DE10244471A1 - Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer Aluminium-Knetlegierung - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer Aluminium-Knetlegierung, bei dem die Aluminium-Knetlegierung in einem Formhohlraum gegossen wird, um ein Gussteil zu erzeugen, und das Gussteil isostatisch gepress wird, um im Inneren vorhandene Hohlräume zu schließen.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer Aluminium-Knetlegierung.
• Es gibt zwei Arten oder Gruppen von Aluminium-Knetlegierungen, und zwar Legierungen, die durch Kneten (bzw. Bearbeiten) geformt werden, und Legierungen, die durch Gießen geformt werden. Ungefähr 75% des in den USA produzierten Aluminiums liegt in Form von Knetlegierungen vor. In der Luftfahrtindustrie liegt nahezu das gesamte Aluminium in Knetlegierungsform vor. Beispielsweise bestehen Flugzeugräder aus geschmiedeten Aluminium-Knetlegierungen wie z. B. "wrought alloy 7050" (Al, 602% Zn, 2,3% Cu, 2,3% Mg, wobei die % Gew.-% bedeuten). Im Gegensatz zu Gussteilen muss bei Bauteilen aus Knetlegierungen nicht auf die Fließeigenschaften der Legierung geachtet werden. Bauteile aus Knetlegierungen besitzen daher eine größere Flexibilität hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, was dazu ausgenutzt werden kann, für bessere mechanische Eigenschaften der Legierung zu sorgen. Außerdem haben geschmiedete Bauteile aufgrund der mehrfachen Bearbeitung der Mikrostruktur der Legierung keine Porosität.
• Wegen ihres hohen Festigkeits-/Gewichts-Verhältnisses eignen sich Bauteile aus Aluminium-Knetlegierungen für besonders kritische Anwendungen in der Luftfahrt- und Kraftfahrzeugindustrie. Aufgrund ihrer schlechten Gießeigenschaften werden jedoch Aluminium-Knetlegierungen üblicherweise nicht zu fertigen Bauteilen gegossen. So haben Aluminium-Knetlegierungen beispielsweise schlechte Fließeigenschaften, was ein Fließen der Legierung in dünnen Gießformabschnitten nahezu unmöglich macht, und einen schlechten Warmreißwiderstand, der zu Rissen in dem Gussteil führt.
• Die Fertigung derartiger Bauteile aus Knetlegierungen mit komplizierter Geometrie bedingt hohe Herstellungskosten, die aus den mehrfachen Bearbeitungsvorgängen (z. B. Erwärmen, Schmieden und Nachbearbeitung) herrühren, welchen das Rohgussteil unterzogen werden muss.
• Es besteht somit ein Bedarf für ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer Aluminium-Knetlegierung (wrought aluminum alloy), das diese Nachteile vermeidet.
• Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.
• Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Aluminium-Knetlegierungen, bei dem die Aluminium-Knetlegierungen in einem Formhohlraum bei unteratmosphärischem Druck formgegossen werden, um ein Gussteil herzustellen, das nahezu seine Endform hat und eine Außenfläche aufweist, die für ein anschließendes isostatisches Pressen geeignet ist, um innere Hohlräume wie z. B. Mikroporen und/oder Mikrorisse zu schließen. Das Gussteil wird vorzugsweise anschließend isostatisch warmgepresst, um innere Hohlräume zu schließen oder zumindest zu verengen.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Aluminium- Knetlegierung unter Bedingungen formgegossen, bei dem ein Gussteil entsteht, das innere Hohlräume haben kann, welche nicht mit der Oberfläche in Verbindung stehen, derart, dass das Gussteil anschließend zum Schließen der inneren Hohlräume isostatisch warmgepresst werden kann. Spezielle bevorzugte Gießbedingungen umfassen eine Kombination aus Hochvakuum beim Gießen, hohe Einspritzgeschwindigkeiten (Kolbengeschwindigkeiten), wahlweises Erwärmen der Gießformen auf überatmosphärische Temperatur, hoher Pressdruck nach dem Einspritzen der Aluminium-Knetlegierung in den Formhohlraum und eine ausreichende Aushärtungszeit zum vollständigen Aushärten des Bauteils unter Druck.
• Das Gussteil wird anschließend isostatisch warmgepresst (HIP = hot isostatically pressed) unter Bedingungen, die das Schließen innerer Hohlräume fördern, wodurch ein in seiner Form bereits nahezu fertiges Gussteil und ein HIP-gepresstes Bauteil geschaffen werden. Die HIP-Bearbeitung wird typischerweise in einer Gasatmosphäre bei einer ausreichend hohen Temperatur und einer ausreichend langen Zeitdauer durchgeführt, um das Schließen der inneren Hohlräume in dem Gussteil zu fördern und seine mechanischen Eigenschaften wie z. B. Formänderungsfestigkeit, Endzugfestigkeit und Duktilität des Gussteils und des HIP-bearbeiteten Bauteils zu verbessern.
• Anhand der Zeichnung werden weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Gießmaschine zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
• Fig. 2 eine Draufsicht auf eine der Formhälften zum Formgießen von Bauteilen aus Aluminium-Knetlegierung (7050).
• Fig. 1 zeigt eine Gießmaschine, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Aluminium-Knetlegierungen (wrought aluminum alloys) formgegossen, wie sie in der International Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys, Unified North American and International Registration Records of the Aluminum Association Incorporated, 900 l9th Street, N. W., Washington, D. C., Januar 2001 beschrieben sind. Aluminium- Knetlegierungen werden durch vier Ziffern gekennzeichnet (z. B. 2xxx, 3xxx, Sxxx, 6xxx, usw. Seriennummer) im Gegensatz zu Aluminium-Gusslegierungen, die durch drei Ziffern gekennzeichnet werden. Aluminium-Knetlegierungen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren formgegossen, isostatisch heißgepresst und ausfällwärmebehandelt werden können, umfassen sämtlich 2xxx-Legierungen, welche Al, Cu, Mg, 6xxx-Legierungen umfassen, welche Al, Mg, Si und 7xxx-Legierungen umfassen, welche wiederum Al, Zn, Mg, Cu umfassen.
• Eine Gießmaschine, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann, ist in der US 6 070 643 beschrieben. Die Gießmaschine weist einen Grundkörper 10 auf, in dem ein Reservoir 10a für Hydraulikflüssigkeit vorgesehen ist, welches von einer hydraulischen Stellvorrichtung 12 zum Öffnen und Schließen einer ortsfesten Formträgerplatte 14 und einer beweglichen Formträgerplatte 16 dient. Die Formträgerplatte 16 ist auf Stangen 18 verschiebbar. Ein Gestängemechanismus 20 ist mit der Formträgerplatte 16 verbunden, um die bewegliche Formhälfte 34 relativ zu der an der Formträgerplatte 14 angeordneten ortsfesten Formhälfte 32 zu verstellen. Die Gießmaschine umfasst einen Gasakkumulator 21 zum raschen Zuführen von Hydraulikflüssigkeit zu dem Kolbenmechanismus.
• Die Gießmaschine umfasst ferner ein horizontales Einspritzrohr 24, das mit einem Formhohlraum 30 zwischen den Formhälften 32, 34 in Verbindung steht. Der Formhohlraum 30 kann so gestaltet sein, dass er zum Gießen einer oder mehrerer Bauteile dient. Das Einspritzrohr 24 hat ein Abgabeende 24a, das mit einem Einlass 36 des Formhohlraums 30 in Verbindung steht, dass geschmolzenes Material unter Druck eingespritzt werden kann. Der Einlass 36 kann in der ortsfesten Formhälfte 32 oder der beweglichen Formhälfte 34 oder in beiden eingearbeitet sein.
• Das Abgabeende 24a des Einspritzrohres 24 verläuft durch einen Kanal 24b in der ortsfesten Formträgerplatte 14 und der Formhälfte 32, wie in Fig. 1 zu sehen ist.
• Das Einspritzrohr 24 erstreckt sich durch die Formhälfte 32 in eine Unterdruckschmelzkammer 40, in der die zu vergießende geschmolzene Aluminium- Knetlegierung in einem Tiegel 54 bei relativ hohem Unterdruck wie z. B. ungefähr 15 bis 50 µm erwärmt wird. Die Unterdruckschmelzkammer 40 wird von einer Gehäusewand 42 umgeben, die den einen Kolben 27 aufnehmenden gegenüberliegenden Endabschnitt des Einspritzrohres 24 und die hydraulische Stellvorrichtung 25 umgibt. Die Unterdruckschmelzkammer 40 wird durch eine oder mehrere Unterdruckpumpen P evakuiert, die mit der Kammer 40 durch eine Leitung 40a verbunden ist. Der Körper 10 und die Gehäusewand 42 ruhen auf einem Betonboden oder einer ähnlichen geeigneten Unterlage.
• Die Gehäusewand 42 ist gegenüber der ortsfesten Formträgerplatte 14 durch eine umlaufende Dichtung 43 luftdicht abgedichtet, die dazwischen so angeordnet ist, dass sie das Einspritzrohr und zwei Seite-an-Seite angeordnete stationäre, horizontale Stützglieder 44 (von denen eine gezeigt ist) dicht umschließt, welche sich durch die Gehäusewand 42 erstrecken.
• Der Kolben 27 ist in dem Einspritzrohr 24 so gelagert, dass er durch die Stellvorrichtung 25 und eine Kolbenstange 27b zwischen einer Ausgangsstellung rechts von einer Einlassöffnung 58 des Einspritzrohres 24 und einer Einspritzstellung benachbart zu dem Einlass 36 bewegbar ist. Die Einlassöffnung 58 steht mit einer Schmelze empfangenden Aufnahme 52 aus Metall (z. B. Stahl) in Verbindung, die benachbart zu der ortsfesten Formträgerplatte 14 an dem Einspritzrohr 24 durch Klemmen (nicht gezeigt) gehalten wird. Die Aufnahme 52 ist unter dem Tiegel 54 angeordnet, um eine Ladung geschmolzener Aluminium-Knetlegierung zu empfangen. Die mit der Schmelze in Berührung gelangenden Oberflächen der Formhälften 32, 34 und des Kolbenendes 27a sind typischerweise mit einer Graphitsprühbeschichtung versehen.
• Der Tiegel 54 kann ein den Schmelzvorgang bewirkender Schmelztiegel sein, in dem eine massive Ladung der Aluminium-Knetlegierung innerhalb der Kammer 40 geschmolzen wird. Eine Induktionsspule 56 umgibt den Tiegel, um die Legierung auf eine Gießtemperatur zu erwärmen, die etwas oberhalb der Schmelztemperatur liegt. Statt dessen kann der Tiegel ein die Schmelze haltender Behälter sein, der eine bereits geschmolzene Aluminium-Knetlegierung aus einem Unterdruckschmelztiegel (nicht gezeigt) empfängt, der außerhalb der Kammer 40 angeordnet ist.
• Wenn der Tiegel 54 ein Schmelztiegel ist, kann er als Induktionsschalentiegel mit Kupfersegmenten ausgebildet werden, bei dem eine Ladung massiver Aluminium-Knetlegierung über eine Unterdrucköffnung 40b eingegeben und mit Hilfe der um den Tiegel herum angeordneten Induktionsspulen 56 geschmolzen wird. Es lassen sich auch Tiegel 54 mit einer keramischen oder feuerfesten (z. B. aus Graphit) bestehenden Beschichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwenden. Der Tiegel 54 lässt sich durch Kippen um Lagerzapfen T unter Verwendung eines herkömmlichen hydraulischen, elektrischen oder anders ausgebildeten Aktors (nicht gezeigt) kippen, der außerhalb der Kammer 40 angeordnet und mit dem Tiegel durch ein Vakuum abgedichtetes Gestänge verbunden ist, welches sich von dem Aktor zu dem Tiegel erstreckt. Der Tiegel 54 wird gekippt, um das geschmolzene Material in die Aufnahme 52 zu gießen, welche mit dem Einspritzrohr 24 über die Öffnung 58 verbunden ist. Das geschmolzene Material wird durch die Öffnung 58 in das Einspritzrohr 24 vor dem Kolbenende 27a eingeführt.
• Der Kolben 27 wird von der Ausgangsstellung in die Einspritzstellung benachbart zu dem Einlass 36 durch die hydraulische Stellvorrichtung 25 bewegt, die beispielsweise an der oben erwähnten herkömmlichen Gießmaschine vorgesehen ist. Ein typischer radialer Spalt zwischen dem Einspritzrohr 24 und dem Kolbenende 27a liegt im Bereich von ungefähr 0,0127 bis 0,508 mm (0,0005 inch bis 0, 020 inch).
• Wenn die Formhälften 32, 34 geschlossen sind, steht der zwischen ihnen gebildete Formhohlraum 30 mit der Kammer 40 über das Einspritzrohr 24 in Verbindung und kann durch das Einspritzrohr 24 entlüftet werden. Insbesondere hat die stationäre Formhälfte 32 typischerweise eine Reihe von Nuten (nicht gezeigt) an ihrer Innenfläche, die der gegenüberliegenden Innenfläche der beweglichen Formhälfte 34 gegenüberliegt. Die Nuten erstrecken sich um den Formhohlraum 30 sowie um den Einlass 36 und eine Schmelze-Abgabeöffnung, die mit dem Einlass 36 verbunden ist und von dem Ende 24a des Einspritzrohres gebildet wird. In jeder Nut sitzt eine entsprechende Vakuumdichtung 60 in Form eines elastischen, wieder verwendbaren, temperaturresistenten O-Rings zwecks Abdichtung gegen die Gegenfläche der bewegbaren Formhälfte 34 bei geschlossenen Formhälften. Der Einfachheit halber sind nur eine Nut und eine Dichtung 60 dargestellt. Statt dessen kann die Dichtung 60 in Nuten an der Gegenfläche der bewegbaren Formhälfte 34 oder an den gegenüberliegenden Flächen beider Formhälften 32, 34 vorgesehen werden, um eine vakuumdichte Abdichtung um den Formhohlraum 30, den Einlass 36 und das Einlassende 24a des Einspritzrohres gegenüber der Atmosphäre zu bilden, die die Außenseite der Formhälfte 32, 34 umgibt, wenn sie geschlossen sind. Die Dichtungen 60 können aus Viton-Material bestehen, die Temperaturen in der Größenordnung von 204°C (400°F) widerstehen, wie sie im Formhohlraum 30 herrschen können, wenn er mit dem geschmolzenen Material gefüllt ist.
• Durch die Dichtungen 60 wird der Formhohlraum 30 bei geschlossenen Formhälften 32, 34 gegenüber der umgebenden Atmosphäre isoliert; dies erlaubt es, den Formhohlraum 30 durch das Einspritzrohr 24 zu entlüften, wenn die Kammer 40 auf einen Unterdruck in der Größenordnung von ungefähr 15 bis 50 µm evakuiert wird.
• Die Formhälften 32, 34 werden während des Gießvorganges vorzugsweise auf einer überatmosphärischen Temperatur, etwa einem Bereich von ungefähr 93 bis 204°C (200 bis 400°F) gehalten, wenngleich auch die Formhälften nicht unbedingt erwärmt werden müssen. Beispielsweise werden die Formhälften 32, 34 vor dem Einspritzen der geschmolzenen Legierung durch ein oder mehrere elektrische Widerstands-Heizelemente (nicht gezeigt) erwärmt, die in Kanälen der Formhälften angeordnet sind, oder auch durch Gasflammen-Brenner oder irgendwelche anderen Heizmittel, oder es können auch die Formhälften als Folge einer vorhergehenden Einspritzung einer Eigenerwärmung unterliegen. Die Formhälften 32, 34 können auch durch Wasser-Kühlkanäle (nicht gezeigt) gekühlt werden, die im Inneren der Formhälften gebildet sind und durch die Kühlwasser umläuft, um die Temperatur in einem bevorzugten Bereich zu halten. Das Einspritzrohr 24 kann ebenfalls wahlweise erwärmt oder gekühlt werden, um die Temperatur des Einspritzrohres 24 innerhalb eines Bereiches von beispielsweise 93 bis 204°C (200 bis 400°F) zu halten, wobei die gleichen oder ähnliche Heiz- und Kühlvorrichtungen verwendet werden können.
• Beim Gießen von Aluminium-Knetlegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen die Formhälften 32, 34 und das Einspritzrohr 24 vorzugsweise aus Stahl oder einem ähnlichen Material, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt ist, da auch andere Materialien verwendet werden können.
• Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Aluminium-Knetlegierung unter einer bestimmten Kombination von Bedingungen formgegossen, um ein Gussteil zu erzeugen, das bereits nahezu die Endgestalt des herzustellenden Bauteils hät und das sich einer anschließenden isostatischen Heißpressung (HIP = hot isostatic pressing) unterziehen lässt, um innere Hohlräume verschwinden zu lassen oder zumindest zu reduzieren. Beim Gießen entsteht typischerweise ein Gussteil, das innere Hohlräume in Form beispielsweise einer inneren Mikroporosität und/oder von Mikrorissen (micro cracks bzw. micro-hot tearing) aufweist, die insofern ohne Außenflächenverbindung sind, als sie sich nicht bis zur Außenfläche des Gussteils erstrecken bzw. diese nicht durchdringen. D. h., dass die Außenfläche des Gussteils im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, so dass sich das Formteil einer anschließenden HIP-Behandlung unterziehen lässt, um die Innenräume schrumpfen zu lassen.
• Bevorzugte Gießbedingungen bestehen aus einer Kombination der folgenden Bedingungen: 1) Hochvakuum von ungefähr 15 bis 50 µm im Formhohlraum 30 und der Kammer 40, 2) wahlweises Erwärmen der Formhälften 32, 34 auf eine überatmosphärische Temperatur von ungefähr 93 bis 204°C (200 bis 400°F), 3) hohe Einspritzgeschwindigkeiten (des Kolbens 27), die größer als 762 mmls, vorzugsweise 762 bis 2032 mm/s (30 bis 80 inch/s) sind, und 4) hoher Pressdruck im Bereich von ungefähr 344,5 bis 1378 bar (5000 bis 20000 psi) nach Einspritzen der Aluminium-Knetlegierung in den Formhohlraum 30 und für eine Zeitdauer, die ausreicht, um das Gussteil im gesamten Querschnitt des Gussteils bei diesem Druck im Formhohlraum 30 aushärten zu lassen. Diese Bedingungen können für eine spezielle Zusammensetzung der Aluminium-Knetlegierung gewählt und eingestellt werden, um ein Gussteil zu erzeugen, das sich einer HIP-Behandlung unterziehen lässt.
• Das Gussteil wird dann einer HIP-Behandlung unterzogen. Wie bereits erwähnt, ist die Aussenfläche des Gussteils im wesentlichen frei von Hohlräumen. Die HIP-Behandlung wird vorzugsweise in einem Inertgas oder anderen Gas, das nicht mit der Aluminium-Knetlegierung reagiert, durchgeführt. Ein typisches Gas ist Argon. Die HIP-Behandlung wird bei ausreichend hohen Temperaturen und ausreichend lang durchgeführt, um im Inneren vorhandene Hohlräume wie Mikroporen und Mikrorisse zu schließen und mechanische Eigenschaften wie Formfestigkeit, Endzugfestigkeit und Duktilität des Gussteils wie auch des fertigen Bauteils zu verbessern. Die HIP-Behandlung wird beispielsweise bei einer Temperatur 454 bis 538°C (850 bis 1000°F) und einem Gasdruck von 1033 bar (15000 psi) 2 Std. lang für die meisten Bauteile aus Aluminium-Knetlegierung durchgeführt. Die HIP-Behandlung kann unter Verwendung herkömmlicher HIP-Vorrichtungen erfolgen.
• Vor der HIP-Behandlung kann das Gussteil einer Lösungs-Wärmebehandlung bei höheren Temperaturen unterzogen werden, um den Anteil der eutektischen Niederschmelzpunkt-Phase(n) zu verringern, welche in der Mikrostruktur des Gussteils vorhanden sein kann, um dadurch die Mikrostruktur und Chemie der Legierung zu homogenisieren und dadurch ein Anschmelzen während der HIP-Behandlung zu vermeiden. Geeignete Temperaturen und Zeiten für eine derartige Lösungswärmebehandlung sind für zahlreiche Aluminium-Knetlegierungen bekannt. Nach der HIP-Behandlung kann das Bauteil einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die erwünschten mechanischen Eigenschaften zu entwickeln. Beispielsweise kann das gegossene und HIP-behandelte Bauteil einer herkömmlichen Lösungs-Wärmebehandlung ausgesetzt werden, der eine oder mehrere Alterungswärmebehandlungen bei niedriger Temperatur folgen, um die erwünschten mechanischen Eigenschaften für die spezielle Aluminium-Knetlegierung zu erzeugen. Beispiele für derartige Wärmebehandlungen sind die bekannten T6- und T7-Wärmebehandlungen.
• Das folgende Beispiel dient zur Erläuterung und nicht zur Beschränkung der Erfindung.
BEISPIEL
• Rohlinge aus Aluminium-Knetlegierung 7050 wurden unter Verwendung einer Gießmaschine wie oben beschrieben formgegossen, wobei ungefähr 1361 g Legierung im Tiegel 54 innerhalb der Unterdruckschmelzkammer 40 (Fig. 1) bei einem Unterdruckniveau von 25 µm induktionsgeschmolzen wurde. Die Legierung wurde dann auf eine Gießtemperatur von 634°C (1175°F) erwärmt, um eine Überhitzung bezüglich der Schmelztemperatur der Legierung von 628°C (1162°F) zu erzeugen. Die Formhälften 32, 34 wurden auf ungefähr 100°C (212°F) erwärmt. Die geschmolzene Legierung wurde in das Einspritzrohr gegossen und in den Formhohlraum mit einer Kolbengeschwindigkeit von 762 mm/s (30 inch/s) mit einem Einspritzrohr eines Durchmessers von 76,2 mm (3 inch) eingespritzt. Der Kolben 27 wurde dann weiter in das Einspritzrohr hinein bewegt, um einen Pressdruck bei einem maximalen berechneten hydrostatischen Druck von 427 bar (6200 psi) auf die Legierung im Formhohlraum 30 s lang auszuüben, so dass die Legierung in ihrem gesamten Querschnitt vollständig ausgehärtet wurde, während sie unter dem Pressdruck stand. Die Formhälften wurden dann geöffnet, und das erhärtete Gussteil unter Verwendung von Auswerferstiften ausgeworfen. Der Formhohlraum hatte eine Gestalt, wie dies in Fig. 2 für eine Formhälfte gezeigt ist, mit vier länglichen fingerartigen Hohlräumen C, die jeweils 330 mm (13 inch) lang sind und einen Durchmesser von 15,2 mm (0,6 inch) haben und mit Löchern H für Auswerferstifte versehen sind. Die Enden der fingerartigen Hohlräume standen mit einem Hohlraum F in Verbindung, dem eingespritztes geschmolzenes Material aus dem Einlass zugeführt wurde. Die auf diese Weise hergestellten Gussteile aus 7050-Legierung zeigten einige innere Hohlräume in Form von Mikroporen und Mikrorissen aufgrund des Schrumpfes beim Aushärten. Die Rissbildung der gemäß der Erfindung hergestellten Gussteile war deutlich geringer im Vergleich zu Gussteile, die ohne die Kombination aus Hochvakuum und Pressdruck hergestellt wurden, und war im übrigen beschränkt auf das Innere der Gussteile im Gegensatz zu Gussteilen, die nicht mit der Kombination aus Hochvakuum und Pressdruck hergestellt würden. D. h., dass die inneren Hohlräume in Form von Mikroporen und Mikrorissen der Gussteile gemäß der vorliegenden Erfindung sich nicht bis in die Oberfläche des Gussteils erstreckten, so dass das Gussteil anschließend einer HIP-Behandlung unterzogen werden konnte, um die inneren Poren und Mikrorisse zu schließen. Gussteile, die ohne die erfindungsgemäße Kombination von Hochvakuum und Pressdruck gegossen wurden, zeigten innere Poren und Risse, die nicht durch eine HIP-Behandlung geschlossen werden konnten.
• Eine chemische Analyse der Gussteile aus 7050-Legierung zeigte, dass es einen Verlust an flüchtigen Legierungselementen, insbesondere Zn und Mg, bei dem hohen Unterdruckniveau von 25 µm gab. Dieser Verlust an flüchtigen Elementen aus der Aluminium-Knetlegierung kann dadurch ausgeglichen werden, dass die Anfangskonzentrationen dieser flüchtigen Elemente in der zu schmelzenden Legierung erhöht werden. Statt dessen kann die Legierung in der Kammer 40 bei einem Unterdruckniveau geschmolzen werden, das nicht ausreicht, um einen merklichen Verlust an flüchtigen Legierungselementen hervorzurufen. Beispielsweise kann die Kammer 40 auf einem Unterdruckniveau von 40 µm gehalten werden, um den Verlust an Zn und Mg zu verringern, während der Formhohlraum 30 auf einem höheren Unterdruckniveau (z. B. 10 bis 25 µm) gehalten werden kann. Diese unterschiedlichen Unterdruckniveaus in der Kammer 40 und dem Formhohlraum 30 können dadurch erzielt werden, dass in der oben beschriebenen Gießmaschine ein getrenntes Vakuum-Pumpsystem für den Formhohlraum 30 vorgesehen wird, um den höheren Unterdruck im Formhohlraum zu erzeugen, wobei ein Sperrventil (nicht gezeigt) zwischen der Kammer 40 und dem Formhohlraum 30 angeordnet wird, um den Formhohlraum 30 gegenüber der Kammer 40 zu isolieren, bis die geschmolzene Legierung in das Einspritzrohr 24 eingeführt wird, um in den Formhohlraum eingespritzt zu werden. Das Sperrventil wird dann geöffnet, um geschmolzene Legierung aus dem Einspritzrohr in den Formhohlraum einspritzen zu können.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer Aluminium-Knetlegierung, bei dem die Aluminium-Knetlegierung in einem Formhohlraum bei unteratmosphärischem Druck formgegossen wird, um ein Gussteil mit einer Außenfläche zu erzeugen, die ein isostatisches Pressen des Gussteils erlaubt, und bei dem das Gussteil isostatisch gepresst wird, um im Inneren vorhandene Hohlräume zu schließen oder zumindest zu verengen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ale Aluminium-Knetlegierung zum Herstellen des Gussteils so gegossen wird, dass die Außenfläche des Gussteils praktisch keine ins Innere ragenden Hohlräume aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminium-Knetlegierung mit einer Kombination der folgenden Bedingungen formgegossen wird: unteratmosphärischer Druck im Formhohlraum von ungefähr 15 bis 50 µm, Einspritzgeschwindigkeit von mehr als ungefähr 762 mm/s (30 inch/s), Pressdruck im Bereich von ungefähr 344 bis 1378 bar (5000 bis 20000 psi) nach Einspritzen der Aluminium-Knetlegierung in den Formhohlraum.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Formhohlraum bildenden Formen auf ungefähr 93 bis 204°C (200 bis 400°F) erwärmt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil in einer Gasatmosphäre isostatisch warmgepresst wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt einer Lösungswärmebehandlung des Gussteils vor dem isostatischen Pressen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt einer Lösungswärmebehandlung und Alterung des Gussteils vor dem isostatischen Pressen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Hohlräume aus inneren Poren oder Rissen bestehen.

9. Verfahren zum Formgießen eines Bauteils aus einer Aluminium- Knetlegierung, bei dem die Aluminium-Knetlegierung in einem Formhohlraum bei einem unteratmosphärischen Druck im Formhohlraum von ungefähr 15 bis 50 µm, einer Einspritzgeschwindigkeit von mehr als ungefähr 762 mm/s (30 inch/s) und einem Pressdruck im Bereich von ungefähr 344 bis 1378 bar (5000 bis 20000 psi) nach Einspritzen der Aluminium-Knetlegierung in den Formhohlraum formgegossen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Formhohlraum bildenden Formen auf ungefähr 93 bis 204°C (200 bis 400°F) erwärmt werden.