DE102006039684A1 - Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung - Google Patents

Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung Download PDF

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    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent

Abstract

Eine Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung enthält 1,0 bis 5,0 Gew.-% Silizium, 0,05 bis 1,2 Gew.-% Chrom, als Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung.
  • Eine gattungsgemäße Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung ist in der EP 1 443 122 A1 beschrieben. Der Silizium-Anteil dieser Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung beträgt 8,5 bis 10,5 Gew.-% und liegt damit im üblichen Bereich, der sich zwischen 7 und 11 Gew.-% Silizium bewegt. Um eine ausreichende Duktilität der Bauteile zu erreichen ist es allerdings erforderlich, eine aus Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern bestehende mehrstufige Wärmebehandlung durchzuführen und somit die zusammenhängende, spröde Siliziumstruktur globulitisch einzuformen. Aufgrund der hohen Abkühlrate während des Abschreckens hat diese Temperaturbehandlung allerdings negative Auswirkungen auf die Maßhaltigkeit, so dass ein nachfolgendes Richten erforderlich ist, wodurch die Prozesskosten erheblich erhöht werden.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung zu schaffen, welche eine hohe Duktilität und eine ausreichende Festigkeit aufweist und dabei möglichst kostengünstig und mit geringem Verzug hergestellt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Die ausreichende Duktilität bzw. Bruchdehnung der erfindungsgemäßen untereutektischen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung wird also nicht wie beim Stand der Technik durch eine Wärmebehandlung, sondern durch eine erhebliche Reduzierung des Siliziumgehalts auf einen Siliziumgehalt von 1,0 bis 5,0 Gew.-% und damit auf einen erheblich geringeren Anteil des spröden Eutektikums erreicht, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, die kostenintensive Wärmebehandlung der gegossenen Bauteile entfallen zu lassen. Da durch den geringeren Verzug eine bessere Maßhaltigkeit gegeben ist, können die Bauteile im nicht wärmebehandelten Gusszustand eingesetzt werden. Der Verzicht auf eine ansonsten erforderliche Wärmebehandlung ermöglicht darüber hinaus auch eine Verringerung der Prozesskosten.
  • Die bei Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen mit einem derart niedrigen Siliziumgehalt zu erwartenden Schwierigkeiten hinsichtlich der Gieß- und insbesondere der Ausformbarkeit werden erfindungsgemäß durch die Zugabe von 0,05 bis 1,2 Gew.-% Chrom verringert, so dass eine sehr gut gießbare und eine ausreichende Festigkeit aufweisende Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung entsteht. Durch die Zugabe von Chrom erhöht sich außerdem die Warmfestigkeit. Dagegen entstehen bei zu hohem Chromgehalt nicht aufschmelzende intermetallische Phasen, die sowohl die Gießbarkeit als auch die mechanischen Eigenschaften des Bauteils verschlechtern.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt der Siliziumgehalt vorzugsweise 2,0 bis 3,8 Gew.-%. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einem Anteil von 2,5 bis 3,5 Gew.-% Silizium erzielt, da sich in diesem Bereich ein besonders gutes Verhältnis zwischen Duktilität, Festigkeit und Gießbarkeit einstellt. Prinzipiell wurde mit steigendem Siliziumgehalt eine bessere Entformbarkeit und Gießneigung aufgrund einer verringerten Schrumpfungsneigung beobachtet. Dagegen steigen bei sinkenden Siliziumgehalt Duktilität und Bruchdehnung.
  • Ein hinsichtlich der Eigenschaften der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung besonders zu bevorzugender Chromgehalt beträgt 0,1 bis 0,6 Gew.-%.
  • Wenn die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung 0,05 bis 0,4 Gew.-% Eisen, vorzugsweise 0,14 bis 0,3 Gew.-%, enthält, so kann die Klebeneigung verringert und damit die Gießbarkeit verbessert werden. Ein eventuell negativer Einfluss auf die Duktilität aufgrund der Ausbildung von nadeliger Phasen kann durch den Einsatz von Mangan kompensiert werden, da hierdurch globulare Phasen entstehen. In diesem Zusammenhang hat sich ein Anteil von 0,1 bis 1,1 Gew.-% Mangan, vorzugsweise 0,35 bis 0,85 Gew.-%, als besonders vorteilhaft erwiesen, da Mangan ebenfalls zur Verringerung der Klebeneigung beiträgt, insbesondere in Kombination mit Chrom, und darüber hinaus die Warmfestigkeit verbessert.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung Magnesium mit einem Maximalgehalt von 1,0 Gew.-% aufweisen. Von besonderem Vorteil hat sich 0,1 bis 0,5 Gew.-% Magnesium, vorzugsweise 0,2 bis 0,4 Gew.-% Magnesium, erwiesen. Aufgrund der sich hierdurch ergebenden Mischkristallhärtung ergibt sich eine Steigerung der Festigkeit. Ein zu hoher Gehalt an Magnesium hat jedoch negativen Einfluss auf die Duktilität und die Wärmestabilität der Druckgusslegierung.
  • Eine Steigerung der Festigkeit durch Mischkristallhärtung kann des weiteren durch eine Beimischung von Zink mit einem Maximalgehalt von 1,0 Gew.-% erreicht werden, wobei ein zu hoher Zinkgehalt die Duktilität, die Wärmestabilität und die Korrosionsbeständigkeit verringert. Des weiteren reduziert Zink aufgrund des verbesserten Form- und Fließvermögens die Neigung zu Heißrissen, die bei geringen Siliziumgehalten aufgrund der Schrumpfung auftreten können.
  • Alternativ oder zusätzlich ist eine Steigerung der Festigkeit durch Mischkristallhärtung auch durch den Einsatz von Kupfer mit einem Maximalgehalt von 1,0 Gew.-%, vorzugsweise mit einem Maximalgehalt von 0,5 Gew.-%, zu erreichen. Ein zu hoher Kupfergehalt beeinflusst allerdings die Duktilität und die Korrosionsbeständigkeit negativ, jedoch wird die Wärmestabilität positiv beeinflusst.
  • Die Abstimmung der Elemente Magnesium, Kupfer und Zink ist wichtig, um das entsprechende bzw. gewünschte Verhältnis aus Festigkeit und Duktilität einzustellen.
  • Eine Steigerung der Festigkeit der Druckgusslegierung durch Mischkristallhärtung lässt sich auch für die Verwendung von Zirkonium mit einem Maximalgehalt von 0,5 Gew.-% erreichen, das darüber hinaus auch als Kornfeiner dient und positive Eigenschaften hinsichtlich der Wärmestabilität besitzt. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von 0,05 bis 0,4 Gew.-% Zirkonium, insbesondere von 0,09 bis 0,3 Gew.-% Zirkonium, erwiesen.
  • Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung Titan mit einem Maximalgehalt von 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,15 Gew.-%, aufweist. Durch den Einsatz einer derartigen Menge an Titan kann aufgrund der Mischkristallhärtung eine Steigerung der Festigkeit erreicht werden, wobei Titan zusätzlich als Kornfeiner wirkt, insbesondere wenn es zusammen mit Bor eingesetzt wird.
  • Zur Dauerveredelung der erfindungsgemäßen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung können 30 bis 400 ppm Strontium, vorzugsweise 50 bis 250 ppm Strontium, und/oder 5 bis 50 ppm Natrium und/oder Kalzium mit einem Maximalgehalt von 60 ppm eingesetzt werden.
  • Die Duktilität der erfindungsgemäßen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung kann des weiteren durch den Einsatz von Molybdän mit einem Maximalgehalt von 0,5 Gew.-% und/oder Gallium mit einem Maximalgehalt von 0,5 Gew.-% erhöht werden.
  • Die Festigkeit der erfindungsgemäßen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung kann des weiteren durch Vanadium mit einem Maximalgehalt von 0,2 Gew.-%, insbesondere einem Maximalgehalt von 0,1 Gew.-%, wodurch die Duktilität nicht negativ beeinflusst und die Dehngrenze geringfügig gesteigert wird, und/oder Cer mit einem Maximalgehalt von 500 ppm und/oder Lanthan mit einem Maximalgehalt von 500 ppm und/oder Scandium mit einem Maximalgehalt von 0,4 Gew.-% und/oder Silber mit einem Maximalgehalt von 0,5 Gew.-% erhöht werden.
  • Sämtliche der genannten Elemente können sowohl einzeln als auch in Kombination mit einem oder mehreren anderen Elementen ihre vorteilhaften Wirkungen entfalten, insbesondere wenn dies explizit angegeben ist. Der Rest der erfindungsgemäßen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung besteht in jedem Falle aus Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung zum Druckgießen von Sicherheitsbauteilen im Automobilbau verwendet werden, da sich durch die größere Duktilität ein besonders gutes Verformungsvermögen ergibt. Dies wurde durch entsprechende Versuche bestätigt.

Claims (30)

  1. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung mit 1,0 bis 5,0 Gew.-% Silizium, 0,05 bis 1,2 Gew.-% Chrom, als Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.
  2. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 2,0 bis 3,8 Gew.-% Silizium.
  3. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch 2,5 bis 3,5 Gew.-% Silizium.
  4. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch 0,1 bis 0,6 Gew.-% Chrom.
  5. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch 0,05 bis 0,4 Gew.-% Eisen.
  6. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch 0,14 bis 0,3 Gew.-% Eisen.
  7. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch 0,1 bis 1,1 Gew.-% Mangan.
  8. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch 0,35 bis 0,85 Gew.-% Mangan.
  9. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Magnesium mit einem Maximalgehalt von 1,0 Gew.-%.
  10. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch 0,1 bis 0,5 Gew.-% Magnesium.
  11. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch 0,2 bis 0,4 Gew.-% Magnesium.
  12. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch Zink mit einem Maximalgehalt von 1,0 Gew.-%.
  13. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch Kupfer mit einem Maximalgehalt von 1,0 Gew.-%.
  14. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Kupfer mit einem Maximalgehalt von 0,5 Gew.-%.
  15. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch Zirkonium mit einem Maximalgehalt von 0,5 Gew.-%.
  16. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch 0,05 bis 0,4 Gew.-% Zirkonium.
  17. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch 0,09 bis 0,3 Gew.-% Zirkonium.
  18. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch Titan mit einem Maximalgehalt von 0,2 Gew.-%.
  19. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch 0,01 bis 0,5 Gew.-% Titan.
  20. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch 30 bis 400 ppm Strontium.
  21. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch 5 bis 50 ppm Natrium.
  22. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch Kalzium mit einem Maximalgehalt von 60 ppm.
  23. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch Molybdän mit einem Maximalgehalt von 0,5 Gew.-%.
  24. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch Gallium mit einem Maximalgehalt von 0,5 Gew.-%.
  25. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch Vanadium mit einem Maximalgehalt von 0,2 Gew.-%.
  26. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, gekennzeichnet durch Cer mit einem Maximalgehalt von 500 ppm.
  27. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet durch Lanthan mit einem Maximalgehalt von 500 ppm.
  28. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, gekennzeichnet durch Scandium mit einem Maximalgehalt von 0,4 Gew.-%.
  29. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, gekennzeichnet durch Silber mit einem Maximalgehalt von 0,5 Gew.-%.
  30. Verwendung einer Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 29 zum Druckgießen von Sicherheitsbauteilen im Automobilbau.
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