DE112013005619T5

DE112013005619T5 - Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements und ein gefügtes Element

Info

Publication number: DE112013005619T5
Application number: DE112013005619.4T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Doi; Yoshiyuki Mochizuki; Keisuke Suzuki
Original assignee: FCC Co Ltd
Current assignee: FCC Co Ltd
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-08-27
Also published as: US20150251269A1; US20180257167A1; JP5897712B2; US9987704B2; CN104812517B; JPWO2014080791A1; JP6122519B2; WO2014080791A1; US10286478B2; CN104812517A; JP2016101606A

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines gefügten Elements und ein gefügtes Element, das durch das Verfahren hergestellt wird, die die Verbindungsstärke verbessern und die Herstellungskosten verringern können. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements durch Schweißen eines ersten Elements aus einem Aluminiumlegierungsmaterial und eines zweiten Elements aus einem Material auf Eisenbasis bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element eine vorgegebene Menge an Silizium enthält und eine Dicke größer als jene des zweiten Elements hat; dass das Fügen des ersten und zweiten Elements durchgeführt wird durch Pressen des zweiten Elements gegen das erste Element und Einpressen des zweiten Elements in das erste Element entlang der Dickenrichtung und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens; dass das Einpressungsmaß auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Dicke des zweiten Elements und kleiner als jene des ersten Elements ist; und dass der Überlappungsbereich des ersten und zweiten Elements auf einen Wert von 0,5 mm oder mehr eingestellt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements durch Schweißen eines erstens Elements aus einem Aluminiumlegierungsmaterial und eines zweiten Elements aus einem Material auf Eisenbasis und auch ein gefügtes Element, das durch dieses Verfahren hergestellt wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein metallurgisches Fügeverfahren stellt ein Beispiel zum Fügen eines Materials auf Aluminiumlegierungsbasis und eines Materials auf Eisenbasis dar. Bei metallurgischen Fügeverfahren nach dem Stand der Technik gibt es Verfahren, die Material auf Eisenbasis verwenden, dessen Oberfläche mit einem Plattierungsfilm bearbeitet ist, wobei Füllmaterialien oder Schmelzmaterialien verwendet werden, die sich von Aluminium oder Eisen unterscheiden und die zwischen den Fügebereich gebracht werden. In diesen Herstellungsverfahren eines gefügten Elements nach dem Stand der Technik ist es üblicherweise notwendig, Oxidfilme zu entfernen, die sich auf dem Material auf Aluminiumlegierungsbasis bilden, und eine Schutzgasatmosphäre oder Vakuumatmosphäre während der Verbindung zu verwenden. Da diese Technologien nach dem Stand der Technik keine dokumentierten offenbarten Erfindungen sind, muss hier keine Dokumenteninformation angeführt werden.
Offenbarung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Da in den oben erwähnten Herstellungsverfahren eines gefügten Elements nach dem Stand der Technik eine relativ lange Zeit für eine Hochtemperaturzone erforderlich ist, entsteht ein Problem, dass eine brüchige Mittelschicht verdickt wird und somit die Verbindungsstärke verringert werden würde. Da es zusätzlich notwendig ist, zuvor einen Oxidfilm zu entfernen, der sich auf Oberflächen des Materials auf Aluminiumlegierungsbasis bildet, und auch eine Schutzgasatmosphäre oder Vakuumatmosphäre während der Verbindung zu verwenden, würden die Herstellungskosten steigen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements und ein gefügten Element, das durch das Verfahren hergestellt wird, bereitzustellen, die die Verbindungsstärke verbessern und die Herstellungskosten senken können.
Mittel zur Problemlösung
Zum Erreichen der oben genannten Zielsetzung wird gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 ein Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements durch Schweißen eines ersten Elements aus einem Aluminiumlegierungsmaterial und eines zweiten Elements aus einem Material auf Eisenbasis bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element eine vorgegebene Menge an Silizium enthält und eine Dicke größer als jene des zweiten Elements aufweist; dass das Fügen des ersten und zweiten Elements durchgeführt wird durch Pressen des zweiten Elements gegen das erste Element und Einpressen des zweiten Elements in das erste Element entlang der Dickenrichtung und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandschweißens; dass das Einpressungsmaß auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Dicke des zweiten Elements und kleiner als jene des ersten Elements ist; und dass der Überlappungsbereich des ersten und zweiten Elements auf einen Wert von 0,5 mm oder mehr eingestellt ist.
Es ist bevorzugt, wie in Anspruch 2 definiert, dass das erste Element ein Aluminiumlegierungsdruckguss ist, der 7,5 bis 18,0 Gew.-% Silizium enthält.
Es ist bevorzugt, wie in Anspruch 3 definiert, dass das erste Element ein Aluminiumlegierungsguss ist, der 6,5 bis 13,0 Gew.-% Silizium enthält.
Es ist auch bevorzugt, wie in Anspruch 4 definiert, dass das erste Element die Rockwell-Härte HRB 40 oder mehr hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 5 ist ein gefügtes Element bereitgestellt, das durch Schweißen eines ersten Elements aus einem Aluminiumlegierungsmaterial und eines zweiten Elements aus einem Material auf Eisenbasis gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element eine vorgegebene Menge an Silizium enthält und eine Dicke aufweist, die größer als jene des zweiten Elements ist; dass das Fügen des ersten und zweiten Elements durchgeführt wird durch Pressen des zweiten Elements gegen das erste Element und Einpressen des zweiten Elements in das erste Element entlang der Dickenrichtung und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandschweißens; dass das Einpressungsmaß auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Dicke des zweiten Elements und kleiner als jene des ersten Elements ist; und dass der Überlappungsbereich des ersten und zweiten Elements auf einen Wert von 0,5 mm oder mehr eingestellt ist.
Es ist bevorzugt, wie in Anspruch 6 definiert, dass das erste Element ein Aluminiumlegierungsdruckguss ist, der 7,5 bis 18,0 Gew.-% Silizium enthält.
Es ist auch bevorzugt, wie in Anspruch 7 definiert, dass das erste Element ein Aluminiumlegierungsguss ist, der 6,5 bis 13,0 Gew.-% Silizium enthält.
Es ist bevorzugt, wie in Anspruch 8 definiert, dass das erste Element die Rockwell-Härte HRB 40 oder mehr hat.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung, da sie dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Element eine vorgegebene Menge an Silizium enthält und eine Dicke aufweist, die größer als jene des zweiten Elements ist; dass das Fügen des ersten und zweiten Elements durchgeführt wird durch Pressen des zweiten Elements gegen das erste Element und Einpressen des zweiten Elements in das erste Element entlang der Dickenrichtung und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandschweißens; dass das Einpressungsmaß auf einen Wert größer als die Dicke des zweiten Elements und kleiner als jene des ersten Elements eingestellt ist; und dass der Überlappungsbereich des ersten und zweiten Elements auf einen Wert größer als 0,5 mm oder mehr eingestellt ist, ist es möglich, die Verbindungsstärke zu verbessern und die Herstellungskosten zu senken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 Eine schematische Querschnittsansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements der vorliegenden Erfindung (vor einem Einpressschritt) zeigt;
2 Eine schematische Querschnittsansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements der vorliegenden Erfindung (nach einem Einpressschritt) zeigt;
3 Eine Darstellung, die einen Fügebereich des gefügten Elements zeigt;
4 Eine vergrößerte Darstellung, die einen Fügebereich des gefügten Elements zeigt;
5 Ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen dem Überlappungsbereich und dem Verbindunggrad des ersten und zweiten Elements in der Herstellung des gefügten Elements zeigt;
6 Ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen dem Einpressungsmaß des zweiten Elements relativ zum ersten Element und dem Verbindunggrad des ersten und zweiten Elements in der Herstellung des gefügten Elements zeigt;
7 Ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen dem Einpressungsmaß des ersten Elements relativ zum zweiten Element und dem Verbindunggrad des ersten und zweiten Elements in der Herstellung des gefügten Elements zeigt, wenn der Überlappungsbereich variiert wird; und
8 Ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Rockwell-Härte des ersten Elements und dem Verbindunggrad des ersten und zweiten Elements in der Herstellung des gefügten Elements zeigt.
Bevorzugte Art zur Ausführung der Erfindung
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben.
Wie in 1 und 2 dargestellt, wird ein gefügtes Element W der vorliegenden Ausführungsform durch Schweißen (Schweißen unterschiedlicher Materialien) eines ersten Elements 1 und eines zweiten Elements 2 gebildet, die zwei verschiedene Arten von Metallen (Al-Material und Fe-Material) umfassen. Das erste Element 1 ist ein Aluminium-(Al)Legierungsdruckguss und das zweite Element 2 ist aus einem Material auf Eisen-(Fe)Basis.
Das erste Element 1, das mit dem zweiten Element 2 gefügt werden soll, hat eine Dicke ”a”, wobei die Dicke ”a” größer eingestellt ist als eine Dicke ”b” des zweiten Elements 2, das mit dem ersten Element 1 gefügt werden soll. Das erste Element 1, das mit dem zweiten Element 2 gefügt werden soll, ist an seiner oberen Eckenkante abgeschrägt und das zweite Element 2, das mit dem ersten Element 1 gefügt werden soll, ist auf ähnliche Weise an seiner unteren Eckenkante abgeschrägt, so dass beide abgeschrägten Flächen einander gegenüber liegen können, wenn das erste und zweite Element 1, 2 gefügt werden.
Wie in 1 dargestellt, ist das erste Element 1 an einem feststehenden Stempel usw. befestigt (nicht dargestellt) und das zweite Element 2 ist an einem beweglichen Stempel usw. montiert, wobei ein Überlappungsbereich ”c” zwischen dem ersten und zweiten Element 1, 2 beibehalten wird. Das erste Element 1 und das zweite Element 2 sind dazu ausgebildet, durch Pressen des zweiten Elements 2 gegen das erste Element 1 und Einpressen des zweiten Elements 2 in das erste Element 1 entlang der Dickenrichtung (Richtung durch ”H” in 2 dargestellt) um ein vorgegebenes Maß und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens gefügt zu werden.
Insbesondere ist eine untere Elektrode (nicht dargestellt) mit der unteren Oberfläche des ersten Elements 1 verbunden und eine obere Elektrode (nicht dargestellt) ist mit der oberen Oberfläche des zweiten Elements 2 verbunden. Dann wird das zweite Element 2, das am beweglichen Stempel montiert ist, nach unten (2) zum ersten Element 1 bewegt, das am feststehenden Stempel befestigt ist, und das elektrische Widerstandsschweißen wird durch Anlegen einer Spannung zwischen der oberen und unteren Elektrode während des Pressvorgangs durchgeführt.
Somit kann ein gefügtes Element ”W” durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils zur Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens des ersten und zweiten Elements 1, 2 erhalten werden. In diesem Fall kann das elektrische Erregen des ersten und zweiten Elements 1, 2 über die gesamte Periode oder jede Teilperiode des Pressprozesses ausgeführt werden.
Da das gefügte Element ”W” der vorliegenden Ausführungsform durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils des ersten und zweiten Teils 1, 2 während des Pressvorgangs elektrisch widerstandsgeschweißt wird, ist die gemeinsame Grenzfläche in einem Winkel ”e” relativ zur Pressrichtung (Richtung nach unten in 2) geneigt. Die Neigung der gemeinsamen Grenzfläche ist zur Verbesserung des Verbindunggrads (%) bevorzugt, wenn der Neigungswinkel ”e” etwa 10° ist. Der Verbindungsgrad (%) kann durch folgende Berechnungsformel erhalten werden (wie folgt): Verbindungsgrad (%) = d/b × 100 (hier ist ”d” eine Dimension der gemeinsamen Grenzfläche in Dickenrichtung des gefügten Elements ”W”).
In 2 bezeichnet das Bezugszeichen ”f” einen Teil, wo das elektrische Erregen und der Druck während des Schweißens ein Schmelzen und plastisches Verformen der Materialien bewirkt hat somit zu einem Überstehen aus dem Fügebereich geführt hat.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements ”W” der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, das Schweißen des ersten und zweiten Elements 1, 2 in kurzer Zeit und mit hoher Qualität auszuführen und die Zykluszeit der Herstellung zu verringern und die Bindungspräzision verglichen mit Schweißverfahren nach dem Stand der Technik, wie Elektronenstrahlschweißen, Plasmaschweißen oder TIG-Schweißen usw. zu verbessern. Das heißt, gemäß einem ringförmigen elektrischen Widerstandsschweißen (in der vorliegenden Ausführungsform, ist das Schweißteil ringförmig) ist es möglich, einen Schweißvorgang in kürzerer Zeit auszuführen, als beim oben erwähnten Schweißen nach dem Stand der Technik, und somit ein Schweißen des ersten und zweiten Elements mit geringerer Gesamterwärmungsmenge und Unterdrückung der Schweißverwerfung auszuführen.
Das erste Element 1, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, besteht aus einem Aluminiumlegierungsdruckguss und enthält eine vorgegebene Menge an Silizium (Si). Insbesondere ist das erste Element 1 ein Aluminiumlegierungsdruckguss, der 7,5 bis 18,0 Gew.-% Silizium (Si) und 1,5 bis 5,0 Gew.-% Kupfer (Cu) enthält, und wird mit dem zweiten Element 2 durch Einpressen des zweiten Elements 2 in das erste Element 1 und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens gefügt. Das Einpressungsmaß ”H” ist auf einen Wert gleich oder größer als die Dicke ”b” des zweiten Elements 2 und kleiner als die Dicke ”a” des ersten Elements 1 eingestellt und der Überlappungsbereich ”c” des ersten und zweiten Elements 1, 2 ist auf einen Wert von 0,5 mm oder mehr eingestellt.
Zusätzlich ist das erste Element 1 ein Aluminiumlegierungsdruckguss mit der Rockwell-Härte HRB 40 oder mehr, vorzugsweise HRB 40 bis 50, und das zweite Element 2 hat die Rockwell-Härte von vorzugsweise HRB 80 bis 85. Die Rockwell-Härte kann jedoch andere Werte haben, wenn die Pressbedingungen zur Herstellung des oben erwähnten gefügten Elements ”W” erfüllt sind.
Nach Durchführung des ringförmigen elektrischen Widerstandsschweißens des ersten Elements 1 aus einem Aluminiumlegierungsdruckguss, der vorgegebene Mengen an Silizium (Si) und Kupfer (Cu) enthält, und des zweiten Elements 2 aus einem Material auf Eisenbasis, wie oben beschrieben, wird eine Mittelschicht ”α” mit einer Breite ”k” an der gemeinsamen Grenzfläche des ersten und zweiten Elements 1, 2 gebildet, wie in 3 und 4 dargestellt ist. Die Mittelschicht ”α” umfasst eine Al-Fe-Si-Verbindung des ternären Systems und ihre Breite ”k” ist vergleichsweise gering.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Verbindungsstärke zu verbessern, da die Mittelschicht ”α”, die eine Al-Fe-Si-Verbindung des ternären Systems mit relativ hoher Stärke umfasst, an der gemeinsamen Grenzfläche unter Verwendung des ersten Elements 1 aus einem Aluminiumlegierungsdruckguss, der vorgegebene Mengen an Silizium (Si) und Kupfer (Cu) enthält, anstelle einer brüchigen Mittelschicht, die eine Al-Fe-Verbindung des binären Systems umfasst, hergestellt werden kann. Da außerdem der Zusatzstoff Silizium (Si) ist, ist es möglich, eine unnötige Vergrößerung der Breite ”k” der Mittelschicht ”α” zu vermeiden, selbst wenn die Gesamterwärmungsmenge, bedingt durch das elektrische Widerstandsschweißen, erhöht ist. Da außerdem dem ersten Element 1 eine vorgegebene Menge an Kupfer (Cu) zusätzlich zu Silizium (Si) zugegeben wird, ist es möglich, die Erzeugung der Mittelschicht ”α” zu unterstützen, die aus einer Al-Fe-Si-Verbindung des ternären Systems gebildet ist, und somit die Verbindungsstärke weiter zu verbessern.

Die Ergebnisse, die in Tabelle 1 dargestellt sind, wurden bei der Durchführung des oben beschriebenen ringförmigen elektrischen Widerstandsschweißens des ersten Elements 1 aus einem Aluminiumlegierungsdruckguss (Proben A1 bis A4) oder einem Aluminiumlegierungsguss (Proben B1 bis B3) und des zweiten Elements 2 aus einem Material auf Eisenbasis erhalten. Die für das erste Element 1 aus Aluminiumlegierungsdruckguss hergestellten Proben sind: Probe A1, enthaltend 5,12 Gew.-% Silizium (Si); Probe A2, enthaltend 7,45 Gew.-% Silizium (Si); Probe A3, enthaltend 10,7 Gew.-% Silizium (Si); und Probe A4, enthaltend 18,1 Gew.-% Silizium (Si). Die Proben, die für das erste Element 1, das aus einem Aluminiumlegierungsguss besteht, hergestellt wurden, sind: Probe B1, enthaltend 4,53 Gew.-% Silizium (Si); Probe B2, enthaltend 6,38 Gew.-% Silizium (Si); und Probe B3, enthaltend 13,2 Gew.-% Silizium (Si). [Tabelle 1]

	Aluminumlegierungsdruckguss				Aluminumlegierungsguss
Probe	A1	A2	A3	A4	B1	B2	B3
Si (Gew.-%)	5,12	7,45	10,7	18,1	4,53	6,38	13,2
Mittelschicht α	Al-Fe	Al-Fe-Si	Al-Fe-Si	Al-Fe-Si	Al-Fe	Al-Fe-Si	Al-Fe-Si
Dicke der Mittelschicht α (max: μm)	0,36	0,25	0,3	0,29	0,38	0,32	0,35

Aus Tabelle 1 geht klar hervor, dass im Fall des ersten Elements 1 aus einem Aluminiumlegierungsdruckguss eine Mittelschicht ”α”, die eine Al-Fe-Si-Verbindung des ternären Systems umfasst, erzeugt werden kann, wenn das erste Element 1 etwa 7,5 bis 18,0 Gew.-% Silizium enthält, und im Fall des ersten Elements 1 aus einem Aluminiumlegierungsguss eine Mittelschicht ”α”, die eine Al-Fe-Si-Verbindung des ternären Systems umfasst, erzeugt werden kann, wenn das erste Element 1 etwa 6,5 bis 13,0 Gew.-% Silizium enthält. In sämtlichen Proben ist die Dicke der erzeugten Mittelschicht ”α” 1 μm oder weniger und somit wird angenommen, dass die Stärke verbessert werden kann.
Anschließend wird das Verfahren zur Herstellung des gefügten Elements der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Das erste Element 1 aus Aluminiumlegierungsdruckguss mit der Dicke (a) von 6 mm wurde am feststehenden Stempel befestigt und das zweite Element 2 aus Material auf Eisenbasis mit der Dicke (b) von 4 mm wurde am beweglichen Stempel montiert. Mehrere Proben mit unterschiedlichen Überlappungsbereichen (c) zwischen dem ersten und zweiten Element 1, 2 wurden hergestellt und das elektrische Widerstandsschweißen wurde mit dem Einpressungsmaß (H) von 4 mm durchgeführt. Die Rockwell-Härte des ersten Elements 1 war HRB 40 bis 50 und jene des zweiten Elements 2 war HRB 80 bis 85.
5 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen dem Verbindunggrad (%) und dem Überlappungsbereich (mm) in Bezug auf die Elemente zeigt, die unter den oben erwähnten Schweißbedingungen gefügt wurden. Gemäß den Ergebnissen des oben beschriebenen Versuchs ist klar, dass der Verbindungsgrad (%) und die Verbindungsstärke des ersten und zweiten Elements 1, 2 verbessert werden können, indem der Überlappungsbereich (c) auf 0,5 mm oder mehr eingestellt wird.
6 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen dem Verbindunggrad (%) und dem Einpressungsmaß (H) zeigt, das durch Messen des Verbindunggrads (%) erhalten wurde, während der Überlappungsbereich (c) auf 0,5 mm und 0,75 mm eingestellt war und das Einpressungsmaß (H) des zweiten Elements 2 relativ zum ersten Element 1 auf verschiedene Werte anhand der Dicke des zweiten Elements 2 geändert wurde. Aus den Ergebnissen geht klar hervor, dass der Verbindungsgrad (%) und die Verbindungsstärke des ersten und zweiten Elements 1, 2 durch Einstellen des Einpressungsmaßes (H) des ersten und zweiten Elements 1, 2 auf Werte, die größer als die Dicke ”b” des zweiten Elements 2 sind, wenn der Überlappungsbereich (c) des ersten und zweiten Elements 1, 2 0,5 mm und 0,75 mm beträgt, verbessert werden können.
Zusätzlich ist in 7 ein Diagramm dargestellt, das ein Verhältnis zwischen dem Verbindunggrad (%) und dem Einpressungsmaß (H) zeigt, das durch Messen des Verbindunggrads (%) erhalten wurde, während der Überlappungsbereich (c) auf 0,5 mm, 0,75 mm, 1,0 mm, 1,25 mm und 1,5 mm eingestellt war und das Einpressungsmaß (H) des zweiten Elements 2 relativ zum ersten Element 1 auf verschiedene Werte anhand der Dicke des zweiten Elements 2 geändert wurde. Aus den Ergebnissen geht klar hervor, dass der Verbindungsgrad (%) und die Verbindungsstärke des ersten und zweiten Elements 1, 2 durch Einstellen des Einpressungsmaßes (H) des ersten und zweiten Elements 1, 2 auf Werte größer als die Dicke ”b” des zweiten Elements 2 verbessert werden können, wenn der Überlappungsbereich (c) des ersten und zweiten Elements 1, 2 0,5 mm, 0,75 mm, 1,0 mm 1,25 mm und 1,5 mm beträgt.
Ferner ist in 8 ein Diagramm dargestellt, das ein Verhältnis zwischen dem Verbindunggrad (%) und der Rockwell-Härte (HRB) des ersten Elements 1 zeigt, das durch Messen des Verbindunggrads (%) erhalten wurde, während der Überlappungsbereich (c) auf 0,75 mm eingestellt war und das Einpressungsmaß (H) des zweiten Elements 2 relativ zum ersten Element 1 auf die Dicke des zweiten Elements 2 eingestellt war. Aus den Ergebnissen geht klar hervor, dass immer ein stabiler Verbindungsgrad (%) erreicht werden kann, wenn das erste Element 1 mit der Rockwell-Härte höher als HRB 40 verwendet wird.
Da die vorliegende Ausführungsform dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Element eine vorgegebene Menge an Silizium enthält und eine Dicke aufweist, die größer als jene des zweiten Elements ist; dass das Fügen des ersten und zweiten Elements durchgeführt wird durch Pressen des zweiten Elements gegen das erste Element und Einpressen des zweiten Elements in das erste Element entlang der Dickenrichtung und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens; dass das Einpressungsmaß auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Dicke des zweiten Elements und kleiner als jene des ersten Elements ist; und dass der Überlappungsbereich des ersten und zweiten Elements auf einen Wert von 0,5 mm oder mehr eingestellt ist, ist es möglich, die Verbindungsstärke zu verbessern und die Herstellungskosten zu senken.
Da insbesondere der Aluminiumlegierungsdruckguss, der das erste Element bildet, eine vorgegebene Menge an Silizium (Si) oder Kupfer (Cu) enthält und das Fügen des ersten und zweiten Elements 1, 2 durchgeführt wird durch Pressen des zweiten Elements 2 gegen das erste Element 1 und Einpressen des zweiten Elements 2 in das erste Element 1 und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zum Durchführen des elektrischen Widerstandschweißens, ist es möglich, die Breite ”k” der Mittelschicht ”α”, die an der gemeinsamen Grenzfläche gebildet wird, zu verringern und die Mittelschicht ”α” aus der Al-Fe-Si-Verbindung des ternären Systems mit relativ hoher Stärke zu bilden, um die Verbindungsstärke zu verbessern.
Da zusätzlich gemäß der vorliegenden Ausführungsform das elektrische Widerstandsschweißen durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils des ersten Elements 1 und des zweiten Elements 2 durchgeführt wird, können Oxidfilme an der Oberfläche des eingepressten Teils des ersten Elements 1 während des Einpressprozesses entfernt werden und somit kann ein ausgezeichnetes Schweißen erzielt werden, ohne die für das Schweißen notwendige Elementdiffusion zu beeinträchtigen. Daher ist es möglich, jeden separaten Schritt zum Entfernen der Oxidfilme zu eliminieren und eine Schutzgasatmosphäre oder Vakuumatmosphäre während des Schweißprozesses hinfällig zu machen, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.
Da ferner das Schweißen des ersten und zweiten Elements 1, 2 durchgeführt wird durch Einpressen des zweiten Elements 2 relativ zum ersten Element 1 und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens, ist die gemeinsame Grenzfläche relativ zur Verbindungsrichtung geneigt (siehe 2 bis 4). Dies erhöht den Verbindungsgrad des ersten und zweiten Elements 1, 2 und verbessert somit die Verbindungsstärke. Da zusätzlich das Schweißen des ersten und zweiten Elements 1, 2 durchgeführt wird durch Einpressen des zweiten Elements 2 und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens, ist es möglich, die Schweißdauer zu verringern und somit die Bildung der Mittelschicht ”α” aufgrund einer Verringerung der Dauer einer Hochtemperaturzone zu unterdrücken und die Verbindungsstärke zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die oben beschriebene, bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann das erste Element 1 ein Aluminiumlegierungsguss anstatt eines Aluminiumlegierungsdruckgusses sein und in diesem Fall ist bevorzugt, ein Element zu verwenden, das 6,5 bis 13,0 Gew.-% Silizium enthält. Obwohl bevorzugt ist, dass das erste und zweite Element 1, 2 Elemente mit der oben beschriebenen Härte sind, können auch Elemente mit anderer Härte verwendet werden. Es ist jedoch bevorzugt, dass das erste Element 1 die Härte HRB 40 oder mehr hat. Obwohl beschrieben ist, dass das erste Element 1 der vorliegenden Ausführungsform 1,5 bis 5,0 Gew.-% Kupfer (Cu) enthält, kann ferner ein anderes erstes Element verwendet werden, das eine andere Menge an Kupfer enthält oder kein Kupfer enthält.
Anwendbarkeit in der Industrie
Die vorliegende Erfindung kann bei gefügten Elementen und Verfahren zu deren Herstellung angewendet werden, obwohl sie unterschiedliches Aussehen oder andere zusätzliche Funktionen haben können, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element eine vorgegebene Menge an Silizium enthält und eine Dicke aufweist, die größer als jene des zweiten Elements ist; dass das Fügen des ersten und zweiten Elements durch durchgeführt wird Pressen des zweiten Elements gegen das erste Element und Einpressen des zweiten Elements in das erste Element entlang der Dickenrichtung und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens; dass das Einpressungsmaß auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Dicke des zweiten Elements und kleiner als jene des ersten Elements ist; und dass der Überlappungsbereich des ersten und zweiten Elements auf einen Wert von 0,5 mm oder mehr eingestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: erstes Element
2: zweites Element
W: gefügtes Element

Claims

Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements (W) durch Schweißen eines ersten Elements (1) aus einem Aluminiumlegierungsmaterial und eines zweiten Elements (2) aus einem Material auf Eisenbasis, dadurch gekennzeichnet, dass: das erste Element (1) eine vorgegebene Menge an Silizium enthält und eine Dicke aufweist, die größer als jene des zweiten Elements ist (2); dass das Fügen des ersten und zweiten Elements (1, 2) durchgeführt wird durch Pressen des zweiten Elements (2) gegen das erste Element (1) und Einpressen des zweiten Elements (2) in das erste Element (1) entlang der Dickenrichtung und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens; dass das Einpressungsmaß auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Dicke des zweiten Elements (2) und kleiner als jene des ersten Elements (1) ist; und dass der Überlappungsbereich (c) des ersten und zweiten Elements (1, 2) auf einen Wert von 0,5 mm oder mehr eingestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements nach Anspruch 1, wobei das erste Element (1) ein Aluminiumlegierungsdruckguss ist, der 7,5 bis 18,0 Gew.-% Silizium enthält.
Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements nach Anspruch 1, wobei das erste Element (1) ein Aluminiumlegierungsguss ist, der 6,5 bis 13,0 Gew.-% Silizium enthält.
Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 3 wobei das erste Element (1) die Rockwell-Härte HRB 40 oder mehr hat.
Gefügtes Element (W), das durch Schweißen eines ersten Elements (1) aus einem Aluminiumlegierungsmaterial und eines zweiten Elements (2) aus einem Material auf Eisenbasis gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass: das erste Element (1) eine vorgegebene Menge an Silizium enthält und eine Dicke aufweist, die größer als jene des zweiten Elements ist (2); das Fügen des ersten und zweiten Elements (1, 2) durchgeführt wird durch Pressen des zweiten Elements (2) gegen das erste Element (1) und Einpressen des zweiten Elements (2) in das erste Element (1) entlang der Dickenrichtung und durch elektrisches Erregen des eingepressten Teils während des Pressvorgangs zur Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens; das Einpressungsmaß auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Dicke des zweiten Elements (2) und kleiner als jene des ersten Elements (1) ist; und der Überlappungsbereich (c) des ersten und zweiten Elements (1, 2) auf einen Wert von 0,5 mm oder mehr eingestellt ist.
Gefügtes Element nach Anspruch 5, wobei das erste Element (1) ein Aluminiumlegierungsdruckguss ist, der 7,5 bis 18,0% Gew.-% Silizium enthält.
Gefügtes Element nach Anspruch 5, wobei das erste Element (1) ein Aluminiumlegierungsguss ist, der 6,5 bis 13,0 Gew.-% Silizium enthält.
Gefügtes Element nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das erste Element (1) die Rockwell-Härte HRB 40 oder mehr hat.