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WO2014033048A1 - Gegen interkristalline korrosion beständige aluminiumlegierung - Google Patents

Gegen interkristalline korrosion beständige aluminiumlegierung Download PDF

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Publication number
WO2014033048A1
WO2014033048A1 PCT/EP2013/067481 EP2013067481W WO2014033048A1 WO 2014033048 A1 WO2014033048 A1 WO 2014033048A1 EP 2013067481 W EP2013067481 W EP 2013067481W WO 2014033048 A1 WO2014033048 A1 WO 2014033048A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
aluminum alloy
strip
weight
components
alloy
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/067481
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henk-Jan Brinkman
Eike Brünger
Olaf Engler
Thomas Hentschel
Original Assignee
Hydro Aluminium Rolled Products Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydro Aluminium Rolled Products Gmbh filed Critical Hydro Aluminium Rolled Products Gmbh
Priority to CN201380045479.4A priority Critical patent/CN104797727B/zh
Priority to JP2015528968A priority patent/JP5908178B2/ja
Priority to KR1020157007982A priority patent/KR101644584B1/ko
Priority to RU2015111238A priority patent/RU2634822C2/ru
Priority to CA2882613A priority patent/CA2882613C/en
Publication of WO2014033048A1 publication Critical patent/WO2014033048A1/de
Priority to US14/617,469 priority patent/US10113222B2/en

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to an aluminum alloy, the use of a
  • Aluminum alloy strip or sheet and a method of producing an aluminum alloy strip or sheet.
  • Aluminum magnesium (AlMg) alloys of type 5xxx are used in the form of sheets or plates or strips for the construction of welded or joined structures, in shipbuilding, automotive and aircraft construction. They are characterized by a particularly high strength, with increasing
  • Alloys are AlMg2Mn (5049) - AlMg3Mn (5454) or AlMg3.5Mn (5918) aluminum alloys. The constant need for additional
  • Weight reduction requires aluminum alloys with higher strengths and thus with a correspondingly higher magnesium (Mg) held in order to provide the desired strength.
  • Mg magnesium
  • the problem with AlMgMn aluminum alloys with Mg contents of more than 2.4% by weight is that they are increasingly prone to intergranular corrosion when exposed to elevated temperatures for longer times.
  • M n has found that in AlMgMn aluminum alloys containing more than 2.4% by weight of magnesium at temperatures of 70 to 200 ° C., ⁇ -Alr precipitate Mg3 phases along the grain boundaries. If the
  • German Laid-Open Application DE 102 31 437 A1 proposes to significantly reduce the susceptibility to intergranular corrosion by a specific aluminum alloy composition even after sensitization by heat. She proposes the following
  • the present invention has the object to provide an aluminum alloy is available, which has only a low tendency to intergranular corrosion, ie in the ASTM G67 test a mass loss value ⁇ 15 mg / cm 2 , at the same time high strength and good formability provides and Contains standard alloy components, so that the recycling of
  • Aluminum alloy is simplified. In addition, a use of the aluminum alloy and a method for the production of products of the aluminum alloy to be proposed.
  • the above-described object for an aluminum alloy is achieved in that it
  • alloy components which have the following composition in wt .-%:
  • Composition is based on the finding that the alloying components Zn, Cr, Cu and Mn with magnesium contents of at least 2.91 wt .-% suppressed the excretion of ß-AlsMg3 particles by the presence of these
  • Alloy component Zinc for example, can be used to compensate for 2, 3 times the amount of magnesium above 2.91 wt .-% Mg, so that the resulting aluminum alloy shows only a very low tendency to intergranular corrosion.
  • the efficiency of suppressing the intercrystalline corrosion or the precipitation of ⁇ -phases decreases with the alloying components chromium, copper and manganese.
  • aluminum alloys can be provided in any case, which have relatively high magnesium contents and thus show higher strengths without these tend to intercrystalline corrosion after exposure to temperature. Higher strengths at comparable
  • Corrosion resistance is achieved at a Mg content of at least 3.0 wt .-%.
  • Aluminum alloy for example, when casting and rolling in purchasing, it is according to a first embodiment of the invention
  • Aluminum alloy advantageous that for the alloy components Zn, Cr, Cu and
  • the alloying component Cu has the following content in% by weight:
  • an aluminum alloy which is further optimized with respect to the addition of alloy components and which is resistant to intergranular corrosion is characterized provided that the alloying components Mg and Zn have the following contents in% by weight:
  • the reduction of the upper limit of the magnesium content allows a further reduction of the maximum zinc concentration, so that a cost-optimized aluminum alloy with very high resistance to intergranular corrosion can be provided.
  • the aluminum alloy according to the invention can be further optimized with respect to its strength by virtue of the content of the alloying component Mg being at least 3.6% by weight and not more than 4.5% by weight.
  • the increased magnesium levels cause a significant increase in
  • the Mg content is limited to a maximum of 4.0 wt .-% in order to improve the corrosion behavior.
  • Aluminum alloys characterized in that they also have a very good resistance to intergranular corrosion in addition to a very good strength and formability.
  • the object indicated above is achieved according to a further teaching of the invention by the use of an aluminum alloy strip or sheet from an aluminum alloy for producing chassis and structural components in vehicle, aircraft or shipbuilding. Chassis and structural components of vehicles, automobiles or aircraft are frequently exposed to heat sources, for example the exhaust gases of the internal combustion engine or other heat sources, so that aluminum alloys which tend to undergo intercrystalline corrosion after a heat treatment can not normally be used here.
  • heat sources for example the exhaust gases of the internal combustion engine or other heat sources
  • the higher strength aluminum bands or sheets allow the reduction of wall thickness due to the increased strength. In this respect, they contribute to the further weight reduction of vehicles, ships or even aircraft.
  • an aluminum alloy strip or sheet is used consisting of the aluminum alloy according to the invention for producing a chassis and structural part, which is arranged in the region of the engine, the exhaust system or other heat sources of a motor vehicle.
  • a typical example of this is a spring or wishbone of a motor vehicle. Areas of this component, especially if they are located close to the engine, are permanently exposed to increased heat input.
  • tapes and sheets of erfindunmultien aluminum alloy new applications which are characterized by an increased heat input.
  • Welds are generally areas in which heat has entered the metal. This heat input can lead to intercrystalline corrosion, if the aluminum alloy tends to. In the aluminum alloys according to the invention On the other hand, the beta-phase precipitate responsible for the intercrystalline corrosion is largely suppressed, so that the component can be easily welded and yet it does not tend to intergranular corrosion.
  • Wall thickness of the aluminum alloy strip or sheet 0.5 mm to 8 mm, optionally 1, 5 to 5 mm. These wall thicknesses are very suitable for a
  • Hot rolling temperatures of 280 ° C to 500 ° C
  • Aluminum alloy no specific heat treatment step, for example, a solution annealing step at the end of the manufacturing process, but the
  • Table 1 shows the chemical analyzes of the standard alloys ST 5049, ST 5454 and ST 5918 and the aluminum alloys VI, V2, V3 and V4 according to the invention.
  • Table 1 the value for the by
  • the minimum compensation is the value of the "compensated" Mg content, which must be compensated for at least by the alloying components Zn, Cr, Cu and Mn.
  • the value given in Table 1 therefore corresponds to the Mg content of the respective aluminum alloys.
  • Magnesium content of at least 2.91 wt .-% is relevant, this value is not registered for the standard alloy ST 5049.
  • the other standard alloys ST 5454 and ST 5918 have a Mg compensation value which is below the magnesium content of the alloy. As is known, these alloys tend to intergranular corrosion under certain conditions. The reason is considered that the Mg content of these aluminum alloys is not sufficiently compensated. The situation is different with the invention
  • Roll ingots were cast from all seven aluminum alloys and the ingots were cast at temperatures of 500 to 550 ° C for at least two hours homogenized.
  • the billets thus produced were hot rolled to hot strip at hot rolling temperatures of 280 ° C to 500 ° C and then cold rolled to final thickness, with intermediate annealing and final annealing of the cold strip at temperatures between 300 and 400 ° C in a batch oven.
  • the strip thickness was 1.5 mm.
  • Sheets were removed from the strips produced and their mechanical properties were determined in a tensile test according to DIN EN 10002-1 perpendicular to the rolling direction. The measured values are shown in Table 2. They show that
  • Inventive embodiment VI for example, has a significantly higher tensile strength and yield strength than the standard alloy ST 5049.
  • the alloy variant V2 also provides a higher tensile strength and a higher yield strength compared to the standard alloy ST 5454.
  • the uniform elongation A g and the strain Asomm arise also for the
  • Aluminum alloys according to the invention have very good mechanical properties and can be processed identically to the comparable standard alloys.
  • Mass loss measurement according to ASTM G67 subjected to a pretreatment in the form of storage at elevated temperatures.
  • the samples were stored for 17, 100 and 500 hours at 130 ° C and then subjected to the mass loss test.
  • a storage for 100 hours at 100 ° C was performed to the comparability of the invention
  • the standard alloy ST 5049 which has a relatively low magnesium content of 2.05% by weight, has the highest resistance to intergranular corrosion. Even with storage of 500 hours at 130 ° C, this aluminum alloy does not change its corrosion behavior in the test. On the other hand, it also has the lowest mechanical strength values. On the other hand, the standard alloy ST 5454 and the others behave differently
  • Standard alloy ST 5918 The ST 5454 has a mass loss of 16.2 mg / cm 2 at 500 hours pre-sensitization at 130 ° C.
  • the mass loss of the ST 5918 also shows a very significant increase in mass loss after storage in samples stored for 100 hours or 500 hours at 130 ° C
  • the aluminum alloy according to the invention is distinguished by excellent resistance to intergranular corrosion.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, die Verwendung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs. Die Aufgabe, eine Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, welche nur eine geringe Neigung zur interkristallinen Korrosion aufweist, gleichzeitig hohe Festigkeiten und eine gute Umformbarkeit bereitstellt und Standardlegierungskomponenten enthält, so dass das Recycling der Aluminiumlegierung vereinfacht ist, wird durch eine Aluminiumlegierung gelöst, welche die folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweisen: 2,91 % < Mg < 4,5 %, 0,5 % < Mn < 0,8 %, 0,05 % < Cu < 0,30 %, 0,05 % < Cr < 0,30 %, 0,05 % < Zn < 0,9 %, Fe < 0,40 %, Si < 0,25 %, Ti < 0,20 %, Rest AI und Verunreinigungen einzeln kleiner als 0,05 % in Summe max. 0, 15 %, und wobei für die Legierungskomponenten Zn, Cr, Cu und Mn gilt: (2,3* %Zn + 1,25* %Cr + 0,65* %Cu + 0,05* %Mn) + 2,4 > %Mg.

Description

Gegen interkristalline Korrosion beständige Aluminiumlegierung
Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, die Verwendung eines
Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs.
Aluminiummagnesium(AlMg-) Legierungen vom Typ 5xxx werden in Form von Blechen oder Platten bzw. Bändern für die Konstruktion von geschweißten oder gefügten Strukturen, im Schiffs-, Automobil- und Flugzeugbau verwendet. Sie zeichnen sich durch eine besonders hohe Festigkeit aus, wobei mit zunehmendem
Magnesiumgehalt die Festigkeiten der AlMg-Legierungen steigen. Typische Vertreter für die Aluminiumlegierungen vom Typ 5xxx sind beispielsweise die
Aluminiumlegierungen vom Typ AA 5049, AA 5454 oder AA 5918. Bei den
Legierungen handelt es sich um AlMg2Mn (5049)- AlMg3Mn (5454)- bzw. AlMg3,5Mn (5918)- Aluminiumlegierungen. Das ständige Bedürfnis nach zusätzlicher
Gewichtsreduzierung erfordert Aluminiumlegierungen mit höheren Festigkeiten und damit mit entsprechend höheren Magnesium(Mg-)gehalten, um die gewünschten Festigkeiten zur Verfügung zu stellen. Problematisch bei AlMgMn- Aluminiumlegierungen mit Mg-Gehalten von mehr als 2,4 Gew.-% ist, dass diese zunehmend zur interkristallinen Korrosion neigen, wenn sie für längere Zeiten erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. M n hat festgestellt, dass in AlMgMn- Aluminiumlegierungen mit mehr als 2,4 Gew.-% Magnesium bei Temperaturen von 70 bis 200 °C ß-Alr,Mg3-Phasen entlang der Korngrenzen ausscheiden. Wenn die
Korngrenzen durchgehend mit ß- Parti kein belegt sind, kann bei Anwesenheit eines korrosiven Mediums die Auflösung dieser ß-Phasen zu einem selektiven
Korrosionsangriff entlang der Korngrenzen führen. Im Ergebnis führt dies dazu, dass Aluminiumlegierungen mit erhöhten Mg-Gehalten entweder nicht in wärmebelasteten Bereichen einsetzbar sind oder aufgrund der Wärmeentwicklung verringerte Mg- Gehalte aufweisen müssen, so dass die Ausscheidung von ß-AlsMg3-Partikeln minimiert wird, und eine durchgehende Korngrenzenbelegung mit ß-AlsMgs-Partikeln ausbleibt. Zu dieser Problematik gibt es im Stand der Technik bereits
Lösungsvorschläge. Beispielsweise schlägt die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 31 437 AI vor, durch eine spezifische Aluminiumlegierungszusammensetzung die Anfälligkeit gegenüber interkristalliner Korrosion selbst nach einer Sensibilisierung durch Wärme deutlich zu reduzieren. Sie schlägt hierzu die folgende
Aluminiumlegierungszusammensetzung vor:
3,1 % < Mg < 4,5 %,
0,4 % < Mn < 0,85 %,
0,4 % < Zn < 0,8 %,
0,06 % < Cu < 0,35 %,
Cr < 0,25 %,
Fe < 0,35 %,
Si < 0,2 o/o,
Zr < 0,25 %,
Ti < 0,3 %,
Verunreinigungen jeweils < 0,05 % und in Summe max. 0,15 %, Rest AI.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Ergebnisse in Bezug auf die Anfälligkeit für interkristalline Korrosion, welche nach dem Standard ASTM G67 gemessen und bewertet wird, verbesserungsfähig sind. Darüber hinaus erlaubt die
Aluminiumlegierung einen Gehalt an bis zum 0,25 Gew.-% Zirkonium, welches in Bezug auf das Recycling der Aluminiumlegierung als kritisch angesehen wird. Aus der internationalen Patentanmeldung WO 99/42627 ist darüber hinaus eine
zirkoniumhaltige Aluminiumlegierung bekannt, welche zwar im ASTM G67 Test sehr gute Ergebnisse erzielte, allerdings aufgrund des zwingend vorhandenen
Zirkoniumgehaltes im Einsatz problematisch ist. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumlegierung zu Verfügung zu stellen, welche nur eine geringe Neigung zur interkristallinen Korrosion aufweist, d.h. im ASTM G67 Test einem Massenverlustwert <15 mg/cm2, gleichzeitig hohe Festigkeiten und eine gute Umformbarkeit bereitstellt und Standardlegierungskomponenten enthält, so dass das Recycling der
Aluminiumlegierung vereinfacht ist. Darüber hinaus soll eine Verwendung der Aluminiumlegierung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Produkten aus der Aluminiumlegierung vorgeschlagen werden.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für eine Aluminiumlegierung dadurch gelöst, dass diese
Legierungskomponenten umfas t, welche die folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweisen:
2,91 % < Mg < 4,5 %,
0,5 % < Mn < 0,8 %,
0,05 % < Cu < 0,30 %,
0,05 % < Cr < 0,30 %,
0,05 % < Zn < 0,9 %,
Fe < 0,40 %,
Si < 0,25 %,
Ti < 0,20 %,
Rest AI und Verunreinigungen einzeln kleiner als 0,05 % in Summe max. 0,15 %, und wobei für die Legierungskomponenten Zn, Cr, Cu und Mn gilt:
%Zn + 1,25* %Cr + 0,65* %Cu + 0,05* %Mn) + 2,4 > %Mg. „%Zn",„%Cr",„%Cu",„%Mn" und„%Mg" entsprechen den Gehalten der Legierungskomponente jeweils in Gewichtsprozent. Die Erfindungsgemäße
Zusammensetzung beruht auf der Erkenntnis, dass die Legierungskomponenten Zn, Cr, Cu und Mn bei Magnesiumgehalten von mindestens 2,91 Gew.-% die Ausscheidung von ß-AlsMg3-Partikeln unterdrückt, indem die Anwesenheit dieser
Legierungselemente die Bildung von τ-Phasen unterstützt. Diese τ-Phasen vom Typ AICuMgZn unterdrücken die ß-Phasenbildung zu einem erheblichen Teil, so dass auch bei höheren Mg-Gehalten nur eine ganz geringe Neigung zur Ausbildung von ß-Phasen bzw. ß-AlsMg3-Partikeln an den Korngrenzen besteht. Darüber hinaus können sich i Gegenwart der Legierungselemente Cr und Mn auch ε-Phasen vom Typ AlCrMgMn bilden, welche ebenfalls die ß-Phasenbildung unterdrücken. Im Ergebnis ist die entsprechende Aluminiumlegierung nicht so anfällig für interkristalline Korrosion. Zusätzlich hat man herausgefunden, dass die Kompensierungseffizienz der einzelnen Legierungskomponenten Zn, Cr, Cu und Mn unterschiedlich hoch ist. Die
Legierungskomponente Zink kann beispielsweise zur Kompensierung der 2, 3 -fachen Magnesiummenge oberhalb von 2,91 Gew.-% Mg dienen, so dass die resultierende Aluminiumlegierung nur eine sehr geringe Neigung zur interkristallinen Korrosion zeigt. Die Effizienz zur Unterdrückung der interkristallinen Korrosion bzw. der Ausscheidung von ß-Phasen sinkt bei den Legierungskomponenten Chrom, Kupfer und Mangan ab. Im Ergebnis können jedenfalls Aluminiumlegierungen zur Verfügung gestellt werden, welche relativ hohe Magnesiumgehalte aufweisen und insofern höhere Festigkeiten zeigen, ohne dass diese nach Temperatureinwirkung zur interkristallinen Korrosion neigen. Höhere Festigkeiten bei vergleichbarer
Korrosionsbeständigkeit wird bei einem Mg-Gehalt von mindestens 3,0 Gew.-% erreicht.
Um die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung wirtschaftlich herstellen zu können und darüber hinaus keine negativen Effekte bezüglich der Umformbarkeit sowie keine oder nur geringe Änderungen der physikalischen Eigenschaften der
Aluminiumlegierung beispielsweise beim Gießen und Walzen in Kauf nehmen zu müssen, ist es gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung vorteilhaft, dass für die Legierungskomponenten Zn, Cr, Cu und
Mn folgendes gilt:
(2,3* %Zn + 1,25* %Cr + 0,65* %Cu + 0,05* %Mn) + 1,4 < %Mg.
Hiermit wird für eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Obergrenze der Zugabe der Legierungskomponenten Zn, Cr, Cu und Mn angegeben, um eine möglichst wirtschaftliche Herstellung der Aluminiumlegierung zu erzielen. Zugaben über diese Obergrenze hinaus zeigen keinen zusätzlichen positiven Effekt auf die Beständigkeit gegenüber interkristalliner Korrosion. Daneben können auch unerwünschte
Nebeneffekte aufgrund hoher Gehalte der Legierungskomponenten bei dieser
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung ausgeschlossen werden.
Vorzugsweise weist gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung die Legierungskomponente Cu den folgenden Gehalt in Gew.-% auf:
0,05 % < Cu < 0,20 %, um die Aluminiumlegierung allgemein korrosionsbeständiger auszugestalten.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung kann die Umformbarkeit dadurch maximiert werden, dass die Legierungskomponente Cr den folgenden Gehalt in Gew.-% aufweist:
0,05 % < Cr < 0,20 %.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung wird eine im Hinblick auf die Zugabe von Legierungskomponenten weiter optimierte, gegen interkristalline Korrosion beständige Aluminiumlegierung dadurch bereitgestellt, dass die Legierungskomponenten Mg und Zn folgende Gehalte in Gew.- % aufweisen:
2,91 % < Mg < 3,6 %
0,05% < Zn < 0,75 %.
Die Verringerung der Obergrenze des Magnesiumanteils ermöglicht eine weitere Verringerung der maximalen Zinkkonzentration, so dass eine kostenoptimierte Aluminiumlegiemng mit sehr hoher Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion zur Verfügung gestellt werden kann. Vorzugsweise beträgt der Mg-Gehalt dieser
Ausgestaltung 3,0 Gew.-% bis 3,6 Gew.-%, insbesondere 3,4 Gew.-% bis 3,6 Gew.-%.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung in Bezug auf ihre Festigkeit dadurch weiter optimiert werden, dass der Gehalt der Legierungskomponente Mg mindestens 3,6 Gew.-% und maximal 4,5 Gew.-% beträgt. Die erhöhten Magnesium-Gehalte verursachen eine deutliche Steigerung der
Festigkeiten der Aluminiumlegierung bei gleichzeitig guter Umformbarkeit. Aufgrund der spezifischen Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung zeigt auch diese Aluminiumlegierung trotz der hohen Mg-Gehalte nur geringe
Massenverluste <15mg/cm2 und ist somit nach ASTM G67 frei von interkristalliner Korrosion. Bevorzugt ist der Mg-Gehalt auf maximal 4,0 Gew.-% beschränkt, um das Korrosionsverhalten zu verbessern.
Wie bereits zuvor ausgeführt, zeichnen sich die erfindungsgemäßen
Aluminiumlegierungen dadurch aus, dass sie neben einer sehr guten Festigkeit und Umformbarkeit auch eine sehr gute Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion aufweisen. Insofern wird die oben aufgezeigte Aufgabe gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung durch die Verwendung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs aus einer er f i n d u ngsge m ä e n Aluminiumlegierung zur Herstellung von Fahrwerk- und Strukturbauteilen im Fahrzeug-, flugzeug- oder Schiffbau gelöst. Fahrwerk- und Strukturbauteile von Fahrzeugen, Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen sind häufig Wärmequellen, beispielsweise den Abgasen des Verbrennungsmotors oder anderen Wärmequellen ausgesetzt, so dass Aluminiumlegierungen, welche nach einer Wärmebehandlung zur interkristallinen Korrosion neigen, hier üblicher Weise nicht eingesetzt werden können. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen
Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs zur Herstellung von Fahrwerk- und Strukturbauteilen ermöglicht indes aufgrund der sehr guten Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion den Einsatz von höherfesten
Aluminiummagnesiumlegierungen mit Magnesiumgehalten von mindestens 2,91 Gew.-% auch in diesen Anwendungsgebieten. Die höherfesten Aluminiumbänder oder -bleche ermöglichen die Reduzierung von Wandstärken aufgrund der erhöhten Festigkeiten. Insofern tragen sie zur weiteren Gewichtsreduzierung von Fahrzeugen, Schiffen oder auch Flugzeugen bei. Bevorzugt wird ein Aluminiumlegierungsband oder -blech bestehend aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung zur Herstellung eines Fahrwerk- und Strukturteils verwendet, welches im Bereich des Motors, der Abgasanlage oder anderer Wärmequellen eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Ein typisches Beispiel hierfür ist ein Feder- oder Querlenker eines Kraftfahrzeugs. Bereiche dieser Bauteil, insbesondere wenn sie motornah angeordnet sind, sind dauerhaft einem erhöhten Wärmeeintrag ausgesetzt. Gerade im Kraftfahrzeugbau, aber auch im Bau von Zügen, Flugzeugen und Schiffen eröffnen sich durch die Verwendung von Bändern und Blechen aus der erfindungemäßen Aluminiumlegierung neue Anwendungsbereiche, welche durch einen erhöhten Wärmeeintrag gekennzeichnet sind.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Aluminiumlegierungsbandes oder - blechs bestehend aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung, dann wenn die Fahrwerk- oder Strukturbauteile mindestens eine Schweißnaht aufweisen.
Schweißnähte sind generell Bereiche, in welchen ein Wärmeeintrag in das Metall erfolgt ist. Dieser Wärmeeintrag kann zu interkristalliner Korrosion führen, sofern die Aluminiumlegierung hierzu neigt. Bei den erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen hingegen, wird die für die interkristalline Korrosion verantwortliche ß- Phasenausscheidung weitestgehend unterdrückt, so dass das Bauteil ohne weiteres verschweißt werden kann und s dennoch nicht zur interkristallinen Korrosion neigt.
Schließlich ist die Verwendung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs aus der erfindungsgemäßen Aliminiumlegierung besonders vorteilhaft, wenn die
Wanddicke des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs 0,5 mm bis 8 mm, optional 1 ,5 bis 5 mm beträgt. Diese Wanddicken sind sehr gut geeignet, um die für ein
Fahrwerk- oder Strukturteil notwendigen Festigkeit bereitstellen zu können.
Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung soll nun ein wirtschaftliches Herstellverfahren für ein Aluminiumlegierungsband oder -blech angegeben werden, welches aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung besteht. Dieses Verfahren umfasst folgende Schritte:
Gießen eines Walzbarrens
Homogenisieren des Walzbarrens bei 500 bis 550 °C für mindestens 2 Stunden, Warmwalzen des Walzbarrens zu einem Warmband bei
Warmwalztemperaturen von 280 °C bis 500 °C,
Kaltwalzen des Warmbandes mit oder ohne Zwischenglühung auf Enddicke und
Weichglühen des Kaltbandes bei 300 bis 400 °C in einem Batchöfen.
Entgegen den bisherigen Erfahrungen bedarf es bei der erfindungsgemäßen
Aluminiumlegierung keines spezifischen Wärmebehandlungsschrittes, beispielsweise eines Lösungsglühschrittes am Ende des Herstellungsprozesses, sondern die
Aluminiumlegierung kann mit konventionellem Equipment, beispielsweise Batchöfen, hoch wirtschaftlich hergestellt werden. Denkbar ist auch, an Stelle des Gießens eines Walzbarrens ein direktes Gießen des Bandes vorzusehen, welches dann anschließend warm- und/oder kaltgewalzt wird. Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Tabelle 1
Figure imgf000010_0001
Zunächst zeigt die Tabelle 1 die chemischen Analysen der Standardlegierungen ST 5049, ST 5454 und ST 5918 sowie der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen VI, V2, V3 und V4. Zusätzlich ist in der Tabelle 1 der Wert für die durch die
Legierungskomponenten kompensierte Menge an Magnesium angegeben, welche als
„Mg-Kompensierung" bezeichnet ist und über die folgende Formel berechnet wurde:
(2,3* %Zn + 1,25* %Cr + 0,65* %Cu + 0,05* %Mn) + 2,4. Als minimale Kompensierung ist der Wert des„kompensierten" Mg-Gehaltes angegeben, welcher mindestens durch die Legierungsbestandteile Zn, Cr, Cu und Mn kompensiert werden muss. Der in Tabelle 1 angegebene Wert entspricht daher dem Mg-Gehalt der jeweiligen Aluminiumlegierungen.
Da der Mg-Kompensierungswert lediglich für Aluminiumlegierungen mit
Magnesiumgehalten von mindestens als 2,91 Gew.-% relevant ist, ist dieser Wert für die Standardlegierung ST 5049 nicht eingetragen. Die übrigen Standardlegierungen ST 5454 sowie ST 5918 weisen einen Mg-Kompensierungswert auf, welcher unterhalb des Magnesiumgehaltes der Legierung liegt. Wie bekannt ist, neigen diese Legierung unter bestimmten Bedingungen zur interkristallinen Korrosion. Der Grund wird darin gesehen, dass der Mg-Gehalt dieser Aluminiumlegierungen nicht ausreichend kompensiert ist. Anders verhält es sich bei den erfindungsgemäßen
Aluminiumlegierungen VI, V2, V3 und V4, deren Mg-Kompensierungswert deutlich über dem Mg-Gehalt der jeweiligen Aluminiumlegierung in Gew.-% liegt.
Tabelle 2
Figure imgf000011_0001
Aus allen sieben Aluminiumlegierungen wurden Walzbarren gegossen und die Walzbarren bei Temperaturen von 500 bis 550 °C für mindestens zwei Stunden homogenisiert. Die so hergestellten Walzbarren wurden zu einem Warmband bei Warmwalztemperaturen von 280 °C bis 500 °C warmgewalzt und anschließend auf Enddicke kaltgewalzt, wobei eine Zwischenglühung stattfand und das abschließende Weichglühen des Kaltbandes bei Temperaturen zwischen 300 und 400 °C in einem Batchofen stattfand. Die Banddicke betrug 1,5 mm.
Aus den hergestellten Bändern wurden Bleche entnommen und deren mechanische Kennwerte im Zugversuch nach DIN EN 10002- 1 senkrecht zur Walzrichtung ermittelt. Die Messwerte sind in Tabelle 2 dargestellt. Sie zeigen, dass das
erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel VI beispielsweise über eine deutlich höhere Zugfestigkeit und Streckgrenze als die Standardlegierung ST 5049 verfügt. Die
Dehnungswerte Ag für die Gleichmaßdehnung und Asomm der erfindungsgemäßen Legierungsbänder und der Standardlegierungen unterscheiden sich nicht signifikant, so dass davon auszugehen ist, dass die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen eine identische Umformbarkeit wie die Standardlegierungen aufweisen.
Die Legierungsvariante V2 stellt im Vergleich zur Standardlegierung ST 5454 ebenfalls eine höhere Zugfestigkeit und eine höhere Streckgrenze zur Verfügung. Für die Gleichmaßdehnung Ag sowie die Dehnung Asomm ergeben sich auch für die
erfindungsgemäße Variante V2 nahezu identische Werte zur Standardlegierung ST 5454. Gleiches gilt auch für die Varianten V3 und V4, welche im Vergleich zur konventionellen Aluminiumlegierungsvariante ST 5918 verbesserte
Zugfestigkeitswerte und Streckgrenzen zeigen. Im Ergebnis haben die
erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen sehr gute mechanische Kennwerte und können identisch zu den vergleichbaren Standardlegierungen verarbeitet werden.
Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele sowie die konventionellen
Ausführungsbeispiele wurden nun einem Korrosionstest gemäß ASTM G67
unterworfen, mit welchem durch die Messung des Massenverlusts die Anfälligkeit einer Aluminiumlegierung zur interkristallinen Korrosion gemessen werden kann. Bei diesem Test werden Teststreifen, die 50 mm lang und 60 mm breit sind, aus dem Blech oder Band ausgeschnitten und mit oder ohne thermische Vorbehandlung in konzentrierter Salpetersäure bei 30 °C für 24 Stunden gelagert. Salpetersäure löst bevorzugt ß-Phasen aus den Korngrenzen heraus und verursacht dadurch bei der späteren Gewichtsmessung einen deutlichen Massenverlust, sofern in der Probe entlang der Korngrenzen ausgeschiedene ß-Phasen vorhanden sind.
Um die Anfälligkeit gegenüber interkristalliner Korrosion auch in wärmebelasteten Anwendungsbereichen zu ermitteln, wurden die Proben vor einer
Massenverlustmessung nach ASTM G67 einer Vorbehandlung in Form einer Lagerung bei erhöhten Temperaturen unterzogen. Hierzu wurden die Proben für 17, 100 und 500 Stunden bei 130 °C gelagert und anschließend dem Massenverlusttest unterzogen. Darüber hinaus wurde aber auch eine Lagerung für 100 Stunden bei 100 °C durchgeführt, um die Vergleichbarkeit der erfindungsgemäßen
Aluminiumlegierungen mit denen aus dem Stand der Technik bekannten
Aluminiumlegierungen zu erreichen.
Tabelle 3
Figure imgf000013_0001
In Tabelle 3 sind die jeweiligen Versuchsbedingungen der Auslagerung und der gemessene Massenverlust nach einem Test gemäß ASTM G67 in mg/cm2 dargestellt. Gemäß ASTM G67 erreichen gegen interkristalline Korrosion beständige Aluminiumlegierungen 1 bis 15 mg/cm2 Massenverlust, wohingegen nicht beständige 25 bis 75 mg/cm2 Massenverlust aufweisen.
Deutlich zu erkennen ist, dass die Standardlegierung ST 5049, welche einen relativ geringen Magnesiumgehalt von 2,05 Gew.-% aufweist, die höchste Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion besitzt. Selbst bei Lagerungen von 500 Stunden bei 130 °C ändert diese Alu miniumlegierung ihr Korrosionsverhalten im Test nicht. Sie besitzt dagegen aber auch die geringsten mechanischen Festigkeitswerte. Anders verhalten sich dagegen die Standardlegierung ST 5454 und die
Standard legierung ST 5918. Die ST 5454 hat bei 500 Stunden VorSensibilisierung bei 130 °C einen Massenverlust von 16,2 mg/cm2. Der Massenverlust der ST 5918 zeigt bei Lagerung der Proben für 100 Stunden oder für 500 Stunden bei 130 °C ebenfalls einen sehr deutlichen Anstieg des Massenverlusts nach einer Lagerung in
konzentrierter Salpetersäure auf maximal 30,9 mg/cm2. Vergleicht man hierzu die erfindungsgemäßen AI u m i n i u m 1 egi er u ngen bei Lagerung für 500 Stunden bei 130 °C, so sind diese deutlicher stabiler gegenüber interkristalliner Korrosion trotz ähnlich hoher Magnesiumgehalte. Der maximale Massenverlust der erfindungemäßen Aluminiumlegierung V4 betrug bei 500 Stunden bei 130 °C 8,9 mg/cm2 und damit um mehr als den Faktor drei niedriger als die Standardlegierung ST 5918. Gemäß ASTM G67 gilt sie als stabil gegenüber interkristalliner Korrosion, denn ihr Massenverlust ist geringer als 15 mg/cm2. Trotz im Vergleich zu den jeweiligen Standardlegierungen ST5454 oder ST5918 höheren Magnesiumgehalten und höheren Festigkeitswerte zeichnet sich die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung durch eine hervorragende Beständigkeit gegenüber interkristalliner Korrosion aus.
Insbesondere zeigen die Vergleiche mit den aus dem Stand der Technik bekannten Ergebnissen für hochmagnesiumhaltige Alumi niumlegierungen, dass in dem ausgewählten Aluminiumlegierungsbereich eine deutliche Steigerung der Beständigkeit der Äluminiumlegierungen gegenüber interkristalliner Korrosion erreichbar ist, ohne Probleme im Hinblick auf Recycling oder hohe Herstellkosten in Kauf nehmen zu müssen. Schließlich konnte auch gezeigt werden, dass auch die Verwendung von höchst wi rtschaftlichen Batchöfen zur Durchführung von Weichglühungen. genutzt werden können, um hochmagnesiumhaltige und gegen interkristalline Korrosion beständige Äluminiumlegierungen und Legierungsprodukte zur Verfügung zu stellen. Bisher war man davon ausgegangen, dass ein Lösungsglühen in einer kontinuierlichen
Prozesslinie notwendig war, um eine Beständigkeit gegenüber interkristalliner Korrosion zu erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Aluminiumlegierung umfassend Legierungskomponenten, welche die folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweisen:
2,91 % < Mg < 4,5 %,
0,5 % < Mn < 0,8 %,
0,05 % < Cu < 0,30 %,
0,05 % < Cr < 0,30 %,
0,05 % < Zn < 0,9 %,
Fe < 0,40 %,
Si < 0,25 %,
Ti < 0,20 %,
Rest AI und Verunreinigungen einzeln kleiner als 0,05 % in Summe max.0,15 %, und wobei für die Legierungskomponenten Zn, Cr, Cu und Mn gilt:
(2,3* %Zn + 1,25* %Cr + 0,65* %Cu + 0,05* %Mn) + 2,4 > %Mg.
2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1,
dadurch g kennz ichnet, dass
für die Legierungskomponenten Zn, Cr, Cu und Mn zusätzlich gilt:
(2,3* %Zn + 1,25* %Cr + 0,65* %Cu + 0,05* %Mn) + 1,4 < %Mg.
3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Legierungskomponente Cu den folgenden Gehalt in Gew.-% aufweist: 0,05 % < Cu < 0,20 %.
4. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Legierungskomponente Cr den folgenden Gehalt in Gew.-% aufweist: 0,05 % < Cr < 0,20 %.
5. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Legierungskomponenten Mg und Zn folgende Gehalte in Gew.-% aufweisen:
2,91 % < Mg < 3,6 %
0,05 % < Zn < 0,75 %.
6. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gehalt der Legierungskomponente Mg mindestens 3,6 Gew.-% und maximal 4,5 Gew.-% beträgt.
7. Verwendung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs aus einer
Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Fahrwerk- und Strukturbauteilen im Fahrzeug-, Flugzeug- oder Schiffsbau.
8. Verwendung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aluminiumlegierungsband oder -blech zur Herstellung eines Fahrwerk- oder Strukturteils verwendet wird, welches im Bereich des Motors, der Abgasanlage oder anderer Wärmequellen eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Verwendung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fahrwerk- und Strukturbauteile mindestens eine Schweißnaht aufweisen.
Verwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wanddicke des Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs 0,5 mm bis 8 mm, optional 1,5 bis 5 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsbandes oder -blechs aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit folgenden Schritten:
Gießen eines Walzbarrens
Homogenisieren des Walzbarrens bei 500 bis 550 °C für mindestens 2h Warmwalzen des Walzbarrens zu einem Warmband bei
Warmwalztemperaturen von 280 °C bis 500 °C,
Kaltwalzen des Warmbandes mit oder ohne Zwischenglühung uf Enddicke und
Weichglühen des Kaltbandes bei 300 °C bis 400 °C in einem Batchofen.
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