DE69506372T2 - Aluminiumlegierung zum druckgiessen und damit hergestelltes kugelgelenk - Google Patents

Aluminiumlegierung zum druckgiessen und damit hergestelltes kugelgelenk

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Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Als ein Material, das für Glieder zu verwenden ist, für die mechanische Stärke benötigt wird, sind hauptsächlich eisenhaltige Lagerschalen- und Spritzgießzinkbasislegierungen, hauptsächlich Spritzgießzinkbasislegierung, die aus Zn, Al und Cu zusammengesetzt ist, beispielsweise BERIC (Handelsbezeichnung) verwendet worden. Wenn diese Legierungen als das Material für die Teile verwendet werden, für die mechanische Stärke benötigt wird, können die Legierungen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften wie beispielsweise Zugfestigkeit, Härte und Zähigkeit gegenüber den Teilen liefern, jedoch haben jene Legierungen Nachteile wie geringere Korrosionsbeständigkeit und größeres spezifisches Gewicht wie 6,8 g/cm³.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Wohingegen bei Verwenden von Spritzgießaluminiumbasislegierung die mechanische Stärke des spritzgegossenen Produkts dazu neigt, in einem großen Ausmaß ungleich zu sein, weil die Zugfestigkeit der Spritzgießaluminiumbasislegierung so gering wie 20 bis 30 kgf/mm², insbesondere 10 bis 20 kgf/mm² Prüfspannung (proof stress) ist, und deshalb ist es nicht möglich, zu erwarten, das spritzgegossene Produkt mit hoher Qualität zu erhalten. Darüber hinaus ist die Zähigkeit der Spritzgießaluminiumbasislegierung geringer als die der zuvor beschriebenen Materialien, wodurch somit die industrielle Verwendung der Spritzgießaluminiumbasislegierung beschränkt worden ist.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spritzgießaluminiumbasislegierung zu liefern, welche derartige Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Härte und Zähigkeit hat, die ähnlich zu denjenigen der Zinkgießbasislegierung, beispielsweise BERIC, ist und ferner ein spezifisches Gewicht und Korrosionsbeständigkeit hat, die äquivalent zu denjenigen sind, die für Spritzgießaluminiumbasislegierungen geliefert werden, die gegenwärtig verwendet werden.
    • (1) BILDUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die Verwendung einer Spritzgießaluminiumbasislegierung, die mit ausgezeichneter mechanischer Stärke versehen ist und Zink in einer Menge von 10 bis 25 Gew.-%, Silika in einer Menge von 6 bis 10 Gew.-%, Kupfer in einer Menge von 0,5 bis 3,0 Gew.-%, Mangan in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.-%, Magnesium in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gew.-%, Eisen in einer Menge von 1,3 Gew.-% oder weniger und Aluminium und unvermeidbare Verunreinigung als den Rest enthält, für Kugelgelenkvorrichtungen und Stabilisatorverbindungsstange für Automobile.
    • (2) DETAILLIERTE ERKLÄRUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden neue Legierungen mit ausgezeichneter Zugfestigkeit, Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit, welche alle nicht Spritzgießaluminiumbasislegierungen in der Vergangenheit gegeben werden konnten, durch Hinzufügen von allem Zink, Kupfer, Magnesium, Mangan und Eisen in eine Aluminium-Silika- Basis-Legierung.
  • Insbesondere ist bekannt gewesen, daß Zugfestigkeit und Verschleißbeständigkeit die entgegengesetzten Eigenschaften zur Zähigkeit sind, jedoch kann die Aluminiumbasislegierung gemäß der vorliegenden Erfindung jene Eigenschaften in einem guten Gleichgewicht sichern, und deshalb ist es möglich, die Aluminiumbasislegierung für das Material zum Gleiten tragender Teile, etc. zu verwenden. Insbesondere hat die Aluminiumbasislegierung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete Eigenschaften, die für Kugelgelenke und eine Stabilisatorverbindungsstange fürs Automobil zu verwenden sind. Durch Verwenden der Aluminiumbasislegierung der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Aluminiumbasislegierungen als das Material für Teile, für die die gegenwärtig verwendete Spritzgießaluminiumbasislegierung nicht verwendet werden konnte, jetzt möglich geworden.
    • a) Vorteilhafte Wirkung von metallischen Elementen
  • Zn: (10-25%)
  • Zink ist ein Element, welches fähig ist, wirksam die Zugfestigkeit, Härte, etc. einer damit gemischten Legierung zu verbessern. Jedoch neigen derartige Wirkungen von Zink dazu, abzunehmen, wenn der Gehalt an Zink weniger als 10% bleibt, während die Verschleißbeständigkeit sich verschlechtern kann, wenn der Zinkgehalt 25% übersteigt. Wenn Zink mit Silika coexistiert, besteht eine Tendenz, eutektische Kristalle zu bilden, die aus Al, Si und Zn bestehen, was zum Erniedrigen des Schmelzpunktes führt, welches ferner die Gießfähigkeit besser macht.
  • Si: (6-10%)
  • Silika ist ein Element, welches fähig ist, wirksam die Verschleißbeständigkeit und Stärke eines damit gemischten Materials zu verbessern, und es hat auch die Wirkung, den Schmelzpunkt des Materials zu erniedriegen, wodurch die Gießbarkeit des Materials verbessert wird, wenn es in das Material gemischt wird. Wenn jedoch der Gehalt an Silika in dem Material geringer als 6% ist, verschlechtert sich die Verschleißbeständigkeit des Materials, wohingegen sich die Zähigkeit des Materials verschlechtert, wenn der Silikagehalt 10% übersteigt.
  • Cu: (0,5-3,0%)
  • Kupfer ist ein Element, welches sich in der Form von Feststoff in die anfänglichen Phasenkristalle eines Materials löst und wirksam die Stärke und Härte des Materials verbessern kann. Wenn jedoch der Kupfergehalt in dem Material geringer als 0,5% ist, wird dieser Verbesserungseffekt gering, wohingegen die Zähigkeit und die Korrosionsbeständigkeit des Materials sich verschlechtern, wenn der Kupfergehalt in dem Material 3% übersteigt.
  • Mn: (0,1-0,5%)
  • Mangan ist ein Element, welches nadelgeformte intermetallische Verbindung, die Eisen enthält, neu in eine granuläre Form unter Verbessern der Zähigkeit eines damit gemischten Materials formen kann. Wenn jedoch der Gehalt an Mangan in dem Material geringer als 0,1% ist, kann derartige Wirkung nicht geliefert werden, wohingegen die Zähigkeit des damit gemischten Materials abnimmt, wenn der Mangangehalt in dem Material 0,5% übersteigt, und wobei die Abnahme ferner die Erhöhung des Schmelzpunktes und die Verschlechterung der Gießbarkeit des Materials bewirkt.
  • Mg: (0,02-0,5%)
  • Magnesium ist ein Element, bei dem eine Spurenmenge es erleichtern kann, ein damit gemischtes Material in der Form von Feststoff während der anfänglichen Kristallisationsphase eines Materials zu lösen und Mg&sub2;Si zu bilden, woraus sich Fällungshärten des Materials ergibt, und es ist außerordentlich wirksam zum Verbessern der Materialstärke. Wenn jedoch der Magnesiumgehalt in dem Material geringer als 0,02% ist, kann diese Wirkung nicht geliefert werden, wohingegen das Material brüchig wird, wenn der Magneslumgehalt in dem Material 0,5% übersteigt.
  • Fe: (1,3% oder weniger)
  • Eisen ist ein Element, welches wirksam die Adhäsion eines Materials an eine Gießereiform verhindern kann. Wenn jedoch der Eisengehalt in dem Material 1,3% übersteigt, werden intermetallische Verbindungen zwischen irgendeinem von Al, Si und Fe erzeugt, wodurch sich die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Materials verschlechtert.
  • Es wird festgestellt, daß die Legierungen, die aus Aluminium und unvermeidbarer Verunreinigung bestehen und ferner alle die zuvor beschriebenen Elemente jeweils in einem Gehalt in einem zuvor beschriebenen Bereich enthalten, ausgezeichnete Spritzgießaluminiumbasislegierungen sind, welche die Nachteile von gegenwärtig verwendeter Spritzgießaluminiumbasislegierung und Spritzgießzinkbasislegierung gelöst haben.
    • KURZE ERKLÄRUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 und 2 veranschaulichen die Beispiele, wo die Legierung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und alle Zahlen in den Figuren stellen die folgenden Teile dar.
  • 1: Welle, 2: Kugel, 3: Halter, 4: Kappe, 5: Raum (boots). 6: Glees.
  • Fig. 1 ist eine Abschnittsansicht einer Stabilisatorverbindungsstange für Automobile, teilweise davon abgeschnitten, wobei ein Kugelpaar (2), welches an dem Ende einer Welle (1) angeordnet ist, frei von Haltern (3) gegriffen wird, welche mit der Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung gegossen sind, und somit wird ein Kugelgelenk gebildet.
  • Fig. 2 ist eine Abschnittsansicht eines Kugelgelenks, zum Teil davon abgeschnitten, welches aus einem typischen Kugelgelenk gebildet ist. Das Kugelgelenk hat eine Struktur, wobei ein Halter (3), gegossen mit der Legierung der vorliegenden Erfindung, eine Kugel (Stahlkugel) (2) hält.
    • BESTE BETRIEBSWEISE ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Jetzt wird die Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben.
    • BEISPIEL 1
  • Verschiedene Aluminiumbasislegierungen, welche jeweils aus einer chemischen Zusammensetzung, wie in Tabelle 1 dargestellt, bestanden, wurden mithilfe des Auflösungsverfahrens, welches gewöhnlich verwendet wird, hergestellt, dann wurde Spritzgießen der Legierung bei einer Gießtemperatur von 750ºC durchgeführt, wobei eine Spritzgießmaschine vom Kaltkammertyp mit einer Leistung von 135 Tonnen Druckkraft zum Gießen verwendet wurde. Für die metallische Form, die zum Spritzgießen verwendet wurde, wurde eine Form zum Herstellen von sowohl dem Zugprobekörper (Durchmesser des parallelen Teils: 6,35 mm, Eichlänge: 50 mm, Länge: 230 mm), welches dem ASTM Standard (B8-66) entsprach, wie auch dem Stoßkörper (Dimension: 6,35 · 6,35 · 230 mm) verwendet. Mechanische Tests wurden anschließend durchgeführt, indem die zuvor beschriebenen Testkörper verwendet wurden. Die Härte wurde auch für den Stoßkörper untersucht, indem der Körper mit Emery Papieren (#1000) poliert und anschließend unter Verwenden des Vickers Härtetestmeters gemessen wurde.
  • Die untersuchten Legierungen umfassen die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Legierungen Nr. 1 bis Nr. 4, die Vergleichslegierungen Nr. 5 bis Nr. 14, eine Legierung Nr. 15 (Spritzgießzinkbasislegierung: BERIC), welche gegenwärtig verwendet wird, und eine Spritzgießaluminiumbasislegierung Nr. 16 (ADC12). Jede der Vergleichslegierungen Nr. 5 bis Nr. 14 hat eine chemische Zusammensetzung, bei der jede der Komponenten außerhalb des Bereichs der entsprechenden Komponenten ist, die für die Legierungen der vorliegenden Erfindung spezifiziert sind.
  • Eine Vielfalt von mechanischen Eigenschaften, erhalten für jede Legierung, ist in Tabelle 2 gezeigt. Wie aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen gesehen werden kann, wird es offensichtlich verstanden, daß die Legierungen der vorliegenden Erfindung zeigen, daß sie bessere mechanische Eigenschaften haben als entweder die Eigenschaften der Vergleichslegierungen oder der gegenwärtig verwendeten Legierungen.
    • BEISPIEL 2
  • Aus den in Tabelle 1 gezeigten Legierungen werden die Legierungen der vorliegenden Erfindung Nr. 1 bis Nr. 4, die Vergleichslegierungen Nr. 6, Nr. 10, Nr. 12 und Nr. 14, die gegenwärtig verwendete Legierung Nr. 15 und die Legierung Nr. 16 ausgewählt, und ein gegossenes Stück jeder Legierung mit einer Dimension von 30 mm (Breite) · 5 mm (Dicke) · 150 mm (Länge) wird gemäß der zuvor beschriebenen Gießbedingung hergestellt. Jedes gegossene Stück würde einem Salzsprühtest (SST) ausgesetzt, und der Korrosionsverlust nach 300 Stunden wurde für alle gegossenen Stücke gemessen, wobei die Korrosionsbeständigkeit des Stückes mit jedem anderen verglichen wurde.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
  • Gemäß dem in dem Salzsprühtest erhaltenen Ergebnissen in Bezug auf Korrosionsverlust der Stücke ist gezeigt, daß die Legierungen Nr. 1 bis Nr. 4 zeigen, daß sie ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit haben, die ähnlich zu derjenigen der Spritzgießaluminiumbasislegierung Nr. 16 ist, die gegenwärtig verwendet wird. Wohingegen festgestellt wurde, daß die Korrosionsbeständigkeit der Vergleichslegierungen Nr. 6, Nr. 10, Nr. 12, Nr. 14 und der Spritzgießzinkbasislegierung Nr. 15, die gegenwärtig verwendet wird, bemerkenswert schlechter ist als diejenige der Legierungen der vorliegenden Erfindung.
    • BEISPIEL 3
  • Von den in Tabelle 1 gezeigten Legierungen werden die Legierungen der vorliegenden Erfindung Nr. 1 bis Nr. 3, die Vergleichslegierungen Nr. 5 und Nr. 7, die gegenwärtig verwendeten Legierungen Nr. 15 und Nr. 16 ausgewählt, dann wurde die Reibungsmenge von jeder der Legierungen gemessen, indem das zuvor genannte gegossene Stück verwendet wurde, welches mechanisch zu einer Dimensionsgröße von 10 mm (Breite) · 3 mm (Dicke) · 36 mm (Länge) mithilfe eines Amslerreibungstestzählers bearbeitet war. Der Test wurde mithilfe des Rollreibungsverfahrens bei Nichtgleitbedingung durchgeführt. Als Gegnermaterial wurde SKD 11 verwendet, die Reibungsmenge wurde an dem Punkt gemessen, bei dem die Reibungsdistanz 3000 Meter erreichte.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
  • Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 4 gesehen werden kann, wird gezeigt, daß jede der Legierungen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf Verschleißbeständigkeit überlegen ist als beide der Vergleichslegierungen und der gegenwärtig verwendeten Legierungen.
  • Nach Betrachten all der Ergebnisse in Tabellen 1 bis 4 wird bewiesen, daß die Legierungen der vorliegenden Erfindung überlegene mechanische Eigenschaften haben, insbesondere Zugfestigkeit, Prüfspannung (proof stress), Härte und Zähigkeit als die Eigenschaften der Legierungen, die gegenwärtig verwendet werden, während gleichzeitig die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, die charakteristisch für Aluminiumbasislegierungen ist, beibehalten wird. TABELLE I TABELLE 2 TABELLE 3 (Korrosionsbeständigkeit) TABELLE 4 (Korrosionsbeständigkeit)
    • INDUSTRIELLE VERWENDBARKEIT
  • Die Legierung der vorliegenden Erfindung ist mit einem spezifischen Gewicht und Korrosionsbeständigkeit versehen, wobei beide äquivalent zu denjenigen sind, die gegenwärtig von Spritzgießaluminiumbasislegierungen besessen werden, die gegenwärtig verwendet werden, und sie kann zu geringen Kosten hergestellt werden und hat ausgezeichnete mechanische Eigenschaften. Deshalb kann die Legierung der vorliegenden Erfindung als eine Spritzgießaluminiumbasislegierung mit geeigneten Eigenschaften verwendet werden, die für das Material für gleitende tragende Teile, tragende Teile, etc. insbesondere für Kugellager benötigt wird.

Claims (2)

1. Verwendung einer Spritzgießaluminiumbasislegierung bestehend aus bezogen auf das Gewicht:
Zn: 10 ~ 25%
Si: 6 ~ 10%
Cu: 0,5 ~ 3,0%
Mn: 0,1 ~ 0,5%
Mg: 0,02 ~ 0,5%
Fe: weniger als 1,3%
und der Rest ist Al und unvermeidbare Verunreinigungen für die Herstellung einer Kugelgelenkvorrichtung.
2. Verwendung einer Spritzgießaluminiumbasislegierung bestehend aus bezogen auf das Gewicht:
Zn: 10 ~ 25%
Si: 6 ~ 10%
Cu: 0,5 ~ 3,0%
Mn: 0,1 ~ 0,5%
Mg: 0,0 ~ 20,5%
Fe: weniger als 1,3%
und der Rest ist Al und unvermeidbare Verunreinigungen für die Herstellung einer Stabilisatorverbindungsstange fürs Automobil.
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