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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, sowie eine Verwendung einer auf Aluminium basierenden Legierung zur Herstellung eines Bauteils.
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Bauteile aus Aluminium bzw. aus Aluminiumlegierungen kommen in unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz, insbesondere auch im Automobilbau. Im Vergleich mit Stahlbauteilen ist neben der höheren Korrosionsbeständigkeit insbesondere auch die geringere Dichte von Vorteil. Letztere ermöglicht eine Gewichtsminimierung, auch wenn zum Teil höhere Materialstärken notwendig sind, um gewünschte Materialeigenschaften zu erreichen. Zur Herstellung von Aluminiumbauteilen (was in diesem Zusammenhang Bauteile aus Aluminiumlegierungen einschließt) können unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden. Neben der Urformung schließt dies sowohl Warmumformung als auch Kaltumformung ein. Während sich das Metall bei Urformverfahren, bspw. beim Aluminiumdruckguss, in flüssigem Zustand befindet und bei klassischen Umformverfahren im festen Zustand, wird bei sogenannten Semi-Solid-Verfahren eine Temperatur eingestellt, bei der das Metall teilweise flüssig und teilweise fest ist. Im Bereich der Übergangstemperatur zwischen fest und flüssig wird der thixotrope Zustand erreicht, in dem fein verteilte, kristallisierte Bestandteile in Schmelzbereiche eingebettet sind. In diesem thixotropen Zustand verringert sich die Viskosität des Materials unter Einwirkung von Scherkräften, wodurch es sich bspw. bei vergleichsweise geringen Druck präzise in nahezu beliebige Formen einpressen lässt. Insbesondere lassen sich im Vergleich zu konventionellen Druckguss sehr dünnwandige Bauteile herstellen. Bei Semi-Solid-Verfahren wird angestrebt, dass ein optimaler Volumenanteil an flüssiger Phase entsteht, welcher ein reibungsarmes Umformen der restlichen, noch festen Legierungsbestandteile durch Schmieden, Gießen, Strangpressen, Fließpressen, etc. des in thixotropem Zustand vorliegenden metallischen Werkstoffes ermöglicht.
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Dabei sind nicht alle Aluminiumlegierungen, die bspw. für konventionellen Druckguss geeignet sind, auch für Semi-Solid-Verfahren geeignet. Dies gilt vor allem für viele im Stand der Technik bekannte Silizium-freie Legierungen wie bspw. Castaduct®-42 (AIMg4Fe2). Letztgenanntes Material ist für Druckguss geeignet und zeichnet sich in festem Zustand durch vorteilhafte mechanische Eigenschaften aus, insbesondere eine hohe Duktilität. Im Bereich der Übergangstemperatur, welche für Semi-Solid-Verfahren einzustellen wäre, bildet sich allerdings eine Al13Fe4-Phase aus, während sich keine Al-Phase einstellt. Zur Durchführung eines Semi-Solid-Verfahrens wäre allerdings die Ausbildung einer AI-Phase notwendig, die in flüssiges Material eingebettet ist. Dies lässt sich im Stand der Technik mit Aluminiumlegierungen erreichen, die einen erheblichen Anteil an Silizium aufweisen, bspw. zwischen 5 und 10 Gew.-% (wobei hier und im Folgenden die Bezeichnungen „Gew.-%“ und „Masseprozent“ gleichbedeutend verwendet werden). Solche Legierungen weisen allerdings im Allgemeinen eine deutlich verminderte Duktilität auf und sind daher für bestimmte Anwendungen ungeeignet.
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Die
US 9 920 401 B2 offenbart eine Aluminiumlegierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit, die für Druckguss vorgesehen ist. Die Legierung enthält außer Aluminium 0,2-2,0 Gew.-% Magnesium, 0,1-0,3 Gew.-% Eisen sowie 0,1-1,0 Gew.-% Kobalt. Sie ist insbesondere zur Herstellung von LED-Komponenten vorgesehen.
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Aus der
US 9 715 971 B2 ist eine Elektrode für eine Sekundärbatterie bekannt, die eine Folie aus einer Aluminiumlegierung aufweist. Die Aluminiumlegierung enthält 0,03-0,1 Gew.-% Eisen, bis zu 0,1 Gew.-% Silizium, sowie optional Titan und Kupfer. Aus der Legierung wird zunächst durch kontinuierliches oder halbkontinuierliches Stranggießen ein Barren hergestellt, der thermisch homogenisiert und anschließend ausgewalzt wird, um die Folie herzustellen. Die
US 2013/0269842 A1 betrifft eine ähnliche Elektrode, wobei die Aluminiumlegierung in diesem Fall 0,03-0,1 Gew.-% Eisen, 0,01-0,1 Gew.-% Silizium sowie geringe Mengen Kupfer enthält.
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Die
US 2018/0274073 A1 offenbart eine hochfeste Aluminiumlegierung, die neben Aluminium 0,3-1,0 Gew.-% Eisen enthält sowie Zink, Magnesium, Nickel, Kupfer, Zirkonium, Titan, Scandium und Chrom. Dabei ist vorgesehen, dass Eisen und Nickel Aluminide einer Al9FeNi-Phase erzeugen, die wenigstens 2 Volumenprozent ausmacht. Aus der Aluminiumlegierung können Bauteile gegossen oder geschmiedet werden.
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Aus der
CN 108165842 A ist eine Aluminiumlegierung bekannt, die insbesondere für Semi-Solid-Verfahren geeignet ist. Neben Aluminium enthält die Legierung 6-7.4 Gew.-% Silizium, höchstens 0,15 Gew.-% Eisen, 0.15-0.25 Gew.-% Magnesium, sowie Titan, Chrom, Ytterbium, Tellur, Beryllium sowie ggf. Spuren weiterer Elemente.
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Die
US 2003/0178106 A1 offenbart eine Aluminiumlegierung mit 6,5-8,5 Gew.-% Silizium, 0,6-1.0 Gew.-% Eisen sowie Mangan, Magnesium, Zink, Titan, Kupfer und bis zu 0,15 Gew.-% an weiteren Elementen. Die Legierung ist insbesondere für Semi-Solid-Verfahren vorgesehen.
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Die
US 5 115 770 A betrifft eine Aluminiumlegierung, die bis zu 0,8 Gew.-% Eisen, bis zu 0,6 Gew.-% Silizium sowie Kupfer, Mangan, Vanadium, Zirkonium und optional geringe Mengen Zink, Mangan und Nickel aufweist. Aus der Legierung können durch Druckguss Bauteile hergestellt werden, die eine besondere Zugfestigkeit aufweisen, auch wenn sie über längere Zeiträume einer erhöhten Temperatur ausgesetzt sind, bspw. ein Kolben für einen Verbrennungsmotor.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Herstellung von Bauteilen mit erhöhter Duktilität aus einer Aluminiumlegierung durch Semi-Solid-Verfahren, noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Bauteilen mit erhöhter Duktilität aus einer Aluminiumlegierung mittels eines Semi-Solid-Verfahrens zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils zur Verfügung gestellt. Dabei ist in diesem Zusammenhang der Begriff „Bauteil“ weit auszulegen und bezieht sich neben vollständig fertigen Teilen, die keiner weiteren Bearbeitung bedürfen, auch auf solche Teile, die ggf. vor ihrer Verwendung noch nachbearbeitet werden, bspw. durch spanende Bearbeitung, Oberflächenbehandlung, Oberflächenbeschichtung oder dergleichen. Insbesondere schließt der Begriff in diesem Zusammenhang auch Halbzeuge ein.
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Bei dem Verfahren wird eine auf Aluminium basierende Legierung bereitgestellt und in halbfesten Zustand überführt und das Bauteil hieraus durch ein Semi-Solid-Verfahren hergestellt. Die auf Aluminium basierende Legierung, man könnte auch sagen Aluminiumlegierung, enthält in diesem Zusammenhang bevorzugt wenigstens 70 Gew.-%, weiter bevorzugt wenigstens 80 Gew.-%, noch weiter bevorzugt wenigstens 90 Gew.-% Aluminium. Außer Aluminium weist sie wenigstens ein weiteres Element auf. Das wenigstens eine weitere Element kann insbesondere ein Metall, ggf. aber auch ein Halbmetall und/oder Nichtmetall sein. Die Legierung wird bereitgestellt, man könnte auch sagen hergestellt, und in halbfesten Zustand überführt. Dieser Zustand, der auch als thixotrope Zustand bezeichnet werden kann, zeichnet sich dadurch aus, dass Teile der Legierung fest sind, während andere Teile flüssig sind. Üblicherweise wird der halbfeste Zustand dadurch erreicht, dass die Legierung zunächst geschmolzen wird bzw. einzelne Komponenten der Legierung geschmolzen und dann zur Legierung vermischt werden, wonach die Legierung abgekühlt wird, bis im Bereich der Übergangstemperatur der halbfeste Zustand erreicht wird. Dabei kann die Legierung in einem Behälter aufgenommen sein, der Mittel zum Kühlen und/oder Mittel zum Beheizen aufweist, durch welche die Temperatur der Legierung und somit der halbfeste Zustand wenigstens zeitweise stabilisiert werden können. Des Weiteren können Mittel zum Durchmischen der Legierung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet sind, die Legierung wenigstens in flüssigem Zustand, ggf. auch in halbfestem Zustand, zu durchmischen. Das Durchmischen kann bspw. durch elektromagnetische Felder erfolgen, durch Ultraschall oder durch einen Enthalpietaustauscher. Nachdem die Legierung in den halbfesten Zustand überführt wurde, wird das Bauteil durch ein Semi-Solid-Verfahren aus der Legierung hergestellt. Dabei bezeichnet der Begriff „Semi-Solid-Verfahren“ in diesem Zusammenhang allgemein ein formgebendes Verfahren, bei dem die Formgebung erfolgt, während sich die Legierung in halbfestem Zustand befindet. Allgemein wird ein Semi-Solid-Verfahren dabei als Urformverfahren charakterisiert.
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Erfindungsgemäß enthält die Legierung weniger als 1,3 Gew.-% Eisen sowie höchstens 0,2 Gew.-% Silizium. Aufgrund des geringen Siliziumanteils, der im Rahmen der Erfindung auch vernachlässigbar klein sein kann, kann die Legierung auch als (nahezu) siliziumfrei angesehen werden. Dies steht im Gegensatz zu Aluminiumlegierungen, die im Stand der Technik für Semi-Solid-Verfahren verwendet werden und erhebliche Siliziumanteile bspw. im Bereich von 5-10 Gew.-% aufweisen. Während sich solche Legierungen zwar gut für Semi-Solid-Verfahren einsetzen lassen, weisen die hieraus gefertigten Bauteile allerdings eine vergleichsweise geringe Duktilität auf bzw. eine niedrige Bruchdehnung (wenngleich sich diese durch Wärmebehandlung steigern lassen). Dadurch, dass erfindungsgemäß der Gewichtsanteil von Eisen auf weniger als 1,3 % beschränkt ist, lässt sich verhindern, dass sich bereits eine Al13Fe4-Phase bildet, während noch keine reine Aluminiumphase vorhanden ist. Erfindungsgemäß lässt sich ein halbfester Zustand erreichen, in welchem feste Aluminiumpartikel in einer ansonsten flüssigen Phase aufgenommen bzw. darin suspendiert sind. Der erfindungsgemäß niedrige Gewichtsanteil an Eisen führt auch dazu, dass nach der Abkühlung und Aushärtung der Legierung ein geringerer Anteil an Al13Fe4-Phase vorhanden ist, was sich vorteilhaft auf die Duktilität bzw. die Bruchdehnung des fertigen Bauteils auswirkt. Es hat sich gezeigt, dass durch die Reduzierung des Eisenanteils auf weniger als 1,3 Gew.-% der Temperaturbereich vergrößert werden kann, in welchem sich die Legierung im halbfesten Zustand befindet. Hierdurch wird die Verfahrensführung deutlich vereinfacht.
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Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren unterschiedlichen Verfahrenstypen zu gehören, bspw. dem Thixoschmieden, wobei die Formgebung zwischen zwei Gesenken erfolgt, die aufeinander zu bewegt werden. Bevorzugt wird das Bauteil durch Rheogießen hergestellt, wobei die Legierung in halbfestem Zustand durch wenigstens eine Transferöffnung in eine überwiegend geschlossene Formkavität eingebracht wird und in der Formkavität erstarrt. Die Formkavität ist dabei ein Hohlraum, der innerhalb einer Form ausgebildet ist. Die Form kann dabei bspw. durch zwei Formhälften gebildet sein, die vor dem Einbringen der Legierung aneinandergefügt werden, um die Formkavität auszubilden. Letztere ist überwiegend geschlossen, weist allerdings wenigstens eine Transferöffnung zum Einbringen der Legierung auf. Die Legierung kann auch gleichzeitig oder nacheinander durch eine Mehrzahl von Transferöffnungen in die Formkavität eingebracht werden. Insbesondere kann sie unter Druck in die Formkavität eingepresst bzw. eingespritzt werden. Die Legierung kann zunächst wie oben beschrieben in flüssigem Zustand in einem Behälter aufgenommen werden, der optional Mittel zum Kühlen und/oder zum Beheizen aufweisen kann. Wenn der halbfeste Zustand eingestellt wurde, kann die Legierung bspw. durch einen Druckkolben oder eine Förderschnecke aus dem Behälter durch die wenigstens eine Transferöffnung in die Formkavität gefördert werden.
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Bevorzugt enthält die Legierung höchstens 0,1 Gew.-% oder höchstens 0,05 Gew.-% Silizium. Der Anteil an Silizium kann idealerweise noch weiter reduziert werden, bspw. auf höchstens 0,01 Gew.-% oder höchstens 0,001 Gew.-%, so dass die Legierung im Wesentlichen als siliziumfrei angesehen werden kann. Vorteilhaft ist der Anteil an Silizium auf unvermeidbare Verunreinigungen reduziert.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann der Eisenanteil noch weiter reduziert werden, so dass die Legierung höchstens 1,0 Gew.-% Eisen enthält. Dabei zeigt sich, dass der Temperaturbereich, in welchem sich der halbfeste Zustand stabilisieren lässt, mit abnehmendem Eisenanteil größer wird. Unter Umständen kann der Eisenanteil auch höchstens 0,7 Gew.-% oder höchstens 0,5 Gew.-% betragen.
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Wenngleich die Reduzierung des Eisenanteils die oben beschriebenen positiven Effekte hat, ist es unnötig, den Eisenanteil „auf Null“ zu reduzieren. Zur Einstellung bestimmter Legierungseigenschaften kann ein gewisser nicht-vernachlässigbarer Eisenanteil von Vorteil sein. Des Weiteren kann hat sich gezeigt, dass hiermit der Verschleiß innerhalb der Gussform geringer ist als ohne Eisenanteil. Unter diesem Aspekt ist es bevorzugt, dass die Legierung wenigstens 0,1 Gew.-% Eisen enthält.
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Weiter kann es vorteilhaft sein, dass die Legierung wenigstens 0,3 Gew.-% Eisen enthält.
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Die Legierung kann insbesondere Magnesium enthalten. Dies kann auch in Kombination mit Eisen enthalten sein, so dass man von einer Aluminium-Magnesium-Eisen-Legierung sprechen kann. Im fertigen Bauteil kann das Magnesium dann innerhalb einer AI3Mg2-Phase vorliegen.
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Der Gewichtsanteil an Magnesium kann variieren, liegt allerdings normalerweise bei höchstens 10 Gew.-%. Bevorzugt enthält die Legierung 3,0-4,6 Gew.-% Magnesium. Weiter bevorzugt kann die Untergrenze für den Magnesiumanteil 3,2 Gew.-%, 3,4 Gew.-% oder 3,6 Gew.-% betragen. Die Obergrenze für den Magnesiumanteil kann weiter bevorzugt 4,5 Gew.-% oder 4,4 Gew.-% betragen.
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Typischerweise enthält die Legierung höchstens 1,0 Gew.-% an weiteren Elementen, welche sich von Aluminium, Magnesium, Eisen und Silizium unterscheiden. Weiter bevorzugt liegt der Anteil dieser Elemente unter 0,5 Gew.-%. Derartige optional enthaltene weitere Elemente könnten bspw. Metalle sein, die insbesondere aus Kupfer, Mangan, Zink, Molybdän, Zirkonium, Beryllium sowie Titan ausgewählt sein können. Insbesondere können die weiteren Elemente Kupfer in einem Gewichtsanteil von höchstens 0,2 Gew.-% sowie Mangan in einem Gewichtsanteil von höchstens 0,1 Gew.-% aufweisen, wobei der gesamte Gewichtsanteil etwaiger anderer Elemente (außer Al, Mg, Fe, Si, Cu und Mn) unter 0,05 Gew.-% liegt.
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Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug hergestellt werden. Das Bauteil kann für das Chassis oder die Karosserie vorgesehen sein. Hierbei kommen sämtliche Bauteile infrage, bei denen das Semi-Solid-Verfahren bzw. Rheogießen Vorteile gegenüber anderen Verfahren wie bspw. Druckguss hat, z.B. weil besonders dünnwandige Bauteile hergestellt werden sollen, und bei denen eine erhöhte Duktilität von Vorteil ist. Es könnte sich hierbei um Verkleidungselemente, Trägerelemente, Aufhängungskomponenten, Motorkomponenten oder andere handeln. Weiterhin eignet sich das Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, das im Weiteren durch Stanznieten (Self Piercing Riveting; SPR) mit einem zweiten Bauteil verbunden werden soll. Das zweite Bauteil kann insbesondere aus Stahl bestehen. Bei diesem Verbindungsverfahren ist die sich erfindungsgemäß einstellende erhöhte Duktilität von Vorteil. Weitere Verbindungsverfahren, bei denen sich diese Duktilität vorteilhaft auswirkt, sind Fließlochformendes Verschrauben, Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzten, Reibschweißen sowie Schweißnieten.
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Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer auf Aluminium basierenden Legierung zur Herstellung eines Bauteils durch ein Semi-Solid-Verfahren, insbesondere durch Rheogießen, wobei die Legierung weniger als 1,3 Gew.-% Eisen sowie höchstens 0,2 Gew.-% Silizium enthält. Die genannten Begriffe wurden mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren bereits erläutert und werden insofern nicht nochmals erklärt. Forderte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verwendung entsprechen denen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Stufe eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 ein Phasendiagramm, dass die Abhängigkeit verschiedener Phasen vom Eisenanteil einer Aluminiumlegierung zeigt;
- 4 ein Diagramm, dass die temperaturabhängige Bildung einzelner Phasen in einer für Druckguss geeigneten Aluminiumlegierung illustriert;
- 5 ein Diagramm, dass die temperaturabhängige Bildung einzelner Phasen in einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Aluminiumlegierung illustriert; sowie
- 6A-6E verschiedene Stufen eines Fügeverfahrens unter Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Bauteils.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt stark schematisiert eine Vorrichtung 1 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei soll ein Bauteil durch Rheogießen aus einer auf Aluminium basierenden Legierung 20 hergestellt werden. Erkennbar ist eine Form 2 mit einer ersten Formhälfte 2.1 sowie einer zweiten Formhälfte 2.2, die zusammengefügt zwischen sich eine Formkavität 3 definieren. An einer Seite ist die Formkavität 3 mit einer Transferöffnung 4 verbunden, die wiederum in Verbindung mit einem Behälter 5 steht. Der Behälter 5 weist eine Einfüllöffnung 6 auf, durch die die Legierung 20 in flüssiger Form eingefüllt werden kann. Innerhalb des Behälters 5 wird die Legierung 20 in einen halbfesten Zustand überführt, wobei die notwendige Temperatur durch eine Temperiervorrichtung 10 eingestellt wird, die sowohl Mittel zum Kühlen als auch Mittel zum Heizen aufweisen kann. Des Weiteren ist angrenzend an den Behälter 5 eine Mischvorrichtung 9 angeordnet, die bspw. dazu ausgebildet sein kann, elektromagnetische Felder zu erzeugen. Diese wirken auf die Legierung 20 ein und bewirken wenigstens im flüssigen Zustand derselben eine verbesserte Durchmischung der einzelnen Komponenten. Innerhalb des Behälters 5 ist zum einen ein beweglicher Kolben 7 angeordnet sowie zum anderen eine Transferluke 8. Die Legierung 20 ist zunächst zwischen dem Kolben 7 und der Transferluke 8 eingeschlossen (siehe 1).
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Wenn die Legierung 20 in den halbfesten Zustand überführt wurde, beginnt der eigentliche Formungsvorgang, wozu die Transferluke 8 geöffnet wird (siehe 2), während der Kolben 7 in Richtung auf die Form 2 bewegt wird. Hierdurch wird die Legierung 20 durch den Behälter 5 bewegt und weiter über die Transferöffnung 4 in die Formkavität 3 hineingepresst, während sie sich weiter im halbfesten Zustand befindet. Innerhalb der Formkavität 3 härtet die Legierung 20 aus und bildet das gewünschte Bauteil.
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Insbesondere könnte es sich bei dem hergestellten Bauteil um ein Karosseriebauteil handeln, das später durch Stanznieten (Self Piercing Riveting; SPR) mit einem anderen Bauteil, welches bspw. aus Stahl besteht, verbunden wird. Bei diesem Verfahren ist die sich erfindungsgemäß einstellende erhöhte Duktilität von Vorteil.
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Die in diesem Beispiel verwendete Legierung
20 weist folgende Bestandteile auf:
| Magnesium: | 4,3 Gew.-% |
| Eisen: | 1,0 Gew.-% |
| Silizium: | 0,1 Gew.-% |
| Kupfer: | 0,1 Gew.-% |
| Mangan: | 0,075 Gew.-% |
| Aluminium: | Rest |
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Die Bedeutung der Beschränkung des Eisenanteils auf weniger als 1,3 Gew.-% (in diesem Fall 1,0 Gew.-%) wird aus dem Phasendiagramm in 3 deutlich, welches die Bildung verschiedener Phasen in Abhängigkeit vom Eisenanteil illustriert. Dabei ist erkennbar, dass sich eine Mischphase mit festem Aluminium in einer flüssigen Phase nur dann erreichen lässt, wenn der Eisenanteil wie beschrieben beschränkt wird und somit unterhalb des Wertes von 1,3 Gew.-% für das Eutektikum liegt. Andernfalls kommt es zunächst zu einer Bildung von festem A113Fe4, bevor sich die reine Aluminiumphase bildet. Dies wäre bspw. bei für Druckguss einsetzbaren Legierungen im Stand der Technik der Fall, die üblicherweise einen Eisenanteil zwischen 1,5 Gew.-% und 1,7 Gew.-% aufweisen. Ein Beispiel hierfür wäre Castaduct®-42, welches sich von der erfindungsgemäß eingesetzten Legierung insbesondere durch einen Eisenanteil von 1,6 Gew.-% unterscheidet.
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Der Sachverhalt wird nochmals deutlich anhand der Diagramme in
4 und
5, die jeweils die temperaturabhängige Bildung einzelner Phasen illustrieren.
4 zeigt ein entsprechendes Diagramm für eine nicht erfindungsgemäß verwendbare Legierung mit folgenden Bestandteilen:
| Magnesium: | 4,3 Gew.-% |
| Eisen: | 1,3 Gew.-% |
| Silizium: | 0,1 Gew.-% |
| Kupfer: | 0,1 Gew.-% |
| Mangan: | 0,075 Gew.-% |
| Aluminium: | Rest |
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Es ist erkennbar, dass die Bildung von Al13Fe4 bereits bei ca. 655°C einsetzt, während die Bildung der Al-Phase erst unterhalb von ca. 633°C beginnt. 5 zeigt ein Diagramm für die oben beschriebene erfindungsgemäß einsetzbare Legierung. Durch die Reduzierung des Eisenanteils auf 1,0 Gew.-% wird die Bildung der Al13Fe4-Phase unterdrückt, so dass sie erst unterhalb von ca. 631°C einsetzt, während die Bildung der Al-Phase wiederum schon unterhalb von ca. 633°C beginnt.
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Bei der hier eingesetzten erfindungsgemäßen Legierung beträgt der Siliziumanteil 0,1 Gew.-%. Dieser Anteil kann weiter reduziert werden, ohne die oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften zu beeinträchtigen, z.B. auf 0,05 Gew.-%, 0,01 Gew.-% oder 0,001 Gew.-%.
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6A-6E zeigen verschiedene Phasen eines Verfahrens, bei dem ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil, nachfolgend als Aluminiumteil 11 bezeichnet, durch Stanznieten mit einem Stahlteil 12 verbunden wird. Beide Teile 11, 12 sind hier als ebene Bleche dargestellt, was allerdings nicht einschränkend zu verstehen ist. Das Aluminiumteil 11 wird auf eine Matrize 13 aufgelegt, wobei das Stahlteil 12 auf dem Bauteil 11 aufliegt. Einen Halbhohlniet 14 ist in einer Setzeinheit 15 aufgenommen (siehe 6A). Die Setzeinheit 15 wird auf das Stahlteil 12 aufgesetzt, wodurch die vorgesehene Fügestelle fixiert wird. Gleichzeitig wird das Halbhohlniet 14 vorgeschoben und aufgesetzt (6B). Durch weiteren Vorschub erfolgt zunächst eine plastische Verformung des Stahlteils 12 sowie des Aluminiumteils 11 in die Matrize 13 hinein, während das Halbhohlniet 14 noch seine ursprüngliche Form beibehält (6C). Im Weiteren stanzt das Halbhohlniet 14 nur das oben befindliche Stahlteil 12 durch und formt das unten befindliche Aluminiumteil 11 plastisch zu einem Schließkopf 11.1 um (6D und 6E). Gleichzeitig erfolgt eine Verspreizung des Schaftes des Halbhohlniets 14, wodurch die formschlüssige Verbindung komplettiert wird. Es versteht sich, dass im Bereich des Schließkopfes 11.1 ein hohes Maß an Umformung erfolgt, wobei eine besonders hohe Duktilität notwendig ist, um Risse oder Brüche zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, dass Bauteile, die erfindungsgemäß hergestellt wurden, bei diesem Verfahren eine besonders geringe Neigung zur Rissbildung zeigen.
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Abgesehen von dem hier beispielhaft gezeigten Stanznieten kann das Aluminiumteil 11 auch vorteilhaft bei anderen Verbindungsverfahren eingesetzt werden, wozu insbesondere Fließlochformendes Verschrauben, Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzten, Reibschweißen sowie Schweißnieten zählen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Form
- 2.1, 2.2
- Formhälfte
- 3
- Formkavität
- 4
- Transferöffnung
- 5
- Behälter
- 6
- Einfüllöffnung
- 7
- Kolben
- 8
- Transferluke
- 9
- Mischvorrichtung
- 10
- Temperiervorrichtung
- 11
- Bauteil
- 11.1
- Schließkopf
- 12
- Stahlteil
- 13
- Matrize
- 14
- Halbhohlniet
- 15
- Setzeinheit
- 20
- Legierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 9920401 B2 [0004]
- US 9715971 B2 [0005]
- US 2013/0269842 A1 [0005]
- US 2018/0274073 A1 [0006]
- CN 108165842 A [0007]
- US 2003/0178106 A1 [0008]
- US 5115770 A [0009]
