NL1003401C2 - Aluminiumplaat met een goede vervormbaarheid en een werkwijze voor het vervaardigen daarvan. - Google Patents

Description

ALUMINIUMPLAAT MET EEN GOEDE VERVORMBAARHEID EN EEN WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN DAARVAN

De uitvinding heeft betrekking op een nieuwe aluminiumplaat met een samenstelling van het Al-Fe-Mn type omvattende Fe in een bereik van 0.5 tot 2.0 gewichtsprocent en Mn in een bereik van 0.5 tot 2.0 gewichtsprocent. Tevens heeft de uitvinding betrekking op een 5 werkwijze voor het vervaardigen van de aluminiumplaat, en op de toepassing van de aluminiumplaat in onder meer carroserieplaat.

De sterkte-eigenschappen en de vervormbaarheid van een aluminiumplaat van een Al-Fe-Mn-legering is beschreven in een publicatie van R. Mahmadi et al, "Mechanical properties and formability of fine 10 grained aluminium alloy sheet", gepubliceerd in Aluminium, 63 (1987) 1, pp. 62 - 66. Deze beschrijft een aluminiumplaat van een AA8014-legering vervaardigd door middel van DC-gieten, daarna warmwalsen tot 7 mm dikte, dus niet homogeniseren, en koudwalsen tot een dikte in een bereik van 0.5 - 1.3 mm, en vervolgens warmtebehandelen. Voor 15 het bereiken van een voldoende hoge sterkte en vervormbaarheid werd de werkwijze voor het vervaardigen van de aluminiumplaat zodanig uitgevoerd dat een korrelgrootte in een bereik kleiner dan circa 2 micron werd verkregen. Bij de bekende werkwijze neemt de vervormbaarheid, zoals de totale rek, echter af door de afnemende korrel-20 grootte. De vervormbaarheid is dan ongeveer vergelijkbaar met die van een staalplaat van een 'mild steel' van gelijke dikte.

Een doel van de uitvinding is een aluminiumplaat te verschaffen met een samenstelling in het aangegeven legeringsbereik, die gekenmerkt is met een voldoende hoge sterkte, bij voorkeur een 0.2 % 25 rekgrens groter dan 90 MPa, en een voldoende hoge vervormbaarheid, bij voorkeur een totale rek groter dan 25 %, meer bij voorkeur een totale rek groter dan 30 %.

Daartoe omvat de aluminiumplaat volgens de uitvinding de lege-ringselementen in gewichtsprocent in het bereik: 0.5 - 2.0 % Fe, 0.5 30 - 2.0 % Mn, 0.7 - 2.0 Z Si, maximaal 0.2 Z Mg, maximaal 1.0 % Cu, 1003401 - 2 - eventueel Zn, balans aluminium en korrelverfijnende elementen en onvermijdbare verontreinigingen en een gemiddelde korrelgrootte heeft in een bereik kleiner dan 20 micron, bij voorkeur kleiner dan 10 micron. Korrelverfijnende elementen, bij voorkeur Cr, Zr of Ti 5 afzonderlijk of een combinatie van ten minste twee van deze elementen, zijn aanwezig in een bereik tot maximaal 0.25 X. Het element Ti kan ook in samenwerking met de elementen B of C worden toegevoegd. Verontreinigingen kunnen aanwezig zijn tot een maximum van 0.05 % per element en 0.15 X totaal voor alle verontreinigingen. Doordat de 10 aluminiumplaat volgens de uitvinding een hoog Fe-gehalte en een hoog Mn-gehalte omvat, tevens een zeer laag Mg-gehalte en een hoog Si-gehalte omvat en eventueel Zn omvat, wordt bereikt dat de aluminiumplaat een voldoende sterkte combineert met een zeer goede vervormbaarheid bij een korrelgrootte die niet bijzonder klein (< 2 15 micron) hoeft te zijn, tevens corrosiebestendig is en geschikt is voor verwerking tot aluminiumplaat voor toepassing tot onder meer carrosserieplaat voor automobielen.

In een aspect van de uitvinding is deze erdoor gekenmerkt dat de aluminiumplaat Zn omvat in een bereik tot maximaal 0.25 X. In deze 20 uitvoeringsvorm van de aluminiumplaat volgens de uitvinding is het element Zn te beschouwen als een verontreiniging en wordt riet bewust aan de aluminiumplaat volgens de uitvinding toegevoegd, anders dan welke toevallig of onvermijdelijk aanwezig is in het gebruikte omloopschroot. Zn kan in een groter bereik dan andere 25 verontreinigingen worden getolereerd, echter het Zn-gehalte is maximaal 0.25 gewichtsprocent.

In een ander aspect van de uitvinding is deze erdoor gekenmerkt dat de aluminiumplaat Zn omvat in een bereik van 0.5 - 2.5 X. Hiermee is bereikt dat de aluminiumplaat een hogere sterkte bereikt 30 door een mechanisme dat waarschijnlijk analoog is aan legeringen van het 7000-type.

In alle uitvoeringsvormen van de aluminiumplaat volgens de uitvinding ligt het Mg-gehalte bij voorkeur in een bereik tot maximaal 0.05 gewichtsprocent, en meer bij voorkeur tot maximaal 35 0.01 X. Door toevoeging van Mg als legeringselement aan de Al-Fe-Mn- legering neemt de sterkte toe terwijl de vervormbaarheid (eng.: ductility) afneemt tot onder het gewenste niveau. Daarom wordt Mg als een verontreiniging beschouwd en wordt niet bewust aan de legering toegevoegd, anders dan welke toevallig of onvermijdelijk 40 aanwezig is in het gebruikte omloopschroot. De nadelig invloed van 1 0 0 3 4 0 1 - 3 -

Mg kan gedeeltelijk worden beperkt door toevoeging van Si. Het Mg vormt dan een verbinding met het Si. Het mechanisme hier achter is waarschijnlijk analoog aan de vorming van Mg-Si-verbindingen in legeringen van het 6000-type.

5 Het Fe-gehalte ligt bij voorkeur in een bereik van 0.8 - 1.5 gewichtsprocent.

Het Mn-gehalte ligt bij voorkeur in een bereik van 0.8 - 1.5 gewichtsprocent.

In alle uitvoeringsvormen van de aluminiumplaat volgens de 10 uitvinding is bij voorkeur de verhouding Fe/Mn gelijk aan of groter dan 1.

Het Si-gehalte ligt bij voorkeur in een bereik van 0.8 - 1.5 gewichtsprocent.

Bij voorkeur ligt het Cu-gehalte in een bereik van 0.3 - 0.7 15 gewichtsprocent. Toevoeging van Cu in het aangegeven bereik leidt tot een toename in de sterkte-eigenschappen van de aluminiumplaat volgens de uitvinding, terwijl de vervormbaarheid slechts weinig afneemt maar nog steeds boven het gewenste niveau ligt. Toevoeging van Cu geeft echter aanleiding tot verminderde corrosie-eigenschap-20 pen, met name in een chloride-houdend milieu en kan onder meer aanleiding geven tot fileforme corrosie bij toepassingen zoals automobielplaat. In toepassingen waar een zeer goede corrosie-weerstand vereist is, kan toevoeging van Cu tot een minimum beperkt worden of zelfs achterwege blijven.

25 Voorts heeft de uitvinding ten doel een werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van een dergelijke aluminiumplaat via een procesroute vergelijkbaar met die van bekende aluminiumplaten uit andere series aluminiumlegeringen, waarbij een gemiddelde korrel-grootte in het bereik kleiner dan 20 micron, en bij voorkeur kleiner 30 dan 10 micron, wordt verkregen. Een procesroute waarbij gebruik wordt gemaakt van poeder-metallurgie technologie en/of daarmee direct verwante technologie wordt met de uitvinding niet beoogd.

Daartoe omvat de werkwijze volgens de uitvinding achtereenvolgens de stappen: 35 (a) vormen van een blok of perspaal; (b) homogeniseren gedurende 2-30 uur op een temperatuur van 400 - 650 °C; (c) warmdeformeren; (d) kouddeformeren met een totale reductie van ten minste 60 %; 40 (e) warmtebehandelen.

1003401 - 4 -

Hiermee is bereikt dat de sterkte en de vervormbaarheid in het beoogde bereik liggen en dat de gemiddelde korrelgrootte ligt in een bereik kleiner dan 20 micron, en bij voorkeur kleiner dan 10 micron. De korrelgrootte is in dit verband bepaald met behulp van standaard 5 metallografische technieken in de aluminiumplaat van de gewenste einddikte na de laatste warmtebehandeling.

Onder het vormen van een blok of perspaal wordt hier verstaan dat vloeibaar aluminium wordt gestold met behulp van bestaande of nog te ontwikkelen giettechnieken, zoals DC-(semi-)continu gieten, EMC-10 gieten, continu gieten, EMS-gieten, blokgieten, enz. Poeder-metal-lurgie wordt hier niet beoogd. Voor de aluminiumlegering volgens de uitvinding is het van belang dat de bij het gieten gevormde structuurcomponenten niet te fijn zijn, daarom ligt de stolsnelheid bij het gieten bij voorkeur in een bereik van circa 0.1 - 50 °C/min. 15 Flitsgieten en daarvan afgeleide technieken worden hier niet beoogd.

Het doel van het homogeniseren is onder meer het homogeniseren van de microstructuur, het nivelleren van eventuele restspanningen als gevolg van het gietproces, en het vormen van Mn-houdende preci-pitaten. Daartoe wordt de legering gedurende 2-30 uur in een 20 temperatuurbereik van 400 - 650 °C gehouden. Een langere homogenisa-tietijd is niet nadelig, maar is niet vereist >n verhoogt alleen de productiekosten. Tevens is het mogelijk dat voor de aluminiumlegering volgens de uitvinding het homogeniseren achterwege blijft; na gieten wordt het blok opgewarmd tot in het gewenste temperatuur-25 bereik en direct warmgedeformeerd. Afhankelijk van de gewenste eindwaarden aan mechanische eigenschappen in de uiteindelijke aluminiumplaat, kunnen tijdsduur en temperatuur worden gevarieerd. De trend is dat blokken die zijn gehomogeniseerd bij circa 600 °C een hogere sterkte bereiken dan de blokken die zijn gehomogeniseerd 30 bij circa 500 eC met een gelijke tijdsduur. Ook een meer-traps homogenisatiecyclus is mogelijk, bij voorbeeld eerst een bepaalde tijdsduur in het bereik 520 - 650 °C, gevolgd door een bepaalde tijdsduur in het bereik 400 - 550 °C.

Bij voorkeur wordt het blok warmgedeformeerd door middel van 35 warmwalsen. Afhankelijk van de toepassing van het uiteindelijke product is warmdeformeren niet beperkt tot walsen, ook andere defor-matieprocessen, zoals extrusie of smeden, zijn mogelijk.

Het kouddeformeren vindt bij voorkeur plaats door middel van koudwalsen, waarbij de totale reductie ten minste 60 % is. Bij 40 voorkeur is de totale reductie meer dan 70 X, en meer bij voorkeur 1 0 0 3 4Λ 1 - 5 - meer dan 80 %. Door het verhogen van de reductiegraad tijdens koudwalsen wordt er meer energie in de plaat opgeslagen (eng.: stored energy). Deze toename in opgeslagen energie versnelt het nucleatieproces tijdens het oplossingsgloeien na het koudwalsen.

5 Hiermee wordt een uiteindelijke gemiddelde korrelgrootte in het beoogde bereik na rekristallisatie tijdens oplossingsgloeien verkregen.

Na het kouddeformeren ondergaat de aluminiumplaat nog ten minste één warmtebehandeling, bij voorbeeld oplossingsgloeien. Het warmte-10 behandelen na kouddeformeren heeft onder meer ten doel om de mechanische eigenschappen tot in het beoogde bereik te brengen.

Deze warmtebehandeling kan zowel ladingsgewijs als continu worden uitgevoerd. In de uitvoeringsvorm dat de warmtebehandeling ladingsgewij s wordt toegepast, wordt de aluminiumplaat opgewarmd tot in een 15 temperatuurbereik van circa 300 - 500 °C en gedurende circa 0.5 -1.0 uur in dit temperatuurbereik gehouden. In de uitvoeringsvorm dat de warmtebehandeling continu wordt uitgevoerd, wordt de aluminiumplaat opgewarmd tot in een temperatuurbereik van circa 400 - 650 °C en gedurende circa 5 - 300 sec., bij voorkeur circa 5-90 sec, in 20 dit temperatuurbereik gehouden. Vervolgens wordt de aluminiumplaat snel afgekoeld tot onder 150 °C met een afkoelsnelheid van ten minste 100 °C/min. Bij voorkeur wordt het continue proces uitgevoerd in een continue gloeioven (eng.: continuous annealing furnace), waarbij een opwarmsnelheid van ten minste 2 °C/sec voordelig is voor 25 de verfijning van de korrels die tijdens het oplosgloeien rekristal-liseren.

Indien gewenst is het mogelijk om na stap (c) en nog voor stap (d) ten minste één warmtebehandeling uit te voeren (eng.: inter mediate annealing treatment). Een doel van deze warmtebehandeling is 30 de aluminiumplaat gedeeltelijk te herstellen (eng.: recovery).

Hierbij wordt de aluminiumplaat gedurende 0.5 - 10 uur op een temperatuur in een bereik van circa 250 - 450 °C gehouden.

Een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt dat tijdens stap (d) nog ten minste één warmte-35 behandeling wordt uitgevoerd. Hierbij wordt tussen twee deformatie-stappen de aluminiumplaat gedurende 0.1 - 1 uur in een tempera tuurbereik van 300 - 500 eC gehouden. Hiermee is onder meer bereikt dat de versteviging in de koudgewalste aluminiumplaat wordt verminderd. Een dergelijke warmtebehandeling kan zowel ladingsgewijs als 40 continu, dus on-line, worden uitgevoerd.

1003401 - 6 -

De aluminiumplaat volgens de uitvinding of verkregen uit de werkwijze volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor toepassingen waar een goede vervormbaarheid moet worden gecombineerd met een voldoende hoge sterkte. Deze toepassingsgebieden omvatten onder 5 meer carrosserieplaten voor de automobielindustrie, alsmede alu-miniumplaten voor toepassing in de bouw en aluminiumplaat geschikt om verwerkt te worden door middel van dieptrekken. Toepassing van de aluminiumplaat volgens de uitvinding is echter geenszins tot deze gebieden beperkt.

10 1003401

Claims (17)

1. Aluminiumplaat van een Al-Fe-Mn-legering omvattende Fe in een bereik van 0.5 - 2.0 gewichtsprocent en Mn in een bereik van 0.5 5 - 2.0 gewichtsprocent en een goede vervormbaarheid heeft, met het kenmerk, dat de aluminiumplaat omvat de legeringselementen in gewichtsprocent in het bereik 0.5 - 2.0 Z Fe. 0.5 - 2.0 ZMn, 0.7 - 2.0 Z Si, maximaal 0.2 Z Mg, maximaal 1.0 Z Cu, eventueel Zn, balans aluminium en korrelverfijnende elementen en onver- 10 mijdbare verontreinigingen en dat de gemiddelde korrelgrootte ligt in een bereik van kleiner dan 20 micron.

2. Aluminiumplaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gemiddelde korrelgrootte ligt in een bereik van kleiner dan 10 15 micron.

3. Aluminiumplaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het Zn-gehalte ligt in een bereik tot maximaal 0.25 %.

4. Aluminiumplaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het Zn-gehalte ligt in een bereik van 0.5 - 2.5 H .

5. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Mg-gehalte ligt in een bereik tot maximaal 25 0.05 Z.

6. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Fe-gehalte ligt in een bereik van 0.8 - 1.5 %.

7. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Μη-gehalte ligt in een bereik van 0.8 - 1.5 Z.

8. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Si-gehalte ligt in een bereik van 0.8 - 1.5 Z. 35

9. Aluminiumplaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het Cu-gehalte ligt in een bereik van 0.3 - 0.7 Z,

10. Werkwijze voor het vervaardigen van een aluminiumplaat volgens 40 één der voorgaande conclusies 1-9, met het kenmerk, dat de 1003401 - 8 - werkwijze achtereenvolgens omvat de stappen (a) vormen van blokken of perspalen; (b) homogeniseren gedurende 2-30 uur op een temperatuur van 400 - 650 °C; 5 (c) warmdeformeren; (d) kouddeformeren met een totale reductie van ten minste 60 X; (e) warmtebehandelen.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de totale reductie in stap (d) ten minste 70 % is.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de totale reductie in stap (d) ten minste 80 % is. 15

13. Werkwijze volgens één der conclusies 10 - 12, met het kenmerk, dat stap (e) omvat een warmtebehandeling in een temperatuur- bereik van 300 - 500 °C gedurende 0.5 - 1 uur.

14. Werkwijze volgens één der conclusies 10 - 12, met het kenmerk, dat stap (e) omvat een warmtebehandeling in een temperatuur - bereik van 400 - 650 °C gedurende 5 - 300 sec.

15. Aluminiumplaat volgens één der conclusies 1 - 9 of verkregen uit 25 de werkwijze volgens één der conclusies 10 - 14, met het ken merk, dat de aluminiumplaat een einddikte heeft van 0.5 1.5 mm.

16. Carroserieplaat vervaardigd van de aluminiumplaat volgens één 30 der conclusies 1 - 9 of de aluminiumplaat verkregen uit de werkwijze volgens één der conclusies 10 - 14, met het kenmerk, dat de carroserieplaat een rekgrens van ten minste 90 MPa heeft.

17. Bouwpaneel vervaardigd van de aluminiumplaat volgens één der 35 conclusies 1 - 9 of de aluminiumplaat verkregen uit de werkwijze volgens één der conclusies 10 - 14, met het kenmerk, dat de carroserieplaat een rekgrens van ten minste 90 MPa heeft. 1003401