CN112626395A - 用于生产部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产部件(11)的方法，其中基于铝的合金(20)在液体状态下被制备，并且该部件(11)通过压铸从中生产。为了允许通过压铸从铝合金生产具有增强的延展性的部件，根据本发明可以设想的是，该合金(20)包含按重量计小于1.3％的铁、按重量计不超过0.2％的硅和按重量计2.7‑5.0％的镁。

Description

用于生产部件的方法

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于生产部件的方法，并且涉及一种用于生产部件的基于铝的合金的用途。

背景技术

由铝或铝合金制成的部件用于各种行业，特别是也用于机动车辆的构造。与钢部件相比，不仅具有较高的耐腐蚀性而且特别是具有较低的密度的优点。后者允许重量的最小化，即使在某些情况下需要更大的材料厚度来实现所需的材料性能。为了生产铝部件(其在此上下文中包括由铝合金制成的部件)，可以采用各种方法。除了一次成型之外，这还包括热成型和冷成型。一种用于生产铝部件(例如，车身部件)的常用方法是压铸。在此过程中，铝或铝合金在液体状态下在压力下被迫使进入模具型腔中，在此发生固化。

通常，以这种方式制造的部件必须连接到另一个部件。根据其它部件的成分，在此可以考虑各种连接方法。在机动车辆构造中经常遇到的一种组合是铝部件与钢部件的接合。特别是在这种情况下，通常通过成形来实施接合。在这种情况下使用的一种方法是自冲铆接，其中特别设计的铆钉不仅用作连接元件，而且还用作切割冲头。在该方法的一种形式中，两个金属板彼此连接，其中铆钉仅冲压穿过上板，而仅形成下板以及铆钉本身。为了实现后者目的，特别地，需要足够的延展性，因为否则不希望的裂缝或断裂可能出现。

同时，也不可能使用所有适合于压铸的铝合金来生产足够适合于诸如自冲铆接之类的接合方法的部件。例如，这适用于包含大量比例的硅(例如，按重量计在5％和10％之间(其中术语“按重量计百分率”和“按质量计百分率”在此和下文中同义地使用))的铝合金。这样的合金通常具有显著降低的延展性。另外，现有技术还包括无硅合金，例如

(AlMg4Fe2)，与之相比其具有更好的延展性。但是，例如，取决于要连接的部件的尺寸以及其他部件的成分，即使在使用这些合金时，材料中也会出现裂缝，并且这些裂缝可能会损害连接的机械稳定性以及可能的耐腐蚀性。

US 9 920 401 B2公开了一种具有高导热率的铝合金，其被提供用于压铸。除了铝之外，该合金还包含按重量计0.2-2.0％的镁、按重量计0.1-0.3％的铁和按重量计0.1-1.0％的钴。它特别提供用于生产LED部件。

US 9 715 971 B2公开了一种用于二次电池的电极，该电极具有由铝合金构成的膜。该铝合金包含按重量计0.03-0.1％的铁、按重量计达到0.1％的硅、以及可选地钛和铜。首先，坯料通过连续或半连续挤压从合金生产并且被热均匀化，并且然后铺开以生成膜。US2013/0269842 A1涉及一种类似的电极，尽管在这种情况下铝合金包含按重量计0.03-0.1％的铁、按重量计0.01-0.1％的硅和少量的铜。

US 2018/0274073 A1公开了一种高强度铝合金，该铝合金除了铝之外还包含按重量计0.3-1.0％的铁、按重量计1.2-2.6％的镁以及锌、镍、铜、锆、钛、钪和铬。在此可以设想的是，铁和镍形成Al9FeNi相的铝化合物，其占据按体积计至少2％的比例。从铝合金可以铸造或锻造部件。

CN 108165842 A公开了一种特别适合于半固体方法的铝合金。除了铝之外，该合金还包含按重量计6.6-7.4％的硅、按重量计不超过0.15％的铁、按重量计0.15-0.25％的镁以及钛、铬、镱、碲、铍和可能的其他元素的痕迹。

US 2003/0178106 A1公开了一种铝合金，该铝合金包含按重量计6.5-8.5％的硅、按重量计0.6-1.0％的铁、按重量计0.35-0.65％的镁以及锰、锌、钛、铜和按重量计达到0.15％的其他元素。该合金被特别地提供用于半固体方法。

US 5 115 770 A涉及一种铝合金，该铝合金包含按重量计达到0.8％的铁、按重量计达到0.6％的硅以及铜、锰、钒、锆和可选地少量的锌、锰和镍。通过压铸，即使合金部件长时间暴露于高温下，也可以从具有特定拉伸强度的合金部件生产，例如用于内燃发动机的活塞。

鉴于所指出的现有技术，通过压铸从铝合金生产增强的延展性的部件仍然留有改进的空间。

发明内容

本发明的潜在目的是允许通过压铸从铝合金生产增强的延展性的部件。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现，其中从属权利要求涉及本发明的有利实施例。此外，该目的通过具有权利要求8的特征的用途来实现。

应当注意的是，在以下描述中单独呈现的特征和措施可以以任何技术上有价值的方式进行组合，并且产生本发明的其他实施例。该描述另外特别是结合附图来表征和具体说明本发明。

本发明提供一种用于生产部件的方法。在此上下文中，术语“部件”应该被广义地解释，并且除了不需要任何进一步处理的完全成品部件之外，还指代可以在使用之前经受进一步处理(例如，机械加工、表面处理、表面涂层等)的部件。特别地，在此上下文中的术语还包括半成品的产品。

在该方法中，基于铝的合金在液体状态下被制备，并且该部件通过压铸从中生产。在这种情况下，基于铝的合金——也可以使用术语“铝合金”——优选地包含按重量计至少70％，进一步优选按重量计至少80％，又一步优选按重量计至少90％的铝。除了铝之外，它还包含其他元素，这些元素可以是金属，但也可选择地是至少一种半金属和/或非金属。该合金在液体状态下被制备。通常，合金整体上被熔化，但也可能是合金的各个组分被熔化并且然后被混合以形成合金。

在已经制备液体合金之后，通过压铸从合金中生产部件。在此上下文中，术语“压铸”通常是指一次成型方法，其中合金在液体状态下在压力下被迫使进入模具中。该模具通常被预热以防止合金过早硬化。作为选择，它可以包含用于加热的装置以及可能的用于冷却的装置。该合金可以通过至少一个传递开口引入到主要封闭的模具型腔中。在合金被冷却并其最终在模具型腔中固化时，继续保持压力。在此，模具型腔是在模具内形成的中空空间。在这种情况下，模具可以例如通过两个模具半部形成，这两个模具半部在引入合金之前接合在一起以形成模具型腔。所述型腔主要是封闭的，但是具有至少一个用于引入合金的传递开口。也可以通过多个传递开口将合金同时或相继地引入模具型腔中。在模具内的合金固化之后，可以例如通过分离模具半部来打开所述模具并且可以移除工件。

根据本发明，该合金包含按重量计小于1.3％的铁、按重量计不超过0.2％的硅和按重量计2.7-5.0％的镁。通过压铸可以毫无问题地加工合金，并且根据本发明制造的部件具有高的延展性或高的断裂伸长率。为了获得相应的延展性，不需要对部件进行热处理，该热处理可以在部件的铸造和冷却之后立即进行。例如，如果该部件随后通过自冲铆接连接到另一个部件，则这具有明显的积极作用。增加的延展性降低了部件中断裂或裂缝的风险。

在不进行限制性解释的情况下，可以假设各种因素对延展性具有积极作用。其中，首先存在低的硅含量，其在本发明的范围内也可以忽略不计，并且因此该合金也可以被认为(几乎)不含硅。假设形成混合硅相通常会导致延展性的降低。此外，因为根据本发明，按重量计铁的比例被限制为小于1.3％，所以在冷却和固化期间Al13Fe4相的形成被延迟，并且该相在硬化合金中的比例减小，这对成品部件的延展性或断裂伸长率具有有利的影响。最后，该合金具有镁含量，该镁含量明显高于例如通常用于压铸的合金，例如AlSi9Cu3(Fe)、AlSi12Cu1(Fe)、AlSi12(Fe)或AlSi10Mg(Cu)，其对强度具有积极影响。镁也可以与铁结合使用，从而允许使用术语“铝-镁-铁合金”。在成品部件中，镁可以存在于Al3Mg2相内。

合金优选地包含按重量计不超过0.1％或按重量计不超过0.05％的硅。理想地，硅的比例甚至可以被进一步降低，例如，降低至按重量计不超过0.01％或按重量计不超过0.001％，并且因此该合金可以被认为大体上不含硅。硅的比例有利地降低到不可避免的污染。

根据一个实施例，铁的比例甚至可以被进一步降低，结果是该合金包含按重量计不超过1.0％的铁。在某些情况下，铁的比例也可以是按重量计不超过0.7％或按重量计不超过0.5％。

即使降低铁的比例具有上述积极作用，但也没有必要将铁的比例降低“至零”。为了设定某些合金性能，铁的某些不可忽略的比例可能是有利的。此外，已经发现的是，与没有铁的比例相比，铸造模具内的磨损更低。在这个方面下，优选合金包含按重量计至少0.1％的铁。此外，合金包含按重量计至少0.3％的铁可以是有利的。

该合金优选地包含按重量计3.0-4.6％的镁。作为进一步优选，镁的比例的下限可以是按重量计3.2％、按重量计3.4％或按重量计3.6％。作为进一步优选，镁的比例的上限可以是按重量计4.5％或按重量计4.4％。

通常，该合金包含按重量计不超过1.0％的不同于铝、镁、铁和硅的附加元素。作为进一步优选，这些元素的比例低于按重量计0.5％。这种可选地包含的附加元素可以是金属，例如，其特别地可以从铜、锰、锌、钼、锆、铍和钛中选择。特别地，附加元素可以包含按重量计不超过0.2％的铜和按重量计不超过0.1％的锰，其中任何其他元素(除了Al、Mg、Fe、Si、Cu和Mn之外)的按重量计的总比例低于按重量计0.05％。

特别地，在根据本发明的方法中可以生产用于机动车辆的部件。该部件可以被提供用于底盘或车身。在这种情况下，所涉及的部件是为了成形可以通过压铸生产并且增加的延展性是有利的任何部件。这些可以是镶板元件、支撑元件、悬架部件、发动机部件或其他部件。该方法还适合于生产随后通过自冲铆接(SPR)连接至第二部件以形成复合部件的部件。第二部件可以特别是由钢构成。在该连接方法中，根据本发明建立的增强的延展性是有利的。该延展性具有有利效果的其他连接方法是流动钻螺纹接合、高速定位、摩擦焊接和焊缝铆接。

本发明还涉及用于通过压铸生产部件的基于铝的合金的用途，其中该合金包含按重量计小于1.3％的铁、按重量计不超过0.2％的硅和按重量计2.7-5.0％的镁。所提及的术语已经参照根据本发明的方法进行了解释，并且因此不再赘述。根据本发明的用途的有利实施例对应于根据本发明的方法的实施例。

附图说明

下面通过在附图中示出的不同示例性实施例更详细地说明本发明的其他有利的细节和效果，其中：

图1示出了根据本发明的方法的第一阶段的示意图；

图2示出了根据本发明的方法的第二阶段的示意图；以及

图3A-3E示出了使用根据本发明生产的部件的接合过程的各个阶段。

具体实施方式

在各个附图中，相同的部件在所有情况下均设置有相同的附图标记，因此，通常仅对所述部件进行一次描述。

图1以高度示意性的方式示出了装置1，该装置1可以可选地用于实施根据本发明的方法。在此，意图是通过压铸从基于铝的合金20生产部件。可以看出，模具2具有第一模具半部2.1和第二模具半部2.2，第一模具半部2.1和第二模具半部2.2在接合在一起时在它们之间限定模具型腔3。在一侧，模具型腔3连接到传递开口4，该传递开口4相应地连接到容器5。该容器5具有填充开口6，合金20可以通过该填充开口6以液体形式引入。在容器5内，合金20保持在液体状态下，其中必要的温度通过温度控制装置10建立，该温度控制装置10可以具有用于冷却的装置和用于加热的装置。此外，邻接容器5布置有混合装置9，该混合装置9例如可以被设计为产生电磁场。这些作用在合金20上并且引起各个组分的改进混合。温度控制装置10和混合装置9均是纯粹可选的部件。一方面在容器5内布置有可移动活塞7，另一方面布置有传递舱口8。合金20首先被封装在活塞7和传递舱口8之间(见图1)。

对于实际的成形过程，当活塞7在模具2的方向上移动时，打开传递舱口8(见图2)。从而合金20移动穿过容器5，并且通过传递开口4被迫使进入模具型腔3中，而它继续处于液体状态下。当继续通过活塞7施加压力时，合金20在模具型腔3中硬化并且形成所需的部件。为了防止过早硬化，通常将模具2预热。可选地，模具2可以设置有专用的温度控制装置，该温度控制装置具有用于加热的装置以及可能的用于冷却的装置以便设置模具2的温度。成品部件还具有高延展性或高断裂伸长率，即使不进行后续热处理。

在该示例中使用的合金20具有以下组分：

镁：按重量计4.3％

铁：按重量计1.0％

硅：按重量计0.1％

铜：按重量计0.1％

锰：按重量计0.075％

铝：余量

在在此使用的根据本发明的合金的情况下，硅的比例是按重量计0.1％。在不损害上述的有利性能的情况下，可以进一步将该比例降低例如至按重量计0.05％、按重量计0.01％或按重量计0.001％。

特别地，所生产的部件可以是车身部件，该车身部件随后通过自冲铆接(SPR)连接到由钢制成的另一个部件。在该方法中，根据本发明建立的增加的延展性是有利的。

图3A至3E示出了方法的各个阶段，在该方法中，根据本发明生产的部件(以下被称为铝部件11)通过自冲铆接连接至钢部件12。在此，两个部件11、12均被示为平板，但是这不应该被限制性地解释。铝部件11被放置在冲模13上，其中钢部件12被搁置在部件11上。半管状铆钉14被容纳在设置单元15中(见图3A)。设置单元15被放置在钢部件12上，从而固定设想的接合位置。同时，半管状铆钉14被向前推动并且被接触放置(图3B)。通过进一步的向前运动，首先存在钢部件12和铝部件11到冲模13中的塑性变形，而半管状铆钉14仍保持其原始形状(图3C)。随后，半管状铆钉14仅冲压穿过位于顶部的钢部件12，并且塑性地形成下面的铝部件11以形成封闭头部11.1(图3D和3E)。同时，半管状铆钉14的茎杆张开，从而完成积极连接。不言而喻的是，在封闭头部11.1的区域中进行高度的成型，其中特别高的延展性对于避免裂缝或撕裂是必要的。已经发现的是，根据本发明已经生产的部件在该方法中具有形成裂缝的特别低趋势。

除了在此通过示例的方式示出的自冲铆接工艺之外，铝部件11还可以有利地与其他连接方法一起使用，其中特别是有流动钻螺纹接合、高速定位、摩擦焊接和焊缝铆接。

附图标记列表

1 装置

2 模具

2.1、2.2 模具半部

3 模具型腔

4 传递开口

5 容器

6 填充开口

7 活塞

8 传递舱口

9 混合装置

10 温度控制装置

11 部件

11.1 封闭头部

12 钢部件

13 冲模

14 半管状铆钉

15 设置单元

20 合金

Claims (8)

1.一种用于生产部件(11)的方法，其中基于铝的合金(20)在液体状态下被制备，并且所述部件(11)通过压铸从中生产，

其特征在于，

所述合金(20)包含按重量计小于1.3％的铁、按重量计不超过0.2％的硅和按重量计2.7-5.0％的镁。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述合金(20)包含按重量计不超过0.1％的硅。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述合金(20)包含按重量计不超过1.0％的铁。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述合金(20)包含按重量计至少0.1％的铁。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述合金(20)包含按重量计3.0-4.6％的镁。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述合金(20)包含按重量计不超过1.0％的不同于铝、镁、铁和硅的附加元素。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

生产用于机动车辆的部件(11)。

8.一种用于通过压铸生产部件(11)的基于铝的合金(20)的用途，

其中，

所述合金(20)包含按重量计小于1.3％的铁、按重量计不超过0.2％的硅和按重量计2.7-5.0％的镁。

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