DE102013002632A1 - Aluminum-silicon die casting alloy comprises a specific amount of silicon, zinc, magnesium, manganese, zirconium, contaminants, and aluminum - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Aluminium-Silizium-Gusslegierung und ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils.The invention relates to an aluminum-silicon casting alloy and a method for producing a cast component.
Üblicherweise werden Gussbauteile für Karosserie- und Fahrwerksanwendungen im Druckguss aus Aluminium-Silizium-Gusslegierungen gefertigt, die typischerweise Silizium in einem Massenanteil von 6 bis 12 Ma% enthalten. Vorteile beim Einsatz von Silizium sind die guten Gießeigenschaften, eine verringerte Schrumpfungsneigung und somit eine sehr geringe Anfälligkeit für Heißrisse und Lunker. Aufgrund der geringen Schrumpfungsneigung können derartige Gussbauteile eine sehr hohe Komplexität haben.Typically, cast components for bodywork and chassis applications are die cast from aluminum-silicon casting alloys, typically containing silicon at a mass fraction of 6 to 12 mass%. Advantages in the use of silicon are the good casting properties, a reduced shrinkage tendency and thus a very low susceptibility to hot cracks and voids. Due to the low shrinkage tendency such cast components can have a very high complexity.
Die Festigkeit wird dabei über die Zugabe von typischerweise 0,1 bis 0,5 Ma% Magnesium erhöht. Die Festigkeitssteigerung wird durch die Phase Mg2Si verursacht, die vor allem durch eine Wärmebehandlung gebildet wird. Für eine optimale Löslichkeit des Magnesiums als Voraussetzung für die Bildung dieser Phase erfolgt während der Wärmebehandlung ein Lösungsglühen meist bei Temperaturen von 450 bis 530°C. Diese Phase bewirkt jedoch eine Abnahme der Verformungsfähigkeit der Legierung, wirkt also versprödend und ist in ihrem Gehalt je nach Bauteilanforderung zu limitieren.The strength is increased by the addition of typically 0.1 to 0.5 Ma% of magnesium. The increase in strength is caused by the phase Mg 2 Si, which is mainly formed by a heat treatment. For optimum solubility of magnesium as a prerequisite for the formation of this phase, solution heat treatment usually takes place at temperatures of 450 to 530 ° C. during the heat treatment. However, this phase causes a decrease in the deformability of the alloy, thus acting embrittling and is to limit their content depending on the component requirement.
In der Regel werden derartige Gussbauteile einer T5-, T6- oder T7-Wärmebehandlung unterzogen.As a rule, such cast components are subjected to a T5, T6 or T7 heat treatment.
Die T5-Wärmebehandlung ist eine Wärmebehandlung auf den sogenannten T5-Zustand der Legierung gemäß
Die T6-Wärmebehandlung ist eine Wärmebehandlung auf den sogenannten T6-Zustand der Legierung gemäß
Die T7-Wärmebehandlung ist eine Wärmebehandlung auf den sogenannten T7-Zustand der Legierung gemäß
Üblicherweise erfolgt bei der T6- und der T7-Wärmebehandlung das Lösungsglühen bei Temperaturen von 450 bis 530°C für Zeiträume von 1 bis 2 h und das Auslagern bei Temperaturen von 180 bis 240°C für Zeiträume von 2 bis 5 h.Usually, in the T6 and T7 heat treatment, the solution annealing is carried out at temperatures of 450 to 530 ° C for periods of 1 to 2 hours and aging at temperatures of 180 to 240 ° C for periods of 2 to 5 hours.
Die T5-Wärmebehandlung zeichnet sich durch eine sehr gute resultierend Maßhaltigkeit der Bauteile bei hoher Festigkeit aus. Nachteilig sind die geringen resultierenden Verformungseigenschaften.The T5 heat treatment is characterized by a very good resulting dimensional stability of the components with high strength. A disadvantage is the low resulting deformation properties.
Die T6- und die T7-Wärmebehandlungen zeichnen sich hingegen durch hohe Verformungseigenschaften bei hoher Festigkeit aus. Für hohe zu erzielende Festigkeiten werden üblicherweise hohe Lösungsglühtemperaturen verwendet. Aufgrund der reduzierten Festigkeit im warmen Zustand setzen beim Lösungsglühen Kriecheffekte ein, die für Bauteilverzüge verantwortlich sind. Aus diesem Grund ist man bestrebt, die Temperatur und den Zeitraum des Lösungsglühens möglichst niedrig zu wählen.The T6 and T7 heat treatments, on the other hand, are characterized by high deformation properties and high strength. For high strength to be achieved usually high solution annealing temperatures are used. Due to the reduced strength in the hot state, creep effects, which are responsible for component distortions, occur during solution annealing. For this reason, it is endeavored to choose the lowest possible temperature and the period of solution annealing.
Nachfolgend werden beispielhaft für AlSi10Mg0,3 typische resultierende mechanische Kennwerte angegeben, nämlich die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 und die Bruchdehnung A5:
- 1) T5-Wärmebehandlung (Warmauslagern bei 220°C für 2 h): Rp0,2 = 150 bis 180 MPa A5 = 4 bis 7%
- 2) T6-Wärmebehandlung (Lösungsglühen bei 490°C für 1 h, Abschrecken in Luft, Warmauslagern bei 210°C für 3 h): Rp0,2 = 150 bis 170 MPa A5 = 7 bis 12%
- 3) T7-Wärmebehandlung (Lösungsglühen bei 460°C für 1,5 h, Abschrecken in Luft, Warmauslagern bei 230°C für 2,5 h): Rp0,2 = 120 bis 140 MPa A5 = 10 bis 15%
- 1) T5 heat treatment (heat aging at 220 ° C for 2 h): Rp0.2 = 150 to 180 MPa A5 = 4 to 7%
- 2) T6 heat treatment (solution annealing at 490 ° C for 1 h, quenching in air, heat aging at 210 ° C for 3 h): R p 0.2 = 150 to 170 MPa A 5 = 7 to 12%
- 3) T7 heat treatment (solution annealing at 460 ° C for 1.5 hours, quenching in air, heat aging at 230 ° C for 2.5 hours): R p 0.2 = 120 to 140 MPa A 5 = 10 to 15%
Die Legierungen nach dem Stand der Technik weisen zwar eine gute Fliessfähigkeit bei Bauteilen mit Wandstärken von größer als 2 mm auf, sodass sich folglich im Wandstärkenbereich größer als 2 mm Bauteile ohne Kaltfließstellen und ohne Warmrisse herstellen lassen. Jedoch treten bei dünnwandigeren Druckgussbauteilen mit Wandstärken von kleiner als 2 mm vermehrt Formfüllungsprobleme in Form von Kaltfließstellen und Warmrissen aufgrund der Schrumpfungsneigung auf. Although the alloys of the prior art have a good flowability for components with wall thicknesses greater than 2 mm, so that can be produced in the wall thickness range greater than 2 mm components without cold flow and hot cracks. However, with thinner-walled die-cast components with wall thicknesses of less than 2 mm, mold filling problems in the form of cold flow points and hot cracks due to the tendency to shrink are increasingly occurring.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Aluminium-Silizium-Gusslegierung zu schaffen, die eine hohe Festigkeit und gleichzeitig eine gute Verformbarkeit bei sehr guter Fliessfähigkeit für Bauteile mit Wandstärken unter 2 mm aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils aus einer derartigen Legierung.The object of the invention is to provide an aluminum-silicon casting alloy, which has a high strength and at the same time a good ductility with very good flowability for components with wall thicknesses below 2 mm, and a method for producing a cast component from such an alloy.
Diese Aufgabe wird durch eine Aluminium-Silizium-Gusslegierung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by an aluminum-silicon casting alloy according to claim 1 and a method for producing a cast component according to claim 8. Further embodiments are described in the subclaims.
Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt eine Aluminium-Silizium-Gusslegierung vor, enthaltend
- – 5 bis 12 Ma% Silizium;
- – 0,5 bis 3,0 Ma% Zink;
- – 0,1 bis 0,7 Ma% Magnesium;
- – 0,2 bis 0,8 Ma% Mangan
- – 0,05 bis 0,3 Ma% Zirconium
- – einzeln höchstens 0,05 Ma% und insgesamt höchstens 0,4 Ma% Verunreinigungen;
- – als Rest Aluminium.
- - 5 to 12% by mass of silicon;
- 0.5 to 3.0% by mass of zinc;
- 0.1 to 0.7 Ma% magnesium;
- - 0.2 to 0.8 Ma% manganese
- 0.05 to 0.3 Ma% zirconium
- - not more than 0.05% by mass and not more than 0.4% in total of impurities;
- - as the rest aluminum.
Da Aluminium eine hohe Affinität zu Eisen aufweist, wird die Legierung mit Mangan versetzt, um die Klebeneigung der Gussbauteile an der Druckgussform zu reduzieren. Des Weiteren werden die aufgrund der Eisenverunreinigungen des Ausgangsmaterials vorhandene plattenförmige eisenhaltige Phasen über Mangan in eine polyedrische Morphologie überführt, was die Duktilität der Legierung erhöht.Since aluminum has a high affinity for iron, manganese is added to the alloy to reduce the tendency of the cast components to adhere to the die. Furthermore, the plate-shaped iron-containing phases due to the iron impurities of the starting material are converted into a polyhedral morphology via manganese, which increases the ductility of the alloy.
Zirconium dient zur Kornfeinung des Gussgefüges und zur Erhöhung der Festigkeit durch Bildung von (AlZr)-Phasen. Dieses Legierungselement trägt ein wesentlichen Beitrag zur Erzielung der mechanischen Kennwerte.Zirconium serves to grain refine the cast structure and increase strength by forming (AlZr) phases. This alloying element contributes significantly to achieving the mechanical characteristics.
Die vorgeschlagene Legierung nutzt neben der Aushärtung über die Phase Mg2Si auch noch einen weiteren Verfestigungsmechanismus, nämlich eine Mischkristallhärtung durch das Zink. Die Kombination dieser Aushärtemechanismen bietet im Besonderen den Vorteil einer hohen Verformungseignung bei gleichzeitig hoher Festigkeit der Gussbauteile. Des Weiteren konnte durch das Zink eine signifikante Verbesserung der Fliessfähigkeit nachgewiesen werden.The proposed alloy uses not only the curing over the phase Mg 2 Si but also a further solidification mechanism, namely a solid solution hardening by the zinc. In particular, the combination of these curing mechanisms offers the advantage of high deformation suitability coupled with high strength of the cast components. Furthermore, the zinc showed a significant improvement in flowability.
Die vorgeschlagene Legierung liefert nach einer T6- oder T7-Wärmebehandlung die folgenden typischen mechanischen Kennwerte, nämlich die Zugfestigkeit Rm, die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2, die Gleichmaßdehnung Ag und die Bruchdehnung A5:
Rm = 200 bis 300 MPa
Rp0,2 = 120 bis 240 MPa
Ag = 6 bis 15%
A5 = 10 bis 25%The proposed alloy gives the following typical mechanical properties after a T6 or T7 heat treatment, namely the tensile strength Rm, the 0.2% proof stress Rp0.2, the uniform elongation Ag and the elongation at break A5:
Rm = 200 to 300 MPa
Rp0.2 = 120 to 240 MPa
Ag = 6 to 15%
A5 = 10 to 25%
Dabei hängen diese Kennwerte von den jeweiligen Wärmebehandlungsparametern ab. Je nach Bauteilanforderung kann das Lösungsglühen und/oder das Warmauslagern ein- oder mehrstufig sein.These characteristics depend on the respective heat treatment parameters. Depending on the component requirement, the solution annealing and / or the hot aging can be one or more stages.
Vorteilhaft ist zudem, dass die vorgeschlagene Legierung positive Ergebnisse in den Verbindungstechniken Schweißen und Nieten zeigt.It is also advantageous that the proposed alloy shows positive results in the joining techniques of welding and riveting.
Außerdem werden die Anforderungen bezüglich Lang- und Kurzzeitstabilität bei erfolgreicher Wärmebehandlung auch schon bei niedrigen Auslagerzeiträumen gewährleistet.In addition, the requirements for long and short-term stability with successful heat treatment are guaranteed even at low storage periods.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Legierung besteht darin, dass sich keine korrosionsanfälligen Phasen, wie etwa die π-Phase, θ-Phase oder Q-Phase, bilden, da Kupfer als Legierungselement nicht vorhanden ist.Another advantage of the proposed alloy is that no corrosion-prone phases, such as the π-phase, θ-phase or Q-phase form, since copper is not present as an alloying element.
Ein besonderer Vorteil der vorgeschlagenen Legierung ist ihre hohe Crash-Energie-Absorption. Diese ist durch eine ausgeprägte Brucheinschnürung beim Zugversuch ersichtlich. Die Differenz zwischen Bruchdehnung und Gleichmaßdehnung, die die Brucheinschnürung charakterisiert, beträgt 4 bis 8%. A particular advantage of the proposed alloy is its high crash energy absorption. This can be seen by a pronounced Brucheinschnürung the tensile test. The difference between elongation at break and uniform strain, which characterizes the fracture constriction, is 4 to 8%.
Des Weiteren konnten sehr hohe 0,2%-Dehngrenzen von Rp0,2 > 180 MPa nachgewiesen werden. Die hohen Festigkeiten ermöglichen eine Wandstärkenreduzierung der Bauteile bei gleicher Bauteilfunktion. Um diese Reduzierung umsetzen zu können, wurde die Legierung hinsichtlich der Fliessfähigkeit in dünnen Wandstärkenbereichen optimiert. Die Legierung zeigt aufgrund des Zinkanteils eine weitaus bessere Fliessfähigkeit gegenüber dem Stand der Technik. Das kann vor allem in Bereichen von sehr dünnen Wandstärken bis minimal 1 mm ohne Kaltfliessstellen und Warmrisse nachgewiesen werden. Das heißt, dass die Gussbauteile bei dünnen Wandstärken eine sehr hohe Güte zeigen.Furthermore, very high 0.2% proof strengths of Rp0.2> 180 MPa could be detected. The high strengths allow a reduction in the wall thickness of the components with the same component function. In order to implement this reduction, the alloy was optimized in terms of flowability in thin wall thickness ranges. Due to the zinc content, the alloy has a much better flowability than the prior art. This can be detected above all in areas of very thin wall thicknesses down to a minimum of 1 mm without cold flow and hot cracks. This means that the cast components show a very high quality with thin wall thicknesses.
Die erwähnte Aushärtung über die Zink-Magnesium-Kombination hat den Vorteil, dass die Einformung des eutektischen Siliziums bereits bei niedrigen Lösungsglühtemperaturen und Lösungsglühzeiträumen stattfindet, sodass aufgrund dieser schonenden Lösungsglühparameter besonders maßgenaue und komplexe Gussbauteile gefertigt werden können.The mentioned curing via the zinc-magnesium combination has the advantage that the formation of the eutectic silicon takes place even at low solution annealing temperatures and solution annealing periods, so that due to these gentle solution annealing parameters particularly dimensionally accurate and complex cast components can be manufactured.
Des Weiteren sind alle Legierungselemente der vorgeschlagenen Legierung weltweit sehr gut verfügbar, wodurch die Herstellungskosten dieser Legierung niedrig sind.Furthermore, all alloying elements of the proposed alloy are very readily available worldwide, whereby the manufacturing costs of this alloy are low.
Unter dem Bereich „5 bis 12 Ma% Silizium” werden insbesondere 5,0 Ma%, 5,5 Ma%, 6,0 Ma%, 6,5 Ma%, 7,0 Ma%, 7,5 Ma%, 8,0 Ma%, 8,5 Ma%, 9,0 Ma%, 9,5 Ma%, 10,0 Ma%, 10,5 Ma%, 11,0 Ma%, 11,5 Ma%, 12,0 Ma% Silizium verstanden.In the range of "5 to 12 mass% of silicon", 5.0 mass%, 5.5 mass%, 6.0 mass%, 6.5 mass%, 7.0 mass%, 7.5 mass%, 8 , 0 Ma%, 8.5 Ma%, 9.0 Ma%, 9.5 Ma%, 10.0 Ma%, 10.5 Ma%, 11.0 Ma%, 11.5 Ma%, 12.0 Understood Ma% silicon.
Der Anteil von Silizium beträgt vorzugsweise 8 bis 11,5 Ma%.The proportion of silicon is preferably 8 to 11.5 Ma%.
Unter dem Bereich „0,5 bis 3,0 Ma% Zink” werden insbesondere 0,5 Ma%, 0,6 Ma%, 0,7 Ma%, 0,8 Ma%, 0,9 Ma%, 1,0 Ma%, 1,1 Ma%, 1,3 Ma%, 1,5 Ma%, 1,8 Ma%, 2,1 Ma%, 2,4 Ma%, 2,7 Ma%, 3,0 Ma% Zink verstanden.Among the range "0.5 to 3.0% by mass of zinc", 0.5% by mass, 0.6% by mass, 0.7% by mass, 0.8% by mass, 0.9% by mass, 1.0 Ma%, 1.1 Ma%, 1.3 Ma%, 1.5 Ma%, 1.8 Ma%, 2.1 Ma%, 2.4 Ma%, 2.7 Ma%, 3.0 Ma% Zinc understood.
Der Anteil von Zink beträgt vorzugsweise 0,5 bis 1,2 Ma%The content of zinc is preferably 0.5 to 1.2 mass%
Unter dem Bereich „0,1 bis 0,7 Ma% Magnesium” werden insbesondere 0,1 Ma%, 0,2 Ma%, 0,3 Ma%, 0,4 Ma%, 0,44 Ma%, 0,48 Ma%, 0,52 Ma%, 0,56 Ma%, 0,6 Ma%, 0,65 Ma%, 0,7 Ma% Magnesium verstanden.Among the range "0.1 to 0.7% by mass of magnesium", 0.1% by mass, 0.2% by mass, 0.3% by mass, 0.4% by mass, 0.44% by mass, 0.48 Ma%, 0.52 Ma%, 0.56 Ma%, 0.6 Ma%, 0.65 Ma%, 0.7 Ma% magnesium understood.
Der Anteil von Magnesium beträgt vorzugsweise 0,35 Ma% bis 0,5 Ma%.The proportion of magnesium is preferably 0.35 Ma% to 0.5 Ma%.
Unter dem Bereich „0,2 bis 0,8 Ma% Mangan” werden insbesondere 0,2 Ma% oder 0,3 Ma% oder 0,4 Ma% oder 0,5 Ma% oder 0,6 Ma% oder 0,7 Ma% oder 0,8 Ma% Mangan verstanden.In particular, 0.2% by mass or 0.3% by mass or 0.4% by mass or 0.5% by mass or 0.6% by mass or 0.7 is used in the range of "0.2 to 0.8% by mass of manganese" Ma% or 0.8 Ma% manganese understood.
Der Anteil von Mangan beträgt vorzugsweise 0,4 bis 0,8 Ma%.The proportion of manganese is preferably 0.4 to 0.8 mass%.
Unter dem Bereich „0,05 bis 0,3 Ma% Zirconium” werden insbesondere 0,05 Ma% oder 0,08 Ma% oder 0,11 Ma% oder 0,14 Ma% oder 0,17 Ma% oder 0,20 Ma% oder 0,23 Ma% oder 0,26 Ma% oder 0,3 Ma% Zirconium verstanden.In the range of "0.05 to 0.3 mass% zirconium", particularly, 0.05 mass% or 0.08 mass% or 0.11 mass% or 0.14 mass% or 0.17 mass% or 0.20 Ma% or 0.23 Ma% or 0.26 Ma% or 0.3 Ma% zirconium understood.
Der Anteil von Zirconium beträgt vorzugsweise 0,1 bis 0,25 Ma%.The content of zirconium is preferably 0.1 to 0.25 mass%.
Der Anteil von Verunreinigungen kann beispielsweise einzeln höchstens 0.05 Ma% oder höchstens 0,045 Ma% oder höchstens 0,040 Ma% oder höchstens 0,035 Ma% oder höchstens 0,030 Ma% oder höchstens 0,025 Ma% oder höchstens 0,020 Ma% oder höchstens 0,015 Ma% oder höchstens 0,010 Ma% betragen und/oder insgesamt höchstens 0.4 Ma% oder höchstens 0,35 Ma% oder höchstens 0,30 Ma% oder höchstens 0,25 Ma% oder höchstens 0,20 Ma% oder höchstens 0,15 Ma% oder höchstens 0,10 Ma% betragen.The content of impurities may be, for example, at most 0.05 Ma% or at most 0.045 Ma% or at most 0.040 Ma% or at most 0.035 Ma% or at most 0.030 Ma% or at most 0.025 Ma% or at most 0.020 Ma% or at most 0.015 Ma% or at most 0.010 Ma % and / or a total of at most 0.4 Ma% or at most 0.35 Ma% or at most 0.30 Ma% or at most 0.25 Ma% or at most 0.20 Ma% or at most 0.15 Ma% or at most 0.10 Ma%.
Der Anteil von Verunreinigungen beträgt vorzugsweise einzeln höchstens 0,01 Ma% und insgesamt höchstens 0,15 Ma%.The proportion of impurities is preferably at most 0.01 mass% individually and at most 0.15 mass% at a maximum.
Es ist vorgesehen, dass die Gusslegierung mindestens 0,5 Ma% bis 3,0 Ma% Zink enthält.It is envisaged that the casting alloy contains at least 0.5 mass% to 3.0 mass% zinc.
Der Anteil von Zink kann beispielsweise mindestens 0,5 Ma% oder mindestens 0,6 Ma% oder mindestens 0,7 Ma% oder mindestens 0,8 Ma% oder mindestens 0,9 Ma% oder mindestens 1,0 Ma% oder mindestens 1,1 Ma% oder mindestens 1,2 Ma% oder mindestens 1,3 Ma% oder mindestens 1,4 Ma% oder mindestens 1,5 Ma% oder mindestens 1,6 Ma% oder mindestens 1,7 Ma% oder mindestens 1,8 Ma% oder mindestens 1,9 Ma% oder mindestens 2,0 Ma% oder mindestens 2,1 Ma% oder mindestens 2,2 Ma% oder mindestens 2,3 Ma% oder mindestens 2,4 Ma% oder mindestens 2,5 Ma% oder mindestens 2,6 Ma% oder mindestens 2,7 Ma% oder mindestens 2,8 Ma% oder mindestens 2,9 Ma% oder mindestens 3,0 Ma% betragen. The content of zinc may be, for example, at least 0.5 mass% or at least 0.6 mass% or at least 0.7 mass% or at least 0.8 mass% or at least 0.9 mass% or at least 1.0 mass% or at least 1 , 1 Ma% or at least 1.2 Ma% or at least 1.3 Ma% or at least 1.4 Ma% or at least 1.5 Ma% or at least 1.6 Ma% or at least 1.7 Ma% or at least 1, 8 mass% or at least 1.9 mass% or at least 2.0 mass% or at least 2.1 mass% or at least 2.2 mass% or at least 2.3 mass% or at least 2.4 mass% or at least 2.5 Ma% or at least 2.6 Ma% or at least 2.7 Ma% or at least 2.8 Ma% or at least 2.9 Ma% or at least 3.0 Ma%.
Unter dem Bereich „0,5 bis 3,0 Ma% Zink” werden insbesondere 0,5 Ma% bis 1,2 Ma% Zink verstanden.The range "0.5 to 3.0% by mass of zinc" is understood to mean, in particular, 0.5% by mass to 1.2% by mass of zinc.
Es kann vorgesehen sein, dass die Gusslegierung höchstens 0,3 Ma% oder höchstens 0,24 Ma% oder 0,05 bis 0,30 Ma% oder 0,1 bis 0,2 Ma% Eisen enthält.It may be provided that the casting alloy contains at most 0.3 mass% or at most 0.24 mass% or 0.05 to 0.30 mass% or 0.1 to 0.2 mass% iron.
Erwünscht ist zwar möglichst wenig Eisen, es lässt sich jedoch, insbesondere herstellungsbedingt, beispielsweise beim Erhitzen der Schmelze nicht oder nur mit großem Aufwand vermeiden. Die angegebenen Bereiche sind für die vorgeschlagene Legierung besonders tolerabel.While it is desirable to have as little iron as possible, it is not possible, or particularly with regard to production, to avoid, for example when heating the melt, or only with great effort. The ranges given are especially tolerable for the proposed alloy.
Der Anteil von Eisen kann beispielsweise höchstens 0,3 Ma% oder höchstens 0,25 Ma% oder höchstens 0,20 Ma% oder höchstens 0,15 Ma% oder höchstens 0,10 Ma% oder höchstens 0,05 Ma% betragen.The content of iron may be, for example, at most 0.3 mass% or at most 0.25 mass% or at most 0.20 mass% or at most 0.15 mass% or at most 0.10 mass% or at most 0.05 mass%.
Unter dem Bereich „0,05 bis 0,30 Ma% Eisen” werden insbesondere 0,05 Ma% oder 0,10 Ma% oder 0,15 Ma% oder 0,20 Ma% oder 0,25 Ma% oder 0,30 Ma% Eisen verstanden.Particularly, in the range of "0.05 to 0.30 mass% of iron", 0.05 mass% or 0.10 mass% or 0.15 mass% or 0.20 mass% or 0.25 mass% or 0.30 Ma% iron understood.
Erwünscht ist möglichst wenig Kupfer, es lässt sich jedoch nicht oder nur mit großem Aufwand komplett vermeiden, da es als Verunreinigungselement in Aluminiumlegierungen vorliegt.Desirable is as little copper as possible, but it can not be avoided completely or only with great effort, since it is present as an impurity element in aluminum alloys.
Es kann vorgesehen sein, dass die Gusslegierung
- – 0,005 bis 0,03 Ma% Strontium und/oder 0,002 bis 0,025 Ma% Natrium; oder
- – 0,002 bis 0,035 Ma% Antimon enthält.
- 0.005 to 0.03 Ma% strontium and / or 0.002 to 0.025 Ma% sodium; or
- Contains 0.002 to 0.035% by mass of antimony.
Hierdurch kann eine Veredelung der vorgeschlagenen Legierung erreicht werden.As a result, a refinement of the proposed alloy can be achieved.
Unter dem Bereich „0,005 bis 0,03 Ma% Strontium” werden insbesondere 0,005 Ma% oder 0,010 Ma% oder 0,015 Ma% oder 0,020 Ma% oder 0,025 Ma% oder 0,03 Ma% Strontium verstanden.The range "0.005 to 0.03% by weight of strontium" is understood to mean in particular 0.005% by mass or 0.010% by mass or 0.015% by mass or 0.020% by mass or 0.025% by mass or 0.03% by mass strontium.
Unter dem Bereich „0,002 bis 0,025 Ma% Natrium” werden insbesondere 0,002 Ma% oder 0,004 Ma% oder 0,006 Ma% oder 0,008 Ma% oder 0,010 Ma% oder 0,013 Ma% oder 0,016 Ma% oder 0,019 Ma% oder 0,022 Ma% oder 0,025 Ma% Natrium verstanden.More specifically, in the range of "0.002 to 0.025% by mass of sodium", 0.002% by mass or 0.004% by mass or 0.006% by mass or 0.008% by mass or 0.010% by mass or 0.013% by mass or 0.016% by mass or 0.019% by mass or 0.022% by mass or 0.025 Ma% sodium understood.
Unter dem Bereich „0,002 bis 0,035 Ma% Antimon” werden insbesondere 0,002 Ma% oder 0,004 Ma% oder 0,006 Ma% oder 0,008 Ma% oder 0,010 Ma% oder 0,013 Ma% oder 0,016 Ma% oder 0,019 Ma% oder 0,023 Ma% oder 0,027 Ma% oder 0,031 Ma% oder 0,035 Ma% Antimon verstanden.More specifically, in the range of "0.002 to 0.035% by mass of antimony", 0.002% by mass or 0.004% by mass or 0.006% by mass or 0.008% by mass or 0.010% by mass or 0.013% by mass or 0.016% by mass or 0.019% by mass or 0.023% by mass or 0.027 Ma% or 0.031 Ma% or 0.035 Ma% antimony understood.
Es kann vorgesehen sein, dass die Gusslegierung höchstens 0,2 Ma% Titan und/oder höchstens 0,3 Ma% Vanadium enthält.It may be provided that the casting alloy contains at most 0.2% by mass of titanium and / or at most 0.3% by mass of vanadium.
Hierdurch kann eine weitere Kornfeinung der vorgeschlagenen Legierung erreicht werden.In this way, a further grain refinement of the proposed alloy can be achieved.
Der Anteil von Titan kann beispielsweise höchstens 0,16 Ma% oder höchstens 0,12 Ma% oder höchstens 0,08 Ma% oder höchstens 0,04 Ma% betragen.The content of titanium may, for example, be at most 0.16 Ma% or at most 0.12 Ma% or at most 0.08 Ma% or at most 0.04 Ma%.
Der Anteil von Vanadium kann beispielsweise höchstens 0,24 Ma% oder höchstens 0,18 Ma% oder höchstens 0,12 Ma% oder höchstens 0,06 Ma% betragen.The content of vanadium may be, for example, at most 0.24 Ma% or at most 0.18 Ma% or at most 0.12 Ma% or at most 0.06 Ma%.
Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils, insbesondere dünnwandiges Karosserie- oder Fahrwerksgussbauteil vor, mit den Schritten, dass
- – ein Gussbauteil aus einer Gusslegierung gemäß der vorherigen Ansprüche gegossen wird., insbesondere mit evakuierten Dauerformen;
- – das Gussbauteil nach dem Gießen einer Wärmebehandlung auf den Zustand T5, T6 oder T7 unterworfen wird.
- - A cast component is cast from a casting alloy according to the preceding claims, in particular with evacuated permanent molds;
- - The cast component after casting a heat treatment to the state T5, T6 or T7 is subjected.
Es kann vorgesehen sein, dass die T6/T7 Wärmebehandlung ein Lösungsglühen bei 450 bis 530°C für 1 bis 2 h, dann ein Abschrecken und dann ein Auslagern bei 180 bis 240°C für 2 bis 5 h umfasst. It may be contemplated that the T6 / T7 heat treatment includes solution annealing at 450 to 530 ° C for 1 to 2 hours, then quenching and then aging at 180 to 240 ° C for 2 to 5 hours.
Es kann vorgesehen sein, dass die T5 Wärmebehandlung ein Auslagern bei 150–320°C für 0,5–5 Stunden umfasst.It may be provided that the T5 heat treatment includes aging at 150-320 ° C for 0.5-5 hours.
Unter dem Bereich „450 bis 530°C” werden insbesondere 450°C, 460°C, 470°C, 480°C, 490°C, 500°C, 510°C, 520°C, 530°C verstanden.The term "450 to 530 ° C" is understood in particular 450 ° C, 460 ° C, 470 ° C, 480 ° C, 490 ° C, 500 ° C, 510 ° C, 520 ° C, 530 ° C.
Unter dem Bereich „1 bis 2 h” werden insbesondere 1,0 h, 1,1 h, 1,2 h, 1,3 h, 1,4 h, 1,5 h, 1,6 h, 1,7 h, 1,8 h, 1,9 h, 2,0 h verstanden.In particular, 1.0 h, 1.1 h, 1.2 h, 1.3 h, 1.4 h, 1.5 h, 1.6 h, 1.7 h are in the range "1 to 2 h" , 1.8 hours, 1.9 hours, 2.0 hours.
Unter dem Bereich „180 bis 240°C” werden insbesondere 180°C, 190°C, 200°C, 210°C, 220°C, 230°C, 240°C verstanden.Under the range "180 to 240 ° C" in particular 180 ° C, 190 ° C, 200 ° C, 210 ° C, 220 ° C, 230 ° C, 240 ° C understood.
Unter dem Bereich „2 bis 5 h” werden insbesondere 2,00 h, 2,25 h, 2,50 h, 2,75 h, 3,00 h, 3,25 h, 3,50 h, 3,75 h, 4,00 h, 4,25 h, 4,50 h, 4,75 h, 5,00 h verstanden.In particular, 2.00 hours, 2.25 hours, 2.50 hours, 2.75 hours, 3.00 hours, 3.25 hours, 3.50 hours, 3.75 hours are included under the range "2 to 5 hours" , 4.00 h, 4.25 h, 4.50 h, 4.75 h, 5.00 h.
Unter dem Bereich „150–320°C” werden insbesondere 150°C, 160°C, 170°C, 180°C, 190°C, 200°C, 210°C, 220°C, 230°C, 240°C, 250°C, 260°C, 270°C, 280°C, 290°C, 300°C, 310°C, 320°C verstanden.In particular, 150 ° C, 160 ° C, 170 ° C, 180 ° C, 190 ° C, 200 ° C, 210 ° C, 220 ° C, 230 ° C, 240 ° are used as the "150-320 ° C" range C, 250 ° C, 260 ° C, 270 ° C, 280 ° C, 290 ° C, 300 ° C, 310 ° C, 320 ° C understood.
Unter dem Bereich „0,5–5 h” werden insbesondere 0,5 h, 1 h, 1,5 h, 2 h, 2,5 h, 3 h, 3,5 h, 4 h, 4,5 h, 5 h verstanden.In particular, 0.5 h, 1 h, 1.5 h, 2 h, 2.5 h, 3 h, 3.5 h, 4 h, 4.5 h are used under the range "0.5-5 h". 5 h understood.
Das Lösungsglühen und/oder das Auslagern kann nach Bedarf ein- oder mehrstufig erfolgen.The solution annealing and / or the aging can be done in one or more stages as needed.
Es kann vorgesehen sein, dass das Abschrecken in bewegter oder unbewegter Luft oder in einem bewegten oder unbewegten Schutzgas oder in Wasser oder in Öl oder in einer Kombination der genannten Medien erfolgt.It can be provided that the quenching takes place in moving or stationary air or in a moving or stationary inert gas or in water or in oil or in a combination of said media.
Die Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung.The statements relating to one of the aspects of the invention, in particular to individual features of this aspect, also apply analogously to the other aspects of the invention.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft näher erläutert. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden werden.Embodiments of the invention will be explained in greater detail below by way of example. However, the individual features resulting therefrom are not limited to the individual embodiments, but can be combined with individual features described above and / or with individual features of other embodiments.
VergleichsversuchComparative test
Es wurden die folgenden fünf Aluminium-Silizium-Gusslegierungen jeweils auf ihre Leistungsfähigkeit untersucht, indem aus ihnen im Druckgussverfahren dünnwandige Gussteile hergestellt und beprobt wurden:
Die Legierung 1 ist eine typische Legierung aus dem Stand der Technik. Die Legierungen 2 und 3 sind Verbesserungsversuche, indem im Vergleich zur Legierung 1 der Magnesiumanteil erhöht beziehungsweise zusätzlich Kupfer beigesetzt wurde. Die Legierungen 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele für die vorgeschlagene Legierung.Alloy 1 is a typical prior art alloy. Alloys 2 and 3 are attempts at improvement by increasing the magnesium content or adding copper in comparison to alloy 1. Alloys 4 and 5 are exemplary embodiments of the proposed alloy.
Nach einer T6-Wärmebehandlung mit den folgenden Parametern:
In dieser Tabelle steht ”+” für ”nicht vorhanden”, ”0” für ”in geringem Maße vorhanden” und ”–” für ”vorhanden”.In this table, "+" stands for "nonexistent", "0" for "slightly present" and "-" for "existent".
Alle fünf untersuchten Legierungen erfüllten die Anforderungen an die Langzeit- und Kurzzeit-Wärmestabilität.All five alloys tested met the requirements for long-term and short-term thermal stability.
Bei den Legierungen 1 und 2 erfolgt die Einstellung der mechanischen Kennwerte hauptsächlich durch die Bildung von Mg2Si-Phasen. Je nach Menge der gebildeten Mg2Si-Phasen lässt sich die Festigkeit Rm beziehungsweise Bruchdehnung A5 einstellen. Eine große Festigkeitssteigerung bewirkt allerdings eine Versprödung des Materials, was an der Abnahme der Bruchdehnung A5 und der Brucheinschnürung A5-Ag erkennbar ist. Durch diese verminderte Verformbarkeit wird die Nieteignung herabgesetzt. Aufgrund des Zusammenhangs zwischen Festigkeit Rm und Bruchdehnung A5 ist das Potenzial der Festigkeitssteigerung ausgeschöpft. Probleme mit der Anfälligkeit auf Korrosion bestehen nicht. Des Weiteren ist die Schweißneigung gewährleistet. Über das gesamte Bauteil hinweg können keine Heissrisse festgestellt werden. Vereinzelt treten Kaltfließstellen auf der Bauteiloberfläche auf.For Alloys 1 and 2, the mechanical characteristics are adjusted mainly by the formation of Mg 2 Si phases. Depending on the amount of Mg 2 Si phases formed, the strength Rm or elongation at break A5 can be adjusted. A large increase in strength, however, causes an embrittlement of the material, which is recognizable by the decrease of the elongation at break A5 and the fracture constriction A5-Ag. Due to this reduced deformability, the rivet suitability is reduced. Due to the relationship between strength Rm and elongation at break A5, the potential for increasing strength has been exhausted. Problems with susceptibility to corrosion do not exist. Furthermore, the sweat tendency is guaranteed. No hot cracks can be detected over the entire component. Occasionally cold flow points occur on the component surface.
Um eine weitere Festigkeitssteigerung zu realisieren, müssen zusätzliche Aushärteeffekte berücksichtigt werden. Hier kommt vor allem Kupfer in Frage.To achieve a further increase in strength, additional hardening effects must be taken into account. Here comes above all copper in question.
Falls wie bei der Legierung 3 Kupfer beigesetzt wird, so lässt sich die Festigkeit Rm weiter steigern. Diese Steigerung erfolgt aufgrund von kupferhaltigen Phasen, die jedoch in Abhängigkeit von dem Cu-Mg-Verhältnis korrosionsanfällig sein können. Außerdem wird die Bruchdehnung A5 im Vergleich zu den Legierungen 1 und 2 stark reduziert. Eine ausgeprägte Brucheinschnürung A5-Ag liegt hier nicht vor. Folglich ist die Nieteignung nur bedingt gegeben. Aufgrund des erhöhten Kupferanteils ist die Schweißbarkeit, nur eingeschränkt möglich. Es treten verstärkt Heissrisse als auch Kaltfließstellen auf.If copper is added as in the case of the alloy 3, then the strength Rm can be further increased. This increase is due to copper-containing phases, which, however, may be susceptible to corrosion depending on the Cu-Mg ratio. In addition, the elongation at break A5 is greatly reduced compared to alloys 1 and 2. A pronounced fracture constriction A5-Ag is not present here. Consequently, the rivet suitability is limited. Due to the increased copper content, the weldability is limited. There are increasingly hot cracks as well as cold flow points.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass eine weitere Möglichkeit, die Festigkeit anzuheben, darin besteht, wie bei den Legierungen 4 und 5 Zink anstelle von Kupfer beizusetzen. Hierbei erfolgt die Festigkeitssteigerung durch eine Kombination unterschiedlicher Aushärtungsmechanismen. einerseits wird die Festigkeit durch die schon bekannten Mg2Si-Phasen angehoben. Jedoch wird ihr Gehalt begrenzt, um Versprödung zu vermeiden. Durch das in Lösung vorliegende Zink im Alpha-Mischkristall erfolgt hier die weitere Festigkeitssteigerung durch die Mischkristallhärtung. Diese Kombination erscheint als besonders vorteilhaft, da hierbei eine Festigkeitssteigerung Rm ohne merklichen Abfall der Bruchdehnung A5 erfolgt. Des Weiteren liegt eine ausgeprägte Brucheinschnürung A5-Ag in der Größenordnung von 4 bis 6% vor, was die Crash-Energie-Absorption begünstigt. Nach einer durchgeführten Salzsprühuntersuchung konnte die Beständigkeit gegen Korrosion nachgewiesen werden. Weiter wurde bei diesen Legierungen eine gute Schweiß- und Nieteignung nachgewiesen. Aufgrund der guten Fliessfähigkeit und des guten Formfüllungsvermögens konnten bei keinem Bauteil Heissrisse und Kaltfließstellen festgestellt werden.Surprisingly, it has been found that another way to increase strength is to add zinc instead of copper as in alloys 4 and 5. Here, the increase in strength is achieved by a combination of different curing mechanisms. On the one hand, the strength is raised by the already known Mg 2 Si phases. However, their content is limited to avoid embrittlement. Due to the zinc present in the solution in the alpha solid solution, the further increase in strength due to solid solution hardening takes place here. This combination appears to be particularly advantageous, since in this case an increase in strength Rm occurs without noticeable drop in the elongation at break A5. Furthermore, there is a pronounced A5-Ag breakage in the order of 4 to 6%, which promotes crash energy absorption. After a salt spray test, the resistance to corrosion could be detected. Furthermore, a good weldability and rivet suitability has been demonstrated in these alloys. Due to the good flowability and the good mold filling capacity, hot cracks and cold flow points could not be determined for any component.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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