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Veredeltes Aluminium für den Automobilbau

SchwertbürstentechnologieWandres ersetzt Waschmaschine in Daimlers Pressenstraße

Schwertbürstenmodul von Wandres
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WärmebehandlungVeredeltes Aluminium für den Automobilbau

Aluminium gilt als der Werkstoff der Zukunft. Er ist leicht, korrosionsbeständig und lässt sich gut ver- arbeiten. Davon profitieren verschiedenste Branchen, in erster Linie die Automobilindustrie. Durch unterschiedliche Wärmebehandlungen lässt sich Aluminium weiter veredeln und der Einsatzbereich auf spezielle Anwendungen ausdehnen.
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Einsatz im Automobilbau

Aluminium hat in den vergangenen Jahren einen wahren Siegeszug quer durch alle metallverarbeitenden Branchen angetreten. „Das verwundert nicht, überzeugt doch der Werkstoff durch diverse positive Eigenschaften: Durch die Leichtigkeit lässt sich verglichen mit Stahl viel Gewicht bei der Fertigung von Bauteilen einsparen“, wie Andreas Afseth, Leiter Forschung und Entwicklung bei Constellium, erklärt. Insbesondere im Automobilbau gewinnt das Leichtmetall enorm an Bedeutung. Hier schätzen Experten die Gewichtsreduzierung gegenüber herkömmlichem Stahl auf etwa 40 Prozent. Ein wichtiges Argument für die Hersteller: Durch die leichteren Teile lässt sich der Energieverbrauch von Fahrzeugen reduzieren, was Ressourcen schont, Emissionen einspart und damit die Umwelt entlastet.

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Bei der Verwendung von Aluminium im Automobilbau muss jedoch immer ein Kompromiss eingegangen werden zwischen der Umformbarkeit der Bleche und deren Festigkeit. Diese Eigenschaften hängen von der jeweiligen Legierung ab. 5.000er Legierungen beispielsweise sind sehr flexibel umformbar, weisen aber eine geringe Festigkeit auf. 7.000er Legierungen hingegen sind wesentlich fester, lassen sich aber entsprechend schlechter umformen. 6.000er Legierungen bieten einen guten Kompromiss zwischen guter Umformbarkeit im Lieferzustand und verbesserter Festigkeit nach der Fertigung des Fahrzeugs. „Die höhere Festigkeit wird dabei durch die Beimischung von Silizium, Magnesium, Zink oder Kupfer erreicht“, erläutert Afseth und fährt fort: „Durch das Plus an Festigkeit lässt sich das Gewicht des Aluminiums reduzieren. Dadurch wird für die Fertigung von Blechen weniger Material benötigt, wodurch sich wiederum Kosten einsparen lassen.“

Moderne Veredelungslinie für Aluminiumbleche

Constellium als einer der führenden Produzenten von hochwertigen Aluminium-Produkten und -Lösungen praktiziert in seinen Werken verschiedenste Verfahren zur Aluminium-Veredelung, darunter auch Wärmebehandlung. Durch die Wärmebehandlung lässt sich die jeweilige Legierung konditionieren, wodurch deren Eigenschaftsprofil so gesteuert wird, dass sie für zusätzliche Anwendungen und Einsatzbereiche genutzt werden kann.

Veredelungslinie

So hat das Unternehmen im Oktober 2016 eine neue, moderne Veredelungslinie zur Herstellung von Aluminiumblechen für den Automobilbau im elsässischen Neuf-Brisach eröffnet. Mit der 240 Meter langen Ver-edelungslinie lässt sich bei einer Produktionskapazität von 100.000 Tonnen pro Jahr eine Wärmebehandlung mit präziser Temperaturkontrolle und hoch effizienter Abschreckung realisieren. Zudem ermöglicht die Anlage eine auf spezielle Kundenanforderungen zugeschnittene Oberflächenveredelung, bei er sich flexibel Legierungen mit unterschiedlicher Dicke verarbeiten lassen.

Dabei unterscheidet sich der Prozess der Wärmebehandlung und die damit einhergehende Veränderung der Festigkeit je nach Legierung: „Bei einer 5.000er Legierung lässt sich die Festigkeit kaum erhöhen. Diese erreicht maximal 150 Megapascal (MPa), ermöglicht aber eine sehr hohe Umformbarkeit“, erläutert der F&E-Leiter. Daher werde eine 5.000er Legierung im Automobilbau häufig für Karosserieteile wie Türinnenbleche verwendet.

Wärmebehandlung für besonders hohe Festigkeit

Bei 6.000er Legierungen hingegen kann durch die Wärmebehandlung eine wesentlich höhere Festigkeit erzielt werden. Dabei wird im Banddurchlaufsofen das Aluminium bis auf 550 Grad erhitzt und abgeschreckt. In diesem Zustand ist das Material weich und leicht umformbar. „Später in dem Herstellungsverfahren, während des Einbrennungsprozesses von Lackbeschichtungen, lässt sich die Festigkeit des Materials von ursprünglich 100 MPa auf bis zu 250 MPa erhöhen“ betont Afseth. So eignen sich Werkstoffe aus einer 6.000er Legierung für Außenbleche wie Autotüren, Heckklappen, Motorhauben oder Kotflügel sowie strukturelle Teile der Karosserie. „Dabei reicht hier aufgrund der höheren Festigkeit eine Materialdicke von einem Millimeter völlig aus, um eine optimale Druckbeständigkeit gegenüber äußeren physikalischen Einflüssen zu gewährleisten.“

Ein Maximum an Festigkeit lässt sich nach Angaben des Werkstoffexperten durch die Verwendung von 7.000er Legierungen erzielen. Hierbei wird im Rahmen der Wärmebehandlung das Material auf 500 Grad erhitzt, abgeschreckt und anschließend bei einer Temperatur von 100 bis 150 Grad für mehrere Stunden lang ausgelagert. Dadurch soll die Festigkeit auf über 500 MPa steigen. Der Nachteil: Diese wärmebehandelte und ausgehärtete Aluminiumlegierung lässt sich nur schwer umformen. „Um hier eine Verbesserung zu erzielen, kann das hochfeste Material bei einer Temperatur von 200 Grad warmumgeformt werden“, so Afseth. Constellium führt diesen Prozess in seiner Veredelungslinie in Neuf-Brisach durch. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Aluminium bei 500 Grad heißumzuformen. Constellium liefert hierfür das gewalzte Material an den Automobilfertiger, der dann die Heißumformung im eigenen Werk selbst übernimmt.

Für den Entwicklungsleiter ist klar, dass sich Aluminium in den kommenden Jahren mehr und mehr als der ideale Werkstoff für die metallverarbeitende Produktion etablieren wird. Dies resultiere vor allem aus den Vorteilen des Werkstoffes wie dem geringen Gewicht bei dennoch hoher Festigkeit. cs

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