Ti < 0,20 %,
Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 %, in Summe max. 0,15%,
wobei das Aluminiumlegierungsband
eine Streckgrenze Rpo,2 von mehr als 190 MPa,
eine Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 14 %,
eine Brucheinschnürung Z von mehr als 50% und
im Korrosionstest gemäß ASTM G67 nach einer vorherigen Sensibilisierungsglühung für 17h bei 130°C einen Massenverlust von weniger als 15 mg/cm2 aufweist.
Es hat sich herausgestellt, dass die Bereitstellung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs mit der oben genannten Aluminiumlegierungszusammensetzung mit einer Streckgrenze von mehr als 190 MPa, mit einer Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 14 % sowie einer Brucheinschnürung Z von mehr als 50 % bei gleichzeitiger
Beständigkeit im Korrosionstest gemäß ASTM G67 mit einem Massenverlust von weniger als 15 mg/cm2 nach einer vorherigen Sensibilisierungsglühung für 17h bei 130°C für nicht-aushärtbare Aluminiumlegierungsbänder weitere
Anwendungsmöglichkeiten eröffnen, die bisher Aluminiumlegierungsbändern aus aushärtbaren Werkstoffen, insbesondere aus Aluminiumlegierungen vom Typ AA6xxx vorbehalten waren. Es wird erwartet, dass bei der gegebenen
Aluminiumlegierungszusammensetzung Streckgrenzen Rp0,2 von mehr als 190 MPa bis 300 MPa bei einer Gleichmaßdehnung von 14 % bis 18 % und einer
Brucheinschnürung Z von mehr als 50% bis 70 % bei vorgegebener Korrosionsbeständigkeit erzielt werden. Die später dargelegten Ausführungsbeispiele zeigen erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsbänder bzw. -bleche mit Streckgrenzen Po,2 von mehr als 190 MPa und bis zu 270 MPa bei Beibehaltung eines guten
Umformverhaltens aufgrund einer Gleichmaßdehnung von Ag bis zu 16,6 % und einer Brucheinschnürung Z von bis zu 62 % bei vorhandener Beständigkeit gegen
interkristalline Korrosion. Erwartungsgemäß verhalten sich dabei die
Streckgrenzwerte entgegengesetzt zu den erzielten Werten der Gleichmaßdehnung Ag und der Brucheinschnürung Z. Diese spezifischen Aluminiumlegierungsbänder eröffnen damit weitere Anwendungsmöglichkeiten und insbesondere die Möglichkeit kostengünstig herstellbarer Aluminiumlegierungsbänder und -bleche zur Herstellung von Fahrzeugkomponenten, insbesondere BIW-Komponenten bereitzustellen.
Beträgt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Aluminiumlegierungsband der Mg-Gehalt des Aluminiumlegierungsbands oder -blechs 4,2 Gew.-% bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 4,2 Gew.-% bis 5,2 Gew.-%, kann ein
Aluminiumlegierungsband oder -blech mit maximalen Streckgrenzen nach dem letzten Kaltwalzen bereitgestellt werden.
Wird der Mangangehalt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des
Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs auf 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% beschränkt, so können trotz des positiven Einflusses von Mangan auf die Festigkeit und
Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs gleichzeitig gute Umformeigenschaften, d.h. hohe Werte für Gleichmaßdehnung Ag und die
Brucheinschnürung Z mit hoher Prozesssicherheit erreicht werden. Darüber hinaus können bei diesen Mn-Gehalten bei der letzten Zwischenglühung mittlere
Korndurchmesser von mehr als 20 μη prozesssicher eingestellt werden, welche die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs positiv beeinflussen. Wie ebenfalls zuvor ausgeführt, beeinflusst der Chrom-Gehalt die Eigenschaften der Aluminiumlegierung selbst in sehr geringen Konzentrationen negativ in Bezug auf das Umformverhalten und begrenzt die Korngröße nach der letzten Zwischenglühung, sodass gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Aluminiumlegierungsbandes oder - blechs der Chrom-Gehalt auf weniger als 0,01 Gew.-% beschränkt wird. Dies gilt analog auch für Zirkon sowie Scandium, welche, wenn überhaupt, aber nur in Spuren in der Aluminiumlegierung vorhanden sind.
Weist gemäß einer weiteren Ausgestaltung das Aluminiumlegierungsband oder -blechs eine oder mehrere der folgenden Beschränkungen der Anteile der
Legierungsbestandteile auf:
Si < 0,2 Gew.-%,
Fe< 0,35 Gew.-% oder
Zn < 0,01 Gew.-%,
können negative Einflüsse der genannten Legierungsbestandteile auf die Eigenschaften des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs ausgeschlossen werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs weist das Aluminiumlegierungsband eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf:
- eine Streckgrenze Rp0,2 von mehr als 200 MPa,
- eine Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 15 %,
- eine Brucheinschnürung Z von mindestens 55 % oder
- im Korrosionstest gemäß ASTM G67 nach einer vorherigen Sensibilisierungsglühung für 17h bei 130 °C einen Massenverlust von weniger als 10 mg/cm2
auf. Das Aluminiumlegierungsband kann durch die Einstellung der spezifischen Eigenschaften Streckgrenze, Gleichmaßdehnung, Brucheinschnürung und Verhalten im Korrosionstest zusätzlich auf die unterschiedlichen Anwendungsbereiche angepasst hergestellt werden. Beispielsweise kann eine höhere Streckgrenze von mehr als 200 MPa eine Reduzierung der Enddicken des Aluminiumlegierungsbandes und damit eine weitere Verringerung des Gewichts des daraus hergestellten Formteils, beispielsweise einer Fahrzeugkomponente ermöglichen. Die Erhöhung der Gleichmaßdehnung auf mindestens 15 % bzw. die Erhöhung der Brucheinschnürung Z auf mindestens 55 % führt dazu, dass das erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsband oder -blech in komplexeren Umformverfahren eingesetzt werden kann und beispielsweise komplex gestaltete Formteile mit wenigen Umformschritten hergestellt werden können. Die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gegen interkristalline Korrosion im
Korrosionstest gemäß ASTM G67 führt wiederum zu einer erhöhten Sicherheit gegen Versagen wegen interkristalliner Korrosion eines aus dem Aluminiumlegierungsband hergestellten Formteils.
Weist das Aluminiumlegierungsband oder -blech gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine Dicke von 0,5 bis 5,0 mm, vorzugsweise 1,0 bis 3,0 mm auf, können Formteile aus dem Aluminiumlegierungsband hergestellt werden, welche ähnliche Eigenschaften wie Formteile aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen vom Typ AA6XXX aufweisen.
Insbesondere in den Dickenbereichen 1,0 mm bis 3,0 mm ermöglicht das
Aluminiumlegierungsband oder -blech gemäß der vorliegenden Ausgestaltung ein deutlich vergrößertes Anwendungsgebiet aufgrund der stark verbesserten
Streckgrenzen im Vergleich zu den bisher verwendeten, weichgeglühten Varianten.
Schließlich wird die oben aufgeführte Aufgabe auch durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs zur Herstellung von Strukturteilen oder Fahrzeugkomponenten, insbesondere BIW-Komponenten eines Kraftfahrzeugs gelöst, da die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbänder die Herstellung von Formteilen für die entsprechende Verwendung ermöglichen, welche sehr hohe Umformgrade durchlaufen können, gleichzeitig aber hohe Streckgrenzen zur Reduzierung der Materialstärke des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs zur Verfügung stellen und dennoch ein sehr gutes Korrosionsverhalten im Korrosionstest gemäß ASTM G67 aufweisen. Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 in einer schematischen Darstellung die Verfahrensschritte eines einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes und
Fig. 2a) und b) in einer schematischen, perspektivischen Darstellung die
Ausführungsbeispiele einer vorteilhaften Verwendung des
Aluminiumlegierungsbandes.
Figur 1 zeigt zunächst in einer schematischen Darstellung die Verfahrensschritte eines
Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines Aluminiumbandes auf einer
Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung. Zunächst wird in Schritt 1 ein
Walzbarren bestehend aus einer Aluminiumlegierung mit den folgenden
Legierungsgehalten gegossen:
3,6 Gew.-% < Mg < 6 Gew.-%,
Si < 0,4 Gew.-%,
Fe < 0,5 Gew.-%,
Cu < 0,15 Gew.-%,
0,1 Gew.-% < Mn < 0,4 Gew.-%,
Cr < 0,05 Gew.-%,
Zn <0,20 Gew.-%
Ti < 0,20 Gew.-%,
Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 Gew.-%, in Summe max. 0,15 Gew.-%.
Bei einer Temperatur von 480 °C bis 550 °C wird der Walzbarren für eine Dauer von mindestens 0,5 h gemäß Schritt 2 homogenisiert. Anschließend erfolgt das Warmwalzen des Walzbarrens in Schritt 3 bei einer Temperatur von 280 °C bis 500 °C zu einem Warmband. Vor einer letzten Zwischenglühung gemäß Schritt 5 erfolgt ein Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes mit einem Abwalzgrad von 10 % bis 45 % gemäß Schritt 4. Die Begrenzung des Abwalzgrads auf 10 % bis 45 % bewirkt, dass bei der anschließenden Zwischenglühung gemäß Schritt 5 durch Rekristallisieren eine mittlere Korngröße von mehr als 20 μη erreicht werden kann. Die Durchführung der letzten Zwischenglühung des kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C stellt für den abschließenden Kaltwalzschritt 6 ein rekristallisiertes Gefüge mit Korngrößen von mehr als 20 μπι zur Verfügung. Die Schritte 4 und 5 können ggf.
wiederholt werden, um bei Bedarf dünnere Blechdicken an Enddicke zu erzielen. Durch das Kaltwalzen gemäß Schritt 6 wird bei einem Abwalzgrad von 30 % bis 60 % an Enddicke in das rekristallisierte Gefüge Kaltverfestigung eingebracht, welche zu einer Steigerung der Streckgrenze Rp0,2 führt. Durch eine Rückglühung gemäß Schritt 7 wird das kaltgewalzt Gefüge einer Erholung unterzogen, sodass insbesondere die
Gleichmaßdehnung Ag und die Brucheinschnürung Z wieder höhere Werte annehmen und ein gutes Umformverhalten eingestellt wird. Die beim letzten Kaltwalzen erzielte Steigerung der Streckgrenze R o,2 bleibt aufgrund der Temperaturwahl nach der Rückglühung zumindest teilweise erhalten, sodass ein Aluminiumlegierungsband mit einer Streckgrenze von mehr als 190 MPa zur Verfügung gestellt werden kann. Bei Dehnungswerten für die Gleichmaßdehnung Ag von mehr als 14 % und Werten für die Brucheinschnürung Z von mehr als 50 % kann das hergestellte
Aluminiumlegierungsband und daraus hergestellte Bleche auch komplexen
Umformverfahren unterzogen werden. In dem in Figur 1 dargestellten zusätzlichen Schritt 8 werden aus dem
Aluminiumlegierungsband Bleche zugeschnitten, die anschließend in Umformverfahren zu Formteilen, beispielsweise zu Fahrzeugkomponenten des„Body-in-White" eines Kraftfahrzeugs, sogenannten BIW- Komponenten, umgeformt werden. BIW- Komponenten weisen häufig komplexe Geometrien auf und erfordern daher ein hohes Umformvermögen der Bänder bzw. Bleche, aus denen diese hergestellt werden. Um signifikante Gewichtsreduzierungen zu erzielen, benötigen BIW-Komponenten aus einer Aluminiumlegierung auch entsprechend geringe Blechdicken, was hohe
Festigkeiten und Streckgrenzen der verwendeten Aluminiumlegierungsbänder bzw. -bleche voraussetzt. Die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsbänder und die aus daraus hergestellten Bleche erfüllen diese Voraussetzung ebenso wie die notwendige Korrosionsbeständigkeit, wie Versuche zeigen. Werden Fahrzeugkomponenten, insbesondere BIW-Komponenten daher aus einem erfindungsgemäßen
Aluminiumlegierungsband hergestellt, können diese kostengünstiger als bisherige Komponenten aus AA6XXX- Werkstoffen zur Verfügung gestellt werden.
Figur 2a) und 2b) zeigen schematisch Einsatzbereiche des erfindungsgemäß
hergestellten Aluminiumlegierungsbandes in Form verschiedenster Bleche einer Fahrzeugstruktur gemäß Figur 2a) oder beispielsweise eines schematisch dargestellten Innenteil einer Fahrzeugtür gemäß Figur 2b). Aufgrund des guten
Korrosionsverhaltens der Aluminiumlegierungsbänder gemäß der vorliegenden Erfindung eröffnen sich weitere Anwendungsmöglichkeiten für die
erfindungsgemäßen, nicht-aushärtbaren, also naturharten Aluminiumlegierungsbänder und -bleche im Kraftfahrzeug. Aus verschiedenen Aiuminiumlegierungszusammensetzungen wurden Walzbarren gegossen, einem Homogenisieren bei 480 °C bis 550 °C für mindestens 0,5 h
unterzogen, bei 280 °C bis 500 °C zu Warmbändern warmgewalzt und anschließend variierenden Bedingungen beim Kaltwalzen vor und nach einem letzten
Zwischenglühen unterzogen. Tabelle 1 zeigt insgesamt sieben verschiedene
Legierungszusammensetzungen. In den zwölf Versuchen wurden neben den sieben verschiedenen Legierungen unterschiedliche Parameter für das Kaltwalzen vor und nach der letzten Zwischenglühung verwendet. Bis zur Fertigstellung der Warmbänder unterschieden sich die hergestellten Versuchsbänder, abgesehen von unterschiedlichen Warmbanddicken und unterschiedlichen Aluminiumlegierungen, nicht. Tabelle 1
Figure imgf000018_0001
In Tabelle 1 sind andere Verunreinigungen, welche in den Ausführungsbeispielen weniger als 0,01 Gew.-% betrugen, nicht angegeben. Der Restgehalt bestand aus Aluminium.
Ferner sind in Tabelle 1 die Legierungsbestandteile, welche außerhalb des
erfindungsgemäß vorgesehenen Bereichs liegen, unterstrichen angegeben. Die Versuche 1, 2 und 9 umfassten Aluminiumlegierungen deren Mg- , Mn- oder Cr-Gehalt außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegen. Im Vergleichsbeispiel Nr. 1 ist der Mg-Gehalt zu klein und die Gehalte an Mn und Cr zu groß. Zu hohe Werte für Cr und leicht erhöhte Werte für Mn umfasst auch Vergleichsbeispiel Nr. 2. Vergleichsbeispiel Nr. 9 hat wiederum deutlich zu große Werte für Mn und Cr. Die aus verschiedenen Aluminiumlegierungen bereitgestellten Warmbänder wurden anschließend gemäß der Vorgaben in Tabelle 2 im Kaltwalzen vor der letzten
Zwischenglühung sowie nach der Zwischenglühung kaltgewalzt. Die
Rückglühtemperatur betrug bei allen Versuchen 240 °C. Das Rückglühen erfolgte im Coil, wobei die Metalltemperatur der Rückglühtemperatur für eine Dauer von mindestens 0,5 h gehalten wurde. In Tabelle 2 sind zudem noch die Enddicken a0 angegeben, die zwischen 0,7 mm und 1,7 mm etwa liegen. In Tabelle 2 sind die Abwalzgrade, welche außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegen, unterstrichen. Die Vergleichsbeispiel Nr. 1 und 6 weisen zu hohe Abwalzgrade vor dem Zwischenglühen auf, wohingegen Vergleichsbeispiel Nr. 3 einen zu geringen Schlussabwalzgrad nach der Zwischenglühung aufweist. Bei allen Versuchen wurde nach dem Zwischenglühen die mittlere Korngröße, also der mittlere Korndurchmesser vermessen. Hierzu wurden Proben von den Bändern entnommen und Längsschliffe gemäß der Barker-Methode anodisiert. Unter dem Mikroskop wurden die Proben gemäß ASTM E1382 vermessen und die mittlere Korngröße durch den mittleren Korndurchmesser bestimmt.
Nach der Herstellung der Bänder wurden Proben entnommen und mechanische Kennwerte wie die Streckgrenze Rpo,2, die Zugfestigkeit Rm, die Gleichmaßdehnung Ag, die Bruchdehnung Aeomm sowie die Brucheinschnürung Z gemäß EN 10002-1 bzw. ISO 6892 gemessen. Alle Werte sind in Tabelle 3 neben den ermittelten mittleren
Korngröße bzw. dem mittleren Korndurchmesser eingetragen. Zusätzlich zeigt Tabelle 3 auch die Werte des Massenverlustes in einem Korrosionstest gemäß ASTM G67 (NAMLT), bei welchem die Proben vorher einer simulierten Temperaturbelastung für 17h bei 130 °C unterzogen wurden. Tabelle 2
Figure imgf000020_0001
Wiederum sind die mechanischen Kennwerte, welche außerhalb der für das erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsband beanspruchten Werte liegen, unterstrichen dargestellt.
Tabelle 3
Figure imgf000021_0001
Die Vergleichsbeispiele 1 und 2 zeigen deutlich den Einfluss der
Legierungszusammensetzung auf die Ergebnisse bezüglich der Umformbarkeit. Im Vergleichsbeispiel Nr. 1, welche einen deutlich erhöhten Mn-Gehalt aufweist, sinkt beispielsweise die Gleichmaßdehnung Ag auf 10,6 % ab. Auch der zu geringe Mg-Gehalt des Vergleichsbeispiels Nr. 1 wirkt großen Dehnungswerten entgegen. Das Vergleichsbeispiel Nr. 2 mit einem erhöhten Cr-Gehalt bei leicht überhöhtem Mn- Gehalt zeigt dagegen Brucheinschnürungswerte Z, die unterhalb von 50 % liegen, was auf ein verschlechtertes Umformverhalten zurückschließen lässt. Die
Brucheinschnürung Z stellt nämlich gerade die Eigenschaft des Werkstoffes dar, bei großen Umformungen über eine Querschnittsverringerung Material für die Umformung zur Verfügung zu stellen, ohne zu reißen. Aufgrund der höheren Mn-Gehalte bzw. Cr- Gehalte hat die mittlere Korngröße von 10 bzw. 15 μιη keinen negativen Einfluss auf die Korrosionseigenschaften dieser Proben. Vergleicht man das Vergleichsbeispiel Nr. 3 mit dem erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel Nr. 4 wird deutlich, dass über die Einstellung des Abwalzgrades beim Schlusswalzen nach der Zwischenglühung die Streckgrenze Rp0,2 eingestellt werden kann. Die Ausführungsbeispiele Nr. 4, 5 und 8 zeigen, dass über
Schlussabwalzgrade nach der Zwischenglühung von 31 % bis 60 % die Streckgrenze Rpo,2 auf werte bis zu 211 MPa angehoben werden kann, ohne signifikante Einbußen im Bereich der für die Umformung wichtigen Kennwerte wie die Gleichmaßdehnung Ag oder Z nach sich zu ziehen.
Nimmt man das Vergleichsbeispiel Nr. 6 hinzu, welches eine identische
Aluminiumlegierung wie die Beispiele 3, 4, 5 und 8 aufweist, kann sehr deutlich der Einfluss der Einstellung der mittleren Korndurchmessers durch Begrenzung des Abwalzgrades beim Kaltwalzen vor der letzten Zwischenglühung erkannt werden. Bei einem Abwalzgrad von 61 % beim Kaltwalzen vor der letzten Zwischenglühung wird durch die Zwischenglühung ein relativ feines Korn mit einem mittleren Durchmesser bzw. einer mittleren Korngröße von 13 μη erzeugt, welches die
Korrosionseigenschaften negativ beeinflusst. Das Vergleichsbeispiel Nr. 6 wird als nicht beständig gegen interkristalline Korrosion eingestuft.
Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Streckgrenze Rpo,2 auf Werte bis zu 270 MPa durch Verwendung von Abwalzgraden beim Schlusskaltwalzen von 40 % bis 60 % gesteigert werden. Hier trägt insbesondere der höhere Mg-Gehalt von bis zu 5,2 Gew.-% im Ausführungsbeispiel Nr. 12 zur deutlichen Steigerung der Streckgrenze Rpo,2 bei. Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele Nr. 9, 10 und 11 zeigt, dass die Korrosionsbeständigkeit stark von der Wahl des Abwalzgrades vor dem letzten Zwischenglühen und damit von dem mittleren Korndurchmesser bzw. der mittleren Korngröße abhängt. Bei den Ausführungsbeispielen Nr. 10 und 11 ist der Mg-Gehalt gegenüber Ausführungsbeispiel Nr. 9 erhöht, was prinzipiell zu einer schlechteren Korrosionsbeständigkeit gegenüber interkristalline Korrosion führen könnte.
Überraschenderweise ist die Korrosionsbeständigkeit dieser Ausführungsbeispiele gegenüber dem mit kleinerem Korndurchmesser versehenen und einen geringeren Mg- Gehalt aufweisenden Ausführungsbeispiel Nr. 9 jedoch deutlich besser. Hier wird deutlich, dass der bevorzugte Verfahrensweg über die erfindungsgemäßen
Beschränkungen der Kaltwalzgrade vor dem letzten Zwischenglühen einen deutlichen Einfluss auf das Endprodukt des rückgeglühten Bandes hat.
Im Ergebnis zeigen die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele, dass ein
Aluminiumlegierungsband zur Verfügung gestellt werden kann, welches
Streckgrenzwerte, Dehnungswerte und eine Korrosionsbeständigkeit gegen
interkristalline Korrosion aufweist, das für den Einsatz in hochbeanspruchten
Fahrzeugkomponenten besonders gut geeignet ist und aufgrund der Verwendung nicht-aushärtbaren Aluminiumlegierung kostengünstig hergestellt werden kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumbandes oder -blechs aus einer Aluminiumlegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen in Gew.-%:
3,6 % < Mg < 6 %,
Si < 0,4 %,
Fe < 0,5 %,
Cu < 0,15,
0,1 % < Mn < 0,4 %,
Cr < 0,05 %,
Zn <0,20 %,
Ti < 0,20 %,
Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 %, in Summe max. 0,15%
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Gießen eines Walzbarrens bestehend aus der genannten Aluminiumlegierung,
- 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 zu einem Warmband,
- Kaltwalzen des Aluminiumlegierungsbandes nach dem Warmwalzen mit einem Abwalzgrad von 10 % bis 45 % vor einer letzten Zwischenglühung,
- Durchführen mindestens einer letzten Zwischenglühung des kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbandes bei 300 °C bis 500 °C, derart dass das kaltgewalzte Aluminiumlegierungsband ein rekristallisiertes Gefüge nach der
Zwischenglühung aufweist,
- Kaltwalzen des zwischengeglühten Aluminiumlegierungsbands mit einem Abwalzgrad von 30 % bis 60% an Enddicke und - Rückglühen des Aluminiumlegierungsbandes im Coil an Enddicke, wobei die Metalltemperatur 190 - 250 °C für mindestens 0,5 h beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abwalzgrad beim Kaltwalzen vor der letzten Zwischenglühung 20 % bis 30% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abwalzgrad beim Kaltwalzen an Enddicke nach der letzten Zwischenglühung 40 % bis 60% beträgt.
4. Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aluminiumlegierungsband auf eine Enddicke von 0,5 mm bis 5,0 mm, bevorzugt 1,0 bis 3,0 mm kaltgewalzt wird.
5. Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur bei der Rückglühung 220 bis 240 °C beträgt.
6. Kaltgewalztes und rückgeglühtes Aluminiumlegierungsband oder -blech,
insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einer Aluminiumlegierung mit den folgenden
Legierungsbestandteilen:
3,6 % < Mg < 6 %,
Si < 0,4 %,
Fe < 0,5 %,
Cu < 0,15,
0,1 % < Mn < 0,4 %, Cr < 0,05 %,
Zn <0,20 %,
Ti < 0,20 %,
Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, einzeln max.0,05 %, in Summe max.0,15%,
wobei das Aluminiumlegierungsband
eine Streckgrenze Rpo,2 von mehr als 190 MPa,
eine Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 14 %,
eine Brucheinschnürung Z von mehr als 50% sowie
im Korrosionstest gemäß ASTM G67 nach einer vorherigen
Sensibilisierungsglühung für 17h bei 130°C einen Massenverlust von weniger als
15 mg/cm2 aufweist.
7. Aluminiumlegierungsband oder -blech nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Mg-Gehalt des Aluminiumlegierungsbandes 4,2 Gew.-% bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 4,2 Gew.-% bis 5,2 Gew.-% beträgt.
8. Aluminiumlegierungsband oder -blech nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Mn-Gehalt des Aluminiumlegierungsbandes 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% beträgt.
9. Aluminiumlegierungsband oder -blech nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Cr-Gehalt des Aluminiumlegierungsbandes weniger als 0,01 Gew.-% beträgt.
10. Aluminiumlegierungsband oder -blech nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aluminiumlegierungsband eine oder mehrere der folgenden Beschränkungen der Anteile der Legierungsbestandteile in Gew.-% aufweist: Si < 0,2 %,
Fe < 0,35 % oder
Zn < 0,01 %.
Aluminiumlegierungsband oder -blech nach Anspruch 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aluminiumlegierungsband eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist:
eine Streckgrenze Rp0,2 von mehr als 200 MPa,
eine Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 15 %,
eine Brucheinschnürung Z von mindestens 55% oder
im Korrosionstest gemäß ASTM G67 nach einer vorherigen
Sensibilisierungsglühung für 17h bei 130°C einen Massenverlust von weniger als
10 mg/cm2 aufweist.
Aluminiumlegierungsband oder -blech nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
das Aluminiumlegierungsband eine Dicke von 0,5 bis 5,0 mm, vorzugsweise bis 3,0 mm aufweist.
Verwendung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs nach
Ansprüche 6 bis 12 zur Herstellung von Strukturteilen oder
Fahrwerkskomponenten eines Kraftfahrzeugs.
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