CZ376298A3

CZ376298A3 - Strukturní konstrukční součást z hliníkové slitiny pro lití pod tlakem

Info

Publication number: CZ376298A3
Application number: CZ983762A
Authority: CZ
Inventors: Pius Schwellinger
Original assignee: Alusuisse Technology & Management Ag
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 1999-11-17
Also published as: DE59709639D1; PL329758A1; BR9804708A; HU9802625D0; EP0918096A1; EP0918096B1; HUP9802625A1; PT918096E; HU220129B; ES2192258T3

Description

Strukturní konstrukční součást z hliníkové slitiny pro lití pod tlakem

Vynález se týká konstrukční součásti, zejména bezpečnostní konstrukční součásti pro stavbu vozidel, vyrobené z hliníkové slitiny litím pod tlakem, přičemž hliníková slitina je zvolena tak, če požadavky kladené na konstrukční součást, pokud jde o pevnost a tažnost, jsou splněny již ve stavu po odlití, popř. po tepelném zpracování v teplotní oblasti 200 až 400 °C, avšak bez žíhání na vysokou teplotu.

Do..£.ayj9..dD.X__s.ta.Y__i^ícAnAk.y.

Pomocí moderních způsobů odlévání je dnes možné vyrobit vysoce zatížitelné odlitky také z hliníkových slitin. Použité hliníkové materiály musí ovšem splňovat celou Čadu požadavků. Podstatným předpokladem vhodnosti materiálu je dodržení určitých mechanických ukazatelů. Nosnost konstrukce určují nejmenší hodnoty tažnosti a pevnosti. Ve vozidle k tomu přistupuje požadavek, aby konstrukční součásti deformované při srážce absorbovaly před prasknutím co možná nejvíc energie svou plastickou deformací, což vyžaduje vysokou tažnost použitých součástí. Dalším předpokladem je možnost nákladově příznivé výroby odlitku. Zde se nabízí tlakové lití, přičemž se pro nejvyšší kvalitativní požadavky dává přednost speciálním způsobům, kterými lze dosáhnout dobrého vyplnění formy i při malých tloušťkách stěn odlitku, a omezit tvorbu plynových vměstků, ·· · ··· snižujících tažnost konstrukční součásti.

K výrobě tlakových odlitků z hliníkových materiálů se dnes ještě používá podstatný podíl hliníkových slitin s podílem 7 až 10 7. křemíku. Tyto AISi-slitiny s malou Přísadou hořčíku se vyznačují mimořádně dobrou odlévatelností při malém sklonu k nalepování odlitku ve formě. Tyto slitiny věak vyžadují pro vytvoření eutektika žíhání na vysokou teplotu při teplotách alespoň 480 °C. Aby konstrukční součást, měla požadované hodnoty pevnosti, musí se takto rozpouětěcím způsobem vyžíhaná konstrukční součást prudce ochladit a následně ponechat za tepla zestárnout; to je důsledkem malé přísady, až 0,4 X, hořčíku.

Konstrukční součásti s částečně malými tloušťkami, stěn, které se používají například jako konstrukční součásti při stavbě automobilů, se deformují při ochlazování, a proto musí být orientovány. Kromě toho může vysoká žíhací teplota v důsledku zbytkové plynové parazity vést k tvoření bublin na povrchu konstrukční součásti. Pro výrobu konstrukčních součástí uvedeného druhu litím pod tlakem byly proto hledány možnosti, jak dosáhnout požadovaných hodnot pevnosti a pružnosti v tahu také s volně tvrzenými slitinami, bez provádění rozpouštěcího žíhání. Pro omezení nalepování odlitku ve; formě bylo, za cenu škodlivého vlivu na taánost, používáno až 1 X železa.

Pro splnění požadavků, dnes kladených na bezpečnostní konstrukční součásti ve stavbě vozidel a zejména automobilů pokud jde o pevnost a tažnost, bylo dosaženo značného pokroku zavedením materiálů s nízkým obsahem železa. Tímto opatřením se snižuje objemový podíl křehké intermetalické fáze železa s hliníkem. Nalepování odlitku na stěny formy, » · · • · • · I*

9 9

99 9 nastávající při nízkém obsahu železa, se kompenzuje vyšším obsahem manganu, který má podobný účinek jako železa. Přídavkem manganu se ovšem opět zvětšuje podíl intermetalických fází typu Al(MrtFe). Protože však rozdělení a velikost intermetalických částic obsahujících mangan je ve srovnání s fázemi obsahujícími železo značně příznivější, vyplývá z toho při přibližně stejné úrovni pevnosti zvýšená tažnost. Takovéto materiály s nízkým obsahem železa, t.zn. slitiny, ve kterých je železo substituováno manganem, byly v poslední době s úspěchem zavedeny do výroby.

Podstata vynálezu

Vynález je založen na úkolu, pro výše uvedené strukturní konstrukční součásti vyráběné litím pod tlakem poskytnout vhodné materiály a dále zlepšenými mechanickými vlastnostmi. Zejména má dále zlepšit volně tvrzené slitiny, známé pro lití pod tlakem, pokud jde o jejich kombinované vlastnosti pevnosti a tažnosti. Pro bezpečnostní součásti ve stavbě automobilů je třeba dosáhnout následujících minimálních hodnot ve stavu po odlití popř. po tepelném zpracování bez rozpouštěcí.ho žíhání:

Mez tažnosti (Rp0,2)	: 120	MPa
Pevnost v tahu (Rm):	ISO	MPa
Protažení (A5) :	10	7..
Řešení tohoto	úkolu	poskytuje podle vynálezu slitina,

která sestává z max. 1,4 hmot. % křemíku max. 0,8 hmot. X železa

ft ftftft ftftft

0,1 ač 1,6	hmot.	7	manganu
ma x. 5,0	hmot.	7	hořčíku
max. 0,2	hmot.	7	titanu
max. 0,1	hmot.	7	zinku
0,05 až 0,3	hmot.	7	vanadu

a jako zbytek obsahuje hliník s dalšími nečistotami jednotlivě max. 0,02 hmot. %, celkem max. 0,2 hmot. 7.

Ve výše uvedených mezích obsahů prvků slitiny se jako zvlášť výhodné ukázaly dva slitinové systémy.

U prvního slitinového systému (AIMnFe) sestává slitina s výhodou z

0,1 až 0,8,	, s výhodou 0,15 a	* Π ju. 'm** 7 x. v.¹	hmot.	7	křemíku
0,2 až 0,8,	, s výhodou 0,3 až	0,6	hmot.	7	železa
0,5 až 1,8,	, s výhodou 0,7 až	0,9	hmot.	7	manganu
max. 1,5	hmot. 7 hořčíku
max. 0,2	hmot. 7 titanu
max. 0,1	hmot. 7 zinku
0,05 až 0,	5, s výhodou 0,1 až	0,2	hmot.	7	vanadu
a jako zbytek obsahuje hliník s	dalšími	nečiš
jednotlivě	max. 0,02 hmot. 7,	celkem	max. 0,	2 hmot. 7.

1) druhého výhodného slitinového systému (AlMgMn) sestává slitina s výhodou z

05 až 1,0,	s	výhodou	0,15 až 0,25	hmot.	7	křemíku
05 až 0,2,	s	výhodou	max. 0,1	hmot.	7	železa
5 až 1,8,	s	výhodou	0,7 až 0,9	hmot.	7	manganu
0 až 4,5,	s	výhodou	2,5 až 3,0	hmot.	7	hořčíku

max. 0,2 max. 0,1 hmot. 7 titanu hmot. 7 zinku až 0,2 hliník s , celkem ma hmot. 7. vanadu dalšími nečistotami χ» 0,2 hmot. Z.

0,05 až 0,3, s výhodou 0,1 a jako zbytek obsahuje jednotlivě max. 0,02 hmot»

7.

Předpokládá se, že pozorovaný pozitivní účinek vanadu pokud jde o tažnost odlitku souvisí s jemností zrna odlité struktury. Dále lze pozorovat, že přísadou vanadu se zmenšuje také sklon k nalepování odlitku ve formě, což dovoluje poněkud snížit obsah manganu. Kromě toho vanad, snížením sklonu ke tvorbě trhlin, zlepšuje odlévatelnost a strukturu, čímž dále zlepšuje tažnost.

Na základě předpokládaného účinku vanadu je možno soudit, že pozitivní účinek na tažnost se projevuje u všech volně tvrzených hliníkových slitin pro lití pod tlakem.

Pozitivní účinek přísady vanadu zvyšující pevnost se nastavuje již během vlastního procesu lití pod tlakem. Dalšího zvýšení protažení při přetržení může být dosaženo následným tepelným zpracováním v teplotní oblasti 200 až 400 °C„ Odpovídající volbou teploty a doby trvání tepelného zpracování se může nastavit požadované optimum mezi vysokou tažností a pevností. Tím je možně nastavení právě požadovaných mechanických vlastností strukturní konstrukční součásti.

Přísadou vanadu podle vynálezu je možné značně zlepšit známé volně tvrzených hliníkových slitin pro lití pod tlakem pokud jde o její tažnost. Slitiny jsou tak zvlášť vhodné pro výrobu strukturních konstrukčních součástí, kterých se používá jako bezpečnostních konstrukčních součástí ve stavbě vozidel, zejména automobilů, například jako uzlů prostorového rámu nebo jako nárazových prvků. Strukturní konstrukční součásti jsou vhodné zejména pro použití, při • « ·· «· . · ·· · ·· · • * .»· »«·· . · . . · · « ······ » · · » · · · ·«* ··· ·· ··· ·· ** fc — kterých dochází k teplotnímu namáhání až asi 180 ^C'C« __v.yx.i..á.l...e.fí.u

Výhodný účinek přísady vanadu na volná tvrzené hliníkové slitiny pro lití pod tlakem je zřejmý z následujících výsledků zkoušek příkladných slitin.

Vyšetřovaně slitiny jsou uvedeny v tabulce 1. Slitiny 4 a 8 jsou podle vynálezu, ostatní slitiny představují na trhu obvyklé srovnávací slitiny.

Tabulka 1

SliL	Složeni	Mg	Zn	V	Ti	Sb	Zr	Odlévatelnost
	Si	Fe	Cu	Mn
1	2	0,063	<0,003	0,67	6(26	0,005	<0,01	0,14			Povrchové
2	0,81	0,088	0,30	0,65	0,92	0,83	<0,01	0,15	.................		Trhliny
3	1,26	0,065	<0,003	0,87	431	<0,005	<0,01	0.15			Trhliny
4	1,25	0,074	<0,003	0,86	4,43	<0,005	0,078	0,15			Bez trhlin
5	1,25	0,068	<0,003	0,86	4,48	<0,005	<0,01	0,14	0,015		Málo trhlin
6	1,26	0,072	0,17	0,86	4,51	<0,005	<0,01	0,15			Trhliny
7	0,101	0,066	<0,01	1,20	3.14	<0,01	<0,01	0,01		0,144	Trhliny
S	0,104	0,063	<0,01	1,21	3,20	<0,01	0,14	0,008			Bez trhlin

Slitiny byly pro simulaci chlazení při lití pod tlakem odlity způsobem lití do kokil na desky o tloušťce 4 mm. 2 odlitků byly zpracovány zkušební tyče pro tahové zkoušky a na nich byly měřeny mechanické vlastnosti ve stavu po odlití. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 2. Zde znamená Rp 0,2 mez tažnosti, Rm pevnost v tahu a A5 protažení při přetržení.

·· ·

-7Tabulka 2

Slitina	Mechanické	/lastnosti
Rc0,2 (MPa)	Rm	< MPa)	A5 (Z)
1	254	133
	197	110	10, 0
“?·	244	136	6,5
4	262	139	9,9
5	243	135	6.5
6	237	136	uj t éj
7	246	137	12,5
8		140	15,4

Zkoušky zřetelné ukazují pozitivní chování při odlévání a tažnost slitin 4 a ve stavu po odlití. Za cenu malé ztráty účinek vanadu na 8 podle vynálezu pevnosti je možno tažnost slitin podle vynálezu dále zvýšit pomocí tepelného zpracování v oblasti teplot 200 až 400 °C,

Claims

i. Strukturní konstrukční součást, zejména bezpečnostní konstrukční součást pro stavbu vozidel, vyrobená z hliníkové slitiny litím pod tlakem, přičemž hliníková slitina je zvolena tak, že požadavky kladené na konstrukční součást, pokud jde o pevnost a tažnost, jsou splněny již ve stavu po odlití, popřípadě po tepelném zpracování v teplotní oblasti 200 až 400 °C, avšak bez žíhání na vysokou teplotu, vyznačující se tím, že slitina sestává z

max, 1,4 hmot. X křemíku max. 0,8 hmot. X železa 0,1 až 1,6 hmot. X manganu max. 5,0 hmot. X hořčíku max. 0,2 hmot. X titanu max. 0,1 hmot. X zinku 0,05 až 0,3 hmot. 7. vanadu

a jako zbytek obsahuje hliník s dalšími nečistotami jednotlivě max. 0,02 hmot. X, celkem max. 0,2 hmot. X.
2. Strukturní konstrukční součást podle nároku 1, vyznačující se tím, že slitina sestává z

0,1 až 0,8, s výhodou 0,15 až 0,25 hmot. X křemíku 0,2 až 0,8, s výhodou 0,3 až 0,6 hmot. X železa 0, 5 až 1,8, s výhodou 0,7 až 0,9 hmot. X manganu max. 1,5 hmot. X hořčíku max. 0,2 hmot. X titanu max. 0, 1 hmot. X zinku

0,05 až 0,3, s výhodou 0,1 a3 hmot» 7. vanadu ♦ · · • · · »·« «·· a jako zbytek obsahuje jednotlivě max. 0,02 hmot hliník dalěími nečistotami

X, celkem max. 0,2 hmot. X.
3. Strukturní konstrukční součást podle nároku 1, vyznačující se tím, že slitina sestává z

0,05 až 1,0, s výhodou 0,15 až C >, 25 hmot. 7 kčerní ku 0,05 až 0, 2, s výhodou max. 0, 1 hmot. X železa 0,5 až 1 ,8, s výhodou 0,7 a .2 0, 9 hmot. X manganu 2,0 až 4 , 5, s výhodou 2,5 a ž 3, 0 hmot. X hočč í ku max. 0,2 hmot. X titanu max. 0,1 hmot. X zinku 0,05 až 0,3, s výhodou 0,1 až 0 ‘, 2 hmot. X vanadu a jako zbytek obsahuje hliník s dalěími nečiš'

jednotlivě max. 0,02 hmot. X, celkem max. 0,2 hmot. X.
4. Strukturní konstrukční součást podle některého z nároků í až 3, vyznačující se tím, že konstrukční součást je pro zvýěení tažnosti tepelně zpracována v rozmezí teplot 200 až 400 °C.
5. Použití strukturní konstrukční součásti podle některého z nároků 1 až 4 jako bezpečnostní konstrukční součásti pči stavbě vozidel.
6. Použití strukturní součásti podle některého z nároků 1 až 4 pro aplikaci s teplotním zatížením až asi

180 °C.