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Title:
ALUMINUM COMPOSITE MATERIAL AND FORMING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/068015
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for forming an aluminum composite material which has a core alloy made of an aluminum alloy of the type AA5xxx or AA6xxx and at least one outer aluminum alloy layer provided on one or both sides. The aluminum composite material is formed in a forming tool, and the outer aluminum alloy layer provided on one or both sides has a yield strength Rp0,2 of 25 MPa to 60 MPa in the soft- or solution-annealed state. The aim of the invention is to extend the forming limits of AA6xxx und AA5xxx aluminum alloys which are of interest in the automotive industry and to provide a forming method which allows the production of heavily formed large-surface aluminum alloy sheet metal parts, in particular even exterior surface-quality sheet metal parts. This is achieved in that k,f,outside/kf"core < 0.5 applies to the yield stresses of the aluminum alloys of the core and of the at least one outer layer in the soft- or solution-annealed state, and the frictional shear stress TR between the tool and the aluminum composite material in the contact surface reaches the shear flow stress koutside of the outer aluminum alloy layer at at least one local position in the forming tool during the formation of the aluminum composite material.

Inventors:
BRINKMAN HENK-JAN (DE)
KELLER STEFAN (DE)
ENGLER OLAF (DE)
HÖRSTER NATALIE (DE)
SCHRÖDER DIETMAR (DE)
ARETZ VOLKER (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/072744
Publication Date:
May 08, 2014
Filing Date:
October 30, 2013
Export Citation:
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Assignee:
HYDRO ALUMINIUM ROLLED PROD (DE)
International Classes:
B21C23/24; B32B15/01; C22C21/00
Domestic Patent References:
WO2013037918A12013-03-21
Foreign References:
US6224992B12001-05-01
EP1852251A12007-11-07
EP2156945A12010-02-24
FR2922222A12009-04-17
Attorney, Agent or Firm:
COHAUSZ & FLORACK, ARND ZIEBELL (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Umformen eines Aluminiumverbundwerkstoffs, welcher eine Kernlegierung aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AA5xxx oder AA6xxx und mindestens eine ein- oder beidseitig vorgesehene, äußere

Aluminiumlegierungsschicht aufweist, wobei der Aluminiumverbundwerkstoff in einem Umformwerkzeug umgeformt wird und die ein- oder beidseitige äußere Aluminiumlegierungsschicht eine Dehngrenze R0,2 im weich- oder

lösungsgeglühten Zustand von 25 MPa bis 60 MPa aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass,

für die Fließspannungen der Aluminiumlegierungen des Kerns und der mindestens einen äußeren Schicht im weich- oder lösungsgeglühten Zustand bei kf,Außen/kf,Kern < 0,5 und während der Umformung des Aluminiumverbundwerkstoffs an mindestens einer lokalen Position im Umformwerkzeug die Reibschubspannung TR zwischen dem Werkzeug und Aluminiumverbundwerkstoff in der Kontaktfläche die Schubfließspannung kAußen der äußeren Aluminiumlegierungsschicht erreicht,

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Umformung einen Tief- und/oder Streckziehvorgang umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens eine äußere Aluminiumlegierungsschicht mit einer Dicke von 5 % bis 15 % des gesamten Aluminiumverbundwerkstoffes umgeformt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Reibschubspannung TR während der Umformung durch eine Erhöhung der Flächenpressung zwischen Aluminiumverbundwerkstoff und Niederhalter vergrößert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Aluminiumkernlegierung vom Typ AA6xxx oder AA5xxx, welche im lösungsgeglühten oder weichen Zustand eine Gleichmaßdehnung Ag von mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 22 % aufweist, umgeformt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

als Aluminiumkernlegierung eine Legierung vom Typ AA6xxx und als mindestens eine äußere Alumimumlegierungsschicht eine Aluminiumlegierung vom Typ AA8xxx verwendet wird oder als Aluminiumkernlegierung eine Legierung vom Typ AA5xxx und als mindestens eine äußere Aluminiumlegierungsschicht eine Aluminiumlegierung vom Typ AA8xxx , AAlxxx, AA5005, AA5005A verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Aluminiumkernlegierung vom Typ AA6016 und mindestens eine äußere Aluminiumlegierungsschicht vom Typ AA8079 verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Aluminiumkernlegierung vom Typ AlMg6 ist und mindestens eine äußere Aluminiumlegierungsschicht vom Typ AA8079, AA1050 oder AA5005 oder AA5005A verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Aluminiumverbundwerkstoff mit einer Aluminiumkernlegierung AA6xxx mit einer Dicke von 0,5 mm bis 2,0 mm, bevorzugt 0,7 mm bis 1,8 mm, besonders bevorzugt 0,8 mm bis 1,5mm oder ein Aluminiumverbundwerkstoff mit einer Aluminiumkernlegierung AA5xxx mit einer Dicke von 0,5 mm bis 3,5 mm, bevorzugt 1,0 mm bis 2,0 mm umgeformt wird. 10. Verwendung eines Aluminiumverbundwerkstoffs, welcher eine Kernlegierung aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AA5xxx oder AA6xxx und mindestens eine ein- oder beidseitig vorgesehene, äußere Aluminiumlegierungsschicht aufweist, die ein- oder beidseitige äußere Aluminiumlegierungsschicht eine Dehngrenze Rpo,2 im weich- oder lösungsgeglühten Zustand von 25 MPa bis 60 MPa aufweist und für das Verhältnis der Fließspannungen der

Aluminiumlegierungen des Kerns und der mindestens einen äußeren Schicht im weich- oder lösungsgeglühten Zustand gilt kf,Außen/kf,Kern < 0,5 in einem Umformverfahren gemäß Anspruch 1 bis 9.

Blechteil umgeformt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10. 12. Blechteil nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Blechteil ein Strukturteil oder ein Außenhautteil eines Kraftfahrzeugs ist.

Description:
Aluminiumverbundwerkstoff und Verfahren zur Umformung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines Bleches aus einem

Aluminiumverbundwerkstoff, welcher eine Aluminiumkernlegierung vom Typ AA5xxx oder AA6xxx und mindestens eine ein- oder beidseitig vorgesehene, äußere

Aluminiumlegierungsschicht aufweist, wobei der Aluminiumverbundwerkstoff in einem Umformwerkzeug umgeformt wird und die ein- oder beidseitige äußere Aluminiumlegierungsschicht eine Dehngrenze R p o,2 im weich- oder lösungsgeglühten Zustand von 25 MPa bis 60 MPa aufweist Daneben betrifft die Erfindung eine

Verwendung des Aluminiumverbundwerkstoffes in einem entsprechenden

Umformverfahren sowie ein umgeformtes Blechteil bestehend aus diesem

Aluminiumverbundwerkstoff.

Blechwerkstoffe aus AA6xxx-Aluminiumlegierungen werden im Automobil in der Karosserie und für Karosserieanbauteile (Türen, Klappen, Hauben usw.) eingesetzt. Die üblicherweise eingesetzten Legierungen, wie beispielsweise AA6016 oder AA6014 zeigen sowohl eine gute Umformbarkeit im Anlieferzustand (T4) als auch eine signifikante Festigkeitssteigerung nach dem Lackeinbrennzyklus, beispielsweise bei einer kathodischen Tauchlackierung. Im Zustand T4 ist der Blechwerkstoff lösungsgeglüht. Für Bauteile im Sichtbereich, die sogenannten Außenhautteile, ist eine gute Oberflächenanmutung, d.h. eine roping-arme bzw. roping-freie Qualität eine weitere Voraussetzung, dass die Aluminiumlegierungen eingesetzt werden.

Für Bauteile mit hohen Anforderungen an die Umformbarkeit sind im Markt

Aluminiumwerkstoffe verfügbar, welche bezüglich der Umformbarkeit optimiert sind und gleichzeitig für Außenhautteile eingesetzt werden können. Allerdings können auch diese bezüglich der Umformbarkeit optimierten Bleche neue Anforderungen an die Umformbarkeit nicht lösen. Derzeit werden aufgrund des

Gewichtseinsparpotenzials von Aluminium Aluminiumlösungen für - -

Außenhautbauteile gesucht, welche bisher aus Aluminium nicht gefertigt werden konnten. Beispielsweise sollen großflächige Seitenwandteile eines Kraftfahrzeugs als einteiliges Bauteil aus einem einzigen Aluminiumlegierungsblech hergestellt werden. Derart großflächige Blechteile konnten aufgrund der begrenzten Umformbarkeit der Aluminiumwerkstoffe bisher nicht produziert werden. Aufgrund der fehlenden Aluminiumlösungen werden diese großflächigen Karosseriebauteile entweder aus Stahl hergestellt oder das Bauteil wird als mehrteiliges Aluminiumbauteil ausgelegt, was zu einem erhöhten Aufwand in der Herstellung durch zusätzliche Fügeschritte führt.

Die Anmelderin hat einen Werkstoff entwickelt, welcher sehr hohe Anforderungen an die Umformbarkeit erfüllt und sich durch hohe Dehnungswerte im Zustand T4 auszeichnet. Dieser Aluminiumverbundwerkstoff wurde bereits in der internationalen Patentanmeldung WO 2013/037918 AI genannt. Das Herstellverfahren des

Werkstoffes zielt zwar auf eine maximale Umformbarkeit des Werkstoffes ab, allerdings waren in der Praxis Roping-Effekte sichtbar, die herstellungsbedingt sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Formgebungsgrenzen von

Aluminiumlegierungen, insbesondere die Formgebungsgrenzen für den

Kraftfahrzeugbau interessanter AAöxxx und AASxxx Aluminiumlegierungen zu erweitern und ein Umformverfahren bereitzustellen, welches die Herstellung von großflächigen, stark umgeformten Aluminiumlegierungsblechteilen insbesondere auch in Außenhautqualität ermöglicht. Daneben soll eine Verwendung eines

Aluminiumverbundwerkstoffs vorgeschlagen werden und entsprechend hergestellte Blech teile bereitgestellt werden.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren zum Umformen eines Blechs aus einem

Aluminiumverbundwerkstoff dadurch gelöst, dass für das Verhältnis der

Fließspannungen der Aluminiumlegierungen des Kerns und der mindestens einen äußeren Schicht im weichgeglühten oder lösungsgeglühten Zustand gilt: - -

kf,Außen/kf,Kern < 0,5, bevorzugt kf.Außen/kf.Kern < 0,4 und dass während der Umformung des Aluminiumverbundwerkstoffs an mindestens einer lokalen Position im Umformwerkzeug die Reibschubspannung TR zwischen dem Werkzeug und Aluminiumverbundwerkstoff in der Kontaktfläche die

Schubfließspannung kAu en der äußeren Aluminiumlegierungsschicht erreicht .

Gemäß dem Coulomb'schen Reibgesetz gilt für die Reibschubspannung in der

Kontaktfläche zwischen Umformwerkzeug und der äußeren Aluminiumschicht des Aluminiumverbundwerkstoffes: wobei TR die Reibschubspannung, μ der Reibungskoeffizient und PN der

Kontaktnormaldruck bzw. die Flächenpressung, welche die Reibung erzeugt, und k die Schubfließspannung der weicheren äußeren Schicht des

Aluminiumverbundwerkstoffes darstellt. Mit der genannten Funktion (1) ergeben sich für den Absolutbetrag der

Reibschubspannung zwei Bereiche:

1. ) T r = μ· I p N I mit: μ· | p N \< k und

2. ) T r = k mit μ· I p N |> k .

Im einfachsten Fall bleibt μ über die Umformung hin konstant, so dass bei steigender Flächenpressung die Reibschubspannung TR linear ansteigt. Erreicht TR jedoch die Schubfließspannung k des mit dem Umformwerkzeug in Kontakt stehenden

Werkstoffes, so wird die Reibschubspannung auf die Schubfließspannung k begrenzt. . .

Für die Schubfließspannung k und die Fließspannung kf eines umzuformenden Werkstoffes gilt nun gemäß der Theorie nach von Mises: k = k f / 3, wobei kf bei 0,2% plastischer Dehnung der im Zugversuch ermittelten Dehngrenze R P o,2 entspricht.

Mit dem Umformwerkzeug in Kontakt steht die äußere, weiche

Aluminiumlegierungsschicht, deren Fließspannung und damit auch deren

Schubfließspannung kAußen deutlich geringer ist als die der Aluminiumkernlegierung k .Kern. Für die Reibschubspannung im Kontakt zwischen Umformwerkzeug und Aluminiumverbundwerkstoff während der Umformung gilt somit zumindest an einer lokalen Position:

T R = ^ Außen '

Hieraus wird deutlich, dass je kleiner der Wert kAußen der Schubfließspannung, respektive der Fließspannung kAußen der äußeren Aluminiumlegierungsschicht ist, desto geringer ist die der Bewegungsrichtung des Werkstoffes entgegensetzte

Reibkraft im Werkzeug. Im Ergebnis kann das Blech aus dem

Aluminiumverbundwerkstoff in diesem Fall leichter beispielsweise in ein

Tiefziehwerkzeug hineingezogen werden. Dies gilt auch für einseitig mit einer äußeren Aluminiumlegierungsschicht versehene Aluminiumverbundwerkstoffe, sofern die weichere, äußere Aluminiumlegierungsschicht im Wesentlichen im Kontakt mit dem Umformwerkzeug steht.

Es wurde herausgefunden, dass die beanspruchte Werkstoffkombination bestehend aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AA5xxx oder AAöxxx für die Kernlegierung und einer ein- oder beidseitig vorgesehenen, weichen Aluminiumlegierungsschicht, welche ein Fließspannungsverhältnis zur Kernlegierung von kleiner als 0,5, bevorzugt - - kleiner als 0,4, aufweist, es ermöglichen, dass während der Umformung des

Aluminiumverbundwerkstoffs an mindestens einer lokalen Position die

Reibschubspannung XR im Aluminiumverbundwerkstoff die Schubfließspannung kAußen der äußeren Aluminiumlegierungsschicht erreicht und diese dort begrenzt. Hiermit wird im Vergleich mit einem monolithischen Blech aus der Kernlegierung eine deutlich verbesserte Umformbarkeit des Aluminiumverbundwerkstoffs erreicht.

Anders als in der eigenen WO 2013/037918 AI wird ein vollständig neuer Weg beschritten, da die vorliegende Erfindung die Beeinflussung der Reibschubspannung beim Umformen zur Erzielung der Umformgrade mit in die technische Lehre einschließt. Entgegen der bisherigen Vorgehensweise wird dabei der Effekt genutzt, dass die Reibschubspannung durch die Schubfließspannung der weicheren, äußeren Aluminiumlegierungsschicht begrenzt wird. In umformtechnischen Versuchen mit einem Kreuzwerkzeug im Labormaßstab zeigte sich, dass die Niederhalterkräfte bei identischer Werkzeuggeometrie und

vergleichbaren Schmierbedingungen um mindestens den Faktor 2,6 gesteigert werden konnten, sofern das oben genannte Verhältnis der Fließspannung

kf,Außen/kf,Kern der beteiligten Aluminiumlegierungen eingehalten wird. Die höhere mögliche Niederhalterkraft in den Kreuzwerkzeugversuchen lässt auf eine deutlich verbesserte Umformbarkeit der entsprechenden Aluminiumverbundwerkstoffe, insbesondere bei einem Tiefziehprozess, schließen. Da die Schubfließspannung der weicheren äußeren Schicht im Vergleich zur Schubfließspannung der

Aluminiumkernlegierung relativ niedrig ist, wird die Reibschubspannung beim Umformen signifikant reduziert, was ein größeres Prozessfenster ermöglicht. Dies eröffnet die Möglichkeit, beispielsweise eine einteilige Seitenwand eines

Kraftfahrzeugs aus Aluminium in Außenhautqualität mit einer AA6xxx- Aluminiumlegierung herstellen zu können, wodurch sich ein großes

Kosteneinsparpotenzial gegenüber einer mehrteiligen Aluminiumlösung ergibt. - -

Gleiches gilt auch für die im Wesentlichen bei Innenteilen und Strukturteilen eingesetzten AlMg-Aluminiumkernlegierungen vom Typ AA5xxx, so dass auch großflächige Innenteile und Strukturteile, welche hohe Umformgrade erfordern, hergestellt werden können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Umformung einen Tief- und/oder Streckziehprozess. Bei diesen Umformprozessen erschwert die Reibschubspannung tRdie Relativbewegung zwischen Blechwerkstoff und

Umformwerkzeug. Wie bereits zuvor ausgeführt, führt die Begrenzung der

Reibschubspannung XR auf die niedrigen Werte der Schubfließspannung kAußen der weicheren, äußeren Aluminiumlegierungsschicht zu einem verbesserten Tief- bzw. Streckziehverhalten. Damit können deutlich höhere Umformgrade erzielt werden, da der Werkstoff mit geringeren Kräften in das formgebende Umformwerkzeug gezogen werden kann.

Weist gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die mindestens eine äußere Aluminiumlegierungsschicht vorzugsweise 5 % bis 15 % der Dicke des gesamten Aluminiumverbundwerkstoffes auf, so kann der technische Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden, ohne dass die Festigkeit des Aluminiumverbundwerkstoffs durch die äußeren Schichten und deren Anteil an der Gesamtdicke des Aluminiumverbundwerkstoffs zu sehr reduziert wird.

Bevorzugt wird die Reibschubspannung XR während der Umformung durch eine Erhöhung der Flächenpressung vergrößert, bis diese die Schubfließspannung kAußen der äußeren Aluminiumlegierungsschicht an mindestens einer lokalen Position im Umformwerkzeug erreicht. Im Gegensatz zu den bisherigen Umformverfahren, bei welchen die Flächenpressung typischerweise gerade so groß gewählt wird, dass keine Faltenbildung im Werkzeug auftritt, kann die Flächenpressung beispielsweise vergrößert werden, um den vorteilhaften Effekt des Aluminiumverbundwerkstoffs in Bezug auf die Erweiterung der Formgebungsgrenzen zu erreichen. Weiterhin ist denkbar, dass Verbundwerkstoffe mit einer kostengünstigeren - -

Oberflächentopographie mit höheren Reibwerten dennoch erfolgreich umgeformt werden können. Eine kostengünstigere Oberflächentopographie kann beispielsweise durch eine„Mill-Finish" Oberflächentopographie des Blechs bereitgestellt werden, welche gegenüber der bei großen Umformgraden üblicherweise vorgesehenen Schmiermitteltaschen aufweisenden Topographie einen Arbeitsschritt in Form eines zusätzlichen Walzschrittes zum Aufbringen der speziellen Topographie einspart

Besonders gute Umformergebnisse wurden gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens dadurch erreicht, dass die Aluminiumlegierung vom Typ AA6xxx im lösungsgeglühten Zustand oder AA5xxx im weichen Zustand eine Gleichmaßdehnung A g von mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 22 % aufweist. Beispiele hierfür sind Aluminiumlegierungen vom Typ AA6016 im Zustand T4 oder die Aluminiumlegierung AA5182 im Zustand 0. Als Werkstoffe für die Aluminiumkernlegierungen kommen weiterhin

Aluminiumlegierungen vom Typ AA6xxx mit einer Bruchdehnung Asomm von mindestens 24%, bevorzugt mindestens 26% quer zur Walzrichtung in Frage. Sie eignen sich in einer ropingfreien oder -armen Ausführung insbesondere auch für Außenhautbauteile eines Kraftfahrzeugs mit Sichtanforderungen für die

Oberflächenanmutung.

Daneben kommen für Strukturteile, welche keine sichtbaren Bauteile eines Fahrzeugs bilden, also beispielsweise Rahmenkonstruktionen, Türinnenteile, Verbundlenker etc. auch AlMg-Aluminiumkernlegierungen vom Typ AA5xxx mit einer Gleichmaßdehnung A g von mindestens 21 %, bevorzugt mindestens 22 %, sowie einer Bruchdehnung Aeomm von mindestens 25%, bevorzugt mindestens 26% quer zur Walzrichtung in Frage.

Die zuvor genannten Aluminiumkernlegierungen kombinieren sehr hohe Festigkeiten mit einem bereits sehr guten Umformvermögen, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren noch einmal deutlich gesteigert werden kann. - -

Wird als Aluminiumlegierung eine Legierung vom Typ AA6xxx und als mindestens eine äußere Aluminiumlegierungsschicht eine Aluminiumlegierung vom Typ AA8xxx verwendet oder als Aluminiumkernlegierung eine Legierung vom Typ AA5xxx und mindestens eine äußere Aluminiumlegierungsschicht eine Aluminiumlegierung von Typ AA8xxx, AAlxxx, AA5005, AA5005A verwendet, so können mit etablierten Legierungen Aluminiumverbundwerkstoffe hergestellt werden, welche extrem gute Umformeigenschaften aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die Aluminiumkernlegierung eine Legierung vom Typ AA6016 und die mindestens eine äußere Legierungsschicht eine Legierung vom Typ AA8079. Diese Kombination lässt in den oben erwähnten

Kreuzwerkzeugversuchen eine Niederhalterkraft zu, welche die der monolithischen Variante AA6016 um mehr als den Faktor 10 übersteigt. Diese verbesserten

Umformeigenschaften werden im Kreuzwerkzeug nicht nur bei einer Erhöhung der Niederhalterkraft, sondern auch bei einem vergrößerten Rondendurchmesser erreicht.

Wird ein Aluminiumverbundwerkstoff mit einer Aluminiumkernlegierung vom Typ AA6xxx gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens umgeformt, welcher eine Dicke von 0,5 mm bis 2,0 mm, bevorzugt 0,8 mm bis 1,5 mm aufweist, können die im Kraftfahrzeugbau auftretenden Festigkeitsanforderungen für Außenhautteile zusammen mit den gesteigerten Anforderungen an die Umformbarkeit erfüllt werden. Gleiches gilt auch für eine Aluminiumkernlegierung vom Typ AlMgö und mindestens einer äußeren Aluminiumlegierungsschicht vom Typ AA1050 oder AA5005 oder AA5005A. Bei allen genannten Legierungskombinationen ist sowohl das

Fließspannungsverhältnis kf,Außen/kf,Kern < 0,5. Wird ein Aluminiumverbundwerkstoff mit einer Kernlegierung vom Typ AA5xxx, insbesondere AlMg6 gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens umgeformt, - - welcher eine Dicke von 0,5 mm bis 3,5 mm, bevorzugt 1,0 mm bis 2,5 mm aufweist, können die für Strukturbauteile gestellten Festigkeitsanforderungen bei gleichzeitig verbesserter Umformbarkeit erfüllt werden. Bei der Herstellung des Aluminiumlegierungsverbundwerkstoffs kann sowohl ein Walzplattieren als auch ein simultanes Gießen verwendet werden. Beim

Walzplattieren wird zunächst ein Walzbarren aus dem

Aluminiumkernlegierungswerkstoff gegossen und homogenisiert. Anschließend wird/werden die Auflage(n) mit der Kernlegierung zu einem Paket zusammengesetzt und auf die Warmwalztemperatur angewärmt. Alternativ kann das Homogenisieren auch nach dem Paketbau erfolgen. Anschließend wird das angewärmte Paket warm und anschließend kalt an Enddicke gewalzt.

Bei den AA6xxx Werkstoffen erfolgt die Homogenisierung des Walzbarrens bei einer Temperatur von 500 °C bis 600 °C, bevorzugt 550 °C bis 580 °C, für mehr als eine Stunde. Das Warmwalzen erfolgt anders als in der eigenen internationalen

Patentanmeldung WO 2013/037918 AI ohne Warmbandabschreckung mit

Aufwickeltemperaturen von 300 °C bis 400 °C und einer typischen Dicke von 5 bis 10 mm. Für Außenhautteile wird dann ein erstes Kaltwalzen auf 3 bis 4 mm durchgeführt mit anschließender Zwischenglühung, beispielsweise im Kammerofen mit einer

Metalltemperatur von 370 °C bis 450 °C für mindestens lh. Durch ein abschließendes Lösungsglühen an Enddicke bei einer typischen Temperatur von etwa 500 °C bis 570 °C mit nachfolgendem Abschrecken und Kaltauslagern etwa bei Raumtemperatur für mindestens drei Tage können die Bänder im Zustand T4 ausgeliefert werden. Optional werden die Bänder unmittelbar nach dem Abschrecken einer Wärmebehandlung unterzogen, um das Aushärteverhalten bei der kathodischen Tauchlackierung zu beschleunigen.

Bei den AA5xxx-basierten Aluminiumverbundwerkstoffen werden

Zwischenglühtemperaturen und Weichglühtemperaturen von 300 °C bis 500°C verwendet. Darüber hinaus müssen AA5xxx- Werkstoffe keinen Abschreckvorgang - - durchlaufen, so dass das Schlussweichglühen im Kammerofen oder im Durchlaufofen erfolgen kann. Alternativ können AA5xxx-basierten Aluminiumverbundwerkstoffe auch direkt als Warmband eingesetzt werden. Als Werkstoffe kommen beispielsweise für die Kernlegierungsschicht die

Aluminiumlegierungen AA5182, AA5019, AlMg6, AA6016, AA6014, AA6022, AA6451, und die AA 6111 in Frage. Als äußere Aluminiumlegierungsschicht werden

Aluminiumlegierungen vom Typ AAlxxx oder AA8xxx, z.B. AA1050, AAllOO, AA1200, AA8011, AA8014, AA8021 und insbesondere AA8079 bevorzugt

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch die Verwendung eines Aluminiumverbundwerkstoffs gelöst, welcher eine Kernlegierungsschicht aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AASxxx oder AA6xxx und mindestens eine ein- oder beidseitig vorgesehene, äußere

Aluminiumlegierungsschicht aufweist, die im weich- oder lösungsgeglühten Zustand eine Dehngrenze R p o,2 von 25 MPa bis 60 MPa mit einem Verhältnis der

Fließspannungen im weich- oder lösungsgeglühten Zustand von kf, Außen/kf, Kern < 0,5, bevorzugt kf, Außen/kf, Kern < 0,4 aufweist, der in einem erfindungsgemäßen Umformverfahren verwendet wird. Die Verwendung der Aluminiumverbundwerkstoffe in einem solchen Umformverfahren ermöglicht insbesondere die Bereitstellung von großflächigen, einteiligen Blechteilen für den Kraftfahrzeugbau, entweder als Außenhautteil mit einer AA6xxx

Kernlegierung oder als nicht sichtbares Strukturteil mit einer AASxxx Kernlegierung, die besonders hohe Umformgrade benötigen.

Schließlich wird die oben aufgezeigte Aufgabe gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung durch ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren

umgeformtes, insbesondere tief- und/oder streckgezogenes Blechteil gelöst. Wie bereits ausgeführt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren großflächige - -

Blechteile aus einem einzigen Aluminiumverbundwerkstoff bereitzustellen und weitere Arbeitsschritte, wie beispielsweise das Fügen von kleineren, zu einer Einheit zusammenzufügenden Bauteilen, zu vermeiden. Es können damit deutlich größere und aufwändiger umgeformte Bauteile zur Verfügung gestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Blechteil vorzugsweise ein Strukturteil oder ein Außenhautteil eines Kraftfahrzeugs. Beispielsweise kann das Blechteil ein komplexes Bodenblech einer Bodengruppe sein oder ein Seitentürinnenteil, beispielsweise wenn ein Aluminiumkern vom Typ AA5xxx verwendet wird.

Außenhautteile wie Kotflügel, Motorhaube und insbesondere Seitenwände oder -rahmen können mit einem Aluminiumverbundwerkstoff mit einer AA6xxx

Kernlegierung bereitgestellt werden. Alle genannten Blechteile erfordern sehr hohe Umformgrade, welche mit dem erfindungsgemäßen Umformverfahren kombiniert mit den angegebenen Aluminiumverbundwerkstoffen erreicht werden können. Die Einsatzmöglichkeiten von Aluminiumwerkstoffen im Kraftfahrzeug können damit noch einmal gesteigert werden, da ein bisher nicht erreichtes Umformverhalten bei diesen Werkstoffen zur Verfügung gestellt wird.

Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. l in einer schematischen, perspektivischen Schnittdarstellung das

Kreuzwerkzeug zur Durchführung der Tiefziehversuche, Fig. 2 in einer vereinfachten Explosionsdarstellung den Stempel, Niederhalter und Matrize des Kreuzwerkzeugs aus Fig. 1,

Fig. 3 in einem Diagramm die Stempelkraft abhängig vom Stempelweg des

Kreuzwerkzeugs aus Fig. 1 einer monolithischen Variante vom Typ

AA6016, - -

Fig. 4 das Diagramm aus Fig. 3 bei Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Umformverfahrens,

Fig. 5 in einem Diagramm aus einem Zugversuch ermittelte Fließspannungen kf in Abhängigkeit von der Dehnung für die Werkstoffe AA6016,

AA5005, AA6463A, AA8079, AA1050,

Fig. 6 die Fließspannungen der Aluminiumwerkstoffe AA1050, AA8079,

AA6463A, AA5005 im Verhältnis zur Fließspannung der Aluminiumlegierung AA6016,

Fig. 7 in einem Diagramm die Fließspannungen des Werkstoffs AA8079 in

Abhängigkeit von der Dehnung im Verhältnis zur Fließspannung verschiedener möglicher Kernlegierungen vom Typ AA 6xxx,

Fig. 8 in einem Diagramm Fließspannungen kf in Abhängigkeit von der

Dehnung für die Werkstoffe AlMg6, AA1050, AA5005,

Fig. 9 in einem Diagramm die Fließspannungen der Werkstoffe AA1050,

AA5005 in Abhängigkeit von der Dehnung im Verhältnis zur

Fließspannung des Aluminiumwerkstoffs AlMg6,

Fig. 10, 11 zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Blechteile. In Fig. 1 ist zunächst die Konfiguration des Kreuzwerkzeugs in einer perspektivischen Schnittansicht dargestellt, wobei das Kreuzwerkzeug einen Stempel 1, einen

Niederhalter 2 sowie eine Matrize 3 umfasst. Das Blech 4, welches im Falle einer plattierten Variante beidseitig plattiert wurde, wies beispielsweise eine Dicke von 1,5 mm auf. Dies galt sowohl für die plattierte als auch die unplattierte Variante. Das als Ronde vorgesehene Blech wird durch die Stempelkraft Fst tiefgezogen, wobei mit der Kraft F der Niederhalter 2 und die Matrize 3 auf die Blechronde gedrückt wurden. - -

Der kreuzförmige Stempel 1 hatte entlang der Achsen des Kreuzes jeweils eine Breite von 126 mm, wohingegen die Matrize eine Öffnungsbreite von 129,4 mm aufwies. Die Blechronde aus dem Aluminiumwerkstoff wies unterschiedliche Durchmesser auf. Begonnen wurde mit einem Rondendurchmesser von 195 mm.

In Fig. 2 ist noch mal in einer Explosionsansicht von unten der Stempel 1, der

Niederhalter 2 sowie die Matrize 3 und das Blech 4 dargestellt. Mit dem

Kreuzwerkzeug können Belastungen des Werkstoffs während industrieller

Tiefziehversuche nachgeahmt werden und somit das Umformverhalten des zu testenden Werkstoffs überprüft werden. Dabei wurde der Stempel 1 mit einer

Geschwindigkeit von 1,5 mm pro Sekunde in Richtung Blech abgesenkt und das Blech 4 entsprechend der Form des Stempels tiefgezogen. Die Stempelkraft und der

Stempelweg bis zum Reißen der Probe wurden gemessen und aufgezeichnet. In Fig. 3 ist das Kraft-Weg-Diagramm der unplattierten Variante mit einem

Aluminiumlegierungswerkstoff vom Typ AA6016 dargestellt. Zu erkennen ist, dass bei Steigerung der Niederhalterkräfte von 30 auf 300 kN die Stempelkraft bereits bei 23 mm Stempelweg auf einen Wert von mehr als 120 kN steigt. Je höher die

Niederhalterkraft ist, desto früher steigt die Stempelkraft an. Es kommt bei etwa 26 mm Stempelweg und einer Niederhalterkraft von 300 kN zu einem Reißen des

Werkstoffs, was das Umformvermögen der unplattierten Variante begrenzt. Wird die Niederhalterkraft verringert, erhöht sich der Stempelweg auf etwa 35 mm bei 75 kN Niederhalterkraft bis der Werkstoff reißt. Bei 30 kN kommt es zu keinem Reißen des Werkstoffes.

Anhand Fig. 3 lässt sich das konventionelle Verfahren zur Einstellung der

Niederhalterkräfte und damit der Reibung im Tiefziehprozess ablesen. Der Fachmann wird versuchen, die Niederhalterkräfte so gering wie möglich zu halten, damit es nicht zu einem Reißen des Werkstoffes kommt. Andererseits wird der Fachmann bestrebt sein, die Niederhaltekräfte so einzustellen, dass es nicht zu einer Faltenbildung kommt. Der Umformprozess ist aber durch das Auftreten von Reißern bei gegebener Niederhalterkraft begrenzt.

Fig. 4 zeigt nun das Kraft- Weg-Diagramm für die Stempelkraft gemäß einem

Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Umformverfahrens, wobei der

Blechwerkstoff eine beidseitig plattierte Variante vom Typ A2-K1-A2 ist. Die

Zusammensetzung sowohl der in Fig. 3 dargestellten unplattierten Variante vom Typ AA6016 als auch der entsprechenden beidseitig plattierten Variante aus dem

Diagramm in Fig. 4 sind in der Tabelle 1 dargestellt.

In Fig. 4 erkennt man, dass die Stempelkraft Fst auf maximal 100 kN begrenzt ist, unabhängig von der jeweiligen Niederhalterkraft FN, welche von 300 bis 450 kN variiert wurde. Es zeigten sich keine Reißer bei dem erfindungsgemäßen

Umformverfahren. Der Werkstoff konnte auch bei Niederhalterkräften von über 300 kN mit einem Stempelweg von mehr als 35 mm ohne Reißer tiefgezogen werden. Das bedeutet, dass während der Umformung die Reibschubspannung des Werkstoffs, welche der Stempelkraft Fst entgegen wirkt, begrenzt wird und zwar auf den Wert der Schubfließspannung der äußeren Aluminiumlegierungsschicht. Es kommt auch bei der maximalen Stempelkraft von 450 kN zu keinem Reißen des

Aluminiumverbundwerkstoffs der Variante A2-K1-A2.

Die getesteten Aluminiumverbundwerkstoffe wurden wie folgt hergestellt;

Ein Walzbarren bestehend aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AA 6016 mit der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung wurde gegossen, bei 580 °C für mehr als 2h homogenisiert und mit einem Plattierwerkstoff der Legierungen AI, A2, A3, A4 beidseitig belegt und anschließend walzplattiert. Dabei wurde das Warmband mit einer Dicke von 12 mm und einer Warmwalzendtemperatur von mindestens 300 °C gefertigt., Anschließend wurde das Warmband bei einer Bandtemperatur von 350 °C für mehr als 2h geglüht und an 4 mm kaltgewalzt. Zur Erzielung einer

Außenhautqualität, d.h. zur Vermeidung des sogenannten Ropings, erfolgte bei dieser - -

Dicke eine Zwischenglühung, wobei das Band eine Temperatur von etwa 350 °C für 2h aufwies. Anschließend wurde das Band aus dem Aluminiumverbundwerkstoff auf 1,5 mm Enddicke kalt gewalzt und einem Lösungsglühen bei 500 °C bis 570 °C mit Abschrecken unterzogen, so dass die Aluminiumlegierungsbänder mit der

Kernlegierung Kl für die späteren Versuche im Zustand T4 nach Kaltauslagerung bei Raumtemperatur für ca. 2 Wochen vorlagen.

Die Aluminiumverbundwerkstoffe basierend auf einem AlMg6-Aluminiumkern wurden wie folgt hergestellt: Homogenisieren eines Barrens aus einer AlMg6- Legierung bei 500 °C bis 550°C für mehr als 2h, Aufbau des Plattierwalzbarrens durch beidseitiges Auflegen der Plattierwerkstoffe, anschließendes Walzplattieren auf 12 mm Dicke, Durchführen einer Warmbandglühung bei 350 °C für mehr als 2h,

Kaltwalzen auf 4 mm Dicke, Zwischenglühen des Kaltbandes bei 350 °C für mehr als 2h und abschließendes Kaltwalzen auf 1,5 mm Enddicke. Anstelle des Lösungsglühens wurde ein Weichglühen im Kammerofen bei 350 °C für 2 Stunden am Ende des Herstellweges durchgeführt.

Tabelle 1

Die Tabelle 1 zeigt die unterschiedlichen Legierungsgehalte der wesentlichen

Legierungsbestandteile in Gewichtsprozent Alle sechs Legierungen weisen neben Aluminium und den angegebenen Legierungsbestandteilen Si, Fe, Cu, Mn, Mg und Ti Verunreinigungen auf, welche einzeln maximal 0,05 Gew.-% betragen und in Summe maximal 0,15 Gew.-%. Alle Angaben in Tabelle 1 verstehen sich selbstverständlich ebenfalls in Gew.-%. - -

In Tabelle 2 sind die gemessenen mechanischen Kennwerte der verwendeten

Legierungstypen dokumentiert. Alle Angaben wurden im weich- oder

lösungsgeglühten Zustand gemäß DIN EN ISO 6892-1:2009 ermittelt.

Tabelle 2

In einem weiteren Versuch wurden für verschiedene Legierungskombinationen die maximalen Niederhaltekräfte bei verändertem Rondendurchmesser ermittelt. Es zeigte sich, dass insbesondere bei der Variante A2-K1-A2, welche eine

Aluminiumlegierung vom Typ AA6016 beidseitig plattiert mit einer

Aluminiumlegierungsschicht vom Typ AA8079 darstellt, der Rondendurchmesser weiter vergrößert werden konnte und erst bei einem Rondendurchmesser von 205 mm und einer maximalen Niederhalterkraft von mehr als 105 kN Reißer auftraten. Bei Rondendurchmessern von 195 mm bzw. 200 mm konnte selbst bei der im

Umformtest maximal möglichen Niederhalterkraft von 600 kN keine Reißer erzeugt werden. Da die monolithische Variante bereits bei einem Rondendurchmesser von 195 mm und einer maximalen Niederhalterkraft von 50 kN Reißer aufwies, stellt dies die exzellente Umformbarkeit der plattierten Variante in dem erfindungsgemäßen Umformverfahren unter Beweis. Die Ergebnisse des Kreuzwerkzeugsversuchs sind in Tabelle 3 zusammengefasst. R p0 ,2 entspricht dem Wert von kf bei 0,2% plastischer Dehnung und ist im Zugversuch messbar. In der Tabelle 3 ist zusätzlich das Verhältnis kf,A U ßen/kf, K e m bei einer wahren Dehnung von ca. 0,025 eingetragen, welches aus den Fig. 5 bis 9 für die jeweilige Werkstoffkombination entnommen ist.

Tabelle 3

Die plattierten Aluminiumlegierungsvarianten Al-Kl-Al sowie die A3-K1-A3 zeigten ebenfalls eine deutliche Steigerung in Bezug auf die maximale Niederhalterkraft bei einem Rondendurchmesser von 195 mm. Im Vergleich zur unplattierten Variante Kl stieg die maximale Niederhalterkraft, welche bei der unplattierte Variante Kl 50 kN betrug, um den Faktor 2,6 (Variante A3-K1-A3) bzw. um den Faktor 3,18 (Variante A3-K1-A3) an. Demgegenüber ermöglichte die Variante A4-K1-A4 keine signifikante Zunahme der maximalen Niederhalterkraft gegenüber der unplattierten Variante Kl.

Die in den Fig. 5 bis 9 dargestellten Messwerte wurden durch Zugversuche quer zur Walzrichtung gemäß DIN EN ISO 6892-1:2009 ermittelt. Dargestellt ist die

Fließspannung kf in Abhängigkeit der wahren Dehnung, wobei sich die wahre Dehnung wie folgt ergibt: φ = In (1 + ε) wobei φ die wahre Dehnung und ε die technische Dehnung bezeichnet

Zur Erläuterung zeigt Fig. 5 Spannungs-Dehnungskurven für verschiedene Werkstoffe, wobei die Fließspannung kf gegenüber der wahren Dehnung φ aufgetragen ist. In Fig. 5 ist zu erkennen, dass der Kernwerkstoff Kl eine deutlich höhere Fließspannung als die äußeren Plattierschichten AI, A2, A3 und A4 aufweist.

In Fig. 6 sind die Verhältnisse der Fließspannungen der äußeren

Aluminiumlegierungsschichten im Verhältnis zur Fließspannung der

Kernlegierungsschicht Kl dargestellt. Alle Varianten AI, A2 und A3 weisen ein

Verhältnis von kf,Außen/kf, ern von weniger als 0,5 auf. Lediglich die Variante A4, eine äußere Aluminiumlegierungsschicht vom Typ AA5005, hat ein

Fließspannungsverhältnis gegenüber einer Aluminiumlegierung vom Typ AA6016, welches größer als 0,5 ist.

Die gemessenen, maximalen Haltekräfte bei einem Rondendurchmesser von 195 mm zeigen, dass je weicher die äußere Aluminiumlegierungsschicht ist, desto größer werden die maximalen Niederhalterkräfte bei konstantem Rondendurchmesser. Da es sich bei dem Tiefziehversuch um eine plastische Verformung handelt, spielt aber auch die Verfestigung der äußeren Aluminiumlegierungsschicht eine Rolle.

Ein markanter Effekt im Hinblick auf die Vergrößerung der maximalen

Niederhalterkraft kann im Vergleich der Varianten Al-Kl-Al und der A2-K1-A2 beobachtet werden. Von der Aluminiumlegierung vom Typ AA8079 ist bekannt, dass diese bei plastischer Dehnung eine relativ geringe Verfestigung aufweist. Dieser Effekt scheint die maximal erreichbaren Ergebnisse in den Kreuzwerkzeug- Versuchen zu begünstigen. Die Kombination einer Aluminiumlegierungsschicht vom Typ AA6016 mit einer Aluminiumlegierung AA8079, also die Variante A2-K1-A2 zeigten trotz einem größeren Fließspannungsverhältnis im Vergleich zur Variante Al-Kl-Al eine enorme Steigerung der Niederhaltekräfte auf über 600 kN selbst bei Vergrößerung des Rondendurchmessers auf 200 mm. Derzeit wird die Erklärung dieses Ergebnisses darin gesehen, dass die Verfestigung der äußeren Aluminiumlegierungsschicht vom Typ AA8079 geringer ist als die des Kernwerkstoffs während der plastischen

Verformung und dass hierdurch das Fließen des Werkstoffs während des

Umformvorgangs begünstigt wird.

Fig. 7 zeigt die Verhältnisse der Fließspannungen kf,Außen einer äußeren

Aluminiumlegierungsschicht vom Typ AA 8079 im Verhältnis zu den Fließspannungen verschiedener denkbarer Kernlegierungen vom Typ AA 6xxx. Alle Varianten weisen ein Verhältnis von kf,Außen/kf, ern von weniger als 0,5 auf. Damit steht zu erwarten, dass auch solche Kombinationen von im Automobilbereich etablierten AA 6xxx

Kernlegierungen mit einer äußeren Aluminiumlegierungsschicht vom Typ AA 8079 die oben genannte markante Verbesserung der Umformbarkeit aufweisen. Ähnliche Ergebnisse konnten auch für eine andere Kernlegierung vom Typ AlMg6 erzielt werden, deren Spannungs-Dehnungskurven im Vergleich zu den Varianten A3 und A4 in Fig. 8 in einem Diagramm dargestellt sind. Fig. 9 zeigt wiederum das Verhältnis der Fließspannungen der äußeren Aluminiumlegierungsschichten A3 und A4 im Verhältnis zur Kernaluminiumlegierungsschicht vom Typ K2. Beide

Aluminiumverbundwerkstoffe zeigten eine maximale Niederhalterkraft von mehr als 600 kN bei einem Rondendurchmesser von 195 mm, während der unplattierte Vergleichswerkstoff K2 bereits bei einem Rondendurchmesser von 195 mm und einer maximalen Niederhalterkraft von 75 kN Reißer zeigte. Aus diesen Ergebnissen wird deutlich, dass eine deutliche Steigerung des

Umformverhaltens durch geschickte Wahl der Aluminiumkernlegierung und der äußeren Aluminiumlegierungsschicht ermöglicht wird. Die enormen Steigerungen in Bezug auf das Umformverhalten, welche durch Auswahl der

Aluminiumverbundwerkstoffe in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen

Umformverfahren einhergehen, ermöglichen es, große Blechteile, wie beispielsweise das in Fig. 10 dargestellte Seitenwandteil eines Kraftfahrzeugs oder auch das in Fig. 11 exemplarisch dargestellte Bodenblech eines Kraftfahrzeugs einteilig aus einem Blech bestehend aus einem Aluminiumverbundwerkstoff umgeformt mit dem

erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt werden kann. Bevorzugt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteile sind beispielsweise sichtbare Außenhautteile einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Seitenwandteile, Türaußenteile und Heckklappenaußenteile sowie Motorhauben etc. eines Kraftfahrzeugs, welche mit einer Aluminiumkernlegierung vom Typ AA6xxx hergestellt werden. Daneben werden bevorzugt alle anderen Struktur- und Fahrwerkteile, wie Türinnenteile, Bodenbleche etc., die nicht sichtbar sind und ebenfalls sehr hohe Umformgrade für eine wirtschaftliche Fertigung benötigen, mit einer Aluminiumkernlegierung vom Typ A5xxx, beispielsweise mit einer AA5182-Aluminiumkernlegierung hergestellt.