DE102015015610A1 - Aluminum-silicon diecasting alloy, method of making a die cast component of the alloy and body component with a die cast component - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine klebbare Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung zur Herstellung eines Druckgussbauteils, insbesondere einer dünnwandigen Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug, enthaltend 6,5 Gew.% bis 12,0 Gew.% Silizium, 0,30 Gew.% bis 0,80 Gew.% Mangan, 0,25 Gew.% bis 0,50 Gew.% Magnesium, 0,08 Gew.% bis 0,35 Gew.% Zink, 0,05 Gew.% bis 0,30 Gew.% Zirconium, 0,006 Gew.% bis 0,025 Gew.% Strontium, einzeln maximal 0,3 Gew.%, insgesamt maximal 0,5 Gew.% Verunreinigungen und als Rest Aluminium. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils, insbesondere für eine dünnwandige Karosseriekomponente, umfassend die Schritte: Gießen eines Druckgussbauteils aus einer Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung und Unterziehen des Druckgussbauteils einer Wärmebehandlung umfassend in der angegebenen Reihenfolge ein mehrstufiges Glühen umfassend wenigstens ein erstes Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 320°C bis 450°C für eine Zeitdauer von 20 Minuten bis 75 Minuten, und ein zweites Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 460°C bis 520°C für eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 35 Minuten, eine Abschreckung mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 3 K/s bis 200 K/s, und einer mehrstufigen Warmauslagerung umfassend wenigstens eine erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 180°C für eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 150 Minuten, und eine zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 195°C bis 300°C für eine Zeitdauer von 30 Minuten bis 100 Minuten.The present invention relates to a bondable aluminum-silicon die casting alloy for producing a die-cast component, in particular a thin-walled body component for a motor vehicle, containing 6.5 wt.% To 12.0 wt.% Silicon, 0.30 wt.% To 0.80 Wt% manganese, 0.25 wt% to 0.50 wt% magnesium, 0.08 wt% to 0.35 wt% zinc, 0.05 wt% to 0.30 wt% zirconium, 0.006% by weight to 0.025% by weight of strontium, individually a maximum of 0.3% by weight, in total not more than 0.5% by weight of impurities and the remainder aluminum. The present invention also relates to a method of manufacturing a die-cast component, in particular for a thin-walled body component, comprising the steps of: casting a die-cast component from an aluminum-silicon die casting alloy according to the present invention and subjecting the die-cast component to a heat treatment comprising multi-stage annealing in the order given comprising at least a first anneal at a temperature in the range of 320 ° C to 450 ° C for a period of 20 minutes to 75 minutes, and a second anneal at a temperature in the range of 460 ° C to 520 ° C for a period of 5 Minutes to 35 minutes, a quench with a temperature gradient in the range of 3 K / s to 200 K / s, and a multi-stage thermal aging comprising at least a first thermal aging at a temperature in the range of 100 ° C to 180 ° C for a period of 40 Minutes to 150 minutes, and a second hot aging at a temperature in the range of 195 ° C to 300 ° C for a period of 30 minutes to 100 minutes.
Description
Die Erfindung betrifft eine klebbare Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils aus der Legierung und eine Karosseriekomponente mit einem Druckgussbauteil.The invention relates to a bondable aluminum-silicon die cast alloy, a method for producing a die-cast component from the alloy and a body component with a die-cast component.
Es ist seit längerem bekannt, Gussbauteile für Karosserie- und Fahrwerksanwendungen im Druckguss aus Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen herzustellen. Diese Legierungen enthalten üblicherweise etwa 6 bis 12 Gew.% Silizium, zeigen gute Gießeigenschaften, eine geringe Schrumpfungsneigung und eine sehr geringe Anfälligkeit für Heißrisse und Lunker.It has long been known to produce cast components for die-cast and chassis die-cast applications from aluminum-silicon die cast alloys. These alloys usually contain about 6 to 12 wt.% Silicon, show good casting properties, a low shrinkage tendency and a very low susceptibility to hot cracks and voids.
Die mit diesen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen hergestellten Gussbauteile werden üblicherweise einer T5-, T6-, oder T7-Wärmebehandlung gemäß
So beschreibt bspw. die
Und aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung insbesondere für dünnwandigen Karosseriekomponenten, ein neues Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils und neuartige Karosseriekomponenten mit einem Druckgussbauteil, insbesondere für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, wobei sich die neue Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung durch eine sehr gute Fließfähigkeit auszeichnet und die daraus hergestellten Druckgussbauteile bzw. Karosseriekomponenten eine gute Klebstoffhaftung, eine hohe Korrosionsresistenz und ein gutes Crashverhalten aufweisen.It is an object of the present invention to provide a new aluminum-silicon die cast alloy, in particular for thin-walled body components, a new method for producing a die-cast component and novel body components with a die-cast component, in particular for a motor vehicle, wherein the new aluminum-silicon Die-casting alloy is characterized by a very good flowability and the die-cast components or body components produced therefrom have good adhesive adhesion, high corrosion resistance and good crash behavior.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß Anspruch 1, das Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils gemäß Anspruch 5 und die Karosseriekomponente gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These objects are achieved by the aluminum-silicon die cast alloy according to
Die erfindungsgemäße Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung zur Herstellung eines Druckgussbauteils, insbesondere einer dünnwandigen Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug, enthält
- – 6,5 Gew.% bis 12,0 Gew.% Silizium,
- – 0,30 Gew.% bis 0,80 Gew.% Mangan,
- – 0,25 Gew.% bis 0,50 Gew.% Magnesium,
- – 0,08 Gew.% bis 0,35 Gew.% Zink,
- – 0,05 Gew.% bis 0,30 Gew.% Zirconium,
- – 0,006 Gew.% bis 0,025 Gew.% Strontium,
- – einzeln maximal 0,3 Gew.%, insgesamt maximal 0,5 Gew.% Verunreinigungen und
- – als Rest Aluminium.
- From 6.5% by weight to 12.0% by weight of silicon,
- 0.30% by weight to 0.80% by weight manganese,
- From 0.25% by weight to 0.50% by weight of magnesium,
- From 0.08% by weight to 0.35% by weight of zinc,
- From 0.05% by weight to 0.30% by weight zirconium,
- 0.006% by weight to 0.025% by weight of strontium,
- Individually a maximum of 0.3% by weight, in total not more than 0.5% by weight of impurities and
- - as the rest aluminum.
Durch einen Gehalt von mindestens 6,5 Gew.% Silizium (Si) wird eine ausreichende Gießbarkeit gewährleistet und Erstarrungsschrumpfungen vermieden. Die Obergrenze von maximal 12 Gew.% ist einzuhalten, damit keine primären Siliziumphasen auftreten. By a content of at least 6.5 wt.% Silicon (Si), sufficient castability is ensured and solidification shrinkage is avoided. The maximum limit of 12% by weight must be observed so that no primary silicon phases occur.
Ein Mangangehalt (Mn) von 0,3 bis 0,8 Gew.% verbessert die Entformbarkeit aus der Werkzeugkavität bei geringen Eisengehalten < 0,3 Gew.%.A manganese content (Mn) of 0.3 to 0.8% by weight improves mold cavity mold release at low iron contents <0.3% by weight.
Ein Magnesiumgehalt (Mg) von min. 0,25 Gew.% führt zur Ausbildung von aushärtenden Mg2Si-Phasen, die Obergrenze von 0,5 Gew.% verhindert eine zu starke Versprödung des Werkstoffs.Magnesium content (Mg) of min. 0.25 wt.% Leads to the formation of hardening Mg 2 Si phases, the upper limit of 0.5 wt.% Prevents excessive embrittlement of the material.
Zink (Zn) wird für die weitere Festigkeitssteigerung mittels Mischkristallhärtung der Legierung verwendet. Dabei ist der Zink-Gehalt in der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung auf maximal 0,35 Gew.% begrenzt, da ein höherer Gehalt die Klebstoffhaftung beim Verbau eines solchen Bauteils stark reduziert, sowie die Korrosionsneigung erhöht.Zinc (Zn) is used for further strength enhancement by solid solution hardening of the alloy. In this case, the zinc content in the aluminum-silicon die-casting alloy according to the present invention is limited to a maximum of 0.35 wt.%, Since a higher content greatly reduces the adhesive adhesion when installing such a component, and increases the tendency to corrosion.
Zur weiteren Erhöhung der mechanischen Eigenschaften kann durch die Zugabe von Zirconium (Zr) ein feineres Korn ausgebildet werden. Der optimale Gehalt liegt zwischen 0,05 Gew.-% und 0,30 Gew.-% Zirconium.To further increase the mechanical properties, a finer grain can be formed by the addition of zirconium (Zr). The optimum content is between 0.05% by weight and 0.30% by weight of zirconium.
Durch einen Strontiumgehalt (Sr) im Bereich von 0,006 Gew.% bis 0,025 Gew.% kann eine Veredelung der Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden.By a strontium content (Sr) in the range of 0.006 wt.% To 0.025 wt.%, Refining of the alloy according to the present invention can be achieved.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung enthält diese
- – mehr als 0,35 Gew.% bis 0,50 Gew.% Magnesium, bevorzugt
- – 0,38 Gew.% bis 0,45 Gew.% Magnesium.
- More than 0.35% by weight to 0.50% by weight of magnesium, preferably
- - 0.38 wt.% To 0.45 wt.% Magnesium.
Wie Versuche überraschend ergeben haben und wie unter Bezug auf die in dieser Anmeldung erläuterten erfindungsgemäßen Beispiele gezeigt wird, werden die Aufgaben der vorliegenden Erfindung besonders gut gelöst, sofern der Magnesiumgehalt in der Legierung mehr als 0,35 Gew.% bis 0,50 Gew.%, bevorzugt im Bereich von 0,38 Gew.% bis 0,45 Gew.% beträgt.As experiments have surprisingly shown and as shown with reference to the examples of this invention explained in this application, the objects of the present invention are particularly well resolved, provided that the magnesium content in the alloy more than 0.35 wt.% To 0.50 wt. %, preferably in the range of 0.38 wt.% To 0.45 wt.% Is.
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung enthält diese weiter
- – maximal 0,2 Gew.% Vanadium,
- – maximal 0,2 Gew.% Molybdän,
- – maximal 0,3 Gew.% Zinn,
- – maximal 0,3 Gew.% Kobalt, und/oder
- – maximal 0,2 Gew.% Titan
- Maximum 0.2% by weight of vanadium,
- Maximum 0.2% by weight of molybdenum,
- Maximum 0.3% by weight of tin,
- At most 0.3% by weight of cobalt, and / or
- - maximum 0.2% by weight of titanium
Wie oben bereits erwähnt, ist der Zink-Gehalt in der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung auf maximal 0,35 Gew.% begrenzt, da ein höherer Gehalt die Klebstoffhaftung beim Verbau eines solchen Bauteils stark reduziert sowie die Korrosionsneigung erhöht. Andererseits würde ein höherer Zink-Gehalt die Festigkeit in vorteilhafter Weise weiter erhöhen.As mentioned above, the zinc content in the aluminum-silicon die casting alloy according to the present invention is limited to 0.35 wt% at most, because a higher content greatly reduces the adhesive adhesion when installing such a component and increases the tendency to corrosion. On the other hand, a higher zinc content would advantageously increase the strength further.
Um einen Festigkeitsausgleich zu schaffen, kann für die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, je nach Festigkeitsniveau (bspw. für höchstfeste Eigenschaften) Zinn (Sn) und/oder Kobalt (Co) bis zu den jeweils angegebenen maximalen Gehalten hinzulegiert. Zinn führt dabei zu einer Erhöhung der Anzahl an Leerstellen nach der Abschreckung, was eine beschleunigte Ausscheidungskinetik zur Folge hat. Der Zinn- und Kobalt-Gehalt sollte jedoch auf jeweils max. 0,30 Gew.-% begrenzt werden, da sonst versprödende intermetallische Phasen bei Kobalt und niedrigschmelzende Gefügebestandteile im Falle von Zinn auftreten.In order to provide a balance of strength, may be provided for the aluminum-silicon diecasting alloy according to the present invention advantageously, depending on the strength level (eg., For very high-strength properties) tin (Sn) and / or cobalt (Co) to those specified maximum levels. Tin leads to an increase in the number of vacancies after quenching, resulting in an accelerated precipitation kinetics. The tin and cobalt content should, however, be limited to max. 0.30 wt .-%, otherwise embrittling intermetallic phases occur in cobalt and low-melting microstructural constituents in the case of tin.
Mit einer Zugabe von Vanadium (V), Molybdän (Mo) und/oder Titan (Ti) einzeln oder in Kombination mit jeweils einem Gehalt von max. 0,2 Gew.% kann eine weitere Kornfeinung bei der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden.With the addition of vanadium (V), molybdenum (Mo) and / or titanium (Ti) individually or in combination, each with a content of max. 0.2 wt.%, Further grain refining can be achieved in the aluminum-silicon die casting alloy according to the present invention.
Wie oben bereits angegeben ist, weist die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung einzeln maximal 0,3 Gew.%, insgesamt maximal 0,5 Gew.% Verunreinigungen auf, die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung wird also aus sehr reinen Ausgangsmaterialien hergestellt. As already stated above, the aluminum-silicon die-casting alloy according to the present invention individually has a maximum of 0.3% by weight, in total not more than 0.5% by weight of impurities, that is to say the aluminum-silicon diecasting alloy is produced from very pure starting materials ,
Diesbezüglich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung
- – maximal 0,05 Gew.% Kupfer,
- – maximal 0,002 Gew.% Phosphor,
- – maximal 0,002 Gew.% Calcium,
- – maximal 0,002 Gew.% Natrium, und/oder
- – maximal 0,30 Gew.% Eisen
- Maximum 0.05% by weight of copper,
- Not more than 0,002% by weight of phosphorus,
- Maximum 0.002% by weight of calcium,
- 0.002% by weight of sodium, and / or
- - max. 0.30 wt.% Iron
Bezüglich des Legierungsbestandteils Aluminium kann dem Erfordernis nach großer Reinheit bspw. durch die Verwendung von Reinaluminium aus der Elektrolyse oder aus sortenreinen Aluminiumrecyclaten, z. B. aus der Bau- oder Verpackungsindustrie Rechnung getragen werden. Die Maximalangaben der Verunreinigungselemente, vor allem Kupfer (maximal 0,05 Gew.%), sind zur Erfüllung der gewünschten Eigenschaften einzuhalten.With regard to the alloying element aluminum, the requirement for high purity can be met, for example, by the use of pure aluminum from the electrolysis or from unmixed aluminum recyclates, eg. B. from the construction or packaging industry be taken into account. The maximum values of the impurity elements, especially copper (maximum 0.05% by weight), must be adhered to in order to fulfill the desired properties.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils, insbesondere für eine dünnwandige Karosseriekomponente, umfassend die Schritte:
- – Gießen eines Druckgussbauteils aus einer erfindungsgemäßen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung oder einer ihrer vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen, und
- – Unterziehen des Druckgussbauteils einer Wärmebehandlung umfassend in der angegebenen Reihenfolge
- – ein mehrstufiges Glühen umfassend wenigstens
- – ein erstes Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 320°C bis 450°C für eine
Zeitdauer von 20 Minuten bis 75 Minuten, und - – ein zweites Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 460°C bis 520°C für eine
Zeitdauer von 5Minuten bis 35 Minuten, - – eine Abschreckung mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 3 K/s bis 200 K/s, und
- – einer mehrstufigen Warmauslagerung umfassend wenigstens
- – eine erste Warmauslagerung bei einer Temperatur
im Bereich von 100°C bis 180°C für eineZeitdauer von 40 Minuten bis 150 Minuten, und - – eine zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 195°C bis 300°C für eine
Zeitdauer von 30Minuten bis 100 Minuten.
- - Casting a die-cast component of an aluminum-silicon diecasting alloy according to the invention or one of its advantageous developments and refinements, and
- - subjecting the die-cast component to a heat treatment comprising in the order given
- A multi-stage annealing comprising at least
- A first anneal at a temperature in the range of 320 ° C to 450 ° C for a period of 20 minutes to 75 minutes, and
- A second annealing at a temperature in the range of 460 ° C to 520 ° C for a period of 5 minutes to 35 minutes,
- A quench with a temperature gradient in the range of 3 K / s to 200 K / s, and
- - A multi-stage thermal aging at least
- A first thermal aging at a temperature in the range of 100 ° C to 180 ° C for a period of 40 minutes to 150 minutes, and
- A second thermal aging at a temperature in the range of 195 ° C to 300 ° C for a period of 30 minutes to 100 minutes.
Umfasst das Glühen und/oder die Warmauslagerung drei oder mehr Stufen, ist es von Vorteil, wenn die Gesamtdauer des Glühens und/oder die Gesamtdauer der Warmauslagerung im Wesentlichen den oben genannten Werten entspricht, d. h. die oben angegebenen Zeitdauern für die jeweiligen Stufen anteilig reduziert werden.If annealing and / or aging involves three or more stages, it is advantageous if the total duration of the annealing and / or the total duration of the aging is substantially equal to the above values, ie. H. the time periods given above for the respective stages are proportionally reduced.
Bei einem dreistufigen Glühen kann bspw. als erste Stufe ein Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 320°C bis 380°C vorgesehen sein (zum Abbau von Eigenspannungen), daran anschließend eines zweite Glühstufe bei etwa 440°C und eine dritte Glühstufe bei etwa 490°C.In a three-stage annealing, for example, as a first stage annealing at a temperature in the range of 320 ° C to 380 ° C may be provided (to reduce residual stresses), then a second annealing stage at about 440 ° C and a third annealing stage at about 490 ° C.
Und bei einer dreistufigen Warmauslagerung kann bspw. als letzte Stufe eine Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 240°C bis 300°C für eine kurze Zeitdauer im Bereich von etwa 5 Minuten bis etwa 45 Minuten vorgesehen sein (zur Erhöhung der Duktilität).And, in a three-stage thermal aging, for example, as a final stage, a thermal aging at a temperature in the range of 240 ° C to 300 ° C for a short period of time in the range of about 5 minutes to about 45 minutes be provided (to increase the ductility).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dahin in vorteilhafter Weise weitergebildet sein, dass
- – das erste Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 380°C bis 440°C für eine
Zeitdauer von 20Minuten bis 45 Minuten, - – das zweite Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 490°C bis 510°C für eine
Zeitdauer von 5Minuten bis 20 Minuten, - – die Abschreckung mittels Luft mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 3 K/s bis 12 K/s oder mittels Wasser mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 80 K/s bis 200 K/s,
- – die erste Warmauslagerung bei einer Temperatur von 120°C bis 170°C für eine
Zeitdauer von 40 Minuten bis 90 Minuten, und - – die zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur von 200°C bis 240°C für eine
Zeitdauer von 40Minuten bis 80 Minuten
- The first annealing at a temperature in the range of 380 ° C to 440 ° C for a period of 20 minutes to 45 minutes,
- The second annealing at a temperature in the range of 490 ° C to 510 ° C for a period of 5 minutes to 20 minutes,
- The quenching by means of air with a temperature gradient in the range of 3 K / s to 12 K / s or by means of water with a temperature gradient in the range of 80 K / s to 200 K / s,
- The first heat aging at a temperature of 120 ° C to 170 ° C for a period of 40 minutes to 90 minutes, and
- - The second heat aging at a temperature of 200 ° C to 240 ° C for a period of 40 minutes to 80 minutes
Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Karosseriekomponente, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zumindest anteilig aus einem Druckgussbauteil besteht, das unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner vorteilhaften Weiterbildungen oder Ausgestaltungen hergestellt wurde.The present invention also encompasses a body component, in particular for a motor vehicle, which is characterized in that it at least partially consists of a die-cast component which has been produced using the method according to the invention or one of its advantageous developments or refinements.
Das Druckgussbauteil der Karosseriekomponente kann in vorteilhafter Weise eine Wandstärke im Bereich von 0,6 mm bis 10 mm aufweisen. Des Weiteren kann bei der Karosseriekomponente das Druckgussbauteil mit wenigstens einem Blechbauteil, Stahlblechbauteil, Aluminiumbauteil oder Gussbauteil verklebt sein.The die cast component of the body component may advantageously have a wall thickness in the range of 0.6 mm to 10 mm. Furthermore, in the case of the body component, the die cast component can be glued to at least one sheet metal component, sheet steel component, aluminum component or cast component.
Die Karosseriekomponente kann bspw. in Form einer Federbeinaufnahme, eines Längsträgers, eines Verbindungsteils, einer Sitzaufnahme, einer Scharnieraufnahme oder einer Prallplatte ausgebildet sein.The body component may be formed, for example, in the form of a strut mount, a longitudinal member, a connecting part, a seat receptacle, a hinge receptacle or a baffle plate.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.The embodiments explained below represent preferred embodiments of the present invention. Of course, the present invention is not limited to these embodiments.
Die in der obigen Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen, Ausführungsbeispielen und der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The features and feature combinations mentioned in the above description as well as the features and feature combinations mentioned in the following description of embodiments, exemplary embodiments and the description of the figures and / or in the figures alone are not only in the respectively indicated combination, but also in other combinations or in Used alone, without departing from the scope of the present invention.
Durch die neuartige Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung können in Kombination mit der erfindungsgemäß vorgesehene Wärmebehandlung unerwartete Vorteile erzielt werden.The novel aluminum-silicon die-casting alloy, in combination with the inventively provided heat treatment unexpected advantages can be achieved.
Die Durchführung einer zwei- oder mehrstufigen Lösungsglühung erlaubt die Glühung eines Bauteils bei Temperaturen von 460°C bis 520°C (bspw. über 480°C, bevorzugt über 490°C, besonders bevorzugt über 500°C) für kurze Zeiten von 5 Minuten bis 35 Minuten (bspw. im Bereich von 5 Minuten bis 25 Minuten) in der letzten Stufe.The implementation of a two-stage or multi-stage solution annealing allows the annealing of a component at temperatures of 460 ° C. to 520 ° C. (for example above 480 ° C., preferably above 490 ° C., particularly preferably above 500 ° C.) for a short time of 5 minutes to 35 minutes (eg in the range of 5 minutes to 25 minutes) in the last stage.
Hierdurch werden noch vorhandene organische Trennmittelrückstände aus dem Gießprozess (die sehr temperaturbeständige Mischungen aus Ölen, Wachsen, Polysiloxanen und weiteren Additiven aufweisen können) besonders wirkungsvoll vercrackt und können damit sehr gut und zumindest nahezu rückstandslos entfernt werden. Im Ergebnis kann so eine deutliche Steigerung der Klebstoffhaftung gegenüber herkömmlich wärmebehandelten Legierungen erzielt werden.As a result, remaining organic release agent residues from the casting process (which may have very temperature-resistant mixtures of oils, waxes, polysiloxanes and other additives) are cracked particularly effectively and can thus be removed very well and at least almost without residue. As a result, a significant increase in adhesive adhesion over conventional heat-treated alloys can be achieved.
Resultierend daraus ergeben sich als sekundärer Effekt hohe Werte für die Zugscherfestigkeiten, insbesondere nach Einwirkung korrosiver Medien. Die kurze Haltedauer der letzten Lösungsglühstufe reduziert außerdem die Gefahr des Verzugs des Bauteils. As a result of this, high values for the tensile shear strengths, in particular after the action of corrosive media, result as a secondary effect. The short holding time of the last solution annealing step also reduces the risk of distortion of the component.
Das Festigkeitsniveau kann erfindungsgemäß über den Abschreckgradienten nach der Lösungsglühung eingestellt werden. Dabei gilt der Zusammenhang, dass je höher der Abschreckgradient gewählt wird, desto höher die zu erreichende Festigkeit ist.The strength level can be adjusted according to the invention on the Abschreckgradienten after the solution annealing. The relationship is that the higher the quench gradient is chosen, the higher the strength to be achieved.
Eine zwei- oder mehrstufige Auslagerung erlaubt die Reduzierung der Auslagerungsdauer mittels Separation der Auslagerungsmechanismen (Keimbildung, Keimwachstum, etc.). Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich insbesondere die zweite Stufe positiv auf das Festigkeits-Duktilitäts-Verhältnis bei den angegebenen Gehalten aus Zink und Zirconium auswirkt. Dabei ist die zweite Auslagerungsstufe so gestaltet, dass die Temperatur dabei höher als bei der ersten Auslagerungsstufe ist und im Bereich von 195 bis 300°C liegt.A two- or multi-stage outsourcing allows the reduction of the aging time by means of separation of the removal mechanisms (nucleation, germ growth, etc.). Surprisingly, it has been shown that especially the second stage has a positive effect on the strength / ductility ratio at the indicated contents of zinc and zirconium. Here, the second aging stage is designed so that the temperature is higher than in the first Auslagerungsstufe and is in the range of 195 to 300 ° C.
Sollen verschiedene Bauteile unterschiedliche Festigkeiten aufweisen, ist es besonders vorteilhaft, eine einheitliche (d. h. die gleiche) Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung zu verwenden und auch die Glüh- sowie Auslagerungsprozesse gleich bezüglich Temperatur- und Zeitverläufe zu gestalten. Die unterschiedlichen Festigkeiten können dann auf einfache Weise durch unterschiedlich hohe Abschreckgradienten nach dem letzten Glühprozess eingestellt werden (siehe hierzu nachfolgend Beispiele 1 und 3). Hierüber ist es möglich, besonders gute Klebstoffhaftungs- und Crasheigenschaften über alle Festigkeitsklassen zu erreichen.If different components have different strengths, it is particularly advantageous to use a uniform (ie the same) aluminum-silicon die-cast alloy and also to design the annealing and aging processes equally with respect to temperature and time courses. The different strengths can then be adjusted in a simple manner by varying degrees of quenching gradients after the last annealing process (see Examples 1 and 3 below). This makes it possible to achieve particularly good adhesive adhesion and crash properties over all strength classes.
Die vorliegende Erfindung und die durch sie erzielbaren Vorteile werden nachfolgend durch einen Vergleich zwischen verschiedenen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen und den jeweils angegebenen Wärmebehandlungen näher erläutert. Bei den angegebenen Vergleichsbeispielen 1 bis 5 wird keine Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, bei Vergleichsbeispiel 6 wird eine Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung mit nur einem einstufigen Lösungsglühen und einer einstufigen Warmauslagerung behandelt und bei den Beispielen 1 bis 3 handelt es sich um Beispiele, bei denen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung einer Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung unterzogen wurden. Verwendete Wärmebehandlungsverfahren:
Die angegebenen Zeitdauern bei der Lösungsglühung und Warmauslagerung entsprechen den Ofenzeiten. Die Bauteile können hierzu bspw. entweder mit Hilfe eines Mehrkammerofens in die Kammer mit den jeweils angegebenen Temperaturen (weiter)transportiert werden oder mittels einer Rampenaufheizung von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erwärmt werden.The specified time periods during the solution annealing and hot aging correspond to the furnace times. For this purpose, the components can be transported, for example, either with the aid of a multi-chamber furnace into the chamber at the respectively indicated temperatures or heated by means of ramp heating from a first temperature to a second temperature.
Die Abschreckung erfolgt ohne genaue Festlegung einer unteren Grenztemperatur und es wurde regelmäßig bis in etwa Raumtemperatur oder etwas darüber abgekühlt, mindestens jedoch auf kleiner 200°C. Verwendete Legierungen:
Tabelle 1 zeigt die verwendeten Legierungen und die damit jeweils durchgeführten Wärmebehandlung. Tabelle 1
Tabelle 2 zeigt die resultierenden Eigenschaftsprofile. Tabelle 2
In Tabelle 2 bedeuten
- Rm:
- Zugfestigkeit
- Rp0,2:
- 0,2%-Dehngrenze
- A5:
- Bruchdehnung
- FDI:
- Festigkeits-Duktilitäts-Index, berechnet aus den für Fahrzeugkarosserie-Bauteile auslegungsrelevanten Materialkennwerten Rm, Rp0,2 und A5; FDI = (Rm + 3·Rp0,2)/4·A5/100
- rm:
- tensile strenght
- Rp 0.2 :
- 0.2% proof stress
- A5:
- elongation
- FDI:
- Strength ductility index, calculated from the material characteristics Rm, Rp 0,2 and A5 relevant for design of vehicle body components; FDI = (Rm + 3 * Rp 0.2 ) / 4 * A5 / 100
Für den FDI wurden die Festigkeitswerte nach Priorisierung im Karosseriebau gewichtet (Rm: einfach; Rp0,2: dreifach). Der gemittelte Festigkeitswert wird mit entsprechender Gewichtung (Rm: einfach, Rp0,2: dreifach) mit der Bruchdehnung A5 multipliziert und aus Gründen der Übersichtlichkeit durch den Divisor 100 dividiert.For the FDI, the strength values were weighted after prioritization in the body shop (Rm: simple, Rp 0.2 : three times). The averaged strength value is multiplied by the corresponding strain (Rm: single, Rp 0.2 : triply) by the elongation at break A5 and divided by the
Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen können nur FDI-Werte bis maximal ≤ 27 erreicht werden (siehe Vergleichsbeispiele 5 und 6).With the solutions known from the prior art, only FDI values up to a maximum of ≦ 27 can be achieved (see Comparative Examples 5 and 6).
Auf Basis der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 3 ist ersichtlich, dass nur durch eine Kombination der neuen Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung mit der optimierten Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung ein FDI > 30 erreicht werden kann und weitere Eigenschaftsvorteile hinsichtlich Klebstoffhaftung, Fließfähigkeit sowie Korrosions- und Crashverhalten erzielt werden können.On the basis of Examples 1 to 3 according to the invention, it can be seen that only by a combination of the novel alloy according to the present invention with the optimized heat treatment according to the present invention can an FDI> 30 be achieved and further property advantages with regard to adhesive adhesion, flowability as well as corrosion and crash behavior can be achieved.
Demgegenüber können, wenn aus dem Stand der Technik bekannte Legierungen (Legierung Nr. 1 oder Nr. 2) einer Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung unterzogen werden (WBH Nr. 2), lediglich FDI-Werte < 30 erreicht werden (siehe Vergleichsbeispiele 4 und 5). Gleiches gilt, wenn eine Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung (Legierung Nr. 4) einer nur einfachen Wärmebehandlung (WBH Nr. 1) mit jeweils einer Lösungsglühung und einer Warmauslagerung unterzogen wird (siehe Vergleichsbeispiel 6).On the other hand, when alloys known from the prior art (alloy No. 1 or No. 2) are subjected to a heat treatment according to the present invention (WBH No. 2), only FDI values <30 can be obtained (see Comparative Examples 4 and 5) ). The same applies if an alloy according to the present invention (alloy No. 4) is subjected to only a single heat treatment (WBH No. 1), each with a solution annealing and a heat aging (see Comparative Example 6).
In
Aus
Neben den Klebstoffhaftungseigenschaften hat sich bei der Legierung gemäß Beispiel 1 (Legierung Nr. 4, Wärmebehandlung Nr. 2) überraschenderweise gezeigt, dass neben sehr hohen 0,2%-Dehngrenzen im Bereich von 0,08 Gew.% bis 0,35 Gew.% Zink vor allem die Fließfähigkeit der Legierung besonders gute Werte liefert. Es konnte hier ein Maximum in Abhängigkeit vom Zinkgehalt der Legierung festgestellt werden. Die Zusammenhänge sind in
Eine weitere Erhöhung der mechanischen Kennwerte ohne weitere Eigenschaftsnachteile konnten durch geringe Gehalte von Kobalt (Co) und/oder Zinn (Sn) zur Erhöhung der 0,2%-Dehngrenze erzielt werden (vgl. Beispiele 1 und 2).A further increase of the mechanical properties without further property disadvantages could be achieved by low contents of cobalt (Co) and / or tin (Sn) to increase the 0.2% proof strength (compare Examples 1 and 2).
Eine deutliche Steigerung der mechanischen Kennwerte kann auch durch Erhöhung des Abschreckgradienten erzielt werden (siehe Beispiel 3 mit Legierung Nr. 4 und Wasserabschreckung). Die Legierungen Nr. 4 und Nr. 5 besitzen besonders gute mechanische Kennwerte bei Abschreckgradienten > 3 K/s, insbesondere > 4 K/s.A significant increase in the mechanical characteristics can also be achieved by increasing the quenching gradient (see Example 3 with alloy no. 4 and water quenching). Alloys No. 4 and No. 5 have particularly good mechanical properties at quench gradients> 3 K / s, in particular> 4 K / s.
Vor allem bei Legierung Nr. 4 konnten durch die optimierte Wärmebehandlung WBH Nr. 2 sehr gute Festigkeits-Duktilitäts-Eigenschaften von Versuchsbauteilen der erzeugten Gussbauteile erzielt werden (vgl. Vergleichsbeispiel 6 und Beispiel 1).Particularly in the case of alloy No. 4, it was possible to achieve very good strength ductility properties of test components of the cast components produced by the optimized heat treatment WBH No. 2 (compare Comparative Example 6 and Example 1).
Wie aus
Für die in den Figuren verwendeten Begriffe gilt folgendes:The following applies to the terms used in the figures:
Fließfähigkeit:Flowability:
Die jeweilige Legierung wurde auf ca. 700°C erwärmt und anschließend in eine Prüfkokille (max. Länge 300 mm) gegossen. Je nach Eigenschaft der Legierung ergeben sich unterschiedliche Fülllängen. Diese Fülllänge wurde zur Ermittlung der Fließfähigkeit gemessen und zwischen den Legierungsvarianten verglichen. Übliche Fließlängen liegen bei 200–250 mm. Legierungen mit einer Fließfähigkeit > 250 mm wurden als „gut” bewertet; Legierungen mit einer Fließfähigkeit von < 200 mm wurden als „schlecht” bewertet. Die Auftragung erfolgte relativ normiert zur Legierung Nr. 1 (Referenzlegierung).The respective alloy was heated to about 700 ° C. and then poured into a test mold (maximum length 300 mm). Depending on the property of the alloy, different filling lengths result. This filling length was measured to determine the flowability and compared between the alloy variants. Usual flow lengths are 200-250 mm. Alloys with a flowability> 250 mm were rated as "good"; Alloys with a flowability of <200 mm were rated as "poor". The application was made relatively normalized to alloy no. 1 (reference alloy).
Korrosionsresistenz:Corrosion resistance:
Eine gegossene Probe wurde in künstlichen Atmosphären einer Salzsprühnebelprüfung nach
Immersionstest:Immersion test:
Je zwei gegossene Gussplatten wurden mit einer definierten Überlappung verklebt und nach der Aushärtung des Klebstoffs in den Immersionstest gegeben. Hier werden die Probestreifen 2 bzw. 4 Wochen in einer 5-prozentigen NaCl-Lösung bei einer definieren Temperatur zwischen 50–80°C gelagert. Nach Beendigung des Tests werden die Zugproben mit Hilfe einer Zugprüfmaschine zerstört, d. h. die Kleberaupe bis zum Versagen auseinandergezogen und die auftretende Zugkraft (Zugscherfestigkeit) ermittelt.Two cast iron plates were glued with a defined overlap and placed in the immersion test after the adhesive had cured. Here, the test strips are stored for 2 or 4 weeks in a 5 percent NaCl solution at a defined temperature between 50-80 ° C. After completion of the test, the tensile specimens are destroyed by means of a tensile tester, i. H. the adhesive bead pulled apart until failure and the occurring tensile force (tensile shear strength) determined.
Übliche Zugscherfestigkeitswerte nach 4 Wochen Immersionstest liegen bei ca. 25 MPa. Sehr gute Ergebnisse liegen zwischen 27–30 MPa, schlechte Werte weisen Zugscherfestigkeiten < 23 MPa auf. Die Resultate wurden anschließend zur Legierung Nr. 1 (Referenzlegierung) normiert.Typical tensile shear strength values after 4 weeks Immersionstest are about 25 MPa. Very good results are between 27-30 MPa, poor values have tensile shear strengths <23 MPa. The results were then normalized to alloy no. 1 (reference alloy).
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen zur Verfügung gestellt werden, durch die Gussteile erhalten werden können, die in der Fahrzeugkarosserie durch kleben miteinander verbunden werden können. Gegenüber bisher bekannten Legierungen weist die erfindungsgemäße Legierung ein deutlich erhöhte Klebstoffhaftung bei einem hohen Festigkeitsniveau auf.A particular advantage of the present invention is that aluminum-silicon die cast alloys are provided by which castings can be obtained that can be bonded together in the vehicle body by gluing. Compared to previously known alloys, the alloy according to the invention has a significantly increased adhesive adhesion at a high level of strength.
Bezüglich der hierbei verwendbaren Klebstoffe und der Klebverfahren ergeben sich keine Besonderheiten bzw. keine Einschränkungen im Bezug auf die aus dem Stand der Technik bekannten Klebstoffe und -verfahren. Gleiches gilt für die Materialien, mit denen die Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung verklebt werden können. Diesbezüglich kann ein Fachmann somit auf die ihm aufgrund seines Fachwissens bekannten Lösungen zurückgreifen, so dass in der vorliegenden Anmeldung hierauf auch nicht näher eingegangen zu werden braucht.With regard to the adhesives used here and the bonding method, there are no special features or any restrictions with respect to the adhesives and methods known from the prior art. The same applies to the materials with which the alloys according to the present invention can be bonded. In this regard, a person skilled in the art can thus refer to the solutions known to him on the basis of his specialist knowledge, so that it is not necessary to discuss these in detail in the present application.
Durch die Erfindung können Karosseriekomponenten (Druckgussbauteile) im Wandstärkenbereich im Bereich von < 1,0 mm und 10 mm Wanddicke hergestellt werden, besonders vorteilhaft auch sehr dünnwandige Bauteile. Entgegen dem vorbekannten Stand der Technik sind durch die vorliegende Erfindung Wandstärken von < 1,0 mm bis minimal 0,6 mm möglich.By the invention body components (die-cast components) in the wall thickness range in the range of <1.0 mm and 10 mm wall thickness can be produced, particularly advantageous also very thin-walled components. Contrary to the prior art, wall thicknesses of <1.0 mm to a minimum of 0.6 mm are possible by the present invention.
Als einige, nicht abschließende Beispiele für durch die vorliegende Erfindung herstellbare Karosseriekomponenten seien erwähnt Federbeinaufnahmen, Längsträger, Verbindungsteile, Sitzaufnahmen, Scharnieraufnahmen und/oder Prallplatten.As some non-exhaustive examples of body components that can be produced by the present invention, mention may be made of strut mountings, side members, connecting parts, seat mounts, hinge mounts and / or baffle plates.
Durch die vorliegende Erfindung ergeben sich somit insbesondere die folgenden Vorteile:
- – hohe Korrosionsresistenz durch begrenzten Zink-Gehalt;
- – durch begrenzten Zink-Gehalt bedingtes erniedrigtes Festigkeitsniveau wird durch mehrstufige Wärmebehandlung kompensiert, wahlweise auch durch Zugabe von Zinn und/oder Kobalt;
- – gute Klebstoffhaftung auch unter Feuchteeinfluss im Immersionstest;
- – sehr guter Festigkeits-Duktilitäts-Index (FDI), d. h. gutes Crashverhalten;
- – sehr gute Fließfähigkeit, daher sehr dünnwandige Bauteile möglich;
- – durch den Entfall von Kupfer als Legierungsbestandteil hohe Korrosionsbeständigkeit und Crashfestigkeit der Legierung; ebenso ist eine sehr gute Stanznieteignung gegeben.
- - high corrosion resistance due to limited zinc content;
- - Lowered strength level due to limited zinc content is compensated by multi-stage heat treatment, optionally also by addition of tin and / or cobalt;
- - good adhesive adhesion even under the influence of moisture in the immersion test;
- - very good strength ductility index (FDI), ie good crash behavior;
- - very good flowability, therefore very thin-walled components possible;
- - by the elimination of copper as an alloying ingredient high corrosion resistance and crash resistance of the alloy; also a very good punching rivet suitability is given.
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