AT14019U1 - Gusslegierung - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Gusslegierung, insbesondere Kokillengusslegierung, gezeigt, aufweisend 6,5 bis 8,5 Gew.-% Silizium (Si), 0,8 bis 1,3 Gew.-% Kupfer (Cu), bis 0,3 Gew.-% Magnesium (Mg), 0,4 bis 0,6 Gew.-% Eisen (Fe), 0,15 bis 0,25 Gew.-% Mangan (Mn), 0,3 bis 0,7 Gew.-% Zink (Zn), optional eines oder mehrere der folgenden Legierungselemente:- 0,005 bis 0,03 Gew.-% Strontium (Sr) - max. 0,15 Gew.-% Chrom (Cr) - max. 0,55 Gew.-% Nickel (Ni) - max. 0,25 Gew.-% Zinn (Sn) - max. 0,25 Gew.-% Titan (Ti) - max. 0,05 Gew.-% Natrium (Na), Antimon (Sb), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) oder Bor (B) und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen.
Description
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Gusslegierung, insbesondere Kokillengusslegierung.
[0002] Um die Duktilität bei AN AC-AISi9Cu3(Fe)- bzw. A226-Legierungen zu erhöhen, ist esaus dem Stand der Technik bekannt (DE102009036056A1), den Anteil an Cu (Kupfer) in derLegierung zu verringern. Ein eventuelles Kleben der Gussteile in der Gussform soll durch einZulegieren von Fe (Eisen) vermindert werden, was jedoch eine reduzierte Duktilität zur Folgehat. Um diesen negativen Einfluss von Fe auf die Duktilität zu vermindern, wird Mn (Mangan)bzw. Cr (Chrom) zulegiert. Mit Hilfe von Chrom (Cr) und Mangan (Mn) wird Eisen (Fe) in einerα-Phase, nämlich AI12(Fe,Cr,Mn)3Si2-/Al9(Fe,Cr,Mn)2Si2-Phase, gebunden, was das Vorkommenan ß-Phasen mit Fe vermindert und damit in geringerem Maße die Duktilität vermindert, als diesim Vergleich zu ß-Phasen mit Fe der Fall ist. Cr selbst weist jedoch nachteilige Auswirkungenauf die Kerbschlagarbeit auf, sodass solche Gusslegierungen jene von Cr freien Gusslegierun¬gen bekannten Duktilitätswerte nicht erreichen können. Eine Cr Zulegierung mit einem vermin¬derten Eisengehalt zu vermeiden, führt jedoch weg von den Anforderungen, einen hohen Anteilan Sekundäraluminium in einer A226 Gusslegierung zu erlauben.
[0003] Die Erfindung hat sich daher ausgehend vom Eingangs geschilderten Stand der Technikdie Aufgabe gestellt, bei einer Al-Si-Gusslegierung mit einem vergleichsweise hohen Anteil anSekundäraluminium zur Verfügung zu stellen und dennoch gute Gießeigenschaften und hoheDuktilität zu gewährleisten.
[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Gusslegierung 6,5 bis8,5 Gew.-% Silizium (Si), 0,8 bis 1,3 Gew.-% Kupfer (Cu), bis 0,3 Gew.-% Magnesium (Mg),0,4 bis 0,6 Gew.-% Eisen (Fe), 0,15 bis 0,25 Gew.-% Mangan (Mn), 0,3 bis 0,7 Gew.-% Zink(Zn), optional eines oder mehrere der folgenden Legierungselemente: [0005] - 0,005 bis 0,03 Gew.-% Strontium (Sr) [0006] - max. 0,15 Gew.-% Chrom (Cr) [0007] - max. 0,55 Gew.-% Nickel (Ni) [0008] - max. 0,25 Gew.-% Zinn (Sn) [0009] - max. 0,25 Gew.-% Titan (Ti) [0010] - max. 0,05 Gew.-% Natrium (Na), Antimon (Sb), Zirkonium (Zr), Hafnium [0011] (Hf) oder Bor (B) [0012] und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungenaufweist.
[0013] Weist die Gusslegierung 0,4 bis 0,6 Gew.-% Eisen (Fe) und 0,15 bis 0,25 Gew.-% Man¬gan (Mn) auf, kann ein vergleichsweise hoher Anteil an Sekundäraluminium der Al-Si-Gusslegierung zugegeben und damit durch den vergleichsweise hohen Fe Gehalt eine exzel¬lente Gießbarkeit erreicht werden - dennoch kann aber mit keiner Verminderung in der Duktilitätgerechnet werden. Überraschend zeigte sich mit der besonderen Wahl im Fe- und Mn-Gehaltein Legierungsfenster in der erfindungsgemäßen Gusslegierung, mit dem die Ausbildung vonduktilitätsvermindernden Fe- und Mn-haltigen a- Phasen und/oder ß-Phasen gering gehaltenwerden kann. Daher kann auch konträr zum Stand der Technik auf zusätzliche Legierungsele¬mente, beispielsweise Cr, verzichtet werden, um Fe in Phasen zu binden, die auf die Gesamt¬duktilität der Gusslegierung weniger Einfluss haben. Mit einer geeigneten Wahl von bis zu0,3 Gew.-% Mg kann zudem die Streckgrenze bzw. Zugfestigkeit der durch den geringen Cu-Gehalt von 0,8 bis 1,3 Gew.-% äußerst duktilen Gusslegierung auf einfache Weise eingestelltwerden. Vorstehende Vorteile können durch 6,5 bis 8,5 Gew.-% Silizium (Si) und 0,3 bis0,7 Gew.-% Zink (Zn) weiter hervorgehoben werden, wobei durch den erfindungsgemäßenvergleichsweise geringen Anteil an Cu und Mg das Auftreten von intermetallischen Phasengenerell gering und sich damit die Duktilität der Gusslegierung deutlich erhöhen kann. Optional kann die Legierung noch 0,005 bis 0,03 Gew.-% Strontium (Sr) zur Veredelung und/oder max.0,25 Gew.-% Titan (Ti) oder max. 0,05 Gew.-% Bor (B) zur Kornfeinung aufweisen. Vergleichs¬weise hohe Legierungsanteile an max. 0,15 Gew.-% Chrom (Cr), max. 0,55 Gew.-% Nickel (Ni)und/oder max. 0,25 Gew.-% Zinn (Sn) können ebenso zugelassen sein, um einen hohen Anteilan Sekundäraluminium zu erlauben. Diese Vorteile können sich weitere verbessern, in demmax. 0,05 Gew.-% Natrium (Na), max. 0,05 Gew.-% Antimon (Sb), max. 0,05 Gew.-% Zirkoni¬um (Zr), max. 0,05 Gew.-% Hafnium (Hf) und/oder max. 0,05 Gew.-% Bor (B) in der Legierungzugelassen wird. Die Legierung weist zudem als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingtunvermeidbare Verunreinigungen auf. Wie erwähnt, kann durch die erfindungsgemäße Gussle¬gierung eine hohe Gießbarkeit, eine hohe Duktilität und eine hohe Zugfestigkeit gewährleistetwerden, welche Gusslegierung sich für den Kokillengussverfahren auszeichnen kann und ge¬gebenenfalls auch in hohem Maße aus Sekundäraluminium bestehen kann.
[0014] Im Allgemeinen wird erwähnt, dass die Gusslegierung Verunreinigungen mit jeweilsmaximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 1 Gew.-% aufweisen kann. Der Vollständigkeithalber wird im Allgemeinen weiter erwähnt, dass als Sekundäraluminium Aluminium bzw. eineAluminiumlegierung, gewonnen aus Aluminiumschrott, verstanden werden kann.
[0015] Die Kennwerte zu Gießbarkeit, Duktilität und Zugfestigkeit können weiter mit einer Vor¬schrift optimiert werden, wenn der Gesamtanteil von Fe und Mn an der Gusslegierung mindes¬tens 0,6 und maximal 0,8 Gew.-% beträgt.
[0016] Hervorragende Duktilitätswerte können erreicht werden, wenn die Gusslegierung 7,5 bis8,5 Gew.-% Silizium (Si) aufweist.
[0017] Weist die Gusslegierung 0,05 bis 0,20 Gew.-% Magnesium (Mg) auf, können erhöhteWerte an Zugfestigkeit und hinsichtlich der Dehngrenze eingestellt werden, ohne signifikanteveränderte Bruchdehnungswerte in Kauf nehmen zu müssen.
[0018] Die Festigkeit der Legierung kann zudem durch Mischkristallhärtung durch Zinkeinlage¬rung noch weiter verbessert werden, wenn die Gusslegierung 0,5 bis 0,7 Gew.- % Zink (Zn)aufweist. Außerdem können damit ein eventueller negativer Einfluss des Mg-Gehalts auf dieDuktilität verringert und eine Verbesserung in der Gießbarkeit der Gusslegierung erreicht wer¬den.
[0019] Besonders kann sich die Erfindung auszeichnen, wenn die erfindungsgemäße Gussle¬gierung bei einem Kokillengussverfahren zur Herstellung eines Halbzeugs oder Endproduktsverwendet wird.
[0020] Im Folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand einer Ausführungsvariantenäher erläutert: Zum Nachweis der erzielten Effekte wurden aus verschiedenen Gusslegierun¬gen dünnwandige Gussbauteile im Kokillengussverfahren hergestellt. Die Zusammensetzungender untersuchten Legierungen sind in der Tabelle 1 angeführt.
Tabelle 1: Übersicht zu den untersuchten Legierungen [0021] Bei der Legierung 1 handelt es sich um eine A226-Gusslegierung (AISi9Cu3Fe). DieLegierungen 2 und 3 hingegen stellen die erfindungsgemäße Zusammensetzung dar, die sichvon der Legierung 1 im Cu-Gehalt besonders unterscheiden. Die Legierungen bzw. die daraushergestellten Gussteile bzw. Prüfkörper wurden beispielhaft einer T6-Wärmebehandlung über 2Stunden bei 495 °C Lösungsglühen, einem Abschrecken mit Wasser und einer dreistündigenWarmauslagerung bei 220 °C unterworfen.
[0022] Die fertigen Prüfkörper wurden schließlich auf ihre mechanischen Eigenschaften hinuntersucht. Hierzu wurden die Bruchdehnung A und die Streckgrenze Rp0,2 bzw. ZugfestigkeitRm im Zugversuch bestimmt. Die erhaltenen Messwerte sind in der Tabelle 2 für den Gusszu¬stand zusammengefasst.
Tabelle 2: Mechanische Kennwerte der untersuchten Legierungen im Gusszustand [0023] Untersuchungen an den Gusslegierungen Nr. 2 und 3 zeigten, dass durch den einge¬stellten Kupfer-, Eisen- und Mangangehalt in der Legierung die Duktilität deutlich zur A226-Gusslegierung Nr. 1 erhöht werden konnte. Eine nahezu 10-fach höhere Bruchdehnung Akonnte erfindungsgemäß erreicht werden.
[0024] Zwar ist mit einer etwas reduzierten Streckgrenze Rm zu rechnen, diese kann jedoch mitLegierungszusätzen zur Kornfeinung erhöht werden. Durch eine T6- Wärmebehandlung kanndie Festigkeit bei fast gleichbleibender Bruchrechnung noch erhöht werden.
Tabelle 3: Mechanische Kennwerte der untersuchten Legierungen T6-Zustand [0025] Es ist somit gezeigt, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Konzentrationsver¬hältnisse für die erfindungsgemäße Gusslegierung zulassen, hohe Duktilität, gute Festigkeit,Gießbarkeit und Verarbeitbarkeit zu vereinen.
Claims (6)
- Ansprüche 1. Gusslegierung, insbesondere Kokillengusslegierung, aufweisend 6,5 bis 8,5 Gew.-% Silizium (Si), 0,8 bis 1,3 Gew.-% Kupfer (Cu), bis 0,3 Gew.-% Magnesium (Mg), 0,4 bis 0,6 Gew.-% Eisen (Fe), 0,15 bis 0,25 Gew.-% Mangan (Mn), 0,3 bis 0,7 Gew.-% Zink (Zn), optional eines oder mehrere der folgenden Legierungselemente: - 0,005 bis 0,03 Gew.-% Strontium (Sr) - max. 0,15 Gew.-% Chrom (Cr) - max. 0,55 Gew.-% Nickel (Ni) - max. 0,25 Gew.-% Zinn (Sn) - max. 0,25 Gew.-% Titan (Ti) - max. 0,05 Gew.-% Natrium (Na), Antimon (Sb), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) oder Bor (B) und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen.
- 2. Gusslegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil von Feund Mn an der Gusslegierung mindestens 0,6 und maximal 0,8 Gew.-% beträgt.
- 3. Gusslegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gusslegie¬rung 7,5 bis 8,5 Gew.-% Silizium (Si),aufweist.
- 4. Gusslegierung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gusslegie¬rung 0,05 bis 0,20 Gew.-% Magnesium (Mg) aufweist.
- 5. Gusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieGusslegierung 0,5 bis 0,7 Gew.-% Zink (Zn) aufweist.
- 6. Verwendung einer Gusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei einem Kokillen¬gussverfahren zur Herstellung eines Halbzeugs oder Endprodukts. Hierzu keine Zeichnungen
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Inventor name: PHILIP DIPL.ING.DR. PUCHER, AT Effective date: 20150402 |
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