DE69110018T2

DE69110018T2 - Hochfester Aluminium-Legierungsguss mit hoher Zähigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung.

Info

Publication number: DE69110018T2
Application number: DE69110018T
Authority: DE
Inventors: C O K K Toyota Chuo Kenk Awano; C O K K Toyota Chuo K Kawahara; Hirokazu Oonishi; C O Toyota Jidosha Kabushi Ota; C O K K Toyota Chuo Ke Shimizu; C O Toyota Jidosha K K Uozumi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2011-11-28
Also published as: EP0488670B1; US5298094A; EP0488670A1; DE69110018D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aluminium- Legierungsguß (nachstehend als "Aluminium-Legierungsguß" bezeichnet) mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit, der für Teile, wie etwa Autoteile oder dergleichen, geeignet ist, die sowohl Festigkeit als auch Zähigkeit aufweisen müssen, und bezieht sich auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Beschreibung des Standes der Technik

Bislang gab es gemäß dem japanischen Industriestandard (nachstehend mit "JIS" abgekürzt) ein Aluminium- Legierungsschmiedeprodukt, beispielsweise "6061" oder dergleichen. Bekanntermaßen schafft es folgende Vorteile. Es hat weniger innere Fehlstellen, weist eine höhere Festigkeit und Zähigkeit auf und ist bekanntermaßen hinsichtlich der Qualität von hoher Zuverlässigkeit. Jedoch ist es mit hohen Kosten verbunden.
Andererseits ist Aluminium-Legierungsguß, beispielsweise ein Guß aus "AC4C" oder dergleichen gemäß JIS vorteilhaft, da er weniger teuer als das Aluminiumschiedeprodukt ist. Jedoch sollten fertiggestellte Teile vergrößert sein, da Aluminium- Legierungsguß eine niedrigere Festigkeit und niedrigere Zähigkeit aufweist und da er weniger zuverlässig ist. Demgemäß haben die Teile mehr Gewicht, so daß aus der Aluminium-Legierungsgußanwendung resultierende Wirkungen der Gewichtsreduzierung gemindert worden sind.
Beim Silizium (Si), welches hinzugefügt worden ist, um die Gießbarkeit der Aluminium-Legierung zu verbessern, wird einer der Gründe vermutet, welche die Festigkeit und die Zähigkeit eines Aluminium-Legierungsgußes beeinträchtigen. Insbesondere wird vermutet, daß Si die Zähigkeit beeinträchtigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die die Zähigkeit eines Aluminium-Legierungsgußes nachteilhaft beeinflussende Si-Menge so stark wie möglich zu verringern und die Mengen von Elementen, die seine Festigkeit und Zähigkeit verbessern, so stark wie möglich zu erhöhen, wodurch nicht nur seine Festigkeit und Zähigkeit sondern auch seine Zuverlässigkeit verbessert wird.
Des weiteren ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, es zu ermöglichen, eine derartige Aluminium-Legierung bei einer vorbestimmten Druckbeaufschlagung problemlos zu gießen.
Bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zur Lösung der Aufgabe ein Aluminiumlegierungsguß mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit geschaffen worden, wobei der Aluminiumlegierungsguß folgendes aufweist:
Silizium (Si) mit einer Menge von 2,5 bis 4,4 Gew.-%;
Kupfer (Cu) mit einer Menge von 1,5 bis 2,5 Gew.-%;
Magnesium (Mg) mit einer Menge von 0,2 bis 0,5 Gew.-%; und
einen Grundbestand an Aluminium; und
eine Matrix des Aluminiumlegierungsgusses, welche eine dentritische Größe von 30 um oder weniger aufweist.
Bei einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit geschaffen worden, um die zweite Zielsetzung zu erreichen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
einen Schmelz-Schritt zum Schmelzen eines Rohmaterials, welches folgendes aufweist:
Silizium (Si) mit einer Menge von 2,5 bis 4,4 Gew.-%;
Kupfer (Cu) mit einer Menge von 1,5 bis 2,5 Gew.-%;
Magnesium (Mg) mit einer Menge von 0,2 bis 0,5 Gew.-%; und
einen Grundbestand an Aluminium (Al);
einen Press-Gieß-Schritt zum Preßgießen eines geschmolzenen Metalls als Rohmaterial mittels einer Form, während Druck von 250 bis 1500 kgf/cm² darauf beaufschlagt wurde; und
einen Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer Vergütungsbehandlung bei einem Gußprodukt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 und 10 bis 18 gezeigt.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Die chemischen Elemente und deren Zusatzmengen, welche sowohl in dem Aluminium-Legierungsguß als auch in dem Rohmaterial des ersten und zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung gemeinsam vorhanden sind, sind aufgrund der folgenden Gründe begrenzt:
(a) Si Si beeinträchtigt die Zähigkeit und die Gießbarkeit des Aluminium-Legierungsgußes. Wenn nämlich Si mit einer Zusatzmenge von weniger als 2,5 Gew.-% enthalten ist, wird die Gießbarkeit negativ beeinträchtigt und treten Heißrisse im Aluminium-Legierungsguß auf. Wenn Si mit einer Zusatzmenge von mehr als 4,4 Gew.-% enthalten ist, so verschlechtert sich die Zähigkeit. Deswegen ist Si mit einer Zusatzmenge von 2,5 bis 4,4 Gew.-% enthalten. Die Si- Zusatzmenge fällt des weiteren bevorzugterweise in einen Bereich von 3,0 bis 4,0 Gew.-%;
(b) Cu Cu ist ein vorteilhaftes Element zur Verbesserung der Festigkeit des Aluminium-Legierungsgusses. Wenn jedoch Cu mit einer Zusatzmenge von weniger als 1,5 Gew.-% enthalten ist, verbessert eine derartige Cu- Zusatzmenge die Festigkeit nicht. Wenn Cu mit einer Zusatzmenge von mehr als 2,5 Gew.-% enthalten ist, wird der Korrosionswiderstand und der Spannungskorrosionsrißwiderstand beeinträchtigt. Deswegen ist Cu mit einer Zusatzmenge von 1,5 bis 2,5 Gew.-% enthalten. Die Cu-Zusatzmenge fällt des weiteren bevorzugterweise in einem Bereich von 1,8 bis 2,3 Gew.-%;
(c) Mg Mg ist ebenfalls ein vorteilhaftes Element zur Verbesserung der Festigkeit des Aluminium-Legierungsgusses. Wenn jedoch Mg mit einer Zusatzmenge von weniger als 0,2 Gew.-% enthalten ist, verbessert eine derartige Mg- Zusatzmenge die Festigkeit nicht. Wenn Mg mit einer Zusatzmenge von mehr als 0,5 Gew.-% enthalten ist, wird die Zähigkeit beeinträchtigt. Deswegen ist Mg mit der Zusatzmenge von 0,2 bis 0,5 Gew.-% enthalten. Die Mg-Zusatzmenge fällt des weiteren bevorzugterweise in den Bereich von 0,3 bis 0,5 Gew.-%; und
(d) Sr Bei dem vorliegenden Aluminium-Legierungsguß und seinen Herstellungsverfahren wird bevorzugt, daß ferner Sr mit einer Menge von 0,005 bis 0,2 Gew.-% enthalten ist Sr ist ein wirksames Element beim Modifizieren und Spheroidisieren von eutektischen Si-Phasen. Sr beeinträchtigt die Festigkeit und die Zähigkeit des Aluminium- Legierungsgusses und trägt insbesondere zur Stabilisierung der mechanischen Eigenschaften bei. Sr ist ein wirksames Element, um zudem die Abtrennung der eutektischen Phasen zu unterdrücken. Wenn jedoch Sr mit einer Zusatzmenge von weniger als 0,005 Gew.-% enthalten ist, so werden die eutektischen Si-Phasen nicht ausreichend modifiziert. Wenn Sr mit einer Zusatzmenge von mehr als 0,2 Gew.-% enthalten ist, so kristallisieren die Sr-Verbindungen, so daß die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Bruchdehnung beeinträchtigt werden. Deswegen ist Sr mit einer Zusatzmenge von 0,005 bis 0,2 Gew.-% enthalten.
Generell ist manchmal Sr hinzugefügt worden, um die eutektischen Si-Phasen einer Al-Si-Legierung zu modifizieren, die eine langsame Erstarrungsgeschwindigkeit aufweist. Demgemäß ist Sr bei der Herstellung eines Aluminium- Legierungsgusses, welcher eine schnelle Erstarrungsgeschwindigkeit aufweist, wie bei dem vorliegenden Aluminium-Legierungsguß, nicht hinzugefügt worden, da die eutektischen Si-Phasen erwartungsgemäß fein kristallisieren, so daß die Sr-Zusatz-Wirkung verringert ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist Sr jedoch hinzugefügt worden, um die eutektischen Si-Phasen weiter zu modifizieren, um bei der Entwicklung der mechanischen Eigenschaften eine Streuung zu beseitigen. Des weiteren unterdrückt bei der vorliegenden Erfindung der Zusatz von Sr die Abtrennung der eutektischen Phasen und bewirkt dieser den Vorteil, daß dem vorliegenden Aluminium-Legierungsguß bessere mechanische Eigenschaften gleichmäßig gegeben werden.
Die Größe des Dendrits ist im ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung aus folgendem Grund beschränkt:
Je geringer die Größe, desto stärker wird die Zähigkeit des Aluminium-Legierungsgusses verbessert. Demgemäß wird bevorzugt, daß das Dendrit so klein wie möglich ist. Wenn jedoch eine Größe von 30 um überschritten ist, wird die Zähigkeit erwartungsgemäß nicht stark verbessert. Somit wird das Dendrit an eine Größe von 30 um oder weniger angepaßt. Weiter bevorzugt wird eine Größe von nicht mehr als 2,5 um.
Der Druck, der beim Preßgießschritt des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung auf das geschmolzene Metall beaufschlagt wird, ist aus folgendem Grund beschränkt:
Der erfindungsgemäße Aluminium-Legierungsguß zeigt bei einem relativ geringeren Grad Gießbarkeit. Demgemäß wird ein Druck von 250 bis 1500 kgf/cm² auf das geschmolzene Metall aus Rohmaterial beaufschlagt. Wenn ein Druck von weniger als 250 kgf/cm² beaufschlagt ist, treten Schrumpfungsporositäten bei Abschnitten des Aluminium-Legierungsgusses großer Dicke auf, welche Risse im Guß ergeben. Wenn ein Druck von mehr als 1500 kgf/cm² beaufschlagt ist, so wird die Gießbarkeit kaum verbessert. Deswegen ist ein Druck von 250 bis 1500 kgf/cm² beaufschlagt. Der Druck fällt des weiteren bevorzugterweise in einen Bereich von 300 bis 1000 kgf/cm².
Bezogen auf die Wärmebehandlung (d.h. die Vergütungsbehandlung) des Wärmebehandlungsschrittes des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung gilt: Je höher die Temperatur der Vergütungsbehandlung, desto schneller diffundieren die Elemente, wie etwa Cu, Mg und Si, in den Aluminium-Legierungsguß. Demgemäß ist die für die Vergütungsbehandlung erforderliche Zeit reduzierbar. Deswegen ist bevorzugt, die Vergütungsbehandlung bei hoher Temperatur durchzuführen. Wenn jedoch die Temperatur der Vergütungsbehandlung zu hoch ist, tritt Brennen auf, wodurch die Festigkeit des Aluminium-Legierungsgusses schlagartig beeinträchtigt wird. Daher sind die Bedingungen der Vergütungsbehandlung wie folgt festgelegt. Das Gußprodukt wird für 3 bis 10 Stunden einer Temperatur von 520 bis 550ºC ausgesetzt und danach mit Wasser abgeschreckt. Des weiteren wird bevorzugt, das Gußprodukt für 3 bis 6 Stunden einer Temperatur von 530 bis 535ºC auszusetzen. Schließlich wird das Gußprodukt für 2 bis 10 Stunden einer Aushärtetemperatur von 150 bis 190ºC ausgesetzt. Des weiteren wird bevorzugt, das Gußprodukt für 2 bis 6 Stunden einer Aushärtetemperatur von 160 bis 180ºC auszusetzen. Bei einer Wärmebehandlung, welche unter derartigen Bedingungen durchgeführt wird, können die Elemente, wie etwa Cu, Mg, Si oder dergleichen, welche mittels herkömmlicher Vergütungsbehandlungen nicht in die Al- Matrix gelöst worden sind, gleichmäßig in geeigneten Mengen in die Al-Matrix gelöst werden und zugleich die eutektischen Si-Phasen völlig spheroidisiert werden. Daraus resultierend wird die Festigkeit und die Zähigkeit des Aluminium- Legierungsgusses durch die vorliegende Wärmebehandlung stärker als durch herkömmliche Wärmebehandlungen verbessert.
Die Größe der spheroidisierten eutektischen Si-Phasen betragen vorzugsweise nicht mehr als 20 um. Wenn die Größe der spheroidisierten eutektischen Si-Phasen in diesen Bereich fällt, so hat dies Anteil an der Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit des Aluminium-Legierungsgusses. Wenn überdies, wie vorstehend beschrieben, Sr bei dem vorliegenden Aluminium-Legierungsguß und dem Rohmaterial ferner mit einer Zusatzmenge von 0,005 bis 0,2 Gew.-% enthalten ist, wird die Spheroidizierung der eutektischen Si-Phasen durch die Zugabe von Sr erleichtert, wobei die Größe der spheroidisierten eutektischen Si-Phasen auf 10 um oder weniger modifiziert ist. Daraus resultiert, daß die Sr-Zugabe die Festigkeit und Zähigkeit des Aluminium-Legierungsgusses günstig beeinflussen.
Wenn zusätzlich Luft während des Gießvorganges eingeschlossen wird, können fehlerhafte Formstücke auftreten. Deswegen ist bevorzugt, die Innenseite der Form auf einen Vakuumgrad von 30 Torr oder weniger zu evakuieren, und zwar vor dem 5gießvorgang, um fehlerhafte Gußstücke zu vermeiden.
Da die Si-Zusatzmenge so gering wie möglich gehalten wird, und da die Größe des Dendrits bei der vorliegenden Erfindung mikorfein verteilt ist, ist die Zähigkeit des Aluminium- Legierungsgusses verbessert. Überdies werden Cu und Mg mit den vorbestimmten Zusatzmengen derart beigefügt, daß die Festigkeit des Aluminium-Legierungsgusses bei der vorliegenden Erfindung verbessert ist.
Die möglicherweise aus der gering gehaltenen Si-Zusatzmenge resultierende Beeinträchtigung der Gießbarkeit des Aluminium- Legierungsgusses kann soweit wie möglich dadurch unterdrückt werden, daß das Preßgießen in dem vorbestimmten Druckbereich durchgeführt wird. Ferner kann die geeigneterweise eingerichtete Wärmebehandlung zudem die Festigkeit des Aluminium-Legierungsgußes verbessern.
Somit ermöglicht es die vorliegende Erfindung, einen Aluminium-Legierungsguß zu schaffen, welcher eine hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit aufweist, wobei sein Herstellungsverfahren mit weniger teueren Herstellungskosten verbunden ist. Natürlich ist der Aluminium-Legierungsguß herkömmlichen Aluminium-Legierungsgußstücken oder selbst herkömmlichen Aluminium-Legierungsschmiedeprodukten in Festigkeit und Zähigkeit überlegen und demgemäß sehr zuverlässig.

KURZE BESCHEIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und viele ihrer Vorteile werden unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung problemlos ersichtlich, die alle einen Teil der Offenbarung bilden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Hauptabschnittes einer Preßgießvorrichtung, welche bei einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
Fig. 2 einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Vakuumgrad in einem Hohlraum der bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel angewendeten Preßgießvorrichtung und dem aus dem Lufteinschluß in der Preßgießvorrichtung resultierenden Entgasungsverhältnis;
Fig. 3 einen Graphen, der Bruchdehnungsänderungen von Aluminium-Legierungsgußstücken zeigt, deren Si-Zusatzmengen geändert sind;
Fig. 4 einen Graphen, der die Änderungen der Fehlstellenverhältnisse der Aluminium-Legierungsgußstücke zeigt, deren Si-Zusatzmengen geändert sind;
Fig. 5 einen Graphen, der die Zugfestigkeitsänderung von Aluminium-Legierungsgußstücken zeigt, deren Cu-Zusatzmengen geändert sind;
Fig. 6 einen Graphen, der die Bruchdehnungsänderung von Aluminium-Legierungsgußstücken zeigt, deren Größen des Dendrits in ihren Matrizen geändert sind;
Fig. 7 einen Graphen, der die Änderungen von Größen des Dendrits in den Matrizen von Aluminium-Legierungsgußstücken zeigt, welche durch Andern ihrer Gießdrücke erreicht werden;
Fig. 8 ein Streuungsdiagramm, welches die Beziehungen zwischen den Bruchdehnungen und den Zugfestigkeiten eines Aluminium-Legierungsgußes gemäß der vorliegenden Erfindung, eines herkömmlichen Aluminium-Legierungsgusses und eines herkömmlichen Aluminium-Legierungsschmiedeproduktes aufzeigt;
Fig. 9 einen Graphen, der die Beziehungen zwischen der Anzahl von wiederholten Be- und Entlastungszyklen und der Dauerfestigkeiten eines erfindungsgemäßen Aluminium- Legierungsgusses und eines herkömmlichen Aluminium- Legierungsschmiedeproduktes zeigen; und
Fig. 10 einen Graphen, der die maximalen Korngrößenänderungen der eutektischen Si-Phasen von Aluminium-Legierungsgußstücken zeigen, deren Sr-Zusatzmengen geändert sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachdem die vorliegende Erfindung generell beschrieben worden ist, ist weiteres Verständnis unter Bezugnahme auf die speziell bevorzugten Ausführungsbeispiele erreichbar, welche nachstehend lediglich zur Erläuterung geschaffen worden sind und die den Bereich der beigefügten Ansprüche nicht beschränken.

Erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde ein Rohmaterial derart geschmolzen, daß eine Aluminium-Legierung entstand, welche insbesondere aus Si einer Menge von 4,0 Gew.-%, Cu einer Menge von 2,0 Gew.-%, Mg einer Menge von 0,3 Gew.-% und im wesentlichen aus Al-Grundbestand sowie aus unvermeidbaren Unreinheiten bestand. Aus dem geschmolzenen Rohmaterial wurde ein Tragarm gegossen.
Eine in Fig. 1 gezeigte Gießvorrichtung wurde für den Gießvorgang angewendet. Nachstehend wird die Gießvorrichtung beschrieben. Bei der Gießvorrichtung handelte es sich um eine Preßgießvorrichtung. Die Preßgießvorrichtung hatte einen Hohlraum 1, der ihre Form bildete, einen Schmelzofen 2 und eine mit dem Hohraum 1 und dem Schmelzofen 3 verbindbare Leitung 3 für das geschmolzene Metall.
Während des Gießvorganges wurde die Temperatur des geschmolzenen Metalls 4 im Schmelzofen zuerst auf 720ºC erhöht, so daß das geschmolzene Rohmaterial eine Aluminium- Legierung wurde, welche im wesentlichen aus Si mit einer Menge von 4,0 Gew.-%, aus Cu mit einer Menge von 2,0 Gew.-%, aus Mg mit einer Menge von 0,3 Gew.-% und im wesentlichen aus Al-Grundbestand sowie aus unvermeidbaren Unreinheiten bestand. Anschließend wurde der Gießvorgang durchgeführt, wobei die Temperatur der Form bei 200ºC gehalten wurde.
Das Gießverfahren ist nachstehend ausführlich beschrieben. Eine Vakuumpumpe 5 wurde zuerst derart betätigt, daß diese über eine Vakuumleitung 6 den Hohlraum 1 evakuierte. Der Hohlraum 1 wurde auf einen Vakuumgrad von 15 Torr evakuiert.
Kurz vor Ende des Evakuierschritts wurde eine Dekompressionspumpe 7 betätigt, so daß im Speicherraum 9 und in der Zufuhrleitung 3 für geschmolzenes Metall dekomprimiert wurde. Daraus resultierend wurde das geschmolzene Metall im Schmelzofen 2 auf eine Position angehoben, welche sich unmittelbar unterhalb eines Verriegelungselementes 10 der Form befand.
Gleichzeitig mit der Beendigung des Dekompressionsschrittes wurde das Verriegelungselement 10 schnell angehoben, so daß der Hohlraum 1 über eine Verbindungsleitung 11 der Form mit der Zufuhrleitung 3 für geschmolzenes Metall verbunden war. In diesem Augenblick strömte das geschmolzene Metall 4 aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Drücken im Hohlraum 1 und in der Zufuhrleitung 11 für geschmolzenes Metall in den Hohlraum 1. Beim Strömen des geschmolzenen Metalls 4 in den Hohlraum 1 durchfloß das geschmolzene Metall 4 einen Einlaufabschnitt 12 mit einer Geschwindigkeit (d.h. einer Einlaufgeschwindigkeit) von 3000 mm/sek.
Wenn der Hohlraum 1 mit geschmolzenem Metall 4 gefüllt war, wurde das Verriegelungselement 10 gesenkt, so daß gleichzeitig der Hohlraum 1 schloß. Anschließend wurde ein Druckbeaufschlagungselement 13 der Form gesenkt, so daß ein Druck von 1000 kgf/cm² auf das geschmolzene Metall 4 im Hohlraum 1 ausgeübt wurde. Somit wurde das geschmolzene Metall 4 im Hohlraum 1 unter Druck gesetzt und erstarrt.
Eine Vergütungsbehandlung wurde bei dem derart erhaltenen Gußprodukt für 3 Stunden bei einer Temperatur von 535ºC durchgeführt. Durch die Vergütungsbehandlung konnten sich die Cu-, Mg- und Si-Elemente schnell und gleichmäßig in geeigneten Zusatzmengen in die Matrix des Gußproduktes lösen. Danach wurde das Gußprodukt mit Wasser einer Temperatur von 80ºC abgeschreckt. Schließlich wurde das Gußprodukt für 5 Stunden bei einer Temperatur von 160ºC ausgehärtet. Der Tragarm des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels war somit erhalten, wobei seine minimale Dicke 3 mm betrug.
Der Tragarm des ersten Auführungsbeispiels wurde einem Zugversuch ausgesetzt. Gemäß der Ergebnisse des Zugversuchs hatte der Tragarm eine Zugfestigkeit von 39 kgf/mm² und eine Bruchdehnung von 14%. Die Bruchdehnung ist mit der Zähigkeit des Tragarmes verknüpft. Des weiteren wurde die Mikrostruktur des Tragarms mit einem Lichtmikroskop untersucht. Gemäß der Untersuchung wurde die Größe seines Dendrits von etwa 20 um in der Matrix ermittelt, wobei die eutektischen Si-Phasen gut in der Mikrostruktur spheroidisiert waren.
Zum Vergleich wurde ein weiterer Tragarm als Vergleichsbeispiel 1 unter den gleichen Bedingungen wie bei dem vorstehend beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gegossen. Jedoch wurde als Rohmaterial eine herkömmliche Aluminium-Legierung (AC4CH gemäß JIS) verwendet, und zwar anstelle des Rohmaterials des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels. Die herkömmliche Aluminium- Legierung AC4CH besteht im wesentlichen aus Silizium einer Menge von 8,1 Gew.-%, Mg einer Menge von 0,3 Gew.-% und im wesentlichen aus Al-Grundbestand sowie aus unvermeidbaren Unreinheiten.
Der Tragarm des Vergleichsbeispiels 1 wurde auf gleiche Weise dem Zugversuch ausgesetzt. Gemäß der Ergebnisse des Zugversuchs hatte der Tragarm eine Zugfestigkeit von 30 kgf/mm² und eine Bruchdehnung von 4%. Des weiteren wurde ebenfalls die Mikrostruktur des Tragarms mit Hilfe eines Lichtmikroskops untersucht. Gemäß der Untersuchung wurde die Größe seiner Dendritzelle von etwa 35 um in der Matrix ermittelt, wobei die eutektischen Si-Phasen in der Mikrostruktur nicht richtig spheroidizierten.
Zusätzlich wurde die Beziehung zwischen dem Vakuumgrad im Hohlraum 1 während des Evakuierschrittes und einem Entgasungsverhältnis, welches aus dem Lufteinschluß im geschmolzenen Metall 4 resultierte, dadurch untersucht, daß die beim ersten Ausführungsbeispiel verwendete Gießvorrichtung verwendet wurde. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Fig. 2 erläutert.
Gemäß der Fig. 2 wurde ermittelt, daß das Entgasungsverhältnis im wesentlichen Null war, sofern der Vakuumgrad in der Gießvorrichtung 30 Torr oder weniger betrug. Wenn der vorstehend beschriebene Gießvorgang angewendet wird, so wird die Beziehung zwischen dem Vakuumgrad im Hohlraum 1 und dem Entgasungsverhältnis für alle Fälle wirksam, ungeachtet der Strukturen des Hohlraumes 1.
Der Gießvorgang wurde im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel nach dem Evakuieren des Hohlraumes 1 durchgeführt. Wenn ein derartiger Gießvorgang angewendet wird, sind die aus dem Lufteinschluß resultierenden Fehlerstellen während des Gießvorganges effektiv vermeidbar, insbesondere während des Gießvorganges von Teilen mit großen Wanddicken.

Zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Im zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde eine in Fig. 1 gezeigte Gießvorrichtung verwendet, um mit einer erfindungsgemäßen Aluminium-Legierung einen Fahrzeugträger zu gießen. Die Aluminium-Legierung bestand im wesentlichen aus Si mit einer Menge von 3,0 Gew.-%, aus Cu mit einer Menge von 2,5 Gew.-%, aus Mg mit einer Menge von 0,4 Gew.-% und im wesentlichen aus Al-Grundbestand sowie aus unvermeidbaren Verunreinigungen. Die Gießvorrichtung war im wesentlichen mit der aus dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel identisch, außer daß die Struktur des Hohlraumes 1 für das Gießen des Fahrzeugträgers angepaßt war. Die Gießvorrichtungen wurden wie folgt festgelegt:
Temperatur des geschmolzenen Metalls 4: 700ºC,
Temperatur der Form: 200ºC,
Vakuumgrad im Hohlraum 1 vor dem Eingießen des geschmolzenen Metalls 4: 15 Torr,
Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls 4 am Einlaufabschnitt 12: 1000 mm/sek, und
Druck, der mit dem Druckbeaufschlagungselement 13 beaufschlagt wurde: 800 kgf/cm².
Nachdem das Gießen beendet worden ist, wurde mit dem derart erhaltenen Gußprodukt für 3 Stunden bei einer Temperatur von 535ºC eine Vergütungsbehandlung durchgeführt. Danach wurde das Gußprodukt mit Wasser, das bei einer Temperatur von 80ºC gehalten wurde, abgeschreckt. Schließlich wurde das Gußprodukt für 3 Stunden bei einer Temperatur von 180ºC ausgehärtet. Der Fahrzeugträger des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels wurde somit erhalten und hatte eine minimale Dicke von 5 mm. Des weiteren wurde ermittelt, daß in dem Fahrzeugträger die Größe seiner Dendrite in der Matrix bei etwa 20 um lag.
Zum Vergleich wurde als Vergleichsbeispiel 2 ein weiterer Fahrzeugträger bei den gleichen Bedingungen wie bei dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel gegossen. Jedoch wurde als Rohmaterial anstelle des Rohmaterials vom zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel eine herkömmliche Aluminium-Legierung (gemäß JIS AC4CH) verwendet.
Die Fahrzeugträger des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels und des Vergleichsbeispiels 2 wurden einem Spannungsversuch ausgesetzt. Gemäß den Ergebnissen des Spannungsversuches hatte der Fahrzeugträger des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eine Zugfestigkeit von 41 kgf/mm² und eine Bruchdehnung von 10%. Andererseits hatte der Fahrzeugträger des Vergleichsbeispiels 2 eine Zugfestigkeit von 31 kgf/mm² und eine Bruchdehnung von 6%.
Somit ist offensichtlich, daß der Fahrzeugträger des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eine Festigkeit und Zähigkeit zeigten, die denen des Vergleichsbeispiels 2 weit überlegen sind.

Bewertung

Erste Bewertung

Eine erste Bewertung wurde durchgeführt, um die Begrenzung des Si-Zusatzmenge zu ermitteln. Zuerst werden nachstehend die Ergebnisse der ersten Bewertung ausführlich beschrieben. Bei der ersten Bewertung wurde die Bruchdehnungsänderung von Gußprodukten bewertet, während die Si-Zusatzmenge geändert wurde. Die erste Bewertung wurde wie folgt durchgeführt.
Es wurden Al-Si-Cu-Mg-Legierungen hergestellt. Die Legierungen bestanden aus 2,0 Gew.-% Cu, 0,3 Gew.-% Mg, verschiedenen Gewichtsprozentanteilen von Si und im wesentlichen aus Al-Grundbestand. Die Si-Zusatzmenge wurde auf 1,0, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0 und auf 7,0 Gew.-% geändert. Somit wurden mit einer Gußform sieben Legierungen in sieben zylindrischen Versuchstücken gegossen, welche einen Durchmesser von 30 mm hatten, und zwar unter den folgenden Bedingungen:
Temperatur des geschmolzenen Metalls: 800ºC,
Temperatur der Gußform: 150ºC, und
Druck, der auf das geschmolzene Metall beaufschlagt wurde: 500 kgf/cm².
Zum Vergleich wurden mit der gleichen Gußform weitere sieben Versuchsstücke aus den gleichen sieben Legierungen gegossen. Jedoch wurden jetzt die geschmolzenen Metalle einem Schwerkraftgießen bei einem Druck von etwa 0,1 kgf/cm² ausgesetzt, welches bei den folgenden thermischen Bedingungen durchgeführt wurde:
Temperatur des geschmolzenen Metalls: 760 ºC, und
Temperatur der Gußform: 150ºC.
Versuchsproben wurden aus den derart erhaltenen Versuchsstücken hergestellt, wobei sie eine Struktur gemäß dem JIS-Stück Nr. 4 aufwiesen. Anschließend wurden die Versuchsproben Vergütungsbehandlungen unterworfen, welche für vier Stunden in einem Temperaturbereich von 530 bis 540 ºC durchgeführt wurden, und zwar abhängig von den Zusammensetzungen der Legierungen. Nach den Vergütungsbehandlungen wurden die Versuchsproben mit Wasser abgeschreckt, welches bei einer Temperatur von 80ºC gehalten wurde. Schließlich wurden die Versuchsproben für vier Stunden bei einer Temperatur von 160ºC ausgehärtet. Die somit erhaltenen Versuchsproben wurden einem Spannungsversuch ausgesetzt, wobei die Ergebnisse des Spannungsversuches in Fig. 3 dargestellt sind.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß keine Versuchsproben ausreichende Bruchdehnungen aufwiesen, wenn sowohl das 500 kgf/cm²-Preßgießen als auch das Schwerkraftgießen bei Legierungen durchgeführt wurde, welche eine Si-Zusatzmenge von mehr als 4,4 Gew.-% aufwiesen. Wenn andererseits das 500 kgf/cm²-Preßgießen bei Legierungen mit einer Si-Zusatzmenge von 4,4 Gew.-% oder weniger durchgeführt wurde, zeigten die so erhaltenen Versuchsproben weit bessere Bruchdehnungen als die bei der Durchführung des Schwerkraftgießens mit einer Legierung mit einer Si-Zusatzmenge von 1,0 Gew.-% erhaltene Versuchsprobe.
Bei der ersten Bewertung wurde zudem die Änderung der Fehlstellenverhältnisse von Gußprodukten bewertet, während die Si-Zusatzmenge geändert wurde. Diese Bewertung wurde wie folgt durchgeführt.
Aus Aluminium-Legierungen wurden bei ähnlichen Gießbedingungen Versuchsproben mit einer Gußform gegossen, die angewendet wurden, um die Versuchsstücke für den vorstehend beschriebenen Zugfestigkeitsversuch herzustellen. Die Aluminium-Legierungen hatten die gleichen Zusammensetzungen und entsprachen denjenigen, die in die Versuchsstücke gegossen wurden und deren Zugfestigkeiten nach vorstehender Beschreibung ermittelt wurden. Die Versuchsproben hatten eine zylindrische Röhrenform mit einem maximalen Durchmesser von 20 mm und einem minimalen Durchmesser von 8 mm. Die derart erhaltenen Versuchsproben wurden visuell auf Risse untersucht. Die Ergebnisse der Fehlstellenverhältnisbewertung sind in Fig. 4 gezeigt.
Aus Fig. 4 wird offensichtlich, daß Risse auftraten, sofern das Schwerkraftgießen bei den Aluminium-Legierungen durchgeführt wurde, die eine Si-Zusatzmenge von 5,0 Gew.-% oder weniger aufwiesen. Andererseits traten im Falle von 500 kgf/cm²-Preßgießen solange keine Risse auf, bis die Si- Zusatzmenge 2,5 Gew.-% oder weniger war.
Gemäß den Ergebnissen des Zugfestigkeitsversuches und der Fehlstellenbewertung ist es erforderlich, ein Hoch-Preßgießen durchzuführen, um keine Risse im Gußprodukt zu verursachen, sondern dem Gußprodukt eine geeignete Bruchdehnung (oder Zähigkeit) zu verleihen. Wenn insbesondere 500 kgf/cm²- Preßgießen durchgeführt wird, ist es erforderlich, die Si- Zusatzmenge derart festzulegen, daß sie in einem Bereich von 2,2 bis 4,4 Gew.-% liegt.

Zweite Bewertung

Eine zweite Bewertung wurde durchgeführt, um die Begrenzung der Cu-Zusatzmenge zu ermitteln. Bei der zweiten Bewertung wurde die Zugfestigkeitsänderungen von Gußprodukten bewertet, während die Cu-Zusatzmenge geändert wurde. Die zweite Bewertung wurde wie folgt durchgeführt.
Es wurden Al-Si-Cu-Mg-Legierungen hergestellt. Die Legierungen bestanden aus 2,0 Gew.-% Si, 0,3 Gew.-% Mg, verschiedenen Gewichtsprozentanteilen an Cu und im wesentlichen aus Al-Grundbestand. Die Cu-Zusatzmenge wurde von 0 auf 0,5, 1,0, 2,0, 2,5 und auf 3,0 Gew.-% geändert. Die Legierungen wurden mittels einer Gußform in zylindrischen Versuchsstücken mit einem Durchmesser von 30 mm gegossen, und zwar unter den folgenden Bedingungen:
Temperatur des gegossenen Metalls: 800ºC,
Temperatur der Gußform: 450ºC, und
Druck, der auf das geschmolzene Metall beaufschlagt wurde: 500 kgf/cm².
Es wurden Versuchsproben aus den derart erhaltenen Versuchsstücken hergestellt, wobei diese eine Struktur gemäß JIS-Probe Nr. 4 aufwiesen. Anschließend wurden die Versuchsproben für vier Stunden Vergütungsbehandlungen ausgesetzt, welche in einem Temperaturbereich von 530 bis 540ºC durchgeführt wurden, und zwar abhängig von den Zusammensetzungen der Legierungen. Nach den Vergütungsbehandlungen wurden die Versuchsproben mit Wasser einer Temperatur von 80ºC abgeschreckt. Schließlich wurden die Versuchsproben für vier Stunden bei einer Temperatur von 160ºC ausgehärtet. Die derart erhaltenen Versuchsproben wurden dem Spannungsversuch ausgesetzt. Die Ergebnisse des Spannungsversuches sind in Fig. 5 aufgezeigt.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Zugfestigkeit der Versuchsproben beeinträchtigt wurde, wenn die Cu-Zusatzmenge bei 1,5 Gew.-% oder weniger lag. Überdies wurde deutlich, daß sich der Korrosionswiderstand und der Spannungskorrosionsrißwiderstand verschlechtern, sofern Cu in größeren Mengen hinzugefügt wird. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Zugfestigkeit kaum verbessert wurde, wenn die Cu- Zusatzmenge 2,5 Gew.-% oder mehr betrug. Deswegen kann, sofern 500 kgf/cm²-Preßgießen bei der geschmolzenen Aluminium-Legierung durchgeführt wird, welche eine Cu- Zusatzmenge von 1,5 bis 2,5 Gew.-% aufweist, ein Gußprodukt erhalten werden, das nicht nur eine geeignete Bruchdehnung hat, sondern auch einen guten Korrosionswiderstand und einen Spannungskorrosionsrißwiderstand aufweist.

Dritte Bewertung

Eine dritte Bewertung wurde durchgeführt, um die Größenbegrenzung des Dendrits in der Matrix des Aluminium- Legierungsgusses zu ermitteln. Bei der dritten Bewertung wurde die Änderung von Bruchdehnungen (oder Zähigkeiten) von Gußprodukten bewertet, während die Größe der Dendrite in der Matrix geändert wurde. Die dritte Bewertung wurde wie folgt durchgeführt.
Es wurde eine Al-Si-Cu-Mg-Legierung hergestellt. Die Legierung bestand aus 3,0 Gew.-% Si, 0,3 Gew.-% Mg, 2,0 Gew.- % Cu und im wesentlichen aus AI-Grundbestand sowie aus unvermeidbaren Verunreinigungen. Die Legierung wurde mit einer Gußform in, einen Durchmesser von 30 mm aufweisenden zylindrischen Versuchsstücken geschmolzen und gegossen, und zwar unter den folgenden Bedingungen:
Temperatur des geschmolzenen Metalls: 750ºC,
Temperatur der Gußform: 150ºC, und
Druck, der auf das geschmolzene Metall beaufschlagt wurde: verschiedene Drücke.
Versuchsproben wurden aus den derart erhaltenen Versuchsstücken hergestellt, wobei sie eine Struktur gemäß der JIS-Probe Nr. 4 aufwiesen. Anschließend wurden die Versuchsstücke einer Vergütungsbehandlung ausgesetzt, welche für 4 Stunden bei einer Temperatur von 535ºC durchgeführt wurde. Nach der Vergütungsbehandlung wurden die Versuchsproben mit Wasser abgeschreckt, dessen Temperatur bei 80ºC gehalten wurde. Schließlich wurden die Versuchsproben für 4 Stunden bei einer Temperatur von 160ºC ausgehärtet. Die derart erhaltenen Versuchsproben wurden einem Spannungsversuch ausgesetzt. Des weiteren wurden die beim Spannungsversuch verwendeten Versuchsproben geschnitten, um die Größe der Dendrite in den Querschnittsabschnitten der Versuchsproben bei ihren Mittelabschnitten zu messen. Die Beziehung zwischen den Größen der Dendrite der Versuchsproben und ihre Bruchdehnungen ist in Fig. 6 gezeigt.
Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Bruchdehnung schlagartig abnahm, wenn die Größe des Dendrites bei 30 um oder mehr lag. Deswegen soll die Größe des Dendrites in der Matrix des Aluminium-Legierungsgusses bei 30 um oder weniger liegen.

Vierte Bewertung

Eine vierte Bewertung wurde durchgeführt, um die Begrenzung des auf das geschmolzene Metall beaufschlagten Gießdruckes zu ermitteln. Gemäß dem Aluminium-Legierungsgießen des ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels ist bekannt gewesen, daß die Bruchdehnung, das Fehlstellenverhältnis und die Spannungsfestigkeit eng mit der mikrofein verteilten Struktur des Aluminium-Legierungsgusses in Beziehung steht.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Bewertung wurde der Gießvorgang durchgeführt, während ein Druck von 500 kgf/cm² beaufschlagt wurde. Jedoch wurde bei der vierten Bewertung der Gießdruck geändert, um einen optimalen Gießdruck zur Herstellung des Aluminium-Legierungsgusses zu ermitteln.
Bei der vierten Bewertung wurde die Änderung der Größen der Dendrite bei dem Aluminium-Legierungsgußstücken bewertet, während der Gießdruck geändert wurde. Die vierte Bewertung wurde wie folgt durchgeführt.
Es wurde eine Al-Si-Cu-Mg-Legierung hergestellt. Die Legierung bestand aus 3,0 Gew.-% Si, 0,3 Gew.-% Mg, 2,0 Gew.- % Cu und im wesentlichen aus Al-Grundbestand. Die Legierung wurde in Versuchsstücken geschmolzen und gegossen, und zwar mittels einer Gußform, welche einen Hohlraum einer zylindrischen Struktur mit 30 mm Durchmesser hatte. Während des Gießvorganges wurde die Temperatur des geschmolzenen Metalls bei 750ºC gehalten und die Temperatur der Gußform entweder bei 250ºC oder bei 100ºC gehalten. Auf diese Weise wurden die Größen der Dendrite in den Aluminium- Legierungsgußstücken geändert, um zu bewerten, wie die Größen von den Gießdrücken abhängen. Die Ergebnisse der vierten Bewertung sind in Fig. 7 gezeigt.
Im Falle eines Gußstückes mit normaler Dicke strömt das geschmolzene Metall völlig in den Hohlraum der Gußform, selbst wenn die Temperatur der Gußform bei 100ºC liegt. Im Falle eines Gußstückes mit einer minimalen Dicke von 3 mm kann jedoch das geschmolzene Metall nicht vollständig in den Hohlraum der Gußform strömen. Im Falle, daß die Temperatur der Gußform bei 250ºC gehalten wurde, ist aus Fig. 7 ersichtlich, daß die Größe des Dendrites erhöht ist, so daß es stark von der Größe von 30 um abweichte, und daß die Bruchdehnung schlagartig abzunehmen begann, so wie in dem Abschnitt der "Dritten Bewertung" bekanntgegegeben, sofern der Gießvorgang bei einem Gießdruck von weniger als 250 kgf/cm² durchgeführt wurde. Andererseits änderte sich weder die Größe des Dendrites noch die Bruchdehnung, selbst wenn der Gießdruck erhöht wurde und der Gießvorgang bei einem Gießdruck von mehr als 1500 kgf/cm² durchgeführt wurde. Überdies ist es in Hinblick auf die Ausrüstung problematisch, den Gießdruck zu erhöhen, da dafür hohe Kosten erforderlich sind. Daher wird der Gießvorgang in einem Gießdruckbereich von 250 bis 1500 kgf/cm² durchgeführt.
Des weiteren wurde bei der ersten und zweiten Bewertung ein Gießdruck von 500 kgf/cm² auf die geschmolzenen Metalle ausgeübt, um die Versuchsstücke zu erhalten, wobei die Begrenzungen bei den Si- und Cu-Zusatzmengen unter der Gießdruckbedingung ermittelt wurden. Da sich, wie aus Fig. 7 ersichtlich, die Größe des Dendrites bei einem Gießdruckbereich von 250 bis 1500 kgf/cm² kaum änderte und da die Gießbarkeit und die mechanische Eigenschaft des Aluminium-Legierungsgusses von der Größe des Dendrites abhängt, gelten die in der ersten und zweiten Bewertung ermittelten Begrenzungen der Si- und Cu-Zusatzmengen ebenfalls für die Aluminium-Legierungsgußstücke, welche bei einem Gießdruckbereich von 250 bis 1500 kgf/cm² gegossen wurden.

Fünfte Bewertung

Eine fünfte Bewertung wurde durchgeführt, um die Spannungsfestigkeit und die Bruchdehnung des erfindungsgemäßen Aluminium-Legierungsgusses mit jenen eines herkömmlichen Aluminium-Legierungsgusses und eines herkömmlichen Aluminium-Legierungsschmiedeproduktes zu vergleichen. Der erfindungsgemäße Aluminium-Legierungsguß der vorliegenden Erfindung wurde mit dem gleichen Rohmaterial wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel unter den gleichen Bedingungen zur Herstellung des Aluminium- Legierungsgusses des ersten bevorzugten Beispiels hergestellt. Der herkömmliche Aluminium-Legierungsguß wurde mit einer herkömmlichen Aluminium-Legierung (gemäß JIS AC4CH) hergestellt, und zwar unter den gleichen Bedingungen zur Herstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels. Das herkömmliche Aluminium-Legierungsschmiedeprodukt wurde mit der herkömmlichen Aluminium-Legierung (gemäß JIS "6061") hergestellt. Jedoch wurden bei der fünften Bewertung die Gußstücke und die Schmiedeprodukte in bei der ersten Bewertung hergestellten zylindrische Versuchsstücke mit einen Durchmesser von 30 mm ausgebildet, wobei die Versuchsstücke zu Versuchsproben verarbeitet wurden, welche eine Struktur gemäß der JIS-Probe Nr. 4 aufwiesen. Die herkömmliche Aluminium-Legierung AC4CH besteht im wesentlichen aus Si mit einer Menge von 8,1 Gew.-%, Mg mit einer Menge von 0,3 Gew.-% und im wesentlichen aus Al-Grundbestand sowie aus unvermeidbaren Verunreinigungen. Die herkömmliche Aluminium- Legierung 6061 besteht im wesentlichen aus Si einer Menge von 0,6 Gew.-%, Mg mit einer Menge von 1,0 Gew.-% und im wesentlichen aus Al-Grundbestand sowie aus unvermeidbaren Verunreinigungen.
Die derart hergestellten Versuchsproben wurden einem Spannungsversuch ausgesetzt, um ihre Spannungsfestigkeiten und Bruchdehnungen zu bewerten. Die Ergebnisse der fünften Bewertung sind in Fig. 8 gezeigt. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß nicht nur die Spannungsfestigkeit des vorliegenden Aluminium-Legierungsgusses, sondern auch seine Bruchdehnung weit über jenen des herkömmlichen Aluminium-Legierungsgusses lag, und daß diese selbst besser als jene des herkömmlichen Aluminium-Legierungsschmiedeproduktes waren. Deswegen ist es möglich, das erfindungsgemäße Aluminium-Legierungsgießen zu verwenden, um Fahrzeugteile herzustellen, welche sowohl leichtgewichtig sein sollen als auch eine gesteigerte Festigkeit aufweisen sollen.

Sechste Bewertung

Eine sechste Bewertung wurde durchgeführt, um die Dauerfestigkeit des erfindungsgemäßen Aluminium- Legierungsgusses mit der eines herkömmlichen Aluminium- Legierungsschmiedeproduktes zu vergleichen. Der erfindungsgemäße Aluminium-Legierungsguß wurde mit dem gleichen Rohmaterial wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel bei gleichen Bedingungen zur Herstellung des Aluminium-Legierungsgusses des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels hergestellt. Das herkömmliche Aluininium- Legierungsschmiedeprodukt wurde aus einer herkömmlichen Aluminium-Legierung (gemäß JIS "6061") hergestellt. Jedoch wurden bei der sechsten Bewertung das Guß- und das Schmiedeprodukt in bei der ersten Bewertung hergestellten zylindrischen Versuchsstücken mit einem Durchmesser von 30 mm ausgebildet, wobei aus den Versuchsstücken Versuchsproben hergestellt wurden, welche eine Struktur gemäß der JIS-Probe Nr. 4 aufwiesen.
Die derart hergestellten Versuchsproben wurden einen Dauerwiderstandsversuch ausgesetzt, um ihre Dauerwiderstände zu bewerten, wenn sie einem wiederholten Be- und Entlastungszyklus ausgesetzt sind. Bei dem wiederholten Be- und Entlastungszyklus wurden die Versuchsproben an einer Drehbiegespannungsmaschine angebracht, welche bei einer Drehzahl von 3000 UpM betrieben wurde. Die Ergebnisse der sechsten Bewertung sind in Fig. 9 gezeigt. Aus Fig. 9 ist definitiv ersichtlich, daß die Dauerfestigkeit des vorliegenden Aluminium-Legierungsgusses größer als die des herkömmlichen Aluminim-Legierungsschmiedeproduktes war. Deswegen ist der Aluminium-Legierungsguß gemäß der vorliegenden Erfindung viel zäher als das herkömmliche Aluminium-Schmiedeprodukt, wobei eine derart herausragende Zähigkeit länger als die bei dem herkömmlichen Aluminium- Schmiedeprodukt andauert.

Drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde eine erfindungsgemäße Aluminium-Legierung bei gleichen Gießbedingungen wie bei dem Tragarm des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gegossen, wobei ein zylindrisches Versuchsstück mit einem Durchmesser von 30 mm erhalten wurde. Die Aluminium-Legierung enthielt neben Si mit einer Menge von 4,0 Gew.-%, Cu mit einer Menge von 2,0 Gew.-%, Mg mit einer Menge von 0,3 Gew.-% und im wesentlichen dem Al- Grundbestand sowie den unvermeidbaren Verunreinigungen noch Sr mit vorbestimmten Mengen. Die Sr-Zusatzmenge wurde von 0 auf 0,002, 0,005, 0,01, 0,5, 0,2 und auf 0,3 Gew.-% geändert. Eine Versuchsprobe der Struktur der JIS Nr. 4 wurde aus dem Versuchsstück hergestellt. Die Vergütungsbehandlung wurde bei der Versuchsprobe bei den gleichen Vergütungsbehandlungsbedindungen wie beim Tragarm des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel hergestellt. Die derart erhaltenen Versuchsproben wurden geschnitten, um die maximale Korngröße der eutektischen Si-Phasen beim Mittelabschnitt des Querschnittes zu messen. Die Meßergebnisse sind in Fig. 10 gezeigt.
Wenn, wie aus Fig. 10 ersichtlich, Sr mit einer Menge von 0,005 Gew.-% oder mehr hinzugefügt wird, tritt die vorteilhafte Wirkung von modifizierten Si-Phasen auf, wobei die mechanischen Eigenschaften verbessert werden und insbesondere die Bruchdehnung verbessert wird. Wenn Sr mit einer Menge von mehr als 0,2 Gew.-% hinzugefügt wurde, kristallisieren die Sr-Verbindungen und verschlechtert sich die Bruchdehnung, obwohl die Si-Phasen modifiziert sind. Wenn somit die vorliegende Aluminium-Legierung und das Rohmaterial für den vorliegenden Herstellungsprozeß Sr mit einer Menge von 0,005 bis 0,2 Gew.-% enthalten, so sind die Festigkeit und Zähigkeit des Aluminium-Legierungsgusses verbessert und stabilisiert. Hierbei bedeutet die Stabilisierung der Festigkeit und Zähigkeit, daß beispielsweise der niedrige Wert der Bruchdehnung ansteigt und den oberen Wert erreicht, so daß die Leistung, d.h. die Bruchdehnung, des Aluminium- Legierungsgusses kaum ändert.

Claims

1. Aluminium-Legierungsguß mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit, wobei der Aluminium-Legierungsguß folgendes aufweist:

Silizium (Si) mit einer Menge von 2,5 bis 4,4 Gew.-%;

Kupfer (Cu) mit einer Menge von 1,5 bis 2,5 Gew.-%;

Magnesium (Mg) mit einer Menge von 0,2 bis 0,5 Gew.-%; und

als Grundbestand Aluminium (Al); und

eine Matrix des Aluminium-Legierungsgusses, welche eine dendritische Größe von 30 um oder weniger hat.

2. Aluminium-Legierungsguß mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 1, wobei die Menge des Siliziums (Si) in einem Bereich von 3,0 bis 4,0 Gew.-% fällt.

3. Aluminium-Legierungsguß mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 1, wobei die Menge des Kupfers (Cu) in einem Bereich von 1,8 bis 2,3 Gew.-% fällt.

30 4. Aluminium-Legierungsguß mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 1, wobei die Menge des Magnesiums (Mg) in einem Bereich von 0,3 bis 0,5 Gew.-% fällt.

5. Aluminium-Legierungsguß mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 1, wobei die Größe der Dendrite nicht mehr als 20 um ist.

6. Aluminium-Legierungsguß mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 1, wobei der Aluminium-Legierungsguß eine Spannungsfestigkeit von zumindest 36,8 kgf/mm² hat und eine Bruchdehnung von zumindest 10% hat.

7. Aluminium-Legierungsguß mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 1, wobei der Aluminium-Legierungsguß des weiteren Strontium (Sr) mit einer Menge von 0,005 bis 0,2 Gew.-% auf Kosten des Grundbestandteilelements Aluminium (AI) enthält.

8. Aluminium-Legierungsguß mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 1, wobei der Aluminium-Legierungsguß des weiteren eutektische Silizium (Si)-Phasen enthält, welche eine Größe von nicht mehr als 20 um aufweisen.

9. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Legierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit, wobei der Prozeß folgende Schritte aufweist:

Schmelzen eines Rohmaterial, das folgendes enthält:

Silizium (Si) mit einer Menge von 2,5 bis 4,4 Gew.-%;

Kupfer (Cu) mit einer Menge von 1,5 bis 2,5 Gew.-%;

Magnesium (Mg) mit einer Menge von 0,2 bis 0,5 Gew.-%; und

dem Grundbestandteil Aluminium (Al);

Preßgießen des geschmolzenen Metalls des Rohmaterials mit einer Form, während ein Druck von 250 bis 1500 kgf/cm² darauf beaufschlagt wird; und

Durchführung einer Vergütungsbehandlung bei dem Gußprodukt.

10. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium- Legierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 9, wobei das Rohmaterial Silizium (Si) mit einer Menge von 3,0 bis 4,0 Gew.-% enthält.

11. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium- Legierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 9, wobei das Rohmaterial Kupfer (Cu) mit einer Menge von 1,8 bis 2,3 Gew.-% enthält.

12. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium- Legierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 9, wobei das Rohmaterial Magnesium (Mg) mit einer Menge von 0,3 bis 0,5 Gew.-% enthält.

13. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium- Legierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 9, wobei das Preßgießen dadurch durchgeführt wird, daß ein Druck von 300 bis 1000 kgf/cm² auf das geschmolzene Metall beaufschlagt wird.

14. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium- Legierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 9, wobei der Wärmebehandlungsschritt folgende Schritte aufweist:

Vergütungsbehandlung des Gußproduktes bei einer Temperatur von 520 bis 550ºC für 3 bis 10 Stunden;

Abschrecken des Gußproduktes; und

Aushärten des Gußproduktes für 2 bis 10 Stunden bei einer Temperatur von 150 bis 190ºC.

15. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium- Legierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 14, wobei die Vergütungsbehandlung für 3 bis 6 Stunden bei einer Temperatur von 530 bis 535ºC durchgeführt wird.

16. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium- Legierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 14, wobei das Aushärten für 2 bis 6 Stunden bei einer Temperatur von 160 bis 180ºC durchgeführt wird.

17. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium- Legierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 9, wobei die Gußform auf einen Vakuumgrad von 30 Torr oder weniger evakuiert wird, bevor das Preßgießen durchgeführt wird.

18. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium- Legierungsgusses mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit nach Anspruch 9, wobei das Rohmaterial weiterhin Strontium (Sr) mit einer Menge von 0,005 bis 0,2 Gew.-% enthält, und zwar auf Kosten des Grundbestandteilelements Aluminium (Al).