EP0811700A1 - Tiefziehbare und schweissbare Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi - Google Patents

Tiefziehbare und schweissbare Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi Download PDF

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EP0811700A1
EP0811700A1 EP97810320A EP97810320A EP0811700A1 EP 0811700 A1 EP0811700 A1 EP 0811700A1 EP 97810320 A EP97810320 A EP 97810320A EP 97810320 A EP97810320 A EP 97810320A EP 0811700 A1 EP0811700 A1 EP 0811700A1
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Peter Furrer
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Alcan Technology and Management Ltd
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Alusuisse Technology and Management Ltd
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Definitions

  • the invention relates to a deep-drawable and weldable aluminum alloy of the AlMgSi type in the form of strips or sheets for the production of inner skin parts of a body, in particular an automobile body.
  • a method for producing the alloy and an inner skin part produced by deep drawing are also within the scope of the invention.
  • the alloy AA6016 and AA6116 which has become known as Anticorodal-120 (Ac-120), has established itself as the material for outer skin parts of car bodies.
  • the alloy AA5182 is also used as the material for the inner skin.
  • the alloy is intended to create the possibility of recycling the overall component of body parts consisting of outer and inner skin parts into the inner material (production scrap and end-of-life vehicles), with minor impurities from other automotive materials based on aluminum, steel, copper wires, etc should be catchable.
  • the contents (% by weight) of the alloy elements Mg and Si by the trapezoid ABCDE with the coordinates Si Mg A 0.50 0.35 B 0.50 0.60 C. 0.95 0.60 D 0.95 0.40 E 0.80 0.35 are limited and the alloy in addition Cu 0.15-0.45 Mn 0.05-0.20 Fe 0.05-0.55 Zn 0.05-0.50 as well as further alloy elements individually max. 0.10, total max. 0.30 and aluminum as the rest.
  • the contents (% by weight) of the alloy elements Mg and Si through the corner points are A * B * C * D * with the coordinates Si Mg A * 0.80 0.40 B * 0.80 0.55 C * 0.95 0.55 D * 0.95 0.40 limited.
  • the copper content of the alloy according to the invention is preferably between 0.2 and 0.4% by weight.
  • the average grain size in the sheet should not exceed 80 ⁇ m and is preferably less than 60 ⁇ m.
  • the alloy according to the invention is processed in the usual way by continuous casting or strip casting, hot and cold rolling to form a sheet or strip.
  • it has proven to be particularly advantageous if the solution annealing in a continuous belt furnace in a temperature range of 520 ° C. up to 580 ° C or up to the solidus temperature of the alloy.
  • Optimal mechanical strength values and properties can be achieved if the alloy is subjected to a so-called stabilization annealing of a maximum of 24 hours in a temperature range of 50 ° C to 150 ° C, preferably no later than 60 minutes after solution annealing.
  • the alloy can be rolled to its final thickness, solution-annealed and then heat-cured in a temperature range from 160 ° C to 220 ° C. Forming by a maximum of 25% after solution annealing and before final annealing in the temperature range mentioned is also advantageous.
  • the alloy according to the invention is particularly suitable for producing deep-drawn inner skin parts of a body, in particular an automobile body.
  • Ac120 is the preferred material for outer skin parts.
  • the contents (% by weight) of the alloy elements Mg and Si through the corner points A'B'C'D 'with the coordinates Si Mg A ' 0.50 0.35 B ' 0.50 0.50 C ' 0.75 0.50 D ' 0.75 0.35 limited, with a preferred area by the corner points A''B''C''D '' with the coordinates Si Mg A '' 0.55 0.35 B '' 0.55 0.45 C '' 0.7 0.45 D '' 0.7 0.35 is limited.
  • Both of the above-mentioned outer skin materials can be easily recycled into the inner material with the inner skin material according to the invention as the overall component of a body part.
  • the mechanical strength values and properties of the alloy according to the invention and the comparison alloy determined on sheet metal samples are compared below.
  • the sheets were deep-drawn in practical tests and subjected to further forming operations that are common in the manufacture of body parts. Tests were also carried out to weld the alloy according to the invention with Ac120. The practical tests have confirmed the improvements to be expected in the alloy according to the invention compared to alloys according to the prior art on the basis of the above measured values.

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Abstract

Bei einer tiefziehbaren und schweissbaren Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi in der Form von Bändern oder Blechen sind die Gehalte (Gew.%) der Legierungselemente Mg und Si durch das Trapez ABCDE mit den Koordinaten ,Si, Mg; A, 0,50, 0,35; B, 0,50, 0,60; C, 0,95, 0,60; D, 0,95, 0,40; E, 0,80, 0,35 begrenzt und die Legierung enthält zusätzlich Cu, 0,15 - 0,45; Mn, 0,05 - 0,20; Fe, 0,25 - 0,55; Zn, 0,05 - 0,50 sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,10, insgesamt max. 0,30 und Aluminium als Rest. Die Legierung weist gute mechanische Festigkeitswerte bei optimalem Umformververhalten auf und bietet zudem die Möglichkeit, bei Verwendung der heute üblichen Aussenhautwerkstoffe den Innen- und Aussenhautwerkstoff als Gesamtkomponente in den Innenwerkstoff zu rezyklieren. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine tiefziehbare und schweissbare Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi in der Form von Bändern oder Blechen zur Herstellung von Innenhautteilen einer Karosserie, insbesondere einer Automobilkarosserie. Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zur Herstellung der Legierung sowie ein durch Tiefziehen hergestelltes Innenhautteil.
  • In der Praxis bekannte Legierungen, die zur Herstellung von Karosserieblechen für die Automobilindustrie eingesetzt werden, sind in DE-A-27 14 395, US-A-4 082 578 und EP-B-0 259 232 beschrieben. Jede dieser Legierungen hat ihre Vorzüge, indem gewisse mechanische Eigenschaften wie beispielsweise die Festigkeit optimiert sind, allerdings zumeist unter Inkaufnahme einer Verschlechterung anderer Eigenschaften wie beispielsweise des Umformvermögens.
  • In Europa hat sich als Werkstoff für Aussenhautteile von Karosserien die unter dem Namen Anticorodal-120 (Ac-120) bekanntgewordene Legierung AA6016 bzw. AA6116 durchgesetzt. Als Werkstoff für die Innenhaut wird neben den Legierungen AA6009 oder AA5754 auch die Legierung AA5182 eingesetzt.
  • Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zur Herstellung von Innenhautteilen einer Karosserie geeignete Legierung des Typs AlMgSi mit folgenden Eigenschaften zu schaffen:
    • Aushärtbarkeit wie Ac-120
    • Problemlos punktschweissbar bzw. laserschweissbar mit Ac-120
    • Festigkeit gleich oder besser als Ac-120
    • Umformbarkeit (Streck- und Tiefziehen) gleich oder besser als Ac-120
    • Korrosionsbeständigkeit vergleichbar mit Ac-120.
  • Zudem soll mit der Legierung die Möglichkeit geschaffen werden, die aus Aussen- und Innenhautteilen bestehende Gesamtkomponente von Karosserieteilen in den Innenwerkstoff zu rezyklieren (Produktionsschrott und end-of-life vehicles), wobei auch kleinere Verunreinigungen anderer Automobilwerkstoffe auf Aluminiumbasis, aus Stahl, Kupferdrähte etc auffangbar sein sollen.
  • Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass die Gehalte (Gew.%) der Legierungselemente Mg und Si durch das Trapez ABCDE mit den Koordinaten
    Si Mg
    A 0,50 0,35
    B 0,50 0,60
    C 0,95 0,60
    D 0,95 0,40
    E 0,80 0,35
    begrenzt sind und die Legierung zusätzlich
    Cu 0,15-0,45
    Mn 0,05-0,20
    Fe 0,05-0,55
    Zn 0,05-0,50
    sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,10, insgesamt max. 0,30 und Aluminium als Rest enthält.
  • Alle für die Legierungselemente verwendeten Gehaltsangaben beziehen sich auf Gewichtsprozente.
  • Spezielle und weiterbildende Ausführungsarten der erfindungsgemässen Legierung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.
  • Bei einer bevorzugten Legierungszusammensetzung sind die Gehalte (Gew.%) der Legierungselemente Mg und Si durch die Eckpunkte A* B* C* D* mit den Koordinaten
    Si Mg
    A* 0,80 0,40
    B* 0,80 0,55
    C* 0,95 0,55
    D* 0,95 0,40
    begrenzt.
  • Der Kupfergehalt der erfindungsgemässen Legierung liegt bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4 Gew.%.
  • Durch einen Zusatz von 0,05 bis 0,4 Gew.%, insbesondere 0,1 bis 0,3 Gew.% Zink kann eine weitere Festigkeitssteigerung verbunden mit einer leichten Verbesserung des Umformvermögens erreicht werden.
  • Ein zusätzlicher Gehalt an Vanadium von 0,05 bis 0,2 Gew.% führt zu einer weiteren Verbesserung des Umformverhaltens.
  • Die mittlere Korngrösse im Blech sollte 80 µm nicht übersteigen und liegt bevorzugt unter 60 µm.
  • Die erfindungsgemässe Legierung wird auf übliche Weise durch Strang- oder Bandgiessen, Warm- und Kaltwalzen zu einem Blech oder Band verarbeitet. Zur Erzielung der vorstehend beschriebenen optimalen Eigenschaften der Legierung bezüglich Festigkeit und Umformverhalten hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Lösungsglühung in einem Banddurchlaufofen in einem Temperaturbereich von 520°C bis 580°C bzw. bis zur Solidustemperatur der Legierung durchgeführt wird.
  • Optimale mechanische Festigkeitswerte und Eigenschaften lassen sich erzielen, wenn die Legierung vorzugsweise spätestens 60 min nach der Lösungsglühung einer sogenannten Stabilisierungsglühung von maximal 24h in einem Temperaturbereich von 50°C bis 150°C unterzogen wird.
  • Die Legierung kann bei Bedarf auf Enddicke abgewalzt, lösungsgeglüht und anschliessend einem Temperaturbereich von 160°C bis 220 °C warmausgehärtet werden. Vorteilhaft ist auch eine Umformung um maximal 25% nach der Lösungsglühung und vor der Endglühung im erwähnten Temperaturbereich.
  • Wenn mit der Legierung lackierte Karosserieteile hergestellt werden, kann es vorteilhaft sein, die Endglühung mit der Lackeinbrennung zu kombinieren.
  • Die erfindungsgemässe Legierung ist insbesondere geeignet zur Herstellung tiefgezogener Innenhautteile einer Karosserie, insbesondere einer Automobilkarosserie.
  • Als Werkstoff für Aussenhautteile wird heute bevorzugt Ac120 eingesetzt. Bei einer ebenfalls für Aussenhautteile geeigneten Legierungszusammensetzung sind die Gehalte (Gew.% ) der Legierungselemente Mg und Si durch die Eckpunkte A'B'C'D' mit den Koordinaten
    Si Mg
    A' 0,50 0,35
    B' 0,50 0,50
    C' 0,75 0,50
    D' 0,75 0,35
    begrenzt, wobei ein bevorzugter Bereich durch die Eckpunkte A''B''C''D'' mit den Koordinaten
    Si Mg
    A'' 0,55 0,35
    B'' 0,55 0,45
    C'' 0,7 0,45
    D'' 0,7 0,35
    begrenzt ist.
  • Beide der vorstehend erwähnten Aussenhautwerkstoffe lassen sich problemlos mit dem erfindungsgemässen Innenhautwerkstoff als Gesamtkomponente eines Karosserieteils in den Innenwerkstoff rezyklieren.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der erfindungsgemässen Legierung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur ein Diagramm mit den Gehaltsgrenzen der Legierungselemente Mg und Si für die erfindungsgemässe Legierung und für weitere als Aussenhautwerkstoffe eingesetzte bzw. geeignete Legierungen.
  • Legierungen der Zusammensetzung
    A B C
    Si 0,85 0,94 0,69
    Mg 0,40 0,40 0,37
    Cu 0,40 0,25 0,38
    Mn 0,08 0,08 0,06
    Fe 0,25 0,25 0,23
    mit Aluminium als Rest und eine für Aussenhautanwendungen eingesetzte Standardkarosserielegierung AA6016 als Vergleichslegierung wurden auf übliche Weise durch Stranggiessen, Warm- und Kaltwalzen zu einem Blech mit einer Dicke von 1,3 mm verarbeitet. Die an Blechproben ermittelten mechanischen Festigkeitswerte und Eigenschaften der erfindungegemässen Legierung und der Vergleichslegierung sind nachfolgend einander gegenübergestellt.
    Rm (MPa) Rp0,2 (MPa) Rp0,2/Rm A10 (%) n5% r
    A 235 125 0,54 22,5 0,28 0,68
    B 242 134 0,55 25,8 0,27 0,68
    C 212 106 0,50 26,5 0,30 0,65
    Ac-120 222 114 0,51 28,0 0,27 0,55
  • Die Bleche wurden in praxisnahen Versuchen tiefgezogen und weiteren, bei der Herstellung von Karosserieteilen üblichen Umformoperationen unterzogen. Ebenfalls wurden Versuche zur Verschweissbarkeit der erfindungsgemässen Legierung mit Ac120 durchgeführt. Die Praxistests haben die aufgrund obiger Messwerte zu erwartenden Verbesserungen der erfindungsgemässen Legierung gegenüber Legierungen nach dem Stand der Technik bestätigt.
  • Ein Vergleich der beiden erfindungsgemässen Legierungszusammensetzungen A und B mit der Standardkarosserielegierung Ac-120 lässt sich wie folgt zusammenfassen:
    • Die Aushärtbarkeit der Legierungen A und B ist vergleichbar mit derjenigen von Ac-120. Ein geringer Si-Ueberschuss von Ac-120 wird kompensiert durch den Cu-Gehalt der Legierungen A und B.
    • Der verhältnismässig geringe Kupfergehalt der Legierungen A und B erlaubt ein problemloses Verschweissen mit Ac120.
    • Die Festigkeit der Legierung A und B ist infolge des erhöhten Mg- bzw. Cu-Gehaltes gegenüber Ac-120 erhöht.
    • Bezüglich der Umformoperationen Streckziehen und Tiefziehen zeigen die Legierungen A und B ein gegenüber Ac-120 gleiches oder sogar besseres Verhalten.
    • Die Korrosionsbeständigkeit der Legierungen A und B ist mit derjenigen von Ac-120 vergleichbar. Ein erhöhter Cu-Gehalt der erfindungsgemässen Legierung wird kompensiert durch einen geringeren Si-Ueberschuss.
  • Die als Aussenhautwerkstoff häufig eingesetzte Standardkarosserielegierung Ac-120 lässt sich problemlos in den erfindungsgemässen Innenhautwerkstoff rezyklieren. Dieser Vorteil ergibt sich ohne weiteres aus den Gehaltsbereichen für die Hauptelemente der erfindungsgemässen Legierung:
    • Si
    Ac-120 mit ca. 1,1% Si ist in grossem Umfang auffangbar, da alle anderen relevanten Aluminium-Knetwerkstoffe geringere Si-Gehalte aufweisen.
    Mg
    Der Mg-Gehalt ist gegenüber demjenigen von Ac-120 erhöht, d.h. es sind auch Zusätze von AlMg-Werkstoffen auffangbar.
    Cu
    Der geringe Cu-Gehalt von Ac-120 erlaubt problemlos das Auffangen kleinerer Cu-Verunreinigungen wie z.B. Kupferdrähte.
    Fe
    Der beschränkte Fe-Gehalt von Ac-120 ermöglicht auch problemlos das Auffangen kleinerer Verunreinigungen aus Stahl.

Claims (11)

  1. Tiefziehbare und schweissbare Aluminumlegierung vom Typ AlMgSi in der Form von Bändern oder Blechen zur Herstellung von Innenhautteilen einer Karosserie, insbesondere einer Automobilkarosserie,
       dadurch gekennzeichnet,
       dass die Gehalte (Gew.%) der Legierungselemente Mg und Si durch das Trapez ABCDE mit den Koordinaten Si Mg A 0,50 0,35 B 0,50 0,60 C 0,95 0,60 D 0,95 0,40 E 0,80 0,35
    begrenzt sind und die Legierung zusätzlich Cu 0,15-0,45 Mn 0,05-0,20 Fe 0,25-0,55 Zn 0,05-0,50
    sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,10, insgesamt max. 0,30 und Aluminium als Rest enthält.
  2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte (Gew.%) der Legierungselemente Mg und Si durch die Eckpunkte A* B* C* D* mit den Koordinaten Si Mg A* 0,80 0,40 B* 0,80 0,55 C* 0,95 0,55 D* 0,95 0,40
    begrenzt sind.
  3. Legierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,2 bis 0,4 Gew.% Cu enthält.
  4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0, 05 bis 0,4 Gew.%, insbesondere 0,1 bis 0,3 Gew.% Zn enthält.
  5. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,05 bis 0,2 Gew.% V enthält.
  6. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngrösse max. 80 µm, vorzugsweise max. 60 µm beträgt.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durch Strang- oder Bandgiessen, Warm- und Kaltwalzen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lösungsglühung in einem Banddurchlaufofen in einem Temperaturbereich von 520°C bis 580°C bzw. bis zur Solidustemperatur der Legierung durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach der Lösungsglühung, vorzugsweise spätestens 60 min nach der Lösungsglühung, einer Stabilisierungsglühung von maximal 24h in einem Temperaturbereich von 50°C bis 150°C unterzogen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach der Lösungsglühung um max. 25% umgeformt und anschliessend in einem Temperaturbereich von 160°C bis 220°C ausgehärtet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Endglühung als Lackeinbrennung durchgeführt wird.
  11. Innenhautteile einer Karosserie, insbesondere einer Automobilkarosserie, durch Tiefziehen hergestellt aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
EP97810320A 1996-06-04 1997-05-26 Tiefziehbare und schweissbare Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi Expired - Lifetime EP0811700B1 (de)

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