DE102010007531B4

DE102010007531B4 - Verfahren zum Herstellen eines Karosseriebauteils

Info

Publication number: DE102010007531B4
Application number: DE201010007531
Authority: DE
Inventors: Mark Erlwein; Marc Hummel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: DE102010007531A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Karosseriebauteils für einen Kraftwagen durch Druckgießen, mit den Schritten: a) Bereitstellen von Sekundäraluminium; b) Analysieren des Sekundäraluminiums; c) auf Grundlage der Analyse: Auswählen von Sekundäraluminium mit einem Eisengehalt von mehr als 0,22 Gew.-% und nicht mehr als 0,3 Gew.-% und einem Kupfergehalt von weniger als 0,2 Gew.-%; d) Bereitstellen einer Gießmasse für das Druckgießen durch Aufschmelzen des ausgewählten Sekundäraluminiums.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Karosseriebauteils für einen Kraftwagen.
Im Zuge moderner Leichtbaubestrebungen im Kraftwagenbau finden zunehmend Bauteile aus Aluminiumbasislegierungen Anwendung. Strukturell hochbeanspruchte Karosseriebauteile werden dabei meist durch Druckgießen hergestellt, da durch dieses Verfahren besonders feste Bauteile mit gleichzeitig sehr geringem Eigengewicht erhalten werden können.
Die Verwendung von Aluminium ist jedoch mit dem Nachteil eines sehr hohen Energieaufwandes behaftet. Zur Herstellung einer Tonne Aluminium aus Bauxit durch Schmelzelektrolyse müssen in etwa 16000 kWh Strom eingesetzt werden. Der Energieeinsparung beim Betrieb besonders leichter Kraftwagen mit Aluminiumkarosserien stehen also hohe Herstellungskosten gegenüber.
Aus diesem Grund wird zunehmend aus Aluminiumschrott gewonnenes Sekundäraluminium verwendet. Die üblichen Aluminiumlegierungen weisen einen wesentlich geringeren Schmelzpunkt auf als die zur Herstellung von Primäraluminium elektrolysierten Aluminiumoxid-Kryolithgemische, so dass der energetische Aufwand des Aluminiumrecyclings deutlich niedriger ist als der energetische Aufwand der Herstellung von Primäraluminium.
Bislang findet Sekundäraluminium im Kraftwagenbau in Form von Knetlegierungen zur Herstellung von Blechen oder Walzprofilen Anwendung, da im Gegensatz zu Primäraluminium Verunreinigungen durch andere Metalle, insbesondere durch Eisen und Kupfer vorliegen. Gusslegierungen aus Sekundäraluminium werden lediglich für Aggregate, Ölwannen oder dgl., nicht jedoch für Karosseriebauteile verwendet. Ein Kraftwagen mit Blechen aus Sekundäraluminium ist beispielsweise aus der DE 44 09 466 A1 bekannt.
Die DE 44 09 466 A1 beschreibt Verbundbauteile für Fahrzeugkarosserien, die ein metallisches Trägerblech und eine aufgeschäumte Kunststoffbeschichtung umfassen. An keiner Stelle werden jedoch Grenzwerte für den Eisen- und Kupfergehalt einer eingesetzten Aluminiumlegierung beschrieben.
Aus der DE 10 2006 032 699 A1 ist eine Aluminiumlegierung bekannt, deren Eisengehalt zwischen 0,15 und 0,35 Gew.-% und deren Kupfergehalt zwischen 0,1 und 0,4 Gew.-% liegt.
Aus der EP 1 111 077 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Gusslegierungen bekannt, bei welchem Sekundäraluminium eingesetzt und zur Einstellung der Konzentration weiterer Legierungsbestandteile mit Reinaluminium verdünnt wird, wobei gegebenenfalls weitere Metalle zugegeben werden.
Aus dem Fachbuch der Vereinigung Deutscher Schmelzhütten e. V. [Hrsg.]: Aluminiumrecycling: Vom Vorstoff bis zur fertigen Legierung, Aluminium-Verlag Marketing und Kommunikation GmbH, 2000. S. 6–15, S. 315–325 geht ein Verfahren zum Herstellen von Aluminiumguss- und -Knetlegierungen hervor, mit den Schritten: Bereitstellen von Sekundäraluminium, Analysieren des Sekundäraluminiums und Bereitstellen einer Gießmasse für das Druckgießen durch Aufschmelzen des Sekundäraluminiums.
Aus der Publikation BOIN, U. [et al.]: Stand der Technik in der Sekundäraluminiumerzeugung im Hinblick auf die ICCP-Richtlinie. Monographien, Band 120. Wien: Umweltbundesamt GmbH, 04/2000. S. 31–39 geht ebenfalls eine Technologie der Sekundäraluminiumerzeugung hervor. Dabei ist die Erzeugung von Sekundäraluminium untergliedert in die Schrottvorbehandlung und den Schmelzprozess mit anschließender Formgebung.
In der DE 20 2006 006 518 U1 ist eine Aluminium-Gusslegierung beschrieben, wobei die Legierung 12,5 bis 16 Gew.-% Silizium und gegebenenfalls einzeln oder in Summe 0 bis 4 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente Magnesium, Mangan, Eisen, Kobalt, Kupfer, Zink, Nickel, Vanadium, Niob, Cer, Scandium, Hafnium, Silber, Zirkonium, Titan, Strontium, Natrium, Kalium, Kalzium, Antimon, Schwefel, Barium, Bor, Stickstoff, Kohlenstoff und als Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welches bei der Herstellung von Kraftwagenbauteilen Energie und Kosten eingespart werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen eines Karosseriebauteils durch Druckgießen wird erfindungsgemäß Sekundäraluminium zum Bereitstellen einer Gießmasse zum Druckgießen verwendet. Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, dass trotz der geringeren Reinheit von Sekundäraluminium gegenüber Primäraluminium durch ein solches Verfahren Karosseriebauteile von hinreichend guter Festigkeit erhalten werden können. Auch die Duktilität und Verformungsfähigkeit solcher Legierungen genügt überraschenderweise den Anforderungen an Karosseriebauteile, insbesondere auch unter Belastungen bei einem Unfall.
Das Verfahren ermöglicht somit die Verwendung von Sekundäraluminium für alle Komponenten eines Kraftwagens. Es muss nicht mehr teueres und in der Herstellung energieaufwendiges Primäraluminium für Druckgussbauteile eingesetzt werden. Hierdurch werden die Herstellungskosten von Kraftwagen gesenkt und die mit der Kraftwagenfertigung verbundenen Umweltbelastungen reduziert.
Erfindungsgemäß wird für das Verfahren Sekundäraluminium mit einem Eisengehalt von mehr als 0,22 Gew.-% und nicht mehr als 0,3 Gew.-% verwendet. Dieser Eisengehalt übersteigt denjenigen von Druckgusslegierungen aus Primäraluminium, welche in der Regel maximal 0,22 Gew.-% Eisen enthalten. Es hat sich herausgestellt, dass trotz der Ausbildung nadeliger AlFeSi-Phasen die so erhaltenen Druckgussbauteile noch immer eine hinreichend gute Bruchdehnung und Verformbarkeit aufweisen, um in Kraftwagenkarosserien Anwendung zu finden. Insbesondere ist auch eine Anwendung in Bereichen der Karosserie möglich, die bei einem Unfall besonders hohe Verformbarkeit aufweisen müssen, um so unfallbedingt eingeleitete Kräfte zu absorbieren.
Der gegenüber konventionellen Druckgusslegierungen für Kraftwagenbauteile erhöhte Eisengehalt führt zudem zu einer geringeren Neigung des Druckgussbauteils, an einem Druckgusswerkzeug festzukleben. Hierdurch wird die Lebensdauer der verwendeten Druckgusswerkzeuge erhöht. Aufgrund der geringen Klebeneigung müssen beim Entformen des Druckgussbauteils nur geringe Kräfte aufgewendet werden, so dass die Auswerferdome des Druckgusswerkzeugs besonders leicht gestaltet werden können und das Entformen erleichtert wird.
Des Weiteren weist das verwendete Sekundäraluminium erfindungsgemäß einen Kupfergehalt von weniger als 0,2 Gew.-% auf. Hierdurch wird die Ausbildung intermetallischer Al-Cu-Phasen während des Giessens oder während eines späteren Verschweißens des Gussbauteils auf ein Ausmaß beschränkt, welches die Korrosionsbeständigkeit des Gussbauteils nicht gefährdet.
Da die Legierungszusammensetzung des verwendeten Sekundäraluminiums Schwankungen unterliegen kann, ist es zweckmäßig, das Sekundäraluminium und/oder die Gießmasse einer Analyse zu unterziehen. Überschreitet die Konzentration eines Legierungsbestandteils dabei einen vorgegebenen Grenzwert, so kann durch Zugabe einer geeigneten Menge von Reinaluminium und/oder einer Aluminiumvorlegierung zur Gießmasse die Einhaltung des vorgegebenen Grenzwertes sichergestellt werden.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt hierbei ein Ablaufdiagramm einer Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens
Zum Herstellen eines Druckgussbauteils für eine Kraftwagenkarosserie wird im Rahmen des beschriebenen Verfahrens Sekundäraluminium, also Aluminium oder Aluminiumlegierungen aus einem Recyclingkreislauf verwendet.
Hierzu muss zunächst geeigneter Aluminiumschrott ausgewählt werden. insbesondere muss die Auswahl unter Berücksichtigung des Anteils an Verunreinigungen durch metallische und nichtmetallische Bestandteile erfolgen. Um Karosseriebauteile herzustellen, die sich unter den Belastungen eines Unfalls auf die gewünschte Art verformen, dürfen metallische Beimengungen, die zu einer Versprödung der resultierenden Aluminiumlegierung führen können, bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten. insbesondere sollte der Eisengehalt des Sekundäraluminiums 0,3 Gew.-% nicht überschreiten. Auch der Kupferanteil muss begrenzt werden und sollte unter 0,2 Gew.-% liegen.
Die nötige Reinheit des verwendeten Sekundäraluminiums kann durch eine Vorsortierung sichergestellt werden (S10). Diese kann manuell durch Sichtprüfung auf Fremdmetalle, durch chemische Analyse oder auch durch magnetische Abtrennung ferromagnetischer Metallbestandteile erfolgen. Grober Schrott kann vor der Vorsortierung gegebenenfalls mechanisch zerkleinert werden. Neben rein metallischen Schrott können auch Aluminiumverbindungen aus Schlacken, Filterstäuben oder dergleichen der Aufarbeitung zugeführt werden.
In einem Reinigungsschritt (S12) kann der so vorsortierte Schrott schließlich von organischen Verunreinigungen wie Lacken, Klebstoffen oder dergleichen befreit werden. Die Reinigung kann mechanisch, chemisch und/oder thermisch erfolgen.
Das vorbehandelte Sekundäraluminium wird in der Folge aufgeschmolzen (S14). Dies erfolgt in der Regel in einer chloridhaltigen Salzschmelze, die die Oxidation des Aluminiums verhindert und Verunreinigungen zumindest teilweise in Form der sogenannten Salzschlacke bindet. An das Schmelzen kann sich ein Raffinierungsschritt anschließen, mittels welchem unerwünschte Legierungsbestandteile entfernt werden.
Durch chemische Analyse wird nun überprüft, ob die Zusammensetzung der Schmelze den vorgegebenen Kriterien entspricht. Bei Abweichungen von diesen Kriterien kann die Qualität durch Zugabe von Reinaluminium oder anderen Legierungsmetallen verbessert werden.
Die Aluminiumschmelze kann nun entweder in flüssiger Form unmittelbar zu einem Gießwerkzeug transportiert werden oder zur Zwischenlagerung zu Barren, sogenannten Masseln, vergossen werden, die vor dem Gießvorgang erneut aufgeschmolzen werden müssen. Im Gießwerkzeug erfolgt schließlich das Druckgießen des herzustellenden Karosseriebauteils nach bekannten Verfahren (S16).

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Karosseriebauteils für einen Kraftwagen durch Druckgießen, mit den Schritten: a) Bereitstellen von Sekundäraluminium; b) Analysieren des Sekundäraluminiums; c) auf Grundlage der Analyse: Auswählen von Sekundäraluminium mit einem Eisengehalt von mehr als 0,22 Gew.-% und nicht mehr als 0,3 Gew.-% und einem Kupfergehalt von weniger als 0,2 Gew.-%; d) Bereitstellen einer Gießmasse für das Druckgießen durch Aufschmelzen des ausgewählten Sekundäraluminiums.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für eine Konzentration eines Legierungsbestandteils im verwendeten Sekundäraluminium und/oder in der Gießmasse der Gießmasse Reinaluminium oder eine Aluminiumvorlegierung zugegeben wird.
Karosseriebauteil für einen Kraftwagen, welches mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 hergestellt ist.