AT407533B

AT407533B - Aluminiumlegierung

Info

Publication number: AT407533B
Application number: AT0008999A
Authority: AT
Inventors: Franz Ing Brandl
Original assignee: Aluminium Lend Gmbh
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2001-04-25
Also published as: WO2000043560A1; ATA8999A

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung, die neben Aluminium, Magnesium und Silizium als Legierungsbestandteile enthält, und im Druckguss und verwandten Verfahren, z. B. durch Squeezecasting, oder durch Thixoforming verarbeitet werden kann. Darüber hinaus ist diese Aluminiumlegierung auch zum Schmieden im teilflüssigen Zustand (Thixoforging) geeignet.

Unter den Formgebungsverfahren besitzen die Druckgussverfahren und die verwandten Verfahren besondere wirtschaftliche und technische Bedeutung. Insbesondere das Druckgiessen hat sich heute zu einer Technik entwickelt, welche die Herstellung von Teilen mit hohem Qualitäts- anspruch bei hoher Produktivität erlaubt. Zu nennen ist hier auch die Anwendung von Vakuum sowie das Squeezecasting. Um das Potential der genannten Formgebungsverfahren ausnutzen zu können, müssen auch geeignete Legierungen zur Verfügung stehen.

Die gewünschten Eigenschaften von Legierungen sind neben guter Schweissbarkeit und ausserordentlicher Korrosionsbeständigkeit auch gute mechanische Kennwerte, wie eine hohe Bruchdehnung, eine hohe Streckgrenze und Zugfestigkeit. Diese Eigenschaften werden in nicht unerheblichem Ausmass vom Legierungsgefüge bestimmt.

Bei Aluminiumlegierungen, die neben Aluminium, Silizium (Hauptlegierungselement) und daneben Magnesium als Legierungsbestandteile enthalten, werden die geforderten hohen mecha- nischen Festigkeiten durch eine Wärmebehandlung erreicht- Bei der Hochglühung (üblicherweise auf 490 bis 530 ) kommt es zur Einformung des eutektischen Siliziums und damit zu einer Verbesserung der Bruchdehnung. Durch Abschrecken von der Glühtemperatur auf Raum- temperatur und eine nachfolgende Warmauslagerung (typisch bei Temperaturen zwischen 150 bis 180 ) erfolgt eine Verbesserung hinsichtlich der Streckgrenze und der Zugfestigkeit.

Insbesondere für Druckgussteile hat eine Hochglühung jedoch mehrere Nachteile. Für die Druckgussverfahren typische eingeschlossene Oxidhäute und komprimierte Gaseinschlüsse infolge turbulenter Formfüllung bilden beim Hochglühen Fehlstellen, die zu Bauteilversagen führen können. Im Thixoforming mit seiner quasi laminaren Formfüllung tritt das letztgenannte Problem zwar nicht auf, jedoch kann hier - ebenso wie beim Druckguss - das Formtrennmittel zu einer Aufgasung der Oberfläche führen. Das gelöste oder eingeschlossene Gas kann sich anschliessend beim Glühen in Form von Blasen bemerkbar machen und ebenfalls zu Oberflächendefekten und einer Verschlechterung der mechanischen Festigkeitswerte führen.

Druckgussteile und ganz besonders Thixoforming-Teile zeichnen sich auch dadurch aus, dass sie sehr endabmessungsnah hergestellt werden können. Das Glühen mit dem darauffolgenden Abschrecken führt aber zu einem Verzug, der diesen Verfahrensvorteil zunichte macht.

Aluminiumlegierungen, welche neben Aluminium, Magnesium und Silizium als Legierungs- bestandteile enthalten und in den vorstehend erwähnten Formgebungsverfahren verwendet werden, besitzen üblicherweise zur Verminderung der Klebeneigung einen Eisengehalt von etwa 0,5 bis 1,2 Gew. -%. Dieser hohe Eisengehalt reduziert jedoch die Bruchdehnung und Duktilität im
Druckgussteil und beeinträchtigt auch die Korrosionsbeständigkeit.

So sind beispielsweise Druckgusslegierungen vom Aluminium-Magnesium-Silizium-Typ mit Magnesiumgehalten zwischen 3 und 9 Gew.-% bekannt. Diese Legierungen enthalten zur Vermei- dung der Klebeneigung die schon zuvor beschriebenen hohen Eisengehalte. Im Zusammenhang mit der Herstellung dieser Legierungen wurden ferner keine besonderen Massnahmen zur Feinung des Legierungsgefüges beschrieben. Die mechanischen Eigenschaften dieser Werkstoffe sind nicht herausragend.

Eine bekannte eisenarme Legierung vom Aluminium-Magnesium-Silizium-Typ ist jene, welche unter der Bezeichnung MAGSIMAL-59# von der Aluminium Rheinfelden GmbH erhältlich ist. Neben Aluminium besteht sie hauptsächlich aus 5,0 bis 5,5 Gew.-% Magnesium, 1,8 bis 2,5 Gew.-%
Silizium mit max. 0,25 Gew. -% Eisen. Diese Legierung enthält zur Minderung der Klebeneigung einen Manganzusatz von 0,5 bis 0,8 Gew. -%, da dadurch die Löslichkeit des Eisens in der
Legierungsschmelze herabgesetzt wird und somit kein Angriff auf das Druckgusswerkzeug erfolgen kann. Ein derart hoher Manganzusatz führt jedoch trotz der hohen Erstarrungsgeschwindigkeit des
Druckgusses zu der aus der Technik bekannten Ausscheidung von groben manganhaltigen
Phasen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehenden Nachteile zu überwinden und eine Aluminiumlegierung zu entwickeln, welche neben Aluminium, Magnesium und Silizium als weitere

Hauptlegierungsbestandteile enthält und die insbesondere die folgenden Eigenschaften aufweist: gute mechanische Eigenschaften im Gusszustand, besonders auch eine hohe Duktilität; gute Giessbarkeit und leichte Entformbarkeit aufgrund einer fehlenden Neigung zum An- kleben in der Form; ausreichende Gestaltsfestigkeit bei hohen Temperaturen; gute Schweissbarkeit ; gute Korrosionsbeständigkeit.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss durch eine Legierung erreicht, welche die folgende Zusam- mensetzung besitzt: > 3,0 bis 7,0 % Magnesium,
1,0 bis 3,0 % Silizium,
0,3 bis 0,49 % Mangan,
0,1 bis 0,3 % Chrom,
0 bis 0,15 % Titan, max. 0,15 % Eisen, max. 0,00005 % Kalzium, max. 0,00005 % Natrium, max. 0,0002 % Phosphor, sonstige Verunreinigungen in einer Menge von jeweils max. 0,02 Gew.-% und als Rest Aluminium.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Legierung ist ein Zirkongehalt von 0,05 bis 0,2 % vorgesehen. Durch diesen Zusatz können Verbesserungen in der Zugfestigkeit und in der Dehngrenze erreicht werden, wobei aber die Bruchdehnung geringfügig abfällt. Diese Legierungen sind daher dann vorzuziehen, wenn hohe Werte für die Zugfestigkeit und die Dehngrenze wesentlich sind.

Von Aluminiumknetlegierungen ist bekannt, dass der Zusatz einer Kombination von Chrom und Mangan sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften der Knetlegierungen auswirkt und auch deren Korrosionsbeständigkeit verbessert. Durch den Einsatz von Chrom wird zusätzlich auch die Warmfestigkeit der Knetlegierung verbessert, was einem Verbiegen des Gussteiles beim Entformen entgegenwirkt. Der Einsatz von Chrom in Verbindung von Mangan wurde bei Druckgusslegie- rungen, die neben Aluminium, Magnesium und Silizium als weitere Hauptlegierungsbestandteile enthalten, jedoch bisher vermieden.

Grund dafür sind die bei der gleichzeitigen Verwendung von Eisen, Mangan und Chrom entstehenden intermetallischen Phasen von hoher Dichte, der sogenannte Metall- oder Tiegel- schlamm, deren Bildung wesentlich durch Chrom bestimmt werden. Wenn Schlammpartikel in das Gussstück gelangen, wirken diese als harte Einschlüsse, die die Bearbeitbarkeit und die Festigkeit verschlechtern.

Diese Effekte treten bei den erfindungsgemässen Legierungen jedoch nicht auf, sodass diese Legierungen sowie die daraus hergestellten Bauteile die geforderten mechanischen Festigkeits- werte besitzen. Dagegen konnte festgestellt werden, dass auch der Chromzusatz das Ankleben im Werkzeug verhindert und die Entformbarkeit wesentlich verbessert. Wesentlich, insbesondere für die Erreichung hoher Dehnungswerte, ist auch ein besonderes Gefüge. Das für die Legierungs- eigenschaften günstige Gefüge, weiches sich durch seine Feinkörnigkeit auszeichnet, kann nur erreicht werden, wenn die erfindungsgemäss gesetzten Begrenzungen für die Elemente P, Na und Ca nicht überschritten werden.

Wegen der hohen Empfindlichkeit gegenüber Spurenverunreinigungen (so werden in Druck- giessereien oft Legierungen mit hohem Phosphorgehalt eingesetzt) muss daher auf eine Kontami- nation der Masseln mit den schädlichen Elementen beim Wiederaufschmelzen besonders geachtet werden.

Diese Forderung ist beim Thixoforming prozessbedingt erfüllt, da hier der Weiterverarbeitung kein völliges Aufschmelzen des Vormateriales in einem Tiegel vorangeht. Thixotrop verarbeitbares Material kann unmittelbar nach dem Raffinieren der Schmelze durch EM-gerührten Strangguss hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung wird an Hand der nachstehend für drei verschiedene Legierungen angeführten mechanischen Festigkeitswerte weiter veranschaulicht. Bei der Legierung 1 handelt es sich um die bekannte Legierung Magsimal-59; die Legierung 2 ist eine Legierung, deren

Zusammensetzung der erfindungsgemässen Legierung entspricht, jedoch kein Chrom enthält; die Legierung 3 ist eine erfindungsgemässe Legierung. Die in der nachstehenden Tabelle zusammen- gefassten mechanischen Eigenschaftswerte wurden im Zugversuch an druckgegossenen Flachzug- proben der drei Legierungen nach DIN 50 148 ermittelt. Die angegebenen Werte entsprechen den Mittelwerten aus je 20 Zugversuchen.

Legierung Nr. p0,2 (MPa) Rm(MPa) A50 (%)
1 173 284 5,0
2 170 289 5,9
3 174 295 5,9
Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass die erfindungsgemässe Legierung 3 unter den Versuchs- bedingungen die Legierungen 1 und 2 bei den Parametern Zugfestigkeit und Bruchdehnung über- trifft. Bei den Dehnungswerten weist die erfindungsgemässe Legierung ebenso wie die Legierung 2 mit 5,9 % einen signifikant höheren Wert als die bekannte Legierung 1 auf.

Die in der Tabelle angegebenen Werte (insbesondere die Bruchdehnung) sind durch giess- bedingte Schrumpfporosität eher niedrig und dienen nur dem Werkstoffvergleich. In realen dünn- wandigen Bauteilen wurden mit der erfindungsgemässen Legierung 3 Bruchdehnungen bis zu 20 % ermittelt.

Zusammengefasst ist die erfindungsgemässe Legierung 3 zu bevorzugen, da sie aufgrund ihrer besonderen Zusammensetzung, insbesondere höhere Zugfestigkeiten bei gleichzeitig hohen Dehnungswerten als die beiden Legierungen 1 und 2 erreicht.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie > 3,0 - 7,0 Gew.-% Magnesium,
1,0 - 3,0 Gew.-% Silizium,
0,3 - 0,49 Gew.-% Mangan,
0,1 - 0,3 Gew. -% Chrom, 0- 0,15 Gew.-% Titan, max. 0,15 Gew.-% Eisen, max. 0,00005 Gew.-% Kalzium, max. 0,00005 Gew.-% Natrium, max. 0,0002 Gew.-% Phosphor, sonstige Verunreinigungen in einer Menge von jeweils max. 0,02 Gew.-% und als Rest
Aluminium enthält.

Claims

2 Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich Zirkon in einer Menge von 0,05 bis 0,2 Gew.-% enthält.

3. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Sicherheitsbauteilen im Druckguss-, Squeezecasting-, Thixoforming- oder Thixoforming- Verfahren.

KEINE ZEICHNUNG