Düsseldorf, 14. August 2018

Wärmebehandlung von Aluminiumband für die Automobil- und Luftfahrtindustrie

Aluminiumbleche werden als hochwertige Leichtbauteile für viele Spezialanwendungen eingesetzt. Vor allem im Automobilbau sowie in der Luft- und Raumfahrt wird das Material aufgrund seines geringen Gewichts bei gleichzeitig hohen Festigkeiten in zunehmendem Maße verwendet. Ohne die innovativen Aluminiumwerkstoffe für Strukturbauteile und auch für Außenhaut-Anwendungen können die geforderten niedrigen Gewichte nur schwer erreicht werden. Für viele dieser Anwendungen müssen die kaltgewalzten Aluminiumbänder einem Vergütungsprozess aus Glühen in Verbindung mit schnellem Kühlen unterzogen werden, um die Umformbarkeit und die notwendigen Materialfestigkeiten einzustellen.

Vom kaltgewalzten Aluminiumband zum fertigen Leichtbaumaterial in einer Linie

Für die Produktion dieser Güten liefert die SMS group Wärme- und chemische Behandlungslinien (Heat and ChemicalTreatment Lines – HCTL). Neben der Wärmebehandlungdes Materials werden hier auch die Oberflächen der Bänder chemisch behandelt. Die Anlagen decken ein umfangreiches Materialspektrum ab. Die Materialstärken reichen von 0,2 biszu 4,5 Millimetern, wobei die Bänder über 2,5 Meter breit sein können

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Typisches Layout einer Wärme- und chemischen Behandlungslinie für Aluminium.
Warmbehandlung im Hochleistungsschwebebandofen

Die Glüh- und Kühltechnologie steht im Mittelpunkt des Prozesses. Das Band wird kontaktlos mit Geschwindigkeiten von um die 100 Meter pro Minute in Sinusform durch einen über 100 Meter langen Schwebebandofen geführt. Hier wird das Material zunächst bis zu einer bestimmten Temperatur aufgeheiztund für eine materialabhängige Mindestzeit gehalten. Hierbei ist für die Materialeigenschaft eine sehr hohe Temperaturgenauigkeit enorm wichtig. Um den Ofen für die Produktion von Luftfahrtgüten von der NADCAP (NationalAerospace and Defense Contractors Accreditation Program) zertifizieren zu lassen, muss unter anderem eine Luft-Temperatur-Genauigkeit von +/- 3 K über die gesamte Ofenbreite und Ofenlänge nachgewiesen werden. Die Öfen der SMS group erfüllen diese Bedingungen und können somit für die wichtigen Zuliefererindustrien zertifiziert werden.

Für hohe Abkühlraten hat die SMS group ein spezielles Wasserkühlsystem entwickelt. Vor allem 2000er und 7000er Luft- und Raumfahrtlegierungen erfordern hohe Abkühlratenvon größer 400 Kelvin pro Sekunde. Für 6000er Automobillegierungen sind moderate, aber flexible Kühlraten zwischen 25 und 200 Kelvin pro Sekunde ausreichend. Neben dem Erreichen der Kühlraten ist eine besonders gleichmäßige Abkühlung über Bandlänge und Bandbreite wichtig, um Verwerfungen im Material zu vermeiden. Eine Besonderheit ist hierbei ein vordefinierter Querbogen im Band, der im Wesentlichen zwei Funktionen erfüllt. Zum einen kann das Wasser durch die Wölbung kontrolliert vom Band abfließen. Zum anderen sorgt die stabile Bandform für die notwendige gleichmäßige Abkühlung mittels speziellem Sprühbalkensystem sowie einen zentrierten und stabilen Bandlauf.

Ein weiteres Highlight des Ofens ist ein mathematisches Modell, das unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften die Einstellungen für den Glüh- und Abkühlprozess berechnet.

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Im Schwebebandofen schwebt das Band berührungslos of einem Luftkissen.
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Spezifische Kühlung im Wasser-Quench durch vordefinierten Querbogen.
Chemische Behandlung

Besonders die im Automobilbereich eingesetzten 5000er und 6000er Legierungen müssen chemisch behandelt werden. Hierzu wird die Oberfläche in einer effizienten Sprüheinheit zunächst alkalisch und sauer gebeizt. Die Einheit ist speziell darauf ausgelegt, die empfindliche Oberfläche zu schonen. Zum Beispiel durch Einrichtungen zur Vermeidung von Tropfenbildung, wenn einzelne Bereiche abgeschaltet werden.

Für eine gleichmäßige chemische Beschichtung, setzt die SMS group in der Regel vertikale Roll-Coater ein. Die Coater besitzen ausgereifte Regeltechniken, die ein einheitliches Beschichtungsergebnis in den jeweils geforderten Schichtdicken bei einem niedrigen Medienverbrauch gewährleisten. Abhängig vom Beschichtungsmedium oder dem Anlagenlayout können aber auch horizontale Roll- oder Sprüh-Coater beziehungsweise Tauchbäder eingesetzt werden.

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Vertikaler Roll-Coater mit Trocknungsbereich.
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Der vertikale Roll-Coater verfügt über eine moderne Steuerung, die eine gleichmäßige Beschichtung in der gewünschten Schichtdicke gewährleistet. Ebenso überzeugend ist der geringe Medienverbrauch.