PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005045340A1 06.04.2006
Titel Verfahren zur Wärmebehandlung eines Aluminiumlegierungselements
Anmelder Corus Aluminium Walzprodukte GmbH, 56070 Koblenz, DE
Erfinder Kröpfl, Ingo Günther, 56751 Polch, DE
Vertreter Müller Schupfner Patentanwälte, 80336 München
DE-Anmeldedatum 22.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005045340
Offenlegungstag 06.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.04.2006
IPC-Hauptklasse C22F 1/04(2006.01)A, F, I, 20060111, B, H, DE
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines Aluminiumlegierungselements (1) mit einer Hauptfläche, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Unterziehen des Elements (1) einer Lösungsglühbehandlung, (b) Abschrecken des Elements und (c) Wiedererwärmen des Elements in einem Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt. Die Voralterungs-Wärmebehandlung wird durchgeführt, indem das Aluminiumlegierungselement (1) eng an einer Heizplatte (12) gehalten wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Produkt, das nach diesem Verfahren produziert wird, und eine Vorrichtung zum Durchführen der Voralterungs-Wärmebehandlung.

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines Aluminiumlegierungselements, das einen Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt umfasst, und eine Vorrichtung dafür.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Aluminiumlegierungselemente, die aus wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen hergestellt sind, werden bei einer Reihe von Anwendungen verwendet, die hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit beinhalten, wie Luftfahrzeugrümpfe, Fahrzeugelemente und andere Anwendungen.

Zum Herstellen eines Aluminiumlegierungselements, wie zum Beispiel ein Blech oder eine Platte, wird die Aluminiumlegierung entweder im direkten Kokillenguss zu Blöcken gegossen oder in der Form eines dicken Streifenmaterials stranggegossen und dann zu der gewünschten Dicke warmgewalzt und/oder kaltgewalzt. Das Element durchläuft dann Lösungsglühbehandlung. Lösungsglühbehandlung beinhaltet Erwärmen des Metalls auf eine geeignet hohe Temperatur (z. B. 450 bis 580 °C), um Auflösung zu einer festen Lösung von allen der löslichen Legierungsbestandteile, die sich während des Warm- und/oder Kaltwalzens von dem Muttermetall abgesetzt haben, herbeizuführen. Um diese Bestandteile in fester Lösung zu halten, wird das Metall schnell auf Umgebungstemperatur abgeschreckt, um eine feste übersättigte Lösung zu erzeugen. Normalerweise wird das Metall dann gealtert oder ausscheidungsgehärtet, indem das Metall für einen Zeitraum bei Raumtemperatur, oder bei einer höheren Temperatur zum Beschleunigen der Wirkung, gehalten wird, um die spontane Bildung feiner Niederschläge durch die Diffusion von Atomen in der übersättigten festen Lösung herbeizuführen, wobei sie feine Gießtrauben oder „Zonen" bilden.

Es ist des Weiteren bekannt, dass die Eigenschaften eines Aluminiumlegierungselements weiter verbessert werden können, indem das Element einer weiteren Wärmebehandlung nach dem Abschrecken unterzogen wird. Bei dieser sogenannten „Voralterungs"-Wärmebehandlung kommen manche der Atome in der übersättigten festen Lösung aus der Gitterstruktur heraus und bilden Keime für die Bildung feiner Gießtrauben. Dies dient zur Stabilisierung der Mikrostruktur.

US-3.135.633 offenbart eine solche Voralterungs- oder „Stabilisierungs"-Wärmebehandlung zum Verbessern der mechanischen Eigenschaften von Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen. Bei diesem Prozess werden legierte Schmiedeprodukte kontinuierlich durch einen ersten Ofen hindurchbewegt, um die relevanten Legierungselemente in feste Lösung zu führen, dann durch eine Abschreckkammer hindurch und in einen zweiten Ofen hinein, um einer stabilisierenden Voralterungsbehandlung unterzogen zu werden. Es wird angegeben, dass das Zeitintervall zwischen Abschrecken und Voralterung weniger als zehn Minuten betragen sollte. Um schnelles Aufheizen der Legierung, wenige Minuten nach dem Abschrecken beginnend, zu ermöglichen, wird der zweite Ofen durch Heißumluft erwärmt.

Eine Voralterungs-Wärmebehandlung wird des Weiteren in EP-0805879-B1 beschrieben. Bei dem offenbarten Verfahren wird das Metall direkt auf eine Spitzentemperatur in dem Bereich von 100 bis 300 °C, vorzugsweise in dem Bereich von 130 bis 270 °C erwärmt, wird für eine sehr kurze Verweildauer auf der Spitzentemperatur gehalten und wird dann direkt unter eine definierte Endtemperatur abgekühlt. Diese Behandlung wird daher in dem Fachgebiet außerdem als „Spiking (Zackenbildung)" bezeichnet, da das Profil der Temperatur-Zeit-Kurve für einen solchen Prozess an eine im Allgemeinen dreieckige, spitze oder leicht abgestumpfte Zacke erinnert. Zu der Behandlung wird berichtet, dass sie die Duktilität von Legierungen einer AA6xxx-Serie in der T4-Vergütung verbessert und gleichzeitig das Farbeinbrennverhalten maximiert.

Ein anderer Prozess, der eine Voralterungs-Wärmebehandlung beinhaltet, wird in EP-0480402-A1 offenbart. Der bekannte Prozess beinhaltet Abschrecken eines Aluminiumlegierungsblechs nach Lösungsglühbehandlung, wobei dem Blech ermöglicht wird, bei Raumtemperatur für weniger als 60 Minuten zu verharren, und das Blech für einen Zeitraum von 10 bis 500 Minuten bei einer Temperatur von 50 bis 150 °C gehalten wird.

EP-0679199-A1 offenbart außerdem einen Voralterungs- oder Vorvergütungsschritt bei einer Temperatur von 70 bis 150 °C zwischen dem Abschrecken nach der Lösungsglühbehandlung und Alterungsschritten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Wärmebehandlungsverfahren für Aluminiumlegierungselemente weiter zu verbessern, um die Eigenschaften des Endprodukts zu fördern.

Es ist eine weitere Aufgabe, die Vorrichtung, die zum Durchführen der Wärmebehandlung, im Besonderen der Voralterungsbehandlung nach der Lösungsglühbehandlung, erforderlich ist, zu vereinfachen.

Die vorliegende Erfindung löst eine oder mehrere der vorgenannten Aufgaben. Bevorzugte Ausführungen werden durch diese Spezifikation beschrieben und spezifiziert.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Wie hierin nachfolgend festzustellen ist, beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, alle Legierungsbezeichnungen und Vergütungsbezeichnungen auf die Bezeichnungen der Aluminium Association in den Aluminium Standards and Data (Aluminiumnormen und -daten) und den Registration Records (Registrierungsnachweisen), die von der Aluminium Association veröffentlicht wurden.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines Aluminiumlegierungselements mit einer Hauptfläche bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte umfasst: (a) Unterziehen des Elements einer Lösungsglühbehandlung, (b) Abschrecken des Elements, vorzugsweise durch eines von Sprühabschrecken oder Tauchabschrecken in Wasser oder anderen Abschreckmedien, und (c) Wiedererwärmen des abgeschreckten Elements in einem Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt, und wobei die Voralterungs-Wärmebehandlung durchgeführt wird, indem das Aluminiumlegierungselement eng an einer Hauptfläche einer Heizplatte gehalten wird.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Voralterungs-Wärmebehandlung besonders wirksam ist, wenn sie direkt nach dem Abschreckschritt des Elements, das die Lösungsglühbehandlung beendet, durchgeführt wird, um eine stabilisiertere Mikrostruktur des Aluminiumlegierungselements zu erzielen, ohne dass wesentliches natürliches Aushärten stattfindet. Stärker zu bevorzugen ist, dass die Voralterungsbehandlung innerhalb von einer Stunde nach dem Abschreckschritt durchgeführt wird, und die Zeitverzögerung wird normalerweise auf eine Angelegenheit von Minuten und möglicherweise sogar auf Sekunden reduziert. Aus diesem Grund zeitigt das Durchführen der Wärmebehandlung in einem Ofen keine idealen Ergebnisse, da das Element in den Ofen hineinbewegt werden muss und einige Zeit benötigt, um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Die Erfindung schlägt daher ein Verfahren ohne Nutzung eines Ofens für die Voralterungsbehandlung des Aluminiumlegierungselements vor, da die Voralterungsbehandlung außerhalb eines Ofens durchgeführt wird. Statt eines Ofens wird das Aluminiumlegierungselement eng an einer Heizplatte oder mit dieser verbunden gehalten und wird dadurch schnell aufgeheizt, um eine Voralterungsbehandlung zu erzielen. Die maximale Voralterungstemperatur kann innerhalb weniger Minuten erreicht werden, da Wärme von der Heizplatte auf das Aluminiumlegierungselement übertragen wird. Die Heizplatte wird vorzugsweise bereits vor dem Voralterungsschritt auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt.

Das Aluminiumlegierungselement, an dem dieses Verfahren durchgeführt wird, ist vorzugsweise ein Walzprodukt, typischerweise eine dünne Platte oder ein Blech mit einer Dicke von höchstens 15 mm und vorzugsweise in dem Bereich von 1,5 bis 6 mm.

Das Verfahren kann für die Behandlung einer wärmebehandelbaren Aluminiumlegierung, im Besonderen derer der Aluminiumlegierungen der Serien AA6xxx, AA2xxx oder AA7xxx, verwendet werden. Am stärksten wird bevorzugt, dass das Aluminiumlegierungselement aus der Gruppe bestehend aus AA6013, AA6056, AA6011, AA6016, AA2024, AA2524, AA2219, AA7074, AA7075, AA7050 und AA7055 gewählt wird.

Die Heizplatte ist vorzugsweise auch aus einer Aluminiumlegierung mit einer großen Heizleistung und einem höheren Schmelzpunkt relativ zu dem wärmebehandelten Aluminiumlegierungselement hergestellt. Im Besonderen können Aluminiumlegierungen der AA5xxx-Serien, wie zum Beispiel AA5026, und der AA3xxx-Serien verwendet werden. Bei dieser Ausführung ist die Dicke der Heizplatte wenigstens die Dicke des Aluminiumlegierungselements. Die erfahrene Person ist in der Lage, die Dicke der Heizplatte in Abhängigkeit von der Dicke des Aluminiumlegierungselements und der gewünschten Voralterungsbehandlungstemperatur und -zeit zu optimieren.

Bei einer anderen Ausführung ist die Heizplatte aus einem Stahl hergestellt.

Es gibt mehrere Arten, die Heizplatte vor dem Voralterungsschritt aufzuheizen. Bei einer Ausführung wird die Heizplatte zusammen mit dem Aluminiumlegierungselement in dem Ofen, der für die Lösungsglühbehandlung verwendet wird, platziert. Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, dass keine Zusatzausrüstung oder -zeit zum Aufheizen der Heizplatte benötigt wird. Vorzugsweise werden das Aluminiumlegierungselement und die Heizplatte beide im Wesentlichen horizontal gehalten und das Aluminiumlegierungselement wird vor Eintritt in den Ofen, der für die Lösungsglühbehandlung verwendet wird, einfach oben auf der Heizplatte platziert.

Vorzugsweise werden die Heizplatte und das Element bei allen drei Schritten des Lösungsglühbehandelns, Abschreckens und Voralterns mit ihren Hauptflächen eng aneinander gehalten. Das bedeutet, dass das Element durch Besprühen oder Kühlen von lediglich einer Seite abgeschreckt werden kann. Dies hat jedoch den Vorteil, dass das Element zum Erreichen einer Voralterungsbehandlung unmittelbar nach Abschluss des Abschreckens durch einen Wärmestrom von der nichtabgeschreckten Heizplatte zu dem Aluminiumlegierungselement wiedererwärmt wird.

Alternativ wird die Aluminiumplatte an beiden Seiten abgeschreckt und sie wird auf der Heizplatte platziert, um die gewünschte Voralterungsbehandlung zu erreichen.

Alternativ kann die Heizplatte in dem Ofen, der für die Lösungsglühbehandlung verwendet wird, platziert werden, bevor das Aluminiumlegierungselement lösungsglühbehandelt wird. Sobald sie aufgeheizt wurde, kann die Heizplatte während der Lösungsglühbehandlung und Abschreckung des Aluminiumlegierungselements in der Nähe der Abschreckvorrichtung gehalten werden. Da die Höchsttemperatur der Voralterungsbehandlung typischerweise niedriger als die Temperatur der Lösungsglühbehandlung ist, kann es sogar von Vorteil sein, die Heizplatte abkühlen zu lassen, bevor sie das Aluminiumlegierungselement aufnimmt. Nach dem Abschrecken wird das Aluminiumlegierungselement vorzugsweise oben auf die Heizplatte gehoben.

Eine weitere Alternative betrifft das elektrische Erwärmen der Heizplatte, zum Beispiel mit Hilfe von Heizspulen, die innerhalb der Heizplatte angeordnet sind. Bei dieser Ausführung wird bevorzugt, die Platte auf die gewünschte Voralterungstemperatur aufzuheizen, bevor die Voralterungs-Wärmebehandlung durchgeführt wird.

Die übliche Art, die Hauptfläche des Aluminiumlegierungselements eng an einer Hauptfläche der Heizplatte zu halten, besteht darin, sie horizontal eins auf dem anderen zu platzieren. Anordnungen, bei denen das Element und die Platte vertikal ausgerichtet werden, sind jedoch aus dem Schutzumfang nicht ausgeschlossen.

Um die Oberfläche des Aluminiumlegierungselements zu schützen und einen kleinen Zwischenraum zwischen der erwärmten Platte und dem Aluminiumlegierungselement sicherzustellen, wird eine Schutzschicht zwischen jedem Aluminiumlegierungselement und jeder Heizplatte platziert, um sie miteinander zu verbinden. Diese Schicht besitzt eine Dicke von vorzugsweise bis zu 5 mm und typischerweise eine Dicke von ungefähr 2 mm und ist aus einem Tuch oder Gewebe hergestellt, das aus einem isolierenden Material wie Glasgewebe, Keramik, Glaswolle, Mineralwolle oder, für niedrigere Temperaturen, aus einem Polymergewebe hergestellt ist. Die Verwendung der Schutzschicht führt außerdem zu einer kleinen Verzögerung des Wiedererwärmens des Aluminiumlegierungselements, was zur Folge hat, dass man das Element beim Abschreckvorgang schnell auf unter 100 °C abkühlen lässt, bevor es die Wärme von der Heizplatte empfängt, um eine Voralterungs-Wärmebehandlung zu erzielen.

Es ist außerdem möglich, mehr als eine Heizplatte zu verwenden. Bei einer bevorzugten Ausführung wird das Aluminiumlegierungselement während des Voralterungsschritts zwischen zwei Heizplatten schichtweise angeordnet gehalten. Diese Anordnung dient zum Geraderichten des Elements, so dass kein weiterer Nivellierungs- oder Streckvorgang erforderlich sein muss.

Nach einer alternativen Ausführung werden zwei Aluminiumlegierungselemente gleichzeitig wärmebehandelt, indem sie eng an gegenüberliegenden Seiten einer Heizplatte gehalten werden.

Die Voralterungsbehandlung nach der Erfindung wird durchgeführt, bevor das Aluminiumlegierungselement mit Hilfe von künstlichem Altern zu seiner Endvergütung gebracht wird. Eine typische Endvergütung wäre eine Vergütung, die aus der Gruppe bestehend aus T6, T79, T78, T77, T74, T73 und T8 gewählt wurde. Zum Beispiel wäre eine geeignete T73-Vergütung eine T7351-Vergütung und eine geeignete T74-Vergütung wäre die T7451-Vergütung.

Bei einer Ausführung kann nach der Voralterungsbehandlung und vor der abschließenden Endalterungsbehandlung das Aluminiumlegierungselement wahlweise zum Entspannen oder Verbessern von mechanischen Eigenschaften gestreckt oder gepresst oder anderweitig kaltumgeformt werden, wie zum Beispiel durch Nivellieren der Blech- oder Dünnplattenprodukte. Vorzugsweise beinhaltet der Streckvorgang nicht mehr als 8 % der Länge unmittelbar vor dem Streckvorgang und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 5 %. Im Besonderen können Aluminiumlegierungselemente der Legierungen der Serien AA6xxx und AA2xxx außerdem einem Kaltwalzvorgang mit einer Kaltwalzreduzierung in einem Bereich von bis zu 20 % unterzogen werden, um erreichbare mechanische Eigenschaften in der Endvergütung zu verbessern.

Bei einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Produkt, das durch das Verfahren nach dieser Erfindung erzielt wird. Das Endprodukt kann zum Beispiel für die Außenhaut von Luftfahrzeugrümpfen verwendet werden.

Die Erfindung stellt bei einem anderen Aspekt eine Vorrichtung zum Wärmebehandeln eines Aluminiumlegierungselements bereit, bestehend aus (a) einem Lösungsglühbehandlungsofen, b) einer Abschreckstation, c) einer Heizplatte zum Wiedererwärmen des Elements in einem Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt, indem eine Hauptfläche des Elements mit einer Hauptfläche der Heizplatte verbunden wird. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie keinen zweiten Ofen für die Voralterungs-Wärmebehandlung erfordert.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorgenannten und weitere Merkmale und Vorteile des Wärmebehandlungsverfahrens nach der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungen offensichtlich, wobei Bezug auf die angehängten Zeichnungen genommen wird, bei denen:

1 eine schematische Darstellung einer Wärmebehandlungseinrichtung nach dem Stand der Technik ist;

2 eine schematische Darstellung einer Wärmebehandlungseinrichtung ist, die ein Verfahren nach einer ersten Ausführung der Erfindung verwendet;

3 eine Temperatur-Zeit-Kurve für das Verfahren nach der ersten Ausführung ist;

4 eine als Querschnitt ausgeführte Ansicht einer Anordnung von Aluminiumlegierungselement und Heizplatte nach der ersten Ausführung ist;

5 eine als Querschnitt ausgeführte Ansicht einer Anordnung von zwei Elementen und der Heizplatte nach einer zweiten Ausführung ist;

6 eine schematische Darstellung einer Wärmebehandlungseinrichtung ist, die ein Verfahren nach einer dritten Ausführung der Erfindung verwendet;

7 eine als Querschnitt ausgeführte Ansicht einer Element/Heizplatte-Anordnung nach einer weiteren Ausführung ist.

1 zeigt eine Einrichtung nach dem Stand der Technik zum Wärmebehandeln eines Aluminiumlegierungselements (1). Das von dem Walzwerk kommende Element (1) wird in einem Horizontal-Durchlaufofen (4) lösungsglühbehandelt. Das Element (1) wird auf Rollen (6) durch den Ofen hindurchgefördert. Nach der Lösungsglühbehandlung wird das Element (1) mit Hilfe von Düsen (8a, 8b), die Abschreckwasser auf die oberen und unteren Flächen des Elements sprühen, abgeschreckt. Zum Wiedererwärmen des Elements (1) für die Voralterungs-Wärmebehandlung wird ein weiterer Horizontalofen (10) an dem Ende der Straße bereitgestellt. Somit erfordert das Verfahren nach dem Stand der Technik zwei Öfen. Der Voralterungsofen (10) muss speziell mit Heißumluft ausgestattet sein, um schnelles Wiedererwärmen des Elements (1) sicherzustellen.

Eine Einrichtung, die das Verfahren nach der ersten Ausführung der Erfindung implementiert, wird in 2 gezeigt. Die aus dem Werk kommende Platte (1) wird erneut in einem Horizontalofen (4) wärmebehandelt. Sie wird jedoch während der Behandlung oben auf einer Heizplatte (12) angeordnet. Nach der Lösungsglühbehandlung bleibt das Element (1) auf der Heizplatte, während sie das Abschrecken durchläuft. Daher werden nur die oberen Düsen (8a) zum Abschrecken des Elements (1) verwendet. Die Element/Platte-Anordnung wird dann auf Rollen (6) weitergefördert. Da die Platte (12) ebenso dick wie das Element (1) oder dicker als dieses ist und aus einem Material hoher Heizleistung und guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, wird die Platte (12) das Element (1) unmittelbar nach Beenden des Abschreckens wiedererwärmen. Die Heizrate und die Höchsttemperatur, die von dem Element erreicht wird, hängen von der Dicke und der Zusammensetzung der Heizplatte (12) in Bezug auf die Dicke und die Zusammensetzung des Elements (1) ab. Die Heizplatte ist vorzugsweise ungefähr 40 mm dick, d. h. dicker als das Element (1), und ist vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung der AA5xxx-Serie oder der AA3xxx-Serie hergestellt.

Die Temperaturprofilerfahrung durch das Element (1) wird in 3 gezeigt. Während der Lösungsglühbehandlung wird das Element (1) auf eine erste Temperatur T1, die zwischen 450 °C und 580 °C und typischerweise ungefähr bei 530 °C liegt, erwärmt. Das Metall wird für eine gewisse Zeit auf dieser Temperatur gehalten, wie auf dem Gebiet bekannt. Während des Abschreckens wird das Metall schnell auf eine Temperatur von 100 °C oder weniger, vorzugsweise auf Raumtemperatur (RT), abgekühlt. Durch nachfolgendes Platzieren des Elements oben auf der Heizplatte (12), wie in 2 gezeigt, wird das Element sofort auf eine Voralterungstemperatur T2 in dem Bereich von 100 °C bis 250 °C, vorzugsweise in dem Bereich von 150 bis 250 °C, wiedererwärmt. Das Element erreicht T2 innerhalb von wenigen Minuten und wird vorzugsweise für eine Zeit, die zum Erreichen der gewünschten Voralterungswirkung erforderlich ist, auf dieser Temperatur gehalten und die Haltezeit läge typischerweise in dem Bereich von bis zu 30 Minuten, vorzugsweise 10 bis 20 Minuten. Die gewählte Voralterungstemperatur und Haltezeit hängen von der Legierungszusammensetzung des Aluminiumlegierungselements ab. Die Voralterungsbehandlung wird abgeschlossen, indem das Aluminiumlegierungselement von der Heizplatte heruntergenommen wird. Das Element wird dann mit Hilfe von Wasserkühlung, Umluft auf Umgebungstemperatur abgekühlt oder wird beispielsweise auf einem Rollentisch belassen, um durch Freiluftkonvention abzukühlen. Zu der Kühlrate nach der Voralterungsbehandlung wurde festgestellt, dass sie nicht sehr kritisch ist.

Am stärksten zu bevorzugen ist, dass das Wiedererwärmen zum Erreichen der Voralterungswirkung innerhalb von einer oder zwei Minuten, vorzugsweise innerhalb von 0 bis 20 Sekunden, nach dem Abschrecken von der Lösungsglühbehandlung beginnt. Die Heizrate liegt vorzugsweise in dem Bereich von 10 bis 50 °C/min, so dass die endgültige Voralterungstemperatur innerhalb von 1 bis Minuten, vorzugsweise 5 Minuten, erreicht wird.

4 zeigt eine als Querschnitt ausgeführte vergrößerte Ansicht der Element/Platte-Anordnung. Zwischen Element und Platte ist eine Schutzschicht (14) angeordnet, um das Element (1) und die Platte (12) voneinander zu beabstanden und eine wärmeisolierende Schicht zwischen dem Element (1) und der Platte (12) bereitzustellen. Vorzugsweise ist die Schutzschicht (14) ungefähr 2 mm dick und aus einem wärmeisolierenden Gewebe, wie Glasgewebe, Glaswolle, Mineralwolle oder Polymergewebe, hergestellt. Jedoch kann auch ein anderes Material oder eine andere geeignete Art von Abstandshalter verwendet werden. Obwohl dies in 5 bis 7 nicht gezeigt wird, kann in jedem Fall eine Schutzschicht zwischen jedem Element (1) und jeder Heizplatte (12) vorhanden sein.

Nach einer zweiten Ausführung wird eine Heizplatte (12) schichtweise zwischen zwei Aluminiumlegierungselementen (1, 1') angeordnet, wie in 5 gezeigt. Die Anordnung nach 5 ermöglicht die gleichzeitige Voralterungsbehandlung von zwei Elementen (1, 1'). Die Heizplatte (12) muss ausreichend dick sein, um genügend Wärme zum Wiedererwärmen beider Elemente zu speichern, um die erforderliche Voralterungsbehandlung zu erreichen.

Diese ersten beiden Ausführungen sind für kontinuierliche Wärmebehandlung geeignet, bei der die Heizplatte(n) und das/die Aluminiumlegierungselement(e) bei allen Schritten des Lösungsglühbehandelns, Abschreckens und Voralterns aneinander angrenzend gehalten werden.

Es kann jedoch bei manchen Anwendungen vorteilhaft sein, die Heizplatte (12) vor dem Aluminiumlegierungselement (1) aufzuheizen. Diese Anordnung wird in 6 gezeigt. Hier wird die Platte (12) vor der Lösungsglühbehandlung des Elements (1) in dem Horizontalofen (4) erwärmt und dann beiseite platziert. Nach dem Abschrecken wird das Element (1) oben auf die Heizplatte (12) gehoben. Diese Ausführung besitzt den Vorteil, dass sich die Platte (12) vor dem Aufnehmen des Elements (1) auf die niedrigere Voralterungstemperatur in dem Bereich von 100 bis 250 °C abgekühlt haben kann. Alternativ kann das Element (1) vor der Heizplatte (12) durch den Lösungsglühbehandlungsofen hindurchgeführt werden. Die in 6 gezeigte Ausführung ermöglicht außerdem die Verwendung einer selbstheizenden Platte (12), die z. B. mit elektrischen Spulen ausgestattet ist und nicht in einem Ofen aufgeheizt werden muss.

Bei einer anderen Ausführung, die in 7 gezeigt wird, werden zwei Heizplatten (12, 12') vor dem Voralterungsschritt erwärmt und eine Heizplatte (12') wird oben auf dem Element (1) platziert. Dadurch wird das Element (1) geradegerichtet, so dass weiteres Streckformen möglicherweise nicht erforderlich ist.

Nachdem sich das Element auf Umgebungstemperatur abgekühlt hat, durchläuft das Element eine weitere Alterungsbehandlung, um ein kaltausgehärtetes Material mit dem gewünschten Satz von Eigenschaften für seine Anwendung zu produzieren.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Wärmebehandeln eines Aluminiumlegierungselements (1) mit einer Hauptfläche, folgende Schritte umfassend:

    a) Unterziehen des Elements (1) einer Lösungsglühbehandlung,

    b) Abschrecken des Elements (1),

    c) Wiedererwärmen des abgeschreckten Elements (1) in einem Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt und wobei die Voralterungs-Wärmebehandlung durch Verbinden der Hauptfläche des Elements (1) mit einer Hauptfläche einer Heizplatte (12) durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aluminiumlegierungselement (1) und die Heizplatte (12) während der Voralterungs-Wärmebehandlung im Wesentlichen horizontal, eins auf dem anderen, gehalten werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Aluminiumlegierungselement (1) und die Heizplatte (12) bei allen der Schritte (a) bis (c) miteinander verbunden sind.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Heizplatte (12) vor dem Voralterungsschritt und/oder während des Voralterungsschritts elektrisch aufgeheizt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, wobei die Heizplatte (12) vor dem Voralterungsschritt aufgeheizt wird, indem sie in einem Ofen (4), der für die Lösungsglühbehandlung verwendet wird, platziert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Aluminiumlegierungselement (1) nach dem Abschreckschritt auf die Heizplatte (12) gehoben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Aluminiumlegierungselement (1) und die Heizplatte (12) durch Platzieren einer Schutzschicht zwischen dem Aluminiumlegierungselement (1) und der Heizplatte (12) miteinander verbunden werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schutzschicht aus einem isolierenden Material, das aus der Gruppe bestehend aus Glasgewebe, Keramik, Glaswolle, Mineralwolle und Polymergewebe gewählt ist, hergestellt ist und vorzugsweise eine Dicke von bis zu 5 mm aufweist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Aluminiumlegierungselement (1) während des Voralterungsschritts zwischen zwei Heizplatten (12, 12') schichtweise angeordnet gehalten wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein zweites Aluminiumlegierungselement (1') mit einer seiner Hauptflächen während des Voralterungsschritts eng mit der zweiten Hauptfläche der Heizplatte (12) verbunden ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Aluminiumlegierungselement (1) ein Walzprodukt ist und vorzugsweise eine Dicke von höchstens 15 mm und vorzugsweise in dem Bereich von 1,5 bis 6 mm aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Aluminiumlegierungselement (1) aus einer wärmebehandelbaren Aluminiumlegierung der Serien AA2xxx, AA6xxx oder AA7xxx besteht.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Aluminiumlegierungselement (1) aus einer wärmebehandelbaren Aluminiumlegierung, die aus der Gruppe bestehend aus AA2024, AA2524, AA2219, AA6013, AA6056, AA6011, AA6016, AA7074, AA7075, AA7055 und AA7050 gewählt ist, besteht.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Aluminiumlegierungselement (1) für die Außenhaut eines Luftfahrzeugrumpfes bestimmt ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Heizplatte (12) wenigstens ebenso dick wie das Aluminiumlegierungselement ist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Heizplatte (12) eine größere Heizleistung und einen höheren Schmelzpunkt relativ zu dem Aluminiumlegierungselement (1) aufweist.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Heizplatte (12) aus Material, das aus der Gruppe bestehend aus einer Aluminiumlegierung der Serien AA3xxx, AA5xxx und Stahl gewählt ist, hergestellt ist.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei Schritt c) innerhalb von 2 Minuten nach dem Abschrecken von der Lösungsglühbehandlung und vorzugsweise innerhalb von 20 Sekunden nach dem Abschrecken von der Lösungsglühbehandlung beginnt.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die maximale Temperatur der Voralterungs-Wärmebehandlung innerhalb von 1 bis 10 Minuten oder weniger nach dem Abschrecken erreicht wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Voralterungsbehandlung bei einer Temperatur in einem Bereich von 100 bis 250 °C und vorzugsweise in einem Bereich von 150 bis 250 °C durchgeführt wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei während des Voralterungs-Wärmebehandlungsschritts c) das Aluminiumlegierungselement für eine Haltezeit von bis zu 30 Minuten bei einer Voralterungstemperatur gehalten wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, umfassend des Weiteren den Schritt des künstlichen Alterns des Aluminiumlegierungselements, das dem Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt c) unterzogen wurde, zu einer Endvergütung, und wobei vorzugsweise die Endvergütung aus der Gruppe bestehend aus T6, T79, T78, T77, T74, T73 und T8 gewählt wird.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, des Weiteren einen Schritt umfassend, der aus der Gruppe bestehend aus Strecken, Pressen und Nivellieren gewählt wurde und nach dem Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt c) und vorzugsweise vor künstlichem Altern des Aluminiumlegierungselements zu einer Endvergütung durchgeführt wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, des Weiteren einen Streckvorgang von nicht mehr als 8 % und vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 5 % umfassend, wobei der Streckvorgang nach dem Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt c) durchgeführt wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, des Weiteren einen Schritt des Kaltwalzens mit einer Kaltwalzreduzierung in einem Bereich von bis zu 20 % umfassend, der nach dem Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt c) und vor künstlichem Altern des Aluminiumlegierungselements zu einer Endvergütung durchgeführt wird.
  26. Heizplatte zum Wiedererwärmen eines Aluminiumlegierungselements (1) in einem Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt, indem eine Hauptfläche des Elements (1) eng an einer Hauptfläche der Heizplatte (12) gehalten wird, wobei die Heizplatte eine Dicke in dem Bereich von 20 mm bis 50 mm aufweist und vorzugsweise Einrichtungen zum Aufheizen der Heizplatte umfasst.
  27. Vorrichtung zum Wärmebehandeln eines Aluminiumlegierungselements (1) nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, Folgendes umfassend:

    a) einen Lösungsglühbehandlungsofen (4),

    b) eine Abschreckstation (8a, 8b),

    c) eine Heizplatte (12) zum Wiedererwärmen des Elements (1) in einem Voralterungs-Wärmebehandlungsschritt, indem eine Hauptfläche des Elements (1) eng an einer Hauptfläche der Heizplatte (12) gehalten wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com