Anwendungsgebiet und Stand der Technik
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung,
eine Aluminiumlegierung, ein Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs, ein Halbzeug,
ein Verfahren zum Herstellen eines Endprodukts sowie ein Endprodukt.
[0003] Ferner ist eine siliziumreiche Gussaluminiumlegierung aus der
CN 1410572 A bekannt.
[0004] Problematisch bei den aus dem Stand der Technik bekannten Aluminiumlegierungen, die
aus Müllverbrennungsschlacken hergestellt sind, ist jedoch, dass ihnen häufig größere
Mengen von Reinaluminium oder Aluminiumschrotten beigemengt werden müssen, damit sie
sinnvoll weiterverarbeitet werden können. Dies begegnet jedoch insbesondere unter
Nachhaltigkeitsgesichtspunkten, d.h. umweltschonenden Gesichtspunkten, zunehmenden
Bedenken.
Aufgabe und Lösung
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber den aus dem Stand der Technik
bekannten Verfahren verbessertes, insbesondere nachhaltigeres, Verfahren zum Herstellen
einer Aluminiumlegierung, eine gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Aluminiumlegierungen
vorteilhaftere und insbesondere nachhaltigere Aluminiumlegierung, ein gegenüber den
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verbessertes und insbesondere nachhaltigeres
Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs, ein gegenüber den aus dem Stand der Technik
bekannten Halbzeugen vorteilhafteres und insbesondere nachhaltigeres Halbzeug, ein
gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verbessertes und insbesondere
nachhaltigeres Verfahren zum Herstellen eines Endprodukts sowie ein gegenüber den
aus dem Stand der Technik bekannten Endprodukten vorteilhafteres und insbesondere
nachhaltigeres Endprodukt bereitzustellen.
[0006] Die Erfindung löst diese Aufgaben durch ein Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung
gemäß unabhängigem Anspruch 1, eine Aluminiumlegierung gemäß Beschreibung, ein Verfahren
zum Herstellen eines Halbzeugs gemäß Anspruch 7, ein Halbzeug gemäß Anspruch 13, ein
Verfahren zum Herstellen eines Endprodukts gemäß Anspruch 14 sowie durch ein Endprodukt
gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der
abhängigen Ansprüche. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht.
[0007] Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer
Aluminiumlegierung bestehend aus:
- 1,1 Gew.-% bis 2,1 Gew.-% Silizium,
- 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Eisen,
- 0,2 Gew.-% bis 1,7 Gew.-% Kupfer,
- 0,15 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Mangan,
- 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, Magnesium,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Chrom,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Nickel,
- 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% Zink,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Titan,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Blei,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Strontium und
- Rest Aluminium sowie optional unvermeidbare Verunreinigungen,
wobei das Verfahren den nachfolgenden Schritt aufweist:
- a) Aufschmelzen einer aus einer Müllverbrennungsschlacke gewonnenen oder bereitgestellten
Aluminiumfraktion unter Erhalt einer Schmelze der Aluminiumlegierung oder einer Schmelze
einer Vorstufe der Aluminiumlegierung oder Umschmelzen einer aus einer Müllverbrennungsschlacke
gewonnenen oder bereitgestellten Aluminiumfraktion zu einem Formkörper und insbesondere
Aufschmelzen des Formkörpers unter Erhalt einer Schmelze der Aluminiumlegierung oder
einer Schmelze einer Vorstufe der Aluminiumlegierung.
[0008] Überraschenderweise stellte sich heraus, dass die vorgenannte Aluminiumlegierung
aus Müllverbrennungsschlacke hergestellt werden kann, wobei die hergestellte Aluminiumlegierung
ihrerseits zu hochwertigen Halbzeugen, insbesondere hochwertigen Strangpressprodukten,
weiterverarbeitet werden kann. Dadurch leistet die Erfindung einen wesentlichen Beitrag
zur Verbesserung der Recyclingfähigkeit von Aluminiumlegierungen, der Nachhaltigkeit
sowie der Kreislaufwirtschaft.
[0009] Unter dem Ausdruck "Müllverbrennungsschlacke" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung
ein durch Verbrennung von Müll, insbesondere häuslichem Müll und/oder industriellem
Müll, insbesondere in einer Müllverbrennungsanlage, anfallender Verbrennungsrückstand
verstanden werden. Der Verbrennungsrückstand weist neben der Aluminiumfraktion vorzugsweise
wenigstens einen weiteren Bestandteil auf oder besteht neben der Aluminiumfraktion
vorzugsweise aus wenigstens einem weiteren Bestandteil, der insbesondere ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus mineralische Komponenten, Glas, Oxide, Keramik, Metalle
und Kombinationen, insbesondere Mischungen, von wenigstens zwei der vorgenannten weiteren
Bestandteile. Die mineralischen Komponenten können ausgewählt sein aus der Gruppe
bestehend aus Quarz, Calcit, Gehlenit, Gips, Hamatit, Wollastonit, Kalk, Feldspat
und Kombinationen, insbesondere Mischungen, von wenigstens zwei der vorgenannten mineralischen
Komponenten. Die Oxide können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid,
Siliziumoxid, Kalziumoxid, Natriumoxid, Magnesiumoxid, Kaliumoxid, Eisenoxid und Kombinationen,
insbesondere Mischungen, von wenigstens zwei der vorgenannten Oxide. Die Metalle können
ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Kupfer, Zink, Blei und Kombinationen,
insbesondere Mischungen, vorzugsweise Legierungen, von wenigstens zwei der vorgenannten
Metalle.
[0010] Unter dem Ausdruck "Vorstufe der Aluminiumlegierung" soll im Sinne der vorliegenden
Erfindung eine Aluminiumlegierung verstanden werden, die in Bezug auf ihre Zusammensetzung,
insbesondere in Bezug auf ihre Legierungselemente oder Legierungsbestandteile und/oder
in Bezug auf Anteile ihrer Legierungselemente bzw. Legierungsbestandteile, von der
erfindungsgemäß herzustellenden oder erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung abweicht.
[0011] Unter dem Ausdruck "Aluminiumfraktion" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein
stückiges oder körniges Material verstanden werden, das eine Vorstufe der Aluminiumlegierung
oder (bereits) die Aluminiumlegierung aufweist oder aus einer Vorstufe der Aluminiumlegierung
oder aus der Aluminiumlegierung besteht. Die Vorstufe der Aluminiumlegierung weist
- neben Aluminium - vorzugsweise mindestens Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan und Zink,
insbesondere mindestens Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Zink und Magnesium oder mindestens
Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Zink und Strontium oder mindestens Silizium, Eisen,
Kupfer, Mangan, Zink, Magnesium und Strontium auf oder besteht vorzugsweise aus den
vorgenannten Legierungselementen. Insbesondere weist die Vorstufe der Aluminiumlegierung
- neben Aluminium - bevorzugt mindestens Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Zink und
mindestens einen weiteren Legierungsbestandteil, ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Magnesium, Chrom, Nickel, Titan, Blei und Strontium, oder mindestens Silizium,
Eisen, Kupfer, Mangan, Zink, Magnesium und mindestens einen weiteren Legierungsbestandteil,
ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus Chrom, Nickel, Titan, Blei und Strontium, oder
mindestens Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Zink, Strontium und mindestens einen weiteren
Legierungsbestandteil, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Chrom, Nickel,
Titan und Blei, oder mindestens Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Zink, Magnesium,
Strontium und mindestens einen weiteren Legierungsbestandteil, ausgewählt aus der
Gruppe bestehen aus Chrom, Nickel, Titan und Blei, auf oder besteht die Vorstufe der
Aluminiumlegierung bevorzugt aus den vorgenannten Legierungselementen. Insbesondere
kann die Vorstufe der Aluminiumlegierung (bereits) alle vorgenannten Legierungselemente,
d.h. Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Zink, Magnesium, Chrom, Nickel, Titan, Blei
und Strontium, aufweisen oder aus diesen Legierungselementen bestehen. Stücke oder
Körner der Aluminiumfraktion können einen Durchmesser von > 0 mm bis 100 mm, insbesondere
1 mm bis 60 mm, vorzugsweise 5 mm bis 50 mm, aufweisen.
[0012] Unter dem Ausdruck "Durchmesser" soll in Zusammenhang mit der Aluminiumfraktion der
größtmögliche Abstand verstanden werden, den zwei gegenüberliegende Punkte auf Außenoberflächen
von Stücken oder Körnern der Aluminiumfraktion zueinander haben können.
[0013] Unter dem Ausdruck "Umschmelzen" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Aufschmelzen
der Aluminiumfraktion, insbesondere bei einer Temperatur von 680 °C bis 750 °C, und
ein Überführen der aufgeschmolzenen Aluminiumfraktion, insbesondere nach vorherigem
Abtrennen von Krätze und/oder Fremdstoffen, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Buntmetalle, Eisen, Eisenlegierungen, Glas, Keramik und Mischungen von
wenigstens zwei der vorgenannten Fremdstoffe, in einen Formkörper, insbesondere durch
Gießen, verstanden werden.
[0014] Unter dem Ausdruck "Krätze" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine auf einer
Schmelze der Aluminiumfraktion schwimmende feste Schicht aus Oxiden, insbesondere
Aluminiumoxid und gegebenenfalls Oxiden von in der Aluminiumlegierung oder der Vorstufe
der Aluminiumlegierung enthaltenen Legierungselementen, verstanden werden.
[0015] Unter dem Ausdruck "Formkörper" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein aus
der Aluminiumfraktion durch Umschmelzen hergestelltes Vorprodukt zum Herstellen eines
Halbzeugs verstanden werden. Bei dem Formkörper kann es sich beispielsweise um einen
Barren (Massel), einen Block oder eine Bramme handeln.
[0016] Unter dem Ausdruck "Bramme" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein aus der
Aluminiumfraktion durch Umschmelzen hergestelltes Vorprodukt zum Herstellen eines
Halbzeugs verstanden werden, wobei das Vorprodukt eine Breite und Länge aufweist,
die jeweils ein Mehrfaches der Dicke (Höhe) des Vorprodukts betragen.
[0017] Unter dem Ausdruck "Reinaluminium" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung Primäraluminium,
d.h. mittels Verhüttung hergestelltes Aluminium, verstanden werden, das einen Anteil
an elementarem Aluminium von wenigstens 99,5 Gew.-%, insbesondere (wenigstens) 99,7
Gew.-%, aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht des Primär- oder Reinaluminiums. Bei
dem Rein- bzw. Primäraluminium kann es sich beispielsweise um das Primär- bzw. Reinaluminium
EN-AW 1050A (gemäß DIN EN 573-3) und/oder EN-AW 1070A (gemäß DIN EN 573-3) handeln.
[0018] Unter dem Ausdruck "Aluminiumschrott" sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung
Aluminiumlegierungen verstanden werden, die als Produktionsabfall (Post-Industrial
Residue, PIR) bei aluminiumherstellenden bzw. -verarbeitenden Betrieben und/oder als
Abfall bei Endverbrauchern (sogenannte "End-of-Life" Schrotte bzw. Post-Consumer Residue,
PCR) anfallen.
[0019] Bevorzugt weist das Silizium einen Anteil von 1,1 Gew.-% bis 2,1 Gew.-%, insbesondere
1,1 Gew.-% bis 1,9 Gew.-%, vorzugsweise 1,1 Gew.-% bis 1,7 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung, auf. Der Siliziumanteil hat generell einen Einfluss
auf die Duktilität der Aluminiumlegierung. Je größer der Siliziumanteil ist, desto
schwerer umformbar ist die Aluminiumlegierung.
[0020] Weiter kann das Eisen einen Anteil von 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-%, insbesondere 0,4
Gew.-% bis 0,7 Gew.-%, bevorzugt 0,4 Gew.-% bis 0,6 Gew.-%, aufweisen, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung. Insbesondere kann das Eisen einen Anteil
von > 0,5 Gew.-% bis 0,8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung,
aufweisen. Eisen bildet in Kombination mit Aluminium und Silizium sowie gegebenenfalls
Mangan und/oder Chrom Primärphasen, die hart und spröde sind und während eines Glühschritts
(Homogenisierung) in eine für eine Warmumformung besser geeignete Morphologie/Struktur
überführt werden können. Während eines Glühschritts scheidet sich gelöstes Eisen zum
Beispiel als AlFe(Mn,Cr)Si-Dispersoide aus, die die Kornstruktur stabilisieren und
einen Beitrag zur Festigkeit liefern. Durch beide Typen der AlFe(Mn,Cr)Si-Phasen wird
ein Teil des Siliziums gebunden, was sich in einer Erhöhung der Solidustemperatur
manifestiert.
[0021] Weiter kann das Kupfer einen Anteil von 0,2 Gew.-% bis 1,7 Gew.-%, insbesondere 0,2
Gew.-% bis 1,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 Gew.-% bis 1,3 Gew.-%, aufweisen, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung. Insbesondere kann das Kupfer einen Anteil
von > 0,2 Gew.-% bis 1,7 Gew.-%, insbesondere > 0,4 Gew.-% bis 1,7 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung, aufweisen. Kupfer bewirkt vorteilhafterweise
eine Festigkeitserhöhung der Aluminiumlegierung. Die Festigkeitserhöhung basiert -
abhängig vom Kupferanteil - entweder auf einer Mischkristallhärtung oder Ausscheidungshärtung.
[0022] Weiter kann das Mangan einen Anteil von 0,15 Gew.-% bis 0,8 Gew.-%, insbesondere
0,15 Gew.-% bis 0,6 Gew.-%, vorzugsweise 0,15 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung, aufweisen. Insbesondere kann das Mangan einen
Anteil von 0,15 Gew.-% bis < 0,6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung,
aufweisen. Mangan bildet in Kombination mit Aluminium und Silizium sowie gegebenenfalls
Eisen und/oder Chrom Primärphasen, die hart und spröde sind und während eines Glühschritts
(Homogenisierung) in eine für eine Warmumformung besser geeignete Morphologie/Struktur
überführt werden können. Dabei begünstigt Mangan die Bildung einer sogenannten Alpha-AlFeSi-Phase
auch schon während der Erstarrung. Während eines Glühschritts scheidet sich gelöstes
Mangan zum Beispiel als AlFe(Mn,Cr)Si-Dispersoide aus, die die Kornstruktur stabilisieren
und einen Beitrag zur Festigkeit liefern. Durch beide Typen der AIFe(Mn,Cr)Si-Phasen
wird ein Teil des Siliziums gebunden, was sich sowohl in einer Erhöhung der Solidustemperatur
als auch der elektrischen Leitfähigkeit der Aluminiumlegierung manifestiert.
[0023] Weiter kann das Magnesium einen Anteil von 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, insbesondere
>0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, vorzugsweise >0 Gew.-% bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Aluminiumlegierung, aufweisen. Insbesondere kann das Magnesium einen Anteil von
> 0,1 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung,
aufweisen. Das Magnesium hat vorteilhafterweise durch Bildung einer intermetallischen
(teil-kohärenten) Phase mit Silizium einen festigkeitssteigernden Einfluss auf die
Aluminiumlegierung. Die vorgenannte festigkeitssteigernde Phase kann teilweise auch
Anteile an Kupfer und/oder Aluminium aufweisen.
[0024] Weiter kann das Zink einen Anteil von 0,5 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, insbesondere 0,6
Gew.-% bis 1,9 Gew.-%, vorzugsweise 0,65 Gew.-% bis 1,85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Aluminiumlegierung, aufweisen. Das Zink hat generell einen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit
der Aluminiumlegierung. Je geringer der Zinkanteil ist, desto besser ist die Korrosionsbeständigkeit
der Aluminiumlegierung.
[0025] Bevorzugt wird die Aluminiumfraktion, insbesondere in Form einer stückigen oder körnigen
Aluminiumfraktion, aus der Müllverbrennungsschlacke gewonnen oder bereitgestellt,
indem die Aluminiumfraktion, insbesondere Stücke oder Körner der Aluminiumfraktion,
von anderen, insbesondere übrigen, Bestandteilen der Müllverbrennungsschlacke abgetrennt
wird.Vorzugsweise handelt es sich bei den anderen, insbesondere übrigen, Bestandteilen
der Müllverbrennungsschlacke um einen oder mehrere, insbesondere alle, Bestandteile,
die in Zusammenhang der oben gemachten Definition des Begriffs "Müllverbrennungsschlacke"
genannt wurden.
[0027] Weiter bevorzugt wird die Aluminiumfraktion, insbesondere in Form einer stückigen
oder körnigen Aluminiumfraktion, aus der Müllverbrennungsschlacke gewonnen oder bereitgestellt,
indem nichtmetallische Anhaftungen von der Aluminiumfraktion, insbesondere von Stücken
oder Körnern der Aluminiumfraktion, entfernt werden.
[0028] Bei den nichtmetallischen Anhaftungen kann es sich insbesondere um Asche, Glasscherben,
Steine oder Kombinationen von wenigstens zwei der vorgenannten nichtmetallischen Anhaftungen
handeln.
[0029] Vorzugsweise wird beim Entfernen der nichtmetallischen Anhaftungen der Durchmesser
der Aluminiumfraktion, insbesondere der Stücke oder Körner der Aluminiumfraktion,
auf mindestens 60 mm, insbesondere 5 mm bis 60 mm, bevorzugt 6 mm bis 60 mm, weiter
bevorzugt 10 mm bis 60 mm, besonders bevorzugt 12 mm bis 60 mm, verringert. Die vorgenannten
Durchmesserbereiche haben sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine optimierte
Schmelzausbeute im Falle einer späteren Weiterverarbeitung der Aluminiumlegierung
zu einem Halbzeug herausgestellt.
[0030] Weiter bevorzugt wird das Entfernen der nichtmetallischen Anhaftungen mittels einer
Hammermühle durchgeführt.
[0031] Unter dem Begriff "Hammermühle" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Gerät
zur mechanischen Abtrennung oder Entfernung von nichtmetallischen Anhaftungen, insbesondere
von Stücken oder Körnern einer Aluminiumfraktion, verstanden werden.
[0032] Der Formkörper gemäß Schritt a) unterliegt in Bezug auf Form und/oder Größe prinzipiell
keinerlei Einschränkungen. Beispielsweise kann es sich bei dem Formkörper um einen
Barren (Massel), einen Block, einen Bolzen, eine Bramme oder ein anderes aus der geschmolzenen
Aluminiumfraktion gegossenes Vorprodukt zum Herstellen eines Halbzeugs handeln.
[0033] Bevorzugt wird die aus der Müllverbrennungsschlacke gewonnene oder bereitgestellte
Aluminiumfraktion beim Durchführen von Schritt a) aufgeschmolzen, von Krätze und/oder
Fremdstoffen, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Buntmetalle, Eisen,
Eisenlegierungen, Glas, Keramik und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten
Fremdstoffe, befreit und anschließend in einen Formkörper, insbesondere durch Gießen,
überführt. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Beeinträchtigung der weiteren Verarbeitung
der (herzustellenden) Aluminiumlegierung, insbesondere zu einem Halbzeug, vermieden
werden. Gegebenenfalls kann die aufgeschmolzene Aluminiumfraktion, insbesondere vor
oder nach dem Befreien von Krätze und/oder Fremdstoffen, gerührt, insbesondere mechanisch
gerührt, werden. Dadurch kann vorteilhafterweise eine homogene Schmelze erhalten werden.
[0034] Das Umschmelzen gemäß Schritt a) hat den Vorteil, dass etwaige Verunreinigungen und/oder
etwaige unerwünschte Bestandteile, wie insbesondere nichtmetallische Bestandteile,
Eisen und dergleichen, insbesondere durch mechanische Abtrennung, besonders gut entfernt
werden können, die ansonsten eine weitere Verarbeitung der (herzustellenden) Aluminiumlegierung,
insbesondere zu einem Halbzeug, beeinträchtigen könnten.
[0035] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Schritt
b) auf:
b) Beimengen von Reinaluminium und/oder Aluminiumschrott zu der Schmelze der Aluminiumlegierung
oder zu der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung
und/oder
[0036] Beimengen von Magnesium und/oder Strontium und/oder Mangan zu der Schmelze der Aluminiumlegierung
oder zu der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung.
[0037] Bevorzugt wird die Schmelze der Aluminiumlegierung oder die Schmelze der Vorstufe
der Aluminiumlegierung mit einem inerten Gas, beispielsweise Argon oder Stickstoff,
gespült. Dadurch kann vorteilhafterweise der Wasserstoffgehalt in der Schmelze reduziert
und etwaige weitere Verunreinigungen können aufgeschwemmt und anschließend entfernt
werden.
[0038] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden/wird beim Durchführen von Schritt
b) das Reinaluminium und/oder der Aluminiumschrott in einer Menge der Schmelze der
Aluminiumlegierung oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt,
dass das beigemengte Reinaluminium und/oder der beigemengte Aluminiumschrott einen
Anteil von ≤ 50 Gew.-%, bevorzugt < 50 Gew.-%, insbesondere ≤ 25 Gew.-%, bevorzugt
< 25 Gew.-%, vorzugsweise ≤ 10 Gew.-%, bevorzugt < 10 Gew.-%, aufweisen/aufweist,
bezogen auf das Gesamtgewicht der (herzustellenden) Aluminiumlegierung.
[0039] Die Erfindung beruht auf dem weiteren überraschenden Befund, dass eine aus der Müllverbrennungsschlacke
gewonnene oder bereitgestellte Aluminiumlegierung entweder überhaupt nicht mit Reinaluminium
und/oder Aluminiumschrott oder lediglich mit einem vergleichsweise geringen Anteil
an Reinaluminium und/oder Aluminiumschrott "verdünnt" werden muss, um daraus eine
qualitativ hochwertige Aluminiumlegierung herstellen zu können, die ihrerseits für
die Herstellung eines qualitativ hochwertigen Halbzeugs verwendet werden kann. Dadurch
kann vorteilhafterweise der Einsatz von klimaschädlichem Reinaluminium signifikant
reduziert werden.
[0040] Insbesondere kann zum Durchführen von Schritt b) das Rein- bzw. Primäraluminium EN-AW
1050A und/oder EN-AW 1070A verwendet werden.
[0041] Unter dem Begriff "EN-AW 1050A" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung - im Einklang
mit DIN EN 573-3 - Rein- bzw. Primäraluminium aufweisend oder bestehend aus 99,5 Gew.-%
Aluminium, höchstens 0,25 Gew.-% Silizium, höchstens 0,4 Gew.-% Eisen, höchstens 0,05
Gew.-% Kupfer, höchstens 0,05 Gew.-% Mangan, höchstens 0,05 Gew.-% Magnesium, höchstens
0,07 Gew.-% Zink und höchstens 0,05 Gew.-% Titan, bezogen auf das Gesamtgewicht des
Rein- bzw. Primäraluminiums, verstanden werden.
[0042] Unter dem Begriff "EN-AW 1070A" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung - im Einklang
mit DIN EN 573-3 - Rein- bzw. Primäraluminium aufweisend oder bestehend aus 99,7 Gew.-%
Aluminium, höchstens 0,03 Gew.-% Kupfer, höchstens 0,25 Gew.-% Eisen, höchstens 0,03
Gew.-% Magnesium, höchstens 0,03 Gew.-% Mangan, höchstens 0,2 Gew.-% Silizium, höchstens
0,03 Gew.-% Titan und höchstens 0,07 Gew.-% Zink, bezogen auf das Gesamtgewicht des
Rein- bzw. Primäraluminiums, verstanden werden.
[0043] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden/wird der Schmelze der Aluminiumlegierung
oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung kein Reinaluminium und/oder
kein Aluminiumschrott beigemengt. Hierbei handelt es sich um eine besonders umweltschonende
Ausgestaltung des Verfahrens, da insbesondere vollständig auf den Einsatz von klimaschädlichem
Reinaluminium und/oder von unter Klimagesichtspunkten nicht vollständig unproblematischem
Aluminiumschrott verzichtet werden kann.
[0044] Beim Durchführen von Schritt b) kann das Magnesium in elementarer Form und/oder als
Bestandteil einer Legierung und/oder eines Schrotts der Schmelze der Aluminiumlegierung
oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt werden. Bei der Legierung,
die der Schmelze der Aluminiumlegierung oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung
beigemengt wird, kann es sich beispielsweise um eine Al-Mg-Vorlegierung, d.h. eine
Vorlegierung, die Aluminium und Magnesium als Legierungsbestandteile aufweist oder
aus Aluminium und Magnesium als Legierungsbestandteile besteht, handeln. Bei dem Schrott
kann es sich beispielsweise um 5xxx-Schrott handeln, insbesondere mit einem Anteil
von Magnesium von > 2,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des 5xxx-Schrotts.
[0045] Unter dem Ausdruck "Vorlegierung" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Legierung
verstanden werden, die als solche nicht unmittelbar zu einem Endprodukt verarbeitet
wird, sondern dazu verwendet wird, den Anteil eines Legierungselementes, wie beispielsweise
von Magnesium und/oder Strontium, in einer Schmelze einzustellen oder zu erhöhen.
Vorlegierungen werden insbesondere zur Einstellung bzw. Erhöhung von Anteilen von
Legierungselementen in einer Schmelze verwendet, die einen sehr hohen Schmelzpunkt
besitzen und/oder eine starke Oxidationsneigung aufweisen und daher nicht in elementarer
Reinform der Schmelze zugegeben werden können.
[0046] Unter dem Begriff "5xxx-Schrott" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung Schrott
(PIR und/oder PCR) aus Aluminium-Magnesium-Legierungen, d.h. Legierungen, die Aluminium
und Magnesium als Legierungsbestandteile aufweisen oder aus Aluminium und Magnesium
als Legierungsbestandteile bestehen, (5000er Reihe nach EN 573), beispielsweise in
Form von Automobilblechen, verstanden werden.
[0047] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird beim Durchführen von Schritt b) das
Magnesium in einer Menge der Schmelze der Aluminiumlegierung oder der Schmelze der
Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt, dass das Magnesium einen Anteil von höchstens
0,5 Gew.-%, insbesondere 0,15 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,2 Gew.-% bis 0,4
Gew.-%, aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der (herzustellenden) Aluminiumlegierung.
[0048] Das Beimengen von Magnesium zu der Schmelze der Aluminiumlegierung oder der Schmelze
der Vorstufe der Aluminiumlegierung hat vorteilhafterweise einen festigkeitssteigernden
Einfluss auf die (herzustellende) Aluminiumlegierung.
[0049] Weiter kann beim Durchführen von Schritt b) das Strontium in elementarer Form und/oder
als Bestandteil einer Legierung, insbesondere Vorlegierung, der Schmelze der Aluminiumlegierung
oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt werden.
[0050] Insbesondere kann beim Durchführen von Schritt b) das Strontium als Bestandteil einer
AlSr5-Vorlegierung, AlSr10-Vorlegierung oder AlSr15-Vorlegierung der Schmelze der
Aluminiumlegierung oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt
werden.
[0051] Unter dem Ausdruck "AlSr5-Vorlegierung" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung
eine Aluminiumlegierung mit einem Strontium-Anteil von 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Aluminiumlegierung, verstanden werden. Unter dem Ausdruck "AlSr10-Vorlegierung"
soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Aluminiumlegierung mit einem Strontium-Anteil
von 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung, verstanden werden.
Unter dem Ausdruck "AlSr15-Vorlegierung" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung
eine Aluminiumlegierung mit einem Strontium-Anteil von 15 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung, verstanden werden.
[0052] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird beim Durchführen von Schritt b) das
Strontium in einer Menge der Schmelze der Aluminiumlegierung oder der Schmelze der
Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt, dass das Strontium einen Anteil von höchstens
0,1 Gew.-%, insbesondere 0,01 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht
der (herzustellenden) Aluminiumlegierung.
[0053] Sofern beim Durchführen des Schritts b) sowohl ein Beimengen von Reinaluminium und/oder
Aluminiumschrott als auch ein Beimengen von Magnesium zu der Schmelze der Aluminiumlegierung
oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung vorgesehen sind/ist, können/kann
grundsätzlich zuerst das Reinaluminium und/oder der Aluminiumschrott oder das Magnesium
beigemengt werden oder umgekehrt. Im Hinblick auf seine Oxidationsneigung und/oder
Verdampfbarkeit kann es jedoch bevorzugt sein, wenn das Magnesium so spät wie möglich,
insbesondere nach dem Beimengen des Reinaluminiums und/oder Aluminiumschrotts, der
Schmelze der Aluminiumlegierung oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung
beigemengt wird.
[0054] Weiter kann beim Durchführen von Schritt b) das Mangan als Bestandteil einer Legierung,
insbesondere Vorlegierung, der Schmelze der Aluminiumlegierung oder der Schmelze der
Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt werden.
[0055] Insbesondere kann beim Durchführen von Schritt b) das Mangan als Bestandteil einer
AIMn10-Vorlegierung, AIMn20-Vorlegierung oder AIMn25-Vorlegierung der Schmelze der
Aluminiumlegierung oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt
werden.
[0056] Unter dem Ausdruck "AlMn10-Vorlegierung" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung
eine Aluminiumlegierung mit einem Mangan-Anteil von 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Aluminiumlegierung, verstanden werden. Unter dem Ausdruck "AlMn20-Vorlegierung"
soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Aluminiumlegierung mit einem Mangan-Anteil
von 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung, verstanden werden.
Unter dem Ausdruck "AlMn25-Vorlegierung" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung
eine Aluminiumlegierung mit einem Mangan-Anteil von 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Aluminiumlegierung, verstanden werden.
[0057] Bevorzugt wird beim Durchführen von Schritt b) das Mangan in einer Menge der Schmelze
der Aluminiumlegierung oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt,
dass das Mangan einen Anteil von höchstens 0,8 Gew.-%, insbesondere 0,15 Gew.-% bis
0,8 Gew.- %, aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der (herzustellenden) Aluminiumlegierung.
[0058] Weiter kann das Verfahren nach Durchführen von Schritt b) ferner einen Schritt c)
aufweisen:
c) Gießen der Aluminiumlegierung in eine Form.
[0059] Bezüglich der Form, in die die Aluminiumlegierung gemäß Schritt c) gegossen werden
kann, wird auf die in Zusammenhang des Formkörpers beschriebenen Formen Bezug genommen,
die sinngemäß gelten.
[0060] Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Aluminiumlegierung, hergestellt
oder herstellbar nach einem Verfahren gemäß erstem Erfindungsaspekt, und/oder bestehend
aus:
- 1,1 Gew.-% bis 2,1 Gew.-% Silizium,
- 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Eisen,
- 0,2 Gew.-% bis 1,7 Gew.-% Kupfer,
- 0,15 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Mangan,
- 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, Magnesium,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Chrom,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Nickel,
- 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% Zink,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Titan,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Blei,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Strontium und
- Rest Aluminium sowie optional unvermeidbare Verunreinigungen.
[0061] Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der Aluminiumlegierung, insbesondere in
Bezug auf ihre Bestandteile, wird vollständig auf die im Rahmen des ersten Erfindungsaspekts
gemachten Ausführungen Bezug genommen, die sinngemäß gelten.
[0062] Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines
Halbzeugs, insbesondere eines stranggepressten Halbzeugs, d.h. eines Halbzeugs, das
mit Hilfe eines Strangpressschritts hergestellt ist. Das Verfahren weist, insbesondere
in zeitlicher Reihenfolge, die nachfolgenden Schritte auf:
- a) Herstellen einer Aluminiumlegierung nach einem Verfahren gemäß erstem Erfindungsaspekt
oder Bereitstellen einer Aluminiumlegierung gemäß zweitem Erfindungsaspekt,
- b) Gießen, insbesondere Stranggießen, der Aluminiumlegierung, insbesondere einer Schmelze
der Aluminiumlegierung, zu einem Gussbarren und
- c) Strangpressen des Gussbarrens zu dem Halbzeug.
[0063] Bei dem herzustellenden Halbzeug handelt es sich vorzugsweise um einen Stab, eine
Stange, einen Draht, ein Rohr oder ein Profil, insbesondere Kühlkörperprofil oder
Konstruktionsprofil, insbesondere Vollprofil, Halbvollprofil, Hohlkammerprofil, Montageprofil
oder Nutenprofil.
[0064] Bevorzugt wird vor dem Durchführen von Schritt b) ein Kornfeiner zu der Aluminiumlegierung
hinzugegeben. Dadurch kann vorteilhafterweise der Korndurchmesser des Gussgefüges
kontrolliert und homogen gehalten werden. Insbesondere kann durch die Zugabe des Kornfeiners
der Korndurchmesser des Gussgefüges kleiner 300 µm, insbesondere auf 50 µm bis 250
µm, gehalten werden.
[0065] Unter dem Ausdruck "Kornfeiner" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Material
zur Erzielung eines möglichst gleichmäßigen und geringen Korndurchmessers im Gefüge.
Dies bedeutet vorteilhafterweise weniger Heißrissneigung beim Durchführen von Schritt
b) und dadurch eine höhere Gießleistung. Weiter wirkt sich ein gleichmäßiger und geringer
Korndurchmesser positiv auf die Duktilität und Oberflächenqualität des herzustellenden
Halbzeugs aus.
[0066] Der Kornfeiner kann kornfeinend wirkende Partikel und Aluminium als Träger für die
kornfeinend wirkenden Partikel aufweisen. Vorzugsweise sind die kornfeinend wirkenden
Partikel in dem Aluminium eingebettet. Bei den kornfeinenden Partikeln kann es sich
beispielsweise um Titandiborid-Partikel (TiB
2-Partikel) oder Aluminiumkarbid-Partikel (Al
4C
3-Partikel) handeln.
[0067] Weiter kann der Kornfeiner in Form eines Drahts, insbesondere kontinuierlich oder
diskontinuierlich, der Aluminiumlegierung zugegeben werden. Weiter kann der Draht
insbesondere einen Durchmesser von ca. 10 mm aufweisen.
[0068] Weiter bevorzugt wird der Schritt b) bei einer Temperatur von 700 °C bis 750 °C durchgeführt.
[0069] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ferner zwischen dem Schritt
b) und dem Schritt c) einen Schritt bc)
1 auf:
bc)
1 Glühen, insbesondere Hochglühen, des Gussbarrens.
[0070] Unter dem Ausdruck "Glühen" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Anwärmen,
Durchwärmen und Abkühlen des Gussbarrens verstanden werden.
[0071] Unter dem Ausdruck "Hochglühen" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Homogenisieren
des Gussbarrens verstanden werden.
[0072] Durch den Schritt bc)
1 können vorteilhafterweise sogenannte Korn-Seigerungen des Gussbarrens, d.h. Entmischungen
im Korn, abgebaut werden, durch den Gießprozess bedingte Eigenspannungen abgebaut
werden, eisenhaltige Primärphasen transformiert werden (insbesondere eine nadelförmige
Morphologie in eine kugelige Morphologie geändert und dadurch die Duktilität erhöht
werden), eisenhaltige Sekundärphasen ("Dispersoide") ausgeschieden werden (und dadurch
das Korngefüge stabilisiert, also die Rekristallisationsschwelle nach oben gesetzt
werden) und weitere Phasen in nicht-passender Form (insbesondere in Bezug auf Struktur
und/oder Größe und/oder Position und/oder Solvus-Temperatur) aufgelöst werden. Dadurch
wird die Aluminiumlegierung vorteilhafterweise umformbar.
[0073] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird beim Durchführen von Schritt bc)
1 der Gussbarren mit einer Heizgeschwindigkeit von 1,5 K/min bis 5 K/min, insbesondere
2 K/min bis 4 K/min, erwärmt, bei einer Temperatur von 480 °C bis 580 °C, insbesondere
490 °C bis 570 °C, während eines Zeitraums von 2 h bis 8 h, bevorzugt 3 h bis 6 h,
gehalten und anschließend mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 100 K/h bis 1000
K/h, insbesondere 150 K/h bis 900 K/h, bevorzugt 250 K/h bis 800 K/h, auf eine Temperatur
von ≤ 250 °C, insbesondere < 250 °C abgekühlt. Das Abkühlen kann mit Luft, insbesondere
bewegter Luft, erfolgen. Die in diesem Abschnitt offenbarte Heizgeschwindigkeit hat
den Vorteil, dass eine Ausscheidung von Dispersoiden in kleiner und homogen verteilter
Form begünstigt und gleichzeitig Durchlaufzeiten in einem zum Durchführen von Schritt
bc)
1 verwendeten Ofen kurz gehalten werden können. Die in diesem Abschnitt offenbarte
Abkühlungsgeschwindigkeit hat einerseits den Vorteil, dass sie zu keiner Bildung von
groben Sekundärphasen (Silizium, Mg
2Si, AlCu
2, etc.) führt, welche bei einem Vorwärmen für das Strangpressen bzw. beim Strangpressen
des Gussbarrens selbst nicht aufgelöst werden und daher nicht festigkeitssteigernd
wirken können. Andererseits hat die offenbarte Abkühlungsgeschwindigkeit den Vorteil,
dass die Bildung eines stark übersättigten Mischkristalls vermieden werden kann, welcher
durch einen erhöhten Umformwiderstand gekennzeichnet und mithin schwieriger strangzupressen
ist.
[0074] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ferner zwischen dem Schritt
b) und dem Schritt c), insbesondere nach dem Schritt bc)
1, einen Schritt bc)
2 auf:
bc)
2 Erwärmen, insbesondere Vorwärmen, des Gussbarrens, insbesondere auf eine Temperatur
von 400 °C bis 520 °C, bevorzugt 415 °C bis 510 °C, besonders bevorzugt 430 °C bis
500 °C.
[0075] Durch den Schritt bc)
2 können vorteilhafterweise Phasen, die während des Abkühlens beim Durchführen von
Schritt bc)
1 entstehen, teilweise aufgelöst und vor allem die Fließspannung der Aluminiumlegierung
reduziert werden, wodurch insbesondere komplexe Geometrien beim Durchführen von Schritt
c) hergestellt werden können.
[0076] Bevorzugt unterscheidet sich die Temperatur, bei der der erwärmte Gussbarren beim
Durchführen von Schritt bc)
1 gehalten wird, von der Temperatur, auf die der Gussbaren beim Durchführen von Schritt
bc)
2 erwärmt, insbesondere vorgewärmt, wird.
[0077] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Schritt
d) auf:
d) Abkühlen des Halbzeugs, insbesondere mittels Luft, insbesondere bewegter Luft,
und/oder Wasser.
[0078] Bevorzugt wird der Schritt d) mittels Wasserabschreckung durchgeführt. Hierbei wird
das Halbzeug mittels Wasser, insbesondere Wasserspray, direkt abgekühlt. Bei dem Abkühlen
des Halbzeugs mit Wasser kann eine Abkühlgeschwindigkeit von mehreren 100 K/s, insbesondere
5 K/s bis 100 K/s, erreicht werden. Bei dem Abkühlen des Halbzeugs mit Luft kann eine
Abkühlgeschwindigkeit von bis zu > 1 K/s, insbesondere 0,5 K/s bis 5 K/s, erreicht
werden.
[0079] Durch den Schritt d) lassen sich vorteilhafterweise einerseits eine vorzeitige Ausscheidungsbildung
in der Aluminiumlegierung und mithin zu geringe Festigkeiten verhindern und andererseits
Wärmespannungen (Eigenspannungen) im Halbzeug vermeiden, die sich in Verzug, Beulen
etc., äußern können. Durch den Schritt d) ist insbesondere das Herstellen eines maßhaltigen
Halbzeugs mit einem Gefüge als (teilweise) übersättigten Mischkristall erzielbar.
[0080] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Schritt
e) auf:
e) Recken, d.h. Strecken oder Längsverformen, des Halbzeugs, insbesondere abgekühlten
Halbzeugs.
[0081] Dadurch können vorteilhafterweise Fehlstellen (Störungen in der Regelmäßigkeit des
Kristallgitters der Aluminiummatrix) erzeugt werden, die einen optional anschließend
durchgeführten Temperschritt beschleunigen. Durch die plastische Verformung beim Recken
wird zum einen das Halbzeug gerade gerichtet (Geradheitstoleranz) und zum anderen
werden sogenannte Versetzungen (Fehlstellen im Kristallgitter) erzeugt, die schnellere
Diffusionswege für Legierungselemente und Leerstellen ermöglichen und daher die Ausscheidungskinetik
bei einem optionalen Tempern (Warmauslagern) beschleunigen.
[0082] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Schritt
f) auf:
f) Tempern, d.h. Wärmebehandeln, des Halbzeugs, insbesondere gereckten, insbesondere
gestreckten oder längsverformten, Halbzeugs, insbesondere bei einer Temperatur von
100 °C bis 200 °C, bevorzugt 120 °C bis 200 °C, vorzugsweise 140 °C bis 190 °C.
[0083] Zum Durchführen von Schritt f) kann das Halbzeug insbesondere mit einer Heizgeschwindigkeit
von 1 K/min bis 5 K/min, insbesondere 1 K/min bis 3 K/min, erwärmt werden.
[0084] Weiter bevorzugt wird der Schritt f) während einer Zeit von 2h bis 6h, insbesondere
3h bis 5h, durchgeführt.
[0085] Beim Tempern wird die Ausscheidungsbildung gezielt angeregt. Durch die vergleichsweise
geringen Temperaturen bilden sich andere Phasen (mehr Phasen und kleinere Phasen,
kohärente bis semi-kohärente Phasen anstatt inkohärenter Phasen) an anderen Positionen
(auch im Korninneren anstatt nur an Korngrenzen bzw. intermetallischen Phasen bzw.
Versetzungen) im Korngefüge, was zu einem Festigkeitsanstieg ("Ausscheidungshärtung")
im Material führt.
[0086] Alternativ kann es erfindungsgemäß bevorzugt sein, dass das Halbzeug, insbesondere
gereckte, insbesondere gestreckte oder längsverformte, Halbzeug, nicht getempert wird.
Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn in Bezug auf das herzustellende Halbzeug
keine Festigkeitsanforderungen bestehen.
[0087] Das Verfahren kann ferner einen Schritt g) aufweisen:
g) Bearbeiten, insbesondere Beschichten, Lackieren, Anodisieren, Biegen, Stanzen,
Durchsetzfügen, Drehen oder Fräsen, des Halbzeugs, insbesondere getemperten Halbzeugs.
[0088] Unter dem Begriff "Durchsetzfügen" soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zum Verbinden von Blech- und/oder Rohr- und/oder Profilteilen ohne Verwendung eines
Zusatzwerkstoffs verstanden werden. Das Durchsetzfügen kann im Sinne der vorliegenden
Erfindung auch als Toxen, Eigenmaterialnieten oder Clinchen bezeichnet werden.
[0089] Neben den bereits unter dem ersten Erfindungsaspekt beschriebenen Vorteilen, die
sinngemäß auch für das Verfahren gemäß drittem Erfindungsaspekt gelten, zeichnet sich
Letzteres vorteilhafterweise zusätzlich dadurch aus, dass das Halbzeug zu geringeren
Kosten sowie unter reduzierten Kohlendioxid-Emissionen herstellbar ist.
[0090] Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Verfahrens, insbesondere in Bezug auf
die Aluminiumlegierung sowie das Halbzeug, wird zum Zwecke der Vermeidung von Wiederholungen
vollständig auf die im Rahmen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts gemachten Ausführungen
Bezug genommen. Die dort, insbesondere in Bezug auf die Aluminiumlegierung sowie das
Halbzeug, beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten sinngemäß auch für das Verfahren
gemäß drittem Erfindungsaspekt.
[0091] Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Halbzeug, das nach einem Verfahren
gemäß drittem Erfindungsaspekt hergestellt oder herstellbar ist. Vorteilhafterweise
zeichnet sich das Halbzeug gegenüber bekannten Halbzeugen durch eine höhere Bruchdehnung/Duktilität
aus.
[0092] Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Halbzeugs wird zum Zwecke der Vermeidung
von Wiederholungen vollständig auf die im Rahmen der bisherigen Erfindungsaspekte
gemachten Ausführungen Bezug genommen. Die dort, insbesondere in Bezug auf das Halbzeug,
beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten sinngemäß auch für das Halbzeug gemäß viertem
Erfindungsaspekt.
[0093] Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines
Endprodukts, wobei das Endprodukt aus einem Halbzeug gemäß viertem Erfindungsaspekt
und optional einer weiteren Komponente oder mehreren weiteren Komponenten hergestellt
wird oder wobei das Verfahren, insbesondere in zeitlicher Reihenfolge, die nachfolgenden
Schritte aufweist:
- a) Herstellen eines Halbzeugs gemäß drittem Erfindungsaspekt und
- b) Herstellen des Endprodukts aus dem Halbzeug und optional einer weiteren Komponente
oder mehreren weiteren Komponenten. Bei dem Endprodukt kann es sich insbesondere um
Fassaden, Dachentwässerungsprofile, Möbel wie Büromöbel, Zäune wie Gartenzäune, Geländer
oder Fensterprofile handeln. Weiter kann es sich bei dem Endprodukt um eine Komponente,
insbesondere ein Einzel- oder Bauteil oder eine Bauteilgruppe, einer Maschine oder
Anlage, wie beispielsweise Führungen, Systemprofile oder Kühlkörper, oder um eine
Maschine oder Anlage handeln.
[0094] Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Verfahrens, insbesondere in Bezug auf
das Halbzeug, wird zum Zwecke der Vermeidung von Wiederholungen vollständig auf die
im Rahmen der bisherigen Erfindungsaspekte gemachten Ausführungen Bezug genommen.
Die dort, insbesondere in Bezug auf das Halbzeug, beschriebenen Merkmale und Vorteile
gelten sinngemäß auch für das Verfahren gemäß fünftem Erfindungsaspekt.
[0095] Gemäß einem sechsten Erfindungsaspekt betrifft die Erfindung ein Endprodukt, das
nach einem Verfahren gemäß fünftem Erfindungsaspekt hergestellt oder herstellbar ist.
[0096] Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Endprodukts, insbesondere in Bezug auf
das zu seiner Herstellung verwendete Halbzeug, wird vollständig auf die im Rahmen
der bisherigen Erfindungsaspekte gemachten Ausführungen Bezug genommen. Die dort,
insbesondere in Bezug auf das Halbzeug, beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten
sinngemäß auch für das Endprodukt gemäß sechstem Erfindungsaspekt.
[0097] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispielen. Dabei können einzelne Merkmale der Erfindung jeweils für sich
alleine oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die beschriebenen Beispiele
dienen lediglich der weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne diese hierauf zu beschränken.
Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbzeugs
[0098] Für die Herstellung des Halbzeugs wurde eine mittels einer Hammermühle aufbereitete
und aus einer Müllverbrennungsschlacke stammende Aluminiumfraktion verwendet.
[0099] Die aufbereitete Aluminiumfraktion wurde gewogen und in einem Elektroofen (Zieltemperatur:
680 °C - 750 °C) aufgeschmolzen. Eine aufschwimmende Krätze wurde mechanisch entfernt
(manuelles Abkrätzen mittels eines Schabers). Anschließend erfolgte ein mechanisches
Rühren, um eine möglichst homogene Schmelze zu erhalten.
[0100] Mittels eines Gießlöffels wurde Schmelze entnommen und in eine Probenform gegossen.
Von der erstarrten Schmelzprobe wurden ca. 2 mm abgefräst, und die neue Oberfläche
wurde mittels optischer Funkenspektroskopie analysiert. Als Ergebnis erhielt man die
in untenstehender Tabelle 1 wiedergegebene, repräsentative chemische Zusammensetzung
der Schmelze:
Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung der Schmelze
Legierungselement |
Si |
Fe |
Cu |
Mn |
Mg |
Cr |
Ni |
Zn |
Gew.-% |
1,82 |
0,472 |
0,366 |
0,198 |
0,132 |
0,0213 |
0,0196 |
0,797 |
[0101] Die restliche Schmelze wurde in eine Stahlkokille gegossen. Der Bodensatz (Material
mit einer Dichte größer als die Aluminiumschmelze, zum Beispiel Buntmetalle) wurde
aus dem Ofentiegel entfernt. Abgegossene Aluminiumschmelze und Krätze/Bodensatz wurden
getrennt gewogen. Die Metallausbeute wurde gemäß nachfolgender Formel berechnet:

[0102] Das Umschmelzen diente neben einem Abtrennen von aufschwimmender Krätze einer Abscheidung/Abtrennung
verbliebener Fremdstoffe, wie insbesondere von Buntmetallen, Eisen/Eisenlegierungen,
Glas, Keramik usw.
[0103] Danach wurde das umgeschmolzene Material erneut aufgeschmolzen und gegebenenfalls
auflegiert bzw. andere Schrotte (5xxx, Pyrolyseschrott, etc.) beigemengt und ebenfalls
aufgeschmolzen. Basis für die Mengenverhältnisse waren die Ergebnisse der oben erwähnten
Analyse mittels optischer Funkenspektroskopie.
[0104] Die gesamte Schmelze wurde mit inertem Gas (Argon oder Stickstoff) gespült, um den
Wasserstoffgehalt in der Schmelze zu reduzieren und weitere Verunreinigungen aufzuschwemmen.
Danach wurde mittels eines Schabers abgekratzt und ein Kornfeiner (TiB
2) in Drahtform zugegeben.
[0105] Danach erfolgte ein Gießen (Zieltemperatur der Schmelze: 700 °C - 750 °C) der Bolzen
(Durchmesser 41 mm x 140 mm) für eine Versuchs-Strangpresse. Dazu wurde eine auf ca.
100 °C vorgeheizte Kupfer-Kokille im sogenannten Tilt-Casting-Verfahren verwendet.
Nach der vollständigen Erstarrung wurde der Gussbolzen in Wasser bei Raumtemperatur
abgekühlt.
[0106] Als nächstes wurde der Bolzen gemäß nachfolgendem Schema homogenisiert:
- Aufheizen von Raumtemperatur auf -bis zu 580 °C mit einer Heizrate von ca. 3 K/min.
- Die Haltezeit bei der Homogenisierungstemperatur betrugt vier Stunden.
- Das Abkühlen erfolgte mittels bewegter Luft.
[0107] Nach dem Homogenisieren wurden die Bolzen auf einen Durchmesser von 39 mm x 110 mm
abgedreht, um die Gusshaut zu entfernen.
[0108] Die homogenisierten Bolzen (Durchmesser 39 mm x 110 mm) wurden auf ca. 480 °C vorgewärmt
und sodann manuell in einen Rezipienten (Durchmesser 42 mm) der Versuchsstrangpresse
(dieser war auf 350 °C vorgewärmt) geladen. Die eigentliche Umformung fand mit einer
Stempelgeschwindigkeit von 10 mm/s statt. Das Strangpresswerkzeug (die Matrize) hatte
dabei eine Temperatur von ca. 150 °C, der formgebende Durchbruch hatte einen Durchmesser
von 11 mm. Somit stellte sich ein Pressverhältnis von ca. 14 ein. Der austretende
Pressstrang kühlte an ruhender Luft. Es ergab sich eine Kühlrate von ca. 0,5 K/s bis
100 °C.
[0109] Der Pressstrang wurde danach (aufgrund einer unkontrollierten Abkühlung nach dem
Strangpressen) lösungsgeglüht. Dazu wurden Strangabschnitte in einen auf 540 °C vorgeheizten
Ofen eingebracht und nach Erreichen der Zieltemperatur für 20 Minuten bei dieser gehalten.
Im Anschluss wurden die Proben in einem Wasserbad auf unter 250 °C (erreichte Abkühlrate
> 100 K/s) abgeschreckt. Alternativ wurden die Proben mit bewegter Luft abgekühlt.
Die erreichbaren Kühlraten lagen hier im Bereich von > 1 K/s.
[0110] Nach dem Abschrecken verweilten die Strangabschnitte < 10 Minuten bei Raumtemperatur.
Danach wurden sie der eigentlichen Warmauslagerung unterzogen (→ Heizen mit 1,5 K/min
auf 200 °C und Halten dieser Temperatur für vier Stunden).
[0111] Die Proben wurden einer Zugprüfung gemäß EN ISO 6892-1 unterworfen. Die Ergebnisse
sind in nachfolgender Tabelle 1 dargestellt:
Tabelle 1
Rm |
Rp0.2 |
A40mm |
Ag |
Z |
E |
(Zugfestigkeit) |
(Dehngrenze) |
(Bruchdehnung) |
(Gleichmaßdehnung) |
Brucheinschnürung) |
(Elastizitätsmodul) |
MPa |
MPa |
% |
% |
% |
GPa |
204 |
124 |
19,6 |
9,9 |
55 |
67,3 |
[0112] Die Ergebnisse zeigen eine relativ hohe Bruchdehnung sowie Brucheinschnürung, was
wiederum eine relativ hohe Duktilität bedeutet.
[0113] Schließlich wurden Korrosionstests gemäß EN ISO 11846 durchgeführt. Die Auswertung
erfolgte anhand metallografischer Schliffe. Als Referenzobjekte wurden Proben gleicher
Geometrie und gleichen Werkstoffzustands aus der bekannten EN AW-6060 verwendet. Hierbei
stellte sich heraus, dass es gegenüber den Referenzobjekten zu keiner Beeinträchtigung
der Korrosionseigenschaften kam.
[0114] Weiter haben Versuche am Umformdilatometer - bei unterschiedlichen Umformtemperaturen
und -raten - Fließspannungen ergeben, die zwischen der Fließspannung von EN AW-6060
und EN AW-6082 lagen. Somit lag der Umformwiderstand im Bereich von bekannten Al-Mg-Si
Legierungen.
1. Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung bestehend aus:
- 1,1 Gew.-% bis 2,1 Gew.-% Silizium,
- 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Eisen,
- 0,2 Gew.-% bis 1,7 Gew.-% Kupfer,
- 0,15 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Mangan,
- 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, Magnesium,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Chrom,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Nickel,
- 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% Zink,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Titan,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Blei,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Strontium und
- Rest Aluminium sowie optional unvermeidbare Verunreinigungen,
wobei das Verfahren den nachfolgenden Schritt aufweist:
a) Aufschmelzen einer aus einer Müllverbrennungsschlacke gewonnenen oder bereitgestellten
Aluminiumfraktion unter Erhalt einer Schmelze der Aluminiumlegierung oder einer Schmelze
einer Vorstufe der Aluminiumlegierung oder Umschmelzen einer aus einer Müllverbrennungsschlacke
gewonnenen oder bereitgestellten Aluminiumfraktion zu einem Formkörper und Aufschmelzen
des Formkörpers unter Erhalt einer Schmelze der Aluminiumlegierung oder einer Schmelze
einer Vorstufe der Aluminiumlegierung.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt b) aufweist:
b) Beimengen von Reinaluminium und/oder Aluminiumschrott zu der Schmelze der Aluminiumlegierung
oder zu der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung
und/oder
Beimengen von Magnesium und/oder Strontium und/oder Mangan zu der Schmelze der Aluminiumlegierung
oder zu der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchführen von Schritt b) das Reinaluminium und/oder der Aluminiumschrott in
einer Menge der Schmelze der Aluminiumlegierung oder der Schmelze der Vorstufe der
Aluminiumlegierung beigemengt wird, dass das beigemengte Reinaluminium und/oder der
beigemengte Aluminiumschrott einen Anteil von ≤ 50 Gew.-%, bevorzugt < 50 Gew.-%,
insbesondere ≤ 25 Gew.-%, bevorzugt < 25 Gew.-%, vorzugsweise ≤ 10 Gew.-%, bevorzugt
< 10 Gew.-%, aufweisen/aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchführen von Schritt b) das Magnesium in einer Menge der Schmelze der Aluminiumlegierung
oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt wird, dass das Magnesium
einen Anteil von höchstens 0,5 Gew.-%, insbesondere 0,15 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, bevorzugt
0,2 Gew.-% bis 0,4 Gew.-%, aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchführen von Schritt b) das Strontium in einer Menge der Schmelze der Aluminiumlegierung
oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung beigemengt wird, dass das Strontium
einen Anteil von höchstens 0,1 Gew.-%, insbesondere 0,01 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, aufweist,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze der Aluminiumlegierung oder der Schmelze der Vorstufe der Aluminiumlegierung
kein Reinaluminium und/oder kein Aluminiumschrott beigemengt werden/wird.
7. Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs, aufweisend die nachfolgenden Schritte:
a) Herstellen einer Aluminiumlegierung nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche oder Bereitstellen einer Aluminiumlegierung bestehend aus:
- 1,1 Gew.-% bis 2,1 Gew.-% Silizium,
- 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Eisen,
- 0,2 Gew.-% bis 1,7 Gew.-% Kupfer,
- 0,15 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Mangan,
- 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, Magnesium,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Chrom,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Nickel,
- 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% Zink,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Titan,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Blei,
- 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, Strontium und
- Rest Aluminium sowie optional unvermeidbare Verunreinigungen,
b) Gießen, insbesondere Stranggießen, der Aluminiumlegierung zu einem Gussbarren und
c) Strangpressen des Gussbarrens zu dem Halbzeug.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren ferner zwischen dem Schritt b) und dem Schritt c) einen Schritt bc)
1 aufweist:
bc)1 Glühen des Gussbarrens, wobei vorzugsweise.
beim Durchführen von Schritt bc)1 der Gussbarren mit einer Heizgeschwindigkeit von 1,5 K/min bis 5 K/min, insbesondere
2 K/min bis 4 K/min, erwärmt, bei einer Temperatur von 480 °C bis 580 °C, insbesondere
490 °C bis 570 °C, während eines Zeitraums von 2 h bis 8 h, bevorzugt 3 h bis 6 h,
gehalten und anschließend mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 100 K/h bis 1000
K/h, insbesondere 150 K/h bis 900 K/h, bevorzugt 250 K/h bis 800 K/h, auf eine Temperatur
von ≤ 250 °C abgekühlt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner zwischen dem Schritt b) und dem Schritt c), insbesondere nach
dem Schritt bc)1, einen Schritt bc)2 aufweist:
bc)2 Erwärmen, insbesondere Vorwärmen, des Gussbarrens, insbesondere auf eine Temperatur
von 400 °C bis 520 °C, bevorzugt 415 °C bis 510 °C, besonders bevorzugt 430 °C bis
500 °C.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt d) aufweist:
d) Abkühlen des Halbzeugs, insbesondere mittels Luft- und/oder Wasser.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt e) aufweist:
e) Recken des abgekühlten Halbzeugs.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt f) aufweist:
f) Tempern des gereckten Halbzeugs, insbesondere bei einer Temperatur von 100 °C bis
200 °C, bevorzugt 120 °C bis 200 °C, vorzugsweise 140 °C bis 190 °C.
13. Halbzeug, hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche
7 bis 12.
14. Verfahren zum Herstellen eines Endprodukts,
dadurch gekennzeichnet, dass das Endprodukt aus einem Halbzeug nach Anspruch 13 und optional einer oder mehreren
weiteren Komponenten hergestellt wird oder das Verfahren die nachfolgenden Schritte
aufweist:
a) Herstellen eines Halbzeugs nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis
12 und
b) Herstellen des Endprodukts aus dem Halbzeug und optional aus einer oder mehreren
weiteren Komponenten.
15. Endprodukt, hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren nach Anspruch 14.