DE102012101389A1 - Manufacturing composite component from metallic material, comprises casting a second metallic part on a first metallic part to form a contact zone, and drawing a weld seam along the contact zone - Google Patents

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Abstract

Manufacturing composite component (1) from metallic material, comprises casting a second metallic part (3) on a first metallic part to form a contact zone, and drawing a weld seam (5) along the contact zone. An independent claim is also included for the composite component comprising components made of light metal castings, which is obtainable by the above method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils aus metallischen Werkstoffen sowie ein metallisches Bauteil, das nach diesem Verfahren erhältlich ist. The present invention relates to a method for producing a composite component from metallic materials as well as a metallic component obtainable by this method.

Zur Herstellung von Verbundbauteilen aus Metallen für einen Kraftwagen, häufig als Hybridbauteile bezeichnet, werden im Stand der Technik in der Regel Gussverfahren angewendet, bei welchen ein metallisches Bauteil vorgelegt und an dieses ein weiteres durch Angießen angefügt wird. For the production of composite components from metals for a motor vehicle, often referred to as hybrid components, casting methods are generally used in the prior art, in which a metallic component presented and attached to this another by casting.

Bei den durch Gussverfahren hergestellten Bauteilen tritt häufig das Problem auf, dass die Verbindung zwischen dem eingegossenen Teil und dem Umgussteil nicht stabil genug ist, was insbesondere zurückzuführen ist auf physikalische und chemische Unverträglichkeiten, wie einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder mangelnde chemische Verbindung durch metallische Mischphasen im Kontaktbereich. In casting components, the problem often arises that the connection between the cast part and the casting is not stable enough, which is due in particular to physical and chemical incompatibilities, such as a different thermal expansion coefficient or lack of chemical compound by mixed metal phases in the contact area.

Um die Verbindung zwischen der eingegossenen Komponente und dem Umguss zu verbessern, wird im Stand der Technik vorgeschlagen, das einzugießende Bauteil mit einer metallischen Schicht zu versehen, welche dann beim Umgießen durch partielles Anschmelzen einen metallurgischen Verbund bilden soll. Eine derartige Beschichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2007 026 005 A1 bekannt, in welcher ein Bauteil aus einer Al-Legierung zum Eingießen in eine Leichtmetalllegierung auf Al-, oder Al/Mg-Basis mit einer Konditionierungsbeschichtung mit einer Metallbeschichtung aus galvanisch abgeschiedenem Zn oder einer Zn-Legierung beaufschlagt wird. In order to improve the connection between the cast-in component and the encapsulation, it is proposed in the prior art to provide the component to be cast with a metallic layer, which is then to form a metallurgical composite during encapsulation by partial melting. Such a coating is for example from the DE 10 2007 026 005 A1 in which an Al alloy member for casting into an Al or Al / Mg based light alloy is subjected to a conditioning coating with a metal coating of electrodeposited Zn or a Zn alloy.

In der DE 10 2009 030 426 wird ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Verbundbauteilen für Kraftwagen offenbart, in welchem das einzugießende metallische Teil durch Behandlung mit einer Zinkstaubmischung bei 300 °C bis 600 °C mit einer Zinkdiffusionsschicht beschichtet wird. In the DE 10 2009 030 426 discloses another method for producing composite components for motor vehicles, in which the metallic part to be cast is coated by treatment with a zinc dust mixture at 300 ° C to 600 ° C with a zinc diffusion layer.

Die Verfahren zum Verbundgießen von Eingussteilen werden insbesondere zur Herstellung von Zylinderlaufbüchsen, Lagerbrücken, Gewindeverstärkungen oder dergleichen in Leichtmetalllegierungen angewendet. The methods of composite casting of inserts are used particularly in the manufacture of cylinder liners, bearing bridges, thread reinforcements or the like in light metal alloys.

Aber nicht nur die genannten Teile, sondern auch in zunehmendem Maße andere Fahrzeugteile, wie die sogenannten Strukturbauteile, werden aus Leichtmetall hergestellt. Diese Bauteile werden aus unterschiedlichen Einzelkomponenten zu einem Verbundbauteil, einem sogenannten Hybridbauteil, zusammengesetzt. Hier können verschiedene Teile aus Halbzeugmaterialien, wie Profilen, Blechen und/oder Schmiedeteilen kombiniert werden. Derartige Kombinationen sind bereits im Karosseriebereich und auch Fahrwerksbereich von Automobilen bekannt. Dabei werden durch unterschiedliche Verfahren hergestellte Aluminiumbauteile durch Schweißen, Kleben, Nieten oder Schrauben oder auch durch eine Kombination dieser Fügeverfahren zu einem Hybridbauteil verbunden. But not only the parts mentioned, but also increasingly other vehicle parts, such as the so-called structural components are made of light metal. These components are composed of different individual components to form a composite component, a so-called hybrid component. Here, different parts of semi-finished materials, such as profiles, sheets and / or forgings can be combined. Such combinations are already known in the bodywork and chassis area of automobiles. In this case, aluminum components produced by different methods are joined by welding, gluing, riveting or screwing or by a combination of these joining methods to form a hybrid component.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Herstellverfahren haben allerdings den Nachteil, dass sie eine sehr aufwändige Vorbearbeitung der einzelnen Komponenten erfordern, auch ist die erhaltene Stabilität der Verbindungen nicht immer ausreichend und die Einsetzbarkeit in Bezug auf die Komplexität des Bauteils beschränkt. However, the known from the prior art manufacturing methods have the disadvantage that they require a very complex pre-processing of the individual components, also the stability of the compounds obtained is not always sufficient and the applicability limited in terms of the complexity of the component.

Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten auf einfache Weise ein Verbundbauteil hergestellt werden kann, das die geforderte Stabilität aufweist. The present invention was thus based on the object of providing a method with which a composite component can be produced in a simple manner from a large number of individual components, which has the required stability.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils aus metallischen Werkstoffen, bei welchem an ein erstes metallisches Teil ein zweites metallisches Teil unter Bildung einer Kontaktzone angegossen wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass entlang der so ausgebildeten Kontaktzone eine Schweißnaht gezogen wird. The present invention accordingly provides a method for producing a composite component from metallic materials, in which a second metallic part is cast onto a first metallic part to form a contact zone, which is characterized in that a weld seam is drawn along the contact zone formed in this way.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, aus mehreren Komponenten unterschiedlicher Geometrie ein Verbundbauteil aus unterschiedlichen Legierungen und Geometrien, die auf die spezifische Belastung in den unterschiedlichen Abschnitten des Bauteils abgestimmt sind, herzustellen. With the method according to the invention, it is possible to produce a composite component of different alloys and geometries, which are matched to the specific load in the different sections of the component, from a plurality of components of different geometry.

Die erfindungsgemäß gezogene Schweißnaht kann mittels aus dem Stand der Technik bekannter Schweißverfahren gezogen werden. Vorzugsweise werden das MIG-, WIG-, Elektronenstrahl- oder Reibrührschweißverfahren angewendet. The inventively drawn weld can be drawn by means known from the prior art welding method. Preferably, the MIG, TIG, electron beam or friction stir welding method are used.

Eine weitere Erhöhung der Stabilität und Haltbarkeit des erfindungsgemäß hergestellten Bauteils kann erzielt werden, wenn das erhaltene Verbundbauteil im Anschluss an das erfindungsgemäße Verfahren wärmebehandelt wird. Die Durchführung dieser Wärmebehandlung wird vorzugsweise für das komplett zusammengefügte Bauteil durchgeführt. Es hat den Vorteil, dass die Werkstoffkennwerte, beispielsweise im Bauteil einschließlich der Schweißnähte, gleichmäßig eingestellt werden können. A further increase in the stability and durability of the component produced according to the invention can be achieved if the resulting composite component is heat-treated following the method according to the invention. The implementation of this heat treatment is preferably carried out for the completely assembled component. It has the advantage that the material characteristics, for example in the component including the welds, can be adjusted uniformly.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in der Regel die im Kraftwagenbau üblichen Metalllegierungen eingesetzt. Um das Gewicht der Fahrzeuge zu reduzieren, sollte mindestens eine der Komponenten des Verbundbauteils aus Leichtmetallguss bestehen. Die Leichtmetalle sind vorzugsweise ausgewählt aus Al- und/oder Mg- und/oder Ti-Legierungen. Komponenten des herzustellenden Verbundbauteils können auch aus Stahl und anderen Fe-Werkstoffen sein. For carrying out the method according to the invention, the metal alloys customary in motor vehicle construction are generally used. To that To reduce vehicle weight, at least one of the components of the composite component should be made of light metal casting. The light metals are preferably selected from Al and / or Mg and / or Ti alloys. Components of the composite component to be produced may also be made of steel and other Fe materials.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, das Bauteile aus voneinander verschiedenen Legierungen miteinander verbunden werden. Es können Bauteile aus unterschiedlichen Leichtmetalllegierungen und/oder Eisen- bzw. Stahllegierungen miteinander verbunden werden. Beispielsweise ist es möglich, niedriglegierte Halbzeuge mit einem höher legierten Gussteil zu verbinden.The method according to the invention makes it possible to connect the components to one another from different alloys. It can be interconnected components made of different light metal alloys and / or iron or steel alloys. For example, it is possible to combine low-alloyed semi-finished products with a higher-alloyed cast part.

In einem ersten Verfahrensschritt wird zunächst ein erstes metallisches Bauteil an ein zweites metallisches Teil angegossen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet angegossen auch, dass das erste metallische Bauteil in ein zweites metallisches Teil eingegossen wird, dieses zweite metallische Teil quasi den Umguss bildet. Zwischen dem ersten metallischen Bauteil und dem zweiten metallischen Teil bildet sich eine Kontaktzone aus. In a first method step, first a first metallic component is cast on a second metallic part. For the purposes of the present invention, casting also means that the first metallic component is cast into a second metallic part, this second metallic part forming, as it were, the encapsulation. Between the first metallic component and the second metallic part, a contact zone is formed.

Als erstes metallisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung kommen insbesondere Halbzeugbauteile in Betracht, wie Profile, Bleche und/oder Schmiedeteile. Diese ersten Bauteile werden in das zweite Teil eingegossen, so dass das zweite metallische Teil vorzugsweise ein Gussteil ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind eine oder mehrere Komponenten des einzugießenden Bauteils Hohlkörper. Semi-finished component parts, such as profiles, sheets and / or forgings, are particularly suitable as the first metallic component according to the present invention. These first components are cast in the second part, so that the second metallic part is preferably a casting. In a preferred embodiment of the present invention, one or more components of the component to be inserted are hollow bodies.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt Bauteile, die eine vielfältige Anwendung, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, finden können. Die Kombination von hoher mechanischer Beständigkeit mit geringem Eigengewicht ermöglicht ihren Einsatz insbesondere im Karosseriebau und Fahrwerksbau. Bei der Herstellung von Hybridbauteilen können die einzelnen Bauteile individuell auf ihre Funktion und die lokalen Belastungen innerhalb des Hybridbauteils ausgewählt werden. Mit dieser gezielten Auswahl kann das Verhalten des gesamten Bauteils beeinflusst werden.The method according to the invention gives components which can be used in a variety of applications, in particular in motor vehicle construction. The combination of high mechanical resistance with low weight allows its use in particular in the body and chassis construction. In the production of hybrid components, the individual components can be selected individually for their function and the local loads within the hybrid component. With this targeted selection, the behavior of the entire component can be influenced.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Verbundbauteil aus metallischen Werkstoffen, welches erhalten wird, indem an ein erstes metallisches Teil ein zweites metallisches Teil unter Bildung einer Kontaktzone zwischen diesen beiden Teilen angegossen wird und anschließend eine Schweißnaht entlang der so ausgebildeten Kontaktzone gezogen wird. Another object of the present invention is accordingly a composite component of metallic materials, which is obtained by a first metallic part of a second metallic part is cast to form a contact zone between these two parts and then a weld along the thus formed contact zone is pulled.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten 1 näher erläutert. The present invention will become apparent from the attached 1 explained in more detail.

1 zeigt einen Schnitt durch einen Ausschnitt eines Verbundbauteils 1. Eine Halbzeugkomponente 2, die in der hier dargestellten Ausführungsform ein Hohlkörper, nämlich ein Rohr, beispielsweise aus Stahl, ist, wurde in ein zweites metallisches Teil 3, z. B. aus Aluminium, eingegossen, dieses zweite metallische Teil 3 bildet für die Halbzeugkomponente 2 einen Umguss. Durch das Eingießen der Halbzeugkomponente 2 in das Gussteil 3 bildet sich zwischen diesen beiden metallischen Bauteilen 2, 3 eine Kontaktfläche 4 aus. Die Größe der Kontaktfläche 4 hängt von verschiedenen Kriterien ab, beispielsweise von der Geometrie der beiden einzelnen Bauteile 2, 3 und deren mechanischer Belastung. Um das Gewicht des Bauteils gering zu halten, sollte die Kontaktfläche möglichst klein gehalten werden. 1 shows a section through a section of a composite component 1 , A semi-finished component 2 , which in the embodiment shown here is a hollow body, namely a pipe, for example of steel, has been transformed into a second metallic part 3 , z. B. aluminum, poured, this second metallic part 3 forms for the semi-finished component 2 an infusion. By pouring the semi-finished component 2 in the casting 3 forms between these two metallic components 2 . 3 a contact surface 4 out. The size of the contact surface 4 depends on various criteria, for example on the geometry of the two individual components 2 . 3 and their mechanical load. In order to keep the weight of the component low, the contact surface should be kept as small as possible.

In einem nachfolgenden Arbeitsschritt wird entlang der durch das Eingießen des Bauteils 2 in den Gussteil 3 gebildeten Kontaktzone eine Schweißnaht 5 gezogen. In der hier dargestellten Ausführungsform wird die Schweißnaht entlang der Stirnseite 6 des Gussteils 3 gezogen. In a subsequent step, the process of pouring the component along 2 in the casting 3 formed contact zone a weld 5 drawn. In the embodiment shown here, the weld seam along the front side 6 of the casting 3 drawn.

Auf diese Weise können an das hergestellte Verbundbauteil 1 noch weitere metallische Bauteile angegossen werden, diese bilden dann jeweils einen Umguss für das um diesen Umguss ergänzte Bauteil. In this way, to the composite component produced 1 even more metallic components are cast, these then each form an encapsulation for the supplemented around this encapsulation component.

Eine weitere Erhöhung der Stabilität des erhaltenen Bauteils kann dadurch erzielt werden, dass das fertige Verbundbauteil 1 einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Es ist möglich, durch die Wärmebehandlung des kompletten Bauteils eine gleichmäßige Einstellung von Wertstoffkennwerten, beispielsweise auch in den Schweißnähten, zu erzielen. Die Wärmebehandlung kann unter den dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Bedingungen durchgeführt werden.A further increase in the stability of the resulting component can be achieved in that the finished composite component 1 is subjected to a heat treatment. It is possible by the heat treatment of the complete component to achieve a uniform setting of valuable material values, for example also in the weld seams. The heat treatment may be carried out under conditions known to those skilled in the art.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Verbundbauteil composite component
22
Halbzeugkomponente Semi-finished component
33
Gussteil casting
44
Kontaktfläche contact area
55
Schweißnaht  Weld
66
Stirnseite des Gussteils 3 Face of the casting 3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007026005 A1 [0004] DE 102007026005 A1 [0004]
  • DE 102009030426 [0005] DE 102009030426 [0005]

Claims (11)

Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils aus metallischem Werkstoff, bei welchem an ein erstes metallisches Teil ein zweites metallisches Teil unter Bildung einer Kontaktzone angegossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der so ausgebildeten Kontaktzone eine Schweißnaht gezogen wird. Method for producing a composite component made of metallic material, in which a second metallic part is cast onto a first metallic part to form a contact zone, characterized in that a weld seam is drawn along the contact zone formed in this way. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Bauteil einer Wärmebehandlung unterzogen wird. A method according to claim 1, characterized in that the manufactured component is subjected to a heat treatment. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die Schweißnaht mittels MIG-, WIG-, Elektronenstrahl- oder Reibrührschweißverfahren gezogen wird. The method of claim 1 or 2, wherein the weld is drawn by MIG, TIG, electron beam or friction stir welding. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil aus Leichtmetallguss besteht. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one part consists of light metal casting. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall ausgewählt ist aus Al- und/oder Mg- und/oder Ti-Legierungen. A method according to claim 3, characterized in that the light metal is selected from Al and / or Mg and / or Ti alloys. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Teile aus von einander verschiedenen Legierungen miteinander verbunden werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that parts of mutually different alloys are joined together. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Legierungen ausgewählt werden aus voneinander verschiedenen Leichtmetalllegierungen und/oder Eisenlegierungen.A method according to claim 6, characterized in that alloys are selected from mutually different light metal alloys and / or iron alloys. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil ein Halbzeugbauteil ist. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one part is a semi-finished component. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeugteil ein Hohlkörper ist.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the semi-finished part is a hollow body. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite metallische Teil mittels eines Gießverfahrens, insbesondere Schwerkraft-, Niederdruck- und/oder Druckgießverfahren hergestellt ist. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the second metallic part is produced by means of a casting process, in particular gravity, low pressure and / or die casting. Verbundbauteil enthaltend Komponenten aus Leichtmetallguss erhältlich nach einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8. Composite component containing components of light metal casting obtainable by a process according to claims 1 to 8.
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