DE4215160C2

DE4215160C2 - Verwendung einer Aluminium-Gußlegierung

Info

Publication number: DE4215160C2
Application number: DE19924215160
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Schneider
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG; Vaw Aluminium AG
Current assignee: Vaw Aluminium AG
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2012-05-09
Also published as: DE4215160A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer aushärtbaren Aluminium-Guß legierung mit

- 5 bis 12 Gew.-% Silizium,
- weniger als 0,2 Gew.-% Eisen,
- weniger als 0,01 Gew.-% Kupfer,
- 0 bis 0,8 Gew.-% Magnesium,
- 0,1 bis 0,5 Gew.-% Kobalt

und Aluminium als Rest mit einer Reinheit von genormtem Hüttenaluminium Al 99,7 H für die Herstellung von Druckgußteilen, die eine geringe Klebeneigung in der Druckform aufweisen und deren Bruchdehnungswerte im Gußzustand und nach der Wärmebehandlung auf einem jeweils gleichbleibend hohen Niveau liegen.

Aus der GB 595 531 ist eine Aluminium-Gußlegierung mit folgender Zusammensetzung bekannt:

- Silizium 3,3-7,00,
- Kobalt, 0,05-0,55,
- Magnesium 0,02-3,00,
- Eisen 0,01-1,80,
- Kupfer bis 0,45%,
- Rest Aluminium.

Diese Legierung ist für den Sandguß oder Kokillenguß ge eignet. Sie kann auch durch die Zugabe anderer Metalle wie Antimon, Calcium, Kupfer, Blei, Molybdän, Wolfram, Tantal usw. verbessert werden.

Aus der GB 394 746 ist eine Aluminium-Gußlegierung be kannt, die aus 5-30% Silizium, 0,0-5% Magnesium und bis zu 5% an Chrom, Mangan, Kobalt, Nickel, Molybdän, Vanadium, Titan und/oder Wolfram und Aluminium als Rest besteht. Auch diese Legierung wird im Sandguß- oder Kokillengußverfahren vergossen, wobei Kobalt u. a. zur Verbesserung der mechanischen Festigkeiten zugesetzt wird.

Das Druckgießen gehört zu den wichtigsten Verfahren zur Herstellung von konturengenauen Konstruktionsteilen mit guter Oberflächenbeschaffenheit. Neben der Zusammensetzung der verwendeten Legierung, dem Passungsspiel zwischen Kolben und Gießkammer, der Formkonstruktion und dem Form trennmittel ist die Wahl der richtigen Legierung ein wich tiger Punkt beim Druckgießen. Insbesondere eignen sich Al-Mg-, Al-Si-Mg- und Al-Si-Cu-Legierungen zum Druckgießen.

Die Gebrauchseigenschaften von Gußteilen aus Aluminium legierungen wie mechanische Eigenschaften, Korrosionsbe ständigkeit, Bearbeitbarkeit und Maßhaltigkeit können durch eine spezifische Wärmebehandlung günstig beeinflußt werden. Es sind verschiedene Methoden der Wärmebehandlung bekannt. Man unterscheidet zwischen dem Entspannungsglü hen, der Weichglühung, dem Stabilisierungsglühen, dem Homogenisieren und der Aushärtung (Aluminium-Taschenbuch, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 1984).

Aus diesem Grund werden beim Vakuum-Druckgießen insbeson dere für die Wärmebehandlung geeignete Silizium und Magne sium enthaltende Aluminiumlegierungen eingesetzt. Neben den Hauptlegierungsbestandteilen spielen auch noch weitere Legierungselemente bezüglich der mechanischen Eigenschaf ten im Gußzustand und nach der Wärmebehandlung eine große Rolle. Beispielsweise kommt dem Eisengehalt bei Druckguß legierungen eine wichtige Bedeutung zu, da ein ausreichend hoher Anteil die gefürchtete Klebeneigung des Gußteiles an der Formwandung erheblich verringert. Nachteilig jedoch ist, daß mit steigender Eisenkonzentration die Bruchdeh nungswerte deutlich zurückgehen. Diese Abhängigkeit der Bruchdehnungswerte mit steigendem Eisengehalt ist bei nicht ausgehärteten stärker als bei ausgehärteten Probe körpern.

Entsprechende Untersuchungen haben ergeben, daß auch aus reichende Manganzugaben die Klebeneigung beim Druckgußver fahren verringern können. Wie aus der Zeitschrift "Gieße rei" (77(1990), 693-699) ersichtlich ist, verringert bereits eine Zugabe von 0,2 Gew.-% Mn die Bruchdehnung der dort untersuchten AlSi₇Mg-Probestäbe mit ca. 0,1 Gew.-% Fe um ca. 30%. Bei einer weiteren Zugabe von Mangan ist aber keine signifikante Verringerung der Bruchdehnung zu beob achten. Im Gegensatz zum Eisen führt aber eine Manganzu gabe zu einer Erhöhung der Dehngrenze (Rp 0,2), der Zug festigkeit (Rm) und der Brinellhärte (HB) bereits im Guß zustand. Mangangehalte von über 0,2 Gew.-% führen nach einer definierten Aushärtungsbehandlung zu einer Bruchdeh nungserniedrigung. Ein Zusatz von 0,1 Gew.-% Mn bewirkt eine deutliche Erhöhung der anderen mechanischen Eigen schaften, während darüber hinaus gehende Mangangehalte aber keine weiteren Steigerungen der genannten mechani schen Eigenschaften ergeben. Ein Mangangehalt von 0,2 Gew.-% reicht jedoch nicht aus, um die Klebeneigung deut lich zu verringern. Die gemeinsame Zugabe von Eisen und Mangan ergibt demnach keinen wesentlichen Fortschritt bezüglich der Klebeneigung in der Druckgußform und anderer mechanischer Eigenschaften.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Aluminium-Druckgußlegierung mit geringer Klebeneigung in der Druckgußform und hohen Bruchdehnungswerten sowohl vor der Aushärtungsbehandlung als auch danach anzubieten.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Verwendung einer Aluminium- Gußlegierung, aus

und Aluminium als Rest mit einer Reinheit von genormtem Hüttenaluminium Al 99,7 H.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Zugabe von 0,1 bis 0,5 Gew.% Kobalt die Klebeneigung in Druckguß formen außerordentlich günstig beeinflußt, ohne daß die Bruchdehnungswerte sowohl vor der Aushärtungsbehandlung als auch danach ungünstige Größen annehmen. Kobalt-Gehalte zwischen 0,2 und 0,3 Gew.-% sind optimal bezüglich der Klebeneigung und der hohen Bruchdehnungswerte.

Die erfindungsgemäß zu verwendende kobalthaltige Aluminium-Gußlegierung ist insbesondere den genormten Gußlegierungen AlSi₁₁, AlSi₅Mg, AlSi₇Mg, AlSi₉Mg und AlSi₁₁Mg zuzurechnen.

Die Eisengehalte sollen unter 0,2 Gew.-% und die Kupfer gehalte unter 0,01 Gew.-% liegen.

Die Konzentrationsbereiche von 5 bis 12 Gew.-% Silizium und von 0,1 bis 0,8 Gew.-% Magnesium entsprechen den Kon zentrationsbereichen üblicher nach Wärmebehandlung aus härtbarer Gußlegierungen. Silizium ist einer der Hauptzusätze in den meisten Aluminiumgußlegierungen. Die günstigen Gießeigenschaften, wie z. B. Fließvermögen lie gen im Bereich von 5 bis 20% Silizium, wobei oberhalb von 5% Si das Schrumpfen und bei einer Konzentration von mehr als 12 Gew.-% Silizium die Zähigkeit sehr stark vermindert wird. Magnesium verstärkt die Legierungsmatrix und verbes sert die mechanischen Eigenschaften durch Ausscheidung von Mg₂Si bei der Wärmebehandlung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen soll die Erfindung anhand von Beispielen noch näher erläutert werden, ohne daß die Erfindung auf die Beispiele beschränkt ist.

Es zeigen die

Fig. 1 ein Diagramm, aus dem sich die Bruchdeh nung von VACURAL-Probestäben der Legie rung G-AlSi₇Mg in Abhängigkeit vom Eisen gehalt ergibt,

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem sich die Bruchdeh nung von VACURAL-Probestäben der Legie rung G-AlSi₇Mg in Abhängigkeit vom Eisen gehalt nach einer Wärmebehandlung ergibt,

Fig. 3 ein Diagramm, aus dem sich die Bruchdeh nung von VACURAL-Probestäben der Legie rung G-AlSi₇Mg in Abhängigkeit vom Ko baltgehalt ergibt, und die

Fig. 4 ein Diagramm, aus dem sich die Bruchdeh nung von VACURAL-Probestäben der Legie rung G-AlSi₇Mg in Abhängigkeit vom Kobalt gehalt nach einer Wärmebehandlung ergibt.

Beispiel 1

Eine Aluminium-Gußlegierung G-AlSi₇Mg ohne Kobalt wurde zu Probestäben für einen Bruchdehnungsversuch verar beitet. Die Probestäbe besaßen eine Dicke von 2-5 mm und die folgende Zusammensetzung (Angaben in Gew.-%):

Si 6,75%
Cu 0,003%
Mn 0,002-0,013%
Mg 0,33-0,36%
Zn 0,007%
Ti 0,10%

Rest Al und weitere zulässige Beimengungen (Al 99,7 H) und Fe in der Abstufung 0,49, 0,38, 0,31, 0,19, 0,10% pro Probestab.

Die Bestimmung der Bruchdehnung ergab einen Abfall vom niedrigen Fe-Gehalt zum hohen von 15,4 bis 10,7% (vgl. Fig. 1).

Nach einer zweistündigen Wärmebehandlung bestehend aus einem Lösungsglühen von 1 Stunde bei 520°C und Warmausla gerung für 1 Stunde bei 160°C mit Probestäben der gleichen Zusammensetzung ergaben sich insgesamt höhere Werte der Bruchdehnung mit in etwa gleicher Tendenz (vgl. Fig. 2).

Die Klebeneigung der Legierung in einer Gußform nahm mit ansteigendem Eisengehalt ab.

Beispiel 2

Eine Aluminium-Druckgußlegierung G-AlSi₇Mg mit Kobalt wurde zu Probestäben für einen Bruchdehnungsversuch verar beitet. Die Probestäbe besaßen eine Dicke von 2-5 mm und die folgende Zusammensetzung (Angaben in Gew.-%):

Si 7,30%
Fe 0,13%
Cu 0,004%
Mn 0,01%
Mg 0,40%
Cr 0,001%
Zn 0,007%
Ti 0,11%
B 5 ppm
Ca 21 ppm

Rest Al und weitere zulässige Beimengungen (Al 99,7 H) und Co in der Abstufung 0,53, 0,41, 0,3, 0,23, 0,11, 0% pro Probestab.

Die Bestimmung der Bruchdehnung ergab einen geringeren Abfall vom niedrigen Co-Gehalt zum hohen von 13,4 bis 11,4% (vgl. Fig. 3).

Nach einer zweistündigen Wärmebehandlung bestehend aus einem Lösungsglühen von 1 Stunde bei 560°C und an schließender Warmauslagerung für 1 Stunde bei 160°C mit Probestäben der gleichen Zusammensetzung ergaben sich insgesamt höhere Werte der Bruchdehnung mit in etwa glei cher Tendenz (vgl. Fig. 4).

Die Klebeneigung der Legierung in einer Gußform blieb im Bereich des Co-Gehaltes von etwa 0,5 bis 0,1% auf einem niedrigen Niveau etwa konstant.

Claims

1. Verwendung einer aushärtbaren Aluminium-Gußlegierung mit

und Aluminium als Rest mit einer Reinheit von genormtem Hüttenaluminium Al 99,7 H für die Herstellung von Druck gußteilen, die eine geringe Klebeneigung in der Druckgußform aufweisen und deren Bruchdehnungswerte im Gußzustand und nach der Wärmebehandlung auf einem jeweils gleichbleibend hohen Niveau liegen.

2. Verwendung einer Aluminium-Druckgußlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminium-Druckgußlegierung in der Zusammen setzung den genormten Gußlegierungen AlSi₁₁, AlSi₅Mg, AlSi₇Mg, AlSi₉Mg und AlSi₁₁Mg zuzurechnen ist.