DE102004053746A1 - Aluminium-Gusslegierung - Google Patents

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DE102004053746A1
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Ute Lohrey
Franz-Josef Klinkenberg
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent

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Abstract

Eine Aluminium-Gusslegierung besteht aus DOLLAR A 5-11% Silizium DOLLAR A 0,1-0,8% Magnesium, DOLLAR A gegebenenfalls 0,2-0,8% Kupfer, DOLLAR A 0,05-5% Silber DOLLAR A max. 0,30% Eisen DOLLAR A max. 0,20% Titan DOLLAR A Mangan max. 2/3 des Eisengehalts DOLLAR A max. 0,10% Zink DOLLAR A sowie Aluminium als Rest und weiteren Verunreinigungen einzeln max. 0,03%, insgesamt 0,1%. DOLLAR A In der Figur sind die Legierungen 1 und 3 Vergleichslegierungen ohne Silber und die Legierungen 2 und 4 erfindungsgemäße Legierungen mit Silber.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminium-Gusslegierung. Sie hat zudem ein Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus einer solchen Gusslegierung sowie die Verwendung der Gusslegierung zum Gegenstand.
  • Gusslegierungen aus dem System Al-Si-Mg, insbesondere Al-Si5-10Mg sowie AlSi5-10MgCu werden in der Automobilindustrie zum Sand- und Kokillenguss von Zylinderköpfen und Motorblöcken eingesetzt. Die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Streckgrenze der Gussstücke lässt jedoch noch zu wünschen übrig.
  • Auch sind silberhaltige Aluminium-Gusslegierungen bekannt, z.B. AlCu4TiMgAg, wobei der Silbergehalt 0,4 bis 1 Gew.-% beträgt. Diese Legierungen weisen jedoch eine äußerst schlechte Gießbarkeit, insbesondere ein unbefriedigendes interdentritisches Speisungsvermögen auf. Dies schlägt sich in ihrer Warmrissneigung nieder, so dass sie zum Gießen von Motorblöcken und dergleichen ungeeignet sind, da dort schon geringe Anrisse zum Bauteilversagen führen. Demzufolge enthalten sie auch kein Silizium, weil dies die Warmrissneigung noch erhöhen würde. Ferner zeigt die silberhaltige Aluminium-Gusslegierung eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit gegenüber Al-Si-Mg(Cu)-Legierungen. Eine geringe Wärmeleitfähigkeit führt jedoch bei einem Motorblock/Zylinderkopf zu einer hohen Temperatur und ist demgemäß einer reduzierten Streckgrenze gleichzusetzen.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gusslegierung guter Gießbarkeit mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, insbesondere verbesserter Streckgrenze bereitzustellen.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einer Aluminium-Gusslegierung erreicht, die entweder folgende Zusammensetzung
    5–11% Silizium
    0,1–0,8% Magnesium
    0,05–5% Silber
    max. 0,30% Eisen
    max. 0,20% Titan
    Mangan max. 2/3 des Eisengehalts
    max. 0,10% Zink
    sowie Aluminium als Rest
    und weitere Verunreinigungen einzeln max. 0,03%, insgesamt 0,1%
    oder folgende Zusammensetzung
    5–11% Silizium
    0,1–0,8% Magnesium
    0,2–0,8% Kupfer
    0,05–5% Silber
    max. 0,30% Eisen
    max. 0,20% Titan
    Mangan max. 2/3 des Eisengehalts
    max. 0,10% Zink
    sowie Aluminium als Rest
    und weitere Verunreinigungen einzeln max. 0,03%,
    insgesamt 0,1%
    aufweist. Dabei beziehen sich alle Prozentangaben auf Gewichtsprozent, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Der Magnesiumgehalt beträgt vorzugsweise 0,25 bis 0,50%, der Eisengehalt vorzugsweise max. 0,20%, der Titangehalt vorzugsweise max. 0,10%. Der Mangangehalt beträgt max. 2/3 des Eisengehalts, vorzugsweise max. 0,05% und der Zinkgehalt vorzugsweise max. 0,05%, während der Kupfergehalt vorzugsweise 0,4–0,6% beträgt.
  • Die obere Grenze des Silbergehalts liegt insbesondere aus Kostengründen vorzugsweise bei höchstens 1%. Die untere Grenze liegt bei 0,05%, in der Praxis beträgt jedoch der Silbergehalt mehr als 0,10%.
  • Die aus der erfindungsgemäßen Legierung gegossenen Gussstücke werden vorzugsweise einem Lösungsglühen und einem Abschrecken mit Wasser oder gegebenenfalls Luft unterworfen. Anschließend findet ein Auslagern für mehrere Stunden bei etwa 150–200°C statt. Zusätzlich zu dieser Wärmebehandlung wird ca. 200 Stunden eine Nachauslagerung durchgeführt, um den Motorbetrieb zu simulieren. Bei den nachausgelagerten Gussstücken ist eine deutliche Verbesserung der Streckgrenze festzustellen.
  • Die erfindungsgemäße Gusslegierung ist insbesondere für den Sand- und Kokillenguss geeignet, vor allem von Motorkernbauteilen, insbesondere dem Motorblock, Zylinderkopf, Kurbelgehäuse und dergleichen Gussbauteilen, insbesondere in der Automobilindustrie.
  • Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
    •
  • Mit einem Zugversuch wurde die Streckgrenze und Zugfestigkeit folgender Legierungen bestimmt:
    Legierung 1 (Vergleich) AlSi7MgCu0,5
    Legierung 2 (= Legierung 1) + 0,5% Ag
    Legierung 3 (Vergleich) AlSi7Mg
    Legierung 4 (= Legierung 3) + 0,5% Ag.
  • Die Gussstücke wurden mehrere Stunden lösungsgeglüht, mit Wasser abgeschreckt, ausgelagert (T64/T6 – Wärmebehandlung), zusätzlich bei ca. 250°C ca. 200 Stunden nachausgelagert und dann kalt gezogen.
  • Die Ergebnisse sind in der beigegefügten Figur dargestellt. Es ist ersichtlich, dass bei den erfindungsgemäßen Legierungen 2 und 4 eine deutliche Erhöhung der Streckgrenze und Zugfestigkeit gegenüber den Vergleichslegierungen 1 und 3 eintritt, insbesondere bei der kupferhaltigen Legierung 2, bei der der Silbergehalt von 0,5% zu einer Erhöhung der Streckgrenze auf 138 MPa gegenüber der Streckgrenze der Legierung 1 von 113 MPa führt.
  • Die Ergebnisse sind von besonderer Bedeutung, weil die Nachauslagerung von ca. 200 Stunden bei 250°C als Simulation des Motorbetriebes anzusehen ist. Das heißt, durch den Silberzusatz wird die Warmfestigkeit beispielsweise eines Motorblocks/Zylinderkopfes wesentlich erhöht und damit die Thermoschockempfindlichkeit entsprechend herabgesetzt.

Claims (5)

  1. Aluminium-Gusslegierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 5–11 Gew.-% Silizium 0,1–0,8 Gew.-% Magnesium 0,05–5 Gew.-% Silber max. 0,30 Gew.-% Eisen max. 0,20 Gew.-% Titan Mangan max. 2/3 des Eisengehalts max. 0,10 Gew.-% Zink sowie Aluminium als Rest und weiteren Verunreinigungen einzeln max. 0,03 Gew.-%, insgesamt 0,1 Gew.-% besteht.
  2. Aluminium-Gusslegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem 0,2 bis 0,8 Gew.-% Kupfer enthält.
  3. Aluminium-Gusslegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Silbergehalt 0,1 bis 1,0 Gew.-% beträgt.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks mit einer Gusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück lösungsgeglüht, abgeschreckt und warm ausgelagert wird.
  5. Verwendung der Aluminium-Gusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Sand- oder Kokillenguss.
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