DE102014208325B4 - Wear-resistant alloys with complex microstructure - Google Patents

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Abstract

Verschleißfeste Legierung mit einer komplexen Mikrostruktur, aufweisend:einen Bereich von 28 bis 38 Gew.-% Zink (Zn);einen Bereich von 1 bis 3 Gew.-% Zinn (Sn);einen Bereich von 6,2 bis 9,4 Gew.-% Silizium (Si);optional einen Bereich von 0,3 bis 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg); undeinen Rest aus Aluminium (Al).Wear-resistant alloy having a complex microstructure, comprising:a range of 28 to 38 wt% zinc (Zn);a range of 1 to 3 wt% tin (Sn);a range of 6.2 to 9.4 wt .-% silicon (Si); optionally a range of 0.3 to 0.8 wt% magnesium (Mg); anda remainder of aluminum (Al).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, die für Fahrzeugteile verwendet wird, die Verschleißfestigkeit und Selbstschmierfähigkeit erfordern können, und ein Verfahren zum Vorbereiten derselben. Insbesondere liefert die vorliegende Erfindung eine Aluminiumlegierung mit einer komplexen Mikrostruktur, die verschleißfeste Partikel und selbstschmierende weiche Partikel enthält.The present invention relates to an aluminum alloy used for vehicle parts that may require wear resistance and self-lubricating ability, and a method for preparing the same. In particular, the present invention provides an aluminum alloy with a complex microstructure containing wear-resistant particles and self-lubricating soft particles.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Als eine Aluminiumlegierung wird im Allgemeinen eine hypereutektische Aluminium-Silizium-Legierung (Al-Si-Legierung) mit ca. 13,5 bis ca. 18 Gew.-% oder 12 Gew.-% Silizium (Si) und ca. 2 bis ca. 4 Gew.-% Kupfer (Cu) in einer Fahrzeugindustrie verwendet. Da solch eine herkömmliche hypereutektische Al-Si-Legierung eine Mikrostruktur mit primären Siliziumpartikeln (Si-Partikeln) mit einer Größe von ca. 30 bis ca. 50 um aufweist, kann dieselbe im Vergleich zu nur Al-Fe-Legierungen eine verbesserte Verschleißfähigkeit aufweisen und folglich wird dieselbe im Allgemeinen für Fahrzeugteile verwendet, die Verschleißfähigkeit erfordern können, wie beispielsweise eine Schaltgabel, Heckverkleidung, Taumelscheibe und Ähnliches. Ein Beispiel handelsüblicher Legierungen kann Folgendes enthalten: eine Legierung vom Typ R14 (hergestellt von Ryobi Corporation, Japan), eine Legierung vom Typ K14, die der R14-Legierung ähnelt, eine Legierung vom Typ A390, die für einen Monoblock oder eine Aluminiumauskleidung verwendet wird, und Ähnliches.An aluminum alloy is generally a hypereutectic aluminum-silicon alloy (Al-Si alloy) with approximately 13.5 to approximately 18% by weight or 12% by weight of silicon (Si) and approximately 2 to approximately 4% by weight of copper (Cu) used in a vehicle industry. Since such a conventional Al-Si hypereutectic alloy has a microstructure with primary silicon (Si) particles having a size of about 30 to about 50 µm, it can have improved wearability compared to Al-Fe alloys alone hence, it is generally used for vehicle parts that may require wearability, such as a shift fork, rear cowl, swashplate and the like. An example of commercially available alloys may include: an R14 type alloy (manufactured by Ryobi Corporation, Japan), a K14 type alloy similar to the R14 alloy, an A390 type alloy used for a monoblock or an aluminum liner , and similar.

Jedoch können solche hypereutektischen Legierungen Probleme aufgrund eines hohen Siliziumgehalts aufweisen, wie beispielsweise eine geringe Gießbarkeit, eine geringe Schlagbiegefestigkeit und Ähnliches. Zudem kann die Abstimmung der Größe und Verteilung von Siliziumpartikeln (Si-Partikeln) schwierig sein und die Herstellung von hypereutektischen Legierungen kann aufgrund eines speziell entwickelten Prozesses kostspieliger als die anderer gewöhnlicher Aluminiumlegierungen sein.However, such hypereutectic alloys may have problems due to high silicon content, such as low castability, low impact strength, and the like. Additionally, tuning the size and distribution of silicon (Si) particles can be difficult, and hypereutectic alloys can be more costly to produce than other common aluminum alloys due to a specially designed process.

Indessen kann eine Al-Sn-Legierung ein anderes Beispiel einer selbstschmierenden Aluminiumlegierung für Fahrzeugteile sein. Die Al-Sn-Legierung kann ca. 8 bis ca. 15 Gew.-% Zinn (Sn) und ferner eine Mikrostruktur aus selbstschmierenden weichen Zinnpartikeln (Sn-Partikeln) enthalten, die Reibung verringern können. Daher kann solch eine Al-Sn-Legierung als Basiswerkstoff von Metalllagern verwendet werden, die bei Verbindungen mit einem hohen Reibungskontakt verwendet werden. Diese Al-Sn-Legierung kann aufgrund einer geringen Festigkeit, beispielsweise ca. 150 MPa oder weniger, jedoch für strukturelle Fahrzeugteile nicht geeignet sein, obwohl die Festigkeit durch den Siliziumgehalt (Si-Gehalt) verstärkt werden kann.Meanwhile, Al-Sn alloy can be another example of self-lubricating aluminum alloy for vehicle parts. The Al-Sn alloy can contain about 8 to about 15% by weight of tin (Sn) and also a microstructure of self-lubricating soft tin particles (Sn particles) that can reduce friction. Therefore, such an Al-Sn alloy can be used as a base material of metal bearings used in joints with high frictional contact. However, this Al-Sn alloy may not be suitable for vehicle structural parts due to low strength, for example, about 150 MPa or less, although the strength may be enhanced by the silicon (Si) content.

Aus der DE 11 2011 101 836 T5 sind im Übrigen eine Metalllegierung und insbesondere eine Aluminiumlegierung, die für elektrische, elektronische und mechanische Bauteile verwendet wird, und ein unter Verwendung der Aluminiumlegierung hergestelltes Aluminiumlegierungsgussteil bekannt. Die Aluminiumlegierung gemäß einer Ausführungsform umfasst 4 bis 13 Gew.-% Silicium (Si), 1 bis 5 Gew.-% Kupfer (Cu), 26 Gew.-% oder mehr und weniger als 40 Gew.-% Zink (Zn) und einen Rest, der aus Aluminium (Al) und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.From the DE 11 2011 101 836 T5 Incidentally, a metal alloy and in particular an aluminum alloy used for electrical, electronic and mechanical components and an aluminum alloy casting produced using the aluminum alloy are known. The aluminum alloy according to one embodiment comprises 4 to 13 wt% silicon (Si), 1 to 5 wt% copper (Cu), 26 wt% or more and less than 40 wt% zinc (Zn), and a residue consisting of aluminum (Al) and unavoidable impurities.

Die oben als eine verwandte Technik der vorliegenden Erfindung gelieferte Beschreibung dient lediglich zum Unterstützen des Verständnisses des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung und sollte nicht ausgelegt werden in der verwandten Technik enthalten zu sein, die jemandem mit technischen Fähigkeiten bekannt ist.The description provided above as a related art of the present invention is merely to aid in understanding the background of the present invention and should not be construed as being included in the related art known to one of technical skill.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung kann eine technische Lösung zu den oben erwähnten Problemen liefern. Daher liefert die vorliegende Erfindung in einem Aspekt eine neuartige hochfeste und verschleißfeste Legierung mit einer Mikrostruktur, die von sowohl harten Partikeln als auch weichen Partikeln derselben erhalten werden kann. Insbesondere kann die neuartige Legierung sowohl die Verschleißfestigkeit von einer hypereutektischen Al-Si-Legierung als auch die Selbstschmierfähigkeit von einer Al-Sn-Legierung aufweisen.The present invention can provide a technical solution to the above-mentioned problems. Therefore, in one aspect, the present invention provides a novel high-strength and wear-resistant alloy having a microstructure that can be obtained from both hard particles and soft particles thereof. In particular, the novel alloy can have both the wear resistance of a hypereutectic Al-Si alloy and the self-lubricating ability of an Al-Sn alloy.

In einer beispielhaften Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung eine verschleißfeste Legierung mit einer komplexen Mikrostruktur, die Folgendes enthalten kann: einen Bereich von 28 bis 38 Gew.-% Zink (Zn); einen Bereich von 1 bis 3 Gew.-% Zinn (Sn); einen Bereich von 6,2 bis 9,4 Gew.-% Silizium (Si); optional einen Bereich von 0,3 bis 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg) und einen Ausgleich bzw. Rest aus Aluminium (Al).In an exemplary embodiment, the present invention provides a wear-resistant alloy with a complex microstructure that may contain: a range of 28 to 38 wt% zinc (Zn); a range of 1 to 3 wt% tin (Sn); a range of 6.2 to 9.4 wt% silicon (Si); optionally a range of 0.3 to 0.8% by weight of magnesium (Mg) and a balance or balance of aluminum (Al).

Die verschleißfeste Legierung kann einen Bereich von 0,3 bis 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg) enthalten.The wear-resistant alloy may contain a range of 0.3 to 0.8 wt% magnesium (Mg).

In einer anderen beispielhaften Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung eine verschleißfeste Legierung mit einer komplexen Mikrostruktur, die Folgendes enthält: einen Bereich von 28 bis 38 Gew.-% Zink (Zn); einen Bereich von 1 bis 3 Gew.-% Bismut (Bi); einen Bereich von 6,2 bis 9,4 Gew.-% Silizium (Si); und einen Rest aus Aluminium (Al).In another exemplary embodiment, the present invention provides a wear-resistant alloy with a complex microstructure containing: a range of 28 to 38 wt% zinc (Zn); a range of 1 to 3 wt% bismuth (Bi); a range of 6.2 to 9.4 wt% silicon (Si); and a remainder of aluminum (Al).

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Die oben erwähnten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung eindeutiger verständlich, in der:

  • 1 ein beispielhafter Graph ist, der eine Korrelation zwischen einem Reibungskoeffizienten und einem Zinngehalt (Sn-Gehalt) in Gew.-% oder Zinkgehalt (Zn-Gehalt) in Gew.-% von verschleißfesten Legierungen mit einer komplexen Mikrostruktur nach einer beispielhaften Ausführungsform von Beispielen und Vergleichsbeispielen in Bezug auf weiche Partikel zeigt.
The above-mentioned and other objects, features and advantages of the present invention will be more clearly understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
  • 1 is an exemplary graph showing a correlation between a coefficient of friction and a tin content (Sn content) in wt.% or zinc content (Zn content) in wt.% of wear-resistant alloys with a complex microstructure according to an exemplary embodiment of examples and Comparative examples in relation to soft particles shows.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Nachstehend werden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Legierung mit einer komplexen Mikrostruktur, die sowohl harte Partikel als auch weiche Partikel enthalten kann.Various exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below. The present invention relates to a novel alloy with a complex microstructure that can contain both hard particles and soft particles.

Bei bestimmen Beispielen herkömmlicher Aluminiumlegierungen können Legierungselemente zum Bilden selbstschmierender Partikel Zinn (Sn), Blei (Pb), Bismut (Bi), Zink (Zn) und Ähnliches enthalten. Diese Legierungselemente können nicht in intermetallische Verbindungen gebildet werden, da dieselben nicht mit Aluminium reagieren können, und die Phase derselben kann getrennt sein. Ferner können diese Legierungselemente relativ niedrige Schmelzpunkte aufweisen und Selbstschmierfähigkeit zum Bilden eines Schmierfilms aufweisen, während dieselben unter einer starken Reibungsbedingung teilweise schmelzen.In certain examples of conventional aluminum alloys, alloying elements for forming self-lubricating particles may include tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi), zinc (Zn), and the like. These alloying elements cannot be formed into intermetallic compounds because they cannot react with aluminum, and the phase thereof may be separated. Further, these alloying elements may have relatively low melting points and self-lubricating ability to form a lubricating film while partially melting under a strong friction condition.

Unter den oben erwähnten vier Legierungselementen kann Blei (Pb) das geeignetste Elemente zum Bilden selbstschmierender Partikel sein, wenn sowohl die Selbstschmierfähigkeit als auch die Kosten betrachtet werden. Blei ist jedoch in Fahrzeugen verboten, da dasselbe als ein schädliches Metallelement klassifiziert ist. Among the four alloying elements mentioned above, lead (Pb) may be the most suitable element for forming self-lubricating particles when both self-lubricating ability and cost are considered. However, lead is banned in vehicles as the same is classified as a harmful metal element.

Diesbezüglich kann anstelle von Pb Zinn (Sn) das am weitesten verbreitete Element sein und gelegentlich kann Bismut (Bi) anstelle von Sn verwendet werden. Im Gegensatz dazu kann Zink (Zn) aufgrund eines im Wesentlichen hohen Schmelzpunktes im Vergleich zu Sn und Bi und einer im Wesentlichen geringen Selbstschmierfähigkeit nachteilig sein. Jedoch kann Zn aufgrund geringer Kosten in einer relativ erheblichen Menge hinzugefügt werden. Daher kann hinsichtlich der Kostenwettbewerbsfähigkeit Zn zum Bilden von weichen Partikeln und teilweise Ersetzen des kostspieligen Sn oder Bi verwendet werden.In this regard, tin (Sn) may be the most widely used element instead of Pb, and occasionally bismuth (Bi) may be used instead of Sn. In contrast, zinc (Zn) may be disadvantageous due to a substantially high melting point compared to Sn and Bi and a substantially low self-lubricating ability. However, Zn can be added in a relatively significant amount due to low cost. Therefore, in terms of cost competitiveness, Zn can be used to form soft particles and partially replace the costly Sn or Bi.

Zudem kann Si oder Fe ein Legierungselement zum Bilden harter Partikel sein. Si oder Fe kann eine eutektische Reaktion zusammen mit Al verursachen und winkelförmige harte Partikel bilden, wenn dasselbe in einer vorbestimmten Menge oder mehr hinzugefügt wird. Bei einem Beispiel von Aluminiumlegierungen kann Si harte Partikel bilden und primäre Siliziumpartikel bilden. Ferner kann Si Verschleißfestigkeit liefern, wenn dasselbe einer Al-Si-Zweistofflegierung in einer Menge von ca. 12,6 Gew.-% oder mehr hinzugefügt wird. Wenn Si zusammen mit Zn, das ein Element zum Bilden von weichen Partikeln ist, hinzugefügt wird, kann jedoch der Si-Gehalt gemäß dem Zn-Gehalt zum Bilden harter Partikel verändert werden. Beispielsweise kann der Si-Gehalt mindestens ca. 7 Gew.-% bis höchstens ca. 14 Gew.% betragen, wenn der Zn-Gehalt ca. 10 Gew.-% beträgt. Wenn der Si-Gehalt weniger als mindestens 7 Gew.-% beträgt, können keine harten Partikel gebildet werden; und, wenn der Si-Gehalt mehr als höchstens ca. 14 Gew.-% beträgt, kann die Größe der harten Partikel erheblich zunehmen und dadurch eine negative Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften und Verschleißfestigkeit verursachen.In addition, Si or Fe may be an alloying element for forming hard particles. Si or Fe can cause eutectic reaction together with Al and form angular hard particles when added in a predetermined amount or more. In an example of aluminum alloys, Si can form hard particles and form primary silicon particles. Further, Si can provide wear resistance when added to an Al-Si binary alloy in an amount of about 12.6 wt% or more. However, when Si is added together with Zn, which is an element for forming soft particles, the Si content can be changed according to the Zn content for forming hard particles. For example, the Si content can be at least about 7% by weight to at most about 14% by weight when the Zn content is about 10% by weight. When the Si content is less than at least 7% by weight, hard particles cannot be formed; and, if the Si content is more than about 14% by weight at most, the size of the hard particles may increase significantly, thereby causing a negative effect on the mechanical properties and wear resistance.

In Al-Fe-Legierungen kann Fe eine Verunreinigung sein. Wenn eine Al-Fe-Zweistofflegierung jedoch kein Si enthält und Fe in einer Menge von ca. 0,5 Gew.-% oder weniger hinzugefügt wird, können verschleißfeste Al-Fe-Partikel einer intermetallischen Verbindung gebildet werden, wobei die Al-Fe-Legierung dadurch mit Verschleißfestigkeit versehen wird. Wenn Fe in einer Menge von ca. 3 Gew.-% oder mehr hinzugefügt wird, können im Gegensatz dazu die Partikel einer intermetallischen Verbindung übermäßig gebildet werden, wobei dadurch die mechanischen Eigenschaften herabgesetzt werden und der Schmelzpunkt erhöht wird. Ferner können Legierungselemente zum Verstärken der Festigkeit einer beispielhaften Aluminiumlegierung Cu und Mg enthalten. Cu kann beim Bilden von intermetallischen Verbindungen und Erhöhen der Festigkeit durch eine chemische Reaktion von Cu mit Al wirksam sein. Die Wirkung von Cu kann abhängig von dem Cu-Gehalt, den Gieß-/Abkühlbedingungen oder Wärmebehandlungsbedingungen variieren. Mg kann beim Bilden von intermetallischen Verbindungen und Erhöhen der Festigkeit durch eine chemische Reaktion von Mg mit Si oder Zn wirksam sein. Die Wirkung von Mg kann auch abhängig von dem Mg-Gehalt, den Gieß-/Abkühlbedingungen oder Wärmebehandlungsbedingungen variieren.Fe can be an impurity in Al-Fe alloys. However, when an Al-Fe binary alloy does not contain Si and Fe is added in an amount of about 0.5 wt% or less, wear-resistant Al-Fe particles of an intermetallic compound can be formed, the Al-Fe Alloy is thereby provided with wear resistance. On the contrary, when Fe is added in an amount of about 3% by weight or more, the particles of an intermetallic compound may be excessively formed, thereby lowering the mechanical properties and increasing the melting point. Further, alloying elements for enhancing the strength of an exemplary aluminum alloy may include Cu and Mg. Cu can be effective in forming intermetallic compounds and increasing strength through a chemical reaction of Cu with Al. The effect of Cu may vary depending on the Cu content, casting/cooling conditions or heat treatment conditions. Mg can be effective in forming intermetallic compounds and increasing strength through a chemical reaction of Mg with Si or Zn. The effect of Mg may also vary depending on the Mg content, casting/cooling conditions or heat treatment conditions.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung in detaillierten beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden.Below, the present invention will be described in detailed exemplary embodiments.

In einer nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsform kann die Aluminiumlegierung Aluminium (Al) als einen Hauptbestandteil enthalten und ferner einen Bereich von ca. 28 bis ca. 38 Gew.-% Zink (Zn); einen Bereich von ca. 1 bis ca. 3 Gew.-% Zinn (Sn); einen Bereich von ca. 1 bis ca. 3 Gew.-% Kupfer (Cu); einen Bereich von ca. 0,3 bis ca. 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg); und einen Bereich von ca. 6,2 bis ca. 9,4 Gew.-% Silizium (Si) zum Bilden harter Partikel enthalten. Wenn Zink (Zn) in einer Menge von weniger als ca. 28 Gew.-% hinzugefügt wird, kann keine ausreichende Menge weicher Zn-Partikel gebildet werden und folglich kann es schwierig sein eine ausreichende Selbstschmierfähigkeit zu erhalten. Wenn Zink (Zn) in einer Menge von mehr als ca. 38 Gew.-% hinzugefügt wird, kann die Solidus-Linie der Aluminiumlegierung im Wesentlichen niedrig werden, wobei dadurch die Gießbedingungen herabgesetzt werden. In an embodiment not part of the invention, the aluminum alloy may contain aluminum (Al) as a major component and also a range of about 28 to about 38% by weight zinc (Zn); a range of about 1 to about 3 weight percent tin (Sn); a range of about 1 to about 3 weight percent copper (Cu); a range of about 0.3 to about 0.8 weight percent magnesium (Mg); and a range of about 6.2 to about 9.4 weight percent silicon (Si) to form hard particles. If zinc (Zn) is added in an amount less than about 28% by weight, a sufficient amount of soft Zn particles cannot be formed and hence it may be difficult to obtain sufficient self-lubricating ability. If zinc (Zn) is added in an amount of more than about 38% by weight, the solidus line of the aluminum alloy may become substantially low, thereby degrading casting conditions.

Zudem kann Zinn (Sn) eine höhere Selbstschmierfähigkeit als Zink (Zn) aufweisen. Wenn Zinn (Sn) in einer Menge von weniger als 1 Gew.-% hinzugefügt wird, kann keine ausreichende Menge weicher Sn-Partikel gebildet werden und folglich kann es schwierig sein die unzureichende Selbstschmierfähigkeit von weichen Zn-Partikeln zu kompensieren. Wenn Zinn (Sn) in einer Menge von mehr als 3 Gew.-% hinzugefügt wird, können zusätzliche selbstschmierende Effekte im Vergleich zu einem Kostenanstieg nicht ausreichend sein und folglich ist die Menge desselben begrenzt.In addition, tin (Sn) can have a higher self-lubricating ability than zinc (Zn). If tin (Sn) is added in an amount of less than 1 wt%, a sufficient amount of soft Sn particles cannot be formed and hence it may be difficult to compensate for the insufficient self-lubricating ability of soft Zn particles. When tin (Sn) is added in an amount of more than 3 wt%, additional self-lubricating effects may not be sufficient compared to an increase in cost and hence the amount thereof is limited.

Silizium (Si) kann harte Partikel bilden. Wenn Silizium (Si) in einer Menge von weniger als ca. 6,2 Gew.-% hinzugefügt wird, können primäre harte Si-Partikel nicht ausreichend gebildet werden, beispielsweise weniger als ca. 0,5 Gew.-%, und folglich kann es schwierig sein die Verschleißfestigkeit sicherzustellen. Wenn Silizium (Si) in einer Menge von mehr als ca. 9,4 Gew.-% hinzugefügt wird, können die primären harten Si-Partikel übermäßig gebildet werden, beispielsweise mehr als ca. 5 Gew.-%, und folglich können diese harten Partikel vergröbert werden und dadurch eine negative Auswirkung auf die Verschleißfestigkeit und die mechanischen Eigenschaften verursachen.Silicon (Si) can form hard particles. When silicon (Si) is added in an amount of less than about 6.2 wt%, primary hard Si particles cannot be sufficiently formed, for example less than about 0.5 wt%, and thus it can be difficult to ensure wear resistance. If silicon (Si) is added in an amount of more than about 9.4% by weight, the primary hard Si particles may be excessively formed, for example more than about 5% by weight, and thus they may become hard Particles become coarser and thereby have a negative impact on wear resistance and mechanical properties.

Kupfer (Cu) kann die mechanischen Eigenschaften verbessern und Kupfer (Cu) kann in einer Menge von ca. 1 Gew.-% oder mehr hinzugefügt werden, um ausreichende mechanische Eigenschaften sicherzustellen. Wenn Kupfer (Cu) in einer Menge von mehr als 3 Gew.-% hinzugefügt wird, können jedoch andere Elemente und intermetallische Verbindungen gebildet werden, um die mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung herabzusetzen, und folglich kann die Menge an Kupfer (Cu) begrenzt sein. Alternativ kann Magnesium (Mg) anstelle von Kupfer (Cu) in einer Menge von ca. 0,3 Gew.-% oder mehr hinzugefügt werden und die mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung können zusätzlich verbessert werden. Wenn Magnesium (Mg) in einer Menge von ca. 0,8 Gew.-% hinzugefügt wird, können jedoch Verbindungen, die die mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung herabsetzen, gebildet werden, und folglich kann die Menge an Magnesium (Mg) begrenzt sein.Copper (Cu) can improve mechanical properties, and copper (Cu) can be added in an amount of about 1% by weight or more to ensure sufficient mechanical properties. However, when copper (Cu) is added in an amount of more than 3% by weight, other elements and intermetallic compounds may be formed to lower the mechanical properties of the aluminum alloy, and thus the amount of copper (Cu) may be limited. Alternatively, magnesium (Mg) can be added instead of copper (Cu) in an amount of about 0.3% by weight or more, and the mechanical properties of the aluminum alloy can be further improved. However, when magnesium (Mg) is added in an amount of about 0.8% by weight, compounds that lower the mechanical properties of the aluminum alloy may be formed, and thus the amount of magnesium (Mg) may be limited.

Die Charakteristiken einer geringen Reibung der Al-Zn-Sn-Legierung nach einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurden in Bezug auf weiche Partikel evaluiert. Wie in 1 gezeigt, wurden beispielhafte Legierungen der Beispiele und Vergleichbeispiele vorbereitet, während die Menge an Zn und Sn verändert wurde, und dann wurden die Veränderungen der Reibungskoeffizienten der Legierungen gemessen. Unter einer Bedingung von ca. 1 Gew.-% Sn können folglich beispielhafte 1Sn-28Zn-Legierungen der Beispiele erwünschte Charakteristiken einer geringen Reibung erzielen, beispielsweise ein Reibungskoeffizient von ca. 0,150 oder weniger, und beispielhafte 1Sn-26Zn-Legierungen der Vergleichsbeispiele unerwünschte Ergebnisse erzielen. Wenn Zn in einer Menge von ca. 28 Gew.-% oder mehr basierend auf ca. 1 Gew.-% oder mehr Sn hinzugefügt wird, können daher erwünschte Charakteristiken einer geringen Reibung erzielt werden. Wenn die Menge an Sn und Zn zunimmt, können zudem zufriedenstellende Charakteristiken einer geringen Reibung erzielt werden. Die Ergebnisse der Evaluierung der Verschleißfestigkeit und mechanischen Eigenschaften der beispielhaften Al-35Zn-1Sn-xSi-Legierungen der Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in Tabelle 1 unten angegeben. Tabelle 1 Klass. Al Zn (Gew.-%) Sn (Gew.-%) Si (Gew.-%) Cu (Gew.-%) Mg (Gew.-%) Si-Partikelanteil (%) Festigkeit (MPa) Vergleichsbeispiel Rest 35 1 6 2 0,5 0,2 - Beispiele Rest 35 1 6,2 2 0,5 0,5 355 Rest 35 1 6,4 2 0,5 1 - Rest 35 1 9,2 2 0,5 4,8 350 Rest 35 1 9,4 2 0,5 5 350 Vergleichsbeispiel Rest 35 1 9,6 2 0,5 5,2 - The low friction characteristics of the Al-Zn-Sn alloy according to a non-inventive embodiment of the present invention were evaluated with respect to soft particles. As in 1 As shown, exemplary alloys of Examples and Comparative Examples were prepared while changing the amounts of Zn and Sn, and then the changes in friction coefficients of the alloys were measured. Accordingly, under a condition of about 1 wt% Sn, exemplary 1Sn-28Zn alloys of the examples can achieve desirable low friction characteristics, for example, a coefficient of friction of about 0.150 or less, and exemplary 1Sn-26Zn alloys the comparative examples achieve undesirable results. Therefore, when Zn is added in an amount of about 28 wt% or more based on about 1 wt% or more of Sn, desirable low friction characteristics can be achieved. In addition, as the amount of Sn and Zn increases, satisfactory low friction characteristics can be obtained. The results of evaluating the wear resistance and mechanical properties of the exemplary Al-35Zn-1Sn-xSi alloys of the Examples and Comparative Examples are given in Table 1 below. Table 1 Class. Al Zn (wt.%) Sn (% by weight) Si (wt.%) Cu (wt.%) Mg (wt.%) Si particle content (%) Strength (MPa) Comparative example rest 35 1 6 2 0.5 0.2 - Examples rest 35 1 6.2 2 0.5 0.5 355 rest 35 1 6.4 2 0.5 1 - rest 35 1 9.2 2 0.5 4.8 350 rest 35 1 9.4 2 0.5 5 350 Comparative example rest 35 1 9.6 2 0.5 5.2 -

In der Tabelle können bei beispielhaften Al-35Zn-1Sn-xSi-Legierungen der Vergleichsbeispiele, die ca. 0,8 Gew.-% Si enthalten können, Si-Partikel in Form von harten Partikeln in einer Menge von ca. 0,2 Gew.-% gebildet werden und folglich kann es schwierig sein eine ausreichende Verschleißfestigkeit zu erhalten. Wenn Si in einer Menge von ca. 9,6 Gew.-% enthalten ist, können im Gegensatz dazu Si-Partikel in Form von harten Partikeln in überschüssigen Mengen, beispielsweise mehr als ca. 5 Gew.-%, gebildet werden und folglich können die Si-Partikel vergröbert und segregiert werden. Wenn die Menge an Si ca. 6,2 bis ca. 9,4 Gew.-% beträgt, können ferner harte Si-Partikel in einer maximalen Menge von ca. 5 Gew.-% gebildet werden, wobei dadurch eine ausreichende Verschleißfestigkeit erhalten wird.In the table, for exemplary Al-35Zn-1Sn-xSi alloys of the comparative examples, which can contain approximately 0.8% by weight of Si, Si particles in the form of hard particles in an amount of approximately 0.2% by weight .-% and consequently it may be difficult to obtain sufficient wear resistance. In contrast, when Si is contained in an amount of about 9.6 wt%, Si particles in the form of hard particles can be formed in excess amounts, for example, more than about 5 wt%, and thus can the Si particles are coarsened and segregated. Further, when the amount of Si is about 6.2 to about 9.4 wt%, hard Si particles can be formed in a maximum amount of about 5 wt%, thereby obtaining sufficient wear resistance .

Zudem können die Festigkeiten der beispielhaften Al-35Zn-1SnxSi-Legierungen gemäß der Menge an Si ein Bereich von ca. 350 bis ca. 355 MPa sein und folglich können solche Legierungen als strukturelle Werkstoffe für Fahrzeugteile verwendet werden.In addition, the strengths of the exemplary Al-35Zn-1SnxSi alloys may range from about 350 to about 355 MPa according to the amount of Si, and thus such alloys can be used as structural materials for vehicle parts.

Die Aluminiumlegierung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Folgendes enthalten: einen Bereich von ca. 28 bis ca. 38 Gew.-% Zink (Zn); einen Bereich von ca. 1 bis ca. 3 Gew.-% Bismut (Bi); einen Bereich von ca. 6,2 bis ca. 9,4 Gew.-% Silizium (Si); und einen Rest aus Aluminium (A1). Insbesondere kann Bismut (Bi) als ein starker selbstschmierender Werkstoff anstelle von Zinn (Sn) verwendet werden.The aluminum alloy according to an exemplary embodiment of the present invention may contain: a range of about 28 to about 38 wt% zinc (Zn); a range of about 1 to about 3% by weight bismuth (Bi); a range of about 6.2 to about 9.4 weight percent silicon (Si); and a remainder of aluminum (A1). In particular, bismuth (Bi) can be used as a strong self-lubricating material instead of tin (Sn).

Wie oben beschrieben wurde, kann die verschleißfeste Legierung mit einer komplexen Mikrostruktur nach beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowohl die Verschleißfestigkeit wie von einer hypereutektischen Al-Si-Legierung als auch die Selbstschmierfähigkeit wie von einer Al-Sn-Legierung aufweisen und dadurch eine hohe Festigkeit und verbesserte Verschleißfestigkeit erzielen.As described above, the wear-resistant alloy with a complex microstructure according to exemplary embodiments of the present invention can have both the wear resistance of a hypereutectic Al-Si alloy and the self-lubricating ability of an Al-Sn alloy, thereby having high strength and achieve improved wear resistance.

Zwar wurden die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken offenbart, aber jemand mit technischen Fähigkeiten wird einsehen, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind ohne von dem Bereich und Wesen der Erfindung abzuweichen, die in den beiliegenden Ansprüchen offenbart sind.While the exemplary embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, one skilled in the art will recognize that various modifications, additions and substitutions are possible without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the appended claims.

Claims (3)

Verschleißfeste Legierung mit einer komplexen Mikrostruktur, aufweisend: einen Bereich von 28 bis 38 Gew.-% Zink (Zn); einen Bereich von 1 bis 3 Gew.-% Zinn (Sn); einen Bereich von 6,2 bis 9,4 Gew.-% Silizium (Si); optional einen Bereich von 0,3 bis 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg); und einen Rest aus Aluminium (Al).Wear-resistant alloy having a complex microstructure, comprising: a range of 28 to 38 wt% zinc (Zn); a range of 1 to 3 wt% tin (Sn); a range of 6.2 to 9.4 wt% silicon (Si); optionally a range of 0.3 to 0.8% by weight magnesium (Mg); and a remainder of aluminum (Al). Verschleißfeste Legierung nach Anspruch 1, mit einem Bereich von 0,3 bis 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg).Wear-resistant alloy Claim 1 , with a range of 0.3 to 0.8% by weight magnesium (Mg). Verschleißfeste Legierung mit einer komplexen Mikrostruktur, aufweisend: einen Bereich von 28 bis 38 Gew.-% Zink (Zn); einen Bereich von 1 bis 3 Gew.-% Bismut (Bi); einen Bereich von 6,2 bis 9,4 Gew.-% Silizium (Si); und einen Rest aus Aluminium (Al).Wear-resistant alloy with a complex microstructure, comprising: a range of 28 to 38 wt% zinc (Zn); a range of 1 to 3 wt% bismuth (Bi); a range of 6.2 to 9.4 wt% silicon (Si); and a remainder of aluminum (Al).
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