DE10230709A1

DE10230709A1 - Schweissbare Al-Mg-Si Legierung hoher Festigkeit

Info

Publication number: DE10230709A1
Application number: DE10230709A
Authority: DE
Inventors: Alfred Johann Peter Haszler; Christian Joachim Keidel; Rinze Benedictus; Guido Weber
Original assignee: Corus Aluminium Walzprodukte GmbH
Current assignee: Novelis Koblenz GmbH
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2003-03-20
Also published as: CA2450767C; WO2003010348A2; GB0215698D0; WO2003010348A3; US20060078755A1; JP2005526901A; US20030087123A1; CA2450767A1; CN100475999C; BR0211202B1; FR2827614A1; GB2378451B; JP4101749B2; GB2378451A; CN1531602A; BR0211202A; US6939416B2; FR2827614B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein schweißbares, hochfestes Aluminiumknetlegierungsprodukt, das in gewalzter, extrudierter oder geschmiedeter Form vorliegen kann und in Gew.-% die Elemente Si 0,8 bis 1,3, Cu 0,2 bis 1,0, Mn 0,5 bis 1,1, Mg 0,45 bis 1,0, Ce 0,01 bis 0,25 und bevorzugt in Beigabe in Form eines Mischmetalls, Fe 0,01 bis 0,3, Zr < 0,25, Cr < 0,25, Zn < 1,4, Ti < 0,25, V < 0,25, andere jeweils < 0,05 und gesamt < 0,15, Rest Aluminium enthält. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Aluminiumlegierungsprodukts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, die sich zur Verwendung bei Flugzeugen, Automobilen und andere Anwendungen eignet, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Legierung. Genauer betrifft sie ein verbessertes schweißbares Aluminiumprodukt, das besonders nützlich bei Flugzeuganwendungen ist, gute Beschädigungstoleranzcharakteristika einschließlich einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit, Bruchzähigkeit und erhöhten Festigkeitseigenschaften hat.
Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen bei einer Reihe von Anwendungen mit relativ hoher Festigkeit wie Flugzeugrümpfen, Fahrzeugteilen und anderen Anwendungen bekannt. Die Aluminiumlegierungen 6061 und 6063 sind wohlbekannte wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen. Diese Legierungen haben sowohl im T4- als auch im T6- Wärmebehandlungszustand nützliche Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften. Bekanntlich betrifft der T4-Zustand einen lösungsgeglühten und abgeschreckten Zustand, der natürlich auf ein im wesentlichen stabiles Eigenschaftsniveau gealtert ist, während der T6-Wärmebehandlungszustand einen stärkeren Zustand betrifft, der durch künstliche Alterung erzeugt ist. Allerdings mangelt es diesen bekannten Legierungen an einer ausreichenden Festigkeit für die meisten Luftfahrtkonstruktionsanwendungen.
Mehrere andere Legierungen der Reihe 6000 der Aluminium Association ("AA") sind allgemein nicht für das Design von Zivilflugzeugen geeignet, die unterschiedliche Eigenschaftsgruppen für unterschiedliche Strukturentypen benötigen. Je nach den Designkriterien für ein spezielles Flugzeugbauteil ergeben Verbesserungen bei der Festigkeit, der Bruchzähigkeit und der Dauerfestigkeit Gewichtseinsparungen, die sich in einem sparsamen Kraftstoffverbrauch über die Lebensdauer eines Flugzeugs und/oder einem höheren Sicherheitsniveau bemerkbar machen. Um diesen Anforderungen zu genügen, wurden mehrere Legierungen der Reihe 6000 entwickelt.
Die europäische Patentschrift EP-0173632 betrifft extrudierte oder geschmiedete Produkte einer Legierung, die - in Gew.-% - aus den folgenden Legierungselementen besteht:
Si 0,9-1,3, bevorzugt 1,0-1,15
Mg 0,7-1,1, bevorzugt 0,8-1,0
Cu 0,3-1,1, bevorzugt 0,8-1,0
Mn 0,5-0,7
Zr 0,07-0,2, bevorzugt 0,08-0,12
Fe < 0,30
Zn 0,1-0,7, bevorzugt 0,3-0,6
der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen (jeweils < 0,05, gesamt < 0,15).
Die Produkte haben eine nichtrekristallisierte Mikrostruktur. Diese Legierung wurde unter der AA-Bezeichnung 6056 eingetragen.
Es wurde berichtet, daß diese bekannte AA6056-Legierung im T6- Wärmebehandlungszustand gegenüber interkristalliner Korrosion empfindlich ist. Zur Behebung dieses Problems sieht die US- Patentschrift Nr. 5,858,134 ein Verfahren zur Herstellung gewalzter oder extrudierter Produkte mit der folgenden Zusammensetzung - in Gew.-% - vor:
Si 0,7-1,3
Mg 0,6-1,1
Cu 0,5-1,1
Mn 0,3-0,8
Zr < 0,20
Fe < 0,30
Zn < 1
Ag < 1
Cr < 0,25
andere Elemente < 0,05, gesamt < 0,15 Rest Aluminium;
und wobei die Produkte in einen überalterten Wärmebehandlungszustand gebracht sind. Allerdings erfordert die Überalterung zeit- und geldaufwendige Verarbeitungszeiten beim Hersteller von Luftfahrtbauteilen. Damit die verbesserte interkristalline Korrosionsbeständigkeit erhalten wird, ist es für dieses Verfahren wesentlich, daß in der Aluminiumlegierung das Mg/Si- Verhältnis kleiner als 1 ist.
Die US-Patentschrift Nr. 4,589,932 offenbart ein Produkt aus einer Aluminiumknetlegierung, z. B. für Automobil- und Luftfahrtkonstruktionen, die danach unter der AA-Bezeichnung 6013 eingetragen wurde und die folgende Zusammensetzung in Gew.-% hat:
Si 0,4-1,2, bevorzugt 0,6-1,0
Mg 0,5-1,3, bevorzugt 0,7-1,2
Cu 0,6-1,1
Mn 0,1-1,0, bevorzugt 0,2-0,8
Fe < 0,6
Cr < 0,10
Ti < 0,10
der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.
Die Aluminiumlegierung hat die zwingende Vorgabe, daß [Si + 0,1] < Mg < [Si + 0,4] ist, und wurde bei einer Temperatur in einem Bereich von 549 bis 582°C lösungsgeglüht, die sich der Solidus-Temperatur der Legierung näherte. In den Beispielen zur Veranschaulichung der Patentschrift ist das Verhältnis Mg/Si stets größer als 1.
Die US-Patentschrift Nr. 5,888,320 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsprodukts. Das Produkt hat in Gew.-% eine Zusammensetzung von:
Si 0,6-1,4, bevorzugt 0,7-1,0
Fe < 0,5, bevorzugt < 0,3
Cu < 0,6, bevorzugt < 0,5
Mg 0,6-1,4, bevorzugt 0,8-1,1
Zn 0,4 bis 1,4 bevorzugt 0,5-0,8;
wenigstens ein Element aus der Gruppe:
Mn 0,2-0,8, bevorzugt 0,3-0,5
Cr 0,05-0,3, bevorzugt 0,1-0,2
Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.
Die offenbarte Aluminiumlegierung sieht eine Alternative für die bekannte hochkupferhaltige Legierung 6013 vor, wobei ein niedriges Kupferniveau in der Legierung vorliegt und das Zinkniveau auf über 0,4 Gew.-% erhöht ist und bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 0,8 Gew.-% liegt. Der höhere Zinkgehalt ist erforderlich, um den Kupferverlust auszugleichen.
Trotz dieser Entgegenhaltungen besteht immer noch ein großer Bedarf für eine Legierung auf Aluminiumbasis mit einer verbesserten Bilanz zwischen Festigkeit, Bruchzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein verbessertes und schweißbares Aluminiumknetlegierungsprodukt der Reihe 6000 mit einer besseren Bilanz zwischen Dehngrenze und Bruchzähigkeit vorzusehen.
Darüber hinaus liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, ein schweißbares Aluminiumknetlegierungsprodukt der Reihe 6000 mit einer besseren Bilanz zwischen Dehngrenze und Bruchzähigkeit vorzusehen, wobei es insbesondere eine intergranulare Korrosionsbeständigkeit hat, die wenigstens gleich oder besser als das Standardlegierungsprodukt AA6013 in der gleichen Form und im gleichen Wärmebehandlungszustand ist.
Darüber hinaus liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, ein schweißbares Aluminiumwalzprodukt der Reihe 6000 mit einer besseren Bilanz zwischen Dehngrenze und Bruchzähigkeit vorzusehen, wobei es insbesondere eine intergranulare Korrosionsbeständigkeit hat, die wenigstens gleich oder besser als das Standardlegierungsprodukt AA6013 in der gleichen Form und im gleichen Wärmebehandlungszustand ist.
Nach der Erfindung ist ein schweißbares, hochfestes Aluminiminiumknetlegierungsprodukt vorgesehen, das in gewalzter, extrudierter oder geschmiedeter Gestalt geformt sein kann, und das, in Gew.-%, die Elemente Si 0,8 bis 1,3, Cu 0,2 bis 1,0, Mn 0,5 bis 1,1, Mg 0,45 bis 1,0, Ce 0,01 bis 0,25, und, bevorzugt beigegeben in Form eines Mischmetalls, Fe 0,01 bis 0,3, Zr < 0,25, Cr < 0,25, Zn < 0,1,4, Ti < 0,25, V < 0,25, andere jeweils < 0,05 und gesamt < 0,15, Rest Aluminium enthält.
Durch die Erfindung können wir ein verbessertes Aluminiumknetlegierungsprodukt der Reihe AA6000, bevorzugt in Form eines gewalzten Produkts, mit einer verbesserten Bilanz in Festigkeit, Bruchzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit und insbesondere intragranularer Korrosionsbeständigkeit vorsehen. Mit dem Legierungsprodukt nach der Erfindung können wir ein geknetetes, vorzugsweise gewalztes Produkt mit einer Dehngrenze von 340 MPa oder mehr und eine Höchstzugfestigkeit von 355 MPa oder mehr in Kombination mit einem besseren intergranularen Korrosionsverhalten im Vergleich zu normalen AA6013-Legierungen und/oder AA6056-Legierungen vorsehen, wenn sie in der gleichen Form und dem gleichen Wärmebehandlungszustand getestet sind. Das Legierungsprodukt kann erfolgreich unter Verwendung von Techniken wie z. B. Laserstrahlschweißen, Reibungsschweißen und TIG- Schweißen geschweißt werden.
Das Produkt kann entweder natürlich gealtert werden, um ein verbessertes Legierungsprodukt mit guter Formbarkeit im T4- Zustand herzustellen, oder künstlich zu einem T6-Zustand gealtert werden, um eine verbesserte Legierung mit hoher Festigkeit und Bruchzähigkeit zusammen mit guten Korrosionsbeständigkeitseigenschaften herzustellen. Eine gute Bilanz in Festigkeit und Korrosionsverhalten wird dabei erhalten, ohne daß das Produkt in einen überalterten Zustand gebracht werden muß, sondern durch sorgfältige Auswahl enger Bereiche für den Gehalt an Cu, Mg, Si und Mn.
Die Bilanz aus hoher Formbarkeit, guter Bruchzähigkeit, hoher Festigkeit und die guten Korrosionsbeständigkeitseigenschaften der schweißbaren Aluminiumlegierung der vorliegenden Erfindung hängt insbesondere von der chemischen Zusammensetzung ab, die innerhalb spezifischer Grenzen streng kontrolliert wird, was im folgenden im einzelnen dargelegt wird. Alle Zusammensetzungsprozentangaben sind in Gew.-% angegeben.
Ein bevorzugter Bereich für den Siliciumgehalt liegt zwischen 1,0 und 1,15%, um die Festigkeit der Legierung in Kombination mit Magnesium zu optimieren. Ein zu hoher Si-Gehalt hat einen schädlichen Einfluß auf die Dehnung im T6-Zustand und das Korrosionsverhalten der Legierung.
Magnesium liefert in Verbindung mit dem Silicium Festigkeit für die Legierung. Der bevorzugte Bereich von Magnesium ist 0,6 bis 0,85% und bevorzugter 0,6 bis 0,75%. Wenigstens 0,45% Magnesium sind nötig, um eine ausreichende Festigkeit zu schaffen, während es bei Mengen über 1,0% schwierig wird, genug gelösten Stoff zu lösen, um genügend Aushärtungspräzipitat zu erhalten, damit es zu der hohen T6-Festigkeit kommt.
Kupfer ist ein wichtiges Element, um der Legierung Festigkeit zu verleihen. Allerdings haben zu hohe Kupferniveaus in Kombination mit Mg einen schädlichen Einfluß auf das Korrosionsverhalten und die Schweißbarkeit des Aluminiumprodukts. Je nach Anwendung liegt der bevorzugte Kupfergehalt im Bereich von 0,25 bis 0,5% als Kompromiß für Festigkeit, Bruchzähigkeit, Formbarkeit und Korrosionsverhalten. Man hat herausgefunden, daß in diesem Bereich das Legierungsprodukt eine gute Beständigkeit gegen IGC hat. Bei einer weiteren Ausführungsform liegt der bevorzugte Kupfergehalt im Bereich von 0,5 bis 1,0%, woraus sich höhere Festigkeitsniveaus und eine bessere Schweißbarkeit des Legierungsprodukts ergeben.
Der bevorzugte Bereich von Mangan liegt bei 0,6 bis 0,78% und bevorzugter zwischen 0,65 und 0,78%. Mn trägt bei Operationen zur Korngrößenkontrolle bei oder hilft, wenn dabei die Legierung rekristallisieren kann, und trägt zur Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit bei.
Erfindungsgemäß ist ein sehr wichtiges Legierungselement die Beigabe von Ce im Bereich von 0,01 bis 25% und bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 0,15%. Bei der Erfindung wurde herausgefunden, daß die Beigabe von Cerium eine bemerkenswerte Verbesserung der Bruchzähigkeit des Legierungsprodukts ergibt, insebesondere bei Messung durch einen Kahn-Reißtest, und dabei insbesondere die Beziehung zwischen der Bruchzähigkeit und der Dehngrenze verbessert ist, woraus sich mehr Anwendungsmöglichkeiten für das Legierungsmaterial ergeben, insbesondere als Flugzeugaußenhautmaterial. Die Ceriumbeigabe kann bevorzugt über eine Beigabe in Form eines Mischmetalls ("MM")(Seltenerden mit 50 bis 60% Cerium) erfolgen. Die Beigabe von Cerium, meist in Form von MM ist aus dem Stand der Technik bekannt, um die Fluidität zu erhöhen und die Gesenkanhaftung bei Aluminium- Silicium-Gußliegierungen zu reduzieren. Bei Aluminiumgußlegierungen, die mehr als 0,7% Eisen enthalten, wird von einer Umformung von azikulärem FeAl₃ in eine nicht-azikuläre Verbindung berichtet.
Der Zinkgehalt in der Legierung nach der Erfindung sollte niedriger als 1,4 sein. In der US-Patentschrift 5,888,320 wurde berichtet, daß die Beigabe von Zink die Festigkeit desr Aluminiumlegierungsprodukts steigern kann, aber es wurde auch herausgefunden, daß zu hohe Zinkgehalte eine schädliche Wirkung auf das intergranulare Korrosionsverhalten des Produkts haben. Darüber hinaus erzeugt die Beigabe von Zink tendenziell eine Legierung mit einer unerwünschten höheren Dichte, was besonders nachteilig ist, wenn die Legierung für Luftfahrtanwendungen verwendet wird. Ein bevorzugtes Niveau von Zink in dem Legierungsprodukt nach der Erfindung liegt unter 0,4% und bevorzugter unter 0,25%.
Eisen ist ein Element mit starkem Einfluß auf die Formbarkeit und Bruchzähigkeit des Legierungsprodukts. Der Eisengehalt sollte im Bereich von 0,01 bis 0,3%, bevorzugt 0,01 bis 0,25% und bevorzugter 0,01 bis 0,2% liegen.
Titan ist ein wichtiges Element als Kornrefiner während der Verfestigung der Walzbarren und sollte bevorzugt mit weniger als 0,25% vorliegen. Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, daß das Korrosionsverhalten insbesondere gegen intergranulare Korrosion deutlich verbessert werden kann, wenn der Ti-Gehalt im Bereich von 0,06 bis 0,20% und bevorzugt 0,07 bis 0,16% liegt. Man hat herausgefunden, daß Ti teilweise oder ganz durch Vanadium ersetzt sein kann.
Zirconium und Chrom können der Legierung jeweils in einer Menge von weniger als 0,25% beigegeben sein, um das Rekristallisationsverhalten des Legierungsprodukts zu verbessern. Bei zu hohen Niveaus kann das vorliegende Cr unerwünscht große Teilchen mit dem Mg in dem Legierungsprodukt bilden.
Der Rest ist Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen. Typischerweise liegt jedes Verunreinigungselement maximal mit 0,05% vor, und insgesamt liegen die Verunreinigungen bei maximal 0,15%.
Die besten Ergebnisse werden erreicht, wenn die Legierungswalzprodukte eine rekristallisierte Mikrostruktur haben, was bedeutet, daß 80% oder mehr und bevorzugt 90% oder mehr der Körnchen in einem T4- oder T6-Zustand rekristallisiert sind.
Das Produkt nach der Erfindung ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf den T6-Zustand in einem Alterungszyklus gealtert wurde, der das Aussetzen an eine Temperatur zwischen 150 und 210°C über einen Zeitraum zwischen 1 und 20 Stunden beinhaltet, wodurch ein Aluminiumlegierungsprodukt mit einer Dehngrenze von 340 MPa oder mehr und bevorzugt von 350 MPa oder mehr, sowie einer Höchstzugfestigkeit von 355 MPa oder mehr, und bevorzugt von 365 MPa oder mehr erzeugt wird.
Darüber hinaus ist das Produkt nach der Erfindung bevorzugt dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf den T6-Zustand in einem Alterungszyklus gealtert wurde, der das Aussetzen an eine Temperatur zwischen 150 und 210°C über einen Zeitraum zwischen 1 und 20 Stunden beinhaltet, wodurch ein Aluminiumlegierungsprodukt mit einer intergranularen Korrosion nach einem Test entsprechend MIL-H-6088 erzeugt wird, die bis zu einer Tiefe von weniger als 200 µm und bevorzugt einer Tiefe von weniger als 180 µm vorliegt.
Bei einer Ausführungsform besteht die Erfindung auch darin, daß das Produkt dieser Erfindung mit wenigstens einer Plattierung versehen sein kann. Solche plattierte Produkte verwenden einen Kern aus dem Aluminiumbasislegierungsprodukt der Erfindung und eine Plattierung mit gewöhnlich höherer Reinheit, die insbesondere den Kern gegen Korrosion schützt. Die Legierung umfaßt, wenn auch nicht einschränkend, im wesentlichen unlegiertes Aluminium oder Aluminium, das nicht mehr als 0,1 oder 1% aller anderen Elemente enthält. Aluminiumlegierungen, die hier mit der Reihe 1xxx bezeichnet sind, umfassen alle Legierungen der Aluminium Association (AA) einschließlich der Unterklassen der Typen 1000, 1100, 1200 und 1300. Die Plattierung auf dem Kern kann also aus verschiedenen Legierungen der Aluminium Association ausgewählt sein, wie 1060, 1045, 1100, 1200, 1230, 1135, 1235, 1435, 1145, 1345, 1250, 1350, 1170, 1175, 1180, 1185, 1285, 1188 oder 1199. Außerdem können Legierungen der Serie AA7000 wie 7072, die Zink (0,8 bis 1,3%) enthält, als Plattierung dienen, und Legierungen der Reihe AA6000 wie AA6003 oder AA6253, die typischerweise mehr als 1% Legierungszusätze erhalten, können als Plattierung dienen. Andere Legierungen könnten ebenfalls als Plattierung von nutzen sein, solange sie insbesondere einen ausreichenden Gesamtkorrosionsschutz für die Kernlegierung liefern. Außerdem kann eine Plattierung aus der Legierungsserie AA4000 als Plattierung dienen. Die Legierungen der Serie AA4000 haben als Hauptlegierungselement Silicium, typischerweise im Bereich von 6 bis 14%. Bei dieser Ausführungsform liefert die Plattierungsschicht das Schweißfüllmaterial bei einer Schweißoperation z. B. mittels Laserstrahlschweißen, womit bei einer Schweißoperation keine zusätzlichen Fülldrahtmaterialien mehr erforderlich sind. Bei dieser Ausführungsform liegt der Siliciumgehalt bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 12%.
Die Plattierungsschicht oder -schichten sind gewöhnlich viel dünner als der Kern, wobei jede 2 bis 15 oder 20 oder möglicherweise 25% der gesamten Verbunddicke bilden. Eine Plattierungsschicht bildet dann noch typischer etwa 2 bis 12% der Gesamtverbunddicke.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Legierungsprodukt nach der Erfindung an einer Seite mit einer Plattierung der Reihe AA1000 und auf der anderen Seite mit einer solchen aus der Reihe AA4000 versehen. Bei dieser Ausführungsform werden der Korrosionsschutz und die Schweißfähigkeit kombiniert. Bei dieser Ausführungsform kann das Produkt erfolgreich z. B. für vorgekrümmte Tafeln verwendet werden. Falls es bei der Walzpraxis eines asymmetrischen Sandwich-Produkts (Legierung der Reihe 1000 + Kern + Legierung der Reihe 4000) zu Problemen wie "banaring" kommt, besteht auch die Möglichkeit, zunächst ein symmetrisches Sandwichprodukt mit den folgenden Schichten in Reihe zu walzen: Legierung der Reihe 1000 + Legierung der Reihe 4000 + Kernlegierung + Legierung der Reihe 4000 + Legierung der Reihe 1000; daraufhin werden eine oder mehrere der äußeren Schicht(en) z. B. durch chemisches Fräsen entfernt.
Die Erfindung besteht auch aus einem Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsprodukts nach der Erfindung. Das Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsprodukts umfaßt folgende sequentielle Verfahrensschritte: (a) ein Ausgangsmaterial mit einer oben dargelegten Zusammensetzung wird vorgesehen, (b) das Ausgangsmaterial wird vorgewärmt oder diffusionsgeglüht, (c) das Ausgangsmaterial wird warmverarbeitet, bevorzugt durch Warmwalzen, (d) das Ausgangsmaterial wird gegebenenfalls kaltverarbeitet, bevorzugt mittels Kaltwalzen, (e) das Ausgangsmaterial wird lösungsgeglüht, und (f) das Ausgangsmaterial wird abgeschreckt, um die unkontrollierte Ausfällung von sekundären Phasen zu minimieren. Danach kann das Produkt in einem T4- Zustand vorgesehen sein, indem man das Produkt natürlich altern läßt, um ein verbessertes Legierungsprodukt mit guter Formbarkeit herzustellen, oder es kann durch künstliches Altern in einem T6-Zustand vorgesehen sein. Zum künstlichen Altern wird das Produkt einem Alterungszyklus unterzogen, der das Aussetzen an eine Temperatur zwischen 150 und 210°C über einen Zeitraum zwischen 0,5 und 30 Stunden umfaßt.
Die hier beschriebene Aluminiumlegierung kann beim Verfahrensschritt (a) als Barren oder Walzblock zur Bearbeitung zu einem geeigneten Knetprodukt durch Gießtechniken vorgesehen werden, die im aktuellen Stand der Technik für Gußprodukte verwendet werden, z. B. DC-Guß, EMC-Guß, EMS-Guß. Es können auch Walzblöcke verwendet werden, die aus einem kontinuierlichen Gußverfahren stammen, z. B. Band- oder Walzengießvorrichtungen.
Typischerweise werden die Walzseiten der plattierten und unplattierten Produkte geschält, um Segregationszonen in der Nähe der Gußfläche des Barrens zu entfernen.
Der gegossene Barren oder Walzblock kann vor dem Warmwalzen diffusionsgeglüht werden, und/oder er kann vorgewärmt werden, worauf direkt eine Warmverarbeitung folgt. Das Diffusionsglühen bzw. die Homogenisierung und/oder das Vorwärmen der Legierung vor der Warmverarbeitung sollte bei einer Temperatur im Bereich von 490 bis 580°C in Einzel- oder Mehrfachschritten durchgeführt werden. In jedem Fall ist die Segregation von Legierungselementen in dem gegossenen Material reduziert, und lösliche Elemente sind gelöst. Wird die Behandlung unter 490°C durchgeführt, dann ist der resultierende Homogenisierungseffekt unzureichend. Liegt die Temperatur über 580°C, dann könnte es zu eutektischem Schmelzen kommen, woraus sich eine unerwünschte Porenbildung ergibt. Die bevorzugte Zeit für die obengenannte Wärmebehandlung liegt zwischen 2 und 30 Stunden. Längere Zeiten sind normalerweise unschädlich. Die Homogenisierung wird gewöhnlich bei einer Temperatur über 540°C durchgeführt. Eine typische Vorwärmtemperatur liegt im Bereich von 535 bis 560°C bei einer Durchwärmungszeit in einem Bereich von 4 bis 16 Stunden.
Nach dem Kaltverarbeiten des Legierungsprodukts, bevorzugt nach dem Kaltwalzen, oder, falls das Produkt nicht kaltverarbeitet wird, nach dem Warmverarbeiten wird das Legierungsprodukt bei einer Temperatur im Bereich von 480 bis 590°C, bevorzugt 530 bis 570°C, über eine Zeit lösungsgeglüht, die ausreicht, damit die Lösungseffekte annähernd ein Gleichgewicht erreichen, dies bei typischen Durchwärmungszeiten im Bereich von 10 Sek. bis 120 Minuten. Bei plattierten Produkten sollte auf nicht zu lange Durchwärmungszeiten geachtet werden, um die Diffusion von Legierungselementen in die Plattierung zu verhindern, die den von der Plattierung geleisteten Korrosionsschutz beeinträchtigen kann.
Nach dem Lösungsglühen ist wichtig, daß das Legierungsprodukt auf eine Temperatur von 175°C oder niedriger, bevorzugt auf Zimmertemperatur abgekühlt wird, um die unkontrollierte Ausfällung von sekundären Phasen, z. B. Mg₂Si zu verhindern. Andererseits sollten die Kühlraten nicht zu hoch sein, damit sich eine ausreichende Flachheit und ein niedriges Niveau von Restspannungen in dem Legierungsprodukt ergeben können. Geeignete Kühlraten können bei Verwendung von Wasser, z. B. durch Eintauchen in Wasser oder Wasserstrahlen erreicht werden.
Es hat sich gezeigt, daß das Produkt nach der Erfindung sehr geeignet für eine Anwendung als Bauteil eines Flugzeugs ist, insbesondere als Flugzeugrumpfhautmaterial.

BEISPIEL

Fünf verschiedene Legierungen wurden zu Barren DC-gegossen, nachfolgend geschält, über sechs Stunden mit 550°C vorgewärmt (Aufheizgeschwindigkeit etwa 30°C/h), auf eine Stärke von 8 mm warmgewalzt, auf eine endgültige Stärke von 2,0 mm kaltgewalzt, über 15 Min. bei 550°C mit Wasser abgeschreckt, durch Halten auf 190°C über 4 Stunden (Aufheizgeschwindigkeit etwa 35°C/h) auf einen T6-Zustand gealtert, worauf eine Luftkühlung auf Zimmertemperatur folgte. Die Tabelle 1 gibt die chemische Zusammensetzung der gegossenen Legierungen an, mit dem Rest unvermeidbarer Verunreinigungen und Aluminium, wobei die Legierung Nr. 3 die Legierung nach der Erfindung ist, und die anderen Legierungen zum Vergleich dienen. 0,03 Gew.-% Cerium wurden der Schmelze über die Beigabe von 0,06 Gew.-% MM mit 50% Cerium hinzugefügt.
Der Zugtest wurde an dem nackten Blechmaterial im T6-Zustand mit vollständig rekristallisierter Mikrostruktur durchgeführt. Für den Zugtest in L-Richtung wurden kleine Euronorm-Proben verwendet, die Durchschnittsergebnisse von 3 Proben sind angegeben; dabei steht "Rp" für die Dehngrenze, "Rm" für die Höchstzugfestigkeit und A50 für die Dehnung. Die Ergebnisse der Zugtests sind in Tabelle 2 aufgelistet. "TS" steht für die Reißfestigkeit und wurde in L-T- Richtung nach ASTM-B871-96 gemessen. "UPE" steht für "Unit Propagation Energy", wurde nach ASTM-B871-96 gemessen, ist ein Maß für Zähigkeit, insbesondere für Rißausdehnung, während TS insbesondere ein Maß für Rißauslösung ist. Die intergranulare Korrosion ("ICG") wurde an zwei Proben von 50 × 60 mm nach der in AIMS 03-04-000 angegebenen Prozedur getestet, die MIL-H-6088 und einige zusätzliche Schritte spezifiziert. Die maximale Tiefe in Mikron wurde in Tabelle 4 angegeben.
Fig. 1 zeigt schematisch das Verhältnis von TS/Rp gegen Dehngrenze.
Aus den Ergebnissen von Tabelle 2 ist zu ersehen, daß sich erfindungsgemäß aus der Beigabe von Cerium eine deutliche Erhöhung der Festigkeitsniveaus ergibt, insbesondere bei der Dehngrenze des Legierungsprodukts (vgl. Legierung 1 und 3). Aus den Ergebnissen von Tabelle 3 ist zu ersehen, daß sich aus der Beigabe von Cerium eine deutliche Verbesserung der Bruchzähigkeit beim Test in L-T-Richtung (vgl. Legierung 1 und 3) ergibt. Wird statt Cerium der Legierung Zirconium beigegeben, dann läßt sich nur eine sehr geringe Verbesserung der Bruchzähigkeit feststellen. Die gezeigte Festigkeitserhöhung wurde für die Beigabe von 0,11% Zirconium erwartet. Die Legierungen 1, 2 und 3 haben eine etwas geringere Festigkeit und Bruchzähigkeit als die normalen Legierungen 6056 und 6013, was großteils an einem deutlich niedrigeren Kupfergehalt in den getesteten Aluminiumlegierungen liegt. Wird das TS/Rp-Verhältnis gegen die Dehngrenze geplottet (vgl. Fig. 1), dann ist zu ersehen, daß sogar die Beigabe von kleinen Mengen Cerium zu einer deutlichen Verbesserung der Bilanz zwischen Bruchzähigkeit und Dehngrenze führt, wobei dies eine wünschenswerte Eigenschaft für verschiedene Anwendungen, insbesondere bei Luftfahrtkonstruktionen ist.
Aus den Ergebnissen von Tabelle 4 ist zu ersehen, daß die Beigabe von Cerium nach der Erfindung keinen deutlichen Einfluß im Vergleich zu Aluminiumlegierungsprodukten mit einer nahezu gleichen chemischen Zusammensetzung auf das Verhalten gegenüber intergranularer Korrosion hat, abgesehen von der Cerium-Beigabe und dem gleichen Wärmebehandlungszustand. Allerdings ist das Verhalten der Legierung Nr. 3 gegenüber intergranularer Korrosion deutlich besser im Vergleich zu normalen Legierungsprodukten 6056 und 6013, während die Legierung Nr. 3 eine Dehngrenze und ein TS/Rp-Verhältnis nahe an den Ergebnissen der normalen Legierungsprodukte 6056 und 6013 in dem gleichen Wärmebehandlungszustand hat. Man nimmt an, daß eine Erhöhung des Ti- Gehalts, z. B. auf 0,1 Gew.-% in dem Aluminiumlegierungsprodukt nach der Erfindung eine Reduzierung der maximalen intergranularen Korrosionstiefe ergäbe. Darüber hinaus nimmt man an, daß eine Optimierung des T6-Wärmebehandlungsalterungsverfahrens zu einer verbesserten Beständigkeit gegenüber intergranularer Korrosion führt.
Nach der Beschreibung wird dem Durchschnittsfachmann klar sein, daß viele Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne den Geist oder Umfang der hier beschriebenen Erfindung zu verlassen. Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung der getesteten Legierungen

Tabelle 2 Zugeigenschaften in L-Richtung bei Blechmaterial im T6-Zustand

Tabelle 3 Bruchzähigkeitsergebnisse in L-T-Richtung

Tabelle 4 ICG-Korrosionsergebnisse im T6-Zustand

Claims

1. Schweißbares, hochfestes Aluminiumknetlegierungsprodukt, bevorzugt in Form eines Walzprodukts, das in Gew.-% folgende Elemente enthält:
Si 0,8-1,3
Cu 0,2-1,0
Mn 0,5-1,1
Mg 0,45-1,0
Ce 0,01-0,25 und bevorzugt als MM-Beigabe
Fe 0,01-0,3
Zr < 0,25
Cr < 0,25
Zn < 1,4
Ti < 0,25
V < 0,25,
andere jeweils < 0,05, gesamt < 0,15,
Rest Aluminium.

2. Produkt nach Anspruch 1, bei welchem das Si-Niveau im Bereich von 1,0 bis 1, 15% liegt.

3. Produkt nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Cu-Niveau im Bereich von 0,25 bis 0,5% liegt.

4. Produkt nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem das Cu-Niveau im Bereich von 0,5 bis 2,0% liegt.

5. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Mn-Niveau im Bereich von 0,6 bis 0,8% und bevorzugt zwischen 0,55 und 0,78% liegt.

6. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das Mg-Niveau im Bereich von 0,6 bis 0,85% und bevorzugt zwischen 0,6 und 0,75% liegt.

7. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem das Ti-Niveau im Bereich von 0,06 bis 0,2% und bevorzugt zwischen 0,07 und 0,2% liegt.

8. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das Zn-Niveau in einem Bereich von weniger als 0,4% liegt.

9. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem das Fe-Niveau im Bereich von 0,01 bis 0,25% und bevorzugt zwischen 0,01 und 0,2% liegt.

10. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem das Ce-Niveau im Bereich von 0,01 bis 0,15% liegt.

11. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem das Produkt eine zu mehr als 80% rekristallisierte Mikrostruktur hat.

12. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die Legierung auf den T6-Zustand in einem Alterungszyklus gealtert wurde, der das Aussetzen an eine Temperatur zwischen 150 und 210°C über einen Zeitraum zwischen 0,5 und 30 Stunden beinhaltet, um dadurch ein Aluminiumlegierungsprodukt zu erzeugen, das durch eine intergranulare Korrosion nach einem Test entsprechend MIL-H-6088 gekennzeichnet ist, die bis zu einer Tiefe von weniger als 200 µm vorliegt.

13. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem das Produkt eine einfache oder mehrfache Plattierung aus den folgenden hat:

a) eine Aluminiumlegierung mit höherer Reinheit als das Produkt;

b) die Plattierung ist aus der Reihe AA1000 der Aluminium Association;

c) die Plattierung ist aus der Reihe AA4000 der Aluminium Association;

d) die Plattierung ist aus der Reihe AA6000 der Aluminium Association;

e) die Plattierung ist aus der Reihe AA7000 der Aluminium Association.

14. Produkt nach Anspruch 13, wobei das Legierungsprodukt auf einer Seite eine Plattierung der Reihe AA1000 der Aluminium Association und auf der anderen Seite eine solche aus der Reihe AA4000 der Aluminium Association hat.

15. Verfahren zur Herstellung des schweißbaren, hochfesten Aluminiumknetlegierungsprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das folgende sequentielle Verfahrensschritte umfaßt:

a) ein Ausgangsmaterial mit einer chemischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 wird vorgesehen,

b) das Ausgangsmaterial wird vorgewärmt oder diffusionsgeglüht,

c) das Ausgangsmaterial wird warmverarbeitet, bevorzugt durch Warmwalzen,

d) das Ausgangsmaterial wird gegebenenfalls kaltverarbeitet, bevorzugt durch Kaltwalzen,

e) das Ausgangsmaterial wird lösungsgeglüht,

f) das Ausgangsmaterial wird abgeschreckt, um die unkontrollierte Ausfällung von sekundären Phasen zu minimieren, und

g) das abgeschreckte Ausgangsmaterial wird gealtert, um ein Produkt in einem T4-Zustand oder in einem T6-Zustand vorzusehen.

16. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder nach Anspruch 15 hergestellt, wobei das Produkt ein Bauteil eines Flugzeugs ist.

17. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder nach Anspruch 15 hergestellt, wobei das Produkt Flugzeughautmaterial ist.