DE112016006624T5

DE112016006624T5 - Hochfeste aluminiumlegierungen für niederdruckguss und schwerkraftguss

Info

Publication number: DE112016006624T5
Application number: DE112016006624.4T
Authority: DE
Inventors: Bin Hu; Pan Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2018-12-06
Also published as: WO2017181351A1; CN108699640A; US20190118251A1

Abstract

Verfahren zum Gießen von leichten, hochfesten Aluminiumguss-Bauteilen werden bereitgestellt, wobei das Gießen durch Niederdruckguss oder Schwerkraftguss erfolgt. Das Aluminiumguss-Bauteil besteht vorzugsweise aus einer Legierung auf Aluminiumbasis, die umfasst: Silizium mit ≥ 4 bis ≤ 7 Gew.-%, Eisen bei ≤ etwa 0,15 Gew.-%; Mangan bei ≤ etwa 0,5 Gew.-%; Chrom bei ≥ etwa 0,15 bis ≤ etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium bei ≤ etwa 0,8 Gew.-%; Zink bei ≤ etwa 0,01 Gew.-%; Titan bei ≥ etwa 0,05 bis ≤ etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor bei ≤ etwa 0,003 Gew.-%; Strontium bei ≤ etwa 0,015 Gew.-% und einen Rest von Aluminium.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung ist eine nationale Stufe der Internationalen Anmeldung PCT/CN2016/079695, die am 20. April 2016 eingereicht wurde. Die gesamte Offenbarung der obigen Anmeldung ist hier durch Bezugnahme eingeschlossen.
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren zum Gießen von Metallkomponenten und insbesondere Verfahren zum Gießen von Metallkomponenten aus Metalllegierungszusammensetzungen auf Aluminiumbasis.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt liefert Hintergrundinformation bezüglich der vorliegenden Offenbarung, die nicht notwendigerweise Stand der Technik ist.
Legierungen auf Aluminiumbasis werden im Allgemeinen in zwei verschiedene Kategorien eingeteilt: Guss- und Knetlegierungen. Beide Arten von Legierungen sind in vielen Industriezweigen weit verbreitet, einschließlich in der Automobilindustrie. Knetlegierungen bieten typischerweise höhere Streckgrenzen als Gusslegierungen. Gusslegierungen sind jedoch im Allgemeinen billiger in der Herstellung als Knetlegierungen; ferner bieten Gusslegierungen für viele Anwendungen ausreichende Streckgrenzen. Zum Beispiel bietet eine geeignete Aluminiumknetlegierung, A6061, eine Streckgrenze von größer als oder gleich etwa 270 bis kleiner oder gleich etwa 310 MPa, während eine geeignete Aluminiumgusslegierung, A356, eine Streckgrenze von größer als oder gleich etwa 150 bis weniger als oder gleich etwa 180 MPa aufweist.
Wenn man sich speziell Gusslegierungen zuwendet, können Gusslegierungsteile auf Aluminiumbasis durch herkömmliche Gießverfahren hergestellt werden, die Druckguss, Sandguss, permanenten und semi-permanenten Formguss, Gipsguss und Feinguss umfassen. Gussteile werden im Allgemeinen durch Gießen eines geschmolzenen Metalls in eine Gussform oder Kokille geformt, die dem geschmolzenen Material Form verleiht, wenn es abkühlt und sich verfestigt. Die Form oder die Kokille wird später nach der Verfestigung von dem Teil getrennt.
Während viele Gusslegierungen Streckgrenzen aufweisen, die für viele Anwendungen ausreichend sind, besteht ein kontinuierlicher Bedarf, Gussformteile mit erhöhten Streckgrenzen herzustellen. Es besteht ein weiterer Bedarf, die Masse von Fahrzeugkomponenten für eine verbesserte Kraftstoffeffizienz zu reduzieren, ohne die erforderlichen Streckgrenzen zu opfern.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und keine umfassende Offenbarung seines vollen Umfangs oder aller seiner Merkmale bereit.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Formen einer leichten Gussbaukomponente mit hoher Festigkeit bereit, das das Gießen einer Legierung auf Aluminiumbasis umfasst. Die Legierung auf Aluminiumbasis weist eine Zusammensetzung auf, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan bei weniger als etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% und einen Rest von Aluminium. Die leichte gegossene Baukomponente mit hoher Festigkeit kann eine Streckgrenze von mehr als oder gleich etwa 270 bis weniger als oder gleich etwa 300 MPa aufweisen. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente kann eine Elongation von mehr als oder gleich etwa 7% und bevorzugter von mehr als oder gleich etwa 9% aufweisen. Das Gussteil kann durch Niederdruckguss- oder Schwerkraftgussprozesse hergestellt werden. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente kann nach dem Gießen wärmebehandelt werden. In bestimmten Aspekten kann die Wärmebehandlung eine T6-Wärmebehandlung sein, bei der die gegossene Baukomponente in eine Lösung eingetaucht wird, gefolgt von einem Abschrecken, gefolgt von einem künstlichen Altern. Wenn Niederdruck-Druckguss in Betracht gezogen wird, kann die Anwesenheit von Magnesium weiter auf mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,6 Gew.-% beschränkt werden, und die Anwesenheit von Strontium kann ferner auf mehr als oder gleich etwa 0,001 bis weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% beschränkt sein. Wenn Schwerkraftgießen in Betracht gezogen wird, kann die Anwesenheit von Magnesium weiter auf mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% beschränkt werden; der Phosphor kann ferner auf eine Menge von weniger als oder gleich 0,001 Gew.-% beschränkt sein und die Anwesenheit von Strontium kann weiter auf eine Menge von weniger als oder gleich etwa 0,005 Gew.-% beschränkt sein.
In noch anderen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bildung einer leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente bereit, das das Gießen einer Aluminium-basierten Legierung durch Schwerkraftgießen umfasst.
Die Legierung auf Aluminiumbasis weist eine Zusammensetzung auf, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% , Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente kann ferner eine Streckgrenze von mehr als oder gleich etwa 270 bis weniger als oder gleich etwa 300 MPa aufweisen. Das Gussteil kann ein Niederdruck-Druckguss oder ein Schwerkraftguss sein. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente kann nach dem Gießen wärmebehandelt werden. In bestimmten Aspekten kann die Wärmebehandlung eine T6-Wärmebehandlung sein, bei der die gegossene Baukomponente in eine Lösung eingetaucht wird, gefolgt von einem Abschrecken, gefolgt von einem künstlichen Altern. Die gegossene Baukomponente kann eine Elongation von mehr als oder gleich etwa 7% aufweisen. Die Anwesenheit von Magnesium kann weiter auf mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% beschränkt sein. Der Phosphor kann ferner auf eine Menge von weniger als oder gleich 0,001 Gew.-% beschränkt sein. Die Anwesenheit von Strontium kann weiter auf eine Menge von weniger als oder gleich etwa 0,005 Gew.-% beschränkt sein.
In noch anderen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bildung einer leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente bereit, umfassend eine Legierung auf Aluminiumbasis, die aus einem Guss durch Niederdruck-Druckguss gebildet wird. Das Legierungsmaterial weist eine Zusammensetzung auf, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente kann ferner eine Streckgrenze von mehr als oder gleich etwa 270 bis weniger als oder gleich etwa 300 MPa aufweisen. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente kann eine Elongation von mehr als oder gleich etwa 7% und bevorzugter von mehr als oder gleich etwa 9% aufweisen. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente kann nach dem Gießen wärmebehandelt werden. In bestimmten Variationen kann die Wärmebehandlung eine T6-Wärmebehandlung sein, bei der die gegossene Baukomponente in eine Lösung eingetaucht wird, gefolgt von einem Abschrecken, gefolgt von einem künstlichen Altern. Die Anwesenheit von Magnesium kann weiter auf mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,6 Gew.-% beschränkt sein. Und die Anwesenheit von Strontium kann weiter auf mehr als oder gleich etwa 0,001 bis weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% beschränkt sein.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 zeigt ein repräsentatives Rad, das gemäß einem Aspekt dieser Erfindung hergestellt wurde.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses zum Herstellen einer leichten gegossenen Baukomponente mit hoher Festigkeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses zum Herstellen einer leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise beschränken.
Es werden beispielhafte Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese Offenbarung vollständig ist und den Umfang dem Fachmann auf dem Gebiet vollständig vermittelt. Zahlreiche spezifische Details werden dargelegt, wie Beispiele von spezifischen Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein können und dass keiner den Umfang der Offenbarung einschränken soll. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden wohlbekannte Prozesse, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen zu beschreiben, und soll nicht einschränkend sein. Wie hier verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“ und „einer“ auch die Mehrzahlformen einschließen, sofern der Kontext nicht deutlich anderes anzeigt. Die Begriffe „umfassen“, „umfassend“, „einschließen“ und „haben“ sind einschließlich und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und / oder Komponenten, schließen jedoch nicht das Vorhandensein oder den Zusatz eines oder mehrerer Merkmale, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und / oder Gruppen davon aus. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen sind nicht so auszulegen, dass sie notwendigerweise ihre Ausführung in der bestimmten Reihenfolge, die diskutiert oder veranschaulicht wird, erfordern, es sei denn, sie sind speziell als eine Reihenfolge der Ausführung identifiziert. Es ist auch zu verstehen, dass zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden können, sofern nicht anders angegeben.
Obwohl die Begriffe erstes, zweites, drittes usw. hierin zur Beschreibung verschiedener Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und / oder Abschnitte verwendet werden können, sollten diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und / oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe begrenzt sein, sofern nicht anders angegeben. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Schritt, Element, einer anderen Komponente, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Ausdrücke wie „erster“, „zweiter“ und andere numerische Ausdrücke implizieren, wenn sie hierin verwendet werden, keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird durch den Kontext klar angezeigt. Somit können ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend diskutiert werden, als ein zweiter Schritt, ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Räumlich oder zeitlich relative Begriffe wie „vor“, „nach“, „innen“, „außen“, „unter halb“, „darunter“, „unter“, „über“, „nach oben“ und dergleichen können hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet sein, um eine Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt. Räumlich oder zeitlich relative Begriffe können verschiedene Orientierungen der Vorrichtung oder des Systems in Benutzung oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung umfassen.
Es versteht sich, dass es für jede Aufzählung eines Verfahrens, einer Zusammensetzung, einer Vorrichtung oder eines Systems, die bestimmte Schritte, Bestandteile oder Merkmale „umfassen“, in bestimmten alternativen Variationen auch denkbar ist, dass ein solches Verfahren, eine Zusammensetzung, ein Gerät oder ein System auch „im Wesentlichen“ aus den aufgezählten Schritten, Bestandteilen oder Merkmalen bestehen kann, so dass irgendwelche anderen Schritte, Bestandteile oder Merkmale, die die grundlegenden und neuen Eigenschaften der Erfindung wesentlich verändern würden, davon ausgeschlossen sind.
In dieser Offenbarung stellen die numerischen Werte ungefähre Maße oder Grenzen für Bereiche, die geringfügige Abweichungen von den gegebenen Werten umfassen, und Ausführungsformen dar, die etwa den genannten Wert haben, sowie solche, die genau den genannten Wert haben. Anders als in den Arbeitsbeispielen, die am Ende der detaillierten Beschreibung bereitgestellt werden, sind alle numerischen Werte von Parametern (z. B. von Mengen oder Bedingungen) in dieser Beschreibung einschließlich der beigefügten Ansprüche so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Ausdruck „ungefähr“ modifiziert sind, unabhängig davon, ob „ungefähr“ nun tatsächlich vor dem numerischen Wert erscheint. „About“ zeigt an, dass der angegebene numerische Wert eine geringfügige Ungenauigkeit erlaubt (mit einer Annäherung an die Genauigkeit des Werts; ungefähr oder ziemlich nah an dem Wert; fast). Wenn die Ungenauigkeit, die durch „ungefähr“ bereitgestellt wird, in der Technik mit dieser gewöhnlichen Bedeutung nicht anderweitig verstanden wird, dann zeigt „ungefähr“, wie es hierin verwendet wird, mindestens Variationen, die aus gewöhnlichen Verfahren zum Messen und Verwenden solcher Parameter entstehen können.
Wenn aus irgendeinem Grund die Ungenauigkeit, die von „ungefähr“ geliefert wird, in der Technik nicht mit dieser gewöhnlichen Bedeutung verstanden wird, dann kann „ungefähr“, wie hierin verwendet, eine mögliche Abweichung von bis zu 5% des angezeigten Wertes oder 5% Varianz von üblichen Messmethoden angeben.
Zusätzlich beinhaltet die Offenbarung von Bereichen die Offenbarung aller Werte und weiterer unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs einschließlich der für die Bereiche angegebenen Endpunkte und Unterbereiche.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung Verfahren zum Gießen einer starken, leichten Legierung auf Aluminiumbasis bereit. Mit „auf Aluminiumbasis“ ist gemeint, dass die Zusammensetzung hauptsächlich aus Aluminium besteht, im Allgemeinen größer oder gleich etwa 90 Gew.-% Aluminium. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Zusammensetzung“ im weitesten Sinne auf eine Substanz, die mindestens die bevorzugten Metallelemente oder - verbindungen enthält, die aber auch zusätzliche Substanzen oder Verbindungen, einschließlich Additive und Verunreinigungen, umfassen kann. Der Begriff „Material“ bezieht sich allgemein auch auf Stoffe, die die bevorzugten Verbindungen oder Zusammensetzungen enthalten. Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung bevorzugter Ausführungsformen der Legierung auf Aluminiumbasis sowie Verfahren zur Herstellung von Komponenten mit bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Legierung.
„Niederdruck-Druckgießen“, wie hier verwendet, ist eine Art von Metallgießverfahren, bei dem sich typischerweise eine Metallschmelze in einem abgedichteten Ofen befindet, der ein Steigrohr mit einem Druck von weniger als oder gleich etwa 0,7 bar aufweist (zumindest in bestimmten Variationen). Die Kokille kann mit dem Steigrohr verbunden sein und über dem abgedichteten Ofen, der die Metallschmelze aufweist, positioniert sein. Optional wird ein Entgaser eingeführt, um die in der Metallschmelze vorhandenen Gase zu reduzieren. Ein unter Druck stehendes Gas wird in den abgedichteten Ofen eingeführt, der die Metallschmelze durch das Steigrohr und in die Kokille drückt. Das unter Druck gesetzte Gas wird für eine ausreichende Dauer gehalten, um die Kokille mit der Metallschmelze zu füllen und um zu ermöglichen, dass sich die Metallschmelze in der Kokille verfestigt. Sobald sich das Gußteil verfestigt hat, wird das unter Druck stehende Gas freigesetzt, die Metallschmelze in dem Steigrohr kehrt zu dem abgedichteten Ofen zurück und die Kokille öffnet sich, um das Gussteil freizugeben. Der Vorgang kann dann nach dem Schließen der Kokille wiederholt werden.
„Schwerkraftgießen“, wie es hier verwendet wird, ist eine Art von Metallgießprozess, bei dem eine Metallschmelze durch einen Gießbecher oder eine Gießpfanne oder dergleichen in eine Kokille eingeführt wird. Optional wird ein Entgaser eingeführt, um die in der Metallschmelze vorhandenen Gase zu reduzieren. Nach dem Erstarren wird die Kokille geöffnet und das Gussteil entfernt.
„T6-Wärmebehandlung“, wie sie hierin verwendet wird, ist ein zweistufiger Wärmebehandlungsprozess, das eine Lösungsbehandlung mit Abschrecken in heißem Wasser, gefolgt von einer künstlichen Alterungsbehandlung, beinhaltet. Beispielsweise umfasst der erste Schritt im Allgemeinen das Bereitstellen einer Lösungsbehandlung durch Erhitzen eines Gussstücks auf mehr als oder gleich etwa 535 °C auf weniger als oder gleich etwa 545 °C für eine Dauer von weniger als oder gleich etwa acht Stunden, gefolgt von Abschrecken mit heißem Wasser von größer als oder gleich etwa 70 °C bis weniger als oder gleich etwa 90 ° C. Der zweite Schritt beinhaltet im Allgemeinen eine künstliche Alterungsbehandlung, wobei das Gußteil einer Temperatur von größer als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 20 Stunden ausgesetzt ist.
Die vorliegende Offenbarung stellt Verfahren zum Bilden einer leichten gegossenen Baukomponente mit hoher Festigkeit bereit. Hochfeste Leichtmetalllegierungsbauteile sind besonders zur Verwendung in Komponenten eines Automobils oder eines anderen Fahrzeugs (z. B. Motorräder, Boote) geeignet, können jedoch als nicht einschränkende Beispiele auch in einer Vielzahl anderer Industrien und Anwendungen, einschließlich Luft- und Raumfahrtkomponenten, Industrieausrüstung und Maschinen, Landwirtschaftliche Maschinen, schwere Maschinen verwendet werden. Ohne darauf beschränkt zu sein, sind die vorliegenden Verfahren und Materialien besonders geeignet zum Formen von leichten, hochfesten Komponenten für ein Fahrzeug, einschließlich als nicht einschränkende Beispiele Fahrgestell- und Antriebsstranggussteile, wie Räder, Leichtbauventile, leichte Kolben, Achsschenkel, Steuerarme und Motorblöcke, und zusätzliche Antriebsstrangkomponenten, wie Ölwannen und Motorköpfe.
Zuerst Bezug nehmend auf 1 ist eine beispielhafte Automobilbaukomponente, wie z. B. das Rad 10, gezeigt, die aus den hierin offenbarten Gussverfahren hergestellt werden kann. In bestimmten Variationen kann eine leichte, hochfeste gegossene Komponente gemäß der vorliegenden Offenbarung durch Niederdruckgussformen oder Schwerkraftgießen gegossen werden. Nach dem Gießen wird die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente weiter einem Wärmebehandlungsprozess unterzogen und noch bevorzugter einem T6-Wärmebehandlungsprozess. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente kann aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis mit einer Zusammensetzung gebildet sein, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%;Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium. In bestimmten Ausführungsformen ist das Magnesium in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,6 Gew.-% vorhanden. Das Strontium ist in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,01 bis weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% vorhanden. In noch anderen Ausführungsformen ist das Magnesium in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden. Der Phosphor ist in einer Menge von weniger als oder gleich etwa 0,001 Gew.-% vorhanden. Und das Strontium ist in einer Menge von weniger als oder gleich etwa 0,005 Gew.-% vorhanden.
In noch weiteren Ausführungsformen ist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis gebildet, das eine Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium. In noch anderen Ausführungsformen ist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente vorzugsweise aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis gebildet, das eine Zusammensetzung aufweist, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium. In noch anderen Ausführungsformen ist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente vorzugsweise aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis gebildet, das eine Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium bei mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,6 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit mehr als oder gleich etwa 0,01 bis weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% und einen Rest von Aluminium. In noch anderen Ausführungsformen ist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente vorzugsweise aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis gebildet, das eine Zusammensetzung aufweist, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium bei mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,6 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit mehr als oder gleich etwa 0,01 bis weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% und einen Rest von Aluminium.
In noch weiteren Ausführungsformen ist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis gebildet, das eine Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium bei größer als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,001 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,005 Gew.-% und einen Rest von Aluminium. In noch anderen Ausführungsformen ist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis gebildet, das eine Zusammensetzung aufweist, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich ungefähr 4 bis weniger als oder gleich ungefähr 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium bei größer als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,001 Gew.-% Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,005 Gew.-% und einen Rest von Aluminium.
In noch anderen Ausführungsformen kann die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis mit einer Zusammensetzung gebildet sein, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4,5 bis weniger als oder gleich etwa 5,5 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,25 bis weniger als oder gleich etwa 0,35 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium. In bestimmten Ausführungsformen ist das Magnesium in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% vorhanden. Das Strontium ist in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,01 bis weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% vorhanden. In noch anderen Ausführungsformen ist das Magnesium in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,3 Gew.-% vorhanden. Der Phosphor ist in einer Menge von weniger als oder gleich etwa 0,001 Gew.-% vorhanden. Und das Strontium ist in einer Menge von weniger als oder gleich etwa 0,005 Gew.-% vorhanden. In noch anderen Ausführungsformen ist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis gebildet, das eine Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4,5 bis weniger als oder gleich etwa 5,5 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,25 bis weniger als oder gleich etwa 0,35 Gew.-%; Magnesium bei größer als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit mehr als oder gleich etwa 0,01 bis weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% und einen Rest von Aluminium. In noch anderen Ausführungsformen ist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis gebildet, das eine Zusammensetzung aufweist, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4,5 bis weniger als oder gleich etwa 5,5 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,25 bis weniger als oder gleich etwa 0,35 Gew.-%; Magnesium bei größer als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit mehr als oder gleich etwa 0,01 bis weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% und einen Rest von Aluminium. In noch anderen Ausführungsformen ist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis gebildet, das eine Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4,5 bis weniger als oder gleich etwa 5,5 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,25 bis weniger als oder gleich etwa 0,35 Gew.-%; Magnesium bei größer als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,3 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,001 Gew.-% Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,005 Gew.-% und einen Rest von Aluminium. In noch anderen Ausführungsformen ist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis gebildet, das eine Zusammensetzung aufweist, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4,5 bis weniger als oder gleich etwa 5,5 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,25 bis weniger als oder gleich etwa 0,35 Gew.-%; Magnesium bei größer als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,3 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,001 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,005 Gew.-% Strontium und einen Rest von Aluminium.
In bestimmten Aspekten weist die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente, die aus einer solchen Aluminiumlegierung gebildet ist, eine Streckgrenze von größer als oder gleich etwa 270 bis weniger als oder gleich etwa 300 MPa auf. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente kann eine Elongation von mehr als oder gleich etwa 7% und bevorzugter von mehr als oder gleich etwa 9% aufweisen.
Wie oben erwähnt, ist die gegossene Baukomponente leicht. Insbesondere ist das Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis, das Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, im Durchschnitt etwa 5 bis etwa 10% leichter als ein ähnlicher Bauteilguss aus einer herkömmlichen Aluminiumlegierung, wie etwa A356. Eine beispielhafte, nicht einschränkende Zusammensetzung von A356 umfasst Kupfer mit weniger als oder gleich etwa 0,05 Gew.-%; Silizium mit größer als oder gleich etwa 6,5 bis weniger als oder gleich etwa 7,5 Gew.-%; Magnesium mit größer als oder gleich etwa 0,3 bis weniger als oder gleich etwa 0,45 Gew.-%; Mangan bei weniger als oder gleich etwa 0,05 Gew.-%; Titan von größer als oder gleich etwa 0,04 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,05 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,09 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,05 Gew.-%; Beryllium mit weniger als oder gleich etwa 0,0008 Gew.-%; Spurenelemente mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium. Wie für den Fachmann ersichtlich, ist eine solche Zusammensetzung von A356 repräsentativ, aber die Zusammensetzung von A356 kann etwas von den hier offenbarten repräsentativen Werten abhängig von der Variation des verwendeten Standards und anderen Herstellungsparametern abweichen. Darüber hinaus können, wie oben erwähnt, viele Metallteile unter Verwendung der Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden, um Fahrzeugkomponenten zu bilden. Fahrzeuge mit Metallteilen, die unter Verwendung der Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden, können daher potentiell zu Gewichtseinsparungen führen. Die teilweise Gewichtsreduzierung von Komponenten ist wichtig für die Verbesserung der Effizienz und ist von großer Bedeutung für die Kraftstoffeffizienz in mobilen Anwendungen, wie beispielsweise in Automobilen.
Wie oben erwähnt, hat die gegossene Baukomponente eine hohe Festigkeit. Insbesondere weisen die Legierungsmaterialien auf Aluminiumbasis mit Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Streckgrenze von größer als oder gleich etwa 270 bis weniger als oder gleich etwa 300 MPa auf. Eine herkömmliche Aluminiumlegierung, A356, weist andererseits eine Streckgrenze von nur etwa 150-180 MPa auf. Ohne die vorliegende Offenbarung auf irgendeine bestimmte Theorie zu beschränken, wird angenommen, dass die Zugabe von Chrom zu der Aluminiumlegierung eine höhere Festigkeit bereitstellt, indem eine Ausfällung im Nanobereich nach der T6-Wärmebehandlung bereitgestellt wird.
Die anderen Elemente, die in der Legierung auf Aluminiumbasis enthalten sind, bieten auch bestimmte Vorteile für die Komponente als Ganzes. Als begrenzendes Beispiel wird insbesondere angenommen, dass die Begrenzung der Menge an Eisen die Bildung von intermetallischen Phasen verhindert, die ansonsten die Duktilität dramatisch reduzieren würden. Ferner wird angenommen, dass die Anwesenheit von Silizium eine gute Gießbarkeit für dickwandige Gussstücke bereitstellt. Es wird angenommen, dass die Anwesenheit von Magnesium eine Beständigkeit gegen Anti-Kälte-Rissbildung bereitstellt. Es wird angenommen, dass das Vorhandensein von Titan die Duktilität des Gussstücks weiter verbessert und das Risiko von Heißrissbildung verringert. Schließlich wird angenommen, dass das Vorhandensein von Strontium eine eutektische Phasenmorphologiekontrolle bereitstellt.
Die Niederdruck-Druckgussverfahren, die zur Verwendung mit den Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugt sind, sollen nun weiter beschrieben werden. Wie oben allgemein beschrieben, ist das Niederdruck-Druckgießen ein Verfahren, bei dem sich eine Metallschmelze in einem abgedichteten Ofen befindet, der ein Steigrohr aufweist. Ein Druckgas wird zu dem abgedichteten Ofen gegeben, der die Metallschmelze durch das Steigrohr und in eine Kokille drückt. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird die Gießtemperatur bei einer Temperatur von größer als oder gleich etwa 715 °C bis weniger als oder gleich etwa 730 °C gesteuert, um sicherzustellen, dass die Legierung auf Aluminiumbasis in einem flüssigen Zustand gehalten wird. Es ist erwünscht, die Temperatur nahe an einer Temperatur zu steuern, die ausreicht, um die Legierung auf Aluminiumbasis zu verflüssigen, um die Menge an erforderlichem Entgasen zu reduzieren. Vor dem Gießen durchläuft die Aluminiumlegierungsschmelze ein Entgasungsverfahren, das ausreicht, um Wasserstoff in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 cm 3 pro 100 g der Aluminiumlegierungsschmelze zu begrenzen. Das Entgasen kann gemäß dem Stand der Technik bewerkstelligt werden, beispielsweise durch Einführen von Spülgasblasen. Wenigstens ein Teil der Aluminium-basierten Legierungsschmelze wird in die Form eingeführt und kann sich verfestigen. Sobald sich das Gußteil verfestigt hat, wird das unter Druck stehende Gas freigesetzt, die verbleibende Aluminiumlegierungsschmelze in dem Steigrohr kehrt zu dem abgedichteten Ofen zurück und die Kokille öffnet sich, um das Gußteil freizugeben. Der Prozess kann abgeschlossen werden, sobald die Kokille erneut geschlossen wird.
Das Schwerkraftgießverfahren, das zur Verwendung in bestimmten Aspekten mit den Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugt ist, soll nun weiter beschrieben werden. Wie oben allgemein beschrieben, ist das Schwerkraftgießen ein Verfahren, bei dem eine Metallschmelze durch einen Gießbecher oder eine Gießpfanne oder dergleichen in eine Kokille eingeführt wird. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird die Gießtemperatur erneut auf eine Temperatur von mehr als oder gleich etwa 715 °C bis weniger als oder gleich etwa 730 °C gesteuert, um sicherzustellen, dass die Legierung auf Aluminiumbasis in einem flüssigen Zustand gehalten wird. Es ist erwünscht, die Temperatur nahe an einer Temperatur zu steuern, die ausreicht, um die Legierung auf Aluminiumbasis zu verflüssigen, um die Menge an erforderlichem Entgasen zu reduzieren. Vor dem Gießen durchläuft die Aluminiumlegierungsschmelze ein Entgasungsverfahren, das ausreicht, um Wasserstoff in einer Menge von etwa 0,15 cm 3 pro 100 g der Aluminiumlegierungsschmelze zu begrenzen. Die Entgasung kann auf dem Stand der Technik bewerkstelligt werden, beispielsweise durch Verwendung eines Rotationsflügelrad-Entgasers in der Pfanne. Sobald sich das Gussteil verfestigt hat, wird die Kokille geöffnet und das Gussstück wird entfernt.
Das T6-Wärmebehandlungsverfahren, das zur Verwendung mit den Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugt ist, soll nun weiter beschrieben werden. Zuerst wird eine Lösungswärmebehandlung durch Erhitzen des Gussteils auf mehr als oder gleich etwa 535 °C auf weniger als oder gleich etwa 545 °C für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa acht Stunden bereitgestellt. Nach dem Vorsehen der Lösungswärmebehandlung wird dann ein Heißwasserabschrecken von mehr als oder gleich etwa 70 °C bis weniger als oder gleich etwa 90 °C an das Gussteil bereitgestellt, um das Gussteil schnell abzukühlen, um eine Ausfällung zu verhindern. Sobald das Gußteil abgekühlt ist, wird eine künstliche Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von größer als oder gleich etwa 150 °C bis weniger als oder gleich etwa 175 °C von größer als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 20 Stunden vorgesehen.
Bezugnehmend auf 2 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das die Schritte des Herstellens einer leichten gegossenen Baukomponente mit hoher Festigkeit gemäß einem Niederdruck-Druckgussverfahren 200 zeigt. Eine bevorzugte Legierung auf Aluminiumbasis umfasst Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium.
Die Legierung auf Aluminiumbasis wird geschmolzen (z. B. auf über ihren Schmelzpunkt erwärmt), um bei 210 eine Aluminium-basierte Legierungsschmelze bereitzustellen. Die Aluminiumlegierungsschmelze wird bei 220 einem Niederdruck-Druckgießen unterzogen, um eine leichte, hochfeste gegossene Baukomponente zu erzeugen. Insbesondere wird die Aluminium-basierte Legierungsschmelze in einen abgedichteten Ofen eingeführt, der bei einer Temperatur von mehr als oder gleich etwa 715 °C bis weniger als oder gleich etwa 730 °C gehalten wird. Wahlweise wird die Aluminium-basierte Legierungsschmelze entgast, um Wasserstoff in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 0,15 cm 3 pro 100 g der Aluminium-basierten Legierungsschmelze zu begrenzen. Der abgedichtete Ofen ist mit einem Steigrohr verbunden, und das Steigrohr ist mit einer Kokille verbunden. Ein unter Druck stehendes Gas wird in den abgedichteten Ofen eingeführt, wodurch die Aluminiumlegierungsschmelze durch das Steigrohr und in die Kokille gedrückt wird. Mindestens ein Teil der Aluminium-basierten Legierungsschmelze wird in die Kokille eingeführt und füllt diese und lässt sie erstarren. Sobald sich das Gußteil verfestigt hat, wird das unter Druck stehende Gas freigesetzt, die verbleibende Aluminiumlegierungsschmelze in dem Steigrohr kehrt zu dem abgedichteten Ofen zurück und die Kokille öffnet sich, um das Gußteil freizugeben.
Das Gussstück wird ferner bei 230 einer T6-Wärmebehandlung unterzogen, um eine leichte gegossene Baukomponente mit hoher Festigkeit gemäß der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Insbesondere wird das Gußteil einer Lösungswärmebehandlung unterzogen, bei der das Gussteil auf mehr als oder gleich etwa 535 °C bis weniger als oder gleich etwa 545 °C für einen Zeitraum von weniger als oder gleich etwa acht Stunden erwärmt wird. Nach dem Bereitstellen der Lösungswärmebehandlung wird anschließend ein Heißwasserabschrecken von mehr als oder gleich etwa 70 °C bis weniger als oder gleich etwa 90 °C an das Gussteil bereitgestellt, um das Gussteil schnell abzukühlen. Nach dem Abkühlen wird das Gussstück einer künstlichen Alterungsbehandlung bei mehr als oder gleich etwa 150 °C bis weniger als oder gleich etwa 175 °C für mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 20 Stunden zur Bereitstellung des leichten, hochfesten gegossenen Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung unterzogen. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Streckgrenze von mehr als oder gleich etwa 270 bis weniger als oder gleich etwa MPa auf, ist mehr als oder gleich etwa 5 bis weniger als oder gleich etwa 10% leichter als ein Bauteil, das aus einer herkömmlichen vergleichenden A356-Aluminiumlegierung gegossen wurde, und kann eine Elongation von mehr als oder gleich etwa 7% oder sogar mehr als oder gleich etwa 9% aufweisen.
Bezugnehmend auf 3 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das die Schritte zum Vorbereiten einer gegossenen Baukomponente gemäß einem Schwerkraftgießverfahren 300 zeigt. Eine bevorzugte Legierung auf Aluminiumbasis umfasst Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium.
Die Aluminium-basierte Legierungsschmelze wird geschmolzen (z. B. auf über ihren Schmelzpunkt erhitzt), um bei 310 eine Aluminium-basierte Legierungsschmelze bereitzustellen. Die Aluminium-basierte Legierungsschmelze wird einem Schwerkraftgießen bei 320 unterzogen, um ein Gussteil bereitzustellen. Insbesondere wird die Aluminium-basierte Legierungsschmelze durch eine Gießpfanne oder eine Pfanne oder dergleichen bei einer Liquidustemperatur von mehr als oder gleich etwa 715 °C bis weniger als oder gleich etwa 730 °C in eine Kokille eingeführt. Wahlweise wird die Aluminium-basierte Legierungsschmelze entgast, um den Wasserstoff in einer Menge von etwa 0,15 cm 3 pro 100 g der Aluminiumlegierungsschmelze zu begrenzen. Sobald sich das Gußteil verfestigt hat, wird das Werkzeug geöffnet und das Gussstück wird entfernt.
Das Gußteil wird ferner bei 330 einer T6-Wärmebehandlung unterzogen, um eine leichte gegossene Baukomponente mit hoher Festigkeit gemäß der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Insbesondere wird das Gußteil einer Lösungswärmebehandlung unterzogen, bei der das Gussteil auf mehr als oder gleich etwa 535 °C bis weniger als oder gleich etwa 545 °C für einen Zeitraum von weniger als oder gleich etwa acht Stunden erwärmt wird. Nach dem Bereitstellen der Lösungswärmebehandlung wird anschließend ein Heißwasserabschrecken von mehr als oder gleich etwa 70 °C bis weniger als oder gleich etwa 90 °C an das Gussteil bereitgestellt, um das Gussteil schnell abzukühlen. Nach dem Abkühlen wird das Gussstück einer künstlichen Alterungsbehandlung bei mehr als oder gleich etwa 150 °C bis weniger als oder gleich etwa 175 °C für mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 20 Stunden zur Bereitstellung des leichten, hochfesten gegossenen Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung unterzogen. Die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Streckgrenze von mehr als oder gleich etwa 270 bis weniger als oder gleich etwa 300 MPa auf, ist größer als oder gleich etwa 5 bis weniger als oder gleich etwa 10% leichter als eine gegossene Baukomponente einer herkömmlichen A356-Legierung und kann eine Elongation von mehr als oder gleich etwa 7% aufweisen.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Offenbarung zu begrenzen. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben sind. Das Gleiche kann auch in vielerlei Hinsicht variiert werden. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung anzusehen, und alle diese Modifikationen sollen in den Schutzbereich der Offenbarung fallen.

Claims

Verfahren zur Bildung einer leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente, das umfasst: Gießen einer Aluminium-basierten Legierung, umfassend Silizium bei größer als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium zur Bildung der leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente eine Streckgrenze von größer oder gleich etwa 270 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente eine Elongation von größer oder gleich etwa 7% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente eine Elongation von mehr als oder gleich etwa 9% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gießen ein Niederdruck-Druckgussverfahren ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gießen ein Schwerkraftgießverfahren ist.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend ein T6-Wärmebehandeln der leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente nach dem Gießen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Magnesium in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,6 Gew.-% und das Strontium in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,01 bis weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Magnesium in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; der Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,001 Gew.-% und das Strontium in einer Menge von weniger als oder gleich etwa 0,005 Gew.-% vorhanden ist.
Verfahren zum Formen einer leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente, das umfasst: Schwerkraftgießen einer Legierung auf Aluminiumbasis, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente eine Streckgrenze von größer oder gleich etwa 270 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente eine Elongation von mehr als oder gleich etwa 7% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend ein T6-Wärmebehandeln der leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente nach dem Gießen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Magnesium in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, das Strontium in einer Menge von weniger als oder gleich etwa 0,005 Gew.-% und der Phosphor in einer Menge von weniger als oder gleich etwa 0,001 Gew.-% vorhanden ist.
Verfahren zum Formen einer leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente, das umfasst: Niederdruck-Druckgießen einer Legierung auf Aluminiumbasis, die umfasst: Silizium mit mehr als oder gleich etwa 4 bis weniger als oder gleich etwa 7 Gew.-%; Eisen mit weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Mangan mit weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%; Chrom mit mehr als oder gleich etwa 0,15 bis weniger als oder gleich etwa 0,35 Gew.-%; Magnesium mit weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%; Zink mit weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-%; Titan mit mehr als oder gleich etwa 0,05 bis weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%; Phosphor mit weniger als oder gleich etwa 0,003 Gew.-%; Strontium mit weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-%; und einen Rest von Aluminium zur Bildung der leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente eine Streckgrenze von größer oder gleich etwa 270 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente eine Elongation von mehr als oder gleich etwa 7% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die leichte, hochfeste gegossene Baukomponente eine Elongation von mehr als oder gleich etwa 9% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend ein T6-Wärmebehandeln der leichten, hochfesten gegossenen Baukomponente nach dem Gießen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Magnesium in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,1 bis weniger als oder gleich etwa 0,6 Gew.-% und das Strontium in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,01 bis weniger als oder gleich etwa 0,015 Gew.-% vorhanden ist.