DE102016004216A1 - Aluminum alloy, in particular for a casting method, and method for producing a component from such an aluminum alloy - Google Patents

Aluminum alloy, in particular for a casting method, and method for producing a component from such an aluminum alloy Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, insbesondere für ein Gießverfahren, wobei die Aluminiumlegierung zumindest Aluminium, Magnesium, Mangan und Kupfer aufweist, wobei die Aluminiumlegierung aufweist: – 0,001 Gew.% bis 0,50 Gew.% Molybdän, – 0,05 Gew.% bis 0,45 Gew.% Magnesium, – 0,05 Gew.% bis 0,60 Gew.% Mangan – bis 1,1 Gew.% Eisen und – 0,25 Gew.% bis 4,00 Gew.% Kupfer.The invention relates to an aluminum alloy, in particular for a casting method, wherein the aluminum alloy comprises at least aluminum, magnesium, manganese and copper, the aluminum alloy comprising: from 0.001% by weight to 0.50% by weight molybdenum, 0.05% by weight to 0.45 wt.% Magnesium, - 0.05 wt.% to 0.60 wt.% Manganese - to 1.1 wt.% Iron and - 0.25 wt.% to 4.00 wt.% Copper.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, insbesondere für ein Gießverfahren, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer solchen Aluminiumlegierung.The invention relates to an aluminum alloy, in particular for a casting method, according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing a component from such an aluminum alloy.

Eine solche Aluminiumlegierung, insbesondere für ein Gießverfahren, ist beispielsweise bereits der DE 10 2011 115 345 A1 als bekannt zu entnehmen. Dabei weist die Aluminiumlegierung zumindest Aluminium (Al), Magnesium (Mg), Mangan (Mn) und Kupfer (Cu) auf.Such an aluminum alloy, in particular for a casting process, for example, is already the DE 10 2011 115 345 A1 to be known as known. In this case, the aluminum alloy at least aluminum (Al), magnesium (Mg), manganese (Mn) and copper (Cu).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aluminiumlegierung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, sodass besonders vorteilhafte, insbesondere mechanische, Eigenschaften des Bauteils realisiert werden können.Object of the present invention is to provide an aluminum alloy and a method of the type mentioned, so that particularly advantageous, in particular mechanical properties of the component can be realized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Aluminiumlegierung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an aluminum alloy with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 5. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um eine Aluminiumlegierung, insbesondere für ein Gießverfahren, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass besonders vorteilhafte, insbesondere mechanische, Eigenschaften eines aus der Aluminiumlegierung hergestellten Bauteils realisiert werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Aluminiumlegierung zwischen 0,001 Gewichtsprozent (Gew.%) und 0,50 Gewichtsprozent (Gew.%) Molybdän aufweist. Magnesium aufweist. Ferner weist die Aluminiumlegierung Magnesium in einem Bereich von 0,05 Gew.% bis 0,45 Gew.%, Mangan in einem Bereich von 0,05 Gew.% bis 0,60 Gew.%, Eisen bis zu 1,1 Gew.% sowie Kupfer in einem Bereich von einschließlich 0,25 Gew.% bis einschließlich 4,00 Gew.% auf. Vorzugsweise weist die Aluminiumlegierung mindestens 0,10 Gew.% und weniger als 0,40 Gew.% Mangan auf.In order to further develop an aluminum alloy, in particular for a casting method, of the type specified in the preamble of claim 1 such that particularly advantageous, in particular mechanical, properties of a component produced from the aluminum alloy can be realized, it is provided according to the invention that the aluminum alloy contains between 0.001% by weight ( Wt%) and 0.50 wt% (wt%) of molybdenum. Has magnesium. Further, the aluminum alloy has magnesium in a range of 0.05 wt% to 0.45 wt%, manganese in a range of 0.05 wt% to 0.60 wt%, iron up to 1.1 wt%. % and copper in a range of from 0.25 wt.% to 4.00 wt.% inclusive. Preferably, the aluminum alloy has at least 0.10 wt% and less than 0.40 wt% manganese.

Es wurde gefunden, dass durch Anpassen der Magnesium-Konzentration, insbesondere auf weniger als 0,30 Gew.%, der Anteil spröder π-Al8FeMg3Si6-Phasen soweit herabgesetzt werden kann, dass diese Phasen kaum mehr vorhanden sind und damit abträglich für die Duktilität der Aluminiumlegierung beziehungsweise eines aus der Aluminiumlegierung hergestellten Bauteils wirken können. Die Senkung des Mangan-Gehalts auf weniger als 0,40 Gew.% ist insofern vorteilhaft, als dadurch die Erstarrungstemperatur der Eisen-/Mangan-haltigen intermetallischen Phasen Al15(Fe, Mn)3Si2 abgesenkt werden kann, sodass diese nicht in zu grob-blockiger Morphologie auftreten können.It has been found that by adjusting the magnesium concentration, in particular to less than 0.30 wt.%, The proportion of brittle π-Al8FeMg3Si6 phases can be reduced so far that these phases are no longer present and thus detrimental to the ductility of Aluminum alloy or a component produced from the aluminum alloy can act. The reduction of the manganese content to less than 0.40 wt.% Is advantageous in that it can lower the solidification temperature of the iron / manganese-containing intermetallic phases Al15 (Fe, Mn) 3Si2 so that they are not too coarse. blocky morphology can occur.

Als ferner besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Aluminiumlegierung Molybdän (Mo) in einem Bereich von einschließlich 0,001 Gew.% bis einschließlich 0,50 Gew.% aufweist, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Aluminiumlegierung 0,10 Gew.% Molybdän aufweist. Durch die gezielte Zugabe von Molybdän, beispielsweise mit einem Anteil von 0,10 Gew.%, kann zudem eine verrundende Einformung bis hin zu einer polygonalen Morphologie und eine feinere Verteilung der zuvor genannten Eisen-/Mangan-Phasen (Fe/Mn-Phasen) bewirkt werden, was zu einer weiteren Duktilitätssteigerung führt. Insgesamt kann dadurch eine hinreichende Duktilität in Form der Bruchdehnung realisiert werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn das aus der Aluminiumlegierung hergestellte Bauteil in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt. Das Bauteil kann beispielsweise als Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein, welche vorzugsweise als Dieselmotor ausgebildet ist. Alternativ kann das Bauteil auch Teil einer Verbrennungskraftmaschine eines Ottomotors sein. Ein solches, aus der Aluminiumlegierung hergestelltes Bauteil weist aufgrund des Festigkeitsmechanismus der Aluminiumlegierung eine hinreichende Festigkeit, insbesondere Warmfestigkeit, auf. Zudem ist die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung vorteilhaft verwendbar, um aus der Aluminiumlegierung einen Zylinderkopf der beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine herzustellen, sodass eine Einheitslegierung für Kurbelgehäuse und Zylinderkopf denkbar ist. Damit können Kosten, Logistik sowie Energieverbrauch und CO2-Ausstoß in Gießereien sowie im Recycling-Prozess verringert werden. Ferner ist es möglich, beim Warmauslagern der Aluminiumlegierung eine Festigkeitssteigerung durch Kupfer- und/oder Magnesium-haltige Ausscheidungen in der Aluminiummatrix zu erzielen.Furthermore, it has proven to be particularly advantageous if the aluminum alloy has molybdenum (Mo) in a range of from 0.001% by weight to 0.50% by weight inclusive, it being preferred that the aluminum alloy is 0.10% by weight. Molybdenum has. The targeted addition of molybdenum, for example, with a proportion of 0.10 wt.%, In addition, a rounding indentation up to a polygonal morphology and a finer distribution of the aforementioned iron / manganese phases (Fe / Mn phases) be effected, which leads to a further increase in ductility. Overall, a sufficient ductility in the form of elongation at break can thereby be realized, which is particularly advantageous when the component produced from the aluminum alloy is used in a drive train of a motor vehicle. The component may be formed, for example, as a crankcase of an internal combustion engine, which is preferably designed as a diesel engine. Alternatively, the component may also be part of an internal combustion engine of a gasoline engine. Such a component produced from the aluminum alloy has a sufficient strength, in particular high heat resistance, due to the strength mechanism of the aluminum alloy. In addition, the aluminum alloy according to the invention is advantageously used to produce from the aluminum alloy a cylinder head of the example designed as a reciprocating internal combustion engine internal combustion engine, so that a unit alloy for the crankcase and cylinder head is conceivable. This can reduce costs, logistics and energy consumption and CO 2 emissions in foundries and in the recycling process. Furthermore, it is possible to achieve an increase in strength during hot aging of the aluminum alloy by means of copper and / or magnesium-containing precipitates in the aluminum matrix.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung zum Herstellen eines Bauteils ist es möglich, dass das Bauteil in dem Wärmebehandlungszustand T5mod eine 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 von mehr als 180 Megapascal, eine Zugfestigkeit Rm von mehr als 220 Megapascal und eine Bruchdehnung A5 von mehr als 1 Prozent bei Raumtemperatur aufweist und im Wärmebehandlungszustand T6red eine 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 von mehr als 200 Megapascal, eine Zugfestigkeit Rm von mehr als 230 Megapascal und eine Bruchdehnung A5 von mehr als 1,5 Prozent bei Raumtemperatur aufweist. Bei einer Prüftemperatur von 150 Grad Celsius konnten im Wärmebehandlungszustand T5mod folgende Werte erreicht werden: Rp0,2 > 170 Megapascal, Rm > 210 Megapascal und A5 > 1,5 Prozent.By using the aluminum alloy according to the invention for producing a component, it is possible that the component in the heat treatment state T5mod a 0.2% proof stress R p0.2 of more than 180 megapascals, a tensile strength R m of more than 220 megapascals and an elongation at break A 5 of more than 1 percent at room temperature and in the heat treatment state T6red a 0.2% proof stress R p0.2 of more than 200 megapascals, a tensile strength R m of more than 230 megapascals and an elongation at break A 5 of more than 1, 5 percent at room temperature. At a test temperature of 150 degrees Celsius, the following values could be achieved in the heat treatment state T5mod: R p0.2 > 170 megapascals, R m > 210 megapascals and A 5 > 1.5 percent.

Bei einer Prüftemperatur von 150 Grad Celsius konnten im Wärmebehandlungszustand T6red folgende Werte erreicht werden: Rp0,2 > 200 Megapascal, Rm > 220 Megapascal und A5 > 3 Prozent.At a test temperature of 150 degrees Celsius, the following values could be achieved in the heat treatment state T6red : R p0.2 > 200 megapascals, R m > 220 megapascals and A 5 > 3 percent.

Der Erfindung liegen insbesondere folgende Erkenntnisse zugrunde: Durch den geringen Magnesium-Gehalt beziehungsweise Magnesium-Anteil werden in Legierungen mit einem hohen Fe-Gehalt (Fe – Eisen) spröde intermetallische Phasen unterdrückt, was zu einer Duktilitätssteigerung führt. Kupfer führt zu einem starken Festigkeitsanstieg durch Warmauslagerung sowie zu einer erhöhten Warmfestigkeit der Aluminiumlegierung.The invention is based in particular on the following findings: Due to the low magnesium content or magnesium content, in alloys with a high Fe content (Fe-iron), brittle intermetallic phases are suppressed, which leads to an increase in ductility. Copper leads to a strong increase in strength due to thermal aging as well as to an increased heat resistance of the aluminum alloy.

Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung hat sich besonders vorteilhaft erwiesen zur Herstellung von dickwandigen Bauteilen, welche eine Wanddicke in einem Bereich von einschließlich 4 Millimetern bis einschließlich 30 Millimetern aufweisen. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass es sich bei dem Gießverfahren, in dessen Rahmen das Bauteil aus der Aluminiumlegierung hergestellt wird, um ein Druckgussverfahren oder um laminaren Druckguss handelt. Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung ist insbesondere eine warmfeste Aluminiumlegierung, insbesondere eine warmfeste Aluminium-Gusslegierung, welches sich besonders vorteilhaft eignet zur Herstellung von Bauteilen für Antriebsstränge.The aluminum alloy according to the invention has proven to be particularly advantageous for the production of thick-walled components which have a wall thickness in a range of from 4 millimeters to 30 millimeters inclusive. Furthermore, it is preferably provided that the casting method in which the component is produced from the aluminum alloy is a die-casting method or laminar die-casting. The aluminum alloy according to the invention is in particular a heat-resistant aluminum alloy, in particular a heat-resistant aluminum casting alloy, which is particularly advantageously suitable for the production of components for drive trains.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung. Vorteilhafte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.The invention also includes a method for producing a component from an aluminum alloy according to the invention. Advantageous and advantageous embodiments of the aluminum alloy according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing; these show in:

1 eine schematische Darstellung eines Rückstreuelektronenbilds (BSE-Bild) der Legierung 233 mit Kuper (Cu) und Molybdän (Mo) im Wärmebehandlungszustand T5mod, wobei beispielsweise ein als Kurbelgehäuse ausgebildetes Bauteil aus der genannten Legierung durch Druckguss hergestellt ist; 1 a schematic representation of a backscattered electron image (BSE image) of the alloy 233 with Kuper (Cu) and molybdenum (Mo) in the heat treatment state T5mod, for example, designed as a crankcase component made of said alloy is made by die casting;

2 eine schematische Darstellung eines BSE-Bild der Legierung 226D (AlSi10Cu3) im Wärmebehandlungszustand T5mod, wobei beispielsweise ein Kurbelgehäuse aus der Legierung hergestellt ist; 2 a schematic representation of a BSE image of the alloy 226D (AlSi10Cu3) in the heat treatment state T5mod, for example, where a crankcase is made of the alloy;

3 ein BSE-Bild der Legierung 233 mit Cu und Mo im Wärmebehandlungszustand T6red; 3 a BSE image of the alloy 233 with Cu and Mo in the heat treatment state T6red;

4 ein BSE-Bild der Legierung 226D im Wärmebehandlungszustand T6red; 4 a BSE image of the alloy 226D in the heat treatment state T6red;

5 ein Diagramm zum Veranschaulichen von mechanischen Kennwerten des aus der jeweiligen Legierung gebildeten Bauteils bei Raumtemperatur; und 5 a diagram illustrating mechanical characteristics of the component formed from the respective alloy at room temperature; and

6 ein Diagramm zum Veranschaulichen von mechanischen Kennwerten des aus der jeweiligen Legierung hergestellten Bauteils bei 150 Grad Celsius. 6 a diagram illustrating mechanical characteristics of the component produced from the respective alloy at 150 degrees Celsius.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 bis 4 zeigen jeweilige Rückstreuelektronenbilder (BSE-Bilder) von Legierungen, aus denen jeweilige Bauteile hergestellt sind. Bei der jeweiligen Legierung handelt es sich beispielsweise um eine Aluminiumlegierung, insbesondere um eine Aluminium-Gusslegierung und dabei vorzugsweise um eine warmfeste Aluminium-Gusslegierung. 1 to 4 show respective backscattered electron images (BSE images) of alloys from which respective components are made. The respective alloy is, for example, an aluminum alloy, in particular an aluminum casting alloy and preferably a heat-resistant cast aluminum alloy.

Das jeweilige, aus der jeweiligen Legierung hergestellte Bauteil ist beispielsweise ein Bauteil, welches in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt, wobei das Bauteil beispielsweise ein Kurbelgehäuse, insbesondere ein Druckguss-Kurbelgehäuse, ist. Dies bedeutet, dass das Bauteil aus der jeweiligen Legierung durch Gießen, insbesondere durch Druckguss, hergestellt wird. Insbesondere kann es sich bei dem Bauteil um ein dickwandiges Bauteil handeln, welches eine Wanddicke in einem Bereich von einschließlich 4 Millimeter bis einschließlich 30 Millimeter aufweist. Durch die im Folgenden genauer beschriebene Aluminiumlegierung können besonders vorteilhafte Eigenschaften, insbesondere mechanische Eigenschaften, des Bauteils realisiert werden. Vorzugsweise weist die jeweilige Aluminiumlegierung folgende Zusammensetzung auf:
8,0 Gew.% bis 11,0 Gew.% Silizium,
0,25 Gew.% bis 4,00 Gew.% Kupfer,
0,10 Gew.% bis 0,50 Gew.% Magnesium,
0,05 Gew.% bis 0,60 Gew.% Mangan,
kleiner oder gleich 0,3 Gew.% Titan,
kleiner oder gleich 0,3 Gew.% Zirkon,
kleiner gleich 400 parts per million (ppm) Strontium,
höchstens 1,1 Gew.% Eisen,
höchstens 1,5 Gew.% Zink,
zusätzlich weitere Zusätze von 0,01 Gew.% bis 0,50 Gew.% Molybdän,
höchstens 0,25 Gew.% Chrom,
höchstens 0,20 Gew.% Nickel,
höchstens 0,15 Gew.% Cobalt,
sowie als Rest Aluminium, wobei gegebenenfalls Verunreinigungen beziehungsweise weitere Elemente vorgesehen sein können, welche einen Anteil von weniger als 0,05 Gew.% aufweisen.The respective component produced from the respective alloy is, for example, a component which is used in a drive train of a motor vehicle, the component being, for example, a crankcase, in particular a die-cast crankcase. This means that the component is produced from the respective alloy by casting, in particular by die casting. In particular, the component may be a thick-walled component which has a wall thickness in a range of 4 mm to 30 mm inclusive. By the aluminum alloy described in more detail below, particularly advantageous properties, in particular mechanical properties, of the component can be realized. Preferably, the respective aluminum alloy has the following composition:
8.0% by weight to 11.0% by weight of silicon,
0.25% by weight to 4.00% by weight copper,
0.10% by weight to 0.50% by weight of magnesium,
0.05% by weight to 0.60% by weight of manganese,
less than or equal to 0.3% by weight of titanium,
less than or equal to 0.3% by weight zirconium,
less than 400 parts per million (ppm) strontium,
at most 1.1% by weight of iron,
at most 1.5% by weight of zinc,
in addition further additions of 0.01% by weight to 0.50% by weight of molybdenum,
not more than 0.25% by weight of chromium,
not more than 0.20% by weight of nickel,
at most 0.15% by weight of cobalt,
and the balance aluminum, where appropriate, impurities or further Elements can be provided which have a proportion of less than 0.05 wt.%.

Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Aluminiumlegierung Magnesium mit mindestens 0,10 Gew.% und weniger als 0,30 Gew.% aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Aluminiumlegierung Mangan mit mindestens 0,10 Gew.% und weniger als 0,40 Gew.% aufweist. Durch das Absenken der Mangan-Konzentration wird der weit-primären Bildung von Eisen-Mangan-haltigen intermetallischen Al15(Fe, Mn)3Si2-Phasen vor den Aluminium-Mischkristallen entgegengewirkt und damit eine grob-blockige Ausbildung der Morphologie verhindert. Zum Abbinden von Eisen (Fe) wird hingegen zusätzlich Molybdän (Mo) zugegeben, was zu einer polygonalen Morphologie und feineren Verteilung der Fe-intermetallischen Phasen führt. Hierdurch wird die Bildung nadeliger beziehungsweise plattenförmiger β-Al5FeSi-Phasen unterdrückt, welche bei einem hohen Fe- und geringen Mn-Gehalt (Mn – Mangan) auftreten würden. Der Magnesium-Gehalt wird soweit abgesenkt, dass es zu möglichst keiner Bildung der π-Al5FeMg3Si6-Phase kommt. Diese Phase löst sich bei einer Lösungsglühtemperatur von 465 Grad Celsius nicht auf und würde aufgrund des erhöhten Fe-Gehalts zusätzlich legiertes Magnesium (Mg) lediglich abbinden und zu skelettförmigen Fe-haltigen intermetallischen Phasen führen, welche abträglich sind für die Duktilität in Form des Abfalls der Bruchdehnung und nicht mehr für eine festigkeitssteigernde Ausscheidungsbildung zur Verfügung stehen.In particular, it is preferably provided that the aluminum alloy comprises magnesium with at least 0.10% by weight and less than 0.30% by weight. Alternatively or additionally, it is preferably provided that the aluminum alloy has manganese with at least 0.10 wt.% And less than 0.40 wt.%. By lowering the manganese concentration, the far-primary formation of iron-manganese-containing intermetallic Al 15 (Fe, Mn) 3 Si 2 phases in front of the aluminum mixed crystals is counteracted, thus preventing a coarse-block formation of the morphology. In addition, molybdenum (Mo) is additionally added for the setting of iron (Fe), which leads to a polygonal morphology and finer distribution of the Fe-intermetallic phases. As a result, the formation of needle-like or plate-shaped β-Al 5 FeSi phases is suppressed, which would occur at a high Fe and low Mn content (Mn - manganese). The magnesium content is lowered so far that it comes as possible to any formation of the π-Al 5 FeMg 3 Si 6 phase. This phase does not dissolve at a solution annealing temperature of 465 degrees Celsius and would due to the increased Fe content additionally alloyed magnesium (Mg) only and lead to skeletal Fe-containing intermetallic phases, which are detrimental to the ductility in the form of waste Elongation at break and no longer available for a strength-enhancing elimination formation.

Der Kupfer-Gehalt (Cu-Gehalt) dient der gezielten Einstellung der geforderten Festigkeit aufgrund der Bildung von festigkeitssteigernden Ausscheidungen bei Warmauslagerung. Allerdings ist darauf zu achten, dass ein zu hoher Kupfer-Anteil bei T5-Wärmebehandlung zu einer Versprödung führt. Bei einer T6-Wärmebehandlung kann das volle Festigkeitspotential des Kupfers der Legierung ausgeschöpft werden.The copper content (Cu content) is used for the targeted adjustment of the required strength due to the formation of strength-increasing precipitates during thermal aging. However, it must be ensured that an excessively high copper content during T5 heat treatment leads to embrittlement. In a T6 heat treatment, the full strength potential of the copper of the alloy can be exploited.

Die Zugabe von Titan (Ti) bewirkt eine Kornfeinung der Aluminium-Dendriten. Eine Kombination mit Zirkon (Zr) in angepasster Konzentration kann zu Al3(Ti, Zr)-Ausscheidungen führen, welche festigkeitssteigernd wirken können. Hier ist darauf zu achten, dass sowohl Titan als auch Zirkone in nicht zu hoher Konzentration zulegiert werden, da es sonst zu einer unerwünschten Bildung von Al-Ti-Zr intermetallischen Phasen kommt, welche die Duktilität herabsetzen. Die Zugabe von Strontium (Sr) bewirkt eine Veredelung der Al/Si-Eutektikum von grob-plattenförmig hin zu einer veredelten, korallenartigen Morphologie, was die Duktilität steigert. Diese feine Si-Morphologie lässt sich durch eine T6-Lösungsglühung leicht und schnell einformen und damit kann die Duktilität nochmals gesteigert werden.The addition of titanium (Ti) causes grain refining of the aluminum dendrites. A combination with zirconium (Zr) in adjusted concentration can lead to Al 3 (Ti, Zr) precipitations, which can increase strength. Care must be taken to ensure that both titanium and zirconium are not alloyed in excessively high concentrations, since otherwise unwanted formation of Al-Ti-Zr intermetallic phases, which reduce ductility, occurs. The addition of strontium (Sr) results in a refining of the Al / Si eutectic from coarse-plate to a refined, coral-like morphology, which increases ductility. This fine Si morphology can be easily and quickly formed by a T6 solution annealing and thus the ductility can be increased again.

Im Folgenden wird eine Herstellung eines Bauteils aus einer solchen Aluminiumlegierung beschrieben. Bei der Herstellung wird die zuvor genannte Aluminiumlegierung aus Vorlegierungen, reinen Elementen erschmolzen oder durch Auflegieren geeigneter Sekundärlegierungen wie beispielsweise 233 oder 226 bei hinreichend hoher Temperatur hergestellt. Ferner wird die Legierung bei mindestens 650 Grad Celsius bis 720 Grad Celsius in eine temperierte und zwangs- oder vakuumentlüftete temperierte Dauerform abgegossen. Bei zu niedriger Gießtemperatur besteht die Gefahr von unzureichender Formfüllung und Kaltläufen sowie von unerwünschter Bildung von intermetallischen Phasen, zu hohe Gießtemperaturen erhöhen die Gefahr von Porosität, Lunkerung und Warmrissen. Nach Entnahme des durch Gießen hergestellten Bauteils wird das Bauteil – zur Realisierung des Wärmebehandlungszustands T6red – an Luft oder – zur Realisierung des Warmbehandlungszustand T5mod – mittels Wasser abgekühlt.In the following, a production of a component made of such an aluminum alloy will be described. During production, the aforementioned aluminum alloy is melted from master alloys, pure elements, or prepared by alloying suitable secondary alloys such as 233 or 226 at a sufficiently high temperature. Furthermore, the alloy is poured off at at least 650 degrees Celsius to 720 degrees Celsius in a tempered and forced or vacuum-vented tempered permanent mold. If the casting temperature is too low, there is a risk of inadequate mold filling and cold runs as well as of undesirable formation of intermetallic phases; excessively high casting temperatures increase the risk of porosity, voids and hot cracks. After removal of the component produced by casting, the component - for the realization of the heat treatment state T6red - in air or - for the realization of the heat treatment state T5mod - cooled by means of water.

Anhand von 1 bis 4 ist die Besonderheit im Gefüge des aus der Aluminiumlegierung hergestellten Bauteils erkennbar. 1 zeigt ein Rückstreuelektronenbild der genannten Sekundärlegierung 233 mit Kupfer und Molybdän. Es sind rundliche bis polygonale Molybdän-haltige AlFeMnSi-intermetallische Phasen erkennbar. Diese sind vergleichsweise regelmäßig verteilt zwischen den Al-Dendriten im Al/Si-Eutektikum vorzufinden, da diese zeitgleich mit diesem erstarren. Durch ihre Kleinheit und rundliche Morphologie steigern sie die Duktilität der Sekundärlegierung. Sporadisch ist die π-Phase Al8FeMg3Si6 vorzufinden, welche durch ein Lösungsglühen bei 465 Grad Celsius nicht aufgelöst werden kann (vergleiche 3). Durch eine Senkung des Mg-Gehalts kann die Bildung dieser spröden Phase unterdrückt und damit die Duktilität weiter gesteigert werden. Mögliche, bei der Erstarrung entstandene Phasen Φ-Al2Cu und Q-Al5Cu2Mg8Si6 sind durch ein Lösungsglühen bei 450 Grad Celsius bei drei Stunden aufzulösen (vergleiche 3), sodass die Legierungselemente Mg und Cu, welche in diesen Phasen abgebunden waren, im Al-Mischkristall zur Ausscheidungsbildung zur Verfügung stehen.Based on 1 to 4 the special feature in the structure of the component produced from the aluminum alloy is recognizable. 1 shows a backscatter electron image of said secondary alloy 233 with copper and molybdenum. Roundish to polygonal molybdenum-containing AlFeMnSi intermetallic phases are recognizable. These are comparatively regularly distributed between the Al-dendrites in the Al / Si eutectic, since they solidify with it at the same time. Their small size and rounded morphology increase the ductility of the secondary alloy. Sporadically, the π phase Al 8 FeMg 3 Si 6 is found, which can not be dissolved by solution heat treatment at 465 degrees Celsius (cf. 3 ). By lowering the Mg content, the formation of this brittle phase can be suppressed and thus the ductility further increased. Possible phases formed during solidification Φ-Al 2 Cu and Q-Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 are to be dissolved by solution heat treatment at 450 degrees Celsius for three hours (cf. 3 ), so that the alloying elements Mg and Cu, which had set in these phases, are available in the Al mixed crystal for precipitation formation.

2 zeigt ein Rückstreuelektronenbild der genannten Sekundärlegierung 226D (AlSi10Cu3). Aufgrund des hohen Fe- und Mn-Gehalts sind grobe, blockige intermetallische Al15(Fe, Mn, Cr, Cu)3Si2-Phasen vorhanden, welche sich aufgrund ihrer Größe primär in der Gießkammer der Druckgussmaschine gebildet haben. Diese Anhäufung an Sprödphasen hindert die Duktilität. Zusätzlich sind kleinere, polygonale Fe-haltige intermetallische Phasen vorhanden, welche erst in der eigentlichen Druckgussform entstanden sind. Neben diesen Fe-haltigen intermetallischen Phasen sind aufgrund des hohen Fe-Gehalts auch β-Al5FeSi-Phasen vorhanden, welche im zweidimensionalen Schliff als Nadeln erscheinen und in Realität als dreidimensionale Platten vorliegen und damit als großflächige, scharfkantige Gefügetrennungen zwischen den duktilen Al-Dendriten vorliegen. Diese Phasen senken die Duktilität signifikant. Aufgrund des vergleichsweise hohen Gehalts an Ni-Verunreinigung in dieser Sekundärlegierung bilden sich außerdem Al7Cu2(Fe, Ni)-Phasen, welche durch ein Lösungsglühen bei 465 Grad Celsius nicht aufgelöst werden können und damit weiterhin als Sprödphasen vorliegen und zudem Cu abbinden (vergleiche 4). 2 shows a backscatter electron image of said secondary alloy 226D (AlSi10Cu3). Due to the high Fe and Mn content coarse, blocky intermetallic Al 15 (Fe, Mn, Cr, Cu) 3 Si 2 phases are present, which have formed due to their size primarily in the casting chamber of the die casting machine. This accumulation of brittle phases prevents ductility. In addition, smaller, polygonal Fe-containing intermetallic phases are present, which are formed only in the actual die casting mold. In addition to these Fe-containing intermetallic phases, β-Al 5 FeSi phases are also present due to the high Fe content Two-dimensional grinding appear as needles and exist in reality as three-dimensional plates and thus exist as large-scale, sharp-edged Gefügetrennungen between the ductile Al-dendrites. These phases significantly reduce ductility. Due to the comparatively high content of Ni contamination in this secondary alloy, Al 7 Cu 2 (Fe, Ni) phases are also formed, which can not be dissolved by solution heat treatment at 465 degrees Celsius and thus continue to exist as brittle phases and also set Cu ( compare 4 ).

Während der Erstarrung der Legierung gebildetes Al2Cu, welches nicht in eutektischer Form Al-Al2Cu-Al5Cu2Mg8Si6-Si ausgeprägt ist, kann durch ein Lösungsglühen bei 465 Grad Celsius vollständig aufgelöst werden (vergleiche 4), sodass durch ein Wasserabschrecken anschließend der Al-Mischkristall an Cu übersättigt vorliegt. Die eutektischen Taschen Al-Al2Cu-Al5Cu2Mg8Si6-Si lassen sich bei 465 Grad Celsius und drei Stunden allerdings nicht vollständig auflösen. 5 und 6 zeigen Diagramme zur Veranschaulichung von mechanischen Eigenschaften von Bauteilen, welche aus der genannten Aluminiumlegierung hergestellt sind. Dabei veranschaulichen Balken 10 die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2, wobei Balken 12 die Streckgrenze Rm veranschaulichen. Ferner veranschaulichen Dreiecke 14 die Bruchdehnung A5.During the solidification of the alloy formed Al 2 Cu, which is not pronounced in eutectic form Al-Al 2 Cu-Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 -Si, can be completely dissolved by a solution annealing at 465 degrees Celsius (see 4 ), so that by a water quenching of the Al mixed crystal of Cu is then supersaturated. However, the eutectic pockets Al-Al 2 Cu-Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 -Si can not be completely dissolved at 465 degrees Celsius and three hours. 5 and 6 show diagrams illustrating mechanical properties of components made of said aluminum alloy. This is illustrated by bars 10 the 0.2% proof stress R p0.2 , where bars 12 illustrate the yield strength R m . Furthermore, triangles illustrate 14 the breaking elongation A 5 .

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Claims (7)

Aluminiumlegierung, insbesondere für ein Gießverfahren, wobei die Aluminiumlegierung zumindest Aluminium, Magnesium, Mangan und Kupfer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung aufweist: – 0,001 Gew.% bis 0,50 Gew.% Molybdän, – 0,05 Gew.% bis 0,45 Gew.% Magnesium, – 0,05 Gew.% bis 0,60 Gew.% Mangan – bis 1,1 Gew.% Eisen und – 0,25 Gew.% bis 4,00 Gew.% Kupfer.Aluminum alloy, in particular for a casting method, wherein the aluminum alloy comprises at least aluminum, magnesium, manganese and copper, characterized in that the aluminum alloy comprises: - 0.001% by weight to 0.50% by weight molybdenum, - 0.05% by weight to 0.45% by weight of magnesium, -0.05% by weight to 0.60% by weight of manganese-up to 1.1% by weight of iron and -0.25% by weight to 4.00% by weight of copper. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung mindestens 0,10 Gew.% und weniger als 0,40 Gew.% Mangan aufweist.Aluminum alloy according to claim 1, characterized in that the aluminum alloy has at least 0.10% by weight and less than 0.40% by weight of manganese. Aluminiumlegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung 8,0 Gew.% bis 11,0 Gew.% Silizium aufweist.Aluminum alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum alloy comprises 8.0 wt.% To 11.0 wt.% Silicon. Aluminiumlegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung aufweist: – höchstens 0,3 Gew.% Titan, – höchstens 0,3 Gew.% Zirkon, – höchstens 400 parts per million Strontium, – höchstens 1,5 Gew.% Zink, – höchstens 0,25 Gew.% Chrom, – höchstens 0,20 Gew.% Nickel, – höchstens 0,15 Gew.% Cobalt.Aluminum alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum alloy comprises: - at most 0.3 wt.% Titanium, - at most 0.3 wt.% Zirconium, - at most 400 parts per million strontium, - at most 1.5 wt. % Zinc, - not more than 0.25% by weight of chromium, - not more than 0.20% by weight of nickel, - not more than 0.15% by weight of cobalt. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer Aluminiumlegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche durch Gießen, drucklos oder druckbeaufschlagt mit einem effektiven Druck zwischen 0 bar und 1000 bar.A method for producing an aluminum alloy component according to any one of the preceding claims by casting, pressureless or pressurized with an effective pressure between 0 bar and 1000 bar. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung bei einer Temperatur von 650 Grad Celsius bis 730 Grad Celsius in eine Form gegossen wird.A method according to claim 5, characterized in that the aluminum alloy is poured at a temperature of 650 degrees Celsius to 730 degrees Celsius in a mold. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung bei einer Temperatur von 580 Grad Celsius bis 650 Grad Celsius thixoptrop, drucklos oder druckbeauflschlagt bei einem effektiven Druck zwischen 0 bar und 1000 bar, vergossen wird.A method according to claim 6, characterized in that the aluminum alloy at a temperature of 580 degrees Celsius to 650 degrees Celsius thixoptrop, pressureless or druckbeauflagt at an effective pressure between 0 bar and 1000 bar, is shed.
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