DE10319630A1 - Production of a component made from magnesium core and aluminum casing which forms composite with the core used in the production of vehicle components comprises using a specified casting method - Google Patents

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Ludwig Seethaler
Manfred Oehler
Johann Bechtel
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Wolfram Dr. Möhler
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Joachim Müller
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Production of a component made from a magnesium core and an aluminum casing which forms a composite with the core comprises using a casting method, in which the magnesium is cast with the aluminum or the magnesium is cast in aluminum hollow body.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Kern aus einem Magnesiumwerkstoff und einer mit dem Kern einen Verbund bildenden Ummantelung aus einem Aluminiumwerkstoff, sowie die Verwendung eines solchen Bauteils.The The invention relates to a method for producing a component of a core made of a magnesium material and one with the core a composite sheathing made of an aluminum material, and the use of such a component.

Magnesiumbauteile werden gegenwärtig im Fahrzeugbau insbesondere im Fahrzeug-Innenraum eingesetzt, wo keine Korrosionsbelastung vorliegt. Zwar ist es aus DE 41 09 397 A1 bekannt, Metallteile im Spritzgießverfahren mit Kunststoffen zu ummanteln. Eine Kunststoffummantelung eines Magnesiumbauteils bietet jedoch keinen zuverlässigen Korrosionsschutz. So besitzt sie z.B. im Fahrzeugaußenbereich nicht die erforderliche Steinschlagfestigkeit. Bereits eine geringe Verletzung des Kunststoffmantels würde aber zu einem Korrosionsangriff auf das ganze Magnesiumbauteil führen.Magnesium components are currently used in vehicle construction, particularly in the vehicle interior, where there is no corrosion. It's over DE 41 09 397 A1 known to coat metal parts in an injection molding process with plastics. However, a plastic covering of a magnesium component does not offer reliable corrosion protection. For example, it does not have the required stone chip resistance in the vehicle exterior. Even a minor injury to the plastic jacket would lead to a corrosion attack on the entire magnesium component.

Aus FIZ-Technik, Symp. Strangpressen, 1997, Seite 141-150 ist es bereits bekannt, durch oberflächliche Koextrusion von Aluminium auf Magnesium-Legierungen durch Strangpressen ein Verbundprofil herzustellen. Das bekannte Verbundprofil lässt jedoch in seiner Korrosionsfestigkeit zu wünschen übrig. Auch weist es eine unerwartet schlechte Dauerfestigkeit sowie Zug- und Kriechfestigkeit auf.Out FIZ-Technik, Symp. Extrusion, 1997, page 141-150, it is already known by superficial Coextrusion of aluminum on magnesium alloys by extrusion to produce a composite profile. The well-known composite profile leaves to be desired in its corrosion resistance. It also shows an unexpected poor fatigue strength as well as tensile and creep resistance.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil aus einem Magnesiumkern und einer Aluminiumummantelung herzustellen, das sowohl eine hohe Korrosionsfestigkeit wie hervorragende mechanische Festigkeitseigenschaften besitzt.task The invention is a component made of a magnesium core and a To manufacture aluminum cladding, which is both high corrosion resistance how excellent mechanical strength properties are.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Gießverfahren angewendet wird, bei dem ein Magnesiumvollmaterial mit einem Aluminiumwerkstoff umgossen oder ein Magnesiumwerkstoff in einen Aluminiumhohlkörper eingegossen wird.This according to the invention achieved a casting process is used in which a solid magnesium material with an aluminum material cast or a magnesium material is poured into an aluminum hollow body.

Der Kern aus Magnesiumwerkstoff und die Ummantelung aus Aluminiumwerkstoff werden im vorliegenden Zusammenhang auch als „Magnesiumkern" bzw. „Aluminium-Ummantelung" bezeichnet.The Magnesium material core and aluminum material casing are also referred to in the present context as "magnesium core" or "aluminum sheathing".

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Verbund hoher Festigkeit erhalten. D.h. der Magnesiumkern ist durch den Verbund mit der Aluminiumummantelung bei dem erfindungsgemäß durch Gießen hergestellten Bauteil zuverlässig vor Korrosion geschützt. Zudem werden durch den Verbund die Gesamteigenschaften des Magnesiumbauteils wesentlich verbessert, insbesondere dessen Festigkeitseigenschaften, wie Zugfestigkeit, Kriechfestigkeit und Dauerfestigkeit.By the inventive method a high strength composite is obtained. That the magnesium core is due to the composite with the aluminum casing in the invention produced by casting Component reliable protected against corrosion. The composite also improves the overall properties of the magnesium component significantly improved, especially its strength properties, such as tensile strength, creep resistance and fatigue strength.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nämlich eine stoffliche Verbindung zwischen der Aluminiumummantelung und dem Magnesiumkern erhalten. Beim Umgießen des Magnesiumvollmaterials mit der Aluminiumschmelze bzw. beim Eingießen der Magnesiumschmelze in den Aluminiumhohlkörper bilden sich nämlich an der Grenzfläche zwischen dem Magnesiumwerkstoff und dem Aluminiumwerkstoff intermetallische Phasen z.B. AlMg3.This is because the method according to the invention provides a material connection between the aluminum casing and the magnesium core. When casting the solid aluminum material with the molten aluminum or pouring the molten magnesium into the hollow aluminum body, intermetallic phases, for example AlMg 3, form at the interface between the magnesium material and the aluminum material.

Für den Kern des erfindungsgemäßen Bauteils kann jeder Magnesiumwerkstoff verwendet werden, der aus mehr als 50 Gew.-% Magnesium besteht. Insbesondere können Magnesiumlegierungen eingesetzt werden, die Aluminium, Zink, Seltenerdmetalle (Cer, Lanthan usw.), Erdalkalimetalle (Calcium, Barium, Strontium) und/oder 3d-Übergangsmetalle, wie Mangan oder Titan, als Legierungskomponenten enthalten. So können die handelsüblichen Magnesiumdruckgusslegierungen eingesetzt werden, beispielsweise solche, die eine Magnesiummatrix aufweisen und Aluminium und wenigstens ein drittes Legierungselement enthalten, insbesondere bis zu 1 Gew.-% Zink als drittes Legierungselement (AZ-Legierungen) oder Magnesium als drittes Legierungselement ohne Zink (AM-Legierungen). Der Magnesiumwerkstoff kann auch ein Magnesiumschaum sein.For the core of the component according to the invention any magnesium material can be used which is made of more than 50 wt .-% magnesium exists. In particular, magnesium alloys can be used aluminum, zinc, rare earth metals (cerium, lanthanum, etc.), Alkaline earth metals (calcium, barium, strontium) and / or 3d transition metals, such as manganese or titanium, as alloy components. So they can commercially available magnesium die casting alloys are used, for example those that have a magnesium matrix have and aluminum and at least a third alloy element contain, in particular up to 1 wt .-% zinc as a third alloying element (AZ alloys) or magnesium as the third alloying element without zinc (AM alloys). The Magnesium material can also be a magnesium foam.

Für die Ummantelung kann jeder Aluminiumwerkstoff verwendet werden, der aus mehr als 50 Gew.-% Aluminium besteht. Insbesondere können Aluminiumlegierungen eingesetzt werden, die Silizium, Magnesium, Kupfer, Nickel und/oder Zink und gegebenenfalls weitere Metalle als Legierungskomponenten enthalten, beispielsweise die handelsüblichen Aluminiumgusslegierungen, die im Fahrzeugbau eingesetzt werden.For the casing any aluminum material can be used that is made of more than 50 wt .-% aluminum. In particular, aluminum alloys can be used be the silicon, magnesium, copper, nickel and / or zinc and optionally contain further metals as alloy components, for example the standard ones Cast aluminum alloys used in vehicle construction.

Der Magnesiumwerkstoff und/oder der Aluminiumwerkstoff kann gegebenenfalls partiell durch Teilchen verstärkt sein, beispielsweise Partikel oder Fasern, die gerichtet oder ungerichtet sein können.The Magnesium material and / or the aluminum material can optionally partially reinforced by particles be, for example, particles or fibers that are directional or non-directional could be.

Um insbesondere beim Einsatz im Außenbereich eines Fahrzeuges die erforderliche Schutzfunktion vor Steinschlag zu besitzen, aber auch eine hinreichende Abrasionsfestigkeit, sowie der Aluminiumeigenkorrosion Rechnung zu tragen und Verletzungen der Aluminium-Ummantelung bei der Montage des Bauteils auszuschließen, ferner die mechanische Festigkeit spürbar zu erhöhen, beträgt die Dicke der Aluminium-Ummantelung vorzugsweise mindestens 0,5 mm, insbesondere mindestens 1 mm. Da der Gewichtsvorteil des Magnesiums mit zunehmender Dicke der Aluminium-Ummantelung abnimmt, beträgt die Schichtdicke der Aluminium-Ummantelung normalerweise nicht mehr als 5 mm. Aus dem gleichen Grund beträgt der Anteil des Magnesiumkerns am Gesamtgewicht des Bauteils normalerweise mindestens 50 Gew-% und vorzugsweise bis zu 90 Gew.-%. Die Dichte des Bauteils liegt daher vorzugsweise zwischen 2,0 und 2,2 g/cm3.In order to have the necessary protective function against stone chipping, especially when used outdoors, but also to take sufficient abrasion resistance and internal aluminum corrosion into account and to prevent injuries to the aluminum casing during assembly of the component, as well as noticeably increasing the mechanical strength the thickness of the aluminum sheathing is preferably at least 0.5 mm, in particular at least 1 mm. Since the weight advantage of magnesium decreases with increasing thickness of the aluminum sheathing the layer thickness of the aluminum sheathing normally does not exceed 5 mm. For the same reason, the proportion of the magnesium core in the total weight of the component is normally at least 50% by weight and preferably up to 90% by weight. The density of the component is therefore preferably between 2.0 and 2.2 g / cm 3 .

Um die gewünschte Form zu erhalten, also die Endkontur des Bauteils, kann der gegossene Rohling geschmiedet werden, z.B. durch Gesenkschmieden. Dadurch werden die Festigkeits- und andere Eigenschaften des Bauteils weiter verbessert.Around the desired The cast blank can maintain shape, i.e. the final contour of the component forged, e.g. by drop forging. This will make the Strength and other properties of the component further improved.

Zum Gießen kann entweder das in ein Gießwerkzeug eingelegte Magnesiumvollmaterial mit dem Aluminiumwerkstoff umgossen werden oder der Magnesiumwerkstoff wird in einen Aluminiumhohlkörper eingegossen. Durch das erfindungsgemäße Gussverfahren kann damit das Bauteil mit der Endkontur hergestellt werden oder ein endkonturnaher Rohling. Mit dem Umgießen können zudem komplex geformte Verbundbauteile gefertigt werden, die konventionell nicht herstellbar sind.To the to water can either do that in a mold Pour the inserted magnesium material with the aluminum material or the magnesium material is poured into an aluminum hollow body. By the casting process according to the invention can be used to manufacture the component with the final contour or a near-net shape blank. Casting can also be used to create complex-shaped composite components are manufactured that cannot be produced conventionally.

Das Gießen kann z.B. durch Druck- oder Kokillenguss erfolgen. Als Druckgusslegierung kann z.B. AlMg5Si2Mn, AlZn10Si8Mg, AlSi12CuNiMg, AlSi11Mg, AlSil1, AlSi9, AlSi9Mg oder AlSi10Mg verwendet werden.The to water can e.g. by pressure or permanent mold casting. As a die casting alloy can e.g. AlMg5Si2Mn, AlZn10Si8Mg, AlSi12CuNiMg, AlSi11Mg, AlSil1, AlSi9, AlSi9Mg or AlSi10Mg can be used.

Um die Anbindung zu verbessern, kann das Magnesiumvollmaterial bzw. der Aluminiumhohlkörper vor dem Gießen vorerwärmt werden.Around To improve the connection, the full magnesium material or the aluminum hollow body before pouring preheated become.

Wenn ein endkonturnaher Rohling hergestellt wird, kann er bei hoch beanspruchten Bauteilen durch Schmieden umgeformt werden, um durch Homogenisierung des Werkstoffgefüges die Festigkeitswerte zu erhöhen. Dadurch kann er zugleich auf Endkontur gebracht werden. Bei niedrig beanspruchten Bauteilen kann der endkonturnahe Rohling ohne Umformen endbearbeitet werden.If a near-net-shape blank is produced, it can be used in highly stressed areas Components are formed by forging to by homogenization of the material structure to increase the strength values. This means that it can be brought to the final contour at the same time. At low The near-net shape blank can be subjected to stressed components without forming be finished.

Aufgrund der Korrosionsfestigkeit ist das erfindungsgemäß herstellbare Bauteil insbesondere im Außenbereich eines Fahrzeugs einsetzbar, beispielsweise für Fahrwerk-, Karosserie- und Antriebskomponenten. So können beim Fahrwerk beispielsweise Längs-, Quer- und andere Lenker, Zugstreben sowie Getriebe- oder der Motorträger erfindungsgemäß ausgebildet sein. Als Karosserieteile sind Scharniere, der Aufprallschutz, Trägersysteme, Versteifungen, Säulen oder Teile derselben zu erwähnen, die erfindungsgemäß ausgebildet sein können, und als Antriebskomponenten z.B. Pleuel, Schubstangen und Wellen.by virtue of The component that can be produced according to the invention is particularly corrosion-resistant outside a vehicle can be used, for example for chassis, bodywork and Drive components. So can for the chassis, for example, longitudinal, Transverse and other links, tension struts and gear or the engine mount designed according to the invention his. The body parts are hinges, impact protection, support systems, Stiffeners, pillars or to mention parts of it, the trained according to the invention could be, and as drive components e.g. Connecting rods, push rods and shafts.

Aufgrund der hervorragenden mechanischen Festigkeitswerte wird das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Herstellung hochbelastbarer, sicherheitsrelevanter Bauteile eingesetzt, z.B. radführender Bauteile.by virtue of The method according to the invention is based on the outstanding mechanical strength values especially for the production of heavy-duty, safety-relevant Components used, e.g. radführender Components.

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung eines Bauteil aus einem Kern aus einem Magnesiumwerkstoff und einer mit dem Kern einen Verbund bildenden Ummantelung aus einem Aluminiumwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gießverfahren angewendet wird, bei dem ein Magnesiumvollmaterial mit einem Aluminiumwerkstoff umgossen oder ein Magnesiumwerkstoff in einen Aluminiumhohlkörper eingegossen wird.Method for producing a component from a core made of a magnesium material and a sheathing from an aluminum material forming a composite with the core, characterized in that a casting method is used in which a solid magnesium material is cast around with an aluminum material or a magnesium material is poured into a hollow aluminum body. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen durch Druckguss erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that pouring done by die casting. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aluminium-Ummantelung mit einer Schichtdicke von wenigstens 0,5 mm gebildet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that an aluminum jacket with a layer thickness of at least 0.5 mm is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesiumvollmaterial bzw. der Magnesiumwerkstoff in einer Menge eingesetzt wird, dass der Anteil des Magnesiumkerns mindestens 50 Gew.% des Bauteils beträgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the full magnesium material or the magnesium material in one Amount used is that the proportion of the magnesium core is at least 50% by weight of the component. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Gießen erhaltene Rohling einem Umformverfahren unterworfen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the blank obtained by casting a Forming process is subjected. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling zum Umformen geschmiedet wird.A method according to claim 5, characterized in that the blank is forged for forming. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Gießen ein endkonturnahes Bauteil gebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized by casting a near-net shape component is formed. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von hochbelasteten Fahrzeugbauteilen und/oder Fahrzeugbauteilen im Außenbereich.Use of the method according to one of claims 1 to 7 for the production of highly stressed vehicle components and / or Vehicle components outdoors.
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