DE10002021C2 - Verfahren zur Wärmebehandlung von Strukturgußteilen aus einer dafür zu verwendenden Aluminiumlegierung - Google Patents
Verfahren zur Wärmebehandlung von Strukturgußteilen aus einer dafür zu verwendenden AluminiumlegierungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Strukturgußteilen aus einer
Aluminiumlegierung sowie eine dafür zu verwendende Aluminiumlegierung.
Aluminiumstrukturgußteile aus einer Aluminiumlegierung werden beispielsweise im
Kraftfahrzeugbau eingesetzt und sollen gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe
Bruchdehnung, eine gute Vergießbarkeit, keine Klebeneigung in der Form und eine gute
Entformbarkeit, eine hohe Gestaltfestigkeit und eine gute Schweißbarkeit, aufweisen. Da die
geforderten Eigenschaften bei den bekannten Aluminiumgußlegierungen im Gußzustand nicht
gegeben sind, wurden Wärmebehandlungsverfahren sowie Aluminiumlegierungen entwickelt, um
immer präziser und kostengünstiger den industriellen Anforderungen gerecht zu werden. Bekannt
geworden sind hierfür spezielle Wärmebehandlungsprozesse mit der Bezeichnung T64 und T7.
Diese Wärmebehandlungsprozesse sind beispielsweise im "Das Techniker Handbuch" Böge, Vieweg,
13. Auflage, Seiten 551 bis 554, beschrieben. Bei diesen Wärmebehandlungsprozessen erfolgt ein
zweistufiger Ablauf nach folgendem Schema:
1. Stufe: Erwärmen auf 480 bis 520°C, Halten während 2 bis 5 Stunden, Abschrecken in Wasser
bei 20°C;
2. Stufe: Erwärmen auf 155 bis 170°C, Halten während 2 bis 6 Stunden, Abschrecken in Luft.
2. Stufe: Erwärmen auf 155 bis 170°C, Halten während 2 bis 6 Stunden, Abschrecken in Luft.
1. Stufe: Erwärmen auf 480 bis 520°C, Halten während 2 bis 5 Stunden, Abschrecken in Wasser
bei 20°C;
2. Stufe: Erwärmen auf 200 bis 230°C, Halten während 2 bis 3 Stunden, Abschrecken in Luft.
2. Stufe: Erwärmen auf 200 bis 230°C, Halten während 2 bis 3 Stunden, Abschrecken in Luft.
Bei den gemäß dem Wärmebehandlungsprozeß T64 behandelten Strukturgußteilen ist keine
thermische Stabilität bei höheren Temperaturen gegeben, die allerdings bei dem
Wärmebehandlungsprozeß T7 vorhanden ist. Nachteilig ist bei beiden Wärmebehandlungsprozessen
T64 und T7, daß die mittels des Druckgußverfahrens hergestellten Strukturgußteile ihre im
Gußzustand vorhandene extrem hohe Maßhaltigkeit aufgrund der im Strukturgußteil während des
Abschreckens in Wasser auftretenden hohen thermischen Spannungszuständen verlieren. Die
Strukturgußteile sind nach der ersten Wärmebehandlungsstufe maßlich instabil und müssen durch
kostenintensive und komplizierte Richtvorgänge auf Maßhaltigkeit gebracht werden. Dieses Problem
ist bei Strukturbauteilen besonders kritisch, da diese Strukturgußteile ein hohes Maß an Komplexität
und Integrität aufweisen und dabei hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit genügen müssen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Wärmebehandlungsverfahren zu schaffen, mit
dem sich gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Maßhaltigkeit kostengünstig und mit
einfachen Mitteln erreichen lassen.
Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung von
Strukturgußteilen aus einer Aluminiumlegierung vorgeschlagen, das aus den Schritten:
- - Auflegen des Strukturgußteils auf eine konturgreifende Produktaufnahme,
- - Aufheizen auf 490°C in etwa 30 Minuten,
- - Halten der Temperatur von 490°C während einer Zeit zwischen 60 und 90 Minuten,
- - Abschrecken in Luft in etwa 4 Minuten von 490°C auf etwa 100°C und ggf. anschließendes Abschrecken in Wasser,
- - Aufheizen auf 250°C in etwa 15 Minuten,
- - Halten der Temperatur von 250°C während einer Zeit zwischen 30 und 120 Minuten,
- - Abschrecken in Luft auf 40°C und ggf. anschließendes Abschrecken in Wasser
besteht.
Vorzugsweise kann das Halten auf der Temperatur von 490°C während etwa 60 Minuten und das
Halten auf der Temperatur von 250°C während etwa 30 Minuten erfolgen.
Wenn gemäß einer zweiten Verfahrensvariante das Halten auf der Temperatur von 490°C während
etwa 90 Minuten erfolgt, kann das Halten auf der Temperatur von 250°C während etwa 30 Minuten
oder etwa 45 Minuten oder etwa 75 Minuten oder etwa 105 Minuten erfolgen, wodurch sich die
mechanischen Eigenschaften je nach Anforderungsspektrum variieren lassen.
Eine geeignete Aluminiumlegierung zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann
die Zusammensetzung:
Si: 5-11,5%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 0,3-1,0%,
Cu: < 0,02%,
Mn: 0,4-0,8%,
Ti: 0,1-0,2%,
Rest: Aluminium und Spurenelemente
aufweisen.
Si: 5-11,5%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 0,3-1,0%,
Cu: < 0,02%,
Mn: 0,4-0,8%,
Ti: 0,1-0,2%,
Rest: Aluminium und Spurenelemente
aufweisen.
Eine geeignete Al-Mg-Legierung zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die
Zusammensetzung:
Si: 1-3%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 3-5,5%,
Cu: < 0,02%,
Mn: 0,4-0,8%,
Ti: 0,1-0,2%,
Zn: < 0,08%
Rest: Aluminium und Spurenelemente
aufweisen.
Si: 1-3%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 3-5,5%,
Cu: < 0,02%,
Mn: 0,4-0,8%,
Ti: 0,1-0,2%,
Zn: < 0,08%
Rest: Aluminium und Spurenelemente
aufweisen.
Eine geeignete eutektische oder naheutektische Al-Si-Legierung zur Verwendung mit dem erfin
dungsgemäßen Verfahren kann die Zusammensetzung:
Si: 7-11,5%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 0,3-0,4%,
Cu: < 0,02%,
Mn: 0,4-0,6%,
Ti: 0,15-0,2%,
Sr: bis 300 ppm,
Rest: Aluminium und Spurenelemente
aufweisen.
Si: 7-11,5%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 0,3-0,4%,
Cu: < 0,02%,
Mn: 0,4-0,6%,
Ti: 0,15-0,2%,
Sr: bis 300 ppm,
Rest: Aluminium und Spurenelemente
aufweisen.
Diese Legierungen werden vor dem Einbringen in den Gießprozeß einer Schmelzebehandlung wie
Entgasen und/oder Filtrieren unterworfen. Das beim Druckguß im Formhohlraum zum Zeitpunkt des
Einbringens der geschmolzenen Aluminiumlegierung erzeugte Vakuum liegt bei 50 bis 150 mbar.
Die gegossenen Strukturgußteile werden auf spezielle konturgreifende Produktaufnahmen aufgelegt
und den vorerwähnten Wärmebehandlungsschritten unterzogen.
Mit diesen Wärmebehandlungen läßt sich erreichen, daß der Verzug am Strukturgußteil erheblich
niedriger ist als nach der Wärmebehandlung gemäß T64 oder T7.
Außerdem verlängert sich die Standzeit der verwendeten konturgreifenden Produktaufnahmen
aufgrund der stark reduzierten thermischen Spannungen beim Abschrecken in Luft um ein
Vielfaches.
Des weiteren wurde festgestellt, daß durch den Fe-Gehalt von 0,15 bis 0,4% die
Werkzeugstandzeit, die bei Fe-Gehalten von < 0,15% in kommerziell erhältlichen Legierungen für
den Bereich Strukturgußteile unbefriedigend ist, nachhaltig verbessert wird. Dabei wurden keine
negativen Einflüsse auf die dynamischen und statischen Kennwerte festgestellt.
Mit einer Aluminiumlegierung der Zusammensetzung:
Si: 9,5-11,5%
Fe: 0,15-0,4%
Mg: 0,3-0,4%
Cu: < 0,02%
Mn: 0,4%-0,6%
Ti: 0,15-0,2%
Rest: Aluminium und Spurenelemente
wurden nach einer Wärmebehandlung folgende mechanische Eigenschaften erreicht:
Si: 9,5-11,5%
Fe: 0,15-0,4%
Mg: 0,3-0,4%
Cu: < 0,02%
Mn: 0,4%-0,6%
Ti: 0,15-0,2%
Rest: Aluminium und Spurenelemente
wurden nach einer Wärmebehandlung folgende mechanische Eigenschaften erreicht:
Während das Verfahren T64 eine Mindestzeit für die Wärmebehandlung von 4 Stunden und eine
Höchstzeit von 11 Stunden, das Wärmebehandlungsverfahren T7 eine Mindestzeit von ebenfalls 4
Stunden und eine Höchstzeit von 8 Stunden erfordert, dauert das erfindungsgemäße Verfahren
längstens 3,25 Stunden, kann jedoch im günstigsten Fall bis auf 1,5 Stunden verkürzt werden. Somit
ergibt das erfindungsgemäße Verfahren in der Regel eine bessere Wirtschaftlichkeit aufgrund der
kürzeren Taktzeit. Des weiteren ist die thermische Stabilität aufgrund der in der zweiten Stufe
erfolgenden Temperaturerhöhung um ca. 30°C gegenüber dem Wärmebehandlungsverfahren T7 und
um ca. 80°C gegenüber dem Wärmebehandlungsverfahren T64 verbessert, so daß die nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren wärmebehandelten Strukturgußteile bis zu Einsatztemperaturen von
250°C thermisch stabil sind.
Die Aluminiumlegierungen zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren erlauben es, sehr dünnwandige, großflächige und komplexe Strukturgußteile herzustellen,
deren Formstabilität und Maßhaltigkeit durch das erfindungsgemäße Wärmebehandlungsverfahren
gewährleistet wird. Dementsprechend bieten das erfindungsgemäße Verfahren und die damit
verwendete Legierung dem Konstrukteur einen großen Gestaltungsspielraum. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren und den damit verwendeten Aluminiumlegierungen lassen sich eine
gleichbleibende Qualität in einer Serienfertigung, eine hohe Duktilität, eine gute Schweißbarkeit und
damit die Möglichkeit der Verbindung mit Blechen oder Strangpreßprofilen gewährleisten.
Claims (7)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Strukturgußteilen aus einer Aluminiumlegierung mit
den Schritten:
- - Auflegen des Strukturgußteils auf eine konturgreifende Produktaufnahme,
- - Aufheizen auf 490°C in etwa 30 Minuten,
- - Halten der Temperatur von 490°C während einer Zeit zwischen 60 und 90 Minuten,
- - Abschrecken in Luft in etwa 4 Minuten von 490°C auf etwa 100°C und ggf. anschließendes Abschrecken in Wasser,
- - Aufheizen auf 250°C in etwa 15 Minuten,
- - Halten der Temperatur von 250°C während einer Zeit zwischen 30 und 105 Minuten,
- - Abschrecken in Luft auf 40°C und ggf. anschließendes Abschrecken in Wasser.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Halten auf der Temperatur von 490°C während
60 Minuten und das Halten auf der Temperatur von 250°C während 30 Minuten erfolgen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Halten auf der Temperatur von 490°C während
90 Minuten und das Halten der Temperatur auf 250°C während 30 Minuten oder
45 Minuten oder 60 Minuten oder 105 Minuten erfolgen.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 mit Verwendung einer Aluminiumlegierung der
Zusammensetzung:
Si: 2-11,5%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 0,3-1,0%,
Cu: < 0,02%,
In: 0,4-0,8%,
Ti: 0,1-0,2%,
Rest Aluminium und Spurenelemente.
Si: 2-11,5%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 0,3-1,0%,
Cu: < 0,02%,
In: 0,4-0,8%,
Ti: 0,1-0,2%,
Rest Aluminium und Spurenelemente.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 mit Verwendung einer Aluminiumlegierung der
Zusammensetzung:
Si: 1-3%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 3-5,5%,
Cu: < 0,02%,
Mn: 0,4-0,8%,
Ti: 0,1-0,2%,
Zn: < 0,08%,
Rest Aluminium und Spurenelemente.
Si: 1-3%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 3-5,5%,
Cu: < 0,02%,
Mn: 0,4-0,8%,
Ti: 0,1-0,2%,
Zn: < 0,08%,
Rest Aluminium und Spurenelemente.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 mit Verwendung einer Aluminiumlegierung der
Zusammensetzung:
Si: 7-11,5%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 0,3-0,4%,
Cu: < 0,02%,
Mn: 0,4-0,6%,
Ti: 0,15-0,2%,
Sr: bis 300 ppm,
Rest Aluminium und Spurenelemente.
Si: 7-11,5%,
Fe: 0,15-0,4%,
Mg: 0,3-0,4%,
Cu: < 0,02%,
Mn: 0,4-0,6%,
Ti: 0,15-0,2%,
Sr: bis 300 ppm,
Rest Aluminium und Spurenelemente.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem die Aluminiumlegierung vor dem Einbringen
in den Gießprozeß einer Schmelzebehandlung wie Entgasen und/oder Filtrieren unterworfen
wurde.
Priority Applications (8)
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EP00965954A EP1218561B1 (de) | 1999-09-24 | 2000-09-09 | Verfahren zur wärmebehandlung von strukturgussteilen aus einer dafür zu verwendenden aluminiumlegierung |
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Publication Number | Publication Date |
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DE50004670T Expired - Lifetime DE50004670D1 (de) | 1999-09-24 | 2000-09-09 | Verfahren zur wärmebehandlung von strukturgussteilen aus einer dafür zu verwendenden aluminiumlegierung |
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