DE112007001169B4

DE112007001169B4 - Verwendung von Legierungen auf Magnesiumbasis mit hoher Festigkeit/Duktilität für konstruktive Anwendungen

Info

Publication number: DE112007001169B4
Application number: DE112007001169.6T
Authority: DE
Inventors: Aihua A. Luo; Anil K. Sachdev
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: CN101448964B; CN101448964A; US20070269337A1; WO2007137052A3; DE112007001169T5; WO2007137052A2; US9593396B2

Abstract

Verwendung eines Gussteils, das aus einer Legierung auf Magnesiumbasis gefertigt ist, die bezogen auf das Gewicht, im Wesentlichen aus 0,5 % bis 2,5 % Zinn, nicht weniger als 6,5 % bis 9 % Aluminium, 0,25 % bis 0,6 % Mangan und 0 bis weniger als 0,1 % Zink besteht, wobei der Rest im Wesentlichen insgesamt Magnesium mit Spurenmengen an Silizium, Kupfer, Nickel, Eisen und anderen gewöhnlich vorhandenen Elementen ist, als tragendes Bauteil in einem Kraftfahrzeug.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Verwendung eines Gussteils als tragendes Bauteil in einem Kraftfahrzeug, welches aus einer zinnhaltigen Legierung auf Magnesium-Aluminium-Mangan-(Mg-Al-Mn)-Basis gefertigt ist. Die Legierungszusammensetzung sieht eine erwünschte Kombination aus Festigkeit und Duktilität vor.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Derzeit existieren zwei Hauptlegierungssysteme für Kraftfahrzeuggussanwendungen, nämlich Mg-Al-Zn (AZ) und Mg-Al-Mn (AM). AZ91 (Mg-9%Al-1%Zn) wird bei vielen nicht tragenden Bauteilen sowie Niedertemperaturkomponenten verwendet, bei denen Festigkeit erwünscht ist, wie Halterungen, Abdeckungen, Verkleidungen und Gehäuse; wodurch im Wesentlichen dieselbe Funktionalität mit signifikanten Masseneinsparungen im Vergleich zu Stahl, Gusseisen oder Aluminiumlegierungen bereitgestellt wird. Für tragende Bauteile, wie Träger für Armaturenbretter, Träger für Lenksysteme sowie Kühlerträger, bei denen ein Aufprallenergieaufnahmevermögen wichtig ist, bieten AM50 (Mg-5%Al-0,3%Mn) oder AM60 (Mg-6%Al-0,3%Mn) einmalige Vorteile aufgrund ihrer höheren Duktilität (10 - 15 % Elongation) und höheren Schlagfestigkeit im Vergleich zu einer Spritzguss-Magnesiumlegierung AZ91 oder Aluminiumlegierung A380, jedoch auf Kosten der Festigkeit.
In der DE 30 34 938 A1 wird eine Magnesiumlegierung beschrieben, die 1 bis 9 % Gew. % Aluminium, 0 bis 4 Gew. % Zink, 0.1 bis 5 Gew. % Zinn, 0 bis 1 Gew. % Mangan und Rest Magnesium aufweist. Die Legierung soll als Anodenmaterial verwendbar sein.
Aus der US 2,000,115 A ist eine Magnesiumlegierung bekannt, welche 0,1 bis 12 Gew. % Zinn, 0,5 bis 10 Gew. % Aluminium, 0,1 bis 1 Gew. % Mangan, 0,1 bis 1 Gew. % Zink und Rest Magnesium aufweist. Diese Legierung soll durch Extrusion verarbeitbar sein.
In der DE 197 53 178 A1 werden Querträger für ein Fahrzeugcockpit beschrieben, welche in der Form von Preß-, Strangpreß- oder Schmiedeteilen aus Leichtmetallen, wie Aluminium, Magnesium oder deren Legierungen, vorliegen.
Aus der WO 2005/091863 A3 ist eine zum Gießen geeignete Legierung bekannt, welche 2,5 bis 3,5 Gew.-% Aluminium, 0,2 bis 0,6 Gew.-% Mangan, weniger als 0,3 Gew.-% Zink und Rest Magnesium enthält.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht Vorteile und Alternativen gegenüber dem Stand der Technik durch Bereitstellung einer zinnhaltigen Legierung auf Magnesium-Aluminium-Mangan-(Mg-Al-Mn)-Basis vor, die eine gewünschte Kombination aus Festigkeit und Duktilität bereitstellt, so dass sie für konstruktive Anwendungen besonders geeignet ist.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft die Verwendung eines Gussteils, das aus einer Legierung auf Magnesiumbasis gefertigt ist, die bezogen auf das Gewicht, im Wesentlichen aus 0,5 % bis 2,5 % Zinn, nicht weniger als 6,5 % bis 9 % Aluminium, 0,25 % bis 0,6 % Mangan und 0 bis weniger als 0,1 % Zink besteht, wobei der Rest im Wesentlichen insgesamt Magnesium mit Spurenmengen an Silizium, Kupfer, Nickel, Eisen und anderen gewöhnlich vorhandenen Elementen ist, als tragendes Bauteil in einem Kraftfahrzeug.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die einen Teil der Offenlegung hier bilden und zusammen mit der allgemeinen Beschreibung oben und der detaillierten Beschreibung, die nachfolgend dargelegt ist, dazu dienen, Konzepte der Erfindung zu erläutern, in welchen:

1 und 2 jeweils die Wirkung des Aluminiumgehaltes auf die Zugeigenschaften von Mg-Al-Mn-Legierungen im Gusszustand und nach einer Wärmebehandlung über 5 Stunden bei 232°C zeigen; und
3 die Wirkung von Sn-Zusätzen auf die Zugeigenschaften einer Mg-Al-Mn-Legierung zeigt.

Während Ausführungsformen und Praktiken gemäß der Erfindung oben gezeigt und allgemein beschrieben worden sind und nachfolgend in Verbindung mit bestimmten potenziell bevorzugten Vorgehensweisen und Praktiken beschrieben werden, sei zu verstehen, dass die Erfindung auf keinen Fall auf derartige gezeigte und beschriebene Ausführungsformen, Vorgehensweisen und Praktiken beschränkt sein soll. Im Gegensatz dazu ist beabsichtigt, dass sich die vorliegende Erfindung auf alle Alternativen und Abwandlungen erstrecken soll, die von den Grundsätzen dieser Erfindung innerhalb der wahren Grundidee und des wahren Schutzumfangs derselben umschlossen sind.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen zeigt 1 die Wirkung des A-luminiumgehalts auf die Zugeigenschaften von Mg-Al-Mn-Legierungen im Gusszustand. 2 zeigt die Wirkung des Aluminiumgehaltes auf die Zugeigenschaften von Mg-Al-Mn-Legierungen nach einer Wärmebehandlung über 5 Stunden bei 232°C. Wie gezeigt ist, steigen die absolute Zugspannung bzw. -festigkeit (UTS von Ultimate Tensile Strength) und Streckgrenze mit dem Al-Gehalt, während eine Elongation (d.h. Duktilität) abnimmt. Es wird davon ausgegangen, dass ein Zusatz von etwa 6,5 - 9 % Al ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität für konstruktive Anwendungen bereitstellt.
Um die Wirkung eines Sn-Zusatzes auf die Festigkeit und Duktilität zu bewerten, wurde eine Basis-Mg-Al-Mn-Legierung mit progressiv zunehmenden Mengen an Sn-Zusatz verwendet. Genauer war die Basislegierung AM70 mit einer Zusammensetzung, wie in der folgenden Tabelle dargelegt ist:

Legierung* Al Mn Zn Si Cu Fe Ni

AM70 6,8 0,21 0,03 < 0,05 < 0,003 < 0,005 < 0,003
Die Ergebnisse des Sn-Zusatzes zu dieser Legierung sind in 3 dargelegt. Es wurde gezeigt, dass ein Sn-Zusatz von 1 bis 3 % eine Erhöhung der Streckgrenze (11 - 15 %) und der absoluten Zugspannung (32 bis 37 %) ohne wesentlichen Verlust an Duktilität bewirkt. Ein möglicher gewünschter Bereich für Sn-Zusätze, um vorteilhafte Ergebnisse einer erhöhten Festigkeit ohne wesentlichen Verlust an Duktilität zu erreichen, liegt zwischen etwa 0,5 bis etwa 3,5 %. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird davon ausgegangen, dass eine Mg-Al-Mn-Legierung mit der folgenden Zusammensetzung erwünschte Leistungsvorteile bereitstellen kann.

Mg: Rest
Al: etwa 6,5 bis etwa 9 % (bevorzugt etwa 6,8 bis etwa 9 %)
Sn: etwa 0,5 bis etwa 3,5 % (bevorzugt etwa 0,9 bis etwa 3 %)
Mn: etwa 0,25 bis etwa 0,6 %
Zn: 0,22 % maximal
Si: 0,01 % maximal
Cu: 0,01 % maximal
Ni: 0,002 % maximal
Fe: 0,002 % maximal
Andere: 0,02 % maximal

Beispiele
Nur beispielhaft und ohne Beschränkung kann die Erfindung ferner durch Bezugnahme auf die folgenden nicht beschränkenden beispielhaften Legierungszusammensetzungen verständlich werden, wie in Tabelle 1 unten dargestellt ist. Tabelle 1. (Gew.-%) von Mg-Al-Mn-Legierungen mit Sn-Legierungszusätzen

Legierung Al Mn Sn Fe Cu Ni

1 6,9 0,26 0,9 < 0,003 < 0,003 < 0,003

2 6,9 0,25 1,9 < 0,003 < 0,003 < 0,003

3 6,8 0,27 3,0 < 0,003 < 0,003 < 0,003

Mg - Rest
Es sei zu verstehen, dass, während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit potenziell bevorzugten Ausführungsformen, Konstruktionen und Vorgehensweisen gezeigt und beschrieben worden ist, derartige Ausführungsformen, Konstruktionen und Vorgehensweisen nur veranschaulichend sind, und dass die vorliegende Erfindung in keinem Fall auf diese beschränkt ist. Vielmehr wird erwogen, dass dem Fachmann zweifellos Abwandlungen und Variationen, die die Grundsätze der vorliegenden Erfindung verkörpern, offensichtlich werden.

Claims

Verwendung eines Gussteils, das aus einer Legierung auf Magnesiumbasis gefertigt ist, die bezogen auf das Gewicht, im Wesentlichen aus 0,5 % bis 2,5 % Zinn, nicht weniger als 6,5 % bis 9 % Aluminium, 0,25 % bis 0,6 % Mangan und 0 bis weniger als 0,1 % Zink besteht, wobei der Rest im Wesentlichen insgesamt Magnesium mit Spurenmengen an Silizium, Kupfer, Nickel, Eisen und anderen gewöhnlich vorhandenen Elementen ist, als tragendes Bauteil in einem Kraftfahrzeug.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei das tragende Bauteil ein Träger für Armaturenbretter, ein Träger für Lenksysteme oder ein Kühlerträger ist.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gussteil aus einer Legierung gefertigt ist, welche im Gusszustand eine Zugfestigkeit zwischen 140 und 160 MPa und/oder eine Streckgrenze zwischen 70 und 85 MPa aufweist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gussteil aus einer Legierung gefertigt ist, welche einen Zinkgehalt von weniger als 0,01 Gew.-% aufweist und bevorzugt maximal Spurenmengen von Zink enthält.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gussteil aus einer Legierung gefertigt ist, welche einen Zinngehalt von 0,8 % bis 1,5 % aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gussteil aus einer Legierung gefertigt ist, welche einen Zinngehalt von 1,6 % bis 2,5 % aufweist.
Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Gussteil aus einer Legierung gefertigt ist, welche einen Aluminiumgehalt von nicht weniger als 6,8 % bis 8 % aufweist.
Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Gussteil aus einer Legierung gefertigt ist, welche einen Aluminiumgehalt von 8 % bis 9 % aufweist.