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Dokumentenidentifikation DE102005015880A1 12.10.2006
Titel Verfahren zur Wärmebehandlung eines Profils, Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Profils sowie Profil
Anmelder Airbus Deutschland GmbH, 21129 Hamburg, DE
Erfinder Juhl, Knut, Dipl.-Ing., 28279 Bremen, DE
DE-Anmeldedatum 06.04.2005
DE-Aktenzeichen 102005015880
Offenlegungstag 12.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.2006
IPC-Hauptklasse C22F 1/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C22F 1/047(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C22F 1/053(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Profils 1, 26, insbesondere eines Strangpressprofils für Luftfahrzeuge. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines solchen Profils 1, 26. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein solches nach Maßgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens wärmebehandeltes Profil 1, 26. Das Profil 1, 26 kann hierbei aus einer oder mehreren unterschiedlichen, insbesondere aushärtbaren Aluminiumlegierungen gebildet sein.
Nach Maßgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens zwei Bereiche 2, 3, 37, 38 eines Profils 1, 26 einer unterschiedlichen Wärmebehandlung unterzogen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kammer 17 einen ersten Bereich 2, 37 eines Profils 1, 26 und eine zweite Kammer 18 einen zweiten Bereich 3, 38 des Profils 1, 26 umschließt, wobei in der ersten und der zweiten Kammer 17, 18 unterschiedliche Temperaturen einstellbar sind.
Das nach Maßgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte Profil 1, 26 weist mindestens zwei durch eine differentielle Wärmebehandlung gebildete Bereiche 2, 3, 37, 38 mit jeweils unterschiedlichen Materialeigenschaften auf.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Profils, insbesondere eines Strangpressprofils für Luftfahrzeuge. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Profils, insbesondere eines Strangpressprofils für Luftfahrzeuge. Schließlich betrifft die Erfindung ein Profil, insbesondere ein Strangpressprofil für Luftfahrzeuge.

Strangpressprofile, insbesondere gebildet mit aushärtbaren Aluminiumlegierungen, finden im Flugzeugbau aufgrund der dort erforderlichen hohen mechanischen Belastbarkeit weit verbreitete Anwendung. Infolge des Erfordernisses ständiger Gewichtsreduzierungen erhöhen sich stetig die Ansprüche an die statische Belastbarkeit und andere mechanische Parameter der aus Aluminiumlegierung gefertigten Profile.

Mittels bekannter Behandlungsverfahren ist es beispielsweise möglich, Strangpressprofile aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen gezielt auf maximale statische Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit hin zu optimieren. Entsprechendes gilt für die erreichbare maximale Risszähigkeit der eingesetzten Aluminiumprofile. Grundsätzlich lassen sich jedoch die statische Festigkeit, die Risszähigkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit nicht gleichzeitig maximieren, da jede dieser Materialeigenschaften immer nur zum Nachteil mindestens einer anderen bis zu einem theoretischen Maximalwert optimiert werden kann. Dies bedeutet, dass ein Strangpressprofil aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung beispielsweise entweder eine sehr hohe statische Festigkeit aufweist oder aber im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit und/oder die Risszähigkeit sehr günstige Eigenschaften aufweist. Es ist mittels der bekannten Behandlungsverfahren im Allgemeinen nicht möglich, ein Profil im Hinblick auf seine Materialeigenschaften dahingehend zu optimieren, dass sowohl die statische Festigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit und die Risszähigkeit diejenigen vorteilhaften Werte erreichen, die bei einer isolierten Optimierung des Profils auf einen einzelnen Parameter hin zu verwirklichen sind.

Denn nach Maßgabe der vorbekannten Verfahren durchlaufen die zu behandelnden Strangpressprofile aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen im Allgemeinen dieselben Behandlungsschritte, sodass sie durchgängig und bereichsunabhängig in etwa identische Materialeigenschaften aufweisen. Eine gezielte bereichsweise Optimierung eines Aluminiumsprofils im Hinblick auf die statische Festigkeit, die Risszähigkeit bzw. die Korrosionsbeständigkeit ist demzufolge mit den bekannten Verfahren nicht ohne weiteres möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur bereichsweisen Optimierung mehrerer mechanischer Parameter eines Profils, insbesondere eines Strangpressprofils für Luftfahrzeuge, zu schaffen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Profil, insbesondere ein Strangpressprofil, bereitzustellen, das in mindestens zwei Bereichen unterschiedliche, jeweils optimierte mechanische Parameter aufweist. Bei diesen mechanischen Parametern handelt es sich insbesondere um die statische Festigkeit, die Risszähigkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie ein Profil nach Maßgabe des Patentanspruchs 14 gelöst.

Dadurch, dass nach Maßgabe des Patentanspruchs 1 mindestens zwei Bereiche des Profils einer unterschiedlichen Wärmebehandlung unterzogen werden, lassen sich unterschiedliche Materialeigenschaften, insbesondere in Form der statischen Festigkeit, der Korrosionsbeständigkeit sowie der Risszähigkeit in diesen Bereichen erzeugen und optimieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann hierbei zur bereichsweisen Optimierung unterschiedlicher Materialeigenschaften von Profilen, insbesondere von Strangpressprofilen für Luftfahrzeuge, die aus einer durchgängigen Aluminiumlegierung gebildet sind, angewendet werden. Alternativ kann das Verfahren auch zur Optimierung von Profilen, die aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Aluminiumlegierungen gebildet sind, eingesetzt werden. Derartige Profile können beispielsweise mittels eines Koextrusionsverfahrens mit einem Pressling, der aus zwei unterschiedlichen Aluminiumlegierungen gebildet ist, hergestellt werden.

Dadurch, dass nach Maßgabe des Patentanspruchs 10 eine erste Kammer einen ersten Bereich des Profils und eine zweite Kammer einen zweiten Bereich des Profils umschließt, wobei in der ersten und der zweiten Kammer unterschiedliche Temperaturen einstellbar sind,

lassen sich unterschiedliche Materialeigenschaften in den besagten Bereichen erzeugen und optimieren.

Dadurch, dass nach Maßgabe des Patentanspruchs 14 das Profil mindestens zwei durch eine differentielle Wärmebehandlung gebildete Bereiche mit jeweils unterschiedlichen Materialeigenschaften aufweist,

kann das erfindungsgemäße Profil auch in Einsatzbereichen verwendet werden, in denen das Profil gleichzeitig unterschiedlichen Anforderungen, beispielsweise in Form der statischen Festigkeit, der Risszähigkeit sowie der Korrosionsbeständigkeit, genügen muss. Das Profil weist hierbei in bevorzugter Weise zumindest bereichsweise unterschiedliche, jeweils für sich optimierte Materialeigenschaften auf.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Profil mit einer Aluminiumlegierung, insbesondere mit einer aushärtbaren AlZnCu-Legierung gebildet.

Hierdurch ist auch bei der Verwendung eines Profils, insbesondere eines Strangpressprofils für Luftfahrzeuge, das durchgängig nur aus einer Aluminiumlegierung besteht, die Schaffung von Bereichen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften, wie zum Beispiel in Form der statischen Festigkeit, der Risszähigkeit sowie der Korrosionsbeständigkeit möglich. Gleichzeitig weist das Profil bereichsweise optimierte Materialeigenschaften auf.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Profil mit mindestens zwei unterschiedlichen, insbesondere aushärtbaren Aluminiumlegierungen gebildet ist.

Infolge der zusätzlichen Verwendung von mindestens zwei unterschiedlich zusammengesetzten Aluminiumlegierungen zur Bildung eines Profils können in Verbindung mit der differentiellen Wärmebehandlung Bereiche innerhalb des Profils herausgebildet bzw. optimiert werden, die sich hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften, wie beispielsweise der mechanischen Festigkeit, der Risszähigkeit oder der Korrosionsbeständigkeit, noch stärker voneinander unterscheiden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich beispielsweise Aluminiumprofile mit aushärtbaren Aluminiumlegierungen, die beispielsweise als Spanten zur Verstärkung in Rumpfzellen von Luftfahrzeugen eingesetzt werden, in vorteilhafter Weise behandeln. In einem ersten Bereich des durch das Profil gebildeten Spants, der zur Außenhaut der Rumpfzelle gerichtet ist (Außengurt), wird das Profil nach Maßgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens einer geeigneten Wärmebehandlung unterzogen, um die in diesem Bereich erwünschte hohe statische Festigkeit zum Nachteil der Risszähigkeit und/oder der Korrosionsbeständigkeit zu ermöglichen.

In einem zweiten Bereich des Profils, der zum Innenraum der Rumpfzelle weist (Innengurt), ist es demgegenüber mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise möglich, das Profil einer anderen geeigneten Wärmebehandlung zu unterziehen, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit und/oder Risszähigkeit bei einer gleichzeitig verringerten statischen Festigkeit ermöglicht. Damit lassen sich die im Bereich des Innengurts des Spants erwünschten Eigenschaften des Aluminiumprofils zumindest im Rahmen der legierungstechnisch vorgebenen Grenzen gezielt einstellen und optimieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit die einfache und kostengünstige Bereitstellung von Aluminiumprofilen, die in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche und sich normalerweise zumindest zum Teil gegenseitig ausschließende Materialeigenschaften aufweisen. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt die Verwendung von insbesondere Strangpressprofilen aus Aluminiumlegierungen für Anwendungsgebiete mit unterschiedlichsten Materialanforderungen, wobei die Profile nur mit einer durchgängigen Legierung gebildet sein können.

Ein weiteres Beispiel für die vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Strangpressprofile mit Aluminiumlegierungen, die in Luftfahrzeugen beispielsweise zur Befestigung von Sitzen oder Sitzreihen verwendet werden (Sitzschienen). Die unteren Bereiche derartiger Aluminiumprofile dienen zur Bildung des Kabinenbodens und müssen demzufolge eine hohe statische Festigkeit aufweisen, da sie integraler Bestandteil der gesamten Rumpfzellenstatik sind und erhebliche Kräfte aufnehmen müssen. Die Oberseiten der Aluminiumprofile, an denen u. a. die Sitze oder Sitzreihen befestigt werden, müssen hingegen insbesondere eine hohe Korrosionsfestigkeit und Risszähigkeit aufweisen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nunmehr möglich, ein Strangpressprofil aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung derart zu behandeln, dass diese unterschiedlichen Anforderungen an das Material in verschiedenen Bereichen der Sitzschiene mit ein und demselben Strangpressprofil erfüllt werden können. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Kosten- und Gewichtsersparnis.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei nicht auf die Anwendung bei Profilen, die durchgängig aus einer Aluminiumlegierung gebildet sind, beschränkt.

Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, das Strangpressprofil für die Sitzschienen aus zwei unterschiedlichen Aluminiumlegierungen im Strangpressverfahren zu fertigen. Dies kann beispielsweise durch so genannte Koextrusionsverfahren erfolgen, bei denen ein aus zwei unterschiedlichen Aluminiumlegierungen gebildeter Pressling durch eine Düse gedrückt wird, deren Öffnungsgeometrie in etwa der Querschnittsgeometrie des zutreffenden Profils entspricht. So ist es zum Beispiel möglich, für den oberen Bereich der Sitzschiene eine aushärtbare Aluminiumlegierung zu verwenden, die über eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Risszähigkeit verfügt. Für den unteren Bereich kann eine anders zusammengesetzte, aushärtbare Aluminiumlegierung eingesetzt werden, die über hohe statische Festigkeitswerte verfügt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens der differentiellen Wärmebehandlung lassen sich dann diese verschiedenen Legierungsbereiche wiederum hinsichtlich der gewünschten Materialeigenschaften noch weitergehender optimieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.

In der Zeichnung zeigt:

1 Eine Querschnittdarstellung durch ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens differentiell wärmebehandeltes Profil aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung,

2 den prinzipiellen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Maßgabe eines exemplarischen Zeit-Temperaturverlaufs,

3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

4 eine schematische Darstellung der Herstellung eines aus zwei unterschiedlichen Aluminiumlegierungen gebildeten Profils.

Die 1 zeigt eine Querschnittdarstellung durch ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens differentiell wärmebehandeltes Profil 1. Bei dem Profil 1 handelt es sich insbesondere um ein Strangpressprofil für Luftfahrzeuge, das durchgängig aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung gebildet ist. Die Aluminiumlegierung kann beispielsweise aus einem bekannten Aluminium-Zink-Kupfer-System gebildet sein. Das Profil 1 ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer AlMgSiCu-, einer AlCuMg- oder einer AlZnMgCu-Legierung gebildet. Weitere, insbesondere durch Wärmebehandlung aushärtbare, Legierungssysteme können gleichfalls verwendet werden. Darüber hinaus kann das Profil 1 auch aus einer zumindest bereichsweisen Kombination der vorstehend beschriebenen Legierungssysteme gebildet sein.

Das Profil 1 weist einen ersten Bereich 2 und einen zweiten Bereich 3 auf. Der erste Bereich 2 und der zweite Bereich 3 sind durch einen Grenzbereich 4, der im gezeigten Ausführungsbeispiel des Profils 1 in etwa parallel zu einer Längsachse 5 verläuft, getrennt. Der Grenzbereich 4 verläuft in etwa mittig durch das Profil 1. Der Grenzbereich 4 stellt eine Übergangszone dar, in der die infolge der differentiellen Wärmebehandlung herausgebildeten unterschiedlichen Materialeigenschaften der Bereiche 2, 3 zumindest teilweise fließend ineinander übergehen. Eine randscharfe Trennung zwischen den Bereichen 2, 3 ist hinsichtlich der Materialeigenschaften technisch und physikalisch nicht möglich. Abweichend von der im Ausführungsbeispiel dargestellten Ausbildung des ersten Bereichs 2 und des zweiten Bereichs 3 sind darüber hinaus beliebige geometrische Gestaltungen der Bereiche 2, 3 sowie des Verlaufs des Grenzbereichs 4 möglich. Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass die Bereiche 2, 3 im Wesentlichen symmetrisch zur Längsachse 5 des Profils 1 angeordnet sind. Darüber hinaus können Profile mit einer abweichenden, beliebigen Querschnittsgeometrie Bereiche 2, 3 mit unterschiedlichen Materialeigenschaften aufweisen.

Das in 1 dargestellte Profil 1 wird beispielsweise im Flugzeugbau als Rundspant zur Verstärkung der Rumpfzellenstruktur des Flugzeugs eingesetzt. Zur Verbindung mit der Rumpfzelle weist das Profil 1 einen Schenkel 6 auf, der einen so genannten "Außengurt" bildet. Der Schenkel 6 dient zur kraftschlüssigen Verbindung mit Längsversteifungen der Rumpfzelle. Auf der gegenüberliegenden Seite des Profils 1 ist eine Anlagefläche 7 zur Bildung eines so genannten "Innengurts" gebildet. Die Anlagefläche 7 dient unter anderem zur Befestigung weiterer Komponenten an der Flugzeugstruktur im Innenraumbereich der Rumpfzelle.

Im Bereich des Außengurts, also im zweiten Bereich 3 des Profils 1, ist es wünschenswert, dass dieser im Vergleich zum ersten Bereich 2 eine erhöhte statische Festigkeit aufweist. Eine Erhöhung der statischen Festigkeit ist allerdings nur durch eine Verschlechterung der Risszähigkeit und/oder der Korrosionsbeständigkeit zu erreichen, was im Bereich des Außengurts aber tolerabel ist.

Demgegenüber ist es wünschenswert im Bereich des Innengurts des Profils 1, also im ersten Bereich 2 eine hohe Risszähigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit zu erreichen. Diese angestrebte Kombination von Materialeigenschaften ist jedoch nur möglich, wenn eine geringere statische Festigkeit in Kauf genommen wird.

Um die vorstehend erwähnten Eigenschaftskombinationen innerhalb des Profils 1, das durchgängig aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung gebildet ist, zu erreichen, werden der erste Bereich 2 und der zweite Bereich 3 jeweils erfindungsgemäß einer unterschiedlichen Wärmebehandlung unterzogen. Daher weist das Profil 1 im ersten Bereich 2 insbesondere eine hohe Korrosionsbeständigkeit und/oder Risszähigkeit auf und im zweiten Bereich 3 vorzugsweise eine hohe statische Festigkeit auf.

Das erfindungsgemäße Profil 1 weist bereichsweise – wie am Beispiel der Verwendung des Profils 1 als Rundspant im Flugzeugbau illustriert wurde – unterschiedliche Materialeigenschaften, wie beispielsweise die statische Festigkeit, die Risszähigkeit und/oder die Korrosionsbeständigkeit, auf. Hierdurch kann sich eine erhebliche Gewichts- und Kostenersparnis ergeben, weil es zur Bildung von Profilen mit bereichsweise unterschiedlichen Materialeigenschaften nicht mehr zwingend erforderlich ist, diese aus verschiedenen Materialien, insbesondere aus unterschiedlich zusammengesetzten, aushärtbaren Aluminiumlegierungen zu kombinieren. Gleichwohl kann das Verfahren auch vorteilhaft bei Profilen Anwendung finden, die aus unterschiedlichen Aluminiumlegierungen gebildet sind. In diesem Fall lassen sich die durch die verschiedenen Aluminiumlegierungen bedingten Unterschiede der mechanischen Parameter des zusammengesetzten Profils mittels der erfindungsgemäßen differentiellen Temperaturbehandlung noch weitergehender optimieren.

Das Profil 1 kann abweichend von der Darstellung der in 1 gezeigten geradlinigen Ausführung zumindest abschnittsweise auch eine gekrümmte bzw. gebogene geometrische Gestaltung aufweisen. Eine derartige geometrische Gestaltung ist beispielsweise erforderlich, wenn das Profil 1 als Rundspant oder dergleichen eingesetzt werden soll. Eine im Wesentlichen geradlinige Gestalt des Profils 1 ist demgegenüber beispielsweise bei der Verwendung als Sitzschiene oder dergleichen erforderlich. Darüber hinaus weist das Profil 1 bevorzugt eine offene Querschnittsgeometrie auf. Unter einer offenen Querschnittsgeometrie ist in diesem Zusammenhang ein Profil 1 mit einer nicht allseitig umschlossenen Querschnittsfläche zu verstehen.

Die 2 zeigt ein Zeit-Temperatur-Diagramm, das schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur unterschiedlichen bzw. differentiellen Wärmebehandlung des ersten und des zweiten Bereichs 2, 3 des Profils 1 nach Maßgabe eines Ausführungsbeispiels darstellt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass das Profil 1 aus einer durchgängigen, aushärtbaren Aluminiumlegierung gebildet ist.

Auf der Ordinate des Diagramms ist die auf den jeweiligen Bereich 2, 3 des Profils angewandte Temperatur dargestellt, während auf der Abszisse die Zeit abgetragen ist. Ein erster Temperaturverlauf 8 über die Zeit repräsentiert den beispielhaften Verlauf der Temperatureinwirkung im Zuge der erfindungsgemäßen differentiellen Wärmebehandlung im ersten Bereich 2. Ein mit einer gestrichelten Linie dargestellter zweiter Temperaturverlauf 9 repräsentiert entsprechend den zeitlichen Verlauf der Temperatureinwirkung im zweiten Bereich 3. Die unterschiedlichen Wärmebehandlungen erfolgen im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 gleichzeitig, können aber auch zeitversetzt durchgeführt werden. Grundsätzlich ist zu bemerken, dass die Einwirkung einer höheren Temperatur über eine längere Zeit in der Regel die Korrosionsbeständigkeit und/oder die Risszähigkeit des betreffenden Bereichs verbessert, wobei diese Steigerung im Allgemeinen mit einer Verschlechterung der statischen Festigkeit einhergeht.

Während des Ablaufs von zwei Vorbehandlungsphasen 10, 11 werden sowohl der erste Bereich 2 als auch der zweite Bereich 3 zunächst mit einer Vorbehandlungstemperatur 12 beaufschlagt. Die Vorbehandlungsphasen 10, 11 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer zeitlichen Dauer. Im gezeigten Verfahrensbeispiel der 2 ist die zweite Vorbehandlungsphase 11 länger als die erste Vorbehandlungsphase 10. In der Darstellung der 2 sind die Temperaturverläufe 8, 9 im Bereich der Vorbehandlungsphasen 10, 11 lediglich aus Gründen der besseren zeichnerischen Darstellbarkeit in Richtung der Temperaturachse geringfügig verschoben zueinander eingezeichnet. Die Vorbehandlungstemperatur 10 ist für jeden der Bereiche 2, 3 ungefähr gleich.

Die Vorbehandlungsphasen 10, 11 dienen insbesondere dazu, die Festigkeit des gesamten Profils 1, unabhängig von den Bereichen 2, 3, zunächst auf einen legierungstechnisch bedingten Maximalwert zu bringen. Abweichend vom gezeigten Verfahrensbeispiel der 2 kann für den ersten und zweiten Bereich 2, 3 auch jeweils eine unterschiedliche Vorbehandlungstemperatur 12 bei gleicher oder ungleicher Dauer der Vorbehandlungsphasen 10, 11 gewählt werden. Dies Vorgehen ist beispielsweise von Vorteil, wenn das Profil aus zwei unterschiedlich zusammengesetzten Aluminiumlegierungen gebildet ist. In besonders bevorzugter Weise werden bei Profilen, die aus einer durchgängigen Aluminiumlegierung gebildet sind, der erste und der zweite Bereich 2, 3 während der Vorbehandlungsphasen 10, 11 bzw. der so genannten Vorauslagerung einer Vorbehandlungstemperatur 12 im Bereich von ungefähr 120 °C bzw. 393 K ausgesetzt. Bei Profilen, die aus mindestens zwei verschiedenen Aluminiumlegierungen gebildet sind, können abhängig vom eingesetzten Legierungssystem hiervon abweichende Werte, die unter Umständen auch noch bereichsweise variieren, erforderlich sein.

In der Phase der eigentlichen differentiellen Wärmebehandlung des ersten und des zweiten Bereichs 2, 3 werden die Bereiche 2, 3 jeweils unterschiedlichen Temperaturverläufen 8, 9 ausgesetzt. Während einer ersten Einwirkdauer 13 wird der erste Bereich einer ersten Temperatur 14 ausgesetzt. Entsprechend wird der zweite Bereich 3 während einer zweiten Einwirkdauer 15 mit einer zweiten Temperatur 16 beaufschlagt. Erfindungsgemäß ist hierbei die erste Temperatur 14 höher als die zweite Temperatur 16 und die erste Einwirkdauer 13 länger als die zweite Einwirkdauer 15.

Nach Maßgabe eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die erste Einwirkdauer 13 ein Wert im Bereich von ungefähr 8 bis 12 Stunden gewählt. Für die zweite Einwirkdauer 15 wird ein Wert im Bereich von etwa 5 bis 8 Stunden verwendet. Die erste Temperatur 14 beläuft sich in diesem Fall auf ungefähr 170 °C bzw. 443 K, während für die zweite Temperatur 16 ein Wert von ungefähr 150 °C bzw. 423 K gewählt wird.

Infolge dieser differentiellen Wärmebehandlung ergibt sich im ersten Bereich 2 des Profils 1 insbesondere eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit und/oder Risszähigkeit. Demgegenüber ergibt diese Wärmebehandlung im zweiten Bereich 3 des Profils 1 insbesondere eine verbesserte statische Festigkeit. Die zeitlichen Temperaturverläufe 8, 9 können von den im Diagramm angedeuteten trapezförmigen abweichen und nahezu jeder beliebigen stetigen Kurve folgen, solange nur eine ausreichende Temperaturdifferenz besteht.

Infolge des erfindungsgemäßen Verfahrens können daher im ersten und im zweiten Bereich 2, 3 des Profils 1 jeweils unterschiedliche Materialeigenschaften herausgebildet werden, obwohl das Profil 1 aus einer im Wesentlichen homogenen durchgängigen Aluminiumlegierung gebildet ist. Bei diesen Materialeigenschaften handelt es sich insbesondere um die statische Festigkeit, die Risszähigkeit und/oder die Korrosionsbeständigkeit.

Alternativ können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Profile differentiell wärmebehandelt werden, die aus zwei oder auch einer größeren Anzahl von unterschiedlichen Aluminiumlegierungen gebildet sind. In diesem Fall werden jeweils Bereiche, die aus der gleichen Aluminiumlegierung gebildet sind, vorzugsweise auch derselben Temperaturbehandlung bzw. demselben Temperaturverlauf unterzogen. Alternativ ist es aber auch möglich, diejenigen Bereiche des Profils, die aus der gleichen Aluminiumlegierung gebildet sind, einer differentiellen Wärmebehandlung zu unterziehen. Die weiter oben bereits genannten Temperaturbereiche und Einwirkintervalle müssen dabei gegebenenfalls in Abhängigkeit von den eingesetzten unterschiedlichen Legierungssystemen variiert werden.

Die Verwendung verschieden zusammengesetzter Aluminiumlegierungen zur Bildung des Profils 1 ermöglicht eine noch differenziertere Herausbildung unterschiedlicher Materialeigenschaften, insbesondere in Gestalt der statischen Festigkeit, der Risszähigkeit sowie der Korrosionsgeschwindigkeit in jeweils unterschiedlichen Bereichen des Profils.

Die 3 illustriert schließlich ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an dem Profil 1 mit dem ersten Bereich 2 sowie dem zweiten Bereich 3. Um den ersten Bereich 2 sowie den zweiten Bereich 3 jeweils einer unterschiedlichen, d. h. differentiellen Temperaturbehandlung unterziehen zu können, ist der erste Bereich 2 von einer allseitig geschlossenen ersten Kammer 17 umgeben und der zweite Bereich 3 ist von einer allseitig geschlossenen zweiten Kammer 18 umgeben. Die Kammern 17, 18 können beispielsweise durch lang gestreckte, längsgeschlitzte schlauchartige Gebilde, insbesondere in der Form von temperaturfesten Schläuchen 19, 20 oder dergleichen, gebildet werden. Die Schläuche 19, 20 werden zu diesem Zweck nach Einbringung eines entsprechenden Längsschlitzes entlang der Längsachse 5 und/oder in Richtung einer Querachse 21 auf die entsprechenden Bereiche 2, 3 des Profils 1 aufgeschoben bzw. aufgepresst. In einem Grenzbereich 22 stoßen Längskanten 23 der Schläuche 19, 20 ungefähr aneinander bzw. an das Profil 1 an und dichten die Kammern 17, 18 so nahezu vollständig gegeneinander ab.

Innerhalb der ersten Kammer 17 lässt sich eine erste Temperatur 24 und in der zweiten Kammer 18 eine zweite Temperatur 25 einstellen bzw. aufrechterhalten. Die Temperaturen 24, 25 werden vorzugsweise unterschiedlich eingestellt. Etwaige thermische Ausgleichsvorgänge zwischen dem ersten Bereich 2 und dem zweiten Bereich 3 infolge von Undichtigkeiten im Grenzbereich 22 und/oder infolge von etwaigen Wärmeleitungsvorgängen zwischen den Bereichen 2, 3 des Profils 1 sind bei der herrschenden Temperaturdifferenz im allgemeinen vernachlässigbar.

Zur möglichst präzisen Temperierung der Kammern 17, 18 eignen sich vor allem flüssige und/oder gasförmige Medien, beispielsweise Heißluft. Die Erzeugung der Heißluft erfolgt hierbei mit einer nicht näher dargestellten Einrichtung, beispielsweise mit einem elektrisch beheizbaren Heißluftgebläse oder dergleichen. Weiterhin sind innerhalb der Kammern 17, 18 nicht näher dargestellte Temperaturfühler angeordnet, um mittels einer ebenfalls nicht eingezeichneten Steuer- und Regeleinrichtung die Temperaturen 24, 25 innerhalb der Kammern 17, 18 möglichst nah an den durch die Temperaturverläufe 8, 9 vorgegebenen Werten zu halten. Die Steuer- und Regeleinrichtung kann hierbei zum Beispiel in der Form einer bekannten Rechnereinheit ausgebildet sein.

An den Längskanten 23 der Schläuche 19, 20 können weiterhin, in der Darstellung der 3 nicht näher dargestellte Dichtmittel vorgesehen sein, um die Abdichtungswirkung zwischen der ersten Kammer 17 und der zweiten Kammer 18 sowie dem Profil 1 weiter zu verbessern. Die Dichtmittel können beispielsweise in der Form von Dichtlippen ausgebildet sein, die durch Abflachungen der Schläuche 19, 20 im Bereich der Längskanten 23 gebildet werden. Alternativ können auch separate Dichtmittel im Bereich der Längskanten 23 positioniert werden.

Zur Behandlung des Profils 1 bzw. zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbleibt das Profil 1 nach Maßgabe der vorgegebenen zeitlichen Temperaturverläufe 8, 9 insgesamt bis zu 12 Stunden zuzüglich der Dauer der Vorbehandlungsphasen 10, 11 innerhalb der Vorrichtung.

Die Schläuche 19, 20 können in einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung entlang der Längskanten 23 jeweils unterhalb bzw. oberhalb des Profils 1 miteinander verbunden sein. In dieser Ausführungsvariante sind die Schläuche 19, 20 im Bereich der äußeren Längskanten trennbar und wieder verschließbar ausgebildet, um die Aufbringbarkeit auf das Profil 1 zu gewährleisten.

Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Profils 26, das aus einem ersten und einem zweiten Legierungsbereich 27, 28 gebildet ist, wobei die Legierungsbereiche 27, 28 jeweils aus unterschiedlich zusammengesetzten aushärtbaren Aluminiumlegierungen gebildet sind. Die Legierungsbereiche 27, 28 stoßen in einem Grenzbereich 29 aneinander an. Im Grenzbereich 29 erfolgt zumindest bereichsweise eine Durchmischung beider Legierungen, so dass sich in diesem Bereich eine zumindest teilweise Durchmischung der Materialeigenschaften ergibt. Der Grenzbereich 29 verläuft in etwa parallel zu einer Längsachse 30.

Zur Herstellung des Profils 26 wird beispielsweise ein im gezeigten Ausführungsbeispiel zylinderförmiger Pressling 31 unter hohem Druck in Richtung der Pfeile 32, 33 durch eine Düse 34 gepresst. Die Öffnungsgeometrie der Düse 34 entspricht in etwa der Querschnittsgeometrie des zu pressenden Profils 26. Der Pressling 31 ist durch aufeinander liegende Halbzylinder 35, 36 gebildet. Infolge des innerhalb der Düse 34 herrschenden hohen Drucks ergibt sich beim entstehenden Profil 26 eine feste Verbindung der Legierungsbereiche 27, 28 im Grenzbereich 29. Die Halbzylinder 34, 35 sind hierbei jeweils aus unterschiedlich zusammengesetzten Aluminiumlegierungen gebildet, sodass die Legierungsbereiche 27, 28 jeweils über entsprechend unterschiedliche Materialeigenschaften verfügen. Bei den besagten Materialeigenschaften handelt es sich insbesondere um die mechanische Festigkeit, die Risszähigkeit, die Korrosionsbeständigkeit sowie die thermische Fügbarkeit des Profils 26. Als Material zur Bildung der Halbzylinder 35, 36 finden insbesondere aushärtbare Aluminiumlegierungen, beispielsweise AlMgSiCu, AlCuMg sowie AlZnMg-Cu-Systeme Verwendung.

Alternativ kann das Profil 26 beispielsweise auch durch Fügen bereits extrudierter Teilprofile aus unterschiedlichen Aluminiumlegierungen mittels bekannter Fügeverfahren, beispielsweise durch Schweißen, Reib-/Rührschweißen oder dergleichen gebildet werden.

Das Profil 26 wird anschließend einer differentiellen Wärmebehandlung nach Maßgabe des weiter oben beschriebenen Verfahrens bzw. einer Behandlung in der bereits erläuterten Vorrichtung unterzogen. Hierbei werden vorzugsweise Bereiche die aus der gleichen Aluminiumlegierung gebildet sind, auch derselben Temperaturbehandlung unterzogen. Dies bedeutet, dass im gezeigten Ausführungsbeispiel der 4 die Legierungsbereiche 27, 28 gleichzeitig einen ersten und einen zweiten Bereich 37, 38 bilden, die denjenigen Bereichen 2, 3 entsprechen, die, wie vorstehend bereits beschrieben wurde, nach Maßgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens einer differentiellen Wärmebehandlung nach Vorgabe der Temperaturverläufe 8, 9 unterzogen werden (vgl. insb. 1 und 2).

Alternativ ist es aber auch möglich Bereiche, die aus jeweils gleichen Aluminiumlegierungen gebildet sind, einer unterschiedlichen bzw. differentiellen Temperaturbehandlung zu unterziehen. In diesem Fall sind die Bereiche 27, 37 bzw. 28, 38 nicht (mehr) vollständig deckungsgleich.

Die Verwendung von Profilen 1, 26, die aus mindestens zwei unterschiedlich zusammengesetzten Aluminiumlegierungen gebildet sind, erlaubt in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder für sich insbesondere die Herausbildung von sich örtlich noch stärker unterscheidenden Materialeigenschaften, als dies bei der Verwendung von aus nur einer Aluminiumlegierung gebildeten Profilen der Fall wäre. Schließlich können auch mehr als zwei unterschiedliche Aluminiumlegierungen zur Bildung des Profils 26 verwendet werden.

1
Profil
2
erster Bereich
3
zweiter Bereich
4
Grenzbereich
5
Längsachse
6
Schenkel
7
Anlagefläche
8
erster Temperaturverlauf
9
zweiter Temperaturverlauf
10
erste Vorbehandlungsphase
11
zweite Vorbehandlungsphase
12
Vorbehandlungstemperatur
13
erste Einwirkdauer
14
erste Temperatur
15
zweite Einwirkdauer
16
zweite Temperatur
17
erste Kammer
18
zweite Kammer
19
Schlauch
20
Schlauch
21
Querachse
22
Grenzbereich
23
Längskante
24
erste Temperatur
25
zweite Temperatur
26
Profil
27
erster Legierungsbereich
28
zweiter Legierungsbereich
29
Grenzbereich
30
Längsachse
31
Pressling
32
Pfeil
33
Pfeil
34
Düse
35
Halbzylinder
36
Halbzylinder
37
erster Bereich
38
zweiter Bereich


Anspruch[de]
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Profils (1, 26), insbesondere eines Strangpressprofils für Luftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bereiche des Profils (1, 26) einer unterschiedlichen Wärmebehandlung unterzogen werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich (2, 37) nach Maßgabe eines ersten Temperaturverlaufs (8) und ein zweiter Bereich (3, 38) nach Maßgabe eines zweiten Temperaturverlaufs (9) einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (2, 37) des Profils (1, 26) nach Durchlaufen einer ersten Vorbehandlungsphase (10) über eine erste Einwirkdauer (13) mit einer ersten Temperatur (14) beaufschlagt wird, um insbesondere die Korrosionsbeständigkeit und/oder die Risszähigkeit des Profils (1, 26) zu beeinflussen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (3, 38) nach Durchlaufen einer zweiten Vorbehandlungsphase (11) des Profils (1) über eine zweite Einwirkdauer (15) mit einer zweiten Temperatur (16) beaufschlagt wird, um insbesondere die mechanische Festigkeit des Profils (1, 26) zu beeinflussen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur (14) höher als die zweite Temperatur (16) und/oder die erste Einwirkdauer (13) länger als die zweite Einwirkdauer (15) gewählt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten und der zweiten Vorbehandlungsphase (10, 11) eine Vorbehandlungstemperatur (12) sowohl auf den ersten als auch auf den zweiten Bereich (2, 3, 37, 38) einwirkt, wobei die erste Vorbehandlungsphase (10) kürzer ist als die zweite (11). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1, 26) mit einer Aluminiumlegierung, insbesondere mit einer aushärtbaren AlZnMgCu-Legierung gebildet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1, 26) zumindest bereichsweise mit mindestens zwei unterschiedlichen, insbesondere aushärtbaren Aluminiumlegierungen gebildet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (3, 38) mit einer thermisch fügbaren Aluminiumlegierung, insbesondere mit einer AlZnMg-Legierung gebildet wird und der erste Bereich (2, 37) mit einer nicht thermisch fügbaren Aluminiumlegierung, insbesondere mit einer AlCuMg-Legierung gebildet wird. Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Profils (1, 26), insbesondere eines Strangpressprofils für Luftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kammer (17) einen ersten Bereich (2, 37) des Profils (1, 26) und eine zweite Kammer (18) einen zweiten Bereich (3, 38) des Profils (1, 26) umschließt, wobei in der ersten und der zweiten Kammer (17, 18) unterschiedliche Temperaturen (24, 25) einstellbar sind. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung der ersten und der zweiten Kammer (17, 18) mittels eines gas- und/oder flüssigen Mediums, insbesondere durch Luft erfolgt. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kammer (17, 18) insbesondere durch längsgeschlitzte Schläuche (19, 20) gebildet sind, die entlang einer Längsachse (5, 30) des Profils (1, 26) und/oder parallel zu einer Querachse (21) des Profils (1, 26) auf dieses zur Bildung der in sich abgeschlossenen ersten und zweiten Kammer (17, 18) aufbringbar sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Längskanten (23) der ersten und der zweiten Kammer (17, 18) in einem Grenzbereich (4, 22) zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (2, 3) in etwa aneinander anschließen, um eine differentielle Wärmebehandlung im ersten und im zweiten Bereich (2, 3, 37, 38) zu erreichen. Profil (1, 26), insbesondere ein Strangpressprofil für Luftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1, 26) mindestens zwei durch eine differentielle Wärmebehandlung gebildete Bereiche (2, 3, 37, 38) mit jeweils unterschiedlichen Materialeigenschaften aufweist. Profil (1, 26) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1) einen ersten Bereich (2, 37) mit einer erhöhten Korrosionsbeständigkeit und/oder Risszähigkeit aufweist. Profil (1, 26) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1, 26) einen zweiten Bereich (3, 38) mit einer erhöhten statischen Festigkeit aufweist. Profil (1, 26) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Bereich (2, 3, 37, 38) im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse (5, 30) des Profils (1, 26) aneinander angrenzen. Profil (1, 26) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1, 26) mit einer Aluminiumlegierung, insbesondere mit einer aushärtbaren AlZnCu-Legierung gebildet ist. Profil (1, 26) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1, 26) mit mindestens zwei unterschiedlichen, insbesondere aushärtbaren Aluminiumlegierungen gebildet ist. Profil (1, 26) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (3, 38) mit einer thermisch fügbaren Aluminiumlegierung, insbesondere mit einer AlZnMg-Legierung gebildet ist und der erste Bereich (2, 37) mit einer nicht thermisch fügbaren Aluminiumlegierung, insbesondere mit einer Al-CuMg-Legierung gebildet ist. Profil (1, 26) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1, 26) geradlinig und/oder gekrümmt ausgebildet ist. Profil (1, 26) nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1, 26) eine offene Querschnittsgeometrie aufweist.






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