铝基复合材料和成型方法技术

本发明专利技术涉及一种铝基复合材料成型方法，该材料具有由AA5xxx或AA6xxx型铝合金构成的芯合金和至少一层单面或双面的外部铝合金层，其中该铝基复合材料在成型工具中成型而且该单面或双面的外部铝合金层在已软化退火或固溶退火状态下具有25MPa至60MPa屈服极限Rp0.2。本发明专利技术目的在于扩大汽车制造所需的AA5xxx和AA6xxx铝合金成型极限并提供一种成型方法，其实现特别在外表面质量上强度成型的大面积铝合金板材件制造，该目的由此实现：芯的铝合金屈服应力和至少一个外层在已软化退火或固溶退火状态下的屈服应力满足kf,外层/kf,芯＜0.5，在铝基复合材料成型期间在成型工具至少一个局部位置上工具和铝基复合材料之间的摩擦剪切应力TR在接触面达到外部铝合金层剪切屈服应力k外层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于成型由铝基复合材料构成的板材的方法，该铝基复合材料具有AA 5xxx或AA 6xxx类型铝芯合金和至少一个单面或双面设置的外部铝合金层，其中，该铝基复合材料在成型工具中成型而且单面或双面的外部铝合金层在已软化退火或已固溶退火的状态下具有25MPa至60MPa的屈服极限Rp0.2。除此之外，本专利技术还涉及该铝基复合材料在相应的成型方法中的使用以及由该铝基复合材料构成的成型的板材件。
技术介绍
由AA 6xxx类铝合金构成的板材在汽车制造中使用在车身中和用于车身安装件(车门、挡板、发动机盖等)。通常使用的合金，例如AA6016或AA6014，既在交货状态下(T4)表现出良好的成型性又在例如通过阴极浸漆的烤漆循环(Lackeinbrennzyklus)之后表现出显著增加的强度。该板材在状态T4下进行固溶退火。对于可见区域的构件，即所谓的外表面构件，另一个使用铝合金的前提条件是，良好的表面观感，即少条痕或无条痕的质量。在市场中对于成型性优化的并同时可以用于外表面构件的铝材能够用于对成型性有高要求的构件。但是，这些对成型性优化的板材却不能满足关于成型性的新的要求。由于铝有轻量化潜力，目前正为尚不能由铝制成的外表面构件寻求基于铝的解决方案。例如，机动车的大面积的侧壁件应作为一件式的构件由单个铝合金板制成。由于铝材有限的成型性，目前还不能生产这类大面积的板材件。由于缺少基于铝的解决方案，该类大面积的车身构件由钢材制成或该构件设计为多件式的铝构件，这会通过额外的接合步骤导致制造中增加的支出。申请人已开发了一种材料，该材料满足了对成型性提出的非常高的要求而且以T4状态下的高应变数值为特征。该铝基复合材料已经在国际申请WO 2013/037918A1中公开。但是该材料的制造方法目的在于材料的最大成型性，在实际中仍能够看到由制造条件所造成的条痕效应(Roping Effekte)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，扩大铝合金的成型极限，特别是机动车制造所需要的AA6xxx和AA5xxx型铝合金的成型极限，并且提供一种成型方法，该方法实现了大面积的、强度成型的铝合金板材件的制造，特别是以外表面质量级的制造。除此之外，还应提出该铝基复合材料的应用以及提供相应制成的板材件。根据本专利技术的第一教导，通过用于由铝基复合材料制成的板材的成型方法实现了上述目的，其中，芯的铝合金的屈服应力和至少一个外层在已软化退火或已固溶退火的状态下的屈服应力的比率适用kf,外层/kf,芯＜0.5，优选kf,外层/kf,芯＜0.4，而且在铝基复合材料的成型期间在成型工具中的至少一个局部位置上，工具和铝基复合材料之间的摩擦剪切应力τR在接触面中达到外部铝合金层的剪切屈服应力k外层。根据库伦摩擦定律，在成型工具和铝基复合材料的外部铝层之间的接触面中的摩擦剪切应力适用：|τR|＝min(k,μ×|pN|)   (1)其中τR为摩擦剪切应力，μ为摩擦系数，pN为产生摩擦的接触标准压或表面压力而且k为铝基复合材料的较软外层的剪切屈服应力。以上述的函数(1)得到了摩擦剪切应力绝对值的两个范围：1.)τR＝μ×|PN|其中μ×|PN|＜k和2.)τR＝k其中μ×|PN|≥k。在最简单的情况中，μ在成型过程中保持恒定，从而在增加的表面压力下摩擦剪切应力τR线性增高。但当τR达到与成型工具相接触的材料的剪切屈服应力k时，该摩擦剪切应力限定为该剪切屈服应力k。根据冯·米塞斯(von Mi ses)理论，对于待成型的材料的剪切屈服应力k和屈服应力kf适用：k=kf/3,]]>其中在0.2％的塑性应变下的kf相当于拉伸试验中确定的屈服极限Rp0.2。较软的外部铝合金层与成型工具相接触，该外部铝合金层的屈服应力kf,外层及其剪切屈服应力k外层也明显小于铝芯合金的屈服应力kf,芯。因此，对于在成型期间成型工具和铝基复合材料之间的接触中的摩擦剪切应力至少在一个局部位置上适用：τR＝k外层。由此可以明显看出，外部铝合金层的剪切屈服应力k外层或者确切的说其屈服应力kf,外层的数值越小，在工具中相反于材料的运动方向的摩擦力就越小。结果是，由该铝基复合材料构成的板材在这种情况下更容易地进入到例如深冲工具中。只要较软的外部铝合金层基本与成型工具产生接触，这也适用于单面设置有外部铝合金层的铝基复合材料。还发现，要求保护的材料组合实现了，在铝基复合材料的成型期间在至少一个局部位置上，铝基复合材料中的摩擦剪切应力τR达到所述外部铝合金层的剪切屈服应力K外层并限定于该数值，该材料组合由AA5xxx或AA6xxx型铝合金的芯合金和单面或双面设置的较软的外部铝合金层组成，该外部铝合金层与芯合金的屈服应力比小于0.5，优选小于0.4。与由芯合金构成的单片式板材相比，以此实现了铝基复合材料的明显改善的成型性。由于本专利技术为了达到成型程度而在技术教导中包括了在成型过程中对摩擦剪切应力的影响，因此不同于申请人所有的WO2013/037918A1中的方式本专利技术开创了一种全新的方式。与目前的处理方法相反，在此利用了通过较软的外部铝合金层的剪切屈服应力限制摩擦剪切应力这一效应。通过十字形工具在实验室标准下的成型技术试验中显示，只要保持所涉及的铝合金的上述屈服应力比kf,外层/kf,芯，那么在相同的工具形状和能够比较的润滑条件下压紧力可以至少提高2.6倍。在十字形工具试验中，从更高的可能的压紧力可以推断出相应的铝基复合材料明显改善的成型性，特别是在深冲过程中的成型性。因为与铝芯合金的剪切屈服应力相比，较软的外部层的剪切屈服应力相对较低，因此在成型中摩擦剪切应力显著地减小，这实现了更大的工艺窗口。这开启了这样一种可能性，例如机动车的一件式的侧壁件能够由以外表面质量的铝利用AA6xxx型铝合金制成，以此相对于多件式的基于铝的解决方案产生了更大的成本节约的潜力。这同样适用于主要使用在内部部分和结构部分中的AA5xxx型的AlMg铝芯合金，从而也可以制造要求较高成型程度的大面积的内部部分或结构部分。根据该方法的另一个实施方式，成型包括深冲过程和/或拉伸过程。在成型过程中，摩擦剪切应力τR使板材材料与成型工具间的相对运动变得困难。如上所实施的，摩擦剪切应力τR限制为较软的外部铝合金层的剪切屈服应力K外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基复合材料的成型方法，所述铝基复合材料具有由AA 5xxx或AA 6xxx型的铝合金构成的芯合金和至少一层单面或双面设置的外部铝合金层，其中，所述铝基复合材料在成型工具中成型而且单面或双面的所述外部铝合金层在软化退火或固溶退火后的状态下具有25MPa至60MPa的屈服极限Rp0.2，其特征在于，芯的铝合金的屈服应力与至少一层外部层在所述软化退火或固溶退火后的状态下的屈服应力适用于kf,外层/kf,芯＜0.5，而且在所述铝基复合材料的所述成型期间在成型工具中的至少一个局部位置上，所述工具和所述铝基复合材料之间的摩擦剪切应力τR在接触面中达到所述外部铝合金层的剪切屈服应力k外层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.30 EP 12190672.11.一种铝基复合材料的成型方法，所述铝基复合材料具有由AA 
5xxx或AA 6xxx型的铝合金构成的芯合金和至少一层单面或双面设
置的外部铝合金层，其中，所述铝基复合材料在成型工具中成型而且
单面或双面的所述外部铝合金层在软化退火或固溶退火后的状态下
具有25MPa至60MPa的屈服极限Rp0.2，其特征在于，芯的铝合金
的屈服应力与至少一层外部层在所述软化退火或固溶退火后的状态
下的屈服应力适用于kf,外层/kf,芯＜0.5，而且在所述铝基复合材料的
所述成型期间在成型工具中的至少一个局部位置上，所述工具和所述
铝基复合材料之间的摩擦剪切应力τR在接触面中达到所述外部铝合
金层的剪切屈服应力k外层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型包括一
个深冲过程和/或拉伸过程。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一
个外部铝合金层以整个铝基复合材料厚度的5％至15％成型。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，
通过提高所述铝基复合材料与压紧板之间的表面压力使成型期间的
所述摩擦剪切应力τR变大。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，
成型所述AA6xxx或AA5xxx型的铝芯合金，所述铝芯合金在固溶退火
后或软化状态下具有至少20％，优选至少22％的均匀应变Ag。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，
AA6xxx型合金用作所述铝芯合金并且AA8xxx型铝合金用作至少一层
的所述外部铝合金层...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨克扬·布林克曼，斯特芬·克勒，奥拉夫·恩格勒，纳塔莉·霍斯特尔，迪特马尔·施罗德，霍尔格·阿雷茨，
申请(专利权)人：海德鲁铝业钢材有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE