DE102021129329A1

DE102021129329A1 - Verfahren zum Herstellen einer Aluminium-Legierung sowie Bauteil

Info

Publication number: DE102021129329A1
Application number: DE102021129329.4A
Authority: DE
Inventors: Manuel Anasenzl; Franz-Josef Klinkenberg
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2023-05-11
Also published as: CN117813409A; WO2023083567A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Aluminium-Legierung mit folgender Zusammensetzung: 8,0 bis 11,5 Gew.% Silizium, max. 0,3 Gew.% Eisen, max. 0,1 Gew.% Kupfer, 0,3 bis 0,8 Gew.% Mangan, 0,1 bis 0,6 Gew.% Magnesium,max. 0,25 Gew.% Titan, sowie Aluminium als Rest und Verunreinigungen einzeln max. 0,1 Gew.%, insgesamt 0,4 Gew.%, wobei Primäraluminium zumindest 50 Gew.% Recyclingmaterial zum Bilden der vorstehenden Zusammensetzung zugegeben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Aluminium-Legierung sowie ein Bauteil.
Für die Fertigung von Gussbauteilen im Druckguss sind Aluminium-Silizium-Legierungen seit Jahren etabliert, insbesondere untereutektische Legierungen mit Silizium-Gehalten zwischen 9 und 11,5 Gew.%. Diese Legierungen sind genormt nach EN AC 43500. Sie werden überwiegend aus Primärquellen gefertigt. Die Recyclinganteile sind eher gering, die CO₂-Bilanz entsprechend schlecht.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Aluminium-Legierung sowie ein Bauteil anzugeben, welche nachhaltiger sind als die bekannten Ansätze.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Bauteil gemäß Anspruch 5 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Figur.
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminium-Legierung mit folgender Zusammensetzung:

8,0 bis 11,5 Gew.% Silizium (Si),
max. 0,3 Gew.% Eisen (Fe),
max. 0,1 Gew.% Kupfer (Cu),
0,3 bis 0,8 Gew.% Mangan (Mn),
0,1 bis 0,6 Gew.% Magnesium (Mg),
max. 0,25 Gew.% Titan (Ti), sowie
Aluminium (Al) als Rest und Verunreinigungen einzeln max. 0,1 Gew.%, insgesamt 0,4 Gew.%,
wobei Primäraluminium zumindest 50 Gew.% Recyclingmaterial zum Bilden der vorstehenden Zusammensetzung zugegeben wird.

Überraschend wurde festgestellt, dass bei der vorgenannten Legierungszusammensetzung trotz des hohen Recyclinganteils von zumindest 50 Gew.%, bevorzugt zumindest 60 Gew.%, 70 Gew.%, 80 Gew.% oder auch 90 Gew.%, sowohl die statischen Eigenschaften (R_p0,2) als auch die dynamischen Eigenschaften (plastisches Verformungsvermögen) in den Zuständen F, T5, T64, T6 und T7 mindestens vergleichbare Ergebnisse wie die Normlegierungen liefern. Entscheidend ist hierbei vorliegend die vorteilhafte Ausweitung der Normgrenzen (Norm: EN AC 43500), welche die hohen Recyclinganteile ermöglicht. Der Si-Anteil ist entsprechend von 9 bis 11,5 Gew.% auf 8 bis 11,5 Gew.% erweitert, der Fe-Anteil von 0,25 auf 0,3 Gew.%, der Cu-Anteil von 0,05 auf 0,1 Gew.%, der Mn-Anteil von 0,4 bis 0,8 Gew.% auf 0,3 bis 0,8 Gew.% sowie der Ti-Anteil von 0,15 auf 0,25 Gew.%.
Primäraluminium ist Aluminium, das durch Schmelzflusselektrolyse aus Aluminiumoxid erzeugt wird. Aluminiumoxid wird aus dem Aluminium-Erz Bauxit gewonnen. Primäraluminium wird auch Hüttenaluminium genannt.
Begleit- und Spurenelemente (Cr, Ni, Zn, Sn, Pb aber auch Mo,Zr, V) dürfen in Summe max. 0,4 Gew.% (gemäß Norm 0,15 Gew.%) und einzeln max. 0,1 Gew.% (gemäß Norm 0,05 Gew.%) betragen (Cr - Chrom, Ni - Nickel, Sn - Zinn, Pb - Blei, Mo - Molybdän, Zr - Zirkonium, V - Vanadium).
Zweckmäßigerweise werden zum Bilden der vorstehenden Zusammensetzung einzelne Legierungsbestandteile zugegeben und/oder das Recyclingmaterial entsprechend ausgewählt und sortiert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Legierung zumindest 50 Gew.%, bevorzugt zumindest 60 Gew.%, 70 Gew.%, 80 Gew.% oder 90 Gew.%, Recylingmaterial. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Legierung bevorzugt 50 bis 90 Gew.% Recyclingmaterial, weiter bevorzugt 60 bis 90 Gew.%, 70 bis 90 Gew.% oder 80 bis 90 Gew.%. Je höher der Recyclinganteil, desto nachhaltiger ist die Legierung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Legierung die folgende Zusammensetzung:

8,0 bis 9,0 Gew.% Silizium,
0,25 bis 0,3 Gew.% Eisen,
0,05 bis 0,1 Gew.% Kupfer,
0,3 bis 0,4 Gew.% Mangan,
0,1 bis 0,6 Gew.% Magnesium,
0,15 bis 0,25 Gew.% Titan, sowie
Aluminium als Rest und Verunreinigungen einzeln max. 0,1 Gew.%, insgesamt 0,4 Gew.%.

Die vorgenannten Bereichsangaben sind gemäß einer Ausführungsform so zu verstehen, dass die Grenzwerte im Sinne eines „kleiner/gleich“ oder „größer/gleich“ mit eingeschlossen sind. Alternativ können die Grenzwerte auch, zumindest teilweise, ausgeschlossen sein.
Obwohl die Werte weitgehend außerhalb der Norm liegen, können vergleichbare Eigenschaften wie mit der Normlegierung erreicht werden, wobei gleichzeitig aber extrem hohe Recyclinganteile von bevorzugt bis zu 90 Gew.%, oder auch mehr, möglich sind.
Die Aluminium-Legierung ist insbesondere ein Aluminium-Druckgusslegierung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Recyclinganteile bei der Herstellung von Aluminium-Legierungen deutlich zu erhöhen. Die nach dem Verfahren hergestellte (Druckguss-)Legierung ist insbesondere im Kraftfahrzeug- und Motorenbau hervorragend verwendbar.
Der Erfindung richtet sich auch auf ein Bauteil, welches aus einer erfindungsgemäßen Legierung hergestellt ist. Bevorzugt ist das Bauteil ein Gussbauteil, insbesondere ein Druckgussbauteil.
Weitere Vorteil und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügte Figur.
Es zeigt:

1: eine schematische Skizze zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des Verfahrens.

1 zeigt schematisch Skizze zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Aluminium-Legierung 30 mit folgender Zusammensetzung:

8,0 bis 11,5 Gew.% Silizium,
max. 0,3 Gew.% Eisen,
max. 0,1 Gew.% Kupfer,
0,3 bis 0,8 Gew.% Mangan,
0,1 bis 0,6 Gew.% Magnesium,

2

Bezugszeichenliste

10: Schrott
12: Recyclingmaterial, ausgewählte Schrottreste
20: Primäraluminium
22: Legierungsbestandteil
30: Aluminium-Legierung

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Aluminium-Legierung (30) mit folgender Zusammensetzung: 8,0 bis 11,5 Gew.% Silizium, max. 0,3 Gew.% Eisen, max. 0,1 Gew.% Kupfer, 0,3 bis 0,8 Gew.% Mangan, 0,1 bis 0,6 Gew.% Magnesium, max. 0,25 Gew.% Titan, sowie Aluminium als Rest und Verunreinigungen einzeln max. 0,1 Gew.%, insgesamt 0,4 Gew.%, wobei Primäraluminium (20) zumindest 50 Gew.% Recyclingmaterial (12) zum Bilden der vorstehenden Zusammensetzung zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Bilden der vorstehenden Zusammensetzung einzelne Legierungsbestandteile (22) zugegeben und/oder das Recyclingmaterial (12) entsprechend ausgewählt und sortiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zumindest 70 Gew.% Recyclingmaterial (12) zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aluminium-Legierung (30) folgende Zusammensetzung aufweist: 8,0 bis 9,0 Gew.% Silizium, 0,25 bis 0,3 Gew.% Eisen, 0,05 bis 0,1 Gew.% Kupfer, 0,3 bis 0,4 Gew.% Mangan, 0,1 bis 0,6 Gew.% Magnesium, 0,15 bis 0,25 Gew.% Titan, sowie Aluminium als Rest und Verunreinigungen einzeln max. 0,1 Gew.%, insgesamt 0,4 Gew.%,
Bauteil aus einer Aluminium-Legierung, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.