CH693673A5 - Verwendung einer Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi zur Herstellung von Strukturbauteilen. - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi zur Herstellung von Strukturbauteilen. 



  Das Crash-Verhalten ist im Fahrzeugbau ein zunehmend wichtiger Aspekt; dies gilt für den Strassenverkehr ebenso wie für den Schienenverkehr. Hersteller von Strassen- und Schienenfahrzeugen gehen immer mehr dazu über, spezielle Bauelemente oder sogar ganze Baugruppen des Fahrzeugs so zu dimensionieren, dass diese bei einem Zusammenstoss möglichst viel Energie absorbieren, um damit das Verletzungsrisiko der Passagiere zu verringern. Neben der konstruktiven Gestaltung dieser so genannten Crash-Elemente sind die mechanischen Eigenschaften der eingesetzten Werkstoffe und Fügezonen von ausschlaggebender Bedeutung. Angestrebt wird eine möglichst grosse Absorption von Energie vor dem Bruch. Dies kann durch ein niedriges Verhältnis von Streckgrenze zu Festigkeit erreicht werden. Ein wichtiges Werkstoffmerkmal ist auch eine hohe Dehnung.

   Zu beachten sind auch die Anforderungen an das fertige Bauteil. Von der Konstruktion her können beispielsweise ein bestimmtes Festigkeitsniveau, bestimmte Mindestwerte der Dehnung, Korrosionsbeständigkeit oder andere wesentliche Kennwerte vorgegeben sein. 



  Die wachsende Bedeutung der Herstellung leichterer Automobile zur Energieeinsparung hat zur Entwicklung einer grossen Anzahl von Aluminiumlegierungen für Automobilanwendungen geführt. Ideal wäre eine einzige Aluminiumlegierung, die für verschiedene Teile im Automobilbau eingesetzt werden könnte. Besonders im Hinblick auf die Schrottverwertung oder die Rezyklierbarkeit von so genannten Space frame Strukturen im Automobilbau wäre es wünschens wert, die heute aus stranggepressten Profilen hergestellten Rahmenteile, die Karosseriebleche als auch die Strukturkomponenten aus ein und derselben Legierung fertigen zu können. Unterschiedliche Komponenten in einem Automobil erfordern jedoch häufig unterschiedliche Eigenschaften.

   Beispielsweise sollte eine Aluminiumlegierung für Aussenblechanwendungen sehr gut umformbar sein, um Streckziehen, Tiefziehen und Biegen zu ermöglichen, gleichzeitig aber eine hohe Festigkeit nach dem Lackeinbrennen erreichen. Insbesondere Bleche zur Herstellung von Zweiblechstrukturen wie Motorhauben, Türen und Kofferraumdeckel sollten eine hohe Biegefähigkeit ohne Riss- und Orangenhautausbildung aufweisen, da diese Komponenten oft durch Bördeln verbunden werden. 



  Die EP-A-0 805 219 offenbart ein Strukturbauteil aus einer AlMgSi-Legierung für den Einsatz im Fahrzeugbau. Das Strukturbauteil wird auf herkömmliche Weise durch Strangpressen gefertigt. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Strukturbauteil zu schaffen, welches die mit stranggepressten Strukturbauteilen erreichten Anforderungen bezüglich des Crashverhaltens erfüllt. Zudem soll die für Strukturbauteile verwendete Legierung auch zur Herstellung von Karosserieteilen eingesetzt werden können. 



  Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt eine Verwendung mit den Merkmalen von Anspruch 1. 



   Für die genannte Legierungsbereiche gelten die folgenden Vorzugsbereiche (in Gew.-%): 



  Silizium 0,50 bis 0,80 



  Magnesium 0,40 bis 0,65 



  Kupfer 0,05 bis 0,20 



  Eisen 0,05 bis 0,20 



  Vanadium max. 0,20. 



  Das Strukturbauteil weist ein aus Blech geformtes und zu einen rohrförmigen Teil oder Hohlkörper verbundenes Teil auf. Der rohrförmige Teil ist bevorzugt querschnittlich rechteckig, kann jedoch grundsätzlich eine beliebige Querschnittsform aufweisen. Der rohrförmige Teil ist durch Innenhochdruckumformen weiter umgeformt. 



  Die Verbindung des Blechs zu einem rohrförmigen Teil kann durch eine beliebige Verbindungsart erfolgen, beispielsweise durch Schweissen, Kleben, Nieten oder Verschrauben. 



  Die für das Strukturbauteil eingesetzte Legierung kann auch zur Herstellung von Karosserieteilen, insbesondere in Form einer Zweiblechstruktur wie Motorhaube, Tür und Kofferraumdeckel eines Personenkraftwagens eingesetzt werden, was die Schrottverwertung oder Rezyklierbarkeit von Strukturbauteilen und Karosserieblechen wesentlich vereinfacht. 



  Das Strukturbauteil ist besonders geeignet als Sicherheitsteil im Fahrzeugbau, insbesondere im Automobilbereich. 



   Die Legierung kann auf übliche Weise durch Strang- oder Bandgiessen, Warm- und/oder Kaltwalzen zum Blech oder Band verarbeitet werden. Zur Erzielung optimaler Eigenschaften bezüglich Crash- und Biegeverhalten hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn eine Lösungsglühung in einem Banddurchlaufofen in einem Temperaturbereich von 520 DEG C bis 580 DEG C mit anschliessendem Abschrecken durchgeführt wird. Das Abschrecken kann auf übliche Weise, je nach Blechdicke zumeist mit Wasser oder mit Luft erfolgen. Bei der Lösungsglühung ist darauf zu achten, dass alle löslichen Bestandteile wie Si und Mg2Si in feste Lösungen übergehen und nach dem Abkühlen in übersättigtem Zustand vorliegen.

   Die Abkühlgeschwindigkeit kann einen wesentlichen Effekt auf die mechanischen Eigenschaften ausüben, denn Si und Mg2Si scheiden sich bei zu langsamer Abkühlrate an den Korngrenzen aus und verschlechtern damit deutlich das Crash- und Biegeverhalten. Ausserdem wird die Aushärtbarkeit und das Korrosionsverhalten beeinträchtigt. 



  Die Strukturbauteile und Karosserieteile werden bevorzugt im warm ausgehärteten Zustand, insbesondere im Wärmebehandlungszustand T6, eingesetzt. Dieser Wärmebehandlungszustand kann bei Karosserieteilen während eines Lackeinbrennzyklus erzeugt werden. 



  Die zur Herstellung der Strukturbauteile und der Karosserieteile eingesetzten Bänder oder Bleche liegen bevorzugt in einem Dickenbereich von 0,8 bis 4 mm. 



  Die Bänder und Bleche können vor der Endbearbeitung zusätzlich chemisch oder elektrochemisch vorbehandelt und/oder mit einer Trockenschmierstoff-Beschichtung versehen werden. 



  Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der für die Herstellung der Strukturbauteile und Karosserieteile eingesetzten Legie rungsbleche ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. 


 Beispiel 1 
 



  Eine Legierung der Zusammensetzung (Gew.-%) 



  0,82 Si 



  0,57 Mg 



  0,22 Fe 



  0,07 Cu 



  0,005 V 



  0,08 Mn 



  und eine für Automobilanwendungen eingesetzte Standardlegierung AA 6016 als Vergleichslegierung wurden auf übliche Weise durch Stranggiessen, Warm- und Kaltwalzen zu einem Blech mit einer Dicke von 1,2 mm verarbeitet. Die Lösungsglühung erfolgte bei 540 DEG C mit anschliessender Abschreckung in Wasser. 



  Die an Blechproben im Wärmebehandlungszustand T4 ermittelten mechanischen Eigenschaften und Umformkennwerte der erfindungsgemäss eingesetzten Legierung und der Vergleichslegierung sind ei-nander in Tabelle 1 gegenübergestellt. 


 Tabelle 1 
 



   
<tb><TABLE> Columns=7 
<tb>Head Col 2 AL=L: Rm Mpa 
<tb>Head Col 1: Rp0.2 MPa 
<tb>Head Col 2: A10% 
<tb>Head Col 3: n 5% 
<tb>Head Col 4: r 
<tb>Head Col 5: f=ri/t
<tb><SEP>Erfindung<SEP>261<SEP>146<SEP>26,8<SEP>0,29<SEP>0,61<SEP>< 0,1
<tb><SEP>AA6016<SEP>254<SEP>138<SEP>28,5<SEP>0,29<SEP>0,59<SEP>0,3 
<tb></TABLE> 



  Die Ergebnisse von Tabelle 1 zeigen deutlich das bessere Biegeverhalten der erfindungsgemässen Legierung im Vergleich zur Standardlegierung AA 6016. 


 Beispiel 2 
 



  Eine Legierung der Zusammensetzung (Gew.-%) 



  0,59 Si 



  0,55 Mg 



  0,15 Fe 



  0,07 Cu 



  0,10 V 



  0,08 Mn 



  und eine für Automobilanwendungen eingesetzte Standardlegierung AA 6016 als Vergleichslegierung wurden auf übliche Weise durch Stranggiessen, Warm- und Kaltwalzen zu einem Blech mit einer Dicke von 1,5 mm verarbeitet. Die Lösungsglühung erfolgte bei 540 DEG C mit anschliessender Abschreckung in Wasser. 


 Tabelle 2 
 



   
<tb><TABLE> Columns=9 
<tb>Head Col 2 AL=L: Zustand 
<tb>Head Col 1: Rm MPa 
<tb>Head Col 2: Rp0.2 MPa 
<tb>Head Col 3: A10% 
<tb>Head Col 4: n5% 
<tb>Head Col 5: r 
<tb>Head Col 6: f=ri/t 
<tb>Head Col 7: Crashverhalten
<tb><SEP>Erfindung<SEP>T4<SEP>222<SEP>113<SEP>25,8<SEP>0,30<CEL AL=L>0,57<CEL AL=L>< 0,1<SEP>3
<tb><SEP>Erfindung<SEP>T6<SEP>263<SEP>229<SEP>11,5<SEP>-<SEP>-<CEL AL=L>0,25<SEP>3
<tb><SEP>AA 6016<SEP>T4<SEP>254<SEP>138<SEP>28,5<SEP>0,29<SEP>0,59<CEL AL=L>0,30<SEP>3
<tb><SEP>AA 6016<SEP>T6<SEP>295<SEP>258<SEP>14,2<SEP>-<SEP>-<CEL AL=L>0,60<SEP>1 
<tb></TABLE> 



  Die Ergebnisse von Tabelle 2 zeigen deutlich das bessere Crashverhalten der erfindungsgemässen Legierung im Vergleich zur Standardlegierung AA 6016, insbesondere im warm ausgehärteten Zustand. 


 Beispiel 3 
 



  Eine Legierung der Zusammensetzung (Gew.-%) 



  0,60 Si 



  0,53 Mg 



  0,20 Fe 



  0,14 Cu 



  0,15 V 



  0,07 Mn 



  und eine für Automobilanwendungen eingesetzte Standardlegierung AA 6016 als Vergleichslegierung wurden auf übliche Weise durch Stranggiessen, Warm- und Kaltwalzen zu einem Blech mit einer Dicke von 1,5 mm verarbeitet. Die Lösungsglühung erfolgte bei 560 DEG C mit anschliessender Abschreckung in Wasser. 


 Tabelle 3 
 



   
<tb><TABLE> Columns=9 
<tb>Head Col 2 AL=L: Zustand 
<tb>Head Col 1: Rm MPa 
<tb>Head Col 2: Rp0.2 MPa 
<tb>Head Col 3: A10% 
<tb>Head Col 4: n5% 
<tb>Head Col 5: r 
<tb>Head Col 6: f=ri/t 
<tb>Head Col 7: Crash-verhalten
<tb><SEP>Erfindung<SEP>T4<SEP>212<SEP>112<SEP>26,4<SEP>0,28<CEL AL=L>0,52<SEP>0,15<SEP>3
<tb><SEP>Erfindung<SEP>T6<SEP>243<SEP>199<SEP>13,8<SEP>-<CEL AL=L>-<SEP>0,25<SEP>3
<tb><SEP>AA 6016<SEP>T4<SEP>232<SEP>124<SEP>27,6<SEP>0,29<CEL AL=L>0,61<SEP>0,40<SEP>2
<tb><SEP>AA 6016<SEP>T6<SEP>283<SEP>211<SEP>17,9<SEP>-<CEL AL=L>-<SEP>0,65<SEP>1 
<tb></TABLE> 



  Die Ergebnisse zeigen deutlich das bessere Crashverhalten der erfindungsge mässen Legierung im Vergleich zur Standardlegierung AA 6016, insbesondere im warm ausgehärteten Zustand. 


 Beispiel 4 
 



  Eine Legierung der Zusammensetzung (Gew.-%) 



  0,57 Si 



  0,53 Mg 



  0,18 Fe 



  0,07 Cu 



  0,006 V 



  0,07 Mn 



  und eine für Automobilanwendungen eingesetzte Standardlegierung AA 6016 als Vergleichslegierung wurden auf übliche Weise durch Stranggiessen, Warm- und Kaltwalzen zu einem Blech mit einer Dicke von 2,0 mm verarbeitet. Die Lösungsglühung erfolgte bei 560 DEG C mit anschliessender Abschreckung in Wasser. 


 Tabelle 4 
 



   
<tb><TABLE> Columns=9 
<tb>Head Col 2 AL=L: Zustand 
<tb>Head Col 3 AL=L: Rm MPa 
<tb>Head Col 1: Rp0.2 MPa 
<tb>Head Col 2: A10% 
<tb>Head Col 3: n5% 
<tb>Head Col 4: r 
<tb>Head Col 5: f=ri/t 
<tb>Head Col 6: Crash-verhalten
<tb><SEP>Erfindung<SEP>T4<SEP>191<SEP>120<SEP>24,4<CEL AL=L>0,22<SEP>0,50<SEP>0,10<SEP>3
<tb><SEP>Erfindung<SEP>T6<SEP>257<SEP>226<SEP>11,5<CEL AL=L>-<SEP>-<SEP>0,30<SEP>3
<tb><SEP>AA 6016<SEP>T4<SEP>215<SEP>131<SEP>24,8<CEL AL=L>0,24<SEP>0,58<SEP>0,40<SEP>2
<tb><SEP>AA 6016<SEP>T6<SEP>297<SEP>223<SEP>12,8<CEL AL=L>-<SEP>-<SEP>0,70<SEP>1 
<tb></TABLE> 



  Die Ergebnisse von Tabelle 4 zeigen deutlich das bessere Crashverhalten der erfindungsgemässen Legierung in Vergleich zur Standardlegierung AA 6016, insbesondere im warm ausgehärteten Zustand. In den vorangehenden Beispielen 1 bis 4 bedeuten 



   
<tb><TABLE> Columns=2 Abschrecken
<tb><SEP>T6<SEP>Wärmebehandlungszustand Lösungsglühen, Abschrecken, Warmauslagerung
 210 DEG C/30 min (T6 kann auch während eines Lackeinbrennzyklus erreicht werden)
<tb><SEP>Rm<SEP>Zugfestigkeit
<tb><SEP>Rp0.2<SEP>Streckgrenze
<tb><CEL AL=L>A10<SEP>Dehnung
<tb><SEP>n5%<SEP>Verfestigungsexponent n bei 5% Dehnung
<tb><SEP>r<CEL AL=L>r-Wert = mittlere senkrechte Anisotropie
<tb><SEP>f =<ri>-t<SEP>Biegefaktor (ri minimaler Innenradius, t Blechdicke) 
<tb></TABLE> 



  Das Crashverhalten wurde in einem quasi-statischen Stauchversuch mit Noten von 1 bis 3 bewertet, wobei 3 die Bestnote ist. Der quasi-statische Stauchversuch dient zur Beurteilung von energieabsorbierenden Komponenten. Das gewünschte Verhalten ist charakterisiert durch ein regelmässiges Falten ohne Rissbildung. Das Erscheinungsbild der gestauchten Proben wurde mit den Noten 3 (keine Rissbildung, gleichmässige Faltung), 2 (aufgeraut, leicht eingerissen) und 1 (Rissbildung) beurteilt.

Claims (9)

1. Verwendung einer Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi, mit der Zusammensetzung (in Gew.-%) Silizium 0,45 bis 0,85 Magnesium 0,35 bis 1,0 Kupfer 0,05 bis 0,30 Eisen 0,05 bis 0,25 Vanadium max. 0,25 Mangan max. 0,10 sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminium als Rest zur Herstellung eines aus gewalztem Blech oder Band geformtes und zu einem rohrförmigen Teil oder Hohlkörper verbundenes Strukturbauteil mit hohem Aufnahmevermögen für kinetische Energie durch plastische Verformung als Sicherheitsteil im Fahrzeugbau.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,50 bis 0,80 Gew.-% Silizium enthält.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,40 bis 0,65 Gew.-% Magnesium enthält.

4.

Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,05 bis 0,20 Gew.-% Kupfer enthält.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,05 bis 0,20 Gew.-% Eisen enthält.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung max. 0,20 Gew.-% Vanadium enthält.

7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil durch Innenhochdruckumformen weiter umgeformt ist.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Band oder Blech durch Strang- oder Bandgiessen, Warm- und/oder Kaltwalzen und Lösungsglühen in einem Banddurchlaufofen in einem Temperaturbereich von 520 DEG C bis 580 DEG C mit anschliessendem Abschrecken gefertigt ist.

9.

Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 im warm ausgehärteten Zustand, insbesondere im Wärmebehandlungszustand T6.