Ausscheidungshärten einer Aluminiumlegierung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausscheidungshärten von Aluminiumlegierungen.
In präziser Darlegung betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausscheidungshärten von Bau- oder Formteilen aus einer Aluminiumlegierung enthaltend in Gew.-%

0,3	bis 1,8 Silizium (Si)
0,25	bis 1.6 Magnesium (Mg)
0.005	bis 0,6 Eisen (Fe)
	bis 0,15 Titan (Ti)
	bis 1,5 Kupfer (Cu)
	bis 1,5 Mangan (Mn)
	bis 0,25 Chrom (Cr)
	bis 0,16 Zirkonium (Zr)
	Rest Aluminium (Al) und

herstellungsbedingte Verunreinigungen, bei welchem in einem 1. Schritt das Vormaterial einer Lösungsglühbehandlung bei einer Temperatur von 480 bis 589 °C bis zu einer Zeitdauer von 30 Minuten unterzogen und anschließend verstärkt abgekühlt wird, worauf in einem 2. Im Vorbehandlungsschritt einer mindestens Dreifach-Wärmebehandlung das Vormaterial zur Bildung einer Überstruktur auf einer Temperatur von unter 100°C, jedoch über der Rasentemperatur gewärmt und bei dieser Temperatur 3 bis 28 Minuten gehalten und nachfolgend zur Keimstrukturbildung auf einer Temperatur zwischen 120°C und 22°C gebracht und 3 bis 28 Minuten gehalten und anschließend abgekühlt wird, wonach eine Stabilizierung der Keimstruktur im Werkstoff durch eine Warmlagerung zwischen 75°-145°C mit einer Zeitdauer von 0.6 - 24 Stunden erfolgt und das Vormaterial gegebenfalls nach einer längeren Bereitstellungszeit verformt und im 3. Schritt der Formteil bei einer Temperatur zwischen 165° - 190°C während einer Zeitdauer von 12 bis 38 Minuten gelagert und ausscheidungsgehärtet wird.

[0002] Weiters umfaßt die Erfindung ein Vormaterial für Bau- und Formteile aus einer Aluminiumlegierung mit obiger chemischer Zusammensetzung, welches nach einer Lösungsglühung thermisch vorbehandelt ist.

[0003] Eine Aushärtbarkeit einer Al-Mg-Si-Legierung begründet sich dadurch, daß die Löslichkeit von Magnesium und Silizium in der Aluminiummatrix mit steigender Temperatur zunimmt. Nach einem Lösungsglühen und einem verstärkten Abkühlen von Teilen aus der vorgenannten Legierung liegen also in diesen übersättigte Mischkristalle vor, welche das Bestreben haben, Ausscheidungen zu bilden, um so wieder einen thermischen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Durch ein Warmauslagern kann eine derartige Ausscheidungsmorphologie im Material bewirkt werden, daß hohe Werte für die Härte, die Dehngrenze, die Zugfestigkeit sowie die Dehnung des Werkstoffes vorliegen.

[0004] Das Bestreben der nach einem Abschrecken von der Lösungsglühtemperatur übersättigten Mischkristalle, Ausscheidungen zu bilden, der sogenannte Ausscheidungsdruck, führt jedoch schon bei Raumtemperatur nach kürzeren Liegezeiten zu einer sogenannten Kaltaushärtung des Werkstoffes. Durch diese Kaltaushärtung werden allerdings nach längeren Zeiten die bei einem nachfolgenden Warmauslagern erreichbaren Materialeigenschaften nachteilig beeinflußt. Weil nun das Vormaterial zumeist nicht ummittelbar nach einem verstärkten Abkühlen von der Lösungsglühtemperatur zu Bau- oder Formteilen verarbeitet und ausgehärtet werden kann, hohe mechanische Kennwerte des Materials nach einem Warmauslagern jedoch erforderlich sind, soll durch eine Vorbehandlung eine Kaltaushärtung zumindest während längerer Bereitstellungszeiten verhindert oder rückgängig gemacht und die Warmauslagerungstechnologie verbessert werden. Von besonderer Bedeutung ist dies für die Herstellung von Komponenten für Automobile und Flugzeuge.

[0005] Um einen Beginn einer Kaltaushärtung zu längeren Zeiten zu verschieben, ist es möglich, unmittelbar nach dem Lösungsglühen und Abschrecken des Vormaterials dieses einer thermischen Stabilisierungsbehandlung zu unterwerfen und damit die durch eine Lagerung bei Raumtemperatur eintretenden nachteiligen Effekte zu vermindern. Danach kann besonders vorteilhaft eine Wärmebehandlung, die für eine Einbrennlackierung (paint bake response - PBR), beispielsweise an Fahrzeugteilen, erforderlich ist, gleichzeitig ein Warmauslagern des Teiles bewirken und hohe mechanische Materialwerte darstellen.

[0006] Eine Stabilisierungsbehandlung, bei welcher nach dem Abschrecken von der Lösungsglühtemperatur ein Blech schnell auf ca. 100°C wieder erwärmt und zu einem Coil gehaspelt wird, wonach der Coil mit 1 bis 3°C/h abkühlt, ist aus der US 5 718 780 bekannt geworden. Bei dieser Vorbehandlung ist allerdings ein Temperaturunterschied zwischen den Blechlagen im Zentrum und im Oberflächenbereich des Coils gegeben.

[0007] In der WO 96/14113 wird eine Vorbehandlung von Blech vorgeschlagen, bei welcher dieses 0,5 bis 5 Stunden, vorzugsweise 2 Stunden, bei einer Temperatur zwischen 70°C und 150°C, vorzugsweise bei 100°C, gehalten wird. Insbesondere die Dehngrenze erfährt bei einer anschließenden PBR-Behandlung (180°C/30 min) eine vergleichsweise große Steigerung.

[0008] In der US 5 266 130 ist eine gebrochene Abkühlung von der Lösungsglühtemperatur als Vorbehandlungstechnologie bekannt geworden. Dabei erfolgt eine rasche Abschreckung des Bleches auf eine Temperatur zwischen 60°C und 250°C (150°C) und eine langsame Kühlung desselben(4°C/min) auf 50°C.

[0009] Gemäß US 5 662 750 soll eine zweistufige Vorbehandlung eines Bleches hohe mechanische Werte nach dem Warmauslagern (PBR) erbringen. Beim raschen Abkühlen von der Lösungsglühtemperatur erfolgt ein Abfangen bei einer Temperatur kleiner als 177°C, ein Halten von mehr als 30 Sekunden und ein Abkühlen auf Raumtemperatur, bei welcher das Blech mit einer Zeitdauer von weniger als 24 Stunden gelagert wird. Der zweite Schritt der Vorbehandlung sieht eine Erwärmung auf 66°C bis 182°C mit einer Haltedauer von 2 Minuten bis 24 Stunden vor.

[0010] Eine Voraushärtung (45°C - 100°C/2-48 Stunden) und eine Reversionsgiühung (180°C -300°C/3 - 60 Sekunden) werden nach der US 5 441 582 als Vorbehandlung für Blech zur Verbesserung der Materialeigenschaften nach einer PBR-Behandlung vorgeschlagen.

[0011] Aus der WO 96/07768 ist ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem nach einer Lösungsglühbehandlung ein Blech mindestens einer weiteren Wärmebehandlung unterworfen wird. Bei dieser erfolgen ein rasches Aufheizen und ein dergleichen Abkühlen auf bzw. von einem Temperaturspitzenwert zwischen 100°C und 300°C. Erforderlich erscheint eine kürzestmögliche Haltezeit bei Spitzentemperaturen von unter 1 Minute. Die Wärmebehandlungskurve mit steigenden Höchstwerten weist somit ein Sägezahnprofil auf.

[0012] Aus der EP 0 801 141 A ist ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem nach einer Lösungsglühbehandlung ein Blech unter 50°C für maximal 30 Minuten gehalten und nachshließend bis 165-185°C aufgeheizt und für einer Zeitdauer von 60-600°C gehalten wird.

[0013] Alle Verfahren gemäß dem Stand der Technik haben den Nachteil, daß entweder bei langer Bereitstellungszeit vor einem Warmauslagern eine gewisse Kaltaushärtung des Materials erfolgt, welche eine verminderte Festigkeitssteigerung bei einer PBR-Behandlung bewirkt und/oder daß bei der Vorbehandlung des Bleches grobe Ausscheidungskeime gebildet werden, die eine nachteilig grobe Ausscheidungsstruktur in der Al-Basislegierung zur Folge haben.

[0014] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu erstellen, mittels welchen durch eine Vorbehandlung ein derartiger Keimzustand im Werkstoff bewirkt wird, der einerseits einen langen Bereitstellungszeitraum des Vormaterials ermöglicht und andererseits bei einem anschließenden Warmauslagern mit einer Technologie, die für ein Lackeinbrennen genutzt werden kann, verbesserte mechanische Materialwerte erbringt.

[0015] Auch ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Vormaterial anzugeben, welches für eine lange Bereitstellungsdauer eine stabile Keimstruktur mit günstigen mechanischen Kennwerten aufweist und anschließend bei einer PBR-Behandlung aushärtbar ist.

[0016] Das Ziel wird mit einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß im 2. Schritt bzw. im Vorbehandlungsschritt eine mindestens Dreifach-Wärmebehandlung des Vormaterials mit der Maßgabe erfolgt, daß die letzte bzw. abschließende Warmauslagerung innerhalb des Vorbehandlungsschrittes bei einer abgesenkten Temperatur zur Stabilisierung der Keimstruktur durchgeführt und das Vormaterial, gegebenenfalls nach einer längeren Bereitstellungszeit, verformt und im 3. Schritt der Formteil bei einer Temperatur zwischen 165°C und 190°C während einer Zeitdauer von 12 bis 38 Minuten gelagert und ausscheidungsgehärtet wird.

[0017] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Vorbehandlungsschritt eine feindisperse Keimstruktur gebildet und diese stabilisiert wird. Auf Grund der kurzen Diffusionswege und der sich bei einer Warmauslagerung nicht mehr auflösenden Keime wird eine schnelle Aushärtung des Werkstoffes erreicht. Weiters bewirkt eine stabilisierte Keimstruktur, daß bei einer Langzeitlagerung bei Raumtemperatur im Zuge einer Bereitstellung des Vormaterials nur eine geringfügig merkbare Kaltaushärtung eintritt.

[0018] Besonders günstige mechanische Kennwerte des ausscheidungsgehärteten Werkstoffes sind erreichbar, wenn im 2. Schritt bzw. im Vorbehandlungsschritt das Vormaterial innerhalb von 10 Minuten, vorzugsweises innerhalb von 6 Minuten, nach der Lösungsglühbehandlung zur Bildung einer Überstruktur auf eine Temperatur von unter 100°C, jedoch über der Raumtemperatur gewärmt und bei dieser Temperatur 3 bis 28 Minuten gehalten und nachfolgend zur Keimstrukturbildung auf eine Temperatur zwischen 120°C und 220° C gebracht und 3 bis 28 Minuten gehalten und anschließend abgekühlt wird, wonach eine Stabilisierung der Keimstruktur im Werkstoff durch eine Warmlagerung zwischen 75°C und 145°C mit einer Zeitdauer von 0,6 bis 24 Stunden erfolgt.

[0019] Es ist bekannt, daß nach dem Lösungsglühen und Abschrecken in der Aluminiumbasislegierung übersättigte und leerstellenreiche Mischkristalle vorliegen, wobei ein großer Ausscheidungsdruck gegeben ist. Während einer Lagerung bei Raumtemperatur bilden sich GP-I-Zonen, welche eine Kaltaushärtung bedeuten., Diese GP-I-Zonen müssen bei einer nachfolgenden Warmauslagerung aufgelöst werden, bevor sich die festigkeitssteigernden β" (Beta-Zweistrich)- Ausscheidungen bilden können, was den Aushärtungsvorgang wesentlich verzögert und bei einer PBR-Behandlung keine entsprechenden Verbesserungen der Materialwerte erbringt.

[0020] Erfolgt nun erfindungsgemäß vor einer Ausbildung von GP-I-Zonen ein Wärmen des Werkstoffes, bei welchem sich eine feindisperse Überstruktur ausformt, so wird eine Keiminitiation erreicht und es entstehen bei einer folgenden Wärmung die β"-Keime, also eine feine Keimstruktur, welche der Al-Matrix gelöste Fremdatome entzieht. Durch eine nachfolgende Stabilisierung bei niedrigerer Temperatur wird dieser letztgenannte Vorgang intensiviert, eine Stabilisierung des Keimzustandes verstärkt und weitestgehend eine nachfolgende Kaltaushärtung während langer Liegezeiten bei Raumtemperatur verhindert.

[0021] Besonders günstig für die letztlich erreichbaren Werkstoff-Kennwerte kann es sein, wenn zur Bildung der Überstruktur das Vormaterial auf eine Temperatur zwischen 100°C und 45°C, vorzugsweise zwischen 90°C und 55°C, gewärmt und bei dieser Temperatur 3 bis 10 Minuten, vorzugsweise 3 bis 6 Minuten, gehalten wird. Dadurch entsteht eine Vielzahl von gut verteilten Ankeimungsherden mit geringem Abstand zueinander.

[0022] Wenn nun zur Keimstrukturbildung das eine Überstruktur aufweisende Vormaterial auf eine Temperatur von 160°C bis 200°C, vorzugsweise von 175°C bis 195°C, gebracht und auf dieser 3 bis 10 Minuten, vorzugsweise 3 bis 6 Minuten, gehalten und anschließend abgekühlt wird, können kleine wirkungsvolle Keime in einer an Fremdatomen abgereicherten Matrix vorteilhaft gebildet werden.

[0023] Um diese vorteilhafte Keimstruktur weiterzubilden, kann es von Vorteil sein, wenn zur Stabilisierung der Keimstruktur im Werkstoff dieser einer Warmlagerung zwischen 85°C und 125°C, vorzugsweise zwischen 90°C und 110°C mit einer Zeitdauer von 2 bis 16 Stunden, vorzugsweise von 4 bis 12 Stunden, unterworfen wird.

[0024] Eine Aluminiumbasislegierung mit günstigen mechanischen Eigenschaften kann erstellt werden, wenn nach der Stabilisierung der Keimstruktur im Werkstoff das Vormaterial innerhalb von 420 Stunden verformt und der Formteil ausgehärtet wird. Bevorzugt ist, wenn nach der Stabilisierung der Keimstruktur im Werkstoff das Vormaterial innerhalb von 1000 Stunden verformt und der Formteil ausgehärtet wird.

[0025] Aus wirtschaftlichen Gründen ist es bei einer Blechherstellung vorteilhaft, wenn die Ausbildung einer Überstruktur bzw. einer Keiminitiation und die Keimstrukturbildung im Vormaterial im kontinuierlichen Durchlauf erfolgen.

[0026] Die weitere Aufgabe der Erfindung, ein Vormaterial anzugeben, welches für eine lange Bereitstellungsdauer eine stabile Keimstruktur mit günstigen mechanischen Kennwerten für die Verarbeitung aufweist und bei einer PBR-Behandlung voll aushärtbar ist, wird dadurch erreicht, daß der Werkstoff nach einer aus mindestens dreimaligem Erwärmen bestehenden Vorbehandlung, bei welcher der letzte Warmbehandlungsschritt zur Stabilisierung der Keimstruktur mit abgesenkter Temperatur erfolgt, zumindest für 420 Stunden, vorzugsweise für zumindest 1000 Stunden, eine stabilisierte Keimstruktur mit den mechanischen Kennwerten

Härte	HB ≤ 65 (2,5/62,5/16)
Dehngrenze	Rp0,2 ≤ 140 MPa, vorzugsweise ≤ 130
Zugfestigkeit	Rm ≤ 270 MPa.vorzugsweise ≤ 240
Gleichmaßdehnung	Ag ≥ 18 %

aufweist und gegebenenfalls nach einer Ausformung des Teiles dieser bei einer Temperatur zwischen 165°C und 190°C innerhalb einer Zeitdauer von 12 bis 38 Minuten ausscheidungshärtbar ist.

[0027] Die Vorteile des erfindungsgemäßen Vormaterials liegen insbesondere darin, daß größere Lagermengen für eine Produktion mit naturgemäß längeren Liegezeiten in Kauf genommen werden können, weil eine Kaltaushärtung bzw. ein Auslagern bei Raumtemperatur weitestgehend unterdrückt ist. Auch nach längeren Bereitstellungszeiten ist der eine stabile Keimstruktur aufweisende Werkstoff bei PBR-Bedingungen voll aushärtbar, was auf ein Fehlen von GP-I-Zonen hindeutet.

[0028] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vormaterials ist dadurch gegeben, daß die stabilisierte Vorstruktur feine homogen verteilte, eng benachbarte Keime in einer an Si und Mg abgereicherten Umgebungszone aufweist und dadurch eine während der letztlich folgenden Ausscheidungsbehandlung die mechanischen Eigenschaften günstig beeinflussende Ausscheidungsstruktur sicherstellt. Trotz der abgereicherten Zone um die einzelnen Keime sind auf Grund der feinen und gleichmäßigen Verteilung derselben die Diffusionswege für die die Ausscheidungen bildenden Elemente kurz, so daß auch kurze Aushärtungszeiten voll wirksam sind.

[0029] Erfindungsgemäß besitzt der daraus hergestellte ausscheidungsgehärtete Bau- oder Formteil folgende mechanische Kennwerte:

Härte	HB ≥ 80
Dehngrenze	Rpo,2 ≥ 190 MPa. vorzugsweise ≥ 210
Zugfestigkeit	Rm ≥ 240 MPa, vorzugsweise ≥ 260
Gleichmaßdehnung	Ag ≥ 12%

[0030] Durch den Einsatz von erfindungsgemäß vorbehandeltem Vormaterial ist es möglich, daß innerhalb einer Zeitspanne von mindestens 1000 Stunden, vorzugsweise von zumindest 2000 Stunden, nach einer Stabilisierung der Keimstruktur die durch eine Aushärtung bei einer Temperatur zwischen 165°C und 190°C innerhalb einer Zeitdauer von 12 bis 28 Minuten erreichten Werte für die Streckgrenze R_p0,2 um weniger als 10% erniedrigt und die Dehnwerte mindestens gleichbleibend, vorzugsweise erhöht, sind. Somit können, wie oft erforderlich ist, längere Bereitstellungszeiten des Vormaterials ohne wesentliche Beeinträchtigung der letztlich geforderten Werkstoffkenndaten erreicht werden.

[0031] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Beispiels näher erläutert.
Blechproben aus einer Al-Si-Mg-Legierung wurden bei 540°C 2 Minuten lang lösungsgeglüht und anschließend im Wasser auf Raumtemperatur abgekühlt. Von den Blechproben wurde ein Teil 10 Minuten bei 5°C über der Raumtemperatur gelagert, anschließend 5 Minuten bei 185 °C gehalten und in Wasser abgeschreckt.
Die Behandlung eines zweiten Teiles der Proben erfolgte durch ein Halten der lösungsgeglühten und abgekühlten Proben bei 60°C während einer Zeit von 5 Minuten und einem darauffolgenden Lagern bei 185°C mit einer Zeitdauer von 5 Minuten und anschließender Wasserabkühlung.

[0032] Nach 16 Stunden erfolgte an den Proben eine Stabilisierung des Keimzustandes durch eine Warmlagerung derselben bei 100°C während einer Zeitdauer von 8 Stunden. Eine PBR-Behandlung (185°C/20 Minuten) wurde nach unterschiedlich langen Liegezeiten durchgeführt.
Die Legierungszusammensetzung des Versuchsmaterials ist Tabelle 1 zu entnehmen, die gemessenen mechanischen Werte gehen aus Tabelle 2 hervor.

Tab. 1: Chemische Zusammensetzung der AI-Basislegierung:

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Zn	Ti	Al
1,12	0,21	0,08	0,03	0,35	0,02	0,02	Rest

[0033] Die in der Tab. 2 mit der Bezeichnung A und B angegebenen Proben wurden nach einer Vorbehandlung bis zur Erprobung 170 Stunden bei Raumtemperatur gelagert. Die Lagerungszeit der Proben C und D betrug 500 Stunden und jene der Proben E und F 1000 Stunden, jeweils bei Raumtemperatur. Die Vorbehandlung der Proben A,C und E bestand aus:

• 10 Minuten Lagerung bei 5°C über der Raumtemperatur zur Ausformung einer Überstruktur und Keiminitiation
• 5 Minuten Lagerung bei 185°C und Abkühlen in Wasser zur Bildung der Keimstruktur
• 480 Minuten Lagerung bei 100°C zur Stabilisierung der Keimstruktur

[0034] Die Vorbehandlung der Proben B,D und F bestand aus:

• 5 Minuten Lagerung bei 60°C zur Ausformung einer Überstruktur und Keiminitiation
• 5 Minuten Lagerung bei 185°C und Abkühlen in Wasser zur Ausbildung einer Keimstruktur
• 480 Minuten Lagerung bei 100°C zur Stabilisierung der Keimstruktur

[0035] Die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften der Proben mit der Bezeichnung 1 erfolgte vor, jene mit der Bezeichnung 2 nach einer PBR-Behandlung bzw. nach einem Aushärten bei einer Temperatur von 185°C während einer Zeitdauer von 20 Minuten.

Tab. 2: Mechanische Kennwerte der untersuchten Proben

		Dehngrenze	Zugfestigkeit	Gleichmaßdehnung	Bruchdehnung
Bezeichnung		Rpo,2	Rm	Ag	A80
A	A1	117	218	20,8	23,5
	A2	220	284	14,0	17,8
B	B1	112	220	21,5	23,6
	B2	208	278	14,5	16,7
C	C1	122	224	21,4	24,9
	C2	213	280	14,9	19,9
D	D1	116	223	21,9	25,0
	D2	209	278	14,9	18,0
E	E1	128	220	19,9	21
	E2	209	278	15,5	21,2
F	F1	124	228	20,4	23,1
	F2	204	276	15,6	21,6

[0036] Bei vergleichender Betrachtung aus ist aus den Erprobungsergebnissen ersichtlich: Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Kaltaushärtung einer Aluminiumbasislegierung verringert oder verhindert und eine Keimstruktur derart gebildet und stabilisiert werden, daß nach einer Lagerung des Vormaterials von 1000 Stunden bei Raumtemperatur der Werkstoff durch eine folgende PBR-Behandlung bzw. ein Kurzzeitauslagern ausgehärtet werden kann. Das Ausmaß der Liegezeiten, wobei derzeit nur erste Ergebnisse bis 1500 Stunden vorliegen, besitzt offensichtlich keinen wesentlichen Einfluß auf die mechanischen Materialwerte nach der PBR-Härtung, wobei tendenziell die Festigkeit und Dehnung sowie das Beulverhalten verbessert erscheinen

Ansprüche

1. Verfahren zum Ausscheidungshärten von Bau- oder Formteilen aus einer Aluminiumbasislegierung enthaltend in Ges.-%

0,3	bis 1,8 Silizium (Si)
0,25	bis 1.6 Magnesium (Mg)
0.005	bis 0,6 Eisen (Fe)
	bis 0,15 Titan (Ti)
	bis 1.5 Kupfer (Cu)
	bis 1,5 Mangan (Mn)
	bis 0,25 Chrom (Cr)
	bis 0,16 Zirkonium (Zr)
	Rest Aluminium (Al) und

herstellungsbedingte Verunreinigungen, bei welchem in einem 1. Schritt das Vormaterial einer Lösungsglühbehandlung bei einer Temperatur von 480 bis 589°C bis zu einer Zeitdauer von 30 Minuten unterzogen und anschließend verstärkt abgekühlt wird, worauf in einem 2. Schritt bzw. im Vorbehandlungsschritt einer mindestens Dreifach-Wärmebehandlung das Vormaterial zur Bildung einer Überstruktur auf eine Temperatur von unter 100°C, jedoch über der Raumtemperatur gewärmt und bei dieser Temperatur 3 bis 28 Minuten gehalten und nachfolgend zur Keimstrukturbildung auf eine Temperatur zwischen 120°C und 220°C gebracht und 3 bis 28 Minuten gehalten und anschließend abgekühlt wird, wonach eine Stabilisierung der Keimstruktur im Werkstoff durch eine Warmlagerung zwischen 75°C und 145°C mit einer Zeitdauer von 0,6 bis 24 Stunden erfolgt und das Vormaterial gegebenenfalls nach einer längeren Bereitstellungszeit verformt und im 3. Schritt der Formteil bei einer Temperatur zwischen 165°C und 190°C während einer Zeitdauer von 12 bis 38 Minuten gelagert und ausscheidungsgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Bildung der Überstruktur das Vormaterial auf eine Temperatur zwischen 100°C und 45°C, vorzugsweise zwischen 90°C und 55°C, gewärmt und bei dieser Temperatur 3 bis 10 Minuten, vorzugsweise 3 bis 6 Minuten, gehalten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zur Keimstrukturbildung das eine Überstruktur aufweisende Vormaterial auf eine Temperatur von 160°C bis 200°C, vorzugsweise von 175°C bis 195°C, gebracht und auf dieser 3 bis 10 Minuten, vorzugsweise 3 bis 6 Minuten, gehalten und anschließend abgekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zur Stabilisierung der Keimstruktur im Werkstoff dieser einer Warmlagerung zwischen 85°C und 125°C, vorzugsweise zwischen 90°C und 110°C, mit einer Zeitdauer von 2 bis 16 Stunden, vorzugsweise von 4 bis 12 Stunden, unterworfen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei nach der Stabilisierung der Keimstruktur im Werkstoff das Vormaterial innerhalb von 420 Stunden verformt und der Formteil ausgehärtet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei nach der Stabilisierung der Keimstruktur im Werkstoff das Vormaterial innerhalb von 1000 Stunden verformt und der Formteil ausgehärtet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ausbildung einer Überstruktur und die Kehnmrukturbildung im Vormaterial im kontinuierlichen Durchlauf erfolgen.

8. Vormaterial für Bau- oder Formteile aus einer Aluminiumbasislegierung enthaltend in Gew.-%

0,3	bis 1,8 Silizium (Si)
0,25	bis 1,6 Magnesium (Mg)
0,005	bis 0,6 Eisen (Fe)
	bis 0,15 Titan (Ti)
	bis 1,5 Kupfer (Cu)
	bis 1,5 Mangan (Mn)
	bis 0,25 Chrom (Cr)
	bis 0,16 Zirkonium (Zr)
	Rest Aluminium (Al) und

herstellungsbedingte Verunreinigungen, welches nach einer Lösungsglühung thermisch vorbehandelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff nach einer aus zumindest dreimaligem Erwärmen und Abkühlen bestehenden Vorbehandlung, bei welcher der letzte Warmbehandlungsschritt zur Stabilisierung der Keimstruktur mit abgesenkter Temperatur erfolgt, zumindest für 420 Stunden, vorzugsweise für zumindest 1000 Stunden, eine stabilisierte Keimstruktur mit den mechanischen Kennwerten

Härte	HB- 65 (2,5/62,5/16)
Dehngrenze	Rp0,2 - 140 MPa, vorzugsweise =130
Zugfestigkeit	Rm - 270 MPa, vorzugsweise = 240
Gleichmaßdehnung	Ag - 18%

aufweist und gegebenenfalls nach einer Ausformung des Teiles dieser bei einer Temperatur zwischen 165°C und 190°C innerhalb einer Zeitdauer von 12 bis 38 Minuten ausscheidungshärtbar ist.

9. Vormaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der daraus hergestellte ausscheidungsgehärtete Bau- oder Formteil folgende mechanische Kennwerte besitzt

Härte	HB - 80
Dehngrenze	Rpo,2 - 190 MPa, vorzugsweise = 210
Zugfestigkeit	Rm - 240 MPa, vorzugsweise = 260
Gleichmaßdehnung	Ag - 12%

10. Vormaterial nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Zeitspanne von zumindest 1000 Stunden, vorzugsweise von zumindest 2000 Stunden, nach einer Stabilisierung der Keimstruktur die durch eine Aushärtung bei einer Temperatur zwischen 165°C und 190°C innerhalb einer Zeitdauer von 12 bis 38 Minuten erreichten Werte für die Streckgrenze R_p0,2 um weniger als 10 % erniedrigt und die Dehnwerte mindestens gleichbleibend, vorzugsweise erhöht, sind.

Claims

1. Process for the precipitation hardening of components or mouldings from an aluminium-based alloy, containing in % by weight:

0.3 to 1.8	silicon (Si)
0.25 to 1.6	magnesium (Mg)
0.005 to 0.6	iron (Fe)
up to 0.15	titanium (Ti)
up to 1.5	copper (Cu)
up to 1.5	manganese (Mn)
up to 0.25	chromium (Cr)
up to 0.16	zirconium (Zr)
remainder	aluminium (Al), and

production-related impurities, in which process, in a first step, the starting material is subjected to a solution annealing process at a temperature of from 480 to 589 °C for a duration of 30 minutes and is subsequently cooled intensively, thereafter in a second step or in the pre-treatment step of an at least threefold heat treatment, the starting material is heated to a temperature of below 100 °C, but above room temperature, to form a superstructure, and is maintained at this temperature for 3 to 28 minutes, is then brought to a temperature of between 120 and 220 °C and maintained for 3 to 28 minutes at this temperature to form a nuclear structure and is then cooled, thereafter the nuclear structure in the material is stabilised by a hot storage between 75 and 145 °C for a duration of 0.6 to 24 hours and the starting material is shaped optionally after a relatively long preparation time and in the third step, the moulding is stored at a temperature of between 165 and 190 °C for a duration of 12 to 38 minutes and hardened by precipitation.

2. Process according to claim 1, wherein to form the superstructure, the starting material is heated to a temperature of between 100 and 45 °C, preferably between 90 and 55 °C, and is maintained at this temperature for 3 to 10 minutes, preferably from 3 to 6 minutes.

3. Process according to either claim 1 or claim 2, wherein to form the nuclear structure, the starting material having a superstructure is brought to a temperature of from 160 to 200 °C, preferably from 175 to 195 °C, is maintained at this temperature for 3 to 10 minutes, preferably for 3 to 6 minutes, and is then cooled.

4. Process according to any one of claims 1 to 3, wherein to stabilise the nuclear structure in the material, this material is subjected to a hot storage at a temperature of between 85 and 125 °C, preferably between 90 and 110 °C, for a duration of 2 to 16 hours, preferably from 4 to 12 hours.

5. Process according to any one of claims 1 to 4, wherein after the nuclear structure has been stabilised in the material, the starting material is shaped within a period of 420 hours and the moulding is hardened.

6. Process according to any one of claims 1 to 5, wherein after the nuclear structure has been stabilised in the material, the starting material is shaped within a period of 1,000 hours and the moulding is hardened.

7. Process according to any one of claims 1 to 6, wherein the formation of a superstructure and the formation of a nuclear structure in the starting material take place in a continuous throughflow process.

8. Starting material for components or mouldings of an aluminium-based alloy containing in % by weight:

0.3 to 1.8	silicon (Si)
0.25 to 1.6	magnesium (Mg)
0.005 to 0.6	iron (Fe)
up to 0.15	titanium (Ti)
up to 1.5	copper (Cu)
up to 1.5	manganese (Mn)
up to 0.25	chromium (Cr)
up to 0.16	zirconium (Zr)
remainder	aluminium (A1), and

production-related impurities, which starting material is thermally pre-treated following a solution annealing process, characterised in that following a pre-treatment consisting of an at least threefold heating and cooling operation, and in which the last heat treatment step to stabilise the nuclear structure is carried out at reduced temperature, at least for 420 hours, preferably for at least 1,000 hours, the material has a stabilised nuclear structure with the following mechanical characteristic values:

Hardness	HB - 65 (2.5/62.5/16)
Proof stress	Rp0.2 - 140 MPa, preferably = 130
Tensile strength	Rm - 270 MPa, preferably = 240
Uniform elongation	Ag - 18 %

and if appropriate, after the moulding has been removed from the mould, said moulding is capable of being precipitation-hardened at a temperature of between 165 and 190 °C within a period of from 12 to 38 minutes.

9. Starting material according to claim 8, characterised in that the precipitation-hardened component or moulding formed therefrom has the following mechanical characteristic values:

Hardness	HB - 80
Proof stress	Rp0.2 - 190 MPa, preferably = 210
Tensile strength	Rm - 240 MPa, preferably = 260
Uniform elongation	Ag - 12 %

10. Starting material according to either claim 8 or claim 9, characterised in that within a duration of at least 1,000 hours, preferably at least 2,000 hours, following a stabilisation of the nuclear structure, the values for the proof stress R_p02 achieved by a hardening at a temperature of between 165 and 190 °C within a period of 12 to 38 minutes are reduced by less than 10 % and the elongation values at least remain the same, but are preferably increased.

Revendications

1. Procédé de trempe par précipitation d'éléments de structure ou pièces moulées faites d'un alliage à base d'aluminium contenant en pourcentage en poids

de 0,3 à 1,8% de silicium (Si)

de 0,25 à 1,6% de magnésium (Mg)

de 0,005 à 0,6% de fer (Fe)

jusqu'à 0,15% de titane (Ti)

jusqu'à 1,5% de cuivre (Cu)

jusqu'à 1,5% de manganèse (Mn)

jusqu'à 0,25% de chrome (Cr)

jusqu'à 0,16% de zirconium (Zr)

le reste étant de l'aluminium (Al) et des impuretés liées à la fabrication, dans lequel, dans une première étape, le produit primaire est soumis à un recuit de mise en solution à une température de 480 à 589°C pendant une durée allant jusqu'à 30 minutes puis à un refroidissement forcé, suite à quoi, dans une deuxième étape ou bien dans l'étape de prétraitement d'un traitement thermique à au moins trois reprises, le produit primaire est chauffé à une température inférieure à 100°C mais supérieure à la température ambiante et maintenu à cette température pendant 3 à 28 minutes afin de former une surstructure et il est ensuite porté et maintenu pendant 3 à 28 minutes à une température allant de 120°C à 220°C afin de former la structure de germination puis refroidi, suite à quoi la structure de germination dans le matériau est stabilisée par un stockage à chaud à une température allant de 75°C à 145°C pendant une durée de 0,6 à 24 heures et le produit primaire est le cas échéant façonné après un temps de préparation prolongé et, dans la troisième étape, la pièce moulée est stockée à une température allant de 165°C à 190°C pendant une durée allant de 12 à 38 minutes et trempée par précipitation.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour former la surstructure, le produit primaire est chauffé à une température allant de 100°C à 45°C, de préférence de 90°C à 55°C, et maintenu à cette température pendant 3 à 10 minutes, de préférence pendant 3 à 6 minutes.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel, pour former la structure de germination, le produit primaire présentant une surstructure est porté à une température allant de 160°C à 200°C, de préférence de 175°C à 195°C, et maintenu à cette température pendant 3 à 10 minutes, de préférence pendant 3 à 8 minutes, puis refroidi.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel, pour stabiliser la structure de germination dans le matériau, celui-ci est soumis à un stockage à chaud à une température allant de 85°C à 125°C, de préférence de 90°C à 110°C, pendant une durée allant de 2 à 16 heures, de préférence de 4 à 12 heures.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel, après la stabilisation de la structure de germination dans le matériau, le produit primaire est façonné dans un délai de 420 heures et la pièce moulée est durcie.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel, après la stabilisation de la structure de germination dans le matériau, le produit primaire est façonné dans un délai de 1000 heures et la pièce moulée est durcie.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la formation d'une surstructure et la formation de la structure de germination dans le produit primaire se font selon un processus continu.

8. Produit primaire pour des éléments de structure ou des pièces moulées faites d'un alliage à base d'aluminium contenant en pourcentage en poids

de 0,3 à 1,8% de silicium (Si)

de 0,25 à 1,6% de magnésium (Mg)

de 0,005 à 0,6% de fer (Fe)

jusqu'à 0,15% de titane (Ti)

jusqu'à 1,5% de cuivre (Cu)

jusqu'à 1,5% de manganèse (Mn)

jusqu'à 0,25% de chrome (Cr)

jusqu'à 0,16% de zirconium (Zr)

le reste étant de l'aluminium (Al) et des impuretés liées à la fabrication, lequel matériau primaire est soumis à un traitement thermique après un recuit de mise en solution, caractérisé en ce que le matériau, après un prétraitement consistant à le chauffer et le refroidir au moins à trois reprises, la dernière étape de traitement thermique de stabilisation de la structure de germination se faisant à une température abaissée, présente pendant au moins 420 heures, de préférence pendant au moins 1000 heures, une structure de germination stabilisée ayant les caractéristiques mécaniques suivantes :

Dureté HB = 65 (2,5/62,5/16)
Limite d'allongement	Rp0,2 = 140, de préférence 130 MPa
Résistance à la traction	Rm = 270, de préférence 240 MPa
Allongement avant striction	Ag = 18%

et, le cas échéant après avoir été façonnée, la pièce peut être durcie par précipitation à une température allant de 165°C à 190°C pendant une durée allant de 12 à 38 minutes.

9. Produit primaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément de structure ou la pièce moulée trempée par précipitation fabriquée à partir de ce produit possède les caractéristiques mécaniques suivantes :

Dureté HB = 80
Limite d'allongement	Rp0,2 = 190, de préférence 210 MPa
Résistance à la traction	Rm = 240, de préférence 260 MPa
Allongement avant striction	Ag = 12%

10. Produit primaire selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que, à l'intérieur d'une période d'au moins 1000 heures, de préférence au moins 2000 heures après une stabilisation de la structure de germination, les valeurs obtenues par un durcissement à une température allant de 165°C à 190°C pendant une durée de 12 à 38 minutes pour la limite d'allongement R_p0,2 diminuent de moins de 10% et les valeurs d'allongement sont au minimum constantes, de préférence augmentées.