DE3724928A1 - Herstell-verfahren fuer leichtmetallguss-bauteile, insbesondere leichtmetallguss-raeder fuer personenkraftwagen - Google Patents
Herstell-verfahren fuer leichtmetallguss-bauteile, insbesondere leichtmetallguss-raeder fuer personenkraftwagenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Herstell-Verfahren
mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentan
spruches 1. Die bei der Herstellung derartiger Bauteile
und insbesondere PKW-Räder verwendete Legierung enthält
möglichst geringe Anteile härtbarer Legierungsbestand
teile, weil diese die Verformbarkeit bzw. Zähigkeit der
Bauteile mindern. Um jedoch die Wandstärke und das
Gewicht der Bauteile weiter reduzieren zu können,
besteht das Bedürfnis, sowohl die Festigkeit als auch
die Zähigkeit zugleich zu verbessern oder zumindest die
Verbesserung einer der beiden Eigenschaften zu errei
chen.
Eine überraschend hohe Steigerung der Festigkeit ohne
Reduzierung bzw. sogar mit gleichzeitig leichter Steige
rung der Zähigkeit erreicht die Erfindung in zudem
überraschend einfacher Weise durch die Anwendung der
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 bei dem
bekannten Herstell-Verfahren. Eine derart enge und
niedrige Festlegung des Magnesium-Gehaltes und anderer
härtbarer Bestandteile zusammen mit einem Abschreck
härten einer derartigen Legierung war bisher nicht als
sinnvoll angesehen und daher nicht angewendet worden.
Ein weniger gezieltes Abkühlen ähnlich legierter Räder
in Wasser unmittelbar nach dem Entnehmen aus der Kokille
ist zwar zum Zweck eines anschließenden leichteren
Handhabens bekannt, jedoch ohne gezielte und den Ergeb
nissen bei der Erfindung entsprechende Verbesserung der
Festigkeit.
Insbesondere bei Leichtmetallguß-Rädern für Personen
kraftwagen wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
eine bis zu etwa vierfache Steigerung der dabei maßge
benden Umlauf-Biegewechselfestigkeit im Naben- und
Radschüsselbereich bei zugleich bis zu 25%-Steigerung
der Schlagzähigkeit am Felgenhorn erreicht, wenn beim
Legieren und Abschrecken nach den Merkmalen des An
spruches 2 verfahren wird. In Verbindung mit einer
derart eng tolerierten Legierung führt die in den beiden
genannten Bereichen aufgrund der unterschiedlichen
Abkühl-Geschwindigkeit unterschiedliche Temperatur zum
Abschreck-Zeitpunkt zu jeweils bestimmungsgemäß vorteil
hafter Steigerung der Festigkeit einerseits und der
Zähigkeit andererseits. Eine sinngemäße Übertragung
dieser Zusammenhänge auf andere Bauteile liegt im Rahmen
der Lehre des Patentanspruches 1.
Wird beim Abgießen allein nach den Merkmalen des Patent
anspruches 3 verfahren, so steigen Festigkeit und
Zähigkeit in etwa gleichem Maße um etwa 50%. Die Kombi
nation der Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 1 und
2 mit denjenigen nach Anspruch 3 ergibt eine zusätzliche
Steigerung zumindest der Zähigkeit von etwa 25% auf etwa
50%.
Die Verfahrensschritte nach den Merkmalen der Patentan
sprüche 4 und 5 vermeiden, daß nach dem Abschreck-Härten
eine Rißbildung auslösende Spannung verbleibt. Prak
tische Untersuchungen haben zu dem gleichfalls über
raschenden Ergebnis geführt, daß ein ausreichendes
Warmauslagern allein schon durch die bei nicht abge
schreckten Bauteilen bzw. Rädern übliche Wärmebehandlung
beim Trocknen während eines Lackierungsvorganges er
reicht wird, so daß zusätzlicher Aufwand von Wärmeener
gie für eine gesonderte Wärmebehandlung entfällt.
Bei einer beispielsweisen Anwendung des erfindungsge
mäßen Verfahrens wurden serienmäßige Leichtmetallguß-
Räder für Personenkraftwagen der Abmessung 6 J × 14 aus
der serienmäßig verwendeten Aluminium-Silizium-Gußlegie
rung GK-AlSill/Sr-kf gemäß DIN 1725 Teil 2 und 5/02.86
im - außer dem Abschreck-Härten - gegenüber der
Serienfertigung unveränderten Schwerkraft-Kokillengieß
verfahren hergestellt, und zwar mit folgenden mittels
Spektralanalyse ermittelten Gewichtsprozent-Legierungs
anteilen: Si 9,64 - Mg 0,08 - Fe 0,18 - Mn 0,01 - Ti
0,09 - Cu 0,00 - Zn 0,01 - Zn 0,01 - Sr 0,025 sowie
Spuren unter 0,01 von Ni, Pb, P, Ca, Na, Cr und B. Die
Schmelze-Temperatur betrug beim Gießvorgang im Schmelz
ofen 740°C und im Warmhalteofen 710°C, die Abschreck
temperatur beim Entnehmen aus der Kokille und Eintauchen
in Wasser von 25°C betrug im Nabenbereich 450°C und im
Felgenhornbereich 375°C bei einer Abschreckzeit von etwa
3 bis 10 Sekunden. Anschließend erfolgte eine Abkühlung
an Luft auf Umgebungstemperatur. Nach längerem Zeitab
stand wurden die Räder im Naben- und Felgenhornbereich
mechanisch bearbeitet sowie nach weiterem längeren
Zeitabstand einer Oberflächenbehandlung mit Lackierung
einschließlich einer Trockenzeit von etwa 20 Minuten bei
einer gleichbleibenden Trocken-Temperatur von 190°C bei
anschließendem Abkühlen an Luft unterzogen.
Die Dauerfestigkeitsmessung an einem Umlaufbiege-Prüf
stand ergab aus 9 Rädern einen Mittelwert von nahezu 6
Mio. Lastwechsel gegenüber etwa 1 Mio. Lastwechsel bei
Serien-Rädern ohne Abschrecken, jedoch sonst überein
stimmenden Werten des Herstellungsverfahrens. Die
Schlagzähigkeit bzw. Duktilität wurde mit einem Durch
schnittswert der Verformungsenergie von 500 bis 600
Joule gegenüber 400 bis 500 Joule an jeweils 4 Stellen
jedes Rades ermittelt.
Bei einer weiteren beispielsweisen Anwendung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens wurde bei im übrigen innerhalb
engster Grenzen gleicher Verfahrensweise und gleicher
Legierungszusammensetzung wie im ersten Beispiel aus
schließlich die Schmelze-Temperatur im Schmelzofen auf
höchstens 720°C und im Warmhalteofen auf höchstens 680°C
abgesenkt, sowie, wie bei der Serienfertigung, ohne
Abschreck-Härten verfahren. Bei den gleichfalls mit
denjenigen zum ersten Beispiel übereinstimmenden Festig
keits- und Verformungs-Messungen wurde bei Mittelwerten
aus wiederum 9 Rädern Steigerungen von etwa 1 auf 2 Mio.
Lastwechsel bzw. von etwa 400 bis 500 Joule auf etwa 600
bis 700 Joule an jeweils 4 Stellen jedes Rades festge
stellt.
Claims (5)
1. Herstell-Verfahren für Leichtmetallguß-Bauteile,
insbesondere Leichtmetallguß-Räder für Personen
kraftwagen,
wobei im Schwerkraft- oder Niederdruck-Kokillen gießverfahren eine nah-eutektische veredelte AlSi-Legierung, insbesondere vom Typ GK-AlSill/ Sr-kf gemäß DIN 1725 Teil 2 und 5/02.86, verwendet wird, die - neben Al - Gewichtsanteile in % von etwa 9,5 bis 12,5 Si, 0,001 bis 0,4 Mg und jeweils höchstens 0,5 Fe, 0,4 Mn, 0,15 Ti, 0,05 Cu, 0,1 Zn sowie je höchstens 0,05 und in der Summe höchstens 0,15 sonstige Verunreinigungen enthält, und
wobei die Bauteile nach dem Erstarren in der beheizten Kokille auf Umgebungstemperatur an Luft abkühlen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung mindestens 0,05 bis höchstens 0,15% Gewichtsanteile Mg enthält und
daß die Bauteile aus einer Temperatur von minde stens 380°C an Innenbereichen bzw. Bereichen mit Massenkonzentration, wie Nabe und Schüssel von Rädern, unmittelbar beim Entnehmen aus der Gußform in Wasser von höchstens 50°C abgeschreckt werden.
wobei im Schwerkraft- oder Niederdruck-Kokillen gießverfahren eine nah-eutektische veredelte AlSi-Legierung, insbesondere vom Typ GK-AlSill/ Sr-kf gemäß DIN 1725 Teil 2 und 5/02.86, verwendet wird, die - neben Al - Gewichtsanteile in % von etwa 9,5 bis 12,5 Si, 0,001 bis 0,4 Mg und jeweils höchstens 0,5 Fe, 0,4 Mn, 0,15 Ti, 0,05 Cu, 0,1 Zn sowie je höchstens 0,05 und in der Summe höchstens 0,15 sonstige Verunreinigungen enthält, und
wobei die Bauteile nach dem Erstarren in der beheizten Kokille auf Umgebungstemperatur an Luft abkühlen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung mindestens 0,05 bis höchstens 0,15% Gewichtsanteile Mg enthält und
daß die Bauteile aus einer Temperatur von minde stens 380°C an Innenbereichen bzw. Bereichen mit Massenkonzentration, wie Nabe und Schüssel von Rädern, unmittelbar beim Entnehmen aus der Gußform in Wasser von höchstens 50°C abgeschreckt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen von
Leichtmetallguß-Rädern, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung Gewichtsanteile in % von jeweils höchstens 10,5 Si, 0,1 Mg, 0,2 Fe, 0,05 Mn, 0,1 Ti und 0,05 Zn enthält,
daß eine Strontium-Veredelung mit etwa 0,025% Sr und eine Kornfeinungsbehandlung mit etwa 0,1% einer Aluminium-Titan-Vorlegierung AlTi5B1 angewendet werden und
daß die Räder bei einer Temperatur von etwa 400 bis 500°C im Nabenbereich und von - durch örtlich höhere Wärme-Ableitung bedingt - um etwa 50 bis 100°C niedrigerer Temperatur im Felgenhornbereich abgeschreckt werden.
daß die Legierung Gewichtsanteile in % von jeweils höchstens 10,5 Si, 0,1 Mg, 0,2 Fe, 0,05 Mn, 0,1 Ti und 0,05 Zn enthält,
daß eine Strontium-Veredelung mit etwa 0,025% Sr und eine Kornfeinungsbehandlung mit etwa 0,1% einer Aluminium-Titan-Vorlegierung AlTi5B1 angewendet werden und
daß die Räder bei einer Temperatur von etwa 400 bis 500°C im Nabenbereich und von - durch örtlich höhere Wärme-Ableitung bedingt - um etwa 50 bis 100°C niedrigerer Temperatur im Felgenhornbereich abgeschreckt werden.
3. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1,
insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Bauteile bzw. Räder bei einer Schmelze-
Temperatur im Schmelzofen von höchstens 720°C und
im Warmhalteofen von höchstens 680°C gegossen
werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bauteile bzw. Räder im weiteren Herstel
lungsablauf einer Warmauslagerung bzw. einem
Warmentspannen ausgesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bauteile bzw. Räder in üblicher Weise bei
einer Oberflächen-Beschichtung, insbesondere beim
Lackieren, einem Trockenvorgang als Warmauslagerung
bzw. Warmentspannen bei etwa 190°C und mit einer
Zeitdauer von etwa 20 Minuten ausgesetzt werden.
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