AUSHÄRTBAREN ALUMINIUMLEGIERUNG, METALLBAND ODER -BLECH AUS DIESER ALUMINIUMLEGIERUNG, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DIESES METALLBANDS ODER -BLECHS UND DESSEN VERWENDUNG BEI EINEM SUPERPLASTISCHEN UMFORMEN

Abstract

 Es wird eine aushärtbaren Aluminiumlegierung, ein Metallband oder -blech aus dieser Aluminiumlegierung, ein Verfahren zur Herstellung dieses Metallbands oder -blechs und dessen Verwendung bei einem superplastischen Umformen gezeigt. Vorteilhaft ist, wenn die Körner der Aluminiumlegierung einen mittleren kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von ≤ 10 µm aufweisen und wobei von diesen Körnern zumindest 80 % einen kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von ≤ 8,5 µm aufweisen.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine aushärtbaren Aluminiumlegierung, ein Metallblech oder -band aus der aushärtbaren Aluminiumlegierung, ein Verfahren zur Herstellung dieses Metallblechs oder -bands und dessen Verwendung bei einem superplastischen Umformen.

Stand der Technik

[0002] Für superplastische Legierungen ist eine mittlere Korngröße von höchstens 10 µm gefordert. Eine derartige Korngröße ist bei aushärtbaren Al-Zn-Mg Legierungen schwer erreichbar.
Beispielsweise schlägt hierzu die US4618382A eine aushärtbare Al-Zn-Mg Legierung einer Wärmebehandlung, einem nachfolgenden Warmwalzen im Temperaturbereich von 350 bis 500 °C und einem Kaltwalzen zu einem Metallblech vor. Dies führt zu einer Korngröße von 15 µm in longitudinaler Richtung und von 9 µm in transversaler Richtung, was nachteilig im Mittel über 10 µm liegt. Zudem ist das in der US4618382A geschilderte Herstellverfahren vergleichsweise aufwendig.

[0003] Ähnlich hohe Warmwalztemperaturen schlägt die EP3848476A1 vor, nämlich eine Aluminiumlegierung mit 4,7 Gew.-% Magnesium (Mg) und 3,6 Gew.-% Zink (Zn) bei einer Temperatur im Bereich von 370 bis 430 °C warmzuwalzen.

[0004] Des Weiteren ist aus der US2017/0081749A1 eine Aluminiumlegierung mit 4,5 Gew.-% Magnesium (Mg) und 3,55 Gew.-% Zink (Zn) bekannt, die mit einer Starttemperatur von 370 °C einem Warmwalzen unterworfen wird. Jene sich beim Warmwalzen ausgehend von der Starttemperatur ergebene Walztemperatur ist aus der US2017/081749A1 nicht bekannt. Bekanntermaßen kann die Walztemperatur beim Warmwalzen in Abhängigkeit beispielsweise von Walzparametern deutlich zur Starttemperatur variieren.

Darstellung der Erfindung

[0005] Die Erfindung hat sich daher ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, das Verhalten eines Metallblechs oder -bands mit einer aushärtbaren Aluminiumlegierung, aufweisend Zn und Mg als Legierungselementen, beim superplastischen Umformen weiter zu verbessern. Zudem soll ein Verfahren zur Herstellung solch eines Metallblechs oder -bands einfach und reproduzierbar sein.

[0006] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.

[0007] Metallblech oder -band aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung aufweisend von 4,0 bis 5,5 Gew.-% Magnesium (Mg) und von 2,5 bis 5,5 Gew.-% Zink (Zn), wobei Gew.-% Magnesium (Mg) > Gew.-% Zink (Zn) ist, kann durch das Verhältnis von Mg zu Zn von > 1 eine Komposition vorgegeben werden, die eine vergleichsweise hohe Ausscheidung von T-Phase (z. B.: Mg₃₂(Al,Zn)₄₉), beispielsweise beim Warmwalzen, zulässt, was zur Kornfeinung genützt werden kann. Denn diese ausgeschiedenen und vergleichsweise groben, aber homogen verteilten T-Phasen können nämlich bei einem abschließenden Endglühen über der Rekristallisationstemperatur als Keime für neue Körner dienen und zudem aufgrund deren vergleichsweise geringen Abstand zueinander auch als Kornwachstumshemmer wirken. Dadurch kann es auch möglich werden, dass die Körner der Aluminiumlegierung einen mittleren kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von ≤ 10 µm aufweisen und wobei von diesen Körnern zumindest 80 % einen kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von ≤ 8,5 µm aufweisen. Dadurch kann eine aushärtbare Aluminiumlegierung mit Zn und Mg als Legierungselementen ermöglicht werden, die sich, beispielsweise in Form eines Metallblechs oder -bands, für ein superplastisches Umformen besonders eignen kann.
Optional kann die Aluminiumgusslegierung einzeln oder in Kombination aus der Gruppe aufweisen:

bis 0,8	Gew.-% Kupfer (Cu)
bis 0,2	Gew.-% Silber (Ag)
bis 1,0	Gew.-% Mangan (Mn)
bis 0,45	Gew.-% Silizium (Si)
bis 0,55	Gew.-% Eisen (Fe)
bis 0,35	Gew.-% Chrom (Cr)
bis 0,2	Gew.-% Titan (Ti)
bis 0,8	Gew.-% Zirkon (Zr)
bis 1,0	Gew.-% Hafnium (Hf)
bis 0,3	Gew.-% Niob (Nb)
bis 0,25	Gew.-% Tantal (Ta)
bis 0,2	Gew.-% Vanadium (V)

Als Rest weist die Aluminiumgusslegierung Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-% auf.

[0008] Zur Bestimmung des kreisäquivalenten Durchmessers (ECD) wird von den nach ASTM E112-13 optisch dargestellten Körner der Aluminiumlegierung die Fläche gemessenen. Hierzu kann beispielsweise ein Rasterelektronenmikroskop JEOL 7200F FEG-SEM mit einem EBSD-Detektor Symmetry S2 verwendet werden. Diese Fläche kann nach ASTM E112-13 die longitudinal (l), transversal (t) und/oder planar (p) orientierte Fläche sein. Vorzugsweise wird der kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von den nach ASTM E112-13 optisch dargestellten Körner der Aluminiumlegierung an der longitudinal (l) orientierten Fläche gemessenen, also in der L-ST-Ebene.
Der kreisäquivalente Durchmesser eines Korns ergibt sich aus dem Durchmesser eines Kreises mit der Fläche, die der gemessenen Fläche des Korns entspricht. Beispielsweise kann dies automatisiert mit der Software AZtecerystal Version 2.2 der Firma "Oxford Instruments plc", UK durchgeführt werden. Der mittlere kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) stellt das arithmetische Mittel der gemessenen kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) der Körner dar. Oftmals werden in der Literatur diese Körner auch als Kristallkörner der Aluminiumlegierung bezeichnet.

[0009] Die superplastische Umformbarkeit der aushärtbaren Aluminiumlegierung kann weiter verbessert werden, wenn die Körner einen mittleren kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von ≤ 8 µm, insbesondere ≤ 7 µm, aufweisen. Bevorzugt liegt für diese superplastische Umformbarkeit der mittlere kreisäquivalente Durchmesser (ECD) der Körner im Bereich von 4 bis 7 µm.

[0010] Ist dieser mittlere kreisäquivalente Durchmesser (ECD) in der L-LT-Ebene, in der L-ST-Ebene und in der LT-ST-Ebene gegeben, kann sich beispielsweise die superplastische Umformbarkeit weiter verbessern. Hierbei stellt an der Aluminiumlegierung

die L-LT-Ebene (nach ASTM E112-13 eine planar (p) orientierte Fläche) eine Fläche mit einer Erstreckung in Walzrichtung (L) und einer Erstreckung quer zur Walzrichtung (LT),

die L-ST-Ebene (nach ASTM E112-13 eine longitudinal (l) orientierte Fläche) eine Fläche mit einer Erstreckung in Walzrichtung (L) und einer Erstreckung in Dickenrichtung (ST) und

die LT-ST-Ebene (nach ASTM E112-13 eine transversal (t) orientierte Fläche) eine Fläche mit einer Erstreckung quer zur Walzrichtung (LT) und einer Erstreckung in Dickenrichtung (ST)

dar.

[0011] Vorstehendes kann sich weiter verbessern, wenn von diesen Körnern zumindest 70 % einen kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von ≤ 8 µm aufweisen. Vorzugsweise ist dieser kreisäquivalente Durchmesser (ECD) ≤ 7,5 µm.

[0012] Vorzugsweise weisen die Körner eine mittlere Rundheit S_mittel von ≥ 0,8 auf. Diese mittlere Rundheit bestimmt sich aus dem arithmetischen Mittel der Rundheit der Körner, nämlich ist für jedes Korn die Rundheit

mit A als gemessene Flächengröße in µm² am betreffenden Korn (gemessen am nach ASTM E1 12-13 dargestellten Korn) und mit P_real als gemessener Umfang in µm an diesem Korn (gemessen am Korn nach ASTM E112-13). Vorzugsweise ist diese mittlere Rundheit > 0,82. Denn durch diese vergleichsweise hohe mittlere Rundheit, kann die Triebkraft für Kornwachstum beispielsweise aufgrund einer bekannten niedrigen Oberflächenenergie von runden Formen weiter gesenkt werden, was genützt werden kann, den kreisäquivalente Durchmesser (ECD) gering zu halten.

[0013] Die Komposition der Aluminiumlegierung kann folgende Gehalte an Legierungselementen aufweisen, dies unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination:

Mg: Beispielsweise weist die Aluminiumlegierung von 4,5 bis 5,0 Gew.-% Mg auf, um durch Erhöhung des Potenzials an ausscheidbaren T-Phasen den mittleren kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) der Körner weiter verbessern, nämlich verringern, zu können. Zudem kann damit die superplastische Umformbarkeit weiter verbessert werden.

Zn: Beispielsweise weist die Aluminiumlegierung von 3,0 bis 4,0 Gew.-% Zn auf. Diese Vorteile können weiter verbessert werden, wenn die Aluminiumlegierung von 3,3 bis 3,7 Gew.-% Zn aufweist. Insbesondere kann mit solch einem Gehalt die Ausbildung der T-Phasen noch weiter erhöht werden, was die superplastische Umformbarkeit weiter verbessert.

Cu: Beispielsweise weist die Aluminiumlegierung von 0,1 bis 0,6 Gew.-% Cu auf. Diese Vorteile können weiter verbessert werden, wenn die Aluminiumlegierung 0,4 bis 0,5 Gew.-% Cu aufweist. Durch Zugabe von Kupfer kann nämlich die Anzahl der GP-Zonen als Vorläufer der T-Phase (z. B.: Mg₃₂(Al,Zn,(Cu))₄₉) im Vergleich mit einer Aluminiumlegierung ohne Kupfer erhöht werden. Dies kann unter anderem die Anzahl der T-Phasen weiter erhöhen. Zudem kann Cu vorteilhaft das Aushärtepotential weiter erhöhen.

Fe: Beispielsweise weist die Aluminiumlegierung von 0,05 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe) auf, was die Verwendung von Sekundäraluminium zulassen kann.

Mn: Die Aluminiumlegierung kann beispielsweise von 0,3 bis 1,0 Gew.-% Mangan (Mn) aufweisen.

Ti: Beispielsweise kann die Aluminiumlegierung von 0,05 bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti) aufweisen.

Mn: Beispielsweise kann die Aluminiumlegierung auch 0,1 bis 0,5, Gew.-% Mangan (Mn) aufweisen, um damit eine eventuelle Phasenbildung mit Mn gering zu halten.

[0014] Die Aluminiumlegierung kann vorzugsweise (gemessen an einer Flachzugprobe nach DIN EN ISO 6892-2) eine Bruchdehnung (A) von > 200 % bei einer Dehnrate von 1*10^-2 [1/sec] und bei einer Temperatur von 470 °C (Grad Celsius) aufweisen. Zudem kann alternativ oder zusätzlich die Aluminiumlegierung (gemessen an einer Flachzugprobe nach DIN EN ISO 6892-2) eine Bruchdehnung A von > 400 % (Prozent) bei einer Dehnrate von 5*10^-5 [1/sec] und bei einer Temperatur von 470 °C (Grad Celsius) aufweisen. Dies kann zu einer aushärtbaren Aluminiumlegierung mit hervorragenden superelastischen Eigenschaften führen.

[0015] Die Aluminiumlegierung kann zudem eine Volumenfraktion von Partikel zweiter Phase zu einem Anteil von < 0.7 % (gemessen nach J.A. Österreicher et. al. "Information depth in backscattered electron microscopy of nanoparticles within a solid matrix", Materials Characterization 138 (2018) Seiten 145-153) mit einem mittleren kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von > 90 nm (Nanometer) aufweisen. Durch diese nicht durch Lösungsglühen in feste Lösung überführbare intermetallische Partikel (Dispersoide) bleibt die Wirkungsweise anderer Partikel > 1 µm weitgehend ungehemmt, was den erreichbare kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) des Korns nach einem Rekristallisationsglühen nicht nachteilig beeinflusst.

[0016] Vorzugsweise ist die Aluminiumlegierung im Zustand T4 oder T4*, wobei T4* einen Zustand T4 mit einer Stabilisierungsglühbehandlung ("pre-aging") darstellt, was oftmals auch mit T4-FH bezeichnet ist (vgl. Stabilisierungsglühbehandlung: Friedrich Ostermann: Anwendungstechnologie Aluminium, 3. Auflage, Erscheinungsjahr 2014, ISBN 987-3-662-43806-0, Seite 138 oder DE112011103667T5).

[0017] Die erfindungsgemäße aushärtbare Aluminiumlegierung kann sich beispielsweise für ein Metallblech oder -band eignen.

[0018] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 11.

[0019] Indem das Warmwalzen eines Walzbarrens bei einer Temperatur unter der Solvustemperatur einer T-Phase (Mg₃₂(Al,Zn,(Cu))₄₉, Mg₃₂(Al,Zn)₄₉, Mg₃Zn3Al₂ etc.), insbesondere unter 405 °C, zu einem warmgewalzten Metallblech oder -band erfolgt, kann sichergestellt werden, dass sich T-Phasen in ausreichender Anzahl sowie auch homogen verteilt in der Aluminiumlegierung ausscheiden. Mit einer Störung durch eine Überschreitung dieser vorgegebenen maximalen Temperatur (unter der Solvustemperatur einer T-Phase) beim Warmwalzen zu einem warmgewalzten Metallblech oder -band muss damit nicht gerechnet werden. Dies insbesondere, wenn hierbei die Temperatur des Metallblechs oder -bands unter 405 °C liegt.

[0020] Mit einem Kaltwalzen des warmgewalzten Metallblechs oder -bands mit einem Kaltwalzgrad von > 20 % auf eine Enddicke kann eine vergleichsweise hohe Versetzungsdichte in der Aluminiumlegierung ermöglicht werden. Dieses Kaltwalzen kann optional ein Zwischenglühen mit einer Temperatur unter der Solvustemperatur der T-Phase, insbesondere unter 405 °C, aufweisen.
Bei einer nachfolgenden Wärmebehandlung des auf die Enddicke kaltgewalzten Metallblech oder -bands, wobei die Wärmebehandlung ein Lösungsglühen bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur der Aluminiumlegierung aufweist, wirken die sich auflösenden T-Phasen Teilchen als Keime für neue Körner und aufgrund ihres geringen Abstands zueinander in weiterer Folge auch als Kornwachstumshemmer.
Mit vergleichsweise einfach handhabbaren Verfahrensschritten kann damit reproduzierbar ein Metallblech oder -band aus einer aushärtbaren superplastische Aluminiumlegierung geschaffen werden.

[0021] Vorzugsweise erfolgt das Warmwalzen und/oder das Zwischenglühen bei einer Temperatur im Bereich von 290 °C bis maximal 405 °C, um eine besonders hohe Anzahl an ausgeschiedenen T-Phasen sicherzustellen. Dies umso mehr, wenn das Warmwalzen und/oder Zwischenglühen bei einer Temperatur im Bereich von 320 bis höchstens 390 °C erfolgt.

[0022] Vorzugsweise erfolgt das Kaltwalzen mit einem Kaltwalzgrad von > 25 %, um den mittleren kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) des Korns weiter zu verringern. Dies weiter verbessert, wenn der Kaltwalzgrad erhöht wird. Beispielsweise indem ein Kaltwalzen mit einem Kaltwalzgrad > 30 %, > 40 % oder > 50 % erfolgt.

[0023] Schießt an das Warmwalzen ein vergleichsweise langsames Abkühlen an, beispielsweise mit einer Abkühlrate von höchstens 25 °C/s, insbesondere von höchstens 15 °C/s, kann die Anzahl an ausgeschiedenen T-Phasen weiter erhöht werden.

[0024] Um einen Zustand T4 herzustellen, kann das Lösungsglühen bei einer Haltetemperatur 450 °C bis 500 °C und/oder für mindestens 30 s (Sekunden) und maximal 1 h (Stunde) erfolgt. Vorzugsweise erfolgt Lösungsglühen bei einer Haltetemperatur von 460 °C bis 490 °C. Vorzugsweise erfolgt das Lösungsglühen für mindestens 1 min (Minute) und maximal 35 min.

[0025] Vorstellbar ist weiter, dass das Metallblech oder -band in den Zustand T4* übergeführt wird. Dies in dem die Wärmebehandlung nach dem Lösungsglühen ein Abschrecken und nachfolgend eine Stabilisierungsglühbehandlung bei 95 °C bis 125 °C, insbesondere bei 100 °C bis 120 °C, für mindestens 20 min und maximal 10 h, insbesondere für mindestens 6 h und maximal 6 h, aufweist.

[0026] Die Erfindung kann sich insbesondere bei einer Verwendung eines Metallblechs oder -bands bei einem superplastischen Umformen, insbesondere Blechumformen, und einem nachfolgenden Warmaushärten, insbesondere Lackeinbrennen, zu Herstellung eines Formteils, insbesondere Fahrzeugteils, eignen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0027] In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand näher dargestellt. Es zeigen

Fig. 1

ein schematischer Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2

eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme (REM-BSE) zu einem Gefüge einer dem Verfahren unterworfenen Aluminiumlegierung unmittelbar vor dem Kaltwalzen,

Fig. 3

eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme zu einem Gefüge einer dem Verfahren unterworfenen Aluminiumlegierung unmittelbar nach dem Kaltwalzen und

Fig. 4

eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme (REM-EBSD) zu einem Gefüge einer dem Verfahren unterworfenen Aluminiumlegierung im Zustand T4*.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0028] Zum Nachweis der erzielten Effekte wurden beispielsweise gewalzte Halbzeuge, nämlich Feinbleche (welche von einem Metallband abgetrennt wurden), aus verschiedenen Aluminiumlegierungen, wie in Tabelle 1 angeführt, hergestellt.

Tabelle 1: Zusammensetzungen in Gew.-%, Rest Aluminium und herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-%.

Legierungen	Mg	Zn	Cu	Fe	Mn	Si	Cr	Ti
L1	4,5	0,25	0,1	0,4	0,7	0,4	0,05	0,15
L2	2,0	5,5	1,4	0,12	0,06	0,10	0,22	0,06
L3	4,90	3,46	0,49	0,14	0,34	0,08	-	0,01

[0029] Wie in Tabelle 1 zu erkennen, entspricht Legierung L1 einer Aluminiumlegierung vom Typ EN-AW5083 und Legierung L2 einer Aluminiumlegierung vom Typ EN-AW7475. Legierung L3 betrifft die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung, die zu einer Mischlegierung von den beiden vorstehenden Legierungen L1 und L2 gezählt werden kann. Aluminiumlegierung L3 weist Mg (Magnesium) als Hauptlegierungselement auf (vergleiche Mg zu Zn > 1), sowie ist im Gegensatz zur Legierung L1 durch den vergleichsweise hohen Zn (Zink)-Gehalt aushärtbar. Die herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen betragen jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-%.

[0030] Das erfindungsgemäße Verfahren nach Fig. 1 unter Verwendung der Aluminiumlegierung L3 weist folgende Verfahrensschritte auf:

a. Homogenisieren (H) eines Walzbarrens bei 480 °C (Grad Celsius) für 48 Stunden mit einem anschließenden Abkühlen auf Raumtemperatur RT.

b. Dann erfolgt ein Anwärmen und Warmwalzen (WW) des Walzbarrens unter der Solvus-Temperatur der T-Phase (Mg₃₂(Al,Zn,(Cu))₄₉), und zwar beginnend mit 400 °C (Starttemperatur), welche Temperatur bis zum Ende des Warmwalzens auf um die 300 °C (Endtemperatur) fällt. Bei diesem ausgeführten Warmwalzen zum warmgewalzten Metallblech oder -band liegt damit die Temperatur stets unter der Solvustemperatur der T-Phase der Aluminiumlegierung, wie in Fig. 1 zu erkennen. Dies vergleichsweise niedrige Temperaturführung beim Warmwalzen führt zu einer homogen verteilten Ausscheidung der T-Phase in der Aluminiumlegierung L3 in grober Form, wie in Fig. 2 einer REM-BSE-Aufnahme in 1500-facher Vergrößerung nach Warmwalzen zu erkennen.
Die wiederauflösbaren Ausscheidungen zweiter Phase sind daran zu erkennen, dass diese deutlich heller als die Matrix sind. Sie enthalten Zn, Mg und Cu. Im warmgewalzten Zustand sind diese T-Phasen T in derselben Größenordnung wie die fragmentierten Primärphasen P.

c. An dieses Warmwalzen schließt eine langsame Abkühlung auf Raumtemperatur RT an, und zwar bei ruhender oder bewegter Luft mit einer Abkühlrate von höchstens 10 °C/s. Damit kann die Zeit für eine Ausscheidung der T-Phase weiter und damit deren Anzahl weiter erhöht werden.

d. Im nachfolgenden Prozessschritt erfolgt ein Kaltwalzen (KW) mit einem Kaltwalzgrad von 58 % sowie ein Zwischenglühen (S) unter der Solvustemperatur der T-Phase, nämlich bei einer Haltetemperatur von 370 °C (Grad Celsius). Damit liegen auch diese T-Phasen am kaltgewalzten Metallband vor, wie in Fig. 3 einer REM-BSE Aufnahme in 1000-facher Vergrößerung nach Kaltwalzen zu erkennen. Diese T-Phasen sind im kaltgewalzten Zustand gekennzeichnet durch eine Größe von > 1 µm sowie einem mittleren, gemessenen Teilchenabstand in der Fläche von 5,8±2,9 µm, welcher im Volumen zu 4,0 µm berechnet wurde.

e. Wie in Fig. 1 dargestellt, folgt dem Kaltwalzen (KW) eine Wärmebehandlung (WA). Diese Wärmebehandlung umfasst ein Lösungsglühen (LG) oberhalb der Rekristallisationstemperatur, nämlich bei einer Haltetemperatur bei 480 Grad für 1min, und dann ein Abschrecken auf RT. Damit wird die Aluminiumlegierung in den Zustand T4 übergeführt. Diese Wärmebehandlung wirkt auf die T-Phasen auflösend, die aufgrund deren durchschnittlichen äquivalenten Kreisdurchmessers (ECD) von 1,5 µm als Keime für neue Körner dienen. Zudem wirken diese T-Phasen aufgrund ihres geringen Abstands in der Aluminiumlegierung zueinander in weiterer Folge auch als Kornwachstumshemmer.
An dieses Lösungsglühen LG mit Abschrecken schließt eine Stabilisierungsglühbehandlung bei einer Haltetemperatur von 100 °C für 5 Stunden an. Damit wird die Aluminiumlegierung in den Zustand T4* übergeführt.

Das sich damit ausbildende Gefüge der Aluminiumlegierung mit Körnern (angedeutet mit K) ist in Fig. 4, einer REM-EBSD Aufnahme (Richtung der Aufnahme: L-ST-Ebene) zu erkennen. Hierzu wurde ein Rasterelektronenmikroskop JEOL 7200F FEG-SEM mit einem EBSD-Detektor Symmetry S2 verwendet.

[0031] Durch dieses Zusammenspiel der homogen verteilten, groben und wiederauflösbaren T-Phasen in Kombination mit einer hohen Versetzungsdichte durch den Kaltwalzgrad können folgende erfindungsgemäße Kennwerte zur Aluminiumlegierung im Zustand T4* erreicht werden:
• mittlerer (arithmetisch gemittelter) äquivalenter Kreisdurchmesser (ECD) der Körner K liegt im Bereich von 4 bis 7 µm, was nach Tabelle 2 in allen Ebenen (L-LT-Ebene, LT-ST-Ebene und L-ST-Ebene) erfüllt wird (nach ASTM E112-13 die planar (p), transversal (t) und longitudinal (l) orientierte Fläche).
• äquivalente Kreisdurchmesser (ECD) von 80 % aller Körner K bei < 8.5 µm, und zwar unabhängig der Raumrichtung (gemessen nach ASTM E112-13)
• mittlere (arithmetisch gemittelte) Rundheit aller Körner K von > 0.82 (wobei 1 eine kreisrunde Form darstellt), und zwar unabhängig der Raumrichtung (vgl. Tabelle 2). Dies wurde aus allen nach ASTM E112-13 dargestellten Körnern ermittelt, und zwar aus der Rundheit

mit A als gemessene Flächengröße in µm² eines Korns und mit P_real als gemessener Umfang in µm an diesem Korn. Dass diese mittlere Rundheit S_mittel auch unabhängig einer spezifischen Raumebene ist, kann Tabelle 2 anhand einer Messung in allen Ebenen entnommen werden.

Tabelle 2: Mittlere ECD und Rundheit der Körner der Legierung L3(Zustand T4*)

Ebene	Mittlere ECD [µm]	Mittlere Rundheit Smittel
L-LT	6.19	0.83
LT-ST	6.02	0.83
L-ST	5.63	0.84

[0032] Das Metallblech oder -band im Zustand T4 oder T4* ist besonders für ein superplastisches Umformen geeignet, wie dies am Zugversuch 3(L3) in Tabelle 3 im Vergleich mit den Zugversuchen 1(L1) und 2(L2) erkannt werden.

[0033] Zugversuch 1(L1) betrifft die Aluminiumlegierung L1 und Zugversuch 2(L2) die Aluminiumlegierung L2, welche Aluminiumlegierungen L1 und L2 sich jeweils im Zustand Lösungsgeglüht im Salzbad bei 480 °C / 1 min befinden. Die Ergebnisse dieser Zugversuche 1(L1). 2(L2), 3(L3) (Zugprüfung an Flachzugproben laut Norm DIN EN ISO 6892-2) sind in der Tabelle 3 dargestellt. Die Aluminiumlegierung L3 befindet sich im Zustand T4*.

Tabelle 3: Kennwerte von Hochtemperatur-Zugversuchen;

Zugversuch (Legierung)	Versuchstemperatur [°C]	Dehnrate [1/s]	Bruchdehnung A [%]
1(L1)	470	1*10-2	254
	470	5*10-4	337
	470	5*10-5	327
2(L2)	482	1*10-2	150
	482	2*10-4	306
	482	5*10-5	200
3(L3)	470	1*10-2	235
	470	5*10-4	445
	470	5*10-5	417

[0034] Die Legierung L3 zeigt im Vergleich zur Legierung L3 bei derselben Temperatur klare Vorteile in Hinblick auf die erreichbare Dehnung. Des Weiteren ist die Legierung L3 nach dem Umformprozess, welcher über der Solvus Temperatur der Härtephase T-Phase liegt, aushärtbar, wozu die nicht aushärtbare Legierung L1 nicht imstande ist. Auch im Vergleich zur Legierung L2 zeigen sich die Vorteile klar in der Dehnung. Trotz einer höheren Umformtemperatur von 482 °C im Vergleich zu 470 °C der Legierung L3 ist auch bei sehr langsamen Dehnraten die Dehnung der Legierung L3 um mehr als 100 % besser als jene der Legierung L2.

[0035] Wie der Tabelle 3 zu entnehmen, zeichnet sich die Aluminiumlegierung L3 im Zugversuch 3(L3) durch ähnlich hohe Bruchdehnung A aus, wie diese von der Aluminiumlegierung L2 vom Typ EN-AW 5083 bekannt ist. Bei geringeren Dehnraten, werden selbst diese Werte aber von der Erfindung übertroffen.

[0036] Die Aluminiumlegierung L2 vom Typ EN-AW 7475 ist im Vergleich mit der Aluminiumlegierung L1 und L3 völlig abgeschlagen. Diese Nachteile kann die Aluminiumlegierung L2 durch erhöhte Festigkeitswerte (Zugprüfung an Flachzugproben gemäß Norm DIN EN 6892-1) nach dem Aushärten nicht wesentlich ausgleichen, wie in der nachfolgenden Tabelle 4 zu erkennen.

Tabelle 4: Kennwerte im Zugversuch bei Raumtemperatur;

	Rm [N/mm2]	Rp02 [N/mm2]	A [%]
L1 (Zustand H116)	335	240	14
L1 (Zustand H112)	300	145	17
L2 (Zustand T6)	570	505	11
L3 (PB)	491,4	398,1	11,5

[0037] So kommt die erfindungsgemäße Legierung L3 im Zustand nach einem Warmaushärten, nämlich Lackeinbrennen (PB bzw. "paint bake") bei 185 °C für 20 min (Minuten), auf nahezu ähnliche Festigkeitswerte, wie diese von der Legierung L2 im Zustand T6 bekannt sind. Deutlich abgeschlagen in den Festigkeitswerten zeigt sich Legierung L1 im Zustand H116 gemäß Tabelle 4.

[0038] Die erfindungsgemäße Legierung L3 zeigt daher vergleichsweise hohe Bruchdehnungen bei Temperaturen von 470 °C, die besser, oder vergleichbar zu anderen Legierungen ist, die für superplastisches Umformen (SPF) geeignet sind - dies jedoch bei vergleichsweise hohen Festigkeitswerten.

[0039] Im Allgemeinen wird festgehalten, dass "insbesondere" als "more particularly" ins Englische übersetzt werden kann. Ein Merkmal, dem "insbesondere" vorangestellt ist, ist als fakultatives Merkmal zu betrachten, das weggelassen werden kann, und stellt damit keine Einschränkung, beispielsweise der Ansprüche, dar. Das Gleiche gilt für "vorzugsweise", ins Englische übersetzt als "preferably".

Ansprüche

1. Aushärtbaren Aluminiumlegierung, aufweisend

von 4,0 bis 5,5	Gew.-% Magnesium (Mg) und
von 2,5 bis 5,5	Gew.-% Zink (Zn),

wobei Gew.-% Magnesium (Mg) > Gew.-% Zink (Zn) ist, optional einzeln oder in Kombination aus der Gruppe:

bis 0,8	Gew.-% Kupfer (Cu)
bis 0,2	Gew.-% Silber (Ag)
bis 1,0	Gew.-% Mangan (Mn)
bis 0,45	Gew.-% Silizium (Si)
bis 0,55	Gew.-% Eisen (Fe)
bis 0,35	Gew.-% Chrom (Cr)
bis 0,2	Gew.-% Titan (Ti)
bis 0,8	Gew.-% Zirkon (Zr)
bis 1,0	Gew.-% Hafnium (Hf)
bis 0,3	Gew.-% Niob (Nb)
bis 0,25	Gew.-% Tantal (Ta)
bis 0,2	Gew.-% Vanadium (V)

und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-%, wobei die Körner der Aluminiumlegierung einen mittleren kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von ≤ 10 µm aufweisen und wobei von diesen Körnern zumindest 80 % einen kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von ≤ 8,5 µm aufweisen.

2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner einen mittleren kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von ≤ 8 µm, insbesondere ≤ 7 µm aufweisen, insbesondere im Bereich von 4 bis 7 µm ist.

3. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mittlere kreisäquivalente Durchmesser (ECD) in der L-LT-Ebene und in der L-ST-Ebene und in der LT-ST-Ebene gegeben ist.

4. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass von diesen Körnern zumindest 70 % einen kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von ≤ 8 µm, insbesondere von < 7,5 µm, aufweisen.

5. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner eine mittlere Rundheit S_mittel von ≥ 0,8, insbesondere von > 0,82, aufweisen, wobei für jedes Korn die Rundheit

mit A als seine gemessene Flächengröße in µm² und mit P_real als sein gemessener Umfang in µm ist.

6. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung einzeln oder in Kombination aus der Gruppe

von 4,5 bis 5,0 Gew.-% Magnesium (Mg)

von 3,0 bis 4,0 Gew.-%, insbesondere von 3,3 bis 3,7 Gew.-%, Zink (Zn)

von 0,1 bis 0,6 Gew.-% Cu, insbesondere von 0,4 bis 0,5 Gew.-%, Kupfer (Cu)

von 0,05 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe)

von 0,1 bis 1,0 Gew.-%, insbesondere von 0,1 bis 0,5 Gew.-%, Mangan (Mn)

von 0,05 bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti)

aufweist.

7. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung eine Bruchdehnung (A) von > 200 % bei einer Dehnrate von 1*10^-2 [1/sec] und bei einer Temperatur von 470 °C und/oder eine Bruchdehnung (A) von > 400 % bei einer Dehnrate von 5*10^-5 [1/sec] und bei einer Temperatur von 470 °C aufweist.

8. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung eine Volumenfraktion von Partikel zweiter Phase zu einem Anteil von < 0,7 % mit einem mittleren kreisäquivalenten Durchmesser (ECD) von > 90 nm aufweist.

9. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 im Zustand T4 oder T4*.

10. Metallblech oder -band bestehend aus der aushärtbaren Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Verfahren zur Herstellung eines Metallblechs oder -bands nach Anspruch 10, aufweisend folgende Verfahrensschritte:

Warmwalzen eines Walzbarrens bei einer Temperatur unter der Solvustemperatur einer T-Phase der Aluminiumlegierung, insbesondere ≤ 405 °C, zu einem warmgewalzten Metallblech oder -band,

Kaltwalzen des warmgewalzten Metallblechs oder -bands mit einem Kaltwalzgrad von > 20 % auf eine Enddicke, optional mit einem Zwischenglühen mit einer Temperatur unter der Solvustemperatur der T-Phase der Aluminiumlegierung, insbesondere ≤ 405 °C, und

Wärmebehandlung des auf die Enddicke kaltgewalzten Metallblechs oder -bands, wobei die Wärmebehandlung ein Lösungsglühen bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur der Aluminiumlegierung aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmwalzen und/oder Zwischenglühen bei einer Temperatur im Bereich von 290 bis höchstens 405 °C, insbesondere 320 bis höchstens 390 °C, erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwalzen mit einem Kaltwalzgrad von >25 %, insbesondere > 30 %, insbesondere > 40 %, insbesondere von > 50 %, erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an das Warmwalzen und/oder an das Zwischenglühen ein Abkühlen mit einer Abkühlrate von höchstens 25 °C/s, insbesondere von höchstens 15 °C/s, anschließt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsglühen bei einer Haltetemperatur 450 °C bis 500 °C, insbesondere bei 460 °C bis 490 °C, und/oder für mindestens 30 s und maximal 1 h, insbesondere für mindestens 1 min und maximal 35 min, erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung nach dem Lösungsglühen ein Abschrecken und nachfolgend eine Stabilisierungsglühbehandlung bei einer Haltetemperatur 95 °C bis 125 °C, insbesondere bei 100 °C bis 120 °C, für mindestens 20 min und maximal 10 h, insbesondere für mindestens 4 h und maximal 6 h, aufweist.

17. Verwendung eines Metallblechs oder -bands nach Anspruch 10 bei einem superplastischen Umformen, insbesondere Blechumformen, und einem nachfolgenden Warmaushärten, insbesondere Lackeinbrennen, zu Herstellung eines Formteils, insbesondere Fahrzeugteils.

Zeichnung