DE60014243T2

DE60014243T2 - Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus Metall, wie ein Teil eines Fahrzeugrads, und entsprechendes Rad

Info

Publication number: DE60014243T2
Application number: DE60014243T
Authority: DE
Inventors: Gilles Grillon
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Societe de Technologie Michelin SAS
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Societe de Technologie Michelin SAS
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: CA2325786A1; EP1063033B1; US6372063B1; JP2001191160A; DE60014243D1; ES2228346T3; EP1063033A1; FR2794669A1; ATE277702T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstellung eines metallischen Teils, wie eines Radteils, das für das Fahren eines Fahrzeuges vorgesehen ist, und ein derartiges Rad. Die Erfindung kommt insbesondere bei einem metallischen Radteil zur Anwendung, wie einer Radscheibe, das/die aus einem Leichtmetall, wie Aluminium, Magnesium, oder einem Metall, das eine wesentliche Gewichtsminderung ermöglicht, wie Titan, besteht, oder das/die aus einer Legierung von einem dieser Metalle besteht.
Radscheiben, die aus einer metallischen Legierung bestehen, wie Aluminium, werden üblicherweise durch ein Schmiedeverfahren oder ein Gießverfahren hergestellt.
Das zuerst genannte Verfahren weist, auch wenn es üblicherweise zu Scheiben führt, die zufriedenstellende mechanische und ästhetische Eigenschaften aufweisen, den wesentlichen Nachteil auf, dass es mit hohen Gestehungskosten verbunden ist.
Seit mehreren Jahren wird zur Ausführung des zweiten angegebenen Verfahrens vorzugsweise ein Material verwendet, das aus einer Legierung besteht, die vorab in einen thixotropen metallographischen und halbfesten Zustand gebracht wurde. Dieser thixotrope Zustand kann durch eine Legierungsstruktur charakterisiert werden, die eine nichtdendritische Primärphase umfaßt, die aus Kügelchen oder Knöllchen besteht, die im wesentlichen eine runde Form aufweisen.
Für die Beschreibung eines derartigen Gießverfahrens, bei dem von einer thixotropen und halbfesten Legierung ausgegangen wird, und für ein Werkzeug (Gießform) zur Durchführung dieses Verfahrens kann beispielsweise auf das europäische Patentdokument EP-A-710 515 Bezug genommen werden.
Für die Beschreibung eines Verfahrens zur Erzeugung des oben angegebenen thixotropen Zustands kann beispielsweise auf das europäische Patentdokument EP-A-439 981 Bezug genommen werden.
Als Gattungsbegriff für dieses Formgebungsverfahren wird häufig der Begriff "Thixoforming-Verfahren" verwendet, der sowohl das Prinzip des Druckgießens (das auch als Thixo-Gießen bezeichnet wird) als auch das Prinzip des Gießens/Schmiedens in einem Gesenk (das auch als Thixo-Schmieden bezeichnet wird) einschließt.
Die Radscheiben, die durch dieses Gießverfahren geformt werden, weisen insbesondere die folgenden Vorteile auf, genau genommen wegen des oben erwähnten metallographischen Zustands der Legierung, der durch Kügelchen definiert werden kann, die eine geringere Größe aufweisen (im allgemeinen unter 120 μm) und die praktisch gleichmäßig verteilt sind.
Diese Scheiben können eine geringere Dicke aufweisen, so dass es zu einer Gewichtsverringerung kommt, bezogen auf Scheiben, die aus Legierungen erhalten werden, die in einem anderen Zustand vergossen oder umgeformt werden.
Außerdem weisen sie eine geringere Porosität auf, was sich in einer gleichmäßigen und verbesserten Dichte und mechanischen Festigkeit sowie einer ebenfalls verbesserten Eignung für Wärmebehandlungen äußert.
Dieses Formgebungsverfahren weist andere Vorteile auf, insbesondere:

– breit gefächerte Möglichkeiten für das ästhetische Aussehen der erzeugten Radscheiben (beispielsweise mit der Möglichkeit, dünne Wände oder beträchtliche Variationen des Querschnitts zu erzeugen),
– eine große Präzision der Abmessungen bei den erhaltenen Scheiben, wodurch das Ausmaß, in dem die Scheiben nachbearbeitet werden müssen, verringert wird,
– eine hohe Produktivität auf Grund von kurzen Zykluszeiten und der Automatisierung der Arbeitsgänge,
– eine deutlich verlängerte Lebensdauer der Gießformen, bezogen auf die Lebensdauer der Gießformen, die in herkömmlichen Gießverfahren durch Einspritzen flüssiger Metalle, wie Aluminium, unter Druck verwendet werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Rades, das für das Fahren eines Fahrzeuges vorgesehen ist, wobei das Rad eine Radscheibe und eine Felge umfaßt, oder eines Radteils, das aus einer metallischen Radscheibe oder einer metallischen Felge besteht, anzugeben, das darin besteht, in einem ersten Schritt das Rad oder das Radteil aus einem metallischen Material zu formen, das eine thixotrope Struktur und einen halbfesten Zustand aufweist, das so durchgeführt wird, dass das Teil verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist und leichter ist, bezogen auf die Eigenschaften bekannter Teile.
Hierfür ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem die folgenden späteren Schritte umfaßt:

(i) das geformte Rad oder Radteil wird nach dem ersten Schritt einem Warmpressschritt unterzogen, der so durchgeführt wird, dass die Temperatur im Kern des Rades oder des Radteils während des Warmpressens im Bereich von 400 bis 500 °C liegt,
(ii) mindestens eine Seite oder ein Teil mindestens einer Seite der Scheibe und/oder der Felge des Rades oder Radteils, das unter (i) er halten wurde, wird während eines Kaltbehandlungsschrittes für ihre / seine plastische Verformung dem Aufprall von Projektilen ausgesetzt.

Während der Durchführung des Warmpressschritts (i) liegt die Kerntemperatur des Rades oder des Radteils vorteilhaft bei etwa 450 C.
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht dieses Herstellungsverfahren darin, in einem Zwischenschritt zwischen den Schritten (i) und (ii) das geformte und warmgepresste Rad oder Radteil einer Ausscheidungshärtung zu unterziehen, die folgendermaßen durchgeführt wird:

– Wiedererwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 520 bis 540 °C, anschließend
– Abschrecken, das mit Hilfe eines Fluids durchgeführt wird, das bei einer Temperatur gehalten wird, die im Bereich von 30 bis 60 °C liegt, dann
– Anlassen.

Das Wiedererwärmen wird vorteilhaft über einen Zeitraum durchgeführt, der im Bereich von 1 bis 10 h liegt.
Das Anlassen erfolgt vorteilhaft bei einer Temperatur von 170 °C.
Das Verfahren besteht vorzugsweise darin, für den ersten Formgebungsschritt eine Legierung auf der Basis eines Metalls zu verwenden, das zur der Gruppe gehört, die aus Aluminium, Magnesium, Titan, Eisen, Chrom, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Silber, Zinn, Blei und Antimon besteht.
Vorteilhaft wird eine Legierung auf Aluminiumbasis verwendet, wie eine Legierung, die außerdem 6,5 bis 7,5 Gew.-% Silicium und 0,5 bis 0,6 Gew.-% Magnesium enthält.
Eine derartige Legierung auf Aluminiumbasis weist den Vorteil auf, dass die Korrosion verringert wird.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal besteht der erste, aus der Formgebung bestehende Schritt aus einem Thixo-forming, bei dem es sich um ein Thixo-Gießen oder ein Rheo-Gießen handeln kann.
Es wird hervorgehoben werden, dass das Thixo-Gießen einen ersten Schritt, der darin besteht, eine Form mit einem thixotropen metallischen Material im halbfesten Zustand zu füllen, und einen zweiten Schritt umfaßt, der darin besteht, dieses Material unter einem hohen Druck, der beispielsweise etwa 100 MPa beträgt, in der Form zu pressen.
Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass das Verfahren, das unter der Bezeichnung "Rheo-Gießen" bekannt ist, in bekannter Weise im wesentlichen aus einem mechanischen Rühren einer flüssigen Legierung, um einen halbfesten Zustand zu erhalten, und anschließend einem unmittelbar erfolgenden Gießen der erhaltenen halbfesten Legierung besteht, ohne dass es einen Abkühlschritt bei dem Gießen gibt.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal besteht das Verfahren für den Schritt der Ausscheidungshärtung darin, ein Abschrecken durchzuführen, auf das ein Anlassen folgt.
Nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht mindestens ein Arbeitsgang des Kaltbehandlungsschrittes darin, Korundkörnchen mit einer Größe, die im Bereich von 75 bis 150 μm liegt, als Projektile zu verwenden.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Beispiel besteht mindestens ein Arbeitsgang des Kaltbehandlungsschrittes darin, Mikrokügelchen aus Glas als Projektile zu verwenden.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Beispiel besteht mindestens ein Arbeitsgang des Kaltbehandlungsschrittes darin, Körner aus Stahl oder Gußeisen, deren Größe im Bereich von 200 bis 800 μm liegt, als Projektile zu verwenden.
Nach einem vorteilhaften erfindungsgemäßen Merkmal besteht der erste, aus der Formgebung bestehende Schritt darin, ein Rad, das für das Fahren eines Fahrzeuges vorgesehen ist, wobei das Rad eine Radscheibe und eine Felge umfaßt, so zu formen, dass das Rad das erzeugte metallische Teil bildet, und der Kaltbehandlungsschritt besteht darin, mindestens eine Seite oder ein Teil mindestens einer Seite dieser Scheibe und/oder dieser Felge durch den Aufprall von Projektilen zu behandeln.
Nach einer ebenfalls vorteilhaften Variante besteht der erste, aus der Formgebung bestehende Schritt darin, ein Teil eines Rades, das für das Fahren eines Fahrzeuges vorgesehen ist, wobei das Radteil aus einer Radscheibe oder einer Felge besteht, so zu formen, dass das Teil des Rades das erzeugte metallische Teil bildet, und der Kaltbehandlungsschritt besteht darin, mindestens eine Seite oder ein Teil mindestens einer Seite dieser Scheibe oder dieser Felge durch den Aufprall von Projektilen zu behandeln.
Ein erfindungsgemäßes Rad, das für das Fahren eines Fahrzeuges vorgesehen ist, das eine Felge aufweist, auf der, beispielsweise durch Schweißen, eine metallische Scheibe befestigt ist, ist so beschaffen, dass die metallische Scheibe durch das Herstellungsverfahren erhalten wird, das in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert ist.
Die weiter oben angegebenen charakteristischen Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie andere Merkmale werden besser verstanden beim Lesen der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das zur Veranschaulichung und nicht einschränkend angegeben wird, wobei die Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, die den folgenden Inhalt haben:
die 1a und 1b sind Blockdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Teils nach zwei erfindungsgemäßen Ausführungsformen veranschaulichen,
2 enthält eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Emission von Projektilen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, und
3 ist eine Teilansicht im Querschnitt einer Radscheibe und einer Felge in einer Montageposition zur Ausbildung eines Rades, das ein erfindungsgemäßes metallisches Teil bildet.
Unter Bezugnahme auf 1a besteht ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Teils nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform darin, in einem ersten Schritt 10 das Teil durch Thixo-Gießen eines metallischen Materials, das eine thixotrope Struktur und einen halbfesten Zustand aufweist, zu formen, in einem zweiten fakultativen Schritt 20 das geformte Teil einer Ausscheidunghärtung zu unterziehen und dann in einem dritten Schritt 30 mindestens ei nen Teilbereich des Teils durch den Aufprall von Projektilen zu behandeln.
Unter Bezugnahme auf 1b sieht man, dass eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darin besteht, einen ersten Schritt 110 durchzuführen, der mit dem oben angegebenen Schritt 10 identisch ist oder der diesem Schritt 10 ähnelt, anschließend einen zweiten Schritt 120 durchzuführen, der aus einem Warmpressen des so geformten Teils besteht, dann einen dritten fakultativen Schritt 130 durchzuführen, der aus einer Ausscheidungshärtung besteht, der von Schritt 20 verschieden ist, und dann einen vierten, aus einer Kaltbehandlung bestehenden Schritt 140 mit dem dem Aufprall von Projektilen durchzuführen, der mit dem Schritt 30 identisch ist oder diesem Schritt 30 ähnelt.
Für die Durchführung des ersten Schritts 10 oder 110 werden in eine Form (nicht dargestellt, denn sie entspricht der Form, die in dem europäischen Patentdokument EP-A-710 515 beschrieben wird) zylindrische Stäbe mit einer vorgegebenen Länge oder Luppen (Stangenabschnitte) injiziert, die beispielsweise aus einer Legierung auf der Basis eines Leichtmetalls, wie Aluminium oder Magnesium, bestehen.
Vorteilhaft wird eine Legierung auf der Basis von Aluminium verwendet. Die Legierung ist dann vorzugsweise eine Legierung, die zu der Aluminium/Silicium-Familie gehört.
Noch bevorzugter entspricht diese Legierung der Bezeichnung A-S7G0,6 gemäß der Norm NF A 02-004 in einer Weise, dass sie, angegeben in Gewichtsprozent, neben dem Aluminium insbesondere enthält:

6, 5 bis 7, 5 % Silicium,
0,15 % Eisen,
0,03 % Kupfer,
0,03 % Mangan,
0,60 % Magnesium,
0,03 % Nickel,
0,05 % Zink,
0,03 % Blei und Zinn,
0,20 % Titan,
0,05 % Strontium.

In der folgenden Beschreibung wird für die Beschreibung der zweiten Ausführungsform und für die Ergebnisse der erhaltenen mechanischen Festigkeit und der erhaltenen Gewichtsverringerung, wenn die erste oder die zweite Ausführungsform Anwendung findet, auf diese Legierung A-S7G0,6 Bezug genommen.
Stromaufwärts der Form wurde die zu injizierende metallische Legierung zunächst in einem ersten Schritt in eine thixotrope metallographische Struktur und dann in einem zweiten Schritt in einen halbfesten Zustand gebracht.
Genauer wird dieser erste Schritt beispielsweise durchgeführt, indem Stränge aus dieser Legierung einem Umrühren durch elektromagnetische Induktion gemäß dem Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung, die in dem europäischen Patentdokument EP-A-439 981 beschrieben werden, für die Herstellung thixotroper Stränge unterzogen werden.
Für die Herstellung thixotroper Stränge, die sich außerdem in einem halbfesten Zustand befinden, in dem zweiten Schritt wird anschließend eine induktives Wiedererwärmen dieser Stränge auf eine Temperatur T(°C) durchgeführt, die die folgende Beziehung erfüllt:
T_se < T < T_se + 10, worin T_se die Schmelztemperatur des Eutektikums ist (die für die Legierung A-S7G0,6, die bevorzugt verwendet wird, 577 °C beträgt).
Es muß hervorgehoben werden, dass die Thixotropie der in die Form injizierten Legierung so ist, dass die maximale Größe der Kügelchen, die sie charakterisieren, kleiner als 120 μm ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass andere Verfahren zur Herstellung einer thixotropen Struktur und eines halbfesten Zustands angewendet werden können. Insbesondere kann das Verfahren angegeben werden, das dem Fachmann unter der Bezeichnung "Rheo-Gießen" bekannt ist, das im wesentlichen aus einem Rühren einer halbfesten Legierung besteht, das gegebenenfalls mit einem Verfahren zur chemischen Kornfeinung dendritischer Körner kombiniert ist.
Beim Gießen, das gemäß dem europäischen Patentdokument EP-A-710 515 durchgeführt wird, wird festgestellt, dass das in die Form injizierte Material schließlich mit einem Druck, der beispielsweise etwa 100 MPa beträgt, verpresst wird (die Höhe des Pressdrucks kann in Abhängigkeit von der Legierung und dem verwendeten Verfahren variiert werden).
Das gegossene Material läßt man abkühlen, bis ein fester Zustand erreicht wird, anschließend wird sofort die Entformung durchgeführt. Man erhält so das metallische Teil, dessen Form dem Abdruck des Werkzeugs entspricht.
Im zweiten Schritt 20 (fakultativ) dieser ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise unmittelbar nach dem Entformen ein Ausscheidungshärten durchgeführt, das in dieser Reihenfolge aus einem Abschrecken des Teils und einem Anlassen des Teils besteht.
Beim Abschrecken, das mit Hilfe eines angepaßten Fluids durchgeführt wird, wie Wasser, und das einige Sekunden dauert, wird das Fluid bei einer Temperatur gehalten, die im Bereich von 30 bis 60 °C, vorzugsweise 30 bis 40 °C, liegt.
Das Anlassen wiederum wird bei einer Temperatur von 170 °C und über einen Zeitraum von 6 Stunden durchgeführt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Parameter der Behandlungstemperatur und der Behandlungsdauer, die für das Ausscheidungshärten eines Teils angewendet werden, so angepaßt sind, dass ein Paar von Eigenschaften Festigkeit/Duktilität mit vorgegebenen Werten erhalten wird.
Im dritten Schritt 30 der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das nach dem zweiten Schritt 20 erhaltene metallische Teil einer plastischen Verformung in der Kälte unterzogen, indem es bei Umgebungstemperatur dem Aufprall von Projektilen ausgesetzt wird.
Der Aufprall der Projektile wird beispielsweise mit einer Vorrichtung 1 zur Emission von Projektilen 2 erreicht, deren Aufbau in 2 in vereinfachter Weise dargestellt ist.
Die Vorrichtung 1 umfaßt mindestens einen Einlaß 3a, der stromaufwärts mit einem Trichter 4 zur Aufbewahrung der Projektile 2 verbunden ist, und sie umfaßt mindestens einen Auslaß 3b für die Emission von Strahlen J aufweist.
In dem Beispiel gemäß 2 ist die Vorrichtung 1 eine Vorrichtung des Typs, der die in dem Trichter 4 enthaltene Luft ansaugt, um einen Unterdruck in dem Trichter zu erzeugen; diese Vorrichtung ist unter der Bezeichnung "Giffard"-Vorrichtung bekannt.
Genauer weist die Vorrichtung 1, die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, einen ersten Schlauch 5a auf, dessen Enden den Einlaß 3a bzw. den Auslaß 3b bilden. Der Einlaß 3a ist mit dem unteren Teil des Trichters 4 verbunden, und er weist eine Luftansaugvorrichtung P auf, die mit einem Mittel R zur Steuerung des Durchsatzes der angesogenen Luft versehen ist.
Ein zweiter Schlauch 5b für die Zufuhr von Druckluft (Pfeil A) ist mit dem Auslaß 3b stromaufwärts dieses Auslasses verbunden. Die durch diesen Schlauch 5b zugeführte Luft dient dazu, die Projektile 2, die durch den in dem Trichter 4 erzeugten Unterdruck permanent vom Boden des Trichters 4 abgezogen werden (Pfeil A), durch den Auslaß 3b heraus zu schleudern. Eine Steuervorrichtung 5c zur Steuerung des Druckluftdurchsatzes und demzufolge zur Steuerung des Durchsatzes der heraus geschleuderten Körner ist in dem Schlauch 5b angeordnet.
Der Auslaß 3b des Schlauches 5a und das stromabwärts gelegene Ende des Schlauches 5b münden in dichter Weise in einer Pistole 6, die in einer Strahldüse 6a endet, die dafür vorgesehen ist, die Strahlen J zu emittieren.
Es wird darauf hingewiesen, dass eine Vorrichtung 1 verwendet werden könnte, in der anstelle von Luft ein flüssiges Fluid, wie Wasser, als Treibfluid verwendet wird.
Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass eine andere Vorrichtung als die Vorrichtung 1, die in 2 dargestellt ist, verwendet werden könnte, beispielsweise eine Vorrichtung des Typs, die eine Schwerkraft, einen Überdruck, einen unmittelbaren Druck im Inneren des Trichters 7 erzeugt, oder vom Typ der Turbinenmaschine, die dafür vorgesehen ist, die Projektile 2 mechanisch heraus zu schleudern. Man könnte auch eine Vorrichtung 1 vom Typ der Ultraschallgeräte oder vom Typ der elektromagnetischen Geräte verwenden, um die Partikel zu beschleunigen oder sie in eine intensive Schwingung gegen das zu behandelnde Teil zu versetzen, oder auch vom Typ der Vorrichtungen, die eine Explosion auslösen oder einen Laserschock erzeugen.
Ganz allgemein ist verständlich, dass jede Vorrichtung für das Aufschleudern von Projektilen auf die zu behandelnde Oberfläche verwenden kann, die so konstruiert sein muß, dass die mechanischen, thermischen und ballistischen Parameter an die Art und die Intensität der gewünschten Behandlung angepaßt sind.
Beispiele für die Durchführung von Schritt 30, 140:
Eine Seite 7a einer Radscheibe 7 (siehe 3) wird mit Hilfe der Vorrichtung 1, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde, dem Kaltbehandlungsschritt 30, 140 unterzogen, wobei die Scheibe 7 aus der oben angegebenen Legierung A-S7G0,6 besteht und das metallische Teil bildet, das zuvor in dem Formgebungsschritt 10, 110 geformt wurde.
In diesem Beispiel wurden Projektile 2 verwendet, die aus braunen Korundkörner (Aluminiumoxid, das insbesondere Titan enthält) bestehen. Genauer hat der braune Korund, der verwendet wurde, die folgende Zusammensetzung, die in Masseprozent angegeben wird:

Al₂O₃ 89 bis 94 %,

TiO₂ 2 bis 4 %,

SiO₂ 0,4 bis 1,5 %,

Fe₂O₃ 1,5 bis 3,5 %,

CaO + MgO 0,3 bis 0,5 %,

Na₂O + K₂O 0,01 bis 0,02 %,

magnetische Teile unter 4 %.
Außerdem hatten die Körner 2 eine Größe, die im Bereich von 75 bis 150 μm liegt, und eine kantige Form.
Außerdem lag der Druck der Druckluft für die Beschleunigung und die Bewegung der Körner 2 durch den Schlauch 5b und die Düse 6a bei 4 bar, die Körner trafen im wesentlichen senkrecht auf die Seite 7a der zu behandelnden Scheibe 7 auf, und der Strahlabstand betrug 100 mm, bezogen auf die Seite 7a.
Es wurde angestrebt, den Oberflächenzustand der Seite 7a der Scheibe 7 zu charakterisieren, die so durch den Einschlag von Körnern 2 behandelt wurde, und hierfür wurden Rauheitskennzahlen oder -parameter verwendet, die in der Norm NF/E05-015 genau definiert werden (Tast- und Sichtvergleichsmuster für die Rauheit N10b im Rugotest Nr. 3 gemäß der Norm NF/E05-051, Gebrauchsmuster):
worin bedeuten:
Ra den Mittenrauwert des zu charakterisierenden Profils,
Rt die maximale Höhe des Profils (Rautiefe),
Rz die Höhe der Unregelmäßigkeiten an 10 Punkten (gemittelte Rautiefe),
Rmax die maximale Höhe der Unregelmäßigkeiten des Profils (maximale Rautiefe).
Es wird darauf hingewiesen, dass man auch andere Materialien und Korngrößen für die Projektile 2 verwenden kann, beispielsweise Körner 2 aus weißem Korund (kristallines Aluminiumoxid) anstelle des braunen Korunds oder ein keramisches Material oder trockene oder feuchte Mikrokügelchen aus Glas oder auch Körner aus Stahl oder Gußeisen mit einer mittleren Größe, die im Bereich von 200 bis 800 μm liegt und vorzugsweise 400 μm beträgt.
Ganz allgemein könnten Projektile 2 verwendet werden, die gegebenenfalls umhüllt sind, deren Material, Masse, Form und Abmessungen geeignet sind, für eine thermomechanische Beanspruchung der zu behandelnden Oberfläche zu sorgen, um sie einer Druckbeanspruchung in einem vorgegebenen Ausmaß und einer vorgegebenen Tiefe zu unterziehen, und/oder um den Oberflächenzustand (z.B. Rauheit, Welligkeit) zu kontrollieren und/oder um der behandelten Oberfläche ein bestimmtes ästhetisches Aussehen zu geben (insbesondere Glanz, Reflexion, Lichtstreuung, Satinierung, Farbe).
Es wird darauf hingewiesen, dass dieser Kaltbehandlungsschritt 30 durch Aufprall von Projektilen 2 in einem oder mehreren Arbeitsgängen durchgeführt werden kann. In letzterem Fall sind die Strahlbedingungen, wie die Geschwindigkeit der Projektile 2, der Auftreffwinkel und die Flächenbedeckung an jeden Arbeitsgang angepaßt, um zu den oben angegebenen Ergebnisse zu gelangen.
Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines metallischen Teils ist der zweite, aus dem Warmpressen bestehende Schritt 120, der nach dem Formgebungsschritt 110 durchgeführt wird, von dem Typ, der in dem europäischen Patentdokument EP-A-119 365 beschrieben wird. Genauer liegt die Kerntemperatur des entformten Teils während des Warmpressschritts, d.h. während des Pressens des geformten Teils zwischen den beiden Kokillen der Matrize bzw. Preßform, bei etwa 450 °C (im Bereich von 400 bis 500 °C).
Der dritte, aus dem Ausscheidunghärten des geformten und gepreßten Teils bestehende Schritt 130 besteht aus einem ersten Schritt, in dem das Teil wieder erwärmt wird, der dafür vorgesehen ist, das Magnesium der Legierung A-S7G0,6 in eine feste Substitutionslösung in dem Aluminium zu bringen, und dann einem zweiten Schritt, in dem das Teil auf gleiche Weise wie in Schritt 20 der ersten Ausführungsform zunächst abgeschreckt und dann angelassen wird.
Das Wiedererwärmen wird während eines Zeitraums von 1 bis 10 h bei einer Temperatur durchgeführt, die im Bereich von 520 bis 540 °C liegt, um die oben erwähnte feste Lösung zu erhalten.
Das Abschrecken dient in diesem Fall dazu, das Magnesium in einer übersättigten festen Lösung in dem Aluminium zu halten, während das Anlassen dazu dient, eine feinkörnige Ausscheidung des Magnesiums in dem Aluminium zu erzeugen, was zu der gewünschten Ausscheidungshärtung führt.
Der vierte Schritt 140 dieser zweiten Ausführungsform ist analog dem Schritt 30 der ersten Ausführungsform, der weiter oben angegeben wurde.
Im folgenden werden die Ergebnisse der Ermüdungsprüfung im Umlaufbiegeversuch (Ermüdungsgrenze oder Lebensdauergrenze L_f und relative Gewichtsabnahme e), die für eine Radscheibe 7 mit einem Durchmesser von 15 Zoll erhalten wurden, die aus der thixotropen Legierung A-S7G0,6 besteht, die hergestellt wurden, indem unterschiedslos die erste oder zweite erfindungsgemäße Ausführungsform ausgeführt wurde bis auf den Unterschied, dass eine erste erfindungsgemäße Scheibe D' der Aufprallbehandlung in Schritt 30 oder 140 auf nur einer ihrer Seiten 7a unterzogen wurde, während eine zweite erfindungsgemäße Scheibe D" der gleichen Aufprallbehandlung auf ihren beiden Seiten unterzogen wurde.
Es wurden zwei "Vergleichsscheiben" für diese Versuche in Betracht gezogen.
Eine erste Vergleichsscheibe D1 besteht aus einer Scheibe mit thixotroper Struktur, die erfindungsgemäß gegossen wurde, die aber nicht der Aufprallbehandlung gemäß Schritt 30 oder 140 unterzogen wurde.
Eine zweite Vergleichsscheibe D2 besteht aus einer Scheibe, die aus einer Knet- und Schmiedelegierung besteht, die unter der Bezeichnung 6082T6 (europäische Norm NF EN 573-3) bekannt ist, d.h. die insbesondere Aluminium, Magnesium und Silicium enthält, wobei diese Legierung zu einer festen Lösung verarbeitet wurde, die abgeschreckt und angelassen wurde. Wie die erste Vergleichsscheibe wurde auch diese Vergleichsscheibe nicht der Behandlung mit aufprallenden Projektilen unterzogen.
Die Ermüdungsgrenze L_f (in MPa) wurde im Umlaufbiegeversuch für 6 · 106 Zyklen abgeschätzt.
Die relative Gewichtsabnahme e (in %) wurde unter einer Bruchlast Q (in Kilopond), die über 6 · 106 Zyklen auferlegt wurde, gemäß der folgenden Formel abgeschätzt: e(%) = 100 (1 – ((LF1)n/(LF2)n)), mit n = 2 / 3 im Umlaufbiegeversuch.
Alle geprüften Scheiben D', D", D 1 und D2 haben den gleichen Durchmesser von 15 Zoll.
Außerdem wurde die Dicke jeder Scheibe ermittelt, indem als Referenzdicke eo die Dicke einer entsprechenden Referenzscheibe genommen wurde. Diese Referenzscheibe besteht aus einer Legierung auf Aluminiumbasis A-S7G0,3 Y33 gemäß der Norm NF A/02-004, und sie wurde durch ein "Kokillenguß"-Verfahren hergestellt, das der Fachmann auch unter der Bezeichnung Niederdruckguss-Verfahren kennt. Außerdem ist die Referenzscheibe durch eine Ermüdungsgrenze L_F1 von 105 MPa gekennzeichnet.
Ergebnisse:
Folglich zeigt sich, dass die Ergebnisse bzgl. der Ermüdungsgrenze und der Gewichtsminderung für eine erfindungsgemäße Scheibe D' oder D", bezogen auf die Vergleichsscheibe D1, die durch Thixo-Gießen erhalten wurde und keiner Aufprallbehandlung unterzogen wurde, und bezogen auf die Vergleichsscheibe D2, die geschmiedet wurde und ebenfalls keiner Aufprallbehandlung unterzogen wurde, deutlich verbessert sind, und dies in noch wesentlich deutlicherer Weise für die eine Scheibe D".
In 3 ist ein Beispiel für die Montage einer Scheibe 7, die ein Beispiel für ein nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes metallisches Teil ist, auf einer Felge 8 zur Herstellung eines Rades 9 dargestellt. Die Felge 8 besteht beispielsweise auf einem Leichtmetall, wie Aluminium oder Magnesium, oder einer Legierung eines derartigen Leichtmetalls, oder jedem sonstigen Material, das dafür bekannt ist, für eine Gewichtseinsparung und eine zufriedenstellende Lebensdauer zu sorgen. Diese Felge 8 kann auch aus Eisen oder einer Legierung auf Eisenbasis bestehen.
Diese Montage wird vorteilhaft mit Hilfe eines Schweißverfahrens durchgeführt, das unter der Bezeichnung MIG-Schweißen bekannt ist, das heißt mit einem Lichtbogen unter einem Schutzgas, wie Argon, und mit Metallzusatz. Es wird darauf hingewiesen, dass dieser Typ von Schweißverfahren wegen der thixotropen Struktur der Scheibe 7 favorisiert ist.
Es kann jedoch auch jedes sonstige Verfahren zur Verbindung der Scheibe 7 mit der Felge 8 in Betracht gezogen werden, z.B. die Verbindung durch mechanische Befestigung.
Es wird darauf hingewiesen, dass Radprofile 9 verwendet werden können, die verschieden von dem in 3 dargestellten Radprofil sind. Es könnte beispielsweise insbesondere ein Scheibenprofil 7 wie das Scheibenprofil verwendet werden, das unter der Bezeichnung Full Face^TM im Handel erhältlich ist, oder ein Felgenprofil 8 wie das Felgenprofil, das unter der Bezeichnung PAX^TM oder unter der Bezeichnung Single^TM im Handel erhältlich ist.
Hinsichtlich der Anwendung der beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines metallischen Teils für ein Rad 9, das für das Fahren eines Fahrzeugs vorgesehen ist, wird darauf hingewiesen, dass der erste aus der Formgebung bestehende Schritt 10, 110 nicht nur auf das Gießen einer Radscheibe 7 beschränkt ist, sondern auch das Gießen des gesamten Rades 9, das aus einer Scheibe 7 und einer Felge 8 besteht, betreffen kann, so dass das durch das Verfahren schließlich erhaltene Teil aus dem Rad 9 besteht. In diesem Fall besteht der Kaltbehandlungsschritt 30, 140 darin, mindestens eine Seite 7a oder ein Teil mindestens einer Seite 7a der Scheibe 7 und/oder der Felge 8 durch den Aufprall von Projektilen 2 zu bearbeiten.
Weiterhin hinsichtlich dieser Anwendung für ein Rad 9 wird außerdem darauf hingewiesen, dass der erste, aus der Formgebung bestehende Schritt 10, 110 darin bestehen könnte, eine Felge 8 (d.h. eines der Teile 7, 8 eines Rads 9) anstelle der Scheibe 7 zu formen, so dass das schließlich durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Teil aus der gegossenen Felge 8 besteht. In diesem Fall, wie im Fall der Scheibe 7, besteht der Kaltbehandlungsschritt 30, 140 darin, mindestens eine Seite oder ein Teil mindestens einer Seite der Felge 8 durch den Aufprall von Projektilen 2 zu behandeln.
Es wird im übrigen darauf hingewiesen, dass im Fall eines Kaltbehandlungsschrittes 30, 140, der in einem einzigen Arbeitsgang für die Behandlung der Scheibe 7 auf nur einer ihrer Seiten 7a durch den Aufprall von Projektilen 2 durchgeführt wird, die Seite 7a vorteilhaft die Seite sein kann, die dafür vorgesehen ist, sich auf der Innenseite des Rades 9 zu befinden, weil die behandelte Seite 7a nicht glatt aussieht.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Rades (9), das für das Fahren eines Fahrzeuges vorgesehen ist, wobei das Rad eine Radscheibe (7) und eine Felge (8) umfaßt, oder eines Radteiles (7, 8), wobei das Radteil aus einer metallischen Radscheibe (7) oder einer metallischen Felge (8) besteht, wobei das Verfahren in einem ersten Schritt 110) die Formung des Rades oder des Radteils (7, 8, 9) aus einem metallischen Material umfaßt, das eine thixotrope Struktur und einen halbfesten Zustand aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem die folgenden späteren Schritte umfaßt: (i) das geformte Rad (9) oder Radteil (7, 8) wird nach dem ersten Schritt einem Warmpressschritt (120) unterzogen, der so durchgeführt wird, dass die Temperatur im Kern des Rades oder des Radteils (7, 8, 9) während des Warmpressens im Bereich von 400 bis 500 °C liegt, (ii) mindestens eine Seite (7a) oder ein Teil mindestens einer Seite (7a) der Scheibe und/oder der Felge (8) des Rades (9) oder Radteils (7, 8), das unter (i) erhalten wurde, wird während eines Kaltbehandlungsschrittes (140) für ihre/seine plastische Verformung dem Aufprall von Projektilen ausgesetzt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerntemperatur des Rades oder des Radteiles (7, 8, 9) während des Warmpressschrittes (i) bei etwa 450 °C liegt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geformte und warmgepresste Rad oder Radteil in einem Zwischenschritt (130) zwischen den Schritten (i) und (ii) einem Ausscheidungshärten unterzogen wird, das folgendermaßen durchgeführt wird: – Wiedererwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 520 bis 540 °C, anschließend – Abschrecken, das mit Hilfe eines Fluids durchgeführt wird, das bei einer Temperatur gehalten wird, die im Bereich von 30 bis 60 °C liegt, dann – Anlassen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wiedererwärmen über einen Zeitraum durchgeführt wird, der im Bereich von 1 bis 10 h liegt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlassen bei einer Temperatur von 170 °C durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Durchführung des ersten, aus der Formgebung bestehenden Schritts (110) eine Legierung auf der Basis eines Metalls verwendet wird, das zur der Gruppe gehört, die aus Aluminium, Magnesium, Titan, Eisen, Chrom, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Silber, Zinn, Blei und Antimon besteht.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine Legierung auf Aluminiumbasis ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung außerdem 6,5 bis 7,5 Gew.-% Silicium und 0,5 bis 0,6 Gew.-% Magnesium enthält.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Arbeitsgang des Kaltbehandlungschrittes (ii) (140) darin besteht, Korundkörnchen mit einer Größe, die im Bereich von 75 bis 150 μm liegt, als Projektile (2) zu verwenden.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Arbeitsgang des Kaltbehandlungschrittes (ii) (140) darin besteht, Mikrokugeln aus Glas als Projektile (2) zu verwenden.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Arbeitsgang des Kaltbehandlungschrittes (ii) (140) darin besteht, Körner aus Stahl oder Gußeisen, deren Größe im Bereich von 200 bis 800 μm liegt, als Projektile (2) zu verwenden.