Bauteil

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Bauteil aus einer Legierung vom Typ AlMgSi, mit hohem Aufnahmevermögen für kinetische Energie durch plastische Verformung.

[0002] 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 speziellen Auslegung und Bauweise dieser sogenannten Crashelemente ist der hierzu eingesetzte Werkstoff von grosser Bedeutung. Er soll vor einem Bruch möglichst viel Energie durch plastische Verformung aufnehmen können. Wichtige Werkstoffmerkmale sind daher eine hohe Dehnung sowie ein niedriges Verhältnis von Rp0.2/Rm (Streckgrenze/Zugfestigkeit). Bei Strangpressprofilen ist zudem eine gute Dehnung auch in Querrichtung von grosser Bedeutung.

[0003] 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 werden.

[0004] Zu den Aluminiumwerkstoffen, die heute zu Crashelementen verarbeitet werden, gehören insbesondere Standardlegierungen vom AlMgSi. Obschon Legierungen dieses Typs gegenüber andern Legierungssystemen wie beispielsweise AlZnMg hinsichtlich ihrer Dehnung und Umformbarkeit gute Voraussetzungen für Energie absorbierende Teile mitbringen, ist eine weitere Optimierung der Eigenschaften wünschenswert.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, geeignete Werkstoffe mit besonders guter Verformbarkeit bei guten mechanischen Eigenschaften des Bauteils bereitzustellen.

[0006] Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass die Legierung in Gew.-%

Silizium	0,3 bis 1,6
Magnesium	0,3 bis 1,3
Eisen	max. 0,5
Kupfer	max. 0,9
Mangan	max. 0,5
Vanadium	0,05 bis 0,3
Kobalt	max. 0,3
Chrom	max. 0,3
Nickel	max. 0,8
Zirkon	max. 0,3

sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminium als Rest enthält.

[0007] Die erfindungsgemässe Zugabe von Vanadium zu Legierungen des Typs AlMgSi führt zu einem feinkörnigen Gefüge mit ausgezeichneten Verformungseigenschaften und guter Dehnung auch in Querrichtung.

[0008] Bei einer bevorzugten Zusammensetzung weist die Legierung 0,08 bis 0,13 Gew.-% Vanadium auf und enthält zudem 0,05 bis 0,15 Gew.-% Mangan.

[0009] Die Verwendung der erfindungsgemässen Legierungszusammensetzung zur Herstellung von Bauteilen mit hohem Energieabsorptionsvermögen führt zu einer günstigen Mikrostruktur des Bauteilgefüges. Ein wichtiges Merkmal der Mikrostruktur, das die Verformungseigenschaften verbessert, ist eine möglichst niedrige Korngrösse. Dies wird mit der erfindungsgemässen Legierungszusammensetzung erreicht.

[0010] Ein Bauteil mit besonders guten Eigenschaften bezüglich Energieabsorption bei gleichzeitig guten Festigkeitswerten kann durch eine spezielle Wärmebehandlung erreicht werden. Diese besteht in der Erzeugung eines unteralterten oder teilausgehärteten Zustandes der Legierung, d.h. die Legierung wird nicht auf maximale Festigkeit ausgehärtet. Der unteralterte Zustand wird durch eine Glühung im Bereich zwischen 120 und 170°C hergestellt, wobei die Glühdauer im Bereich zwischen 4 und 16 h liegt. Der gewünschte Grad der Unteralterung kann anhand einer einfachen Versuchsreihe festgelegt werden.

[0011] Die erfindungsgemässen Bauteile sind im einfachsten Fall Strangpressprofile. Denkbar sind jedoch auch Bauteile, die, ausgegehend von einem stranggepressten Profil als Vorform, durch Innenhochdruckumformen endgefertigt sind. Nach einer weiteren Variante der Erfindung kann das Bauteil auch ein Schmiedeteil sein.

[0012] Eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemässen Bauteils wird als Sicherheitsteil im Fahrzeugbau gesehen.

[0013] Die Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemäss eingesetzten Legierungen sowie der speziellen Wärmebehandlung der Unteralterung ergibt sich aus der nachfolgenden Gegenüberstellung einer Legierung mit erfindungsgemässer Zusammensetzung und einer Vergleichslegierung (Beispiel 1) sowie aus den mechanischen Festigkeitswerten einer erfindungsgemässen Legierung im unteralterten Zustand (Beispiel 2).

Beispiel 1

[0014] Eine Legierung A mit erfindungsgemässer Zusammensetzung und eine Vergleichslegierung B wurden unter gleichen Bedingungen zu Flachprofilen verpresst.

Leg.	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	V	Zr
A	.74	.20	.21	.08	.78	.005	.005	.10	.001
B	.71	.22	.19	.08	.77	.005	.007	.004	.16

[0015] Die Flachprofile wurden zu Zugproben für eine Prüfung quer zur Pressrichtung weiterverarbeitet. An den einer identischen Wärmebehandlung unterzogenen Zugproben wurden die nachstehend zusammengestellten mechanischen Eigenschaften in Querrichtung gemessen.

Leg.	Rp0.2 [MPa]	Rm [MPa]	Ag [%]	A5 [%]
A	294	360	13.7	20.2
B	291	359	12.7	18.0

[0016] Hierbei bedeuten:

Rp0.2

Streckgrenze

Rm

Zugfestigkeit

A5, Ag

Bruchdehnung

[0017] Weitere Untersuchungen zur Korngrösse haben gezeigt, dass die erfindungsgemässe Legierung A gegenüber der Vergleichslegierung B bei Glühoperationen wie beispielsweise einer Zwischenglühung eine wesentlich geringere Kornvergröberung zeigt.

Beispiel 2

[0018] Zugproben der Legierung A von Beispiel 1 wurden durch eine Wärmebehandlung während 8 h bei 140°C in einen unteralterten Zustand überführt. An diesem teilausgehärteten Material wurden die folgenden mechanischen Eigenschaften gemessen.

Leg./Zustand	Rm [MPa]	Rp0.2 [MPa]	A5 [%]
A / 140°C 8h	255	165	23

Ansprüche

1. Bauteil mit hohem Aufnahmevermögen für kinetische Energie durch plastische Verformung,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Legierung in Gew.-%

Silizium	0,3 bis 1,6
Magnesium	0,3 bis 1,3
Eisen	max. 0,5
Kupfer	max. 0,9
Mangan	max. 0,5
Vanadium	0,05 bis 0,3
Kobalt	max. 0,3
Chrom	max. 0,3
Nickel	max. 0,8
Zirkon	max. 0,3

sowie weitere Legierungselemente einzeln max. 0,05, insgesamt max. 0,15 und Aluminium als Rest enthält.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,05 bis 0,15 Gew.-% Mangan enthält.

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,08 bis 0,13 Gew.-% Vanadium enthält.

4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach einer Wärmebehandlung während 4 bis 16 h bei 120 bis 170°C im unteralterten Zustand vorliegt.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es als Profil durch Strangpressen hergestellt ist.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Innenhochdruckumformen aus einem stranggepressten Profil hergestellt ist.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Schmieden hergestellt ist.

8. Verwendung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Sicherheitsteil im Fahrzeugbau.