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Dokumentenidentifikation DE69614264T2 13.06.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0832308
Titel BEHANDLUNG VON ALUMINIUMARTIKELN ZUR ERHÖHUNG DER EINBRENNHÄRTBARKEIT
Anmelder Kaiser Aluminum & Chemical Corp., Pleasanton, Calif., US
Erfinder SHEN, H., Tien, Pleasanton, US
Vertreter Beetz & Partner, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69614264
Vertragsstaaten CH, DE, ES, FR, GB, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.05.1996
EP-Aktenzeichen 969138577
WO-Anmeldetag 02.05.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/US96/05919
WO-Veröffentlichungsnummer 0009638598
WO-Veröffentlichungsdatum 05.12.1996
EP-Offenlegungsdatum 01.04.1998
EP date of grant 01.08.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.06.2002
IPC-Hauptklasse C22F 1/04

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Erfindungsbereich

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines Werkstoffs aus Aluminiumlegierung, die eine verbesserte Bake Hardenability (Härtbarkeit durch Wärmeeinbringung) aufweist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Aluminiumlegierungsprodukt der Aluminiumlegierung von Aluminium Association ("AA") Serie 6000, das ein verbessertes Paint Bake Response (Verhalten nach Wärmeeinbringung durch Lackeinbrennen) für die Verwendung im Fahrzeugbau, wie z. B. für Autobleche, aufweist.

Beschreibung der zugehörigen Technik

Blechprodukte aus Aluminiumlegierungen, wie z. B. Kfz- Bleche, werden allgemein von Fachleuten bei der Fahrzeugherstellung eingesetzt. Aluminiumbleche werden aufgrund ihres geringen Gewichtes bevorzugt. Es ist wichtig, dass Kfz-Bleche zusätzlich zu dem geringen Gewicht gute Festigkeitseigenschaften besitzen und eine gute Verformbarkeit bei Raumtemperatur aufweisen. Daher bemühen sich die Fachleute seit vielen Jahren, Aluminiumlegierungsprodukte für die Automobilindustrie herzustellen, die diese beiden Anforderungen erfüllen. Zum Beispiel beschreibt das an Hyland et al. erteilte U.S.-Patent Nr. 4,784,921 ein Fahrzeugmaterial aus ein er Aluminiumlegierung der Legierungsserie AA 2000 mit verbesserten Festigkeits- und Umformeigenschaften. In diesem Referenzpatent wird erläutert, dass die verbesserten Eigenschaften durch Lösungsglühen bei Temperaturen zwischen 482ºC (900ºF) und 593ºC (1100ºF) erzielt werden, um eine Struktur mit feinen Korngrößen zu erreichen, danach wird das Produkt kurz mit einer Abkühlrate von mindestens 5, 6ºC/s (10ºF/s), vorzugsweise mit mindestens 168ºC /s (300ºF/s), von Lösungsglühtemperatur hinunter auf 177ºC (350ºF) oder niedriger abgeschreckt. Das Abkühlen von 177ºC (350 0F) auf Raumtemperatur wird mit einer relativ niedrigen Abkühlungsrate erreicht, wobei Luft als Kühlmedium verwendet wird. Das abgeschreckte Produkt wird dann ausgelagert, damit die mechanischen Eigenschaften einen weitgehend stabilen Grad erreichen. Es wird nachgewiesen, dass der auf diese Weise bearbeitete Kfz-Werkstoff viele Monate lang eine stabile Festigkeit bei guter Verformbarkeit aufweist. Die Legierungen von Aluminium Association ("AA") Serie 6000 stellen ein zusätzliches Problem. Die natürliche Alterung der Legierungen der AA-Serie 6000 bei Raumtemperatur wirkt sich nachteilig auf den künstlichen Alterungsprozess aus. Die während der natürlichen Alterung gebildeten Cluster sind zu klein. Obwohl diese kleinen Cluster bei längerer Auslagerung bei Raumtemperatur größer werden, erreichen sie trotzdem nicht die kritische Größe, um unter der nachfolgenden Temperatureinbringung für künstliches Altern stabil zu bleiben. Außerdem wird durch das Vergrößern dieser Cluster während des natürlichen Alterns die Übersättigung an gelösten Zusätzen in der Matrix beeinträchtigt. Diese beiden Mechanismen behindern die Ausscheidung von Mg&sub2;Si während der künstlichen Alterung. Daraus ergibt sich, dass das Verhalten des Werkstoffs bei künstlicher Alterung (Artificial Aging Response) durch längere Auslagerung bei Raumtemperatur abnimmt, was eine Verringerung der mechanischen Eigenschaften der Legierung AA 6000 nach künstlicher Alterung zur Folge hat.

Idealerweise würde das Blech nach dem Umformen einer separaten Alterungsbehandlung unterzogen, um die Festigkeit speziell für die Legierungsserie AA 6000 maximal zu erhöhen. Aus Gründen der Kostenersparnis bei der Kfz-Produktion ist es aber erforderlich, dass die Metallfestigkeit durch die Wärmeeinbringung erreicht wird, die zum Lackeinbrennen an dem teilmontierten Fahrzeug erfolgt. Leider sind die Lackeinbrenntemperaturen niedriger als der optimale Wert, und die Blecheigenschaften müssen verändert werden, damit sich die beim Lackeinbrennen erreichten Festigkeitswerte erhöhen.

Von Fachleuten wurden mehrere Versuche unternommen, Legierungen der Serie AA 6000 so zu behandeln, dass sie eine verbesserte Bake Hardenability (Härtbarkeit durch Wärmeeinbringung) oder ein verbessertes Paint Bake Response (Verhalten nach Wärmeeinbringung durch Lackeinbrennen) aufweisen. Zum Beispiel wird in dem an Komatsubara et al. erteilten U.S.-Patent Nr. 4,718,948 ein Walzblech aus einer Aluminiumlegierung beschrieben, das eine gute Verformbarkeit für Kfz-Zwecke aufweist. Die Blechprodukte aus einer Aluminiumlegierung der Serie AA 600() enthalten einen relativ hohen Anteil an Silikon von I,25 bis 2,5 Gewichtsprozent. Der Werkstoff wird zunächst bei etwa 538ºC (1000ºF) lösungsgeglüht und dann auf Raumtemperatur mit einer Abkühlrate von etwa 1000ºC/min (1800 Fº/min) abgeschreckt. Die abgeschreckten Bleche werden dann etwa zwei Wochen lang bei Raumtemperatur ausgelagert, und die ausgehärteten Blechprodukte sollen verbesserte mechanische Eigebschaften und eine bessere Umformeigenschaften aufweisen, besonders eine verbesserte Bake Hardenability (Härtbarkeit durch Wärmeeinbringung).

Ähnlich dazu beschreibt das ebenfalls an Komatsubara et al. erteilte U.S.-Patent Nr. 4,808,247 ein Walzblech aus einer Aluminiumlegierung der Serie AA 6000 mit verbesserter Verformbarkeit und Streckgrenze. Diese verbesserten Eigenschaften können, so das Referenzpatent, dadurch erreicht werden, dass das Blech aus einer Aluminiumlegierung mindestens 5 Sekunden lang bei Temperaturen zwischen 500 und 580ºC lösungsgeglüht, danach kurz auf Raumtemperatur mit einer Abkühlrate im Bereich von 5-300ºC/s abgeschreckt wird. Wenn keine besondere Blechebenheit und lediglich eine hohe Festigkeit gefordert ist, werden Abschreckraten über 300ºC/s durch das Patent empfohlen.

Auch das an Matsuo et al. erteilte U.S.-Patent Nr. 4,897,124 betrifft ein Walzblech aus einer Aluminiumlegierung der Serie AA 6000 (Aluminium- Silikon-Magnesium) mit verbesserten Eigenschaften, wie zum Beispiel guter Verformbarkeit, Bruchdehnung, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Wenn das Blech aus Aluminiumlegierung nach diesem Referenzpatent für Kfz-Karosseriebleche verwendet wird, weisen diese Karosseriebleche eine verbesserte Post-Bake Strength (Festigkeit nach Wärmeeinbringung) auf. Um diese verbesserten Eigenschaften zu erreichen, wird das Walzblech bei 450-590ºC lösungsgeglüht, danach kurz mit. einer Abkühlrate nicht unter 5ºC/s auf Raumtemperatur abgeschreckt.

Die oben genannten Referenzpatente beschreiben allgemein Lösungsglühbehandlungen, auf die ein kurzes Abschrecken auf Raumtemperatur folgt, um ein verbessertes Paint Bake Response(Verhalten nach Wärmeeinbringung durch Lackeiribrennen) zu erreichen. Nach dem an Uchida et al. erteilten U.S.-Patent Nr. 5.266.130 wird ein zweistufiges Abschreckverfahren verwendet, um ein Walzblech aus einer Aluminiumlegierung der Serie AA 6000 mit verbesserter Formbeständigkeit und Bake Hardenability (Härtbarkeit durch Wärmeeinbringung) herzustellen. Diese verbesserten Eigenschaften werden insbesondere durch Lösungsglühen des Walzblechs bei 450-580ºC und durch den nachfolgenden zweistufigen Abschreckprozess erreicht. Bei der ersten Stufe des Abschreckprozesses wird das lösungsgeglühte Blech mit einer Abkühlrate von 20()º C/min oder höher auf eine Temperatur im Bereich VOn 60-250ºC abgekühlt, danach erfolgt eine zweite Abschreckstufe mit einer bedeutend langsameren Abkühlrate bis zu einer Endtemperatur von 50ºC. Im Referenzpatent wird darauf hingewiesen, dass die zweite Stufe zur Vermeidung von GP-Zonen und der daraus resultierenden schlechten Bake Hardenability (Härtbarkeit durch Wärmeeinbringung) mit einer geringen Abkühlrate erfolgen muss. Der Hauptnachteil dieses Referenzpatentes besteht darin, dass das Blech nicht unter 50ºC (122 Fº) abkühlen darf. Eine Abkühlung unter 50ºC (122 Fº) würde wahrscheinlich die Bildung von GP-Zonen und eine schlechte Bake Hardenability (Härtbarkeit durch Wärmeeinbringung) zur Folge haben. Dies ist eine nachteilige Einschränkung für die Praxis, da es beim Betrieb industrieller Anlagen erforderlich ist, das Blechmaterial mehrere Stunden lang bei Raumtemperatur aufzubewahren, bevor es weiter verarbeitet werden kann.

EP 480 402 beschreibt ein Verfahren für das Voraltern von Blechen aus Aluminiumlegierung.

Normalerweise wird Aluminiumblech in Coils gefertigt und erfordert viele Fertigungsschritte einschließlich Warmwalzen, Kaltwalzen, Beschneiden, Glühen, Wärmebehandlung, Abschrecken und Richten. Aus wirtschaftlichen Gründen wird das Blech kontinuierlich als Band von einem Prozessschritt zum nächsten geführt. Aufgrund dieses kontinuierlichen Vorgangs stehen die einzelnen Prozessschritte unter bestimmten Vorgaben und müssen an die Bandgeschwindigkeit angepasst werden, die wiederum von der Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses bestimmt wird.

Obwohl der Gesamtablauf von der Bandgeschwindigkeit abhängt, können die einzelnen Fertigungsschritte durch zahlreiche Maßnahmen geregelt werden, dazu gehören unter anderem die Temperaturregelung und Bestimmung des Fertigungsweges innerhalb der Prozessanlagen, wodurch de facto die Dauer bestimmt wird, die für das Aluminium in den einzelnen Prozessschritten zur Verfügung steht.

Der Dauer eines einzelnen Prozessschrittes sind jedoch praktische Grenzen gesetzt, da es zum Beispiel notwendig ist, vorhandene Anlagen zu nutzen und Längenbeschränkungen der Prozessanlagen zu berücksichtigen. Erforderlich ist also ein Prozess, bei dem die vorhandene Wärmebehandlungsanlage verwendet wird, ohne die Fertigungsstraße mit unwirtschaftlich langsamen Geschwindigkeiten fahren zu müssen. Eine Lösung kann bei diesen Voraussetzungen so aussehen, dass die Aluminiumlegierung aus dem kontinuierlichen Prozess herausgenommen und in diskontinuierlicher Arbeitsweise bearbeitet wird. Es wäre bei dieser diakontinuierlichen Arbeitsweise allerdings erforderlich, dass das Aluminiumblech mehrere Stunden oder sogar bis zu einem Tag lang normalerweise bei Raumtemperatur gehalten oder aufbewahrt wird, bevor es weiterbearbeitet werden kann.

Es fehlt also ein Produktionsverfahren, nach dem Walzblech aus einer Aluminiumlegierung der Serie AA 6000 so behandelt wird, dass es eine verbesserte Verformbarkeit und eine Festigkeitssteigerung nach dem Aushärten bei niedriger Temperatur aufweist, wie zum Beispiel durch den Paint-Baking-Verfahrensschritt (Lackeinbrennzyklus), der zum Aushärten von Beschichtungen auf neuen Fahrzeugen erfolgt, und dass das Walzblech trotzdem vor der Weiterverarbeitung bis zu einem Tag lang bei Raumtemperatur ausgelagert werden kann, ohne dass die physikalischen Eigenschaften sich nach dem Paint-Baking-Verfahrensschritt bedeutend vermindert hätten. Ziel dieser Erfindung ist es daher, ein solches Verfahren zur Verfügung zu stellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumwerkstoffs in folgenden Verfahrensschritten: (a) Bereitstellung von Vormaterial aus einer Aluminiumlegierung, die 0,40 bis 1,50 Gewichtsprozent Silikon enthält, 0,20 bis 1,50 Gewichtsprozent Magnesium, bis zu 1,20 Gewichtsprozent Kupfer, 0,02 bis 0,20 Gewichtsprozent eines Elementes entweder aus Mangan oder Chrom, einen erheblichen verbleibenden Anteil Aluminium, unerwünschte Elemente und Unreinheiten; (b) Warmumformen des Werkstoffs: (c) Lösungsglühen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 482ºC (900ºF) bis 593ºC (1100ºF) für die Dauer von etwa 2,0 Sekunden bis zu etwa 30 Minuten; (d) kurzes Abschrecken für die Dauer von mindestens 30 Sekunden mit einer Abkühlrate von mindestens etwa 111ºC (200 ºF')/Sekunden von Lösungsglühtemperatur hinunter auf eine Temperatur von 177ºC (350ºF) oder niedriger; (e) Abkühlen auf Raumtemperatur; (f) auf Raumtemperatur bis zu 24 Stunden lang auslagern; und (g) für die Dauer von etwa 24 Stunden bis 2,0 Minuten wieder auf eine Temperatur in Bereich von etwa 66ºC (150ºC) bis 182 ºC (360ºF) erwärmen.

Die bisher genannten und die weiteren Ziele, Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform deutlicher, in der auf die Zeichnungen verwiesen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Fig. 1 zeigt einen kontrollierten Abkühlungswärmeverlauf nach dem Lösungsglühen an einer Abkühltemperaturschwelle von 121ºC (250ºF) entsprechend der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zu der früheren Technik.

Die Fig. 2 zeigt einen kontrollierten Abkühlungswärmeverlauf nach dem Lösungsglühen an einer Abkühltemperaturschwelle von 93ºC (200ºF) entsprechend der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zu der früheren Technik.

Die Fig. 3 zeigt einen kontrollierten Abkühlungswärmeverlauf nach dem Lösungsglühen an einer Abkühltemperaturschwelle von 66ºC (150ºF) entsprechend der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zu der früheren Technik.

Die Fig. 4 ist eine Grafik, in der die Streckgrenze erfindungsgemäß als Funktion der Verzögerungszeit zwischen dem Abschrecken und dem Voraltern dargestellt ist.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Diese Erfindung betrifft Walzblechprodukte aus einer Aluminiumlegierung der Serie AA 6000, die erheblich verbesserte Umformeigenschaften und Post-Bake- Festigkeit aufweisen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung eines verbesserten Walzblechs aus einer Aluminium-Silikon- Magnesium-Legierung zur Verwendung in der Kfz- Industrie, die Produkte mit guter Umformbarkeit und hoher Festigkeit benötigt. Das Verfahren beinhaltet die Bereitstellung von Vormaterial bestehend aus einer Aluminiumlegierung mit 0,40 bis 1,50 Gewichtsprozent Silikon, 0, 20 bis 1, 50 Gewichtsprozent Magnesium, 0,02 bis 0,20 Gewichtsprozent entweder Mangan oder Chrom, 0,20 bis 1,20 Gewichtsprozent Kupfer, der erhebliche verbleibende Anteil aus Aluminium, unerwünschte Elemente und Unreinheiten; Warmumformen des Werkstoffs: Lösungsglühen bei einer Temperatur im Bereich von 482ºC (900ºF) bis 593ºC (1100ºF) für die Dauer von etwa 2,0 Sekunden bis zu 30 Minuten; kurzes Abschrecken mit einer Abkühlrate von mindestens 200ºF/Sekunde auf eine Schwellentemperatur im Bereich von 66ºC (150ºF) bis 121ºC (250ºF); bis zu 24 Stunden Abkühlung auf Raumtemperatur; und erneutes Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 66ºC (150 ºF) bis 182ºC (360ºF) für die Dauer von 24 Stunden bis zu zwei Minuten. Je höher die Wiedererwärmungstemperatur, desto weniger Zeit wird für die Erreichung des gewünschten Ergebnisses benötigt.

Die erfindungsgemäße chemische Zusammensetzung der Legierung ist ähnlich den Legierungen der Serie AA 6000. Eine bevorzugte Legierung sollte aus 1.0 bis 1.3 Gewichtsprozent Silikon bestehen, 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Magnesium, bis zu 0,70 Gewichtsprozent Kupfer, 0,02 bis 0,20 Gewichtsprozent entweder Mangan oder Chrom, einem erheblichen verbleibenden Anteil Aluminium, unerwünschten Elementen und Unreinheiten;

Verfahrensschritt Warmumformen

Zunächst wird der Werkstoff warm umgeformt. Je nach Art des herzustellenden Produktes kann es entweder warmgewalzt, stranggepresst geschmiedet oder auf eine ähnliche Weise warm umgeformt werden. Mein neues Verfahren ist besonders für die Herstellung von Kfz- Karosserieblechen geeignet, und ich ziehe daher eine Warmwalzbearbeitung vor, bei der der Werkstoff für die Dauer von 1 bis 24 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von etwa 427ºC (800ºF) bis 593ºC (1100ºF) erhitzt wird. Am besten wird der Werkstoff für die Dauer von 1 bis 6 Stunden auf eine Temperatur zwischen 527ºC (980ºF)und 552ºC (1025ºF) erhitzt, um eine Messdicke zwischen 5 und 2,5 mm (0,20 bis 0,10 Zoll) zu erreichen. Im Allgemeinen führe ich das Warmwalzen bei einer Anfangstemperatur von 427ºC (800ºF) bis 538ºC (1000ºF) oder sogar höher aus, soweit der Block nicht · schmilzt oder anderweitig beschädigt wird.

Als Option kann der Werkstoff vor dem Warmumformen homogenisiert werden, um eine möglichst gleichförmige Verteilung der Legierungselemente zu erhalten. Im Allgemeinen führe ich die Homogenisierung durch Erwärmen des Werkstoffs für die Dauer von mindestens 1 Stunde auf eine Temperatur zwischen etwa 482ºC (900 ºF)und 593ºC (1100ºF)durch, um lösliche Elemente zu lösen und die innere Struktur des Metalls zu homogenisieren. Vorzugsweise homogenisiere ich 4 bis 6 Stunden lang bei etwa 552ºC (1025ºF).

Verfahrensschritt Kaltumformen

Je nach herzustellender Blechart kann nach dem Warmwalzen zusätzlich kalt umgeformt werden, um die Blechdicke weiter zu reduzieren. Vorzugsweise lasse ich das Blech auf unter 38ºC (100ºF), am besten auf Raumtemperatur, abkühlen, bevor ich mit dem Kaltwalzen beginne. Vorzugsweise reduziere ich beim Kaltwalzen die Blechdicke um mindestens 40%, am besten auf 50 bis 70 % des Warmwalzmaßes. In einer alternativen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, dass die oben beschriebene Legierung der Serie AA 6000 bereitgestellt, dann als Band gegossen und der Werkstoff kalt- anstatt warmgewalzt wird.

Verfahrensschritt Lösungsglühen

Nach dem Kaltwalzen (oder Warmwalzen, wenn nicht kalt gewalzt wird) wird der Werkstoff lösungsgeglüht. Im Allgemeinen lasse ich das Lösungsglühen für die Dauer von 2 Sekunden bis 30 Minuten bei einer Temperatur zwischen 482ºC (900ºF) und 593ºC (1100 ºF) erfolgen. Es ist wichtig, den Werkstoff schnell zu erwärmen, vorzugsweise mit einer Erwärmungsrate von 55 ºC/min (100ºF/min) bis 1100ºC/min (2000ºF)/min. Vorzugsweise lasse ich das Lösungsglühen für die Dauer von 3 bis 10 Minuten bei einer Temperatur zwischen 538 ºC (1000ºF) und 555ºC (1030ºF) erfolgen. Am besten erfolgt das Lösungsglühen mit einer Erwärmungsrate von 550ºC/min (1000ºF/min)etwa 10 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 546ºC (1015ºF).

Verfahrensschritt kurzes Abschrecken

Nach dem Lösungsglühen lasse ich den Werkstoff kurz abkühlen, um das unkontrollierte Ausscheiden der Sekundärphasen, wie zum Beispiel Mg&sub2;Si, gering zu halten. Im Allgemeinen schrecke ich mit einer Abkühlrate von mindestens 110ºC/s (200ºF/s) von Lösungsglühtemperatur auf eine Temperatur von 177ºC (350%") oder niedriger herunter. Vorzugsweise schrecke ich mit einer Abkühlrate von mindestens 165ºC/s (300 ºF,/s)ab hinunter auf einen Temperaturbereich von etwa 88ºC (190ºF) bis 99ºC (210ºF). Am besten erfolgt das Abschrecken durch Besprühen mit Hochdruckwasser oder Eintauchen in ein Wasserbad, allgemein mit einer Abschreckrate von mindestens 275ºC/s (500ºF/s)auf eine Temperatur von etwa 98ºC (200ºF). Im Allgemeinen halte ich den Werkstoff mindestens etwa 30 Sekunden lang auf der abgekühlten Temperatur, am besten etwa 2 bis 20 Minuten lang.

Durch kurzes Abschrecken mit mindestens 110ºC/s (200ºF/s) wird die intergranulare Korrosionsneigung vermieden, die durch Ausscheidung an den Korngrenzen hervorgerufen wird. Wichtig ist, dass durch diese Vorgehensweise das wärmebehandelte Blech abkühlt und auf Temperaturen unter 49ºC (120%F) gelagert werden kann, ohne dass sich GP-Zonen bilden, die für das nachfolgende künstliche Altern nachteilig wären.

Auslagern bei Raumtemperatur

Nach dem Verfahrensschritt Abschrecken kann der Werkstoff dann auf natürliche Weise durch die Luft bei Raumtemperatur abkühlen. Im Allgemeinen lasse ich den Werkstoff bei einer Abkühlrate von 1ºC /s (1,8ºF/s) durch die Luft abkühlen. Dann kann der Werkstoff bei Raumtemperatur bis zu 24 Stunden lagern, allerdings sollte er vorzugsweise weniger als 6 Stunden bei Raumtemperatur gelagert werden. Diese Auslagerungsdauer oder Verzögerungszeit ist ein wichtiger Vorteil meiner Erfindung.

Bei der industriellen Herstellung von

Aluminiumblech sind viele Verfahrensschritte erforderlich, wie zum Beispiel das Warm- und Kaltwalzen, die Wärmebehandlung, das Glühen usw. Vorzugweise wird das Blech als Band kontinuierlich von einem Verfahren zum anderen geführt. Dabei muss das gesamte Verfahren allerdings so langsam geführt werden, dass es sich an den langsamsten Verfahrensschritt anpasst. Alternativ können einige der langsameren Verfahrensschritte diskontinuierlich erfolgen, so dass die verbleibenden kontinuierlichen Verfahrensschritte effizienter bei höheren Geschwindigkeiten vorgenommen werden können. Bei diskontinuierlicher Arbeitsweise ist es erforderlich, dass das Blech mehrere Stunden oder sogar einen ganzen Tag lang, im Allgemeinen bei Raumtemperatur, gehalten oder ausgelagert wird, bevor es diskontinuierlich weiterbearbeitet werden kann. Außerdem kann das Aluminiumblech bei Raumtemperatur sofort nach der diskontinuierlichen Bearbeitung ausgelagert werden, bevor die weitere kontinuierliche Bearbeitung beginnen kann. Erfindungsgemäß kann mit einer flexiblen Auslagerungsdauer gearbeitet werden, in der das Blech bei Raumtemperatur gelagert werden kann, ohne dass daraus eine bedeutende Verschlechterung der metallurgischen Eigenschaften resultieren würde.

Verfahrensschritt Voralterung

Nach der Haltezeit lasse ich das Blech durch erneutes Erwärmen auf eine Temperatur zwischen etwa 66ºC (15D ºF) und 182ºC (360ºF) für die Dauer von etwa 24 Stunden bis 2 Minuten voraltern. Je höher die Temperatur, desto geringer ist die erforderliche Dauer, um das gewünschte Voraltern zu erreichen. Vorzugsweise erwärme ich auf eine Temperatur zwischen etwa 88ºC (190ºF) und 99ºC (210ºF) für die Dauer von 1,5 bis 0,5 Stunden, am besten ist Erwärmung auf etwa 93ºC (200ºF) und Halten für die Dauer von etwa 1 Stunde.

Kontrollierter Wärmeverlauf

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 3 beschreibe ich jetzt drei erfindungsgemäße Ausführungsformen im Vergleich zu der vorherigen Technik. Die vorherige Technik wird allgemein durch das an Uchida et al. erteilte U.S.-Patent Nr. 5.266.130 beschrieben. In den Fig. 1, 2 und 3 wird meine Erfindung mit den Erkenntnissen von Uchida et al. an den Abkühltemperaturschwellen von 121ºC (250ºF) 93ºC (200ºF) und 66ºC (150ºF) verglichen. Die Fig. I, 2 und 3 zeigen einen wichtigen Vorteil meiner Erfindung: Die Möglichkeit, wärmebehandeltes Blech bei einer Temperatur unter 122ºF (50 ºC) bis zu 24 Stunden lang lagern zu können, ohne die Festigkeitseigenschaften des Blechs zu verringern.

BEISPIEL

Zur Demonstration der vorliegenden Erfindung habe ich zunächst eine Legierung in Form eines direktabgeschreckten Gussblocks mit folgender Zusammensetzung vorbereitet:

Element Gewichtsprozent

Si 1,26

Mg 0,79

Cu 0,71

Fe 0,13

Cr 0,049

Ich habe den Gussblock vier Stunden lang auf 552ºC (1025ºF) vorgewärmt, dann durch die Luft abkühlen lassen. Anschließend habe ich 6,3 mm (0,25") von den oberen und unteren Walzflächen abgenommen. Nach einer einstündigen erneuten Erwärmung auf 502ºC (950ºF)habe ich auf ein Maß von 3,2 mm (0,125") warmgewalzt. Nach dem Warmwalzen habe ich das Band bei einer Temperatur von 343ºC (650ºF) 2 Stunden lang geglüht und es dann auf das Endmaß von 1 mm (0,04") kaltgewalzt. Anschließend habe ich Probestücke 15 Minuten lang bei 546ºC (1015ºF) lösungsgeglüht und sie 3 Minuten lang in 93ºC (200ºF) Warmem Wasser abgeschreckt. Nach dem Abschrecken habe ich die Probestücke bei Raumtemperatur abkühlen lassen und zwischen 1 bis 24 Stunden auf Raumtemperatur ausgelagert, bevor ich sie künstlich durch erneutes Erwärmen auf 93ºC (200ºF) gealtert habe. Nach der zweistufigen Alterung habe ich die Probestücke 11 Tage lang natürlich altern lassen, bevor zwei Lackeinbrennsimulierungen vorgenommen wurden: Eine davon 20 Minuten lang bei 150ºC (302ºF)und die andere 45 Minuten lang bei 180ºC (356ºF).

In Tabelle 1 ist die Wirkung der Verzögerungszeit während der zweistufigen Alterung auf das Paint Bake Response (Verhalten nach Wärmeeinbringung durch Lackeinbrennen) zusammengefasst, wobei die Wirkung an Hand der Streckgrenze nach den zwei simulierten Lackeinbrennzuständen gemessen wurde.

TABELLE 1 STRECKGRENZE (MPa)

Die Fig. 4 zeigt die Wirkung der Verzögerungszeit auf das Paint Bake Response (Verhalten nach Wärmeeinbringung durch Lackeinbrennen). Bei einer Verzögerungszeit von 6 Stunden Dauer nach dem Abschrecken mit 93ºC (200ºF) wurde keine bedeutende Verschlechterung beim Paint Bake Response beobachtet. Bei den Probestücken mit einer Verzögerung von 24 Stunden verschlechterte sich der Wert für das Paint Bake Response (Verhalten nach Wärmeeinbringung durch Lackeinbrennen) auf einen Wert ähnlich demjenigen von Probestücken, die lediglich 3 Minuten lang mit 200ºF warmem Wasser abgeschreckt worden waren. Das Paint Bake Response (Verhalten nach Wärmeeinbringung durch Lackeinbrennen) nach natürlichem Altern von 11 Tagen war allerdings immer noch besser bei dem Probestück, das mit 98ºC (200ºF) warmem Wasser für die Dauer von 3 Minuten abgeschreckt worden war, als bei dem Probestück, das mit 21ºC (70ºF) warmen Wasser abgeschreckt worden war.

Nachdem ich das Prinzip meiner Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt und beschrieben · habe, sollte es für den Fachmann evident sein, dass die Erfindung in bezug auf die Anordnung und Einzelheiten abgeändert werden kann, ohne dass das Prinzip durchbrochen wird. Ich beanspruche alle Änderungen, die dem Geist und Umfang nach in den Bereich der mitgeltenden Ansprüche gehören.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumwerkstoff in folgenden Verfahrensschritten:

(a) Bereitstellung von Vormaterial bestehend aus einer Aluminiumlegierung, die 0,40 bis 1, 50 Gewichtsprozent Silikon enthält, 0,20 bis 1, 50 Gewichtsprozent Magnesium, bis zu 1, 20 Gewichtsprozent Kupfer, 0,02 bis 0,20 Gewichtsprozent eines Elementes entweder aus Mangan oder Chrom, einen erheblichen verbleibenden Anteil Aluminium, unerwünschte Elemente und Unreinheiten;

(b) Warmumformen des Werkstoffs;

(c) Lösungsglühen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 482ºC (900ºF) bis 593ºC (1100ºF) für die Dauer von etwa 2,0 Sekunden bis zu etwa 30 Minuten;

(d) kurzes Abschrecken für die Dauer von mindestens 30 Sekunden mit einer Abkühlrate von mindestens 111ºC/s (200ºF/s) von Lösungsglühtemperatur hinunter auf eine Temperatur von 177ºC (350 ºF) oder niedriger

(e) Abkühlen auf Raumtemperatur;

(f) bis zu 24 Stunden lang auf Raumtemperatur halten; und

(g) erneut für die Dauer von 24 Stunden bis zu 2,0 Minuten auf eine Temperatur in Bereich von 66ºC (150 ºE') bis 182ºC (360ºF) erwärmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung aus 1,0 bis 1, 3 Gewichtsprozent Silikon, 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Magnesium, 0,02 und 0,20 Gewichtsprozent Chrom und bis zu 0,70 Gewichtsprozent Kupfer besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung aus 1,0 bis 1, 3 Gewichtsprozent Silikon, 0,40 bis 0,80 Gewichtsprozent Magnesium, 0,02 und 0,20 Gewichtsprozent Mangan und bis zu 0,70 Gewichtsprozent Kupfer besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt (b) aus dem Bereich Homogenisierung, Warmwalzen, Strangziehen und Schmieden gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt (b) eine Homogenisierung der Legierung für die Dauer von etwa 1 bis 24 Stunden bei einer Temperatur zwischen 482ºC (800ºF) und 593ºC (1100ºF) sowie Warmwalzen umfasst, durch das eine Messdicke im Bereich von etwa 5 bis 2,5 mm (0,20 bis 0,10") erreicht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bearbeitung durch Kaltwalzen zusätzlich nach Verfahrensschritt (b) vorgesehen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt (c) ein Läsungsglühen für die Dauer von 3 bis 10 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 538ºC (1000) bis 555 ºC (1030ºF) umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt (d) ein kurzes Abschrecken für die Dauer von 1 Minute bis zu 1 Stunde mit einer Abschreckrate von mindestens 165ºC/s (300ºF pro Sekunde) auf eine Schwellentemperatur von 88ºC (19C) ºF) bis 99ºC (210ºF) umfasst.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt (f) das Auslagern auf Raumtemperatur bis zu 6 Stunden umfasst.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt (g) ein erneutes Erwärmen für die Dauer von 1, 5 Stunden bis zu 1/2 Stunde auf eine Temperatur im Bereich von 88ºC (190 ºF) bis 99ºC (210ºF) umfasst.







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