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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckguss-Aluminiumlegierung, und insbesondere eine Aluminiumlegierung mit einer hohen Zugfestigkeit und ausgezeichneten Dehnungseigenschaften, sowie ein Funktionsbauteil unter Verwendung der Aluminiumlegierung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Beim Druckgießen unter Verwendung einer Aluminiumlegierung handelt es sich um ein Gießverfahren, bei dem eine geschmolzene Aluminiumlegierung mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in eine Gussform eingespritzt wird.
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Aufgrund seines kurzen Schusszyklus und hohen Produktivität wird ein solches Druckgießen zur Herstellung von Bauteilen in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt, beispielsweise Kraftfahrzeugkomponenten und mechanische Komponenten.
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Druckgießen erfordert eine Fließfähigkeit beim Gießen, weshalb Al-Si-basierte Legierungen verwendet wurden.
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Aluminiumlegierungen wie JIS ADC12 werden beispielweise verbreitet eingesetzt, jedoch haben diese Legierungen problematischerweise eine geringe Dehnungsfähigkeit.
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Insbesondere wird für Funktionsbauteile, die eine hohe Festigkeit aufweisen müssen, eine Wärme-Behandlung, wie eine thermische Verfeinerung bzw. Veredelung T5, nach dem Druckguss angewendet. Jedoch erscheint grobes, plattenartiges eutektisches Si in dem Metallgefüge, oder Eisen-basierte Verunreinigungen, die in der Aluminiumlegierung enthalten sind, werden zu einer groben nadelartigen Struktur. Ein Bruchmodus ausgehend von dem eutektischen Si und/oder der nadelartigen Struktur verringert die Dehnungsfähigkeit, weshalb es schwierig war, die Legierung für Funktionsbauteile anzuwenden.
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Patentdokument 1 offenbart eine Technik zur Verbesserung der Dehnungseigenschaften durch Hinzugeben von 0,08 bis 0,25 Massenprozent Molybdän, jedoch war die Festigkeit für eine Anwendung als Funktionsbauteile ungenügend.
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Die Erfinder haben daher vorab eine Druckguss-Aluminiumlegierung mit einer hohen Festigkeit und verbesserter Duktilität (Dehnungsfähigkeit) vorgeschlagen, welche durch Hinzugabe von Sr oder Na hergestellt wird (Patentdokument 2).
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Die in Patentdokument 2 offenbarte Aluminiumlegierung kann vermittels einer T6-Behandlung der thermischen Verfeinerung eine hohe Festigkeit und ausgezeichnete Dehnungseigenschaften bereitstellen, die für Funktionsbauteile erforderlich sind. Jedoch besteht Raum für weitere Verbesserungen, um eine hohe Festigkeit und hohe Dehnungsfähigkeit mittels einer T5-Behandlung der thermischen Verfeinerung zu erzielen, welches kostengünstiger als die T6-Behandlung ist.
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DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
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PATENTDOKUMENTE
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- Patentdokument 1: JP-B-4970709
- Patentdokument 2: JP-A-2016-102246
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckguss-Aluminiumlegierung mit einer hohen Festigkeit, welche in der Lage ist, ausgezeichnete Dehnungseigenschaften zu erzielen, sowie ein Funktionsbauteil unter Verwendung der Aluminiumlegierung anzugeben.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Eine erfindungsgemäße Aluminiumlegierung für Druckguss weist auf, in Massenprozent, 6 bis 9% Si, 0.30 bis 0.60% Mg, 0.30 bis 0.60% Cu, 0.25% oder weniger Fe, 0.60% oder weniger Mn, 0.2% oder weniger Ti, 200 ppm oder weniger Sr, und 5 ppm oder weniger P, wobei der Restgehalt Al sowie unvermeidbare Verunreinigungen ist, und wobei Sr (ppm) - 4,2 x P (ppm) ≥ 50.
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Hierbei ist der Gehalt von Sr in dem Bereich von 50 bis 200 ppm bevorzugt, und der Gehalt von Fe in dem Bereich von 0,08 bis 0,25 % und der Gehalt von Mn in dem Bereich von 0,20 bis 0,60 sind bevorzugt.
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Ein erfindungsgemäßes Funktionsbauteil besitzt eine Zugfestigkeit von 260 MPa oder mehr und eine Dehnungsfähigkeit von 10 % oder mehr, bereitgestellt durch eine T5-Behandlung der thermischen Verfeinerung nach dem Druckguss unter Verwendung der Druckguss-Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
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Bei der Erfindung bezieht sich das Funktionsbauteil auf ein Bauteil, das eine Zugfestigkeit von 260 MPa oder mehr und eine Dehnungsfähigkeit (Duktilität) von 10 % oder mehr besitzen soll.
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Zum Beispiel im Automobilsektor gibt es hochfeste Bauteile, die eine hohe Haltbarkeit haben sollen, wie beispielsweise Getriebebauteile und Motorkomponenten.
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Bei der T5-Behandlung der thermischen Verfeinerung handelt es sich um eine künstliche Alterungsbehandlung bei einer vorgegebenen Temperatur nach dem Druckgießen, zum Beispiel eine Wärmebehandlung bei 160 bis 220 °C für 2 bis 12 Stunden.
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Bei der T6 Behandlung der thermischen Verfeinerung handelt es sich um eine künstliche Alterungsbehandlung nach einem Lösungsglühen.
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Daher ist die T5-Behandlung, die keinen Schritt des Lösungsglühen erfordert, entsprechend kosteneffizienter als die T6-Behandlung und kann verhindern, dass Fehlstellen bzw. Defekte in Zusammenhang mit einem Lösungsglühen auftreten.
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Nachfolgend wird die Zusammensetzung der Legierung beschrieben.
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Si
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Der Si-Bestandteil beeinträchtigt die Fließfähigkeit beim Gießen stark, weswegen der Gehalt davon 6 % oder mehr sein soll.
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Die Dehnungsfähigkeit wird verringert, falls Si grobe kristallisierte Materialien in einer Legierungsstruktur bildet, und daher beträgt der Gehalt bevorzugt 9 % oder weniger,
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Mg und Cu
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Wenn der Mg-Bestandteil und der Cu-Bestandteil in einer vorgegebenen Menge hinzugefügt werden, wird die Festigkeit verbessert. Wenn die hinzugegebene Menge jedoch zu groß ist, verringert sich die Dehnungsfähigkeit. Daher ist der Gehalt an Mg auf den Bereich von 0,30 bis 0,60 % festgelegt, und der Gehalt von Cu ist auf den Bereich von 0,30 bis 0,60 % festgelegt.
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Fe
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Der Fe-Bestandteil ist ein Bestandteilt, der mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit als Verunreinigung in dem Schritt der Herstellung, des Gießens und dergleichen von Aluminiumbarren beigemischt wird. Wenn grobe, nadelartige, kristallisierte Materialien in dem Metallgefüge erscheinen, beginnt der Riss des Gefüges bzw. der Struktur ausgehend von den kristallisierten Materialien. Der Bruch bzw. Riss ist für eine Verringerung der Dehnungsfähigkeit verantwortlich.
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Daher beträgt der Gehalt des Fe-Bestandteils bevorzugt 0,25 % oder weniger und ist erfindungsgemäß auf 0,08 bis 0,25 % festgelegt.
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Sr und P
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Der Sr-Bestandteil verfeinert die eutektische Si-Struktur, um dadurch die Dehnungseigenschaften zu verbessern.
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Wenn jedoch der P-Bestandteil in der Metallschmelze enthalten ist, hemmt P die Kornverfeinerung der eutektischen Si-Struktur.
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Es wird erfindungsgemäß daher vorgeschlagen, den Gehalt von P auf 5 ppm oder weniger zu unterbinden und den Sr-Bestandteil beizugeben, so dass Sr - 4,2 x P ? 50 erfüllt ist, wobei Sr in Masse-ppm ausgedrückt wird.
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Es wird angemerkt, dass der Gehalt des Sr-Bestandteils wünschenswerterweise im Bereich von 50 bis 200 ppm liegt.
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Um den P-Anteil in der Metallschmelze auf 5 ppm oder weniger zu verringern, wird bevorzugt ein Material, das kein P enthält, in Ofenwandmaterialien und dergleichen von Schmelzöfen verwendet, und eine Verunreinigung mit P wird bevorzugt durch Kombination eines Dreh-Entgasers, einer Flussmittelbehandlung und dergleichen unterbunden.
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Mn
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Eine kleine Menge des beigefügten Mn-Bestandteils besitzt eine Wirkung zur Verhinderung eines Festfressens einer Gussform beim Gießen.
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Wenn die Menge von Mn zunimmt, verringert sich die Dehnungsfähigkeit. Daher liegt der Mn-Gehalt des Bestandteils falls zugefügt, bevorzugt im Bereich von 0,20 bis 0,60 %.
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Ti
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Der Ti-Bestandteil dient der Kornverfeinerung, und der Gehalt davon beträgt, falls hinzugefügt, bevorzugt 0,2 % oder weniger.
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Andere Bestandteile wie beispielsweise Zn, Ni, Sn, Cr und dergleichen sind unvermeidbare Verunreinigungen und der Gehalt dieser wird bevorzugt auf 0,05 % oder weniger unterbunden.
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Erfindungsgemäß kann ein Funktionsbauteil mit einer hohen Festigkeit, also einer Zugfestigkeit von 260 MPa oder mehr, sowie einer ausgezeichneten Duktilität, also einer Dehnungsfähigkeit von 10 % oder mehr, unter Verwendung einer derartigen Aluminiumlegierung erhalten werden, indem die Legierung nach dem Druckguss einer künstlichen Alterungsbehandlung (T5-Behandlung) unterzogen wird.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Bei der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung kann eine hohe Festigkeit durch Hinzugabe von Mg und Cu-Bestandteilen erzielt werden, sowie Dehnungseigenschaften können durch Unterdrückung des Gehalts von P und Hinzugabe einer vorgegebenen Menge von Sr verbessert werden.
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Dies ermöglicht der Legierung sogar für Funktionsbauteile angewendet zu werden, die eine Alterungsbeständigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit erfordern.
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Figurenliste
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- Die 1A und 1B veranschaulichen die chemische Zusammensetzung von für die Bewertung verwendeten Aluminiumlegierungen.
- 2 veranschaulicht die Bewertungsergebnisse.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1A und 1B veranschaulichen die Ergebnisse der Analyse der chemischen Komponenten bzw. Bestandteile in den geschmolzenen Aluminiumlegierungen der Beispiele 1 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 24, die zur Bewertung verwendet werden.
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Die Werte von Sr und P sind in ppm ausgedrückt, und die Werte der anderen Bestandteile sind in Massenprozent angegeben.
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Diese Metallschmelzen wurden jeweils verwendet, um in die Aluminiumlegierungen einer gleichen Form druckgegossen zu werden, bei denen es sich um Guss-F-Materialien handelte. Probenstücke wurden aus den Aluminiumlegierungen ausgeschnitten, in der die F-Materialien der T5-Behandlung oder der T6-Behandlung unterzogen wurden, und hinsichtlich mechanischer Eigenschaften gemäß JIS Z 2241 bewertet.
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Als T5-Behandlungsbedingung wurde eine künstliche Alterungsbehandlung bei 180 °C für vier Stunden durchgeführt.
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Als T6-Behandlungsbedingung wurde eine Lösungsbehandlung bzw. Lösungsglühen bei 500 °C, Abschrecken durch Wasserkühlen, und dann Tempern bei 180 °C für vier Stunden durchgeführt.
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Die Probenstückgröße betrug 180 mm x 5 mm in der Breite x 5 mm in der Dicke, und der Abstand zwischen Messmarkierungen betrug 35 mm.
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Die Bewertungsergebnisse sind in der Tabelle der 2 dargestellt.
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Bei der Erfindung erfolgte die Bewertung mit einer Sollzugfestigkeit von 260 MPa oder mehr, einer 0,2 % Solldehngrenze von 150 MPa oder mehr, und einer Solldehnung von 10 % oder mehr.
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In den Beispielen 1 bis 6, in denen die Konzentration des P-Bestandteils 5 ppm nahe an der oberen Grenze betrug, wurde Sr derart zugegeben, dass der Wert von (A) = Sr (ppm) - 4,2 x P (ppm) 50 oder mehr erreichte. Trotz der Konzentration des P-Bestandteils nahe an der oberen Grenze war es möglich, sowohl die Sollzugfestigkeit als auch die Solldehnung zu erzielen, während die Bestandteile der Gehalte der übrigen chemischen Bestanteile innerhalb des Sollbereichs bzw. Zielbereichs festgelegt waren.
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In Vergleichsbeispiel 1 hingegen überstieg die Menge von P 5 ppm, und die Dehnung war gering.
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In den Vergleichsbeispielen 2, 7 und 15 betrug der Wert von (A) = Sr - 4,2 x P weniger als 50, und die Menge an hinzugegebenem Cu war größer als 0,60 %. Daher wurde die Sollzugfestigkeit erzielt, aber die Dehnung war gering.
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In Vergleichsbeispiel 3 waren die Gehalte der Bestandteile innerhalb des gleichen Bereichs wie jene in den Beispielen 1 bis 6, abgesehen davon, dass kein Mn zugefügt wurde.
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Weil somit die Sollzugfestigkeit und die Solldehnung erreicht wurden, kann vor dem Hintergrund dieser Ergebnisse Vergleichsbeispiel 3 zu den Beispielen der Erfindung gezählt werden. Jedoch wurde ein Festfressen in dem Erzeugnis bemerkt, weil kein Mn hinzugegeben wurde, weshalb Vergleichsbeispiel 3 zu den Vergleichsbeispielen gezählt wurde.
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In Vergleichsbeispiel 4 war die Dehnung aufgrund des niedrigen Werts von (A) gering, und das Festfressen an der Gussform trat auf, weil kein Mn hinzugefügt wurde.
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Auch war in den Vergleichsbeispielen 5, 6 und 9 der Wert von (A) gering, und die Dehnung war gering.
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In Vergleichsbeispiel 10 waren die Mengen an hinzugefügtem Mg und Cu vergleichsweise groß. Daher wurde die Sollzugfestigkeit erzielt, aber der Wert von (A) war gering, und die Dehnung war unzufriedenstellend.
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In den Vergleichsbeispielen 12 und 13 war die Menge an hinzugegebenen Cu gering, und die Zugfestigkeit war gering.
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Die Vergleichsbeispiele 14, 16, 17, 19 und 22 sind Beispiele, in denen die T6-Behandlung durchgeführt wurde. Unter diesen erzielten die Vergleichsbeispiele 16 und 17 die Sollzugfestigkeit und die Solldehnung, jedoch konnten sie nicht die Ziele durch die T5-Behandlung erzielen.
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In den Vergleichsbeispielen 20, 21 und 23 war es möglich, die Zugfestigkeit durch Erhöhen der Menge an hinzugegebenem Cu zu erhöhen, aber die Dehnungsfähigkeit war geringer.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die Aluminiumlegierung zum Verwenden beim Druckguss kann in verschiedenen Bauteilen bzw. Komponenten verwendet werden, die eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Dehnungsfähigkeit erfordern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 4970709 B [0009]
- JP 2016102246 A [0009]
