DE10101960B4

DE10101960B4 - Plastisch bearbeitetes Aluminiumlegierungsgußprodukt, ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung des Aluminiumlegierungsgußproduktes

Info

Publication number: DE10101960B4
Application number: DE10101960A
Authority: DE
Inventors: Akio Hashimoto; Takaaki Ikari; Hiromi Kariya Takagi; Sumi Kariya Yoshikawa
Original assignee: Denso Corp; Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: JP2001200325A; DE10101960A1; US20030037848A1; JP3808264B2; US6866085B2; US20010008155A1

Abstract

Plastisch bearbeitetes Aluminiumlegierungsgussprodukt, das
eine Zusammensetzung, bestehend aus 6,5–8,0 Masse % Si, 0,25–0,45 Masse % Mg, 0,08–0,40 Masse % Fe, 0,001–0.01 Masse % Ca, P weniger als 0,0015 Masse %, 0,02–0,1 Masse % Ti, 0,001–0,01 Masse % B, gegebenenfalls einem oder zwei von 0,05–0,3 Masse % Cr und 0,05–0,2 Masse % Mn und als Rest Al, ausgenommen unvermeidbare Verunreinigungen, umfasst und
eine metallurgische Struktur aufweist, worin ein α-Al-Phasenkorn in einer Oberflächenschicht von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 1 mm eine mittlere Korngröße aufweist, die sich um 50 μm oder weniger von einem α-Al-Phasenkorn im inneren Teil unterscheidet und worin die maximale Teilchengröße einer eutektischen Si-Phase weniger als 400 μm beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aluminiumlegierungsgußprodukt, an das ein anderes Bauteil durch plastische Verformung, wie Stemmen bzw. Umformen, verbunden werden kann, ein Verfahren zur Herstellung davon und ebenfalls ein Verfahren zum Verbinden unter Verwendung plastischer Verformung.
Ein Bauteil, wie eine Schutzvorrichtung bei einem Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Hydraulikkreis darin, weist eine Regelvorrichtung am Ausgang des Hydraulikkreises zum Regulieren der Strömungsgeschwindigkeit des Öls auf. Da die im allgemeinen aus Stahl oder einem Kunstharz bestehende Regelvorrichtung an die Schutzvorrichtung aus Aluminium nicht durch Schweißen befestigt werden kann, wurde zur Befestigung der Regelvorrichtung die plastische Verformung (beispielsweise Stemmen bzw. Einstemmen bzw. Umformen) des Aluminiumbauteils angewendet.
Die Aluminiumschutzvorrichtung wird, wie vorstehend erwähnt, für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs zur Befestigung anderer Bauteile plastisch verformt. Hierfür wurde bislang eine Knetlegierung mit relativ hoher Zähigkeit, wie Al-Si-Mg, eingesetzt. Da die Knetlegierung verglichen mit einer Gußlegierung jedoch relativ kostspielig ist, wird die Bereitstellung einer Schutzvorrichtung aus einer kostengünstigen Gußlegierung gewünscht.
Ein Aluminiumlegierungsgußprodukt schließt im allgemeinen Gießmängel, wie Lunker bzw. Gußblasen bzw. Gaseinschlüsse, ein und umfaßt eine metallurgische Struktur, in der die α-Al-Phase als Matrix mit ungleichförmiger Korngröße auftritt. Se gregation einer grob gewachsenen eutektischen Si-Phase sowie Dispersion von primärem Si werden in der Matrix häufig beobachtet. Aufgrund einer solchen metallurgischen Struktur ist das Aluminiumlegierungsgußprodukt in der Duktilität bzw. Verformbarkeit mangelhaft und wird somit als Bauteil angesehen, das zum Verbinden mit anderen Bauteilen mittels plastischer Verformung ungeeignet ist.
JP 6-145866A offenbart ein Aluminiumlegierungsgußprodukt zur Verwendung als Schutzvorrichtung eines Kraftfahrzeugbremssystems, wobei das Wachstum isometrischer Kristalle durch Zugabe von Ti und B zur Verminderung des Auftretens von Lunkern begünstigt wird. Das vorgeschlagene Aluminiumlegierungsprodukt ist aber auch hinsichtlich der Duktilität bzw. Verformbarkeit unzureichend, so daß es noch nicht als mit einem anderen Bauteil zu verbindendes Bauteil eingesetzt werden kann.
Die Druckschrift JP 01319646 A offenbart eine Aluminiumlegierung mit einer Zusammensetzung bestehend aus 8–20 Gewichtsprozent Si, insgesamt 0,1–5 Gewichtsprozent Cu und/oder Mg, insgesamt 0,1–3 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Elemente aus der Gruppe Fe, Ni, Ti, Mn und Sb, insgesamt 0,005–0,5 Gewichtsprozent P und/oder B und als Rest Al, ausgenommen unvermeidbare Verunreinigungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aluminiumlegierungsgußprodukt bereitzustellen, das als Bauteil verwendbar ist, welches ohne die vorstehend genannten Mängel mit einem anderen Bauteil durch plastische Verformung, wie Stemmen, verbunden werden kann. Das Gußprodukt soll hinsichtlich der Duktilität bzw. Verformbarkeit verbessert sein.
Das erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsgußprodukt weist die Zusammensetzung, bestehend aus 6,5–8,0 Masse % Si, 0,25–0,45 Masse % Mg, 0,08–0,40 Masse % Fe, 0,001–0,01 Masse % Ca, P weniger als 0,0015 Masse %, 0,02–0,1 Masse % Ti, 0,001–0,01 Masse % B, gegebenenfalls einem oder zwei von 0,05–0,3 Masse % Cr und 0,05–0,2 Masse % Mn und als Rest Al, ausgenommen unvermeidbare Verunreinigungen, auf. Das Aluminiumlegierungsgußprodukt besitzt eine metallurgische Struktur, worin ein α-Al-Phasenkorn bzw. ein Korn mit α-Al-Phase mit in einer Oberflächenschicht von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 1 mm eine mittlere Korngröße aufweist, die sich um 50 μm oder weniger von einem α-Al-Phasenkorn im inneren Teil unterscheidet, und die eutektische Si-Phase ist auf eine Teilchengröße von 400 μm oder weniger gesteuert bzw. kontrolliert.
Das Aluminiumlegierungsgußprodukt wird mit einem anderen Bauteil durch teilweise plastische Verformung des Aluminiumlegierungsgußprodukts verbunden.
Nachdem die geschmolzene Aluminiumlegierung für die ausgewiesene Zusammensetzung eingestellt ist, wird sie in eine Kavität von Metallpreßformen bzw. einen Metallpreßformhohlraum mit einer Geschwindigkeit von 0,05–0,25 m/s gespritzt und dann mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 20°C/s oder höher in einem Temperaturbereich zwischen der Liquidus- und der Soliduskurve im beschickten Zustand bei einem Druck von 30 MPa oder höher abgekühlt.
Der Gießling weist einen Hohlraum oder ein Loch zum Verbinden des anderen Bauteils daran auf. Das anzufügende Bauteil kann mit dem Aluminiumlegierungsgußprodukt durch Anordnen des anzufügenden Bauteils in dem Hohlraum oder dem Loch und anschließendes plastisches Verformen eines Teils darüber oder um den Hohlraum oder das Loch, so daß ein Metallfluß zu dem Hohlraum oder dem Loch verwirklicht wird, verbunden werden.
Ein Aluminiumlegierungsgußprodukt schließt im allgemeinen Gießmängel, wie Lunker und Segregate einer zu groben Teilchen gewachsenen eutektischen Phase, bei einem starken Unterschied in der mittleren Korngröße der α-Al-Phase zwischen der Oberfläche und dem inneren Teil ein. Der starke Unterschied in der mittleren Korngröße sowie Gießmängel und Segregation der eutektischen Si-Phase verursachen teilweise eine Abnahme der Dehnung des Aluminiumlegierungsgußprodukts, was zu einer Unregelmäßigkeit der Dehnung oder plastischen Verformung sowie zu einer Rißbildung führt, so daß das Aluminiumlegierungsgußprodukt nicht als Bauteil aufgefaßt werden kann, das zum Verbinden mit einem anderen Bauteil geeignet ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde die Wirkung des Unterschieds bezüglich der mittleren Korngröße, Gießmängel und Segregation auf die Verformbarkeit aus verschiedensten Aspekten untersucht und überprüft. Es wurde festgestellt, daß durch den Zusatz von Ca, Ti, B zu einer Aluminiumlegierung bei Verminderung des P-Anteils zur Reformierung einer eutektischen Phase zu feinen Teilchen und durch Steuerung bzw. Kontrolle der Gießbedingungen, um das Auftreten von Gießmängeln zu inhibieren und den Unterschied in der mittleren Korngröße einer Al-Phase zwischen der Oberflächenschicht und einem inneren Teil des Gußprodukts zu vermin dern, ein Aluminiumlegierungsgußprodukt erhalten wird, das durch plastische Verformung mit einem anderen Bauteil verbunden werden kann.
1 ist eine Ansicht, die das Verstemmen bzw. Umformen einer Legierungsvorrichtung in einen Hohlraum eines Aluminiumlegierungsgußprodukts zeigt.
2 ist eine mikroskopische Aufnahme, die eine metallurgische Struktur eines erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsgußprodukts zeigt.
3 ist eine weitere mikroskopische Aufnahme, die eine metallurgische Struktur eines Aluminiumlegierungsgußprodukts mit einer anderen Zusammensetzung zeigt.
4 ist eine grafische Darstellung zum Vergleich der maximalen Größe von Segregaten in Probe Nr. 1 und Probe Nr. 9 durch Image-Analyse metallurgischer Strukturen.
Die Zusammensetzung, die metallurgische Struktur und die Herstellungsbedingungen, die in der vorliegenden Erfindung ausgewiesen sind, weisen die nachstehend erläuterten Bedeutungen auf:
[Legierungsaufbau]

Si: 6,5–8,0 Masse %: Si ist ein Legierungselement, das als Mg₂Si, eutektisches Si, usw., ausfällt, die zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Gießbarkeit wirksam sind. Eine derartige Wirkung wird deutlich durch Zugabe von Si bei einem Verhältnis von 6,5 Masse % oder mehr erzielt. Zu hohe Zugabe von Si oberhalb von 8,0 Masse % ruft jedoch Segregation von groben eutektischen Si-Teilchen hervor und vermindert die Zähigkeit der Gußlegierung.
Mg: 0,25–0,45 Masse % Mg ist ein Legierungselement, das als Mg₂Si ausfällt, welches zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit wirksam ist. Die Wirkung von Mg auf die mechanische Festigkeit wird deutlich durch die Zugabe von Mg bei einem Verhältnis von 0,25 Masse % oder mehr erreicht. Zu hohe Zugabe von Mg oberhalb 0,45 Masse % ruft jedoch verschiedene Mängel, wie Einschluß von Oxiden und mangelhafte Fluidität während des Gießens, hervor.
Fe: 0,08–0,40 Masse % Fe ist ein Legierungselement, das zur Inhibierung des Verbrennens der Metallpreßformen wirksam ist. Eine derartige Wirkung wird deutlich durch Zugabe von Fe bei einem Verhältnis von 0,08 Masse % oder mehr erreicht. Übermäßige Zugabe von Fe oberhalb 0,40 Masse % ruft jedoch die Erzeugung von groben intermetallischen Al-Fe-Mg-Si-Verbindungen hervor, was zu einer Verminderung der Zähigkeit führt.
Ca: 0,001–0,01 Masse % und P weniger als 0,0015 Masse %: Der Zusatz von Ca bei einer Verminderung des P-Gehalts auf ein möglichst geringes Maß drängt die Erzeugung von Si-Primärteilchen zurück und modifiziert eutektische Si-Teilchen, so daß ein Aluminiumlegierungsgußprodukt in der Verformbarkeit sowie der Festigkeit und Zähigkeit verbessert wird. Die Wirkung von Ca auf die Modifizierung von eutektischen Si-Teilchen wird deutlich durch Zugabe von Ca bei einem Verhältnis von 0,001 Masse % oder mehr, vorzugsweise 0,002 Masse % oder mehr, erreicht. Eine solche Wirkung wird jedoch nicht verwirklicht, wenn der P-Gehalt 0,0015 Masse % übersteigt. Fluidität und Gießbarkeit einer geschmolzenen Aluminiumlegierung werden durch einen P-Anteil von mehr als 0,0015 Masse % oder Zugabe von Ca oberhalb 0,01 Masse % beeinträchtigt.
0,02–0,1 Masse % Ti und 0,001–0,01 Masse % B: Ti und B sind bekannte Legierungselemente, die zur Verringerung des α-Al-Phasenkorns wirksam sind. Zusätzlich zu einer derartigen Wirkung wurde im Rahmen verschiedener Untersuchungen festgestellt, daß Ti und B ebenfalls zum Zurückdrängen der Segregation einer eutektischen Si-Phase wirksam sind, wenn eine Aluminiumlegierung bei einer Kühlgeschwindigkeit von 20°C/s oder höher in einem Temperaturbereich zwischen der Liquidus- und der Soliduskurve nach dem Spritzen in die Metallpreßformen abgekühlt wird. Die Wirkung auf das Zurückdrängen der Segregation wird deutlich durch Zusatz von Ti bei einem Verhältnis von 0,02 Masse % oder mehr oder B bei einem Verhältnis von 0,001 Masse % oder mehr erzielt. Eine zu hohe Zugabe von Ti oberhalb 0,1 Masse % und B oberhalb 0,01 Masse % ruft jedoch in der Regel grobe Verbindungen hervor und vermindert die Verformbarkeit eines Aluminiumgußprodukts.
Eines oder zwei von Cr: 0,05–0,3 Masse % und Mn: 0,05–0,2 Masse Cr und Mn sind optionale Elemente, die im Bedarfsfall zu einer Aluminiumlegierung zugegeben werden. Rekristallisation, welche die mechanische Festigkeit eines plastisch geformten, mit einem anderen Bauelement verbundenen Teils ungünstig vermindert, wird durch Zusatz von Cr inhibiert. Eine derartige Wirkung von Cr wird deutlich durch Zugabe von Cr bei einem Verhältnis von 0,05 Masse % oder mehr erzielt. Der Zusatz Mn fällt als Al(Fe, Mn)Si aus und ist wirksam zum Zurückdrängen der Erzeugung von groben intermetallischen Al-Fe-Mg-Si Verbindungen, die schädliche Einflüsse auf die Zähigkeit eines Aluminiumlegierungsgußprodukts ausüben. Ein solcher Mn-Effekt wird deutlich bei Zusatz von Mn in einem Verhältnis von 0,05 Masse % oder mehr beobachtet. Zu hohe Zugabe von Cr oberhalb 0,3 Masse % oder Mn oberhalb 0,2 Masse % vermindert jedoch das Gießvermögen einer geschmolzenen Aluminiumlegierung.

[Metallurgische Struktur]
Das erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsgußprodukt weist eine metallurgische Struktur auf, in der sich ein α-Al-Phasenkorn in einer Oberflächenschicht von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 1 mm in der mittleren Korngröße um 50 μm oder weniger von einem α-Al-Phasenkorn im inneren Teil unterscheidet und die Größe der eutektischen Si-Teilchen auf 400 μm oder weniger kontrolliert ist. Derartige geringe Unterschiede in der Größe von α-Al-Körnern zwischen der Oberflächenschicht und dem inneren Teil sowie die Größensteuerung von eutektischen Si-Teilchen werden durch die ausgewiesene Legierungszusammensetzung zusammen mit der Steuerung bzw. Regelung bzw. Kontrolle der Herstellungsbedingungen verwirklicht.
Aufgrund des geringen Unterschiedes in der Größe von α-Al-Phasenkörnern zwischen der Oberflächenschicht und dem inneren Teil weist das Aluminiumlegierungsgußprodukt eine gute Verformbarkeit ohne Diskontinuität der physikalischen Eigenschaften auf. Das Aluminiumlegierungsgußprodukt wird zum Verbinden eines ande ren Bauteils daran ohne das Auftreten von Rissen verformt, da die Erzeugung von groben eutektischen Si-Teilchen, die als Ursprung für den Beginn des Zusammenfallens während der plastischen Verformung wirken, zurückgedrängt wird. Wenn ein Aluminiumlegierungsgußprodukt eutektische Si-Teilchen oberhalb von 400 μm in der maximalen Teilchengröße enthält, kann es andererseits aufgrund der mangelhaften Rißbeständigkeit nicht als Schutzvorrichtung für ein Bremssystem, das einen Hydraulikkreis darin einschließt, verwendet werden, da derartig grobe eutektische Si-Teilchen als Ursprung für die Rißbildung dienen.
[Gießbedingungen]
Nachdem eine geschmolzene Aluminiumlegierung zu einer vorbestimmten Zusammensetzung eingestellt worden ist, wird sie durch ein Preßformgießverfahren in eine Kavität von Metallpreßformen bzw. einen Metallpreßformhohlraum eingespritzt. Das Einspritzen der geschmolzenen Legierung erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 0,05–0,25 m/s. Die Spritzgeschwindigkeit von 0,05 m/s oder höher gewährleistet die Fluidisierung der geschmolzenen Legierung für jede nach innen und außen weisende Ecke des Hohlraums, während eine Spritzgeschwindigkeit von 0,25 m/s oder weniger das Auftreten von Lunkern, die schädliche Einflüsse auf die Luftdichtheit ausüben, inhibiert.
Die eingespritzte geschmolzene Legierung wird mit ausreichendem Druck in die Kavität bzw. den Hohlraum gepreßt, um Lunker zu zerstören bzw. zusammenzudrücken, die in der Regel als Ursprünge für ein Zusammenfallen bzw. Einfallen bzw. einen Kollaps während der plastischen Verformung wirken. Die Lunker werden durch Anwenden eines Drucks von 30 MPa oder höher wirksam zerstört.
Die eingespritzte geschmolzene Aluminiumlegierung wird in der Kavität mit einer Geschwindigkeit von 20°C/s oder höher in einem Temperaturbereich zwischen der Liquidus- und der Soliduskurve abgekühlt. Eine derartig gesteuerte Abkühlgeschwindigkeit in dem Temperaturbereich ermöglicht die gleichzeitige Anwesenheit von Ti und B, auch nachdem die geschmolzene Legierung eine Temperatur auf der Soliduskurve erreicht hat, so daß Ti und B noch wirksam α-Al-Körner minimieren und die Segregation von eutektischen Si-Teilchen zurückdrängen. Wenn die geschmolzene Legierung langsam mit einer Geschwindigkeit unterhalb 20°C/s abgekühlt wird, werden Ti und B zum Minimieren von α-Al-Körner vor dem Ausscheiden bzw. Abscheiden der eutektischen Si-Phase verbraucht. Die Wirkung von Ti und B auf das Zurückdrängen der Segregation von eutektischen Si-Teilchen würde daher nicht verwirklicht werden.
[Verbindungsverfahren]
Eine geschmolzene Aluminiumlegierung wird zu einem Profil mit einem Hohlraum oder einem Loch gegossen. Ein solcher Hohlraum oder ein solches Loch werden in einfacher Weise durch Verwendung von Metallpressformen gebildet, die einen Wulst oder einen Vorsprung aufweisen, der sich zu einer Kavität bei einer Position entsprechend dem Hohlraum oder Loch erstreckt. Beispielsweise weist ein Aluminiumlegierungsgußprodukt eine Form auf, die teilweise in 1 gezeigt wird, wobei ein Durchgang 1, der als Teil eines Hydraulikkreises dient, in einen Aluminiumlegierungsgußkörper 2 gebildet ist und ein Hohlraum 3 an einer Position gebildet ist, an welcher der Durchgang 1 an eine Oberfläche des Gußkörpers 2 mündet. Nachdem eine Regelvorrichtung 4 bzw. ein Stellglied in dem Hohlraum 3 angeordnet ist (1(a)), wird ein Arbeitsdruck F auf einen Teil oberhalb des Hohlraums 3 angewendet, so daß ein plastisch verformter Teil 5 durch Metallfluß an dem Hohlraum 3 (1(b)) gebildet wird. Folglich wird die Regelvorrichtung 4 zwischen dem Bodenteil von Hohlraum 3 und dem plastisch verformten Teil 5 eingeklemmt.
Beispiel

Nachdem eine geschmolzene Aluminiumlegierung zu der in Tabelle 1 jeweils angegebenen Zusammensetzung eingestellt wurde, wurde sie entgast und durch Entfernung von Schlacken gereinigt. Die in dieser Weise hergestellte geschmolzene Aluminiumlegierung wurde zu einer rechteckigen Parallelepipedform unter den in Tabelle 2 ausgewiesenen Bedingungen durch ein Laminarstrom-Preßform-Gießverfahren gegossen. Tabelle 1: Aluminiumlegierungen, die in dem Beispiel verwendet werden

Legierung Nr.	Komponenten(Masse%)
Legierung Nr.	Si	Fe	Mg	Ti	B	Mn	Cr	Ca	P
1	7,2	0,25	0,31	0,02	0,002	< 0,01	< 0,01	0,0076	0,0007
2	6,9	0,28	0,33	0,05	0,004	0,12	0,14	0,0082	0,0008
3	7,2	0,27	0,33	< 0,01	< 0,001	< 0,01	< 0,01	0,0078	0,0008

Tabelle 2: Gießbedingungen

	vorliegende Erfindung	Vergleichsbeispiel
Bedingung Nr.	1	2	3	4
Temperatur (°C) der Metallpreßformen	160	160	160	160
Temperatur (°C) der geschmolzenen Legierung	720	720	720	720
Einspritzgeschwindigkeit (m/s)	0,1	0,3	0,1	0,1
Druck (MPa) während des Gießens	50	50	20	50
Abkühlgeschwindigkeit (°C/s)	30	30	30	10

Nachdem jeder Gußkörper einem Lösungsglühen bzw. Vergütungsglühen für zwei Stunden bei 520°C unterzogen wurde, wurde er in Wasser abgeschreckt und dann vier Stunden bei 180°C gealtert.
Der gealterte Gußkörper wurde einer Beobachtung hinsichtlich seiner metallurgischen Struktur und einem mechanischem Test unterzogen. Bei der Beobachtung der metallurgischen Struktur wurden die mittleren Größen von α-Al-Körnern in der Oberflächenschicht von der Oberfläche zu einer Tiefe von 1 mm und im inneren Teil des Gußkörpers gemessen und der Unterschied dazwischen wurde berechnet. An den Grenzen von α-Al-Körnern segregierte eutektische Si-Teilchen wurden ebenfalls be obachtet, um ihre maximale Teilchengröße zu messen. Die spezifische Dichte von jedem preßformgegossenen Produkt zusammen mit Gußprodukten, die durch Schwerkraftgießen derselben Aluminiumlegierungen hergestellt wurden, wurden gemäß dem Archimedesverfahren vermessen. Unter der Annahme, daß die relative Dichte des preßformgegossenen Produkts einen Meßwert darstellt, während die relative Dichte des Druckgußprodukts ein tatsächlicher Wert ist, wurde die Porosität von jedem preßformgegossenen Produkt gemäß der Formel berechnet:
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Es wird angemerkt, daß Proben Nr. 1 und 5, die eine spezifische Legierungszusammensetzung und die gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuerte metallurgische Struktur aufwiesen, in der Zugfestigkeit, Streckgrenze und Verformbarkeit bzw. Duktilität ausgezeichnet sind. Es gibt nur einen geringen Unterschied in der Größe der α-Al-Körner zwischen der Oberflächenschicht und dem inneren Teil, und der Porositätswert von Proben Nr. 1 oder 5 ist ebenfalls gering.
Wie in 2 dargestellt, wurde in der mikroskopischen Aufnahme, die eine metallurgische Struktur eines durch Gießen der Aluminiumlegierung Nr. 1 unter den Gießbedingungen Nr. 1 erhaltenen Gießprodukts zeigt, nicht die Segregation grober eutektischer Teilchen beobachtet.
Andererseits waren die Proben Nr. 2 bis 4 und 6 bis 8, die durch Gießen derselben Aluminiumlegierungen unter unterschiedlichen Gießbedingungen erhalten wurden, hinsichtlich der Verformbarkeit mangelhaft und weisen metallurgische Strukturen auf, bei der sich die Größe von α-Al-Körnern in der Oberflächenschicht stark von jenen im inneren Teil unterscheidet und deren eutektische Si-Teilchen deutlich segregiert sind.
Probe Nr. 9, die durch Gießen der Aluminiumlegierung Nr. 3 mit einer anderen Zusammensetzung unter den Gießbedingungen Nr. 1 erhalten wurde, ist hinsichtlich der Verformbarkeit mangelhaft, obwohl ein Unterschied in der Größe von α-Al-Körnern zwischen einer Oberflächenschicht und einer inneren Schicht nahezu auf demselben Niveau wie bei Probe Nr. 1 ist. Bei Beobachtung der metallurgischen Struktur von Probe Nr. 9 wurde die Segregation von groben eutektischen Si-Teilchen, wie in 3 gezeigt, nachgewiesen.

Maximale Durchmesser von Segregaten von eutektischen Si-Teilchen wurden durch Imageanalyse der metallurgischen Strukturen (2 und 3) gemessen und in 10 Grade eingeteilt. Die Größen von Segregaten bei jedem Grad wurden miteinander verglichen, wie in 4 dargestellt. Die 4 zeigt auch, daß die Segregate in Probe Nr. 1 (vorliegende Erfindung) geringer waren als jene in Probe Nr. 9 (Vergleichsbeispiel). Tabelle 3: Wirkungen von legierungsbildenden Zusammensetzungen und Gießbedingungen auf die Eigenschaften und metallurgischen Strukturen

Probe Nr.	Legierung Nr.	Gießbedingung Nr.	Zugfestigkeit (MPa)	0,2%-Streckgrenze (MPa)	Dehnung (%)	Unterschiede in der Korngröße (μm)	Porosität (%)	Maximale Größe (μm) eutektischer Si-Teilchen
1	1	1	291	243	12,8	< 10	0,413	330
2	1	2	287	237	8,7	< 40	0,796	441
3	1	3	279	240	6,6	< 50	0,731	455
4	1	4	294	241	7,8	< 40	0,688	478
5	2	1	293	241	11,6	< 5	0,371	328
6	2	2	278	230	7,6	< 40	0,881	431
7	2	3	291	236	7,3	< 50	0,588	454
8	2	4	283	240	6,9	< 60	0,534	410
9	3	1	282	236	9,3	< 10	0,856	579

10 Prüfstücke wurden aus jedem Gußprodukt von Proben Nr. 1–9 hergestellt und einem Stemmtest wie nachstehend unterzogen: Eine Regelvorrichtung 4 wurde in einem Hohlraum 3 eines Gießprodukts 2, wie in 1(a) gezeigt, angeordnet. Ein Arbeitsdruck F wurde auf einen Teil oberhalb des Hohlraums 3 ausgeübt, um die Regelvorrichtung 4 zwischen dem Boden des Hohlraumes 4 und einem plastisch verformten Teil 5, wie in 1(a) gezeigt, einzuklemmen. Anschließend wurde der plastisch verformte Teil 5 untersucht, um das Auftreten von Rissen zu untersuchen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Proben Nr. 1 und 5 zum Verbinden bzw. Zusammenfügen bzw. Kuppeln der Regelvorrichtung 4 ohne das Auftreten von Rissen verformt wurden. Andererseits waren die Prüfstücke mit den Proben Nr. 2–4 und 6–9 häufig nach der plastischen Verformung gerissen.
Durch Untersuchung der metallurgischen Struktur des Prüfstücks, das nach der plastischen Verformung gerissen war, wurde festgestellt, daß Segregate von groben eutektischen Teilchen als Ursprünge für die Rißbildung wirken. Tabelle 4: Tendenz von Rißbildungen bei jedem Gußprodukt nach einem Stemmtest (n = 10)

Proben Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Zahl der gerissenen Prüfstücke 0 6 8 10 0 6 7 10 8
Ein erfindungsgemäßes Aluminiumiegierungsgußprodukt wird durch Zusatz von Ti, B und Ca bei Verminderung des P Anteils zu einer solchen metallurgischen Struktur reformiert, daß ohne Segregation von groben eutektischen Si-Teilchen die mittlere Größe von α-Al-Körnern in der Oberflächenschicht nahe der mittleren Größe der α-Al-Körner im inneren Teil liegt. Aufgrund der reformierten Struktur kann das Gußprodukt durch Stemmen oder dergleichen zum Verbinden eines anderen Bauteils damit plastisch verformt werden. Das Gußprodukt ist daher statt einer kostspieligen verformbaren Aluminiumlegierung, die bislang für einen solchen Zweck verwendet wurde, auf verschiedenen technischen Gebieten verwendbar. Das Gußprodukt ist auch in der Luftdichtheit ausgezeichnet und ist somit als Schutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeugbremssystem, einschließlich eines Hydraulikkreises darin, geeignet.

Claims

Plastisch bearbeitetes Aluminiumlegierungsgussprodukt, das eine Zusammensetzung, bestehend aus 6,5–8,0 Masse % Si, 0,25–0,45 Masse % Mg, 0,08–0,40 Masse % Fe, 0,001–0.01 Masse % Ca, P weniger als 0,0015 Masse %, 0,02–0,1 Masse % Ti, 0,001–0,01 Masse % B, gegebenenfalls einem oder zwei von 0,05–0,3 Masse % Cr und 0,05–0,2 Masse % Mn und als Rest Al, ausgenommen unvermeidbare Verunreinigungen, umfasst und eine metallurgische Struktur aufweist, worin ein α-Al-Phasenkorn in einer Oberflächenschicht von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 1 mm eine mittlere Korngröße aufweist, die sich um 50 μm oder weniger von einem α-Al-Phasenkorn im inneren Teil unterscheidet und worin die maximale Teilchengröße einer eutektischen Si-Phase weniger als 400 μm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines verformbaren Aluminiumlegierungsgussprodukts, umfassend die Schritte: Zubereiten einer geschmolzenen Aluminiumlegierung mit einer Zusammensetzung, bestehend aus 6,5–8,0 Masse % Si, 0,25–0,45 Masse % Mg, 0,08–0,40 Masse % Fe, 0,001–0.01 Masse % Ca, P weniger als 0,0015 Masse %, 0,02–0,1 Masse % Ti, 0,001–0,01 Masse % B, gegebenenfalls einem oder zwei von 0,05–0,3 Masse % Cr und 0,05–0,2 Masse % Mn und als Rest Al, ausgenommen unvermeidbare Verunreinigungen; Einspritzen der geschmolzenen Legierung in eine Kavität von Metallpressformen mit einer Geschwindigkeit von 0,05–0,25 m/s und Abkühlen der eingespritzten geschmolzenen Legierung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 20°C/s oder höher in einem Temperaturbereich zwischen der Liquidus- und der Soliduskurve der Aluminiumlegierung im beschickten Zustand bei einem Druck von 30 MPa oder mehr.
Verwendung eines Aluminiumlegierungsgussproduktes gemäß Anspruch 1 zum Verbinden des Aluminiumlegierungsgussproduktes mit einem anderen Bauteil unter Verwendung plastischer Verformung des Aluminiumlegierungsgussproduktes.