Aluminiumlegierung für superplastische Umformung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung als Werk­stoff für superplastische Umformung.

[0002] Superplastisch umformbare Werkstoffe sind seit langem be­kannt. Wesentlichste Voraussetzung ist hierbei die Feinkör­nigkeit des umzuformenden Werkstoffs. So benötigt man etwa bei Blechen, welche superplastisch umgeformt werden sollen, eine Korngrösse von bevorzugt weniger als 10 µm. Die Körner sollen zudem nahezu globulitisch vorliegen. Ueberdies darf sich während der superplastischen Umformung, welche bei et­wa 500°C durchgeführt wird, auch keine wesentliche Vergrö­berung der Körner einstellen. Diese Anforderungen machen bei den bekannten, für die superplastische Umformung geeig­neten Legierungen im allgemeinen eine aufwendige thermome­chanische Vorbehandlung erforderlich.

[0003] Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine als Werkstoff für superplastische Umfor­mung geeignete Aluminiumlegierung bereitzustellen, die ohne besondere thermomechanische Vorbehandlung zu superplastisch umformbaren Blechen verarbeitet werden kann.

[0004] Zur Lösung der gestellten Aufgabe führt, dass die Legierung
0,8 - 2,5 % Eisen,
3,5 - 6,0 % Magnesium,
0,1 - 0,6 % Mangan,
0,05 - 0,5 % Zirkon,
max. 6,0 % Zink,
max. 3,0 % Kupfer,
max. 0,3 % Silicium,
max. 0,05 % Titan,
max. 0,05 % Chrom,
sowie als Rest Aluminium handelsüblicher Reinheit enthält.

[0005] Der maximal zulässige Eisengehalt von 2,5 % ist bei Verar­beitung der Legierung über Giesswalzen oder bei Anwendung anderer Giessverfahren mit schroffer Erstarrung vorgesehen. Wird die Legierung mittels konventioneller oder elektromag­netischer Stranggiesskokillen vergossen, so liegt der maxi­mal zulässige Eisengehalt bei 1,6 %. Bei Einhaltung dieser oberen Gehaltsgrenzen für Eisen können unerwünschte Vorer­starrungen verhindert werden. Generell ist jedoch zu beach­ten, dass bei hohem Eisengehalt der Zusatz an Mangan eher gering gehalten werden sollte.

[0006] Für die einzelnen Elemente haben sich die nachfolgenden Ge­haltsbereiche als bevorzugt herausgestellt:
1,0 - 1,4 % Eisen,
4,0 - 5,0 % Magnesium,
0,1 - 0,3 % Mangan,
0,1 - 0,2 % Zirkon,
max. 0,15 % Silicium.

[0007] Ein Zusatz von Zink und/oder Kupfer dient zur generellen Festigkeitssteigerung der Legierung. Hierbei liegt der Zinkzusatz bevorzugt zwischen 3,0 und 4,0 %.

[0008] Eine als Werkstoff für superplastische Umformung besonders geeignete Legierung weist die folgende Zusammensetzung auf:
1,1 - 1,3 % Eisen,
4,3 - 4,7 % Magnesium,
0,1 - 0,3 % Mangan,
0,1 - 0,2 % Zirkon,
max. 0,15 % Silicium,
max. 0,05 % Titan,
max. 0,05 % Chrom,
Rest Aluminium handelsüblicher Reinheit.

[0009] Alle Gehaltsangaben betreffend die Legierungszusammenset­zung beziehen sich auf Gewichts-Prozente.

[0010] Die erfindungsgemässe Legierung wird bevorzugt mittels kon­ventioneller oder elektromagnetischer Stranggiesskokillen zu Walzbarren vergossen und lässt sich ohne besondere ther­momechanische Vorbehandlung zu superplastisch umformbaren Blechen verarbeiten. Damit die geforderte Feinkörnigkeit erreicht wird, soll der Verformungsgrad beim Kaltwalzen mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, betragen. Wird eine Zwischenglühung eingeschaltet, so bezieht sich der Mindestverformungsgrad auf das Kaltwalzen auf Enddicke nach erfolgter Zwischenglühung.

[0011] Die Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemässen Legierung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles gezeigt.

Beispiel

[0012] Eine Legierung mit 1,2 % Eisen, 4,54 % Magnesium, 0,24 % Mangan, 0,15 % Zirkon, 0,10 % Silicium, sowie 0,03 % Titan wurde mittels einer Stranggiesskokille zu einem Walzbarren von 70 mm Dicke vergossen und während 24 Stunden bei einer Temperatur von 450°C homogenisiert. Der Barren wurde an­schliessend auf 500°C angewärmt und zu einer Dicke von 12 mm warmgewalzt. Nach dem Abkühlen wurden die Warmwalz­platten wie folgt kaltgewalzt:
Variante A: Ohne Zwischenglühung kaltgewalzt auf 3 mm;
Variante B: Kaltgewalzt auf 6 mm, 12 Std. bei 400°C zwi­schengeglüht, kaltgewalzt auf 1,2 mm.
Zur Prüfung des superplastischen Umformverhaltens wurden aus den kaltgewalzten Blechen Zugproben mit einer Schaft­breite von 10 mm und einer Messlänge von 20 mm gefertigt und auf einer Zugmaschine bei einer Temperatur von 490°C mit einer wahren Dehngeschwindigkeit von 5 x 10⁻⁴ s⁻¹ bis zum Bruch verformt. Die erreichten Dehnungswerte betrugen für die Variante A 550 %, für die Variante B 585 %.

Ansprüche

1. Aluminiumlegierung als Werkstoff für superplastische Um­formung, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung
0,8 - 2,5 % Eisen,
3,5 - 6,0 % Magnesium,
0,1 - 0,6 % Mangan,
0,05 - 0,5 % Zirkon,
max. 6,0 % Zink,
max. 3,0 % Kupfer,
max. 0,3 % Silicium,
max. 0,05 % Titan,
max. 0,05 % Chrom,
sowie als Rest Aluminium handelsüblicher Reinheit ent­hält.

2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass sie 0,8 - 1,6 %, vorzugsweise 1,0 - 1,4 % Ei­sen enthält.

3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass sie 4,0 - 5,0 % Magnesium enthält.

4. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass sie 0,1 - 0,3 % Mangan enthält.

5. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass sie 0,1 - 0,2 % Zirkon enthält.

6. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass sie max. 0,15 % Silicium enthält.

7. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass sie 3,0 bis 4,0 % Zink enthält.

8. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass sie
1,1 - 1,3 % Eisen,
4,3 - 4,7 % Magnesium,
0,1 - 0,3 % Mangan,
0,1 - 0,2 % Zirkon,
max. 0,15 % Silicium,
max. 0,05 % Titan,
max. 0,05 % Chrom,
sowie als Rest Aluminium handelsüblicher Reinheit ent­hält.

9. Verfahren zur Herstellung eines superplastisch umformba­ren Bleches aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durch Giessen, Warm- und Kaltwalzen, wobei gegebenenfalls zwischen zwei Kaltwalzschritten eine Zwischenglühung durchgeführt wird, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Verformungsgrad beim Kaltwalzen auf Enddicke, nach allfällig erfolgter Zwischenglühung, min­destens 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, beträgt.