CN109906282B - 铝合金、由铝合金制成的线材和连接元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷成型的线材生产的铝合金,其特别是用于生产连接元件。作为主要合金元素,该铝合金具有大于88%的铝和大于或等于5%的铜的合金份额。镍和硅是其他合金元素,镍的合金份额大于或等于0.15%,而硅的合金份额小于或等于1.0%。

Description

铝合金、由铝合金制成的线材和连接元件
技术领域
本发明涉及一种用于冷成型的线材生产的铝合金,其特别是用于生产连接元件。本发明还涉及一种由铝合金生产的线材和由铝合金制成的连接元件。
背景技术
在汽车领域,构件的重量减轻具有高的重要性,这是因为汽车的重量对燃料消耗和二氧化碳排放具有直接影响。这里的一个重点在于使用轻金属,如铝和镁。作为用于由这些金属生产的构件的连接元件,特别是为了连接壳体构件,使用铝螺丝。与钢螺丝相比,使用类似连接元件的优点不仅在于节省重量;而是还由于在运行中较低的腐蚀电位以及连接元件和构件的外延的膨胀而产生特别的优点。铝合金及其化学组成说明于DIN EN 573-3中。
作为可改型性、强度和腐蚀稳定性方面的折衷,根据EN AW-6056的铝合金(AlSi1MgCuMn)用于生产铝螺丝。然而,已经证明这种铝合金的缺点是它只具有有限的耐温性。因此,由这种合金制成的连接元件只能在最高达150℃的温度范围内使用,例如用于拧紧油底壳或变速器壳体。由该合金生产的连接元件不适用于出现较高温度的区域,特别是温度为180℃或更高温度的发动机区域。此外,这些合金的机械特性参数不足以满足汽车领域的许多应用。因此,例如,为了拧紧气缸盖继续使用钢螺丝,尽管发动机缸体通常由轻金属生产。
在航空航天领域中,使用根据EN AW-2024的铝合金(Al Cu4Mg1)生产的连接元件。它是高强度合金,该高强度合金通过析出Al2Cu相由于有效的析出硬化使拉伸强度达到Rm=570MPa。然而,由这种合金生产线材是非常复杂的。
发明内容
从上述现有技术出发,本发明的任务是提供一种铝合金,其具有高的强度和耐腐蚀性、实现了经济的线材生产并且适用于生产用在180℃和更高的温度范围内的连接元件。
根据本发明,该任务通过根据本发明的用于冷成型的线材生产的铝合金解决。除了份额大于88%的铝和份额大于或等于5%的铜之外,镍和硅是另外的合金元素,其中镍的合金份额大于或等于0.15%,硅小于或等于1.0%但具有至少0.1%的显著份额。所有上述的和下文的份额数据都以质量%给出。在此,铝份额优选大于89%或大于90%。例如,铝份额处在88%至90%的范围内或大于90%。
表现得令人惊讶的是,通过添加该份额的镍和硅获得了高强度,同时改善可加工性。
当镍的合金份额在0.15%和1.0%之间和/或硅的合金份额在0.4%和1.0%之间时尤其引起这种效果。在这种情况下,铜的合金份额优选在5.0%和6.1%之间。
在本发明的改进方案中,镁是另一种合金成分,具有在1.5%与2.2%之间的合金份额。由此实现了合金的良好基本强度,这在添加另外的合金成分镍的情况下实现合金的非常好的强度性能。
在本发明的另一设计方案中,锰和/或钛是另外的合金成分。在这种情况下,锰对合金的耐热性具有积极影响,而钛具有晶粒细化作用,由此改善了可改型性。
此外,本发明的主题在于由这种合金制成的线材以及由这种合金生产的连接元件。
下面将详细描述一个实施例:
选作优选实施例的合金包括以下组成:
合金元素 质量%
硅(Si) 0.65
铁(Fe) 0.09
铜(Cu) 5.72
锰(Mn) 0.48
镁(Mg) 1.82
铬(Cr) 0.11
镍(Ni) 0.8
锌(Zn) 0.18
钛(Ti) 0.15
此外,可以存在其他混杂物,其总共不超过0.15%,并且进一步优选地单独不超过0.05%。余量是铝。(作为给出的Mg和Zn值的替代,它们也可以略微偏差并且例如为1.83%(Mg)和0.19%(Zn)。)
根据该实施例的合金基的铸辊线材能够实现经济的拉丝工艺,其中将线材拉制成所需的最终直径。这种线材又可以经济地生产连接元件,尤其是螺丝。生产根据已知方法进行。具体地,通过一个或多个(冷)改型过程由线材构成具有柄部的头部,其中柄部至少在部分区域中设置有特别是通过螺纹辊压制成的螺纹。替代地,生产螺栓或其他连接或紧固元件,例如铆钉。
由于合金的改善的性能,基于该线材生产的冷成形连接元件、特别是螺丝具有高机械稳定性和腐蚀技术稳定性,同时具有高耐热性。由于它们的耐温性,这些连接元件也可以用于180℃和更高的温度范围内。
具体地,由该铝合金生产的连接元件、特别是螺丝具有优选大于570MPa(在室温下)的拉伸强度。因此,与根据EN AW-6056的常规铝合金相比,该合金表现出显著改善的拉伸强度。
在优选的改进方案中,由该合金生产的连接元件、特别是螺丝的特征在于特别高的耐热性。也就是说,在200℃的温度负荷24小时的情况下的连接元件仍然表现出大于室温下拉伸强度的0.8倍的剩余拉伸强度。附加地或替代地,剩余拉伸强度大于400MPa,特别是大于450MPa。此外将会看到,拉伸强度总体仅具有小的斜率的大致线性下降。拉伸强度保留在趋近500MPa的高水平。
因此,这种连接元件特别适用于使用在受到高热负荷的区域,并且合乎目的地使用在这种受到高热负荷的区域。“受到高热负荷的区域”在此是指至少暂时具有大于150°,优选大于180°并且优选大于200°的温度的区域。在这种情况下,这些温度达到一段时间,例如大于0.5小时或大于1-3小时而且反复出现。这种反复的热负载例如在机动车辆发动机中发生。
具体地,连接元件使用并安装在机动车辆内部,特别是在发动机区域中,特别是在发动机本身中。发动机尤其是内燃机。因此,螺丝尤其用作发动机螺丝,例如用作气缸盖螺丝。
替代地,连接元件优选地用作电接触元件,尤其是在机动车辆电池的电池端子的区域中。连接元件例如是接线柱或用于这种接线柱的螺丝。具体而言,在具有牵引电动机的电动车辆中,在车辆中安装具有高容量的蓄电池,其在短的充电时间内被施加非常高的充电电流。这些蓄电池也构造用于牵引电动机的高功率输出,牵引电动机通常具有大于100KW的电功率。由于相应的高电流,电线以及尤其是电池端子承受高热负荷。
如果在此陈述的是线材或连接元件由铝合金生产,则这应理解为完全由合金组成的线材或连接元件,并且必要时还设有涂层,例如滑动涂层。然而,此外,这还指这样的元件:其中线材或连接元件由两种不同的材料组成,其具有由第一材料制成的芯和由第二材料制成的护套。要么芯(优选的)要么护套由根据本发明的铝合金组成。这种螺丝可以从DE10 2014 220 337 A1中得知。在这种情况下,铝芯被钛护套包围。由DE 10 2014 220 338A1得知一种用于这种螺丝的具体生产方法。
存在设计和改进根据本发明的铝合金的多种方案。为此,尤其参考范围在下表1中给出的合金组成:
Figure GDA0002984163780000051
其他混杂物总共不得超过0.15%,并且优选地单独不得超过0.05%。余量是铝。其份额大于88%,优选大于90%。铝的份额还优选小于93%。
附图说明
下面参考附图更详细地解释本发明的实施例。在图中,
图1示出各种铝合金的耐热性的简化比较图表,并且
图2以侧视图示出螺丝。
具体实施方式
在图1中给出了由不同合金制成的元件(螺丝)的相对于对时间(时效处理时间)的拉伸强度(以MPa为单位)。在此将元件加热至200℃并在该温度下保持总共24小时。
所述不同的合金是两种对比合金V1、V2和根据本发明的合金L(虚线)。对比合金V1是根据EN AW-6056的合金(实线),对比合金V2是所谓的7xxx合金(点线)。
参照图表可以清楚地看出,与对比合金V1相比,根据本发明的合金L始终具有明显更高的拉伸强度。在整个时效处理时间内,其比对比合金V1的拉伸强度高100MPa以上。
与对比合金V2相比,根据本发明的合金L尽管在时效处理时间开始时具有较低的拉伸强度,但其特征在于明显更好的耐热性,因此拉伸强度即使在较长的时效处理时间下也保持在高水平,并且在不多的数小时后就已具有比对比合金V2高的拉伸强度。
由于这些性质,根据本发明的合金L特别适用于受到高热负荷的区域中的应用,并且也将用于那里。具体地,该合金被考虑用于生产诸如螺丝的连接元件。
图2以侧视图示例性地示出了一个这样的螺丝2。螺丝2沿着中心纵轴线从头部4开始延伸,柄部6邻接于头部4。柄部6的部分区域设有螺纹8。所示的螺丝2是发动机螺丝,尤其是气缸盖螺丝。它们通常具有几厘米到10或15厘米的长度,并且例如构造为M8、M10、M11或M12螺丝。

Claims (8)

1.一种用于冷成型的线材生产的铝合金,所述铝合金由以下组分组成:
-5.0至6.1%的铜
-0.15至1.0%的镍
-0.4至1.0%的硅
-0至0.2%的铁
-0至0.2%的锰
-1.5至2.2%的镁
-0至0.2%的铬
-0至0.3%的锌
-0至0.25%的钛
-0至0.15%的混杂物,和
-余量的铝。
2.一种用于生产连接元件的线材,其特征在于,所述线材由根据权利要求1的铝合金生产。
3.一种连接元件,其特征在于,所述连接元件由根据权利要求1的铝合金生产。
4.根据权利要求3所述的连接元件,所述连接元件在室温下具有大于570MPa的拉伸强度。
5.根据权利要求3或4所述的连接元件,所述连接元件具有高的耐热性,其中,在200℃的温度负荷24小时之后,所述连接元件具有大于室温下的拉伸强度的0.8倍的剩余拉伸强度,和/或大于400MPa的剩余拉伸强度。
6.根据权利要求3或4所述的连接元件,所述连接元件用于热负荷区域中,其中,温度至少暂时高于180℃。
7.根据权利要求3或4所述的连接元件,所述连接元件用作内燃机的电动机螺丝。
8.根据权利要求3或4所述的连接元件,所述连接元件用作接触元件。
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