DE102022200302A1

DE102022200302A1 - Aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE102022200302A1
Application number: DE102022200302.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kurt Stürzel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-01-13
Filing date: 2022-01-13
Publication date: 2023-07-13
Also published as: WO2023135188A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,25 - 0,60 Gew.-% Si, 0,35 - 0,70 Gew.-% Mg, 0,10 - 0,40 Gew.-% Ce, 0 - 0,35 Gew.-% Mo, 0 - 1,00 Gew.-% Fe, sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.-% auf 100 Gew.-% in der Legierung ergänzen, und wobei die unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe nicht mehr als 0,15 Gew.-% ausmachen und keine einzelne Verunreinigung mehr als 0,03 Gew.-% ausmacht. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung, ein entsprechendes Bauteil sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung zur Herstellung eines Bauteils. Im Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Asynchronmaschine und ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem als Asynchronmaschine ausgebildeten Antriebsaggregat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,25 - 0,60 Gew.-% Si, 0,35 - 0,70 Gew.-% Mg, 0,10 - 0,40 Gew.-% Ce, 0 - 0,35 Gew.-% Mo, 0 - 1,00 Gew.-% Fe, sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.-% auf 100 Gew.-% in der Legierung ergänzen, und wobei die unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe nicht mehr als 0,15 Gew.-% ausmachen und keine einzelne Verunreinigung mehr als 0,03 Gew.-% ausmacht. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung, ein entsprechendes Bauteil sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung zur Herstellung eines Bauteils. Im Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Asynchronmaschine und ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem als Asynchronmaschine ausgebildeten Antriebsaggregat.
Bei einem Elektroantrieb stellt neben dem Stator der Rotor eine Hauptkomponente dar. Bei Asynchronmaschinen (ASM) weist der Rotor eine in einen Rotor-Grundkörper eingebrachte Käfigwicklung auf, welche üblicherweise aus Aluminium oder aus Legierungen auf Aluminiumbasis ausgeführt und insbesondere in Nuten des Rotor-Grundkörpers an- oder eingegossen ist. Die Käfigwicklung umfasst dazu eine Mehrzahl von im Wesentlichen axial zu einer Rotordrehachse verlaufenden Stäben, welche stirnseitig mit damit in der Regel gleichzeitig gefertigten, insbesondere angegossenen Kurzschlussringen mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Anforderungen an das Material für die Käfigwicklung eines ASM-Rotors sind sehr hoch. Das Material muss den großen mechanischen Kräften, die bei den hohen Drehzahlen des E-Maschinen-Rotors auftreten, widerstehen. Ein Versagen des Materials durch Bruch kann zur Zerstörung des Motors führen. Daher muss das Material gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Dehngrenze auch bei hohen Temperaturen und eine damit verbundene Warmfestigkeit, aufweisen. Weiterhin muss das Material für seine Anwendung in einem ASM-Rotor auch eine gute Leitfähigkeit aufweisen. Schließlich muss das Metall bzw. die Metalllegierung eine gute Gießbarkeit aufweisen, damit eine zufriedenstellende Gussqualität erreicht werden kann und auch kompliziertere Rotorformen gegossen werden können. Ist keine ausreichende Gießbarkeit gegeben, können während des komplexen Gussprozesses zahlreiche Fehler wie beispielsweise eine im Guss eingeschlossene Porosität auftreten, was die Qualität des Gusskörpers vermindert und damit dessen mechanische Eigenschaften sowie die elektrische Leitfähigkeit verschlechtert.
Ursprünglich wurde als Material für ASM-Rotoren Aluminium technischer Reinheit vorgesehen. Aluminium in technischer Reinheit (Al99,7) weist zwar eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine hohe Bruchdehnung auf. Allerdings hat es eine sehr niedrige 0,2 %-Dehngrenze (Rp_0,2) bei höheren Temperaturen sowie eine unzureichende Gießbarkeit.
Ausgehend von Al99,7 wurden daher Anstrengungen unternommen, eine Legierung auf Basis von Aluminium zu entwickeln, die eine höhere Dehngrenze und Warmfestigkeit im Vergleich zu Al99,7 bei gleichzeitig noch guter elektrischer Leitfähigkeit aufweist. Die kommerziell verfügbare Aluminiumlegierung Anticorodal^®-04 (auch als Ac-04 oder [AISi0,5Mg] bezeichnet und von der Fa. Rheinfelden vertrieben) enthält neben Aluminium noch zusätzlich Silizium (etwa 0,4 Gew.-%), Magnesium (etwa 0,4-0,5 Gew-%) und Eisen. Diese in Bezug auf den Si-Gehalt niedriglegierte Legierung zeigt eine deutliche Steigerung der Dehngrenze und Zugfestigkeit gegenüber Al99,7 bei noch immer sehr hoher Bruchdehnung und ausreichender Leitfähigkeit. Allerdings weist Anticorodal^®-04 keine gute Gießbarkeit auf und ist damit beispielsweise für die Verwendung in einem Druckgussverfahren nur bedingt einsetzbar.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumlegierung bereitzustellen, die im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen eine verbesserte Dehngrenze auch bei hohen Temperaturen und eine damit verbundene Warmfestigkeit, eine hohe elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig eine verbesserte Gießbarkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.
Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Aluminiumlegierung bereitgestellt, die aus 0,25 - 0,60 Gew.-% Si, 0,35 - 0,70 Gew.-% Mg, 0,10 - 0,40 Gew.-% Ce, 0 - 0,35 Gew.-% Mo, 0 - 1,00 Gew.-% Fe, sowie als Rest Al sowie unvermeidbare Verunreinigungen besteht, wobei sich die Gew.-% auf 100 Gew.-% in der Legierung ergänzen, und wobei die unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe nicht mehr als 0,15 Gew.-% ausmachen und keine einzelne Verunreinigung mehr als 0,03 Gew.-% ausmacht.
Mengenangaben im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Gew.-%, soweit nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist. Im Rahmen der Erfindung ergänzen sich die Gew.-% in einer Legierung oder einem Bauteil zu 100 Gew.-%, so nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die angegebenen Mengenbereiche so zu verstehen, dass auch die Grenzwerte der angegebenen Bereiche mit eingeschlossen sind.
Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung enthält 0,25 - 0,60 Gew.-% Si, vorzugweise 0,25 - 0,40 Gew.-% Si und besonders bevorzugt 0,30 - 0,40 Gew.-% Si. Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung enthält ferner 0,35 - 0,70 Gew.-% Mg, vorzugsweise 0,35 - 0,60 Gew.-% Mg und besonders bevorzugt 0,40 - 0,60 Gew.-% Mg.
Magnesium hat sich als besonders geeignet erwiesen, um die Festigkeit der Legierung zu erhöhen. Weiterhin wurde gefunden, dass die gemeinsame Verwendung von Si und Mg die Erzeugung einer festigkeitssteigernden Ausscheidung der Spezies Mg₂Si ermöglicht. Im Gusszustand sind diese Elemente noch im Al-Mischkristall zwangsgelöst, können aber durch eine Wärmebehandlung in Form der Ausscheidungen ausgeschieden werden. Hierdurch steigen Dehngrenze und Festigkeit signifikant an und gleichzeitig wird auch die elektrische Leitfähigkeit gesteigert. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, Magnesium und Silizium in einem molaren Verhältnis Mg/Si von größer als 1, vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 2,2 und besonders bevorzugt im Bereich von 1,56 bis 1,78 zu verwenden. In entsprechender Weise ist es bevorzugt, Magnesium und Silizium in einem Gewichtsverhältnis Mg/Si von größer als 0,9, vorzugsweise im Bereich von 1,35 bis 1,98 und besonders bevorzugt im Bereich von 1,4 bis 1,6 zu verwenden.
Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung enthält ferner 0,10 - 0,40 Gew.-% Ce, vorzugsweise 0,10 - 0,35 Gew.-% Ce und besonders bevorzugt 0,10 - 0,25 Gew.-% Ce.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde überraschend gefunden, dass durch die Verwendung von Cer in den angegebenen Mengen die elektrische Leitfähigkeit sowie die Gießbarkeit der Legierung deutlich verbessert werden, ohne dabei die mechanischen Eigenschaften der Legierung signifikant zu verschlechtern. Darüber hinaus vermindert die Zugabe von Cer in den angegebenen Mengen auch die Klebeneigung der Legierung an der Form während des Gussprozesses und verbessert somit weiter die Verarbeitbarkeit der Legierung zu einem Bauteil. Auch wird die Wärmerissneigung durch die Zugabe von Cer überraschend vermindert.
Durch die erfindungsgemäß verwendeten Mengen an Silizium, Magnesium und Cer wird somit eine Legierung mit einem optimalen Verhältnis aus mechanischen Eigenschaften (Dehngrenze bei hohen Temperaturen bzw. Wärmerissneigung), elektrischer Leitfähigkeit und Verarbeitbarkeit (verbesserte Gießbarkeit und verringerte Klebeneigung) bereitgestellt.
Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung kann ferner 0 - 0,35 Gew.-% Mo, vorzugsweise 0,08 - 0,35 Gew.-% Mo und besonders bevorzugt 0,08 - 0,15 Gew.-% Mo enthalten. Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung kann ferner 0 - 1,00 Gew.-% Fe, vorzugsweise 0,20 - 1,00 Gew.-% Fe und besonders bevorzugt 0,40 - 0,60 Gew.-% Fe enthalten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung sowohl Molybdän als auch Eisen. Dabei ist es bevorzugt, dass die Legierung 0,08 - 0,35 Gew.-% Mo und 0,20 - 1,00 Gew.-% Fe, besonders bevorzugt 0,08 - 0,15 Gew.-% Mo und 0,40 - 0,60 Gew.-% Fe enthält.
Molybdän und/oder Eisen können in der erfindungsgemäßen Legierung optional verwendet werden, um die Klebeneigung der Legierung an der Form während des Gussprozesses weiter zu reduzieren sowie die Duktilität zu steigern. Molybdän ist dabei insbesondere geeignet, intermetallischen Phasen (beispielsweise Fe-haltige intermetallische Phasen wie beta-AlFeSi) hinsichtlich ihrer Morphologie zu sphärodisieren (d.h. zu verrunden) und damit die Duktilität zu steigern.
Der Rest der Legierung stellen AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen dar, wobei sich die Gew.-% auf 100 Gew.-% in der Legierung ergänzen. Die unvermeidbaren Verunreinigungen machen in Summe nicht mehr als 0,15 Gew.-% aus, vorzugsweise nicht mehr als 0,10 Gew.-%. Jede einzelne Verunreinigung macht dabei nicht mehr als 0,03 Gew.-% aus, vorzugsweise nicht mehr als 0,01 Gew.-%.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Legierung aus 0,30 - 0,40 Gew.-% Si, 0,40 - 0,60 Gew.-% Mg, 0,10 - 0,25 Gew.-% Ce sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.-% auf 100 Gew.-% in der Legierung ergänzen, und wobei die unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe nicht mehr als 0,15 Gew.-% ausmachen und keine einzelne Verunreinigung mehr als 0,03 Gew.-% ausmacht.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Legierung aus 0,30 - 0,40 Gew.-% Si, 0,40 - 0,60 Gew.-% Mg, 0,10 - 0,25 Gew.-% Ce, 0,08 - 0,15 Gew.-% Mo, 0,40 - 0,60 Gew.-% Fe sowie als Rest Al sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.-% auf 100 Gew.-% in der Legierung ergänzen, und wobei die unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe nicht mehr als 0,10 Gew.-% ausmachen und keine einzelne Verunreinigung mehr als 0,03 Gew.-% ausmacht.
Zusammengefasst wurden die Elementgehalte sowie Verhältnisse Mg/Si derart angepasst, dass das optimale Verhältnis aus Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit durch die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen erreicht wird und gleichzeitig die Gießbarkeit verbessert und die Warmrissneigung sowie die Klebeneigung an der Form reduziert wird. Eine optionale zusätzliche Zugabe von Molybdän kann die Klebeneigung weiter reduzieren und zudem die Duktilität steigern.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung noch die Verwendung der erfindungsgemäßen zur Herstellung eines Bauteils, vorzugsweise eines ASM-Rotors.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, vorzugsweise eines ASM-Rotors, aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Erschmelzen der Aluminiumlegierung aus wenigstens einer Vorlegierung und/oder den chemischen Elementen in den entsprechenden Gewichtsverhältnissen,
(b) Gießen der erschmolzenen Aluminiumlegierung in eine Form,
(c) Abkühlenlassen oder Abkühlen der in die Form gegossenen Aluminiumlegierung, und
(d) Wärmebehandeln der abgekühlten Aluminiumlegierung bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 260°C für eine Dauer von 1 bis 6 Stunden.

Gemäß Schritt (a) des Verfahrens wird die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung aus wenigstens einer Vorlegierung und/oder den chemischen Elementen in den entsprechenden Gewichtsverhältnissen erschmolzen. Die Aluminiumlegierung kann aus jedweden geeigneten Vorlegierungen oder Elementen erschmolzen werden. Vorzugsweise wird dabei die Aluminiumlegierung aus den reinen Elementen oder den Elementen mit technischer Reinheit (beispielsweise Al99,7) erschmolzen.
Nach Schritt (a) und vor Schritt (b) kann gegebenenfalls eine optionale Stickstoff-Impeller-Behandlung, eine Salzbehandlung und/oder eine Bor-Fällung vorgenommen werden. Diese optionalen Maßnahmen zur Reinigung der Schmelze sind dem Fachmann bekannt.
Bei der Stickstoff-Impeller-Behandlung handelt es sich um eine gängige Schmelzebehandlung im Bereich des Al-Gusses. Dabei wird ein meist aus Graphit bestehender Impeller in die Schmelze eingeführt und dann mit Drehzahlen um ca. 500 rpm für 4 bis 15 Minuten in der AI Schmelze rotiert. Dabei wird durch den Impeller Stickstoff in die Schmelze eingeleitet, welches durch den Impeller-Kopf fein verteilt wird. Durch die feinen Stickstoffblasen in der Schmelze werden Oxide und Wasserstoff gesammelt und an die Badoberfläche geführt. Dort können diese dann als Krätze entfernt werden. Außerdem ist dieser Prozess mit einer Salzbehandlung kombinierbar.
Bei der Bor-Fällung wird der Schmelze gezielt Bor zugegeben, sodass Elemente wie Ti oder V sich zu den jeweiligen Boriden verbinden und in der Schmelze ausfallen können. Dies führt zu einer Reinigung der Legierung und zu einer weiteren Steigerung der Leitfähigkeit, da Ti und V bspw. im Al-Mischkristall gelöst werden und dann das Kristallgitter stören und damit die Leitfähigkeit verschlechtern würden.
Gemäß Schritt (b) des Verfahrens wird die erschmolzene (d.h. flüssige) Aluminiumlegierung in eine Form gegossen. Dazu können alle dem Fachmann bekannten Formgießverfahren verwendet werden, beispielsweise das Druckgussverfahren, das Niederdruckgussverfahren oder das Zentrifugalgussverfahren. Die Temperatur, bei der das Abgießen erfolgt, kann vom Fachmann in Abhängigkeit vom verwendeten Formgießverfahren in geeigneter Weise gewählt werden, wobei bei zu niedriger Gießtemperatur die Gefahr von unzureichender Formfüllung und Kaltläufen besteht. Das Druckgussverfahren wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 650°C bis 750°C durchgeführt, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 680°C bis 700°C. Der Druck beträgt dabei üblicherweise bis zu 1000 bar.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schritt des Gießens in Form eines Druckgussverfahrens bei einer Temperatur im Bereich von 650°C bis 750°C oder in Form eines Zentrifugalgussverfahrens durchgeführt.
Gemäß Schritt (c) wird die in die Form gegossene Aluminiumlegierung abgekühlt oder abkühlen gelassen. Dazu erfolgt das Abgießen der Aluminiumlegierung beispielsweise in eine temperierte und/oder zwangs- oder vakuumentlüftete Form, besonders bevorzugt in eine temperierte und/oder zwangs- oder vakuumentlüftete Dauerform. Dabei hat die Temperierung der Form den Vorteil, dass durch die Temperierung die Aluminiumlegierung gezielt und gesteuert abgekühlt werden kann und somit die Standzeit des Gusswerkzeugs durch deren Kühlung erhöht wird.
In Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die abgekühlte Aluminiumlegierung bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 260°C für eine Dauer von 1 bis 6 Stunden wärmebehandelt, beispielsweise in einem Umluftkammerofen. Diese Wärmebehandlung kann direkt in der abgekühlten, aber noch nicht entfernen Gussform erfolgen. Alternativ ist es möglich, zunächst die Gussform zu entfernen und das durch den Guss erhaltene Bauteil direkt wärmezubehandeln. Der Wärmebehandlungsschritt ist vorteilhaft, um die gewünschten Eigenschaften der Legierung zu erreichen. So kann durch die Wärmebehandlung der Mischkristall „gereinigt“ werden und die Legierungselemente scheiden sich aus, so dass die Leitfähigkeit jeweils deutlich ansteigt. Weiterhin erhöht die Wärmebehandlung die mechanische Festigkeit der Legierung.
Die Wärmebehandlung erfolgt bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 260°C, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 220°C bis 250°C. Zur Erreichung der optimalen mechanischen Eigenschaften ist es dabei vorteilhaft, die Wärmebehandlungstemperatur so zu wählen, dass diese etwa 20°C bis 30°C oberhalb der vorgesehenen späteren Einsatztemperatur des Bauteils liegt. Die Wärmebehandlungsdauer beträgt 1 bis 6 Stunden, vorzugsweise 1 bis 3 Stunden. Vorzugsweise erfolgt die Wärmebehandlung in Form einer T5-Wärmebehandlung (d.h. abgeschreckt aus der Warmformungstemperatur und warmausgelagert). Die T5-Wärmebehandlung erfolgt vorteilhafterweise bei einer Temperatur von 220°C oder 250°C für eine Dauer von 3 Stunden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bauteil, welches die erfindungsgemäße Legierung umfasst oder durch das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bauteil um ein Bauteil für den Fahrzeug- oder Motorenbau. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Bauteil um einen ASM-Rotor. Der ASM-Rotor bildet gemeinsam mit einem Stator eine Asynchronmaschine, welche beispielsweise als Antriebsaggregat zum Antreiben eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs eingesetzt sein kann. Insofern betrifft die Erfindung darauf aufbauend im Weiteren auch eine Asynchronmaschine und ein Fahrzeug mit einer Asynchronmaschine.
Wie vorstehend ausgeführt, weist das erfindungsgemäße Bauteil verbesserte mechanische Eigenschaften sowie eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit auf.
Dementsprechend kann das Bauteil eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 31 MS/m aufweisen. Besonders bevorzugt liegt die elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 31 MS/m bis 34 MS/m, noch bevorzugter im Bereich von 31 MS/m bis 32 MS/m. Die elektrische Leitfähigkeit kann mittels des Wirbelstromprinzips, beispielsweise mit einem FISCHER SIGMASCOPE SMP350, bei einer 240 kHz Prüffrequenz an den Proben bestimmt werden. Die Messung erfolgt nach der Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 260°C für eine Dauer von 1 bis 6 Stunden, insbesondere nach einer T5-Wärmebehandlung bei 250°C für 3 Stunden. Wird das Bauteil nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt, so wurde es bereits in Schritt (d) des Herstellungsverfahrens wärmebehandelt, so dass vor Messung der elektrischen Leitfähigkeit keine weitere Wärmebehandlung durchzuführen ist. Wurde das Bauteil, welches die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Aluminiumlegierung umfasst, mittels eines anderen Herstellungsverfahrens ohne eine entsprechende Wärmebehandlung hergestellt, so ist diese Wärmebehandlung vor der Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit durchzuführen.
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Bauteil vorzugsweise nach der Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 260°C für eine Dauer von 1 bis 6 Stunden eine 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 von mindestens 70 MPa auf. Besonders bevorzugt liegt die 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 im Bereich von 70 MPa bis 100 MPa, noch bevorzugter im Bereich von 75 MPa bis 90 MPa. Die 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 ist erfindungsgemäß bei Raumtemperatur zu bestimmen. Die Messung erfolgt nach der Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 260°C für eine Dauer von 1 bis 6 Stunden, insbesondere nach einer T5-Wärmebehandlung bei 250°C für 3 Stunden. Wird das Bauteil nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt, so wurde es bereits in Schritt (d) des Herstellungsverfahrens wärmebehandelt, so dass vor Messung der elektrischen Leitfähigkeit keine weitere Wärmebehandlung durchzuführen ist. Wurde das Bauteil, welches die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Aluminiumlegierung umfasst, mittels eines anderen Herstellungsverfahrens ohne eine entsprechende Wärmebehandlung hergestellt, so ist diese Wärmebehandlung vor der Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit durchzuführen.
Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Bauteile sind auch stabil.
So verringert sich die elektrische Leitfähigkeit auch nach einer weiteren Wärmebehandlung für 500 Stunden bei einer Temperatur 30°C unterhalb der Wärmebehandlungstemperatur gemäß Herstellschritt (d) vorzugsweise um nicht mehr als 10%. Wenn F_(T1) die elektrische Leitfähigkeit nach der Wärmebehandlung T1 (gemäß Schritt (d), beispielsweise bei 250°C für 3 Stunden) darstellt und F_(T1+T2) die elektrische Leitfähigkeit nach einer weiteren Wärmebehandlung für 500 Stunden bei einer Temperatur 30°C unterhalb der Temperatur der ersten Wärmebehandlung darstellt (beispielsweise 220°C für 500 h), dann gilt: $(F_{(T 1)} - F_{(T 1 + T 2)}) / F_{(T 1)}) \leq 0,1$
Ebenso verringert sich die 0,2%-Dehngrenze auch nach einer weiteren Wärmebehandlung für 500 Stunden bei einer Temperatur 30°C unterhalb der Wärmebehandlungstemperatur gemäß Herstellschritt (d) vorzugsweise um nicht mehr als 10%. Wenn R_p0,2(T1) die 0,2%-Dehngrenze nach der Wärmebehandlung T1 (gemäß Schritt (d), beispielsweise bei 250°C für 3 Stunden) darstellt und R_p0,2(T1+T2) die 0,2%-Dehngrenze nach einer weiteren Wärmebehandlung für 500 Stunden bei einer Temperatur 30°C unterhalb der Temperatur der ersten Wärmebehandlung darstellt (beispielsweise 220°C für 500 h), dann gilt: $(R_{p 0,2 (T 1)} - R_{p 0,2 (T 1 + T 2)}) / R_{p 0,2 (T 1)}) \leq 0,1$
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher beschrieben. Diese stellen jedoch keine Einschränkung des Schutzbereiches der Erfindung dar.
Beispiele:

Es werden Aluminiumlegierungen mit den folgenden chemischen Zusammensetzungen (Beispiele 1 bis 4) hergestellt und mittels eines Druckgussverfahrens mit anschließender Wärmebehandlung bei 250°C für 3 Stunden in ein Bauteil gegossen. Ebenso wird als Vergleich eine Anticorodal^®-04-Legierung in gleicher Weise in ein Bauteil gegossen.

	Si [Gew.-%]	Mg [Gew.-%]	Mg/Si - Verhältnis	Ce [Gew.-%]	Fe [Gew.-%]	Mo [Gew.-%]
Bsp. 1	0,35	0,5	1,43	0,1	0,4	-
Bsp. 2	0,35	0,5	1,43	0,1	0,6	-
Bsp. 3	0,35	0,5	1,43	0,2	0,6	-
Bsp. 4	0,35	0,5	1,43	0,2	0,6	0,1
Vergleich (Ac-04)	0,40	0,5	1,25	-	0,4	-

Es zeigt sich, dass alle Legierungen eine im Vergleich zu Anticorodal^®-04 verbesserte Gießbarkeit und ein reduziertes Kleben aufweisen. Die Gießbarkeit ist insbesondere für die Beispiele mit einem höheren Cergehalt von 0,2 Gew.-% (Beispiele 3 und 4) im Vergleich zu Anticorodal^®-04 deutlich verbessert. Die Klebeneigung kann durch Zugabe von Molybdän noch weiter verringert werden (Beispiel 4). Die entsprechenden, erfindungsgemäß erhaltenen Bauteile weisen eine elektrische Leitfähigkeit > 31 MS/m sowie eine 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 > 70 MPa auf und zeigen somit in Bezug auf diese Eigenschaften mit Anticorodal^®-04 vergleichbare Werte.

Claims

Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,25 - 0,60 Gew.-% Si, 0,35 - 0,70 Gew.-% Mg, 0,10 - 0,40 Gew.-% Ce, 0 - 0,35 Gew.-% Mo, 0 - 1,00 Gew.-% Fe, sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.-% auf 100 Gew.-% in der Legierung ergänzen, und wobei die unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe nicht mehr als 0,15 Gew.-% ausmachen und keine einzelne Verunreinigung mehr als 0,03 Gew.-% ausmacht.
Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, welche 0,30- 0,40 Gew.-% Si, 0,40- 0,60 Gew.-% Mg, 0,10- 0,25 Gew.-% Ce, 0 - 0,35 Gew.-% Mo und 0 - 1,00 Gew.-% Fe aufweist.
Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, welche 0,20 - 1,00 Gew.-% Fe aufweist.
Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche 0,08 - 0,35 Gew.-% Mo aufweist.
Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche 0,30 - 0,40 Gew.-% Si, 0,40 - 0,60 Gew.-% Mg, 0,10 - 0,25 Gew.-% Ce, 0,08 - 0,15 Gew.-% Mo und 0,40 - 0,60 Gew.-% Fe aufweist.
Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche in Summe nicht mehr als 0,10 Gew.-% an unvermeidbaren Verunreinigungen aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, vorzugsweise eines ASM-Rotors, aus der Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die folgenden Schritte: (e) Erschmelzen der Aluminiumlegierung aus wenigstens einer Vorlegierung und/oder den chemischen Elementen in den entsprechenden Gewichtsverhältnissen, (f) Gießen der erschmolzenen Aluminiumlegierung in eine Form, (g) Abkühlenlassen oder Abkühlen der in die Form gegossenen Aluminiumlegierung, und (h) Wärmebehandeln der abgekühlten Aluminiumlegierung bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 260°C für eine Dauer von 1 bis 6 Stunden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Gießens in Form eines Druckgussverfahrens bei einer Temperatur im Bereich von 650°C bis 750°C oder in Form eines Zentrifugalgussverfahrens durchgeführt wird.
Bauteil, vorzugsweise ein ASM-Rotor, umfassend die Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder erhältlich durch das Verfahren nach Anspruch 7 oder 8.
Bauteil nach Anspruch 9, welches nach der Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 260°C für eine Dauer von 1 bis 6 Stunden eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 31 MS/m aufweist.
Bauteil nach Anspruch 9 oder 10, welches nach der Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 260°C für eine Dauer von 1 bis 6 Stunden eine 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 von mindestens 70 MPa aufweist.
Verwendung einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung eines Bauteils, vorzugsweise eines ASM-Rotors.
Asynchronmaschine (ASM) mit einem Bauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem als Asynchronmaschine nach Anspruch 13 ausgebildeten Antriebsaggregat.