Die Erfindung betrifft eine dekorativ anodisierbare, gut verformbare und mechanisch hoch belastbare Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi, ein Halbzeug aus dieser Legierung, in Form von Bändern, Blechen oder Strangpressprofilen sowie ein aus den vorgenannten Halbzeugen hergestelltes, insbesondere umgeformtes und dekorativ anodisiertes Bauteil. Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Aluminiumlegierung.

Zur Herstellung dekorativ anodisierter Bauteile aus Aluminiumblech werden in der Regel unlegiertes Aluminium (1xxx-Legierungen), AlMg-Legierungen (5xxx-Legierungen oder plattierte Systeme vom Typ 8xxx-Legierung, Plattierung aus unlegiertem Aluminium (lxxx-Legierung) verwendet. All diese Werkstoffklassen sind nicht aushärtbar, d.h. eine Erhöhung der Festigkeit erfolgt ausschließlich durch eine Kaltverfestigung, eine Erniedrigung in Folge dann durch Entfestigungsglühen. All diesen Systemen ist daraus folgend gemein, dass ihr Umformvermögen und ihr Festigkeitszustand durch den Halbzeug-Anlieferungszustand, der beispielsweise entweder verfestigt durch Walzen oder entfestigt durch eine nachfolgende Glühung sein kann, festgelegt ist. Es ist also im Sinne guter Umformbarkeit möglich, diese Systeme in einem Zustand maximaler Entfestigung einzusetzen und dann umzuformen. Nach dem Umformprozess ist jedoch eine Aushärtung zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften nicht mehr gegeben. Im Sinne guter Gebrauchseigenschaften können die Systeme in einem Zustand hoher Festigkeit eingesetzt werden, wobei aber das Umformvermögen für einen formgebenden Schritt, bedingt durch die hohe Anfangsfestigkeit des Anlieferungszustandes, stark eingeschränkt wird.

Warmaushärtbare AlMgSi-Legierungen (6xxx) mit guter Umformbarkeit sind beispielsweise aus der EP 0 714 993 bzw. EP 0 811 700 bekannt. Die offenbarten AlMgSi-Legierungen werden auch zur Herstellung von Bändern und Blechen eingesetzt. Aufgrund der guten Tiefziehbarkeit eignen sie sich zur Herstellung von Karosserieblechen für die Automobilindustrie. Durch die dort offenbarte Legierungszusammensetzung wird ein Optimum zwischen guter Festigkeit und gutem Umformverhalten erreicht. Diese Legierungen sind jedoch nicht dekorativ, vor allem nicht hochglänzend, anodisierbar, da zum einen der in der EP 0 811 700 offenbarte Eisengehalt von 0,25 bis 0,55 Gew% zu hoch ist und zu einer Eintrübung der Eloxalschicht führt. Es ist bekannt, dass sich die durch das Eisen gebildeten intermetallischen quaternären FeSiMgMn-Phasen in die Eloxalschicht einbauen. Diese groben Teilchen führen in der Eloxalschicht zu einer Streuung des Lichtes, was dem Betrachter als Eintrübung erscheint. Auch bei den in EP 0 714 993 genannten Gehalten an Vanadium in der Größenordnung von 0.05 bis 0,4 Gew% ist eine nicht ausreichend transparente Eloxalschicht zu erreichen. Vanadium in höheren Gehalten geht ausserdem in der Schmelze schwer in Lösung. Ein Ersatz des Vanadiums durch andere Rekristallisationshemmer, wie Zirconium oder Chrom, erbringt auch nicht das gewünschte Ergebnis. Chrom und Zirkon führen zu einer Eloxalschicht, die beim Polieren bzw. Glanzeloxieren gelbstichig wirkt.

Eine bekannte A199,9MgSi-Legierung (6401 spezial) für Strangpressprofile, die von der Anmelderin für dekorative Bauteile eingesetzt wird, enthält daher kein Zirconium, Vanadium oder Chrom. Ebenso wird die Verunreinigung der AlMgSi-Legierung mit Eisen auf 0,04 Gew% Eisen limitiert. Damit ist sichergestellt, dass die vorgenannten Eloxalfehler vermieden werden und ein hoher Glanzgrand des polierten und glanzeloxierten Bauteiles erreicht wird. Eine solche Legierung zeigt jedoch aufgrund der fehlenden Rekristallisationshemmer (Fe, Zr, Cr, V) ein nicht optimales Umformvermögen, da es aufgrund des relativ groben Korns früh zu Einschnürungen und Orangenhaut kommt.

Das Dokument EP-A-0 676 480 offenbart eine Aluminiumlegierung mit einer Zusammensetzung von: 0,2 bis 2 Gew% Silizium, 0,3 bis 1,7 Gew% Magnesium, 0 bis 1,2 Gew% Kupfer, 0 bis 1,1 Gew% Mangan, 0,01 bis 0,4 Chrom, mindestens eines der Elemente aus der Gruppe 0,01 bis 0,3 Gew% Vanadium, 0,001 bis 0,1 Gew% Beryllium, und 0,01 bis 0,1 Gew% Strontium,

Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.

Daraus ergibt sich, dass durch die Auswahl einer Legierungszusammensetzung für ein Strangpress- oder Walzprodukt ein Kompromiss hinsichtlich des Verformungsvennögens, des dekorativem Aussehens und der mechanischen Belastbarkeit, die sich in Endfestigkeit, Duktilität und Zähigkeit ausdrückt, eingegangen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen für Bauteile, die ein gutes Umformvermögen aufweisen, die eine ausreichende Festigkeit und Duktilität im Anwendungszustand aufweisen und die dekorativ anodisierbar sind.

Diese Aufgabe wird mit einer Aluminiumlegierung mit der in Anspruch 1 genannten Zusammensetzung und den dort aufgeführten Merkmalen gelöst. Die optimalen Eigenschaften bezüglich mechanischer Festigkeit und Umformverhalten werden zum einen durch den Anteil von 0,3 bis 0,9 Gew% Silicium und 0,1 bis 0,5 Gew% Magnesium erzielt, wobei das Gewichtsverhältnis dieser beiden Bestandteile so eingestellt wird, dass ein Überschuss an Silicium gegenüber Magnesium vorliegt, insbesondere ein Silicium-Magnesium-Gewichtsverhältnis von 1,8 bis 3,3. Die Festigkeit wird zu dem noch unterstützt durch einen Anteil von 0,1 bis 0,4 Gew% Kupfer, das eine Mischlcristallhärtung bewirkt. Das gute Umformvermögen wird durch den Anteil der Rekristallisationshemmer (Eisen, Zirconium, Chrom, Vanadium) gewährleistet. Eisen liegt in einer Ausgangslegierung oft als Verunreinigung vor. Es kann jedoch bis zu einem Anteil von 0,2 Gew% auch zulegiert werden. Zirconium, Chrom und Vanadium können einzeln oder zusammen bis zu einem Anteil von 0,22 Gew% in der Legierung enthalten sein. Trotz des Vorhandenseins der vorgenannten Rekristallisationshemmer ist die erfindungsgemäße Legierung dekorativ anodisierbar und zeigt keine gelbstichige oder trübe Eloxalschicht. Dies wird durch den Anteil von 0,005 bis 0,1 Gew% Strontium bewirkt. Es wird angenommen, dass das Strontium die eisen- zirkon-, chrom- und/oder vanadiumhaltigen Phasen verändert, insbesondere so weit verfeinert, dass sie, auch wenn sie in die Eloxalschicht eingebaut werden, keine sichtbare Trübung bewirken. Es hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass ein Gewichtsverhältnis von Eisen zu Strontium
3 : 1 bis 5 :
sich als besonders vorteilhaft erweist.

Eine solche Legierung wird aus Aluminium-Basiswerkstoff mit mehr als 99,85 Gew% Aluminium hergestellt. Der Schmelze werden die Legierungsbestandteile wie folgt zugesetzt, nämlich 0,3 bis 0,9 Gew% Silicium, 0,1 bis 0,5 Gew% Magnesium, wobei das Gewichtsverhältnis von Silicium zu Magnesium 1,8 : 1 bis 3,3 : 1 beträgt. Nach Bestimmung des Eisengehaltes des AluminiumBasiswerkstoffes, der als Verunreinigung im Basiswerkstoff vorliegen kann, wird bei Bedarf weiteres Eisen zulegiert, so dass die herzustellende Legierung bis 0,2 Gew% Eisen enthält. Des Weiteren werden 0,005 bis 0,1 Gew% Strontium zugegeben, wobei das Gewichtsverhältnis von Eisen zu Strontium von 3 : 1 bis 5 : 1 eingestellt wird. Bevorzugt ist eine Zugabe von 0,008 bis 0,07 Gew% Strontium. Als weitere Legierungsbestandteile werden 0,1 bis 0,4 Gew% Kupfer, 0,03 bis 0,2 Gew% Mangan, 0,01 Gew% Titan und Zirconium und/oder Chrom und/oder Vanadium insgesamt 0,08 bis 0,22 Gew% zugegeben. Die Legierung sollte maximal 0,04 Gew% Zink, maximal 0,02 Gew% unvermeidbarer Verunreinigung einzeln bzw. maximal 0,15 Gew% insgesamt enthalten. Des Weiteren kann zur Kennzeichnung der Legierung ein bestimmter Anteil, nämlich 0,0005 bis 0,005 Gew% Silber zugesetzt werden.

Die so hergestellte Schmelze wird im Stranggussverfahren zu einem Walzbarren oder Stranggussbolzen gegossen und anschließend homogenisiert (Glühung für mind. 2h bei mind. 500°C). Als Aluminium-Basiswerkstoff wird vorzugsweise Reinaluminium mit mindestens 99,85 Gew% Aluminium eingesetzt, um den Anteil an Verunreinigungen zu limitieren, insgesamt sollte ein Gehalt von maximal 0,15 Gew% unvermeidbarer Verunreinigungen nicht überschritten werden. Die Legierungsbestandteile können in Form von Reinmetallen oder Vorlegierungen zugegeben werden. Das Strontium wird vorzugsweise in Form einer Aluminium-Strontium-Vorlegierung zugesetzt, insbesondere mittels einer AlSr3,5-Vorlegierung, einer AlSr5-Vorlegierung oder einer AlSr10-Vorlegierung.

Aus dem homogenisierten Stranggussbolzen der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung lassen sich durch Strangpressen offene oder Hohlkammerprofilstränge erhalten, die in der Regel gereckt und durch Sägen konfektioniert werden. Aus den auf die gewünschte Länge gebrachten Profilstücken lassen sich durch nachfolgendes Umformen, insbesondere Kaltumformen, wie beispielsweise Walzen, Biegen, Tiefziehen oder wirkmedienbasierte Blech- und Rohrumformung, dreidimensional geformte Rohbauteile herstellen. Unabhängig davon, ob es sich bei dem Umformen um einen Biegeprozess, um eine wirkmedienbasierte Umformung oder Tiefziehen handelt, zeigt das entstehende Bauteil bei einer sehr geringen Orangenhautbildung eine gute Konturgenauigkeit, bewirkt durch eine geringe Rückfederung. Durch die Aushärtbarkeit der Legierung ist im Anschluss an die Umformung die Festigkeit und Duktilität einstellbar. Nach der Aushärtung folgt neben eventuellen mechanischen Bearbeitungen insbesondere eine chemische und elektrolytische Behandlung des Bauteils. Eine solche chemische und elektrolytische Behandlung schließt ein Polieren, Glänzen, Eloxieren, eventuell ein Einfärben und ein abschließendes Verdichten der Bauteile ein. Die entstehende Eloxalschicht des dekorativ anodisierten geformten Aluminium-Bauteils ist sehr zufriedenstellend, sie ist transparent, d.h. nicht eingetrübt und auch nicht gelbstichig.

Aus dem Walzbarren lassen sich durch Warmwalzen Vorbleche erzielen, die durch Kaltwalzen und Zwischenglühen weiterverarbeitet werden können. Durch weitere Umformschritte (gegebenenfalls Rekristallisations- und/ oder Entfestigungsglühung), wie Tiefziehen, wirkmedienbasiertes Blechumformen, einschließlich Dessinieren sowie Glätten oder Aufrauhen der Oberflächen und eventuell nochmaliges Weichglühen, gegebenenfalls mechanische Bearbeitungen, wird ein Rohbauteil gebildet, welches ebenfalls nachfolgend durch chemische oder elektrolytische Behandlung mit einer dekorativen Eloxalschicht versehen werden kann. Auch bei diesem Herstellungsprozess kann nachgewiesen werden, dass die Aluminiumlegierung ein gutes bis sehr gutes Umformverhalten bei Raumtemperatur bei nur geringer Orangenhautbildung besitzt, ein stabiles Umformverhalten aufweist und zu einer guten Konturgenauigkeit des Bauteils führt. Die Eloxalschicht weist keine Fehler auf, im Gegenteil, sogar glänzende Oberflächen sind realisierbar, wenn als Basiswerkstoff Reinaluminium mit mindestens 99,9 Gew% Aluminium eingesetzt wird.

Nachfolgend sind in drei Tabellen Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Aluminiumlegierungen wiedergegeben. Tabelle 1 zeigt dabei höherfeste AlMgSi-Legierungen, die Tabelle 2 mittelfeste AlMgSi-Legierungen und die Tabelle 3 niedrigfeste AlMgSi-Legierungen. In der Tabelle 4 sind bekannte Vergleichslegierungen aufgeführt, u.a. die Legierung AA6401-spezial der Anmelderin, eine mittelfeste AlMgSi-Legierung, die bisher für dekorative Anwendungen eingesetzt wird, die jedoch kein optimales Umformverhalten zeigt. Die weiteren Vergleichslegierungen stellen ein Optimum an Festigkeit und Umformverhalten da, sind jedoch nicht dekorativ anodisierbar.

Eine Übersicht der verschiedenen Verfahrensvarianten zur Herstellung eines dekorativ anodisierten umgeformten Aluminium-Bauteils sind im nachfolgenden Schema verdeutlicht:

Ein Aluminium-Bauteil wurde nach einer dieser Verfahrenvarianten aus einer erfindungsgemäßen Legierung durch Stranggiessen, Homogenisieren, Strangpressen, Recken, Ablängen, Tiefziehen, Polieren, Glänzen, Eloxieren hergestellt. Zum Vergleich wurden nach gleichem Verfahren gleich geformte Bauteile aus einer 6401-Legierung und einer 6016-Legierung hergestellt. Die Eigenschaften der Bauteile sind in der Tabelle 5 dargestellt. Für die Oberflächeneigenschaften wurde die Abbildungsschärfe in verschiedenen Oberflächenbereichen der fertigen Bauteile gemessen. Hohe Abbildungsschärfen sind Ausdruck für einen hohen Glanz und eine hohe Genauigkeit einer Abbildung, also ob Linien gerade oder verzerrt dargestellt werden. Das Umformvermögen wurde als Vergleichsumformgrad aufgeführt. Dafür wurden unter Zuhilfenahme eines zuvor aufgebrachten Messrasters auf ebene Strangpressprofilstücke der verschiedenen Legierungen nach einem tiefziehähnlichen Prozess die Umformgrade aus dem veränderten Linienraster bestimmt. Es wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Bauteil als einziges Bauteil eine hohe Abbildungsschärfe (80%) bei gutem Umformvermögen (40%) zeigt. Gewichts-% Bezeichnung Si/Mg Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Adv. 1 Add. 2 Zulässige Beimengungen einzeln Zulässige Beimengungen gesamt A 2 0,8 0,2 0,4 0,2 0,4 0,2 0,010 Zr 0,1 Sr 0,04 0,02 0,15 B 3 0,9 0,2 0,4 0,2 0,3 0,2 0,010 Zr 0,1 Sr 0,04 0,02 0,15 C 2 0,8 0,040 0,10-0,15 0,03 0,4 - 0,010 Zr 0,1 Sr 0,01 0,02 0,15 D 3 0,9 0,040 0,10-0,15 0,03 0,3 - 0,010 Zr 0,1 Sr 0,01 0,02 0,15 Gewichts-% Bezeichnung Si/Mg Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Add. 1 Add. 2 Zulässige Beimengungen einzeln Zulässige Beimengungen gesamt E 2 0,5 0,2 0,4 0,2 0,25 0,2 0,010 Zr 0,1 Sr 0,04 0,02 0,15 F 3 0,6 0,2 0,4 0,2 0,2 0,2 0,010 Zr 0,1 Sr 0,04 0,02 0,15 G 2 0,5 0,040 0,10-0,15 0,03 0,25 - 0,010 Zr 0,1 Sr 0,01 0,02 0,15 H 3 0,6 0,040 0,10-0,15 0,03 0,2 - 0,010 Zr 0,1 Sr 0,01 0,02 0,15 Gewichts-% Bezeichnung Si/Mg Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Add. 1 Add. 2 Zulässige Beimengungen einzeln Zulässige Beimengungen gesamt I 2 0,3 0,2 0,4 0,2 0,15 0,2 0,010 Zr 0,1 Sr 0,04 0,02 0,15 K 3 0,4 0,2 0,4 0,2 0,13 0,2 0,010 Zr 0,1 Sr 0,04 0,02 0,15 L 2 0,3 0,040 0,10-0,15 0,03 0,15 - 0,010 Zr 0,1 Sr 0,01 0,02 0,15 M 3 0,4 0,040 0,10-0,15 0,03 0,13 - 0,010 Zr 0,1 Sr 0,01 0,02 0,15 Gewichts-% Bezeichnung Si/Mg Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Add. 1 Add. 2 Zulässige Beimengungen einzeln Zulässige Beimengungen gesamt AA6401 Spezial 0,9-1,25 0,4-0,5 0,04 0,10-0,15 0,03 0,35-0,45 - 0,04 0,01 - - <0,01 <0,10 AA6016 6-1,7 1,0-1,5 0,50 0,20 0,20 0,25-0,6 0,10 0,20 0,15 - - <0,05 <0,15 AA6014V 1,5-0,4 0,3-0,6 0,35 0,25 0,05-0,20 0,40-0,80 0,20 0,1 0,10 V 0,05-0,20 - <0,05 <0,15 AA6082 2,2-0,6 0,7 1,3 <0,5 <0,1 0,4-1,0 0,6-1,2 <0,25 <0,20 0,10 - - <0,05 <0,15 AA6111 2,2-0,6 0,6-1,1 0,40 0,50-0,9 0,10- 0,45 0,5- 1,0 0,10 0,15 0,10 - - <0,05 <0,15 AA6022 7,5-1,1 0,8-1,5 0,05-0,20 0,02-0,1 0,02- 0,10 0,2-0,7 0,1 0,25 0,15 - - <0,05 <0,15 Werkstoff des Aluminium-Bauteils Abbildungsschärfe Umformgrad 6401 80% maximal 20% 6016 30% maximal 45% erfindungsgemäße Aluminiumlegierung 80% maximal 40%