DE102011080528B3

DE102011080528B3 - Method and tool for heat treatment of aluminum sheet material and heat treated aluminum sheet material according to such a method

Info

Publication number: DE102011080528B3
Application number: DE201110080528
Authority: DE
Inventors: Michael Lechner; Andreas Kuppert; Prof.Dr.-Ing. Merklein Marion
Original assignee: Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Current assignee: Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2031-08-06
Also published as: EP2554288A1; EP2554288B1

Abstract

Ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Aluminiumblechwerkstoff umfasst die Verfahrensschritte Bereitstellen von Aluminiumblechwerkstoff (8), Erwärmen des Aluminiumblechwerkstoffs (8) auf eine Temperatur (T) größer oder gleich einer Erwärmungstemperatur (Ter), Halten der Temperatur (T) während einer Erwärmungsdauer (ter), Abschrecken mindestens eines Abschreckungsbereichs (10) des Aluminiumblechwerkstoffs (8) auf eine Temperatur (T) kleiner oder gleich einer Abschrecktemperatur (Tschr), wobei das Abschrecken innerhalb einer Abschreckdauer (tschr) erfolgt, Abkühlen mindestens eines Abkühlungsbereichs (11) des Aluminiumblechwerkstoffs (8) auf eine Temperatur (T) kleiner oder gleich einer Abkühltemperatur (Tk), insbesondere Umgebungstemperatur (Tu), wobei das Abkühlen innerhalb einer Abkühldauer (tk) erfolgt, die größer ist als die Abschreckdauer (tschr).A method for heat treating aluminum sheet material comprises the steps of providing aluminum sheet material (8), heating the aluminum sheet material (8) to a temperature (T) greater than or equal to a heating temperature (Ter), maintaining the temperature (T) during a heating period (ter), Quenching at least one quench zone (10) of the aluminum sheet material (8) to a temperature (T) less than or equal to a quenching temperature (Tschr), quenching within a quenching period (TCR), cooling at least one cooling zone (11) of the aluminum sheet material (8). to a temperature (T) less than or equal to a cooling temperature (Tk), in particular ambient temperature (Tu), the cooling occurring within a cooling time (tk) which is greater than the quenching time (Tschr).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Aluminiumblechwerkstoff, ein Werkzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens und einen nach einem derartigen Verfahren wärmebehandelten Aluminiumblechwerkstoff.The invention relates to a method for the heat treatment of aluminum sheet material, a tool for carrying out such a method and an aluminum sheet material heat-treated by such a method.

Aluminiumblechwerkstoffe sind in verschiedenen Legierungszusammensetzungen als Leichtbauwerkstoff durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Es sind aushärtbare Aluminiumlegierungen bekannt, die als Hauptlegierungselemente Silizium und Magnesium aufweisen. Weitere Legierungselemente können enthalten sein. Derartige Aluminiumlegierungen werden gemäß einem internationalen Standard in einer Klasse mit der Bezeichnung AA6xxx zusammengefasst. Derartige AlMgSi-Legierungen weisen ein vergleichsweise hohes Umformvermögen auf, da die Legierungselemente Silizium und Magnesium bei der Herstellung des Aluminiumblechwerkstoffs nicht in gelöster Form sondern als übersättigter Mischkristall vorliegen. Dieser Werkstoffzustand ist zeitlich instabil, d. h. nach der Blechherstellung setzt ein spontaner Kaltauslagerungsprozess ein, wodurch die Festigkeit des Werkstoffes ansteigt und dessen Umformbarkeit reduziert wird. Alternativ kann der Aluminiumblechwerkstoff auch einem Warmauslagerungsprozess ausgesetzt werden. Zudem existieren ausscheidungshärtbare Aluminiumlegierungen mit den Hauptlegierungselementen Zink und Magnesium. Diese können analog kalt- und warmausgelagert werden und werden unter der Bezeichnung 7xxx zusammengefasst. Aus dem Fachbuch „Kontinuierliche Zeit-Temperatur-Ausscheidungsdiagramme von Al-Mg-Si-Legierungen” von Milkereit, Shaker Verlag, 2011, ist bekannt, dass ein Abschrecken mit einer Abschreckgeschwindigkeit im Anschluss an ein Lösungsglühen der Aluminiumlegierung die Härte des derart wärmebehandelten Werkstoffes beeinflusst. Mit sinkender Abkühlgeschwindigkeit nehmen die Härte und Festigkeit des Blechwerkstoffs ab.Aluminum sheet materials are known in various alloy compositions as a lightweight material by obvious prior use. Curing aluminum alloys are known which have silicon and magnesium as the main alloying elements. Other alloying elements can be included. Such aluminum alloys are grouped according to an international standard in a class called AA6xxx. Such AlMgSi alloys have a comparatively high formability, since the alloying elements silicon and magnesium are present in the production of the aluminum sheet material not in dissolved form but as a supersaturated mixed crystal. This material state is unstable in time, d. H. After sheet metal production, a spontaneous cold aging process sets in, increasing the strength of the material and reducing its formability. Alternatively, the aluminum sheet material may also be subjected to a thermal aging process. In addition, precipitation-hardenable aluminum alloys with the main alloying elements zinc and magnesium exist. These can be stored analogously cold and warm and are summarized under the name 7xxx. It is known from Milkereit, Shaker Verlag, 2011, "Continuous time-temperature precipitation diagrams of Al-Mg-Si alloys," that quenching at a quench rate following solution heat treatment of the aluminum alloy affects the hardness of the material so heat-treated , As the cooling rate decreases, the hardness and strength of the sheet material decreases.

Aus der DE 196 20 196 A1 und aus der DE 10 2010 033 864 A1 sind Verfahren zur Wärmebehandlung von Aluminiumblechwerkstoff bekannt. Lokal begrenzte Bereiche eines Zuschnittes des Aluminiumblechwerkstoffs, der auch als Aluminiumplatine bezeichnet wird, werden erwärmt, um damit eine lokal begrenzte Entfestigung des Werkstoffs zu bewirken. Dadurch ist es möglich, eine Aluminiumplatine herzustellen, die lokal unterschiedliche Werkstoffeigenschaften aufweist, die beispielsweise für einen nachfolgenden Umformprozess optimiert sind. Später umzuformende Bereiche der Platine werden entfestigt, um einen Werkstofffluss aus diesen Bereichen zu erleichtern und gleichzeitig die erforderlichen Umformkräfte zu reduzieren. Bereiche der Platine, die während der Umformung kraftübertragende Funktion haben, werden nicht entfestigt. Ein nachfolgender Umformprozess der so wärmebehandelten Platine kann in einem kalten Zustand erfolgen wie beispielsweise bei Raumtemperatur. Die genannten Verfahren erfordern aufwändige Wärmebehandlungsstrategien und -werkzeuge wie Laserstrahlquellen, wobei eine lokale Erwärmung des Blechwerkstoffs gewährleistet werden muss. Insbesondere für die Massenherstellung wärmebehandelter Platinen für die Anwendung in der Automobilherstellung sind derartige Verfahren kaum geeignet. Darüber hinaus ist der Wärmebehandlungszustand der Platinen auf Grund des nach der Wärmebehandlung spontan einsetzenden Kaltauslagerungsprozesses zeitlich instabil. Die Eingliederung eines derartigen Wärmebehandlungsprozesses in einen Fertigungsablauf ist kompliziert. Eine Störung des Wärmebehandlungsprozesses bewirkt eine Unterbrechung eines möglicherweise nachfolgenden Umformprozesses.From the DE 196 20 196 A1 and from the DE 10 2010 033 864 A1 are known methods for heat treatment of aluminum sheet material. Locally confined areas of a blank of the aluminum sheet material, also referred to as aluminum plate, are heated to effect localized softening of the material. This makes it possible to produce an aluminum plate having locally different material properties, which are optimized for example for a subsequent forming process. Later to be reshaped areas of the board are softened to facilitate a flow of material from these areas, while reducing the required forming forces. Areas of the board that have a force-transmitting function during forming are not softened. A subsequent forming process of the so-heat-treated board can be done in a cold state such as at room temperature. The methods mentioned require complex heat treatment strategies and tools such as laser beam sources, whereby a local heating of the sheet material must be ensured. In particular, for the mass production of heat-treated circuit boards for use in the automotive industry, such methods are hardly suitable. In addition, the heat treatment state of the boards is unstable in time due to the spontaneous onset of cold treatment process after the heat treatment. The incorporation of such a heat treatment process into a manufacturing process is complicated. A disturbance of the heat treatment process causes an interruption of a possibly subsequent forming process.

Aus der DE 103 29 981 A1 ist eine Aufprallschutzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt, bei dem ein Aluminiumhalbzeug wärmebehandelt wird, in dem es erwärmt, in einem bestimmten Bereich mit Wasser abgeschreckt und in einem lokal unterschiedlichen Bereich danach langsam abgekühlt wird. Im abgeschreckten Bereich weist das Halbzeug eine erhöhte Festigkeit auf. Das Halbzeug besteht aus einer aushertbaren Aluminiumlegierung.From the DE 103 29 981 A1 An impact protection device for a motor vehicle and a method for the production thereof is known, in which a semi-finished aluminum product is heat treated, in which it is heated, quenched in a certain area with water and then slowly cooled in a locally different area. In the quenched region, the semifinished product has an increased strength. The semi-finished product consists of a aushertbaren aluminum alloy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Aluminiumblechwerkstoff derart zu schaffen, dass eine Einstellung lokal maßgeschneiderter Werkstoffeigenschaften des Aluminiumblechwerkstoffs erleichtert und zuverlässigbarer durchführbar ist.The invention is based on the object to provide a method for heat treatment of aluminum sheet material such that an adjustment of locally tailored material properties of the aluminum sheet material is facilitated and more reliable feasible.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Werkstoffeigenschaften von Aluminiumblechwerkstoff lokal unterschiedlich einstellbar sind, indem verschiedene Abkühlvorgänge lokal unterschiedlich auf dem Aluminiumblechwerkstoff angewendet werden. Unter verschiedenen Abkühlvorgängen wird verstanden, dass die Abkühlvorgänge mit verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten durchgeführt werden, d. h. dass das Abkühlen des Aluminiumblechwerkstoffs lokal unterschiedlich schnell erzwungen wird. Es ist vorteilhaft, wenn der Aluminiumblechwerkstoff als Aluminiumplatine zur Verfügung steht, da die Temperaturführung sowohl während des Erwärmens als auch während des Abkühlens mit höherer Genauigkeit möglich ist. Es ist aber auch möglich, den Aluminiumblechwerkstoff z. B. mit einer Haspel in Form eines Blechbandes kontinuierlich zur Verfügung zu stellen. Dadurch kann die Ausstoßrate des Verfahrens erhöht werden, da eine separate Handhabung einzelner Blechzuschnitte nicht erforderlich ist.This object is solved by the features of claim 1. The core of the present invention is that the material properties of aluminum sheet material are locally adjustable differently by different cooling processes are locally applied differently on the aluminum sheet material. By different cooling processes is meant that the cooling operations are carried out at different cooling rates, i. H. that the cooling of the aluminum sheet material is forced locally at different speeds. It is advantageous if the aluminum sheet material is available as an aluminum plate, since the temperature control is possible both during heating and during cooling with higher accuracy. But it is also possible, the aluminum sheet z. B. with a reel in the form of a metal strip continuously available. As a result, the discharge rate of the method can be increased because a separate handling of individual blanks is not required.

Während der Wärmebehandlung wird der Aluminiumblechwerkstoff zunächst auf eine Temperatur größer oder gleich einer Erwärmungstemperatur erwärmt. Dieser Erwärmungsschritt wird auch als Lösungsglühen bezeichnet. Je nach Legierungszusammensetzung des verwendeten Aluminiumblechwerkstoffs kann die Erwärmungstemperatur variieren. Für aushärtbare Aluminiumlegierungen mit den Legierungsbestandteilen Silizium und Magnesium, so genannte AlMgSi-Legierungen wie beispielsweise AA6016 oder AA6181, kann die Erwärmungstemperatur für das Lösungsglühen im Bereich zwischen 480°C und 540°C liegen. Die Temperatur wird auf einem Temperaturniveau größer oder gleich der Erwärmungstemperatur während einer Erwärmungsdauer, die beispielsweise etwa eine Stunde betragen kann, gehalten. Für AA6060 beträgt die Lösungsglühdauer ca. 20 Minuten. Das Einhalten der Erwärmungsdauer gewährleistet ein Lösen der Legierungsbestandteile in einem ausreichenden Maß. Anschließend erfolgt ein Abschrecken mindestens eines Abschreckungsbereichs des Aluminiumblechwerkstoffs. Die Temperatur der Aluminiumplatine wird von der Erwärmungstemperatur auf eine Temperatur, die kleiner oder gleich einer Abschrecktemperatur ist, abgesenkt. Das Abschrecken erfolgt innerhalb einer Abschreckdauer, die beispielsweise mehr als 100 K/s, insbesondere mehr als 160 K/s betragen kann. Infolge des Abschreckens, d. h. durch das Abkühlen innerhalb kurzer Zeit, werden diffusionsgesteuerte Ausscheidungsvorgänge unterdrückt, so dass die Legierungselemente in einem zwangsgelösten Zustand vorliegen. In mindestens einem Abschreckungsbereich weist der Aluminiumblechwerkstoff beispielsweise eine vergleichsweise hohe Streckgrenze und eine hohe Zugfestigkeit auf. Weiterhin erfolgt ein Abkühlen mindestens eines Abkühlungsbereichs des Aluminiumblechwerkstoffs auf eine Temperatur kleiner oder gleich einer Abkühltemperatur, die beispielsweise die Umgebungstemperatur sein kann. Die Umgebungstemperatur kann beispielsweise Raumtemperatur sein. Das Abkühlen erfolgt innerhalb einer Abkühldauer, wobei die Abkühldauer größer ist als die Abschreckdauer. Das bedeutet, dass das Abkühlen mindestens eines Abkühlungsbereichs mit einer geringeren Abkühlungsgeschwindigkeit erfolgt als das Abschrecken mindestens einen Abschreckungsbereichs. Der Abschreckungsbereich und der Abkühlungsbereich können aneinander angrenzen, sind jedoch geometrisch von einander getrennt. Die beiden Bereiche überlagern sich nicht. Dadurch weisen der Abschreckungsbereich und der Abkühlungsbereich voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften auf. Insbesondere ist es möglich, beispielsweise die Streckgrenze und/oder die Festigkeit in dem Abkühlungsbereich gegenüber den korrespondierenden Werten in dem Abschreckungsbereich gezielt zu reduzieren. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass ein Unterschied der eingestellten Werkstoffeigenschaften in dem Abschreckungsbereich und in dem Abkühlungsbereich qualitativ zeitlich stabil ist. Das bedeutet, dass trotz einer spontan einsetzenden Kaltauslagerung, ein infolge der Wärmebehandlung erzeugter Differenzbetrag der mechanischen Eigenschaften im Wesentlichen näherungsweise unverändert bleibt. Beispielsweise kann ein nachgelagerter Umformprozess, insbesondere zeitlich und räumlich, entkoppelt von der Wärmebehandlung des Aluminiumblechwerkstoffs erfolgen. During the heat treatment, the aluminum sheet material is first heated to a temperature equal to or higher than a heating temperature. This heating step is also referred to as solution annealing. Depending on the alloy composition of the aluminum sheet material used, the heating temperature may vary. For hardenable aluminum alloys with the alloying constituents silicon and magnesium, so-called AlMgSi alloys such as AA6016 or AA6181, the heating temperature for solution annealing may be in the range between 480 ° C and 540 ° C. The temperature is maintained at a temperature level equal to or higher than the heating temperature during a heating period, which may be about one hour, for example. For AA6060, the solution annealing time is about 20 minutes. The maintenance of the heating time ensures a release of the alloy components to a sufficient extent. Subsequently, a quenching of at least one quenching region of the aluminum sheet material takes place. The temperature of the aluminum board is lowered from the heating temperature to a temperature less than or equal to a quenching temperature. The quenching takes place within a quenching time, which may be, for example, more than 100 K / s, in particular more than 160 K / s. As a result of the quenching, ie by the cooling within a short time, diffusion-controlled precipitation processes are suppressed, so that the alloying elements are in a positively dissolved state. In at least one quench zone, the aluminum sheet material has, for example, a comparatively high yield strength and a high tensile strength. Furthermore, a cooling of at least one cooling region of the aluminum sheet material to a temperature less than or equal to a cooling temperature, which may be, for example, the ambient temperature. The ambient temperature may be, for example, room temperature. The cooling takes place within a cooling period, wherein the cooling time is greater than the quenching time. This means that at least one cooling zone is cooled at a lower cooling rate than quenching at least one quench zone. The quench area and the cooling area may be adjacent but geometrically separated from each other. The two areas do not overlap. As a result, the quench area and the cooling area have different mechanical properties from each other. In particular, it is possible, for example, to deliberately reduce the yield strength and / or the strength in the cooling region compared with the corresponding values in the quench region. It has turned out to be particularly advantageous that a difference of the adjusted material properties in the quenching area and in the cooling area is qualitatively temporally stable. This means that, despite a spontaneous onset of cold aging, a differential amount of the mechanical properties generated as a result of the heat treatment remains essentially approximately unchanged. For example, a downstream forming process, in particular temporally and spatially, can be decoupled from the heat treatment of the aluminum sheet material.

Das Abschrecken ist aufgrund des im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmals mit hoher Zuverlässigkeit durchführbar. Insbesondere kann ein versehentliches Abschrecken des Abkühlungsbereichs vermieden werden, da der mindestens eine Abkühlungsbereich mittels eines Werkzeugs abgeschirmt ist. Für den Fall, dass während des Abschreckens Abschreckmedium unerwünscht mit dem Werkzeug in Kontakt kommt, führt dies zu einer Abkühlung des Werkzeugs, wobei die Abkühlung im Vergleich zu dem Abschrecken verzögert erfolgt. Durch den Kontakt des Abschreckmediums mit dem Werkzeug wird dieses in den Randbereichen schneller abkühlen. Es entsteht ein Wärmeübergangsbereich, welcher sich auch in der Festigkeitsverteilung wiederspiegelt.Quenching is feasible due to the feature specified in the characterizing part of claim 1 with high reliability. In particular, accidental quenching of the cooling region can be avoided since the at least one cooling region is shielded by means of a tool. In the event that quench medium undesirably comes into contact with the tool during quenching, this results in cooling of the tool, with cooling being delayed as compared to quenching. Due to the contact of the quenching medium with the tool, it will cool down faster in the edge regions. The result is a heat transfer area, which is reflected in the strength distribution.

Das Verfahren zur Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Herstellung von Aluminiumblechwerkstoff mit lokal maßgeschneiderten, qualitativ zeitstabilen Werkstoffeigenschaften. Insbesondere ist es möglich, die Werkstoffeigenschaften direkt während der Herstellung des Aluminiumblechwerkstoffs einzustellen. Eine nachgelagerte Wärmebehandlung, die bei den Verfahren gemäß dem Stand der Technik durch eine zusätzliche lokale Erwärmung vorgefertigter Platinen erfolgt, ist bei dem vorliegenden Verfahren nicht erforderlich. Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren für eine bereits hergestellte, insbesondere ausgehärtete Aluminiumplatine anzuwenden beispielsweise in einem blechverarbeitenden Betrieb wie Automobil- oder Flugzeughersteller oder deren Zulieferer.The method of heat treatment according to the present invention enables the production of aluminum sheet material with locally tailored, high-quality time material properties. In particular, it is possible to adjust the material properties directly during the production of the aluminum sheet material. Downstream heat treatment, which occurs in the prior art processes through additional local heating of prefabricated sinkers, is not required in the present process. It is also possible to use the method according to the invention for an already produced, in particular hardened, aluminum plate, for example in a sheet metal processing plant, such as automobile or aircraft manufacturer or their suppliers.

Es ist insbesondere möglich, mehrere Abkühlungsbereiche und/oder mehrere Abschreckungsbereiche auf der Aluminiumplatine vorzusehen. Zudem ist es möglich, Abschreckungsbereiche vorzusehen, wobei die jeweiligen Abschreckdauern der Abschreckungsbereiche voneinander verschieden sind. Damit ist es möglich, eine Aluminiumplatine mit einer größeren Gestaltungsvielfalt hinsichtlich der einzustellenden mechanischen Eigenschaften herzustellen. Insbesondere ist es möglich, benachbarte Abschreckungsbereiche derart einzustellen, dass ein abgestufter Übergang der Werkstoffeigenschaften wie beispielsweise von einer hohen Zugfestigkeit in dem Abschreckungsbereich hin zu stufenweise reduzierten Festigkeiten in weiteren Abschreckungsbereichen realisiert wird. Wesentlich für die Einstellung der Werkstoffeigenschaften ist die Abschreckrate, d. h. eine Abkühlung pro Zeit.In particular, it is possible to provide a plurality of cooling regions and / or a plurality of quenching regions on the aluminum plate. In addition, it is possible to provide deterrent areas, wherein the respective quenching durations of the deterrent areas are different from each other. This makes it possible to produce an aluminum plate with a greater variety of design with regard to the mechanical properties to be set. In particular, it is possible to adjust adjacent quench areas such that a gradual transition of material properties such as from a high tensile strength in the quench area to gradually reduced strengths in others Deterrence areas is realized. Essential for the adjustment of the material properties is the quench rate, ie one cooling per time.

Bei einem Verfahren nach Anspruch 2 kann die Abschreckgeschwindigkeit und damit die Abschreckdauer eingestellt werden. Die Wärmeabfuhr von dem mindestens einen Abschreckungsbereich der Aluminiumplatine ist durch ein Abschreckmedium gegenüber einer Abkühlung an Luft erhöht. Wasser ist als Abschreckmedium besonders geeignet und insbesondere vielerorts verfügbar. Insbesondere erfolgt das Abschrecken durch gezieltes Zuführen des Abschreckmediums in dem Abschreckungsbereich. Es ist auch möglich, andere Abschreckmedien, insbesondere Öl oder gasförmige Abschreckmedien wie beispielsweise N₂ oder CO₂ zu verwenden.In a method according to claim 2, the quenching rate and thus the quenching time can be adjusted. The heat dissipation from the at least one quench area of the aluminum board is increased by a quench medium against cooling in air. Water is particularly suitable as a quenching medium and in particular available in many places. In particular, the quenching is carried out by deliberately supplying the quenching medium in the quenching area. It is also possible to use other quenching media, especially oil or gaseous quenching media such as N ₂ or CO ₂ .

In einem Verfahren nach Anspruch 3 erfolgt das Abkühlen von mindestens einem Abkühlungsbereich an Luft. Ein derartiger Abkühlvorgang ist mit geringem apparativem Aufwand umsetzbar. Das Abkühlen kann zusätzlich dadurch verzögert werden, dass der Abkühlungsbereich durch Stahlplatten abgedeckt ist. In diesem Fall wirken die Stahlplatten als Wärmespeicher, so dass eine verlangsamte Wärmeabgabe von dem Abkühlungsbereich über die Stahlplatten an die Umgebung resultiert.In a method according to claim 3, the cooling of at least one cooling zone takes place in air. Such a cooling process can be implemented with little equipment. The cooling can be additionally delayed by the fact that the cooling area is covered by steel plates. In this case, the steel plates act as a heat storage, so that a slower heat output from the cooling area on the steel plates to the environment results.

Bei einem Verfahren nach Anspruch 4 sind der Ablauf und die Durchführung zusätzlich vereinfacht. Dadurch, dass der Aluminiumblechwerkstoff bereits vor dem Erwärmen in ein Werkzeug eingelegt und gemeinsam mit diesem erwärmt wird, kann es vermieden werden, den Aluminiumblechwerkstoff in einem erwärmten Zustand in ein gegebenenfalls kaltes Werkzeug einlegen zu müssen. Die Handhabung des Aluminiumblechwerkstoffs ist vereinfacht.In a method according to claim 4, the procedure and the implementation are additionally simplified. The fact that the aluminum sheet material is already placed in a tool before heating and heated together with this, it can be avoided to have to insert the aluminum sheet material in a heated state in an optionally cold tool. The handling of the aluminum sheet material is simplified.

Ein Verfahren nach Anspruch 5 ermöglicht eine zielgerichtete Auslegung einer herzustellenden Aluminiumplatine mit lokal maßgeschneiderten Werkstoffeigenschaften. Mittels eines numerischen Berechnungsverfahrens ist es möglich, für eine nachfolgende Umformung der Platine sowohl erforderliche mechanische Eigenschaften als auch deren Anordnung und Ausdehnung auf der Platine zu berechnen. Auf Basis der so berechneten Verteilung der mechanischen Eigenschaften können Abkühlungsbereiche und Abschreckungsbereiche für die Wärmebehandlung festgelegt werden.A method according to claim 5 enables a targeted design of an aluminum plate to be produced with locally tailored material properties. By means of a numerical calculation method, it is possible to calculate both required mechanical properties as well as their arrangement and extent on the board for subsequent shaping of the board. Based on the distribution of the mechanical properties thus calculated, cooling ranges and quenching ranges for the heat treatment can be set.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Aluminiumblechwerkstoff mit lokal maßgeschneiderten Werkstoffeigenschaften bereitzustellen.It is a further object of the present invention to provide aluminum sheet material having locally tailored material properties.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass Aluminiumblechwerkstoff anhand des vorstehend beschriebenen Verfahrens wärmebehandelt wird. Ein derart wärmebehandelter Blechwerkstoff weist insbesondere qualitativ zeitstabile mechanische Eigenschaften auf.This object is solved by the features of claim 6. The essence of the invention is that aluminum sheet material is heat treated by the method described above. Such a heat-treated sheet metal material has in particular qualitatively time-stable mechanical properties.

Ein Aluminiumblechwerkstoff nach Anspruch 8 ermöglicht und/oder vereinfacht einen nachgelagerten Umformprozess.An aluminum sheet material according to claim 8 allows and / or simplifies a downstream forming process.

Ein solcher Aluminiumblechwerkstoff gewährleistet eine Weiterverarbeitung, insbesondere eine Umformung, des Aluminiumblechwerkstoffs mit zeitlichem Abstand. Ein Zeitintervall, innerhalb dessen ein Differenzbetrag der mechanischen Eigenschaften zwischen dem mindestens einen Abschreckungsbereich und dem mindestens einen Abkühlungsbereich stabil ist, beträgt insbesondere mehr als 50 Stunden, insbesondere mehr als 150 Stunden und insbesondere mehr als 1000 Stunden. Dadurch ist es möglich, den Blechherstellungs-, Blechwärmebehandlungs- und Blechumformprozess voneinander zu entkoppeln. Insbesondere ist es möglich, den Blechwerkstoff an einem ersten Ort wie beispielsweise in einem Blechherstellungsbetrieb herzustellen sowie einer entsprechenden Wärmebehandlung zu unterziehen und anschließend an einem weiteren Ort wie beispielsweise an einem weiterverarbeitenden Betrieb, insbesondere zur Blechumformung bei einem Automobilhersteller zu transportieren, wobei sich ein Differenzbetrag der mechanischen Eigenschaften innerhalb eines zulässigen, vordefinierten Zeitintervalls zwischen Blechherstellung und -weiterverarbeitung nicht verändert. Für die Weiterverarbeitung einer derart hergestellten Platine kann es vorteilhaft sein, anhand eines Referenzbauteils, das identisch wärmebehandelt wurde wie der Abkühlungsbereich oder der Abschreckungsbereich, zu analysieren, um auf weitere, für die Umformung der Aluminiumplatine erforderliche Werkstoffkennwerte rückschließen zu können.Such an aluminum sheet material ensures further processing, in particular a transformation, of the aluminum sheet material with a time interval. A time interval within which a difference in mechanical properties between the at least one quench zone and the at least one quench zone is stable is in particular more than 50 hours, in particular more than 150 hours and in particular more than 1000 hours. This makes it possible to decouple the Blechherstellungs-, Blechwärmebehandlungs- and Blechumformprozess from each other. In particular, it is possible to produce the sheet material at a first location such as in a sheet metal manufacturing operation and to undergo a corresponding heat treatment and then to transport at a further location such as a further processing operation, in particular for sheet metal forming at a car manufacturer, with a difference amount of mechanical properties within a permissible, predefined time interval between sheet metal manufacturing and processing not changed. For the further processing of a board produced in this way, it may be advantageous to analyze by means of a reference component which has been heat-treated identically, such as the cooling zone or the quench zone, in order to be able to infer further material characteristics required for the deformation of the aluminum board.

Bei einem Aluminiumblechwerkstoff nach Anspruch 7 ist eine Reduzierung einer erforderlichen Umformkraft in großem Umfang möglich.In an aluminum sheet material according to claim 7, a reduction of a required forming force is possible on a large scale.

Ein Aluminiumblechwerkstoff nach Anspruch 8 hat sich als besonders geeignet erwiesen, um ein Profil der Werkstoffeigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung einzustellen. Diese aushärtbaren Aluminiumlegierungen lassen sich klassenweise wie folgt zusammenfassen:

– Klasse 6xxx: Al Mg Si
– Klasse 2xxx: Al Cu (Si, Mn), Al Cu Mg, Al Cu (Mg) Li
– Klasse 7xxx: Al Zn Mg, Al Zn Mg Cu

An aluminum sheet material according to claim 8 has been found to be particularly suitable for adjusting a profile of the material properties according to the present invention. These hardenable aluminum alloys can be summarized as follows:

- Class 6xxx: Al Mg Si
Class 2xxx: Al Cu (Si, Mn), Al Cu Mg, Al Cu (Mg) Li
Class 7xxx: Al Zn Mg, Al Zn Mg Cu

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug bereitzustellen, das eine Wärmebehandlung von Aluminiumblechwerkstoff vereinfacht.It is another object of the present invention to provide a tool that facilitates heat treatment of aluminum sheet material.

Diese Aufgabe ist mit einem Werkzeug gemäß Anspruch 9 gelöst. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass das Werkzeug zweiteilig ausgeführt ist und zwei miteinander verbindbare Werkzeughälften umfasst, wobei mindestens eine der Werkzeughälften eine Öffnung derart aufweist, dass ein Abschreckungsbereich der Aluminiumplatine von außerhalb des Werkzeugs zugänglich ist. Diese Werkzeughälfte ist maskenartig ausgeführt. Die Öffnung kann beispielsweise als Ausnehmung in Form einer Bohrung der Werkzeughälfte ausgeführt sein. Es ist auch möglich, dass die Öffnung im Randbereich der Werkzeughälfte ausgeführt ist. Insbesondere ist es möglich, dass zur Herstellung mehrerer Abschreckungsbereiche der Aluminiumplatine mehrere voneinander unterschiedliche Öffnungen vorgesehen sind. Dadurch ist es möglich, die Abschreckungsbereiche der Aluminiumplatine durch die Öffnungen gezielt, gegebenenfalls separat, mit einem Abschreckmedium abzuschrecken. Die übrigen, nicht zugänglichen Bereiche der Aluminiumplatine stellen somit die Abkühlungsbereiche dar, die durch das Werkzeug vor einer Abschreckung durch das Abschreckmedium geschützt sind. Zudem kann die Dicke des Werkzeuges lokal variiert und damit die Abkühlgeschwindigkeiten maßgeschneidert angepasst werden. Derselbe Effekt kann erzielt werden, indem lokal unterschiedliche Materialien verwenden werden, wie etwa Kupfer statt Stahl. Das erfindungsgemäße Werkzeug ist einfach herzustellen und ermöglicht eine direkte und unkomplizierte Durchführung eines lokal maßgeschneiderten Abschreckungsvorgangs. This object is achieved with a tool according to claim 9. The essence of the invention lies in the fact that the tool is made in two parts and comprises two tool halves which can be connected to each other, wherein at least one of the tool halves has an opening such that a quenching area of the aluminum plate is accessible from outside the tool. This tool half is designed like a mask. The opening may for example be designed as a recess in the form of a bore of the mold half. It is also possible that the opening is made in the edge region of the mold half. In particular, it is possible that a plurality of mutually different openings are provided for producing a plurality of quench areas of the aluminum plate. This makes it possible to purposefully quench the quenching areas of the aluminum plate through the openings, optionally separately, with a quenching medium. The remaining, inaccessible areas of the aluminum plate thus represent the cooling areas that are protected by the tool from being quenched by the quench medium. In addition, the thickness of the tool can be varied locally and thus the cooling rates can be customized. The same effect can be achieved by using locally different materials, such as copper instead of steel. The tool according to the invention is easy to manufacture and allows direct and uncomplicated performance of a locally tailored deterrent process.

Ein Werkzeug nach Anspruch 10 ist unkompliziert und insbesondere kostenreduziert herstellbar. Insbesondere ist es möglich, die plattenförmigen Werkzeughälften aus Stahl herzustellen. Stahl ist einerseits gut bearbeitbar und vereinfacht somit die Herstellung des Werkzeugs an sich. Darüber hinaus ist Stahl gut geeignet, die während der Erwärmung bei der Herstellung der Aluminiumplatine aufgenommene Wärme in den Abkühlungsbereichen kontinuierlich und gegenüber dem Abschreckungsbereichen zeitverzögert abzugeben. Stahlplatten als Werkzeughälften können als Puffer bei der Wärmeabgabe wirken. Eine Entfestigung in den Abkühlungsbereichen ist zusätzlich gesichert. Ein unbeabsichtigtes Abschrecken der Abkühlungsbereiche kann vermieden werden. Es ist auch möglich, andere Werkzeugwerkstoffe zu verwenden.A tool according to claim 10 is uncomplicated and in particular cost-reduced to produce. In particular, it is possible to produce the plate-shaped mold halves made of steel. On the one hand, steel is easy to process and thus simplifies the manufacture of the tool itself. In addition, steel is well suited to deliver the heat absorbed during the heating in the manufacture of the aluminum board in the cooling areas continuously and delayed with respect to the quenching areas. Steel plates as tool halves can act as a buffer for heat dissipation. A softening in the cooling areas is additionally secured. Unintentional quenching of the cooling areas can be avoided. It is also possible to use other tool materials.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, des entsprechenden Werkzeugs und damit hergestellten Aluminiumblechwerkstoffs werden im Folgenden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Further features, details and advantages of the method according to the invention, the corresponding tool and aluminum sheet material produced therewith are explained in more detail below with reference to the description of an embodiment with reference to the drawings. Show it:

1 eine schematische Perspektivdarstellung einer Aluminiumplatine in einem erfindungsgemäßen Werkzeug, 1 a schematic perspective view of an aluminum plate in a tool according to the invention,

2 eine schematische Darstellung der wärmebehandelten Aluminiumplatine gemäß 1 mit Kennzeichnung von Bereichen lokal variierender mechanischer Eigenschaften, 2 a schematic representation of the heat-treated aluminum plate according to 1 marking areas of locally varying mechanical properties,

3 eine schematische Darstellung eines Profils der Werkstoffeigenschaften entlang einer Linie III-III in 2, 3 a schematic representation of a profile of the material properties along a line III-III in 2 .

4 eine schematische Darstellung eines Temperatur-Zeit-Ablaufs der Aluminiumplatine bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung, und 4 a schematic representation of a temperature-time-course of the aluminum plate in carrying out the method according to the invention for the heat treatment, and

5 eine Darstellung einer ausgewählten mechanischen Eigenschaft eines Abschreckungsbereichs und eines Abkühlungsbereichs einer wärmebehandelten Aluminiumplatine. 5 a representation of a selected mechanical property of a quench area and a cooling area of a heat treated aluminum plate.

Gemäß 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Werkzeug 1 eine obere Werkzeughälfte 2 und eine untere Werkzeughälfte 3. Die beiden Werkzeughälften 2, 3 sind im Wesentlichen identisch ausgeführt und weisen jeweils eine der anderen Werkzeughälfte 2, 3 zugewandte Werkzeuginnenseite 4 und eine an der jeweiligen Werkzeughälfte 2, 3 der Werkzeuginnenseite 4 gegenüberliegende Werkzeugaußenseite 5 auf. Die obere und untere Werkzeughälfte 2, 3 weisen jeweils eine miteinander fluchtende Öffnung 6 auf, die einen Durchgang von der Werkzeugaußenseite 5 zu der Werkzeuginnenseite 4 ermöglichen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Werkzeugs 1 weisen die Öffnungen 6 in einer den Werkzeugseiten 4, 5 parallel orientierten Ebene eine kreisförmige Grundform auf. Es ist auch möglich, dass die Öffnungen 6 mit einer davon verschiedenen Grundform ausgeführt sind. Die Öffnungen 6 weisen eine Längsachse 7 auf, die gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel senkrecht zu den Werkzeugseiten 4, 5 orientiert ist. Es ist möglich, dass bei dem Werkzeug 1 mehrere, insbesondere voneinander unabhängige Öffnungen vorgesehen sind. Die Öffnungen können, wie in 1 dargestellt, eine Grundform mit einer geschlossenen Kontur aufweisen, also innerhalb der jeweiligen Werkzeughälfte 2, 3 angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass eine oder mehrere Öffnungen in einem Randbereich der jeweiligen Werkzeughälfte 2, 3 angeordnet sind.According to 1 includes a tool according to the invention 1 an upper mold half 2 and a lower tool half 3 , The two halves of the tool 2 . 3 are essentially identical and each have one of the other mold half 2 . 3 facing tool inside 4 and one at the respective tool half 2 . 3 the inside of the tool 4 opposite tool outside 5 on. The upper and lower mold half 2 . 3 each have a mutually aligned opening 6 on, a passage from the outside of the tool 5 to the tool inside 4 enable. According to the embodiment of the tool according to the invention 1 have the openings 6 in one of the tool pages 4 . 5 parallel oriented plane on a circular basic shape. It is also possible that the openings 6 are executed with a different basic form. The openings 6 have a longitudinal axis 7 on, according to the embodiment shown perpendicular to the tool pages 4 . 5 is oriented. It is possible that with the tool 1 several, in particular independent openings are provided. The openings can, as in 1 shown, having a basic shape with a closed contour, ie within the respective mold half 2 . 3 be arranged. It is also possible that one or more openings in an edge region of the respective mold half 2 . 3 are arranged.

Die Werkzeughälften 2, 3 sind plattenförmig ausgeführt und aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl hergestellt. Um die beiden Werkzeughälften 2, 3 miteinander zu verbinden, können mehrere, nicht dargestellte Schrauben, beispielsweise in Eckenbereichen der rechteckigen, insbesondere quadratischen Grundfläche der Werkzeughälften 2, 3 vorgesehen sein. Es sind auch andere Verbindungsarten für die beiden Werkzeughälften 2, 3 denkbar. Beispielsweise ist es möglich, die beiden Werkzeughälften 2, 3 entlang einer Außenkante mittels eines Scharniers schwenkbar miteinander zu verbinden und durch einen an einer dem Scharnier gegenüberliegenden Außenkante angeordneten Verschluss zu verriegeln. Eine derartige Verbindung erleichtert das Öffnen und Schließen des Werkzeugs 1.The tool halves 2 . 3 are made plate-shaped and made of steel, especially stainless steel. To the two tool halves 2 . 3 connect to each other, a plurality, not shown screws, for example, in corner regions of the rectangular, in particular square base of the tool halves 2 . 3 be provided. There are also other types of connections for the two mold halves 2 . 3 conceivable. For example, it is possible to use the two mold halves 2 . 3 along an outer edge by means of a hinge pivotally connect to each other and lock by an arranged on a hinge outer edge arranged closure. Such a connection facilitates the opening and closing of the tool 1 ,

Zwischen den beiden Werkzeughälften 2, 3 ist eine Aluminiumplatine 8 angeordnet. Die Aluminiumplatine 8 liegt jeweils an der Werkzeug-Innenseite 4 der Werkzeughälften 2, 3 an. Die Aluminiumplatine 8 ist ein Blechzuschnitt aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung, wie beispielsweise einer AlZnMg(Cu)-Legierung oder AlMgSi-Legierung, insbesondere AA6014, AA6016 oder AA6181. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Aluminiumplatine 8 eine kreisförmige Grundfläche. Je nach beabsichtigter Weiterverarbeitung wird der Zuschnitt entsprechend gewählt. Der gezeigte Zuschnitt der Platine 8 kann für die umformtechnische Herstellung eines zylindrischen Napfes verwendet werden.Between the two halves of the tool 2 . 3 is an aluminum board 8th arranged. The aluminum board 8th lies on the inside of the tool 4 the tool halves 2 . 3 at. The aluminum board 8th is a sheet metal blank made of an aluminum alloy, in particular of a hardenable aluminum alloy, such as an AlZnMg (Cu) alloy or AlMgSi alloy, in particular AA6014, AA6016 or AA6181. According to the embodiment shown, the aluminum plate has 8th a circular base. Depending on the intended further processing, the blank is selected accordingly. The shown blank of the board 8th can be used for the forming production of a cylindrical cup.

Durch die Öffnungen 6 in den Werkzeughälften 2, 3 ist die in dem Werkzeug 1 angeordnete Aluminiumplatine 8 von außerhalb des Werkzeugs 1 zugänglich. Die Öffnungen 6 sind von einem Abschirmabschnitt 9 der Werkzeughälften 2, 3 umgeben. Der Abschirmabschnitt 9 dient während eines Abschreckens der in dem Werkzeug 1 angeordneten Aluminiumplatine 8 zum Abschirmen darunter angeordneter Bereiche der Aluminiumplatine 8, die nachfolgend noch näher erläutert werden. Darüber hinaus dient der Abschirmabschnitt 9 zur kontrollierten und verzögerten Wärmeabgabe von der Aluminiumplatine 8 über die Werkzeughälften 2, 3 an die Umgebung.Through the openings 6 in the tool halves 2 . 3 is the one in the tool 1 arranged aluminum plate 8th from outside the tool 1 accessible. The openings 6 are from a shielding section 9 the tool halves 2 . 3 surround. The shielding section 9 serves during quenching in the tool 1 arranged aluminum plate 8th for shielding underlying portions of the aluminum board 8th , which will be explained in more detail below. In addition, the shielding section serves 9 for controlled and delayed heat release from the aluminum plate 8th about the tool halves 2 . 3 to the environment.

Die Werkzeughälften 2, 3 können in einem über die Aluminiumplatine hinausragenden Randbereich einen nicht dargestellten Kragen aufweisen, der über die jeweilige Werkzeuginnenseite 4 hervorragt, so dass ein Spalt zwischen den beiden Werkzeughälften 2, 3 geschlossen ist. Dadurch wird vermieden, dass während eines Abkühlens des Werkzeugs 1 mit der darin angeordneten Aluminiumplatine 8 Wärme über die Stirnseiten der Aluminiumplatine 8 abgegeben wird.The tool halves 2 . 3 can have in a projecting beyond the aluminum plate edge region a collar, not shown, which on the respective tool inside 4 protrudes, leaving a gap between the two tool halves 2 . 3 closed is. This will avoid that during a cooling of the tool 1 with the aluminum plate arranged therein 8th Heat over the faces of the aluminum board 8th is delivered.

Indem die beiden Werkzeughälften 2, 3 mit Öffnungen 6 identisch ausgeführt sind, ist die Aluminiumplatine 8 beidseitig von außen zugänglich. Insbesondere bei der Wärmebehandlung von Dickblech mit einer Blechdicke von beispielsweise größer oder gleich 2 mm wird somit gewährleistet, dass die Werkstoffeigenschaften entlang der Blechdicke homogen verteilt sind. Eine nur einseitige Öffnung 6 in einer der beiden Werkzeughälften 2, 3 ist ebenfalls denkbar.By the two tool halves 2 . 3 with openings 6 identical are the aluminum plate 8th accessible from both sides on the outside. In particular, in the heat treatment of thick sheet metal with a sheet thickness of, for example, greater than or equal to 2 mm is thus ensured that the material properties are distributed homogeneously along the sheet thickness. An only one-sided opening 6 in one of the two mold halves 2 . 3 is also possible.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Aluminiumplatine 8, die in dem Werkzeug 1 gemäß 1 wärmebehandelt worden ist. Die Aluminiumplatine 8 umfasst einen zentrisch angeordneten, kreisförmigen Abschreckungsbereich, der schraffiert dargestellt ist, sowie einen den Abschreckungsbereich 10 umgebenden Abkühlungsbereich 11. 2 shows a schematic representation of an aluminum circuit board according to the invention 8th that in the tool 1 according to 1 has been heat treated. The aluminum board 8th comprises a centrically arranged circular deterrent area, which is shown hatched, and a deterrent area 10 surrounding cooling area 11 ,

Gemäß der qualitativen Darstellung in 3 weist die Aluminiumplatine 8 in dem Abschreckungsbereich 10 eine erhöhte Streckgrenze Rp_0,2 auf. Analog gilt der gezeigte Zusammenhang – also erhöhte mechanische Kennwerte innerhalb des Abschreckungsbereichs 10 und verglichen dazu reduzierte mechanische Kennwerte in dem umgebenden Abkühlungsbereich 11 – beispielsweise für die Zugfestigkeit R_m oder die Härte des Werkstoffs. Ein Differenzbetrag ΔW zwischen den Werkstoffeigenschaften im Abschreckungsbereich 10 und im Abkühlungsbereich 11 beträgt mindestens 25% der jeweiligen mechanischen Werkstoffeigenschaft des Abschreckungsbereichs 11 und insbesondere bis zu 50% der jeweiligen mechanischen Werkstoffeigenschaft des Abschreckungsbereichs 11. Dies gilt insbesondere für die Aluminiumlegierungen AA6016 T4 oder AA6181.According to the qualitative representation in 3 has the aluminum board 8th in the deterrent area 10 an increased yield strength Rp _0.2 . Analogously applies the relationship shown - ie increased mechanical characteristics within the deterrent range 10 and compared thereto reduced mechanical characteristics in the surrounding cooling area 11 - For example, for the tensile strength R _m or the hardness of the material. A difference ΔW between the material properties in the quench zone 10 and in the cooling area 11 is at least 25% of the respective mechanical material property of the deterrent area 11 and in particular up to 50% of the respective mechanical material property of the quench zone 11 , This applies in particular to the aluminum alloys AA6016 T4 or AA6181.

Wie in 3 angedeutet, hat die Streckgrenze R_p0,2 entlang des Profits der Aluminiumplatine 8 keinen exakt treppenförmigen Verlauf. An den Rändern der Bereiche 10, 11 ist jeweils ein Übergangsbereich gegeben.As in 3 indicated, the yield point has R _p0.2 along the profit of the aluminum _board 8th no exactly staircase-shaped course. At the edges of the areas 10 . 11 there is a transitional area.

Im Folgenden wird anhand der 1 und 4 das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung der Aluminiumplatine 8 erläutert. Zunächst erfolgt ein Bereitstellen der Aluminiumplatine 8. Dies kann beispielsweise eine im Wesentlichen unbehandelte Aluminiumplatine bei einer Halbzeugherstellung beispielsweise bei einem Blechherstellungsbetrieb sein. Es ist auch möglich, dass auch eine bereits hergestellte und ausgelieferte Aluminiumplatine dem nachfolgend erläuterten Verfahren unterzogen wird. Die bereitgestellte Aluminiumplatine 8 wird in das Werkzeug 1 eingelegt. Anschließend wird das Werkzeug 1 geschlossen und die beiden Werkzeughälften 2, 3 miteinander verbunden, so dass die Aluminiumplatine 8 zwischen den beiden Werkzeughälften 2, 3 sicher gehalten ist. Für die nachfolgende Wärmebehandlung und insbesondere für eine abschließende Abkühlung des Werkzeugs 1 und der darin befindlichen Aluminiumplatine 8 kann es vorteilhaft sein, das Werkzeug 9 derart zu gestalten, dass Anpressdruck zwischen der jeweiligen Werkzeughälfte 2, 3 und der Aluminiumplatine 8 einstellbar ist. Dies ist insbesondere durch eine hydraulische Schließeinheit des Werkzeugs 1 möglich, wobei in die Werkzeughälften 2, 3 Drucksensoren derart integriert sein können, dass ein jeweiliger Anpressdruck ermittelt werden kann. Über eine zentrale Maschinensteuerung, die mit der hydraulischen Schließeinheit und/oder den Drucksensoren in den Werkzeughälften 2, 3 in Signalverbindung steht, kann ein Anpressdruck während der Wärmebehandlung und insbesondere während des Erwärmens und/oder des anschließenden Abkühlens überwacht und geregelt werden. Insbesondere ist es möglich, den Anpressdruck mittels der hydraulischen Schließeinheit während der Wärmebehandlung zu verändern.The following is based on the 1 and 4 the inventive method for heat treatment of the aluminum plate 8th explained. First of all, the aluminum plate is provided 8th , This can be, for example, a substantially untreated aluminum plate in semifinished production, for example in a sheet metal manufacturing plant. It is also possible for an already manufactured and delivered aluminum plate to be subjected to the method explained below. The provided aluminum board 8th gets into the tool 1 inserted. Then the tool becomes 1 closed and the two tool halves 2 . 3 connected to each other, leaving the aluminum board 8th between the two mold halves 2 . 3 is held securely. For the subsequent heat treatment and in particular for a final cooling of the tool 1 and the aluminum board therein 8th It may be beneficial to use the tool 9 to make such that contact pressure between the respective mold half 2 . 3 and the aluminum board 8th is adjustable. This is in particular by a hydraulic clamping unit of the tool 1 possible, with the tool halves 2 . 3 Pressure sensors can be integrated such that a respective Contact pressure can be determined. Via a central machine control, which works with the hydraulic closing unit and / or the pressure sensors in the tool halves 2 . 3 is in signal communication, a contact pressure during the heat treatment and in particular during the heating and / or the subsequent cooling can be monitored and regulated. In particular, it is possible to change the contact pressure by means of the hydraulic closing unit during the heat treatment.

Die Aluminiumplatine 8 wird ausgehend von einer Umgebungstemperatur T_u zusammen mit dem Werkzeug 1 auf eine Temperatur T erwärmt, die größer oder gleich einer Erwärmungstemperatur T_er ist. Das Erwärmen bzw. Aufheizen kann beispielsweise in einem nicht dargestellten Ofen erfolgen. Eine derartige Erwärmungsstrategie ist unkompliziert und kostengünstig realisierbar. Es sind auch andere Erwärmungsstrategien möglich, wobei eine kontinuierliche, homogene Erwärmung der Aluminiumplatine 8 und des Werkzeugs 1 angestrebt werden sollte. Die Aluminiumlegierung gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist AA6016 und liegt in einem kalt ausgehärteten Zustand vor. Die Erwärmungstemperatur beträgt in diesem Fall T_er = 550°C.The aluminum board 8th is based on an ambient temperature T _u together with the tool 1 heated to a temperature T which is greater than or equal to a heating temperature T _er . The heating or heating, for example, take place in a furnace, not shown. Such a heating strategy is straightforward and inexpensive to implement. Other heating strategies are possible, with continuous, homogeneous heating of the aluminum plate 8th and the tool 1 should be sought. The aluminum alloy according to the illustrated embodiment is AA6016 and is in a cold-cured state. The heating temperature in this case is T _er = 550 ° C.

Nach Erreichen der Erwärmungstemperatur T_er wird diese während einer Erwärmungsdauer t_er gehalten. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Erwärmungsdauer t_er eine Stunde. Während der Erwärmungsdauer werden die Legierungsbestandteile im Aluminiumgrundwerkstoff gelöst. Dieser Verfahrensschritt wird auch als Lösungsglühen bezeichnet.After reaching the heating temperature T _he is held during a heating time T _he . In the embodiment shown, the heating time is t _he one hour. During the heating period, the alloying components are dissolved in the aluminum base material. This process step is also referred to as solution annealing.

Anschließend wird das Werkzeug 1 mit der darin eingelegten Aluminiumplatine 8 aus dem Ofen entnommen und der Abschreckungsbereich 10 der Aluminiumplatine 8 abgeschreckt. Dies erfolgt dadurch, dass der über die Öffnungen 6 von außerhalb des Werkzeugs 1 zugängliche Abschreckungsbereich 10 mit Wasser als Abschreckungsmedium beaufschlagt wird. Das Wasser hat vor dem Abschrecken eine Temperatur kleiner als die Umgebungstemperatur T_u. Dies kann beispielsweise die Temperatur sein, mit der das Wasser aus einer üblichen Nutzwasserleitung entnommen wird. Diese Temperatur beträgt beispielsweise zwischen 10°C und 15°C. Dadurch wird der Abschreckungsbereich 10 der Aluminiumplatine 8 auf eine Temperatur, die kleiner oder gleich einer Abschrecktemperatur T_schr ist, abgeschreckt. Die Abschrecktemperatur T_schr ist beispielsweise die Umgebungstemperatur T_u von etwa 20°C. Das Abschrecken erfolgt innerhalb einer Abschreckdauer t_schr, die wenige Sekunden, insbesondere weniger als eine Sekunde beträgt. Wesentlich für die Einstellung der mechanischen Eigenschaften in dem Abschreckungsbereich 10 ist die Abkühlgeschwindigkeit, die auch als Abschreckrate bezeichnet wird. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Abkühlgeschwindigkeit 161 K/s. Die Temperaturführung während des Abschreckens innerhalb des Abschreckungsbereichs 10 ist in der schematischen Diagrammdarstellung in 4 mit der durchgezogenen Linie AS10 dargestellt.Then the tool becomes 1 with the inserted aluminum plate 8th removed from the oven and the deterrent area 10 the aluminum board 8th deterred. This is done by passing over the openings 6 from outside the tool 1 accessible deterrent area 10 Is acted upon with water as a quenching medium. The water has a temperature lower than the ambient temperature T _u before quenching. This can be, for example, the temperature at which the water is taken from a conventional service water line. This temperature is for example between 10 ° C and 15 ° C. This will be the deterrent area 10 the aluminum board 8th to a temperature which is less than or equal to a quenching temperature T _schr , quenched. The quenching temperature T _schr is, for example, the ambient temperature T _u of about 20 ° C. The quenching takes place within a quenching time t _schr , which is a few seconds, in particular less than one second. Essential for the adjustment of the mechanical properties in the quench zone 10 is the cooling rate, also known as quench rate. In the embodiment shown, the cooling rate is 161 K / s. Temperature control during quenching within the quench zone 10 is in the schematic diagram representation in 4 shown by the solid line AS10.

Der Temperaturverlauf der Aluminiumplatine 8 im Abkühlungsbereich 11 ist hinsichtlich des Erwärmens und des Haltens der Temperatur während der Erwärmungsdauer t_er identisch mit dem Temperatur-Zeit-Profil innerhalb des Abschreckungsbereichs 10. Da der Abkühlungsbereich 11 durch den Abschirmabschnitt 9 der oberen Werkzeughälfte 2 abgeschirmt ist, kommt der Abkühlungsbereich 11 mit dem Abschreckmedium Wasser nicht direkt in Kontakt. Entsprechend kühlt der Abkühlungsbereich 11 mit einer gegenüber dem Abschreckungsbereich 10 reduzierten Abkühlgeschwindigkeit von beispielsweise 0,8 K/s ab. Diese Abkühlgeschwindigkeit ergibt sich aus der Abkühlung der Stahlplatten 2, 3 durch freie Konvektion an die Umgebung. Das Abkühlen gilt als abgeschlossen, wenn der Abkühlungsbereich 11 der Aluminiumplatine 8 auf eine Temperatur kleiner oder gleich einer Abkühltemperatur T_k gesunken ist. Die Abkühltemperatur T_k kann beispielsweise die Umgebungstemperatur T_u sein. Das Abkühlen erfolgt innerhalb einer Abkühldauer t_k. Die Abkühldauer ist größer als die Abschreckdauer t_schr Die äußeren Bereiche der Platine werden in der Regel 10–15 Minuten langsam abgekühlt. Sobald eine Temperatur von ca. 200°C erreicht ist, ist ein langsames Abkühlen nicht mehr nötig. Dann kann das gesamte Werkzeug bis auf Raumtemperatur mit Wasser abgeschreckt werden. Die Abkühlkurve des Abkühlungsbereichs 11 ist in 4 durch eine Strich-Punkt-Linie AK11 dargestellt.The temperature profile of the aluminum board 8th in the cooling area 11 with respect to the heating and the holding of the temperature during the heating period t _{he is} identical to the temperature-time profile within the deterrent range 10 , As the cooling area 11 through the shielding section 9 the upper half of the mold 2 is shielded, comes the cooling area 11 with the quench medium water not in contact directly. Accordingly, the cooling area cools 11 with one opposite the deterrent area 10 reduced cooling rate of, for example, 0.8 K / s from. This cooling rate results from the cooling of the steel plates 2 . 3 by free convection to the environment. Cooling is considered complete when the cooling area 11 the aluminum board 8th has fallen to a temperature less than or equal to a cooling temperature T _k . The cooling temperature T _k may be, for example, the ambient temperature T _u . The cooling takes place within a cooling time t _k . The cooling time is greater than the quenching time t _schr The outer areas of the board are usually cooled slowly for 10-15 minutes. Once a temperature of about 200 ° C is reached, a slow cooling is no longer necessary. Then the entire tool can be quenched to room temperature with water. The cooling curve of the cooling area 11 is in 4 represented by a dash-dot line AK11.

Je nach Anforderung eines nachfolgenden Weiterverarbeitungsprozesses wie beispielsweise eines Umformprozesses des wie vorstehend beschriebenen wärmebehandelten Aluminiumblechwerkstoffs kann es sinnvoll sein, mehrere, insbesondere voneinander unabhängige Abschreckungsbereiche 10 auf der Platine 8 vorzusehen. Entsprechend ist es erforderlich, ein Werkzeug 1 mit verschieden angeordneten Öffnungen 6 vorzusehen. Die Gestaltung des Werkzeugs 1 und insbesondere die Anordnung, Größe und Verteilung der Öffnungen kann mittels eines numerischen Berechnungsverfahrens erfolgen. Um verschiedene Abkühlgeschwindigkeiten in verschiedenen Abschreckungsbereichen zu realisieren, können beispielsweise verschiedene Abschreckmedien eingesetzt werden. Es ist auch möglich, dass ein Abschreckmedium, wie beispielsweise Wasser, eingesetzt wird, wobei die Temperatur des Wassers vor dem Abschrecken für die verschiedenen Abschreckungsbereiche unterschiedlich gewählt wird. Entsprechend ergeben sich unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten, die zu verschiedenen mechanischen Eigenschaften in den genannten Abschreckungsbereichen führen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, einen Übergang der mechanischen Eigenschaften zwischen einem Abschreckungsbereich 10 und dem Abkühlungsbereich 11 wie in 3 dargestellt, stufenweise reduziert durch mehrere Abschreckungsbereiche abzubilden, um damit einen mehrstufigen, quasi kontinuierlichen Gradienten der Werkstoffeigenschaften in der Platine 8 einzustellen.Depending on the requirement of a subsequent further processing process such as a forming process of the heat-treated aluminum sheet material as described above, it may be useful to several, in particular independent deterrent areas 10 on the board 8th provided. Accordingly, it is necessary to have a tool 1 with differently arranged openings 6 provided. The design of the tool 1 and in particular the arrangement, size and distribution of the openings can be done by means of a numerical calculation method. In order to realize different cooling rates in different areas of quenching, for example, different quenching media can be used. It is also possible that a quenching medium, such as water, may be used, with the temperature of the water prior to quenching chosen to be different for the different quench zones. Accordingly, different cooling rates result, which lead to different mechanical properties in said deterrent areas. This makes it possible, for example, a transition of the mechanical properties between a quenching area 10 and the cooling area 11 as in 3 shown, gradually reduced by several deterrent areas to image, so that a multi-level, quasi-continuous gradient of the material properties in the board 8th adjust.

5 zeigt eine schematische Darstellung der Streckgrenze R_p0,2 innerhalb des Abschreckungsbereichs 10 und des Abkühlungsbereichs 11 für die in 2 dargestellte Aluminiumplatine 8. Dargestellt ist die Streckgrenze R_p0,2 in Abhängigkeit einer Lagerungsdauer t_L der Aluminiumplatine 8. Zum Zeitpunkt t₀ weisen die Bereiche 10, 11 die Streckgrenze R_p0,2 auf, die in 3 dargestellt sind. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, setzt auch bei der Aluminiumplatine 8 ein spontaner Kaltauslagerungsprozess ein, der zu einer Verfestigung der Bereiche 10, 11 führt. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch die gesamte Platine 8, d. h. der Abschreckungsbereich 10 und der Abkühlungsbereich 11 gleichermaßen erwärmt und damit lösungsgeglüht worden sind, erfolgt die anschließende Kaltauslagerung gleichlaufend, d. h. ein Differenzbetrag ΔW zwischen der Streckgrenze R_p0,2 für den Abschreckungsbereich 10 und den Abkühlungsbereich 11 ändert sich mit fortschreitender Lagerungsdauer t_L nicht. D. h. die absolute Verfestigung ist in beiden Bereichen 10, 11 gleich. Das in 5 exemplarisch für die Streckgrenze R_p0,2 dargestellte Werkstoffverhalten gilt gleichermaßen für die Zugfestigkeit R_m. Das bedeutet, dass die Aluminiumplatine 8 zeitstabile, lokal maßgeschneiderte mechanische Werkstoffeigenschaften aufweist. 5 shows a schematic representation of the yield strength R _p0,2 within the deterrent range 10 and the cooling area 11 for the in 2 illustrated aluminum board 8th , Shown is the yield strength R _p0.2 depending on a storage period t _{L of} the aluminum plate 8th , At time t ₀ , the areas point 10 . 11 the yield strength R _p0.2 , which in 3 are shown. As known from the prior art, is also in the aluminum board 8th a spontaneous cold aging process, which leads to solidification of the areas 10 . 11 leads. However, in the method according to the invention, the entire board 8th ie the deterrent area 10 and the cooling area 11 equally heated and thus solution-annealed, the subsequent cold aging takes place concurrently, ie, a difference .DELTA.W between the yield strength R _p0,2 for the quenching 10 and the cooling area 11 does not change with increasing storage time t _L. Ie. the absolute solidification is in both areas 10 . 11 equal. This in 5 The material _behavior shown as an example for the yield strength R _p0,2 applies equally to the tensile strength R _m . That means the aluminum board 8th has time-stable, locally tailored mechanical material properties.

Insbesondere ist es dadurch möglich, eine Blechverarbeitung, beispielsweise durch Umformung mit größerer zeitlicher Verzögerung gegenüber einer vorgelagerten Wärmebehandlung durchzuführen, wobei die Werkstoffeigenschaften und insbesondere die Unterschiede der Werkstoffeigenschaften zwischen dem entfestigten Abkühlungsbereich und dem Abschreckungsbereich erhalten bleiben. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren einer lokalen Wärmebehandlung zur Entfestigung lokal begrenzter Werkstoffbereiche. Dort unterliegen ausschließlich die lokal entfestigten Bereiche einer spontanen Kaltauslagerung, da nur diese Bereiche lokal wärmebehandelt wurden. Entsprechend führt die Kaltverfestigung bei einer lokal wärmebehandelten Platine sukzessive zu einer Änderung der Verhältnisse der Werkstoffeigenschaften. Insbesondere ist ein Differenzbetrag zwischen den Werkstoffeigenschaften des entfestigten, wärmebehandelten Bereichs und des Grundwerkstoffs veränderlich mit zunehmender Lagerungszeit t_L.In particular, this makes it possible to carry out a sheet metal processing, for example by forming with a greater time delay compared to an upstream heat treatment, wherein the material properties and in particular the differences in material properties between the softened Abkühlungsbereich and the quenching remain. This is a significant advantage over the known from the prior art method of local heat treatment for softening localized material areas. There, only the locally softened areas are subject to a spontaneous cold aging, since only these areas were locally heat treated. Correspondingly, cold work hardening in the case of a locally heat-treated board successively leads to a change in the ratios of the material properties. In particular, a difference between the material properties of the softened, heat treated area and the base material is variable with increasing storage time t _L.

Im Anschluss an die Wärmebehandlung und Umformung kann die Platine warmausgelagert werden.After heat treatment and forming, the board can be stored in a warm condition.

Claims

Process for the heat treatment of aluminum sheet material, comprising the process steps - providing aluminum sheet material ( 8th ), - heating the aluminum sheet material ( 8th ) to a temperature (T) greater than or equal to a heating temperature (T _er ), - maintaining the temperature (T) during a heating period (t _er ), - quenching at least one deterrent area ( 10 ) of the aluminum sheet material ( 8th ) to a temperature (T) less than or equal to a quenching temperature (T _schr ), the quenching taking place within a quenching period (t _schr ), - cooling at least one cooling zone ( 11 ) of the aluminum sheet material ( 8th ) to a temperature (T) less than or equal to a cooling temperature (T _k ), in particular ambient temperature (T _u ), said cooling within a cooling time (t _k ), which is greater than the quenching time (t _schr ) characterized by a shielding of the cooling zone ( 11 ) by means of a tool ( 1 ) during quenching.

A method according to claim 1, characterized in that the quenching by applying the deterrent area ( 10 ) with a quenching medium, in particular with water.

Method according to one of the preceding claims, characterized by the cooling in air, in particular by free convection occurs.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum sheet material ( 8th ) before heating in the tool ( 1 ) and together with the tool ( 1 ) is heated.

Method according to one of the preceding claims, characterized by determining the cooling region ( 11 ) and the deterrent area ( 10 ) by means of a numerical calculation method.

Aluminum sheet material produced by a method of the preceding claims, wherein the aluminum sheet material ( 8th ) has locally tailored material properties, the cooling region ( 11 ) opposite the deterrent area ( 10 ) a mechanical material property deviating by a difference (ΔW), in particular a reduced yield strength (R _p0,2 ) and / or a reduced tensile strength (R _m ), characterized in that the difference (ΔW) at least during a time interval (t _um ) for further processing, in particular for a forming, stable is.

Aluminum sheet material according to claim 6, characterized in that the difference (ΔW) at least 25% of the mechanical material property of the quenching area ( 10 ) having.

Aluminum sheet material according to claim 6 or 7, characterized in that the aluminum sheet material ( 8th ) has a hardenable aluminum alloy.

A tool for a heat treatment of aluminum sheet material, comprising two tool halves ( 2 . 3 ), whereby at least one of the tool halves ( 2 . 3 ) an opening ( 6 ) for accessibility to a deterrent area ( 10 ) of the aluminum sheet material ( 8th ) having.

Tool according to claim 9, characterized by plate-shaped tool halves ( 2 . 3 ), which are made in particular of steel.