DE102022119277A1

DE102022119277A1 - Komponente mit maßgefertigten mechanischen Eigenschaften und Korrosionseigenschaften

Info

Publication number: DE102022119277A1
Application number: DE102022119277.6A
Authority: DE
Inventors: Henry Zhan; Pan Wang; Yiwu Xu; Devin R. Hess; Jinping Li
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-08-02
Publication date: 2023-08-03
Also published as: CN116555637A; US20230243023A1

Abstract

Aluminiumlegierungskomponenten können eine Zusammensetzung enthalten, die in Gew.-% Konzentrationen von Chrom von größer oder gleich 0 bis kleiner oder gleich 0,3, Mangan von größer oder gleich 0 bis kleiner oder gleich 0,4, Silicium von größer oder gleich 6,5 bis kleiner oder gleich 9,5, Magnesium von größer oder gleich 0 bis kleiner oder gleich 0,35, Eisen von größer oder gleich 0,2 bis kleiner oder gleich 0,4, Zink von größer oder gleich 0 bis kleiner oder gleich 0,15, Kupfer von größer oder gleich 0 bis kleiner oder gleich 0,5, Titan von größer oder gleich 0 bis kleiner oder gleich 0,2, Strontium von größer oder gleich 0 Teile pro Million bis kleiner oder gleich 200 Teile pro Million enthält, wobei ein Rest Aluminium ist.

Description

EINLEITUNG
Dieser Abschnitt bietet Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung, die nicht notwendig Stand der Technik sind.
Um großvolumige Kraftfahrzeugkomponenten zu bilden, werden üblicherweise Druckgussprozesse verwendet. Da Aluminiumlegierungen vorteilhafte Eigenschaften wie etwa hohe spezifische Festigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweisen, werden insbesondere häufig Aluminiumlegierungen verwendet, um die Strukturkomponenten in dem Druckgussprozess zu bilden. Außerdem ermöglicht die hervorragende Vergießbarkeit von Aluminiumlegierungen im Vergleich zu anderen Legierungen die Bildung komplexerer dünnwandiger Komponenten in einem Druckgussprozess. Wegen des Vorhandenseins eines Lufteinschlusses, eutektischer Siliciumteilchen und einer großen Menge grober Fe-reicher intermetallischer Phasen, die in plastischen Verformungen als Spannungserhöher wirken, haben Aluminiumdruckgüsse herkömmlich eine Beschränkung der Duktilität und der Bruchzähigkeit. Um einigen hochintegrierten Komponenten, die Crashtauglichkeit und Nieten mit Stahl erfordern, wie etwa Scharniersäule und Federbeindom, zu genügen, sind viele Technologien entwickelt worden, um die Duktilität und Bruchzähigkeit zu verbessern. Zum Beispiel wird üblicherweise eine komplizierte T7-Wärmebehandlung angewendet, um die Morphologie eutektischer Si-Teilchen von korallenartig in sphärisch zu ändern, um die Bruchzähigkeit zu verbessern. Die T7-Wärmebehandlung enthält das Erwärmen der Gusskomponenten auf erhöhte Temperaturen höher als 460 °C und das Verbleiben während 30 Minuten, um eutektische Si-Teilchen zu sphärodisieren, gefolgt von einem
Luftabschrecken. Daraufhin wird an den erhaltenen Komponenten bei etwa 180 - 230 °C während 30 bis 180 Minuten eine Alterungsbehandlung durchgeführt, um die mechanischen Eigenschaften zu stabilisieren. Die T7-Wärmebehandlung erfordert einen verringerten Lufteinschluss in der Gusskomponente, andernfalls erzeugt die erhöhte Temperatur wegen der Porositäten darunter Oberflächenblasen. Somit wird der Supervakuum-Druckgussprozess üblicherweise von einer T7-Wärmebehandlung begleitet.
Allerdings führen der Supervakuum-Druckguss und die komplizierte T7-Wärmebehandlung zu hohen Kosten und komplizierter Herstellung. Eine andere Strategie, um die Herstellung von Druckgusskomponenten mit ausgezeichneter Duktilität und Buchzähigkeit zu ermöglichen, ist, eine optimierte chemische Zusammensetzung der Legierung mit Eisenverringerung auf äußerst niedrige Niveaus (< 0,13 Masse-%) anzuwenden. In der optimierten chemischen Zusammensetzung der Legierung wird anstelle von Eisen Mangan angewendet, um die Beständigkeit gegen Ankleben an der Form zu verbessern, sodass unerwünschte grobe Fe-reiche intermetallische Verbindungen beseitigt werden können. Allerdings müssen große Mengen Reinstaluminium verwendet werden, was zu teuren Ausgangsmaterialien und hohen CO₂-Fußabdrücken führt. Es sind zusätzliche Technologien erforscht werden, um die Verarbeitungskosten und die CO₂-Fußabdrücke zu verringern, ohne mechanische Eigenschaften zu opfern.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Schutzumfangs oder aller ihrer Merkmale.
Gemäß bestimmten Aspekten betrifft die vorliegende Offenbarung eine Aluminiumlegierungskomponente, die eine Aluminiumlegierungszusammensetzung umfasst. Die Aluminiumlegierungszusammensetzung enthält Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 6,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 9,5 Gew.-%, Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,35 Gew.-%, Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, Titan (Ti) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, Strontium (Sr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Teilen pro Million (ppm) bis kleiner oder gleich etwa 200 ppm und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist.
Gemäß einem Aspekt weist die Aluminiumlegierungsguss-Komponente eine Fließgrenze von größer oder gleich etwa 100 MPa, eine Bruchdehnung von größer oder gleich etwa 8 % und einen äquivalenten Biegewinkel bei einer Dicke (t, mm) von größer oder gleich etwa $34 / \sqrt{t}$
Grad auf.
Gemäß einem Aspekt weist die Aluminiumlegierungsguss-Komponente eine Fließgrenze von größer oder gleich etwa 110 MPa, eine Bruchdehnung von größer oder gleich etwa 8 % und einen äquivalenten Biegewinkel bei einer Dicke (t, mm) von größer oder gleich etwa $44 / \sqrt{t}$
Grad auf.
Gemäß einem Aspekt ist eine kumulative Gesamtmenge des Eisens (Fe), des Mangans (Mn) und des Chroms (Cr) kleiner als 0,65 Gew.-%.
Gemäß einem Aspekt ist eine Summe der Konzentration von Eisen (Fe), des anderthalbfachen (1 ,5-fachen) der Konzentration von Mangan (Mn) und des Zwei-komma-sieben-fachen (2,7-fachen) der Konzentration des Chroms (Cr) größer als 0,8 Gew.-%.
Gemäß einem Aspekt enthält die Legierungszusammensetzung Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 6,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 8 Gew.-%, Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,1 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist.
Gemäß einem Aspekt enthält die Legierungszusammensetzung Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 8 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 9,5 Gew.-%, Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist.
Gemäß einem Aspekt enthält eine eutektische Siliciumphase der Aluminiumlegierungsguss-Komponente in einem wie gegossenen Zustand in einem dreidimensionalen Raum eine korallenartige Morphologie.
Gemäß bestimmten Aspekten betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumgusskomponente, wobei das Verfahren das Bilden einer Aluminiumschmelze unter Verwendung von größer oder gleich etwa 40 Gew.-% Aluminiumschrott, das Einstellen der Aluminiumschmelze zum Bilden einer Aluminiumlegierungszusammensetzung zum Bilden der Aluminiumgusskomponente, wobei die Aluminiumlegierungszusammensetzung Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 6,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 9,5 Gew.-%, Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,35 Gew.-%, Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, Titan (Ti) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, Strontium (Sr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Teilen pro Million (ppm) bis kleiner oder gleich etwa 200 ppm, und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist, enthält, und das Gießen der Aluminiumlegierungszusammensetzung unter Verwendung eines Hochdruck-Druckgusses oder Halbfest-Druckgusses, um die Aluminiumgusskomponente zu bilden, enthält.
Gemäß einem Aspekt enthält das Verfahren ferner das Erwärmen der Aluminiumgusskomponente auf wenigstens eine Temperatur von größer oder gleich etwa 100 °C bis kleiner oder gleich etwa 250 °C und während größer oder gleich etwa 10 Minuten bis kleiner oder gleich etwa 300 Minuten.
Gemäß einem Aspekt enthält das Verfahren ferner das Erwärmen der Aluminiumgusskomponente auf etwa 205 °C während etwa 60 Minuten.
Gemäß einem Aspekt enthält das Verfahren ferner das Lackeinbrennen der Aluminiumgusskomponente.
Gemäß einem Aspekt enthält die Legierungszusammensetzung Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 6,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 8 Gew.-%, Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,1 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist.
Gemäß einem Aspekt enthält die Legierungszusammensetzung Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 8 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 9,5 Gew.-%, Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist.
Gemäß einem Aspekt erzeugt das Verfahren kleiner oder gleich etwa 10 Tonnen Kohlendioxidemissionen (CO₂-Emission) pro 1 Tonne Druckaluminiumkomponente, die gebildet wird.
Gemäß bestimmten Aspekten betrifft die vorliegende Offenbarung eine Aluminiumlegierungsguss-Komponente mit einer Fließgrenze von größer oder gleich etwa 100 MPa, einer Bruchdehnung von größer oder gleich etwa 8 % und einem äquivalenten Biegewinkel bei einer Dicke (t, mm) von größer oder gleich etwa $34 / \sqrt{'' t''}$
Grad. Die Aluminiumlegierungsguss-Komponente enthält eine Aluminiumlegierungszusammensetzung, die eine kumulative Gesamtmenge des Eisens (Fe), des Mangans (Mn) und des Chroms (Cr) von kleiner als 0,65 Gew.-% enthält, und wobei eine Summe der Konzentration des Eisens (Fe), des Anderthalbfachen (1,5-fachen) der Konzentration des Mangans (Mn) und des Zwei-komma-sieben-fachen (2,7-fachen) der Konzentration des Chroms (Cr) größer als 0,8 Gew.-% ist.
Gemäß einem Aspekt enthält die Legierungszusammensetzung Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 8 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 9,5 Gew.-%, Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist.
Gemäß einem Aspekt enthält eine eutektische Siliciumphase der Aluminiumlegierungsguss-Komponente in einem wie gegossenen Zustand in einem dreidimensionalen Raum eine korallenartige Morphologie.
Gemäß einem Aspekt ist die Aluminiumgusskomponente auf wenigstens eine Temperatur von größer oder gleich etwa 100 °C bis kleiner oder gleich etwa 250 °C und während größer oder gleich etwa 10 Minuten bis kleiner oder gleich etwa 300 Minuten erwärmt worden.
Gemäß einem Aspekt umfasst die Legierungszusammensetzung Verunreinigungen in einer Konzentration von kleiner als genau oder etwa 0,01 Gew.-%.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit gehen aus der hier gegebenen Beschreibung hervor. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zur Veranschaulichung bestimmt und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken; es zeigen:

1A-1C Gewichtsprozentvergleiche von Al-Legierungszusammensetzungen und des resultierenden Volumens eisenreicher intermetallischer Verbindungen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
2 Rasterelektronenmikroskopie-Bilder (REM-Bilder) von Al-Druckguss-Legierungszusammensetzungen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
3 eine Nennspannungs-Dehnungs-Kurve, die Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung vergleicht;
4 einen genieteten Guss der Legierung des Beispiels 1 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung; und
5 einen Ablaufplan einiger Operationen einer beispielhaften Ausführungsform der Herstellung einer Aluminiumlegierungsguss-Komponente.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Damit diese Offenbarung gründlich ist und dem Fachmann den Schutzumfang umfassend vermittelt, werden beispielhafte Ausführungsformen gegeben. Um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu schaffen, sind zahlreiche spezifische Einzelheiten wie etwa Beispiele spezifischer Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren dargelegt. Der Fachmann wird würdigen, dass spezifische Einzelheiten nicht genutzt zu werden brauchen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden können und dass keine als Beschränkung des Schutzumfangs der Offenbarung verstanden werden soll. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen sind gut bekannte Prozesse, gut bekannte Vorrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient nur zur Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht beschränkend sein. Wie sie hier verwendet sind, kann beabsichtigt sein, dass die Singularformen „einer“, „eine“ und „das“, sofern der Kontext nicht zweifelsfrei etwas anderes vorschreibt, ebenfalls die Pluralformen enthalten. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „enthaltend“ und „aufweisend“ sind einschließend und spezifizieren somit die Anwesenheit der genannten Merkmale, Elemente, Zusammensetzungen, Schritte, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Komponenten, schließen die Anwesenheit oder Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aber nicht aus. Obwohl der offene Begriff „umfassend“ als ein nichteinschränkender Begriff zu verstehen ist, der zur Beschreibung und Beanspruchung verschiedener hier dargelegter Ausführungsformen verwendet ist, kann der Begriff gemäß bestimmten Aspekten alternativ stattdessen wie etwa „bestehend aus“ oder „im Wesentlichen bestehend aus“ als ein beschränkenderer und einschränkenderer Begriff zu verstehen sein. Somit enthält die vorliegende Offenbarung für irgendeine gegebene Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte angibt, ebenfalls spezifisch Ausführungsformen, die aus diesen angegebenen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Merkmalen, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritten bestehen oder im Wesentlichen bestehen. Im Fall von „bestehend aus“ schließt die alternative Ausführungsform irgendwelche zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte aus, während im Fall von „im Wesentlichen bestehend aus“ irgendwelche zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte, die die grundlegenden und neuen Eigenschaften materiell beeinflussen, aus einer derartigen Ausführungsform ausgeschlossen sind, irgendwelche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte, die die grundlegenden und neuen Eigenschaften nicht materiell beeinflussen, aber in der Ausführungsform enthalten sein können.
Sofern sie nicht spezifisch als eine Reihenfolge der Ausführung identifiziert sind, sind irgendwelche hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen nicht so zu verstehen, dass sie notwendig ihre Ausführung in der bestimmten diskutierten oder veranschaulichten Reihenfolge erfordern. Sofern nicht etwas anderes angegeben ist, können außerdem selbstverständlich zusätzliche oder alternative Schritte genutzt werden.
Wenn darauf Bezug genommen ist, dass eine Komponente, ein Element oder eine Schicht „an“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht ist, kann sie bzw. es direkt an, in Eingriff mit, verbunden mit oder gekoppelt mit der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht sein oder können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu darauf Bezug genommen ist, dass ein Element „direkt an“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht ist, können keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet sind (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ usw.), sind auf ähnliche Weise zu interpretieren. Wie der Begriff „und/oder“ hier verwendet ist, enthält er jegliche Kombinationen eines oder mehrerer der zugeordneten aufgeführten Gegenstände.
Obwohl hier zur Beschreibung verschiedener Schritte, Elemente, Komponenten, Gebiete, Schichten und/oder Abschnitte die Begriffe erstes, zweites, drittes usw. verwendet sein können, sollen diese Schritte, Elemente, Komponenten, Gebiete, Schichten und/oder Abschnitte, sofern nicht etwas anderes angegeben ist, durch diese Begriffe nicht beschränkt sein. Diese Begriffe können nur zur Unterscheidung eines Schritts, eines Elements, einer Komponente, eines Gebiets, einer Schicht oder eines Abschnitts von einem anderen Schritt, einem anderen Element, einer anderen Komponente, einem anderen Gebiet, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt verwendet sein. Sofern dies nicht zweifelsfrei durch den Kontext angegeben ist, bedeuten Begriffe wie etwa „erstes“, „zweites“ und andere Zahlwörter, wenn sie hier verwendet sind, keine Abfolge oder Reihenfolge. Somit könnten ein erster Schritt, ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erstes Gebiet, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die im Folgenden diskutiert sind, als ein zweiter Schritt, ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweites Gebiet, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Räumliche oder zeitliche Relativbegriffe wie etwa „vor“, „nach“ „inneres“, äußeres" „unterhalb“, „unter“, „niedriger“ „über“ „oberes“ und dergleichen können hier zur Erleichterung der Beschreibung zur Beschreibung der Beziehung eines Elements oder Merkmals zu anderen Element(en) oder Merkmal(en), wie sie in den Figuren dargestellt sind, verwendet sein. Räumliche oder zeitliche Relativbegriffe können dafür bestimmt sein, außer der in den Figuren gezeigten Orientierung andere Orientierungen der Vorrichtung oder des Systems in Verwendung oder im Betrieb zu umfassen.
Überall in dieser Offenbarung repräsentieren die Zahlenwerte näherungsweise Maße oder Grenzwerte für Bereiche, die kleine Abweichungen von den gegebenen Werten und Ausführungsformen mit etwa dem erwähnten Wert sowie jene genau mit dem erwähnten Wert einschließen. Abgesehen von den Arbeitsbeispielen, die am Ende der ausführlichen Beschreibung gegeben sind, sind alle Zahlenwerte von Parametern (z. B. von Größen oder Bedingungen) in dieser Patentschrift einschließlich der beigefügten Ansprüche unabhängig davon, ob vor dem Zahlenwert tatsächlich „etwa“ erscheint, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „etwa“ geändert sind. „Etwa“ gibt an, dass der genannte Zahlenwert eine geringfügige Ungenauigkeit (mit einer gewissen Annäherung an die Exaktheit des Werts; näherungsweise oder sinnvoll nahe an dem Wert; nahezu) zulässt. Falls die durch „etwa“ gegebene Ungenauigkeit nicht auf andere Weise in dem Gebiet mit dieser normalen Bedeutung zu verstehen ist, gibt „etwa“, wie es hier verwendet ist, wenigstens Varianten an, die von normalen Verfahren der Messung und Verwendung derartiger Parameter auftreten können. Zum Beispiel kann „etwa“ eine Änderung kleiner oder gleich 5 %, optional kleiner oder gleich 4 %, optional kleiner oder gleich 3 %, optional kleiner oder gleich 2 %, optional kleiner oder gleich 1 %, optional kleiner oder gleich 0,5 % und gemäß bestimmten Aspekten optional kleiner oder gleich 0,1 % umfassen.
Selbstverständlich ist überall in dieser Offenbarung dann, wenn eine Untergrenze für einen Bereich nicht gegeben ist (z. B. „bis zu X Gew.-% Element“ oder „weniger als X Gew.-% Element“), die Untergrenze 0 Gew.-%, sodass das bestimmte Element in der Legierung nicht vorhanden sein kann. Wenn allerdings gesagt ist, dass ein Element „in einer Menge bis zu X Gew.-% vorhanden ist“, ist die Untergrenze größer als 0 Gew.-% und ist wenigstens etwas von dem Element in der Legierung vorhanden.
Wie es hier verwendet ist, sind alle Mengen, sofern nicht etwas anderes, z. B. Volumenprozent (Vol.-%), angegeben ist, Gew.-% (oder Masse-%).
Außerdem enthält die Offenbarung von Bereichen die Offenbarung aller Werte und weiter unterteilter Bereiche innerhalb des Gesamtbereichs, einschließlich Endpunkte und Teilbereiche, die für die Bereiche gegeben sind.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun beispielhafte Ausführungsformen umfassender beschrieben.
In Fahrzeugen können Strukturanordnungen verwendet werden, um Strukturstützung und/oder Montageorte für andere Fahrzeugkomponenten bereitzustellen. Strukturanordnungen können Energie aufnehmende Komponenten enthalten, die Kollisionsenergie durch gesteuerte Verformung aufnehmen. Strukturanordnungen können aus Metall wie etwa Aluminium oder Stahl und/oder aus Polymerverbundmaterialkomponenten konstruiert sein. Metallstrukturanordnungen können Energie aufnehmen, wenn sie sich ohne Bruch elastisch und/oder plastisch verformen. Metalle mit niedriger Festigkeit können an zusätzlichen Verstärkungskomponenten montiert werden, um eine gewünschte Festigkeit zu erzielen. Einige Strukturanordnungen nutzen Querträgerkomponenten, um, wie etwa in Seitenaufprallkollisionen, eine gewünschte Energieaufnahmeleistungsfähigkeit zu erzielen.
Die gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung gebildeten Komponenten sind besonders geeignet zur Verwendung in verschiedenen Komponenten eines Kraftfahrzeugs oder anderer Fahrzeuge (z. B. Motorräder, Boote, Traktoren, Busse, Motorräder, Wohnwagen, Wohnmobile und Panzer), können aber als nicht einschränkendes Beispiel ebenfalls in einer Vielzahl anderer Branchen und Anwendungen einschließlich Luftfahrtkomponenten, Konsumgütern, Vorrichtungen, Gebäuden (z. B. Häusern, Büros, Werkstatthallen, Warenlagern), Büroausrüstung und Büromöbeln und Industrieausrüstungsmaschinen, Landmaschinen oder landwirtschaftlichen Maschinen oder Schwermaschinen verwendet werden. Nicht einschränkende Beispiele für Kraftfahrzeugkomponenten enthalten Motorhauben, Säulen (z. B. A-Säulen, Scharniersäulen, B-Säulen, C-Säulen und dergleichen), Plattenelemente einschließlich Strukturplattenelementen, Türplattenelemente und Türkomponenten, Innenböden, Fahrzeugunterböden, Dächer, Außenoberflächen, Unterbodenschutze, Räder, Querlenker und andere Aufhängung, Prallboxen, Stoßfänger, Strukturschienen und Strukturrahmen, Fahrzeugquerträger, Unterboden- oder Antriebsstrangkomponenten und dergleichen.
Gemäß verschiedenen Aspekten schafft die vorliegende Offenbarung eine Komponente, die in einer maßgefertigten chemischen Zusammensetzung der Aluminiumlegierung (AI-Legierung) verwendet werden kann. Die Al-Legierung kann eine höhere Toleranz für Eisenverunreinigung und somit für wiederverwerteten Al-Schrott enthalten. Die Al-Legierung kann eine hohe Crashtauglichkeit (z. B. Fließgrenze, Bruchdehnung und 3-Punkt-Biegewinkel) und Nietbarkeit aufweisen.
Aluminiumlegierungen enthalten häufig Aluminium, Legierungselemente (z. B. Silicium, Magnesium und Eisen) und Verunreinigungen. Gemäß den hier offenbarten beispielhaften Ausführungsformen ist ermittelt worden, dass die bestimmten Elemente in den bestimmten Mengen eine Legierung (auch als eine Legierungszusammensetzung bezeichnet) bilden, die, nachdem sie gegossen worden ist, eine verhältnismäßig hohe Festigkeit (z. B. eine durchschnittliche Fließgrenze von wenigstens 100 MPa und eine Zugfestigkeit von wenigstens 230 MPa) und eine hohe Duktilität (z. B. Dehnung im Bereich von etwa 10 % bis etwa 18 %) zeigt. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Legierung außerdem einem Lackeinbrennprozess oder einer T5-Wärmebehandlung ausgesetzt werden, die in dem Endzustand eine verhältnismäßig höhere Festigkeit (z. B. eine durchschnittliche Fließgrenze von wenigstens 120 MPa und eine Zugfestigkeit von wenigstens 250 MPa) und eine verhältnismäßig hohe Duktilität (z. B. Dehnung im Bereich von etwa 8 % bis etwa 15 %) zeigt. Mit anderen Worten, die wie gegossene Struktur der Aluminiumlegierung, an der das Lackeinbrennen und die T5-Behandlung ausgeführt worden sind, weist eine prozentuale Dehnung im Bereich von etwa 8 % bis etwa 18 % und eine Fließgrenze im Bereich von etwa 100 MPa bis etwa 180 MPa auf. Diese Eigenschaften sind ohne Nutzung eines Supervakuums und ohne Nutzung einer auf einer T7-Lösung beruhenden Wärmebehandlung erzielbar. Ohne diese zusätzliche auf einer Lösung beruhende Wärmebehandlung kann das Risiko einer Verwerfung des Strukturgusses verringert werden und können die Produktionskosten des Strukturgusses verringert werden.
Die beispielhaften hier offenbarten Legierungen bestehen im Wesentlichen aus Silicium (Si), Magnesium (Mg), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Titan (Ti), Strontium (Sr), einem Rest Aluminium (Al) und unvermeidlichen Verunreinigungen. Gemäß einigen Fällen können ein bzw. mehrere bestimmte Elemente nicht absichtlich zu der Legierung zugegeben werden, sondern in einer kleinen Menge, die einer unvermeidlichen Verunreinigung gleicht, vorhanden sein. Zum Beispiel sind Phosphor (P) und Zirconium (Zr) Beispiele unvermeidlicher Verunreinigungen, die nicht absichtlich zu der Legierung zugegeben werden können, aber dennoch vorhanden sind. Gemäß den hier offenbarten Beispielen erzeugt die Kombination der Elemente in den spezifischen Mengen eine Aluminiumlegierung, die für Aluminiumgusskomponenten mit einer leichten Konstruktion, aber dennoch mit hoher Festigkeit geeignet ist.
Obwohl einige Beispiele unvermeidlicher Verunreinigungen erwähnt worden sind, ist zu verstehen, dass gemäß diesen Beispielen der Aluminiumzusammensetzung andere unvermeidliche Verunreinigungen vorhanden sein können. Gemäß anderen Beispielen kann die hier offenbarte Aluminiumlegierungszusammensetzung aus Silicium (Si), Magnesium (Mg), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Titan (Ti), Strontium (Sr), einem Rest Aluminium (Al) und unvermeidlichen Verunreinigungen, die z. B. aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Phosphor (P), Zirconium (Zr) und dergleichen und Kombinationen davon besteht, bestehen. Gemäß diesen Beispielen besteht die Legierungszusammensetzung aus diesen Metallen und Halbmetallen ohne irgendwelche anderen Metalle oder Halbmetalle. Beispiele der Metalle und Halbmetalle, die zu der hier offenbarten Legierungszusammensetzung zugegeben werden, sind im Folgenden ausführlicher diskutiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Legierungszusammensetzung wie in Tabelle 1 sein, obwohl die Offenbarung der erfinderischen Konzepte darauf nicht beschränkt ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Legierungszusammensetzung aus Tabelle 1 verwendet werden, um eine Aluminiumdruckgusskomponente mit einer Zugfestigkeit von größer oder gleich genau oder etwa 250 MPa oder kleiner oder gleich genau oder etwa 300 MPa zu bilden. Tabelle 1. Eine Al-Legierungszusammensetzung gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen.

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Si Mg Cr Mn Fe Cu Zn Ti Sr Al

6,5-9,5 0-0,35 0-0,3 0-0,4 0,2-0,4 < 0,5 < 0,2 0-0,2 0-200 ppm Rest
Die Al-Legierungszusammensetzung kann Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich genau oder etwa 6,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 9,5 Gew.-%, größer oder gleich genau oder etwa 6,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 8 Gew.-% oder größer oder gleich genau oder etwa 8 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 9 Gew.-% umfassen. Zum Beispiel kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen Si in einer Konzentration von genau oder etwa 6,5 Gew.-%, genau oder etwa 7 Gew.-%, genau oder etwa 7,5 Gew.-%, genau oder etwa 8 Gew.-%, genau oder etwa 8,5 Gew.-% oder genau oder etwa 9 Gew.-% umfassen. Zu der Legierung kann Silicium zugegeben werden, um die Schmelztemperatur des Aluminiums zu verringern und um das Fließvermögen der Aluminiumschmelze verbessern. Das Silicium kann die Vergießbarkeit der Legierung verbessern, was sie geeignet macht, in Formen gegossen zu werden. Das Erhöhen des Siliciums kann die Duktilität und die Buchzähigkeit nachteilig beeinflussen, da eutektische Siliciumteilchen zerbrechlich sind und mit der Aluminiummatrix schwach verbunden sein können, und das Verringern des Siliciums kann die Vergießbarkeit (und somit die Eignung der Zusammensetzung für die Herstellung dünnwandiger Komponenten) nachteilig beeinflussen. Um in der Al-Si-Gusslegierung unter wie gegossenen Bedingungen nach Lackeinbrennen und T5-Wärmebehandlung eine optimale Kombination aus Vergießbarkeit und Bruchzähigkeit zu erzielen, kann Si in einer Konzentration im Bereich von 6,5 Gew.-% bis 9,5 Gew.-% vorhanden sein. Die Druckgusslegierung in einem wie gegossenen Zustand kann in einem dreidimensionalen Raum eine korallenartige Morphologie von eutektischem Silicium enthalten.
Die Al-Legierungszusammensetzung kann Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,35 Gew.-%, größer oder gleich genau oder etwa 0,1 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,3 Gew.-% oder größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,2 Gew.-% umfassen. Zum Beispiel kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen Mg in einer Konzentration von genau oder etwa 0,05 Gew.-%, genau oder etwa 0,1 Gew.-%, genau oder etwa 0,15 Gew.-%, genau oder etwa 0,2 Gew.-%, genau oder etwa 0,25 Gew.-%, genau oder etwa 0,3 Gew.-% oder genau oder etwa 0,35 Gew.-% umfassen. Die Magnesiumzugabe kann die Festigkeit der Legierung unter dem wie gegossenen Zustand durch Mischkristallverfestigung verbessern. Außerdem kann die Magnesiumzugabe nach dem Lackeinbrennprozess und der T5-Wärmebehandlung eine starke Ausscheidungsverfestigungswirkung erzeugen, während die Duktilität verringert werden kann.
Die Al-Legierungszusammensetzung kann Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,3 Gew.-%, größer oder gleich genau oder etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,3 Gew.-% umfassen. Zum Beispiel kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen Cr in einer Konzentration von genau oder etwa 0,05 Gew.-%, genau oder etwa 0,1 Gew.-%, genau oder etwa 0,15 Gew.-%, genau oder etwa 0,2 Gew.-%, genau oder etwa 0,25 Gew.-% oder genau oder etwa 0,3 Gew.-% umfassen. Chrom wird zugegeben, um die Beständigkeit gegen Ankleben an der Form zu verbessern.
Die Al-Legierungszusammensetzung kann Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,4 Gew.-%, größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,1 Gew.-% umfassen. Zum Beispiel kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen Mn in einer Konzentration von genau oder etwa 0,05 Gew.-%, genau oder etwa 0,1 Gew.-%, genau oder etwa 0,15 Gew.-%, genau oder etwa 0,2 Gew.-%, genau oder etwa 0,25 Gew.-%, genau oder etwa 0,3 Gew.-%, genau oder etwa 0,35 Gew.-% oder genau oder etwa 0,4 Gew.-% umfassen. Mangan ist ein weiteres Element zur Verhinderung von Ankleben an der Form und kann in verschiedenen Aluminiumprodukten, die als Schrottmaterialien verfügbar sind, wie etwa jenen, die aus 3xxx-Aluminiumlegierungen (Getränkedosen, Kühler usw.) und Al-Si-Druckgusslegierungen (Getriebegehäuse, Kraftmaschinenblock usw.) hergestellt sind, vorhanden sein. Somit kann Mangan leicht enthalten sein, wenn in dem Gussprozess ein hoher Bruchteil Schrott angewendet wird.
Die Al-Legierungszusammensetzung kann Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich genau oder etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,4 Gew.-% umfassen. Zum Beispiel kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen Fe in einer Konzentration von genau oder etwa 0,2 Gew.-%, genau oder etwa 0,25 Gew.-%, genau oder etwa 0,3 Gew.-%, genau oder etwa 0,35 Gew.-% oder genau oder etwa 0,4 Gew.-% umfassen. Eisen ist eine der Verunreinigungen, die aus wiederverwertetem Aluminiumschrott, insbesondere unter Beachtung einer kostengünstigen Vorgehensweise, schwer zu beseitigen sind. Allgemein nimmt der Preis von wiederverwertetem Aluminiumschrott im Markt mit zunehmendem Eisengehalt ab. Somit können größere Mengen Eisenkonzentrationen in einer Zusammensetzung, die gewünschte mechanische Eigenschaften aufweist, die Menge der Schrottmaterialaufnahme verbessern, die Materialkosten, die Energieanforderungen (z. B. den CO₂-Fußabdruck) und die Logistik der Herstellung einer Aluminiumlegierung verbessern. Ferner kann Eisen die Beständigkeit gegen Ankleben an der Form verbessern helfen, wobei Eisen allerdings die Duktilität und die Buchzähigkeit schwächen kann.
Die Al-Legierungszusammensetzung kann Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,5 Gew.-% oder größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,1 Gew.-% umfassen. Zum Beispiel kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen Cu in einer Konzentration von genau oder etwa 0,01 Gew.-%, genau oder etwa 0,5 Gew.-%, genau oder etwa 0,1 Gew.-%, genau oder etwa 0,15 Gew.-%, genau oder etwa 0,2 Gew.-%, genau oder etwa 0,25 Gew.-%, genau oder etwa 0,3 Gew.-%, genau oder etwa 0,35 Gew.-%, genau oder etwa 0,4 Gew.-%, genau oder etwa 0,45 Gew.-% oder genau oder etwa 0,5 Gew.-% umfassen. Kupfer kann einen kleinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften haben, wenn sein Gehalt unter 0,5 Gew.-% liegt. Kupfer kann unerwünscht sein, da es die Korrosionsbeständigkeit verringert, allerdings kann Kupfer wegen der Allgegenwart von Kupfer in typischem Schrott von Aluminiumprodukten, die Kupfer z. B. verwenden, um die Temperaturbeständigkeit zu verbessern, aus wiederverwertetem Aluminiumschrott nicht vollständig beseitigt werden.
Die Al-Legierungszusammensetzung kann Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,2 Gew.-% oder größer oder gleich genau oder etwa 0,1 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,2 Gew.-% oder größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,1 Gew.-% umfassen. Zum Beispiel kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen Zn in einer Konzentration von genau oder etwa 0,01 Gew.-%, genau oder etwa 0,05 Gew.-%, genau oder etwa 0,1 Gew.-%, genau oder etwa 0,15 Gew.-% oder genau oder etwa 0,2 Gew.-% umfassen. Ähnlich Kupfer können die Einflüsse auf die Vergießbarkeit und die mechanischen Eigenschaften gering sein, wenn die Zinkzugabe unter 0,2 Gew.-% liegt. Die gemäß beispielhaften Ausführungsformen eingestellte 0,2-Gew.-%-Toleranz der Aluminiumlegierungszusammensetzung kann mehr Aufnahme von wiederverwertetem Aluminium (z. B. Aluminiumschrott) ermöglichen.
Die Al-Legierungszusammensetzung kann Titan (Ti) in einer Konzentration von größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,2 Gew.-% umfassen. Zum Beispiel kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen Ti in einer Konzentration von genau oder etwa 0,01 Gew.-%, genau oder etwa 0,05 Gew.-%, genau oder etwa 0,1 Gew.-%, genau oder etwa 0,15 Gew.-% oder genau oder etwa 0,2 Gew.-% umfassen. Titan kann als Kornverfeinerer zugegeben werden, um die Steuerung des Kornwachstums der Aluminiumschmelze während des Gussprozesses zu verbessern. Das Steuern des Kornwachstums kann die Duktilität des Gusses verbessern und kann außerdem das Risiko einer Warmrissbildung des Gusses verringern.
Die Al-Legierungszusammensetzung kann Strontium (Sr) in einer Konzentration von größer oder gleich genau oder etwa 0 ppm bis kleiner oder gleich genau oder etwa 200 ppm umfassen. Zum Beispiel kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen Sr in einer Konzentration von genau oder etwa 0 ppm, genau oder etwa 50 ppm, genau oder etwa 100 ppm, genau oder etwa 150 ppm oder genau oder etwa 200 ppm umfassen. Strontium kann bei der Milderung des Problems des Anklebens an der Form nützlich sein. Allerdings kann eine Konzentration von Strontium über 200 ppm in der Druckgusskomponente ein erhöhtes Porositätsvolumen erzeugen, sodass die mechanischen Eigenschaften nicht mehr geeignet sind.
Die Restsubstanz der Aluminiumlegierungszusammensetzung enthält einen Rest Aluminium und unvermeidliche Verunreinigungen. Gemäß einigen Beispielen kann wenigstens etwas von dem Aluminiumausgangsmaterial, das zum Bilden des Aluminiums in der Aluminiumlegierungszusammensetzung verwendet wird, eine wenigstens teilweise reine Aluminiumsubstanz (z. B. 99,9 % Reinaluminium mit kleiner als 0,1 Gew.-% Verunreinigungen) sein. Die in dem Aluminiumausgangsmaterial vorhandenen Verunreinigungen können Vanadium, Phosphor und/oder Zirconium enthalten. Außerdem oder alternativ können die in dem Aluminiumausgangsmaterial vorhandenen Verunreinigungen Eisen, Mangan, Chrom, Silicium oder dergleichen enthalten. Gemäß einigen Beispielen kann wenigstens ein Teil des Aluminiumausgangsmaterials, das zum Bilden des Aluminiums in der Aluminiumlegierungszusammensetzung verwendet wird, von Aluminiumschrott kommen. Das heißt, ein Teil (genau oder etwa 10 %, genau oder etwa 15 %, genau oder etwa 20 %, genau oder etwa 25 %, genau oder etwa 30 %, genau oder etwa 35 %, genau oder etwa 40 %, genau oder etwa 45 % oder genau oder etwa 50 %) der Ausgangsaluminiumschmelze für die Aluminiumlegierungszusammensetzung kann Aluminiumschrott sein.
Die Al-Legierungszusammensetzung kann unvermeidliche Verunreinigungen in einer Konzentration von größer oder gleich genau oder etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich genau oder etwa 0,15 Gew.-% umfassen. Zum Beispiel kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen Verunreinigungen in einer Konzentration von kleiner als genau oder etwa 0,001 Gew.-%, kleiner als genau oder etwa 0,01 Gew.-%, kleiner als genau oder etwa 0,05 Gew.-% oder kleiner als genau oder etwa 0,15 Gew.-% umfassen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform besteht die Al-Legierungszusammensetzung im Wesentlichen aus Si, Mg, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die Aluminiumzusammensetzung aus Si, Mg, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform besteht die Al-Legierungszusammensetzung im Wesentlichen aus Si, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die Legierungszusammensetzung aus Si, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die Al-Legierungszusammensetzung im Wesentlichen aus Si, Mg, Mn, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die Legierungszusammensetzung aus Si, Mg, Mn, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die Al-Legierungszusammensetzung im Wesentlichen aus Si, Mg, Cr, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die Legierungszusammensetzung aus Si, Mg, Cr, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die Al-Legierungszusammensetzung im Wesentlichen aus Si, Mn, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die Legierungszusammensetzung aus Si, Mn, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die Al-Legierungszusammensetzung im Wesentlichen aus Si, Cr, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die Legierungszusammensetzung aus Si, Cr, Fe, Cu, Zn, Ti, Sr, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die Al-Legierungszusammensetzung im Wesentlichen aus Si, Mg, Cr, Mn, Fe, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die Legierungszusammensetzung aus Si, Mg, Cr, Mn, Fe, Al und irgendwelchen Verunreinigungen, die kumulativ mit kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden sind. Das heißt, die Al-Legierungszusammensetzung kann kein Cu, Zn, Ti und Sr enthalten oder die Al-Legierungszusammensetzung kann wie oben beschrieben Cu und/oder Zn und/oder Ti und/oder Sr enthalten.
Eisen ist im festen Zustand in Aluminium unlöslich und kann eine Vielzahl eisenreicher intermetallischer Phasen bilden. Im Ergebnis kann Eisen eine große nachteilige Auswirkung auf die endgültigen mechanischen Eigenschaften einer Al-Legierung haben. Die eisenreichen intermetallischen Verbindungen in einer Plattenmorphologie können Rissebenen bilden und somit die Zähigkeit, die Duktilität und den Ermüdungswiderstand verringern. Zusätzlich können die eisenreichen intermetallischen Verbindungen als ein Rissauslöser wirken und einen Rissweg mit niedrigerem Widerstand bereitstellen. Morphologien können eine Block-, Schriftzeichen- oder Nadelform in einem 2-dimensionalen Abschnitt (2D-Abschnitt) sein und eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung mechanischer Eigenschaften spielen. Die Schriftzeichen- oder Blockform kann durch Verringern der Spannungskonzentrationen an der Spitze bevorzugt sein. Somit sollte der Eisengehalt streng gesteuert werden, um das Volumen eisenreicher intermetallischer Verbindungen zu steuern und/oder zu verringern, falls hohe Duktilität und Buchzähigkeit notwendig sind.
Allerdings ist in Druckgusslegierungen zuvor ein minimaler Gehalt an Eisen erforderlich gewesen, da das Eisen Probleme des Anklebens an der Form wesentlich mildern oder lösen kann. Erstarrtes Aluminium kann an der Stahlform kleben, die beim Gießen unter hohem Druck verwendet wird, was zum Ankleben an der Form führt. In einem Hochdruck-Druckgussprozess kann Eisen aus dem Stahl in die Aluminiumschmelze diffundieren und mit Aluminium kombinieren, um an der Form eine Fe-reiche intermetallische Schicht zu bilden. Erstarrtes Aluminium kann über eine eutektische Reaktion fest an die gebildete Fe-reiche intermetallische Schicht gebunden werden. Wenn das Ankleben auftritt, kann die Oberflächenbeschaffenheit des resultierenden Teils (d. h. des gegossenen Strukturkörpers) zerstört werden, wenn er aus der Form ausgestoßen wird, und kann die Formlebensdauer ebenfalls verringert werden. Die Gießereierfahrung ist, dass über 0,8 Gew.-% Eisenzugabe die Beständigkeit gegen Ankleben an der Form der Aluminium-Druckgusslegierung wesentlich verbessern kann, da dies die Bildung einer Fe-reichen intermetallischen Schicht an der Stahlform behindern kann.
Mangan kann ebenfalls zu der Verringerung der Menge von aufgelöstem Eisen in der Aluminiumschmelze beitragen und kann außerdem die Menge eisenreicher intermetallischer Verbindungen, die sich im Ergebnis dessen bilden, dass die Aluminiumschmelze mit dem gelösten Eisen reagiert, verringern. Chrom als ein alternatives Element, um das Ankleben an der Form zu behindern, unterbricht die eutektische Reaktion bei der Erstarrung, die das erstarrte Aluminium an die gebildete Fe-reiche intermetallische Schicht an der Stahlform bindet. Zusätzlich können Mangan und Chrom zusammen eine stärkere Wirkung der Verhinderung des Anklebens an der Form als Eisen allein aufweisen. Zum Beispiel können anstelle von 0,8 Gew.-% Eisenzugabe in Al-Si-Druckgusslegierungen nur 0,45 Gew.-% Manganzugabe oder 0,25 Gew.-% Chromzugabe verwendet werden. Somit kann mit der gemeinsamen Zugabe von Mangan und Chrom der Eisengehalt verringert werden, ohne die Beständigkeit gegen Ankleben an der Form zu opfern. Ferner können Mangan und Chrom zusammen die Morphologie eisenreicher intermetallischer Verbindungen in die Schriftzeichenform oder Blockform ändern und dadurch die Bruchzähigkeit verbessern.
Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen wird ein Faktor zur Verhinderung des Anklebens an der Form (ADSF) verwendet, um den Eisen-, den Mangan- und den Chromgehalt im Gleichgewicht zu halten. Die Kombination der Fe-Gew.-%, des Anderthalbfachen (1 ,5-fachen) der Mn-Gew.-% und des Zwei-komma-sieben-fachen (2,7-fachen) der Ct-Gew.-% kann verwendet werden, um den ADSF einer Al-Legierung zu berechnen. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Al-Legierungszusammensetzung aus Tabelle 1 für akzeptable Leistung der Verhinderung des Anklebens an der Form einen ADSF von 0,8 oder größer aufweisen. Ein ADSF kleiner als 0,8 kann dazu führen, dass die Oberflächenbeschaffenheit des resultierenden Teils (d. h. Gusses, Strukturkörpers) gestört wird, wenn es aus der Form ausgestoßen wird, und dass die Formlebensdauer ebenfalls verringert werden kann.
Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen kann betrachtet werden, dass der ADSF eine Menge Eisen enthält, um die Fähigkeit der Al-Legierungszusammensetzung, wiederverwerteten Aluminiumschrott zu enthalten, zu verbessern. Im Ergebnis kann die Al-Legierungszusammensetzung aus Tabelle 1 mit einem ADSF von größer als 0,8 in der Lage zu sein, größere Mengen Aluminiumschrottmetalle zu verwenden, während die Herstellungsprozesse, z. B. Wärmebehandlungen, Aluminiumreinheitsanforderungen, Atmosphärenbedingungen (z. B. Unterdruckprozess gegenüber Umgebungsbedingungen) verringert werden.
Das Volumen eisenreicher intermetallischer Teilchen in der wie gegossenen Mikrostruktur hat einen großen Einfluss auf die Bruchzähigkeit und Duktilität und sollte somit dafür gesteuert werden, ausgezeichnete Crashtauglichkeit und Nietbarkeit sicherzustellen. Das Volumen eisenreicher intermetallischer Teilchen wird durch den Inhalt an Eisen, Mangan und Chrom bestimmt und kann durch thermodynamische Berechnungsverfahren bestimmt werden. In den Al-Si-Druckgusslegierungen, die mit/an Stahlbleche genietet werden können, ohne Supervakuum-Druckgussprozesse und/oder T7-Wärmebehandlungen anzuwenden, ist der Eisengehalt streng unter 0,15 Gew.-% beschränkt, um das Volumen eisenreicher intermetallischer Teilchen unter 1,4 % zu steuern. Gemäß einigen Ausführungsformen wird somit 1,4 % als die Obergrenze für das Volumen eisenreicher intermetallischer Verbindungen eingestellt. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen der Aluminiumlegierungszusammensetzung wird der Gehalt an Eisen, Mangan und Chrom auf der Grundlage der in 1A-1C gezeigten thermodynamischen Berechnungsergebnisse ausgelegt. 1A-1C stellen Gewichtsprozentvergleiche von Al-Legierungszusammensetzungen und resultierenden Volumina eisenreicher intermetallischer Verbindungen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar. 1A stellt das Volumen der eisenreichen intermetallischen Verbindung auf der Grundlage von 0,2 Fe-Gew.-% und der Erhöhung von Cr-Gew.-% und Mn-Gew.-% dar. Die Linie 11 zeigt chemische Zusammensetzungen, die erfüllen, dass ein Volumen eisenreicher intermetallischer Verbindungen etwa oder gleich 1,4 % ist. 1 B stellt das Volumen der eisenreichen intermetallischen Verbindung auf der Grundlage von 0,25 Fe-Gew.-% und der Erhöhung von Cr-Gew.-% und Mn-Gew.-% dar. Die Linie 12 zeigt chemische Zusammensetzungen, die erfüllen, dass ein Volumen eisenreicher intermetallischer Verbindungen etwa oder gleich 1,4 % ist. 1C stellt das Volumen einer eisenreichen intermetallischen Verbindung auf der Grundlage von 0,3 Fe-Gew.-% und der Erhöhung der Cr-Gew.-% und der Mn-Gew.-% dar. Die Linie 13 zeigt chemische Zusammensetzungen, die erfüllen, dass ein Volumen der eisenreichen intermetallischen Verbindungen etwa oder gleich 1,4 % ist. Wie zu sehen ist, kann weniger Cr und Mn vorhanden sein, während ein Volumenprozentsatz eisenreicher intermetallischer Verbindungen kleiner etwa oder gleich 1,4 % gehalten wird, während der Eisengehalt zunimmt. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Summe des Fe-Gew.-%, Mn-Gew.-% und Cr-Gew.-% kleiner als 0,65 sein, um ein Volumen der eisenreichen intermetallischen Verbindungen von kleiner oder gleich 1,4 % aufrechtzuerhalten. Falls die Summe der Fe-Gew.-%, Mn-Gew.-% und Cr-Gew.-% größer als 0,65 ist, kann das Volumen eisenreicher intermetallischer Verbindungen über 1,4 % zunehmen und die mechanischen Eigenschaften der Al-Druckguss-Legierungszusammensetzung negativ beeinflussen.

In der folgenden Tabelle 2 sind Al-Legierungszusammensetzungen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung und jene einer T7-wärmebehandelten Zusammensetzung gezeigt. Die Tabelle ist zu Vergleichszwecken gegeben und kann nicht alle akzeptablen Eigenschaftsbereiche für die hier gegebene Al-Legierungszusammensetzung widerspiegeln. Tabelle 2

		Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)
	Zustand	Si	Mg	Cr	Mn	Fe	Cu	Zn	Ti	Sr	A l
BEISPIEL 1	Wie gegossen	8,63	<0,01	0,31	0	0,20	0	0	0,054	87 ppm	Rest
VERGLEICHS-BEISPIEL 1	T7-behandelt	11,2	0,31	0	0,45	0,18	0	0	0,043	120 ppm	Rest

2 stellt REM-Bilder eines Querschnitts von Al-Druckguss-Legierungsplatten dar. Die Abtastungen 211, 212 und 213 zeigen REM-Bilder von Mittel- bis Randorten in dem Querschnitt der Al-Legierungsplatte mit einer Zusammensetzung gemäß BEISPIEL 1 in Tabelle 2. Die Merkmale mit hellem Kontrast sind eisenreiche intermetallische Verbindungen. Die Abtastungen 221, 222 und 223 zeigen REM-Bilder von Mittel- bis Randorten in dem Querschnitt der Al-Legierungsplatte mit einer Zusammensetzung gemäß VERGLEICHSBEISPIEL 1. Das VERGLEICHSBEISPIEL 1 ist die Druckgusslegierung, die einen Supervakuum-Druckgussprozess und eine T7-Wärmebehandlung erfordert, um die Crashtauglichkeit und Nietbarkeit zu verbessern. Die Merkmale mit hellem Kontrast sind eisenreiche intermetallische Verbindungen. Wie zu sehen ist, kann die Al-Legierungszusammensetzung gemäß BEISPIEL 1 das Volumen der in dem-AI vorhandenen intermetallischen Eisenverbindungen verringern.
3 stellt eine Spannungs-Dehnung-Kurve dar, die das Beispiel 1 und das Vergleichsbeispiel 1 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung vergleicht. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Druckguss Beispiel 1 in einem wie gegossenen Zustand eine 0,2-Prozent-Prüfspannung von 113,7 ± 5,1 MPa, eine Zerreißbeanspruchung (UTS) von 251,6 ± 1,1 MPa und einen Dehnungsprozentsatz von 15,1 ± 1,4 % aufweisen. Das Vergleichsbeispiel 1 nach einer T7-Wärmebehandlung kann eine 0,2-%-Prüfspannung von 116,6 ± 1,4 MPa, eine UTS von 185,8 ± 1,1 MPa und einen Dehnungsprozentsatz von 15,4 ± 1,9 % aufweisen. Das Beispiel 1 weist im Vergleich zu dem T7-wärmebehandelten Vergleichsbeispiel 1 bei wesentlich verringerter UTS mit verbesserten Legierungstoleranzen und Leichtigkeit der Herstellung eine ähnliche 0,2-Prozent-Prüfspannung und Dehnung auf. Die mechanischen Eigenschaften des Beispiels 1 können sich nach dem Lackeinbrennen oder nach der T5-Wärmebehandlung nicht ändern, wobei theoretisiert wird, dass dies eine Folge dessen ist, dass in der Legierung wenig bis kein Magnesium und Kupfer vorhanden ist.
Die 0,2-Prozent-Prüfspannung ist diejenige Spannung, bei der die Probe nach dem Entlasten eine dauerhafte Dehnung von 0,2 % aufweist. Die 0,2-Prozent-Prüfspannung kann auch als eine Fließgrenze bezeichnet werden. Die UTS ist die maximale Spannung, die ein Material unter Spannung (das z. B. gedehnt oder gezogen wird) aushalten kann, bevor es reißt. Der Dehnungsprozentsatz ist diejenige Länge, bei der ein Material unter Spannung (das z. B. gedehnt oder gezogen wird) reißt. Eine T7-Wärmebehandlung enthält das Erwärmen des Gusses bei etwa 460 °C während 1 Stunde, gefolgt von einem Luftabschrecken, und daraufhin das Altern bei 230 °C während 3 Stunden.
4 stellt eine Aluminiumseite einer genieteten Kombination dar, die aus dem Guss der Legierung aus Beispiel 1 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung und einem Stahlblech QP 590 besteht. Die genietete Kombination aus 4 enthält eine 3 mm dicke Platte einer Al-Legierungszusammensetzung gemäß Tabelle 1, die an einen 0,7 mm dicken Stahl QP 590 genietet worden ist. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen können die Al-Legierung aus Beispiel 1 und die Al-Legierungszusammensetzung aus Tabelle 1 ausgezeichnete Nietbarkeit aufweisen, ohne z. B. eine komplizierte T7-Wärmebehandlung anzuwenden. Zum Beispiel kann es keine Rissbildung während oder nach dem Nieten oder keine Verformung darüber hinaus geben, was zum Nieten der Materialien mit Verlust mechanischer Eigenschaften erforderlich ist. Gemäß einigen anderen Beispielen kann eine Rissbildung vorhanden sein, wobei die Rissbildung aber das Fügen der Materialien nicht beeinflusst.
5 ist ein Ablaufplan, der einige Operationen einer beispielhaften Ausführungsform der Herstellung einer Aluminiumlegierungsguss-Komponente darstellt. Das Verfahren 50 ist hier in Bezug auf die Herstellung einer Aluminiumlegierungsguss-Komponente, wie sie mit der Al-Legierungszusammensetzung gemäß früheren beispielhaften Ausführungsformen erzeugt werden kann, beschrieben. In der Operation 51 können mehrere Materialien erwärmt werden, um eine Aluminiumschmelze zu bilden. Die Aluminiumschmelze kann Reinaluminium/Reinstaluminium und Aluminiumschrott enthalten. Die Aluminiumschmelze kann z. B. bis zu 50 % Aluminiumschrottmaterial enthalten, wobei allerdings beispielhafte Ausführungsformen darauf nicht beschränkt sind und in dieser Operation mehr oder weniger Aluminiumschrott vorhanden sein kann. In der Operation 53 kann die Zusammensetzung der Aluminiumschmelze geändert werden, damit sie z. B. der Aluminiumlegierungszusammensetzung aus Tabelle 1 entspricht. Um die Zusammensetzung der Aluminiumschmelze zu ändern, können Reinelemente/Reinstelemente (z. B. Al, Cu, Fe usw.) oder Schrottmetalle, insbesondere Aluminiumschrottmaterialien, verwendet werden. Die Endzusammensetzung der Aluminiumschmelze kann bis zu 50 % Schrottaluminiummaterial enthalten, wobei allerdings beispielhafte Ausführungsformen darauf nicht beschränkt sind und in dieser Operation mehr oder weniger Schrottaluminium vorhanden sein kann. In der Operation 55 wird die geänderte Aluminiumschmelze gegossen. Das Gießen kann ein Hochdruck-Druckguss 551, ein Halbfest-Druckguss 552 oder dergleichen sein. Der Hochdruck-Druckguss kann eine Metallform mit einem Hohlraum der negativen Geometrie des zu erzeugenden Teils verwenden; einfache Formen bestehen üblicherweise aus zwei zueinander passenden Hälften, während komplexere Formen Gleitmerkmale hinzufügen können, die Löcher und Unterschnittbereiche erzeugen. Die Form ist an einer Maschine angebracht, die in der Lage ist, Metallschmelze mit hohen Geschwindigkeiten einzuspritzen. Der Formhohlraum wird geschlossen, die Metallschmelze wird in eine Füllbüchse geschüttet, die Büchsenöffnung wird geschlossen und ein Stempel bewegt sich vorwärts, um das Metall in sehr kurzer Zeit (10-100 ms) in die Form zu drängen, was hohe Niveaus des angewendeten Drucks erzeugt. Danach wird der Stempeldruck für kurze Zeit aufrechterhalten; häufig findet eine aktive Kühlung statt, während innere Wasserdurchlässe in der Form aktiviert sind. Daraufhin wird der Druck abgebaut und der Stempel zurückgezogen; die Form öffnet sich und Auswerfstifte schieben das Teil heraus. Der Halbfest-Druckguss kann ein halbfestes Gussmaterial verwenden, das z. B. näherungsweise 50 % fest und 50 % flüssig ist. Das Metall wird bei einer Temperatur geschmolzen, die den Schlamm in seinem halbviskosen Zustand hält. Der Halbfest-Druckguss kann als Thixocasting, Rheocasting oder Thixomolding ausgeführt werden. Das Thixocasting kann Induktionserwärmen zum Wiedererwärmen vorgeformter Barren des Druckgussmaterials auf den halbfesten Temperaturbereich enthalten und die Gießmaschinen werden verwendet, um das halbfeste Material in gehärtete Stahlformen einzuspritzen. Das Rheocasting kann das Entwickeln des halbfesten Schlamms aus der Schmelze, die in einem typischen Gießofen hergestellt wird, vor dem Einspritzen enthalten. Das Thixomolding kann das Formen des halbfesten Schlamms in einer erwärmten Trommel der Form enthalten.
In der Operation 57 kann die Aluminiumkomponente eine Wärmebehandlung erfahren. Die Wärmebehandlung kann eine Operation 571, eine T5-Wärmebehandlung, die das künstliche Altern der Al-Gusslegierung bei genau oder etwa 205 °C während 60 Minuten enthält, oder eine Operation 572, das Lackeinbrennen der Aluminiumlegierungsguss-Komponente, sein, obwohl andere Verfahren verwendet werden können und die erfinderischen Konzepte darauf nicht beschränkt sind. Das Lackeinbrennen kann die Wärmebehandlung sein, die eine Gusskomponente während des Lacktrocknens/Lackeinbrennens während der Kraftfahrzeugherstellung erfährt, in der die Gusskomponente zu verschiedenen Zeitpunkten mehrere Zyklen erhöhter Temperaturen (z. B. 80 °C bis 200 °C) erfährt. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen kann eine Lackeinbrennbehandlung 4 Zyklen bei größer oder gleich etwa 100 °C enthalten, wobei jeder Zyklus die erhöhte Temperatur während größer oder gleich etwa 20 Minuten bis kleiner oder gleich etwa 60 Minuten hält. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen kann eine Lackeinbrennbehandlung etwa 20 Minuten bei etwa 190 °C, die Rückkehr zur Umgebungstemperatur, etwa 35 Minuten bei etwa 110 °C, die Rückkehr zur Umgebungstemperatur, etwa 20 Minuten bei 165 °C, die Rückkehr zur Umgebungstemperatur und etwa 20 Minuten bei etwa 145 °C enthalten. Der Durchschnittsfachmann erkennt, dass eine Lackeinbrennbehandlung auf der Grundlage von verschiedenem Lackmaterial und anderen Bedenken variiert. Die Operation 57 ist eine optionale Operation und gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Aluminiumlegierungsguss-Komponente keine Wärmebehandlung erfahren. Das Verfahren 50 kann kleiner oder gleich etwa 10 Tonnen Kohlendioxidemission (CO₂-Emission) pro 1 Tonnen des Artikels, der gebildet wird, erzeugen.

In der folgenden Tabelle 3 sind Al-Legierungszusammensetzungen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung und jene eines Vergleichsbeispiels 2 gezeigt. Diese Tabelle ist zu Vergleichszwecken gegeben und kann nicht alle akzeptablen Eigenschaftsbereiche für die hier gegebene Al-Legierungszusammensetzung widerspiegeln. Tabelle 3

	Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)
	Si	Mg	Cr	Mn	Fe	Cu	Ni	Ti	Sr	Al
Beispiel 2	7,26	0,214	0,260	0,0151	0,318	0,0040	0,0049	0,0045	0,0079	Rest
Vergleichsbeispiel 2	7,58	0,235	0,0016	0,454	0,0968	0,0017	0,0052	0,0096	10,0084	Rest

Das Beispiel 2 kann in einem wie gegossenen Zustand eine 0,2-%-Prüfspannung von 110,7 ± 3,7 MPa, eine UTS von 262,8 ± 4,8 MPa, einen Dehnungsprozentsatz von 13,1 ± 1,5 % und einen Biegewinkel von 32,2 ± 1,7 aufweisen. Das Beispiel 2 kann nach einer T5-Wärmebehandlung eine 0,2-Prozent-Prüfspannung von 142,6 ± 3,9 MPa, eine UTS von 262,6 ± 4,9 MPa, einen Dehnungsprozentsatz von 11,4 ± 1,2 % und einen Biegewinkel von 22,7 ± 1,4 aufweisen. Das Vergleichsbeispiel 2 kann in einem wie gegossenen Zustand eine 0,2-Prozent-Prüfspannung von 116,7 ± 3,5 MPa, eine UTS von 275,4 ± 4,2 MPa, einen Dehnungsprozentsatz von 13,0 ± 1,0 % und einen Biegewinkel von 29,1 ± 0,7 aufweisen. Das Vergleichsbeispiel 2 kann nach einer T5-Wärmebehandlung eine 0,2-%-Prüfspannung von 162,3 ± 3,3 MPa, eine UTS von 278,4 ± 4,4 MPa, einen Dehnungsprozentsatz von 10,4 ± 0,8 % und einen Biegewinkel von 19,7 ± 0,9 aufweisen. Das Beispiel 2 und das Vergleichsbeispiel 2 weisen ähnliche mechanische Eigenschaften auf, wobei das Beispiel 2 verbesserte Materialtoleranzen, z. B. höhere Toleranz für den Schrotteinschluss, aufweist. Somit kann das Beispiel 2 dadurch, dass es weniger Primäraluminium erfordert, das aus einer elektrolytischen Reduktion von Aluminiumoxid kommt, die energieaufwändig ist und reichlich Treibhausgase freisetzen kann, den CO₂-Fußabdruck des Aluminiums stark verbessern. Es kann Aluminiumschrott verwendet werden, um wenigstens einen Teil (z. B. etwa 50 %) des Primäraluminiums für Beispiel 2 zu ersetzen.
Die Biegewinkel bezieht sich hier auf den Winkel bei der maximalen Belastung auf der Grundlage der Biegeprüfung VDA 238-100 (Probengröße 60 mm × 60 mm × 3 mm; Stempelradius 0,4 mm). Eine T5-Wärmebehandlung enthält das künstliche Altern der Al-Gusslegierung bei 205 °C während 60 Minuten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Druckguss der Al-Legierungszusammensetzung gemäß Tabelle 1 in einem wie gegossenen Zustand eine Fließgrenze von größer oder gleich genau oder etwa 100-140 MPa und nach einem Lackeinbrennen oder einer T5-Wärmebehandlung von 120-210 MPa aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Druckguss einer Al-Legierungszusammensetzung gemäß Tabelle 1 in einem wie gegossenen Zustand eine UTS von größer oder gleich genau oder etwa 230-270 MPa und nach einem Lackeinbrennen oder einer T5-Wärmebehandlung von 250-310 MPa aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Druckguss der Al-Legierungszusammensetzung gemäß Tabelle 1 in einem wie gegossenen Zustand eine Bruchdehnung von größer oder gleich genau oder etwa 5 %, größer oder gleich genau oder etwa 6 %, größer oder gleich genau oder etwa 8 %, größer oder gleich genau oder etwa 10 %, größer oder gleich genau oder etwa 12 %, größer oder gleich genau oder etwa 14 %, größer oder gleich genau oder etwa 16 %, größer oder gleich genau oder etwa 18 %, größer oder gleich genau oder etwa 20 %, größer oder gleich genau oder etwa 22 %, größer oder gleich genau oder etwa 24 %, größer oder gleich genau oder etwa 26 %, größer oder gleich genau oder etwa 28 %, größer oder gleich genau oder etwa 30 %, größer oder gleich genau oder etwa 32 %, größer oder gleich genau oder etwa 34 % aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Druckguss einer Al-Legierungszusammensetzung gemäß Tabelle 1 nach einer T5-Wärmebehandlung eine Bruchdehnung von größer oder gleich genau oder etwa 5 %, größer oder gleich genau oder etwa 6 %, größer oder gleich genau oder etwa 7 %, größer oder gleich genau oder etwa 8 %, größer oder gleich genau oder etwa 10 %, größer oder gleich genau oder etwa 12 %, größer oder gleich genau oder etwa 14 %, größer oder gleich genau oder etwa 16 %, größer oder gleich genau oder etwa 18 % oder größer oder gleich genau oder etwa 20 % aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Druckguss der Al-Legierungszusammensetzung gemäß Tabelle 1 in einem wie gegossenen Zustand einen äquivalenten Biegewinkel auf der Grundlage der Biegeprüfung VDA 238-100 von größer oder gleich genau oder etwa $34 / \sqrt{t °}$
(t ist die Dicke einer Probenplatte), größer oder gleich genau oder etwa 12°, größer oder gleich genau oder etwa 14°, größer oder gleich genau oder etwa 16°, größer oder gleich genau oder etwa 18°, größer oder gleich genau oder etwa 20°, größer oder gleich genau oder etwa 22°, größer oder gleich genau oder etwa 24°, größer oder gleich genau oder etwa 26°, größer oder gleich genau oder etwa 28° oder größer oder gleich genau oder etwa 30° aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Druckguss der Al-Legierungszusammensetzung gemäß Tabelle 1 nach einer T5-Wärmebehandlung einen 3-Punkt-Biegewinkel bei größer oder gleich 3 mm von größer oder gleich genau oder etwa 10°, größer oder gleich genau oder etwa 12°, größer oder gleich genau oder etwa 14°, größer oder gleich genau oder etwa 16°, größer oder gleich genau oder etwa 18°, größer oder gleich genau oder etwa 20°, größer oder gleich genau oder etwa 22° oder größer oder gleich genau oder etwa 24° aufweisen. Zum Beispiel wäre das Prüfungsergebnis eines äquivalenten Biegewinkels auf der Grundlage der Biegeprüfung VDA 238-100 für eine Probe mit einer Dicke von 3 mm näherungsweise 19,63°.
Um die Kosten zu senken und den CO₂-Fußabdruck zu verringern, der der Verwendung von Primäraluminium, das z. B. unter Verwendung eines elektrolytischen Reduktionsprozesses vorbereitet wurde, zugeordnet ist, kann ausgewählter Aluminiumschrott verwendet werden, um wenigstens einen Teil (z. B. etwa 50 %) des Primäraluminiums zu ersetzen. Aluminiumschrott enthält Produktionsaluminiumschrott sowie Altaluminiumschrott. Produktionsaluminiumschrott bezieht sich auf Aluminiumschrott wie etwa Abgratungen und Bearbeitungsspäne, die nach verschiedenen Herstellungsprozessen zurückbleiben. Altaluminiumschrott bezieht sich auf die Aluminiumprodukte am Lebensdauerende (z. B. verwendete Getränkedosen). Produktionsaluminiumschrott ist häufig beschränkt. Somit ist es erwünscht, Altaluminiumschrott effektiv zu nutzen. Allerdings ist die Menge des Altaluminiumschrotts häufig durch seinen Eisengehalt beschränkt, der allgemein größer als etwa 0,15 Gew.-% und häufig größer als etwa 0,20 Gew.-% ist.
Die Bildung des Aluminiumlegierungsrohlings gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen kann zu einer Verringerung von wenigstens etwa 40 %, wenigstens etwa 70 % oder wenigstens etwa 90 % der CO₂-Äquivalente relativ zu einem entsprechenden Verfahren, das mit einer Primär-Al-Legierung und ohne Alt-Al-Schrott ausgeführt wird, führen. Gemäß einigen Aspekten erzeugt das Verfahren etwa 10 Tonnen, etwa 5 Tonnen oder etwa 3 Tonnen CO₂ pro 1 Tonne der Aluminiumzusammensetzung.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen ist zur Veranschaulichung und Beschreibung gegeben worden. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind allgemein nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind, wo anwendbar, austauschbar und können gemäß einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn sie nicht spezifisch gezeigt oder beschrieben ist. Diese kann außerdem auf viele Arten geändert werden. Derartige Änderungen werden nicht als Abweichung von der Offenbarung angesehen und alle derartigen Änderungen sollen in dem Schutzumfang der Offenbarung enthalten sein.

Claims

Aluminiumlegierungsguss-Komponente, die eine Aluminiumlegierungszusammensetzung umfasst, die umfasst: Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%; Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%; Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 6,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 9,5 Gew.-%; Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,35 Gew.-%; Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%; Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Titan (Ti) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,2 Gew.-%; Strontium (Sr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Teilen pro Million (ppm) bis kleiner oder gleich etwa 200 ppm; und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist.
Aluminiumlegierungsguss-Komponente nach Anspruch 1, wobei eine kumulative Gesamtmenge des Eisens (Fe), des Mangans (Mn) und des Chroms (Cr) kleiner als 0,65 Gew.-% ist.
Aluminiumlegierungsguss-Komponente nach Anspruch 1, wobei eine Summe der Konzentration von Eisen (Fe), des anderthalbfachen (1,5-fachen) der Konzentration von Mangan (Mn) und des Zwei-komma-sieben-fachen (2,7-fachen) der Konzentration des Chroms (Cr) größer als 0,8 Gew.-% ist.
Aluminiumlegierungsguss-Komponente nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumlegierungsguss-Komponente eine Fließgrenze von größer oder gleich etwa 100 MPa, eine Bruchdehnung von größer oder gleich etwa 8 % und einen äquivalenten Biegewinkel bei einer Dicke (t, mm) von größer oder gleich etwa $34 / \sqrt{t}$
Grad aufweist.
Aluminiumlegierungsguss-Komponente nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumlegierungsguss-Komponente eine Fließgrenze von größer oder gleich etwa 110 MPa, eine Bruchdehnung von größer oder gleich etwa 8 % und einen äquivalenten Biegewinkel bei einer Dicke (t, mm) von größer oder gleich etwa $44 / \sqrt{t}$
Grad aufweist.
Aluminiumlegierungsguss-Komponente nach Anspruch 1, wobei die Legierungszusammensetzung umfasst: Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%; Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 6,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 8 Gew.-%; Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,1 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%; Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%; Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,2 Gew.-%; Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist.
Aluminiumlegierungsguss-Komponente nach Anspruch 1, wobei die Legierungszusammensetzung umfasst: Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%; Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 8 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 9,5 Gew.-%; Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%; Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,2 Gew.-%; Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist.
Aluminiumlegierungsguss-Komponente nach Anspruch 1, wobei eine eutektische Siliciumphase der Aluminiumlegierungsguss-Komponente in einem wie gegossenen Zustand in einem dreidimensionalen Raum eine korallenartige Morphologie enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumgusskomponente, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Aluminiumschmelze unter Verwendung von größer oder gleich etwa 40 Gew.-% Aluminiumschrott; Einstellen der Aluminiumschmelze zum Bilden einer Aluminiumlegierungszusammensetzung zum Bilden der Aluminiumgusskomponente, wobei die Aluminiumlegierungszusammensetzung umfasst: Chrom (Cr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,3 Gew.-%; Mangan (Mn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%; Silicium (Si) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 6,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 9,5 Gew.-%; Magnesium (Mg) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,35 Gew.-%; Eisen (Fe) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,4 Gew.-%; Zink (Zn) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Kupfer (Cu) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Titan (Ti) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich etwa 0,2 Gew.-%; Strontium (Sr) in einer Konzentration von größer oder gleich etwa 0 Teilen pro Million (ppm) bis kleiner oder gleich etwa 200 ppm; und einen Rest der Legierungszusammensetzung, der Aluminium ist; und Gießen der Aluminiumlegierungszusammensetzung unter Verwendung eines Hochdruck-Druckgusses oder Halbfest-Druckgusses, um die Aluminiumgusskomponente zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst: Erwärmen der Aluminiumgusskomponente auf wenigstens eine Temperatur von größer oder gleich etwa 100 °C bis kleiner oder gleich etwa 250 °C und während größer oder gleich etwa 10 Minuten bis kleiner oder gleich etwa 300 Minuten; und Erwärmen der Aluminiumgusskomponente auf etwa 205 °C während etwa 60 Minuten.