DE69704797T2 - Verschliessfeste, stranggepresste Aluminium-Legierung mit hohem Korrosionswiderstand - Google Patents
Verschliessfeste, stranggepresste Aluminium-Legierung mit hohem KorrosionswiderstandInfo
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminiumlegierung in fließgepreßter Form mit hoher Verschleißfestigkeit, guter Korrosionsfestigkeit und guter maschineller Bearbeitbarkeit. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Aluminiumlegierung und weiterhin auf die Verwendung der Aluminiumlegierung für geformte Produkte, wie beispielsweise Kolben für Bremssysteme und pneumatische Ventile, insbesondere Produkte, die oberhalb von 150ºC verwendet werden.
- Es werden für Produkte, die zum Gebrauch für Anwendungen geeignet sind, die eine hohe Verschleißfestigkeit erfordern, wie beispielsweise Kolben für Bremssysteme, häufig Aluminiumlegierungen wie beispielsweise AA 6262 und AA 6061 verwendet, wobei die Produkte dann mittels Harteloxalverfahrens mit einer harten, verschleißfesten Oberflächenbeschichtung versehen werden. Eine derartige Harteloxalschicht ist ebenfalls ziemlich korrosionsfest. Ein Nachteil besteht darin, daß die Aufbringung einer Eloxalschicht einen zusätzlichen Prozeßschritt bedeutet, der weiterhin teuer ist und somit die Kosten erhöht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Eloxalverfahren umweltschädlich ist. Noch ein weiterer Nachteil besteht darin, daß eine gute Verschleißfestigkeit und eine gute Korrosionsfestigkeit sicher für viele Anwendungsfälle sehr wichtig sind, daß jedoch die Ergebnisse, die mit einer Harteloxalschicht erzielt werden, oft viel besser sind, als es für die entsprechende Anwendung erforderlich ist.
- Ein Rückblick auf den Stand der Technik, der in Form einer Recherche bezüglich der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, zeigte folgendes.
- Die GB-A-14 37 144 offenbart Aluminium-Silizium-Legierungen, die in erster Linie für den Gebrauch als Zylinderblockmaterial für interne Verbrennungsmotoren gedacht sind. Genaue Gußbedingungen sind spezifiziert. Die Legierungen weisen folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf:
- Si 11 bis 20
- Mg 0 bis 4
- Cu 0 bis 4
- Fe 0 bis 1,5
- Sr 0 bis 0,1
- Na 0 bis 0,1
- Rest Aluminium und Unreinheiten.
- Die offenbarten, spezifischen Legierungen sind
- Si 14,4
- Sr 0,017 bis 0,023
- Mg 0,45 bis 0,52
- Rest Aluminium.
- Sr und/oder Na sind zur Modifikation der Mikrostruktur beigegeben.
- Die EP-A-14 15 01 offenbart eine fließgepreßte Aluminiumlegierung mit hoher Verschleißfestigkeit und guter Zerspanbarkeit, die für Teile, die Reibungskräften ausgesetzt sind, wie beispielsweise Kolben, verwendet werden. Die Legierung besteht in Gewichtsprozent prinzipiell aus
- Si 12 bis 30
- Cu 0,3 bis 0,7
- Mg wahlweise 0,3 bis 2,0
- Sr und/oder P wahlweise 0,005 bis 0,1
- Ni, Fe, Mn wahlweise 0,5 bis 3,0
- Sn, Pb, Bi wahlweise 0,1 bis 1,0.
- Für Primär-Si-Kristalle und eutektische Si-Kristalle bestimmter Größenordnung sind spezifische Mengen erforderlich. Die bevorzugten Bereiche für Si und Cu sind
- Si 16 bis 20
- Cu 3 bis 7
- Cu wird zur Erhöhung der Festigkeit zugegeben. Sr und P werden zur Verfeinerung der Primär-Si-Kristalle verwendet. In den Beispielen liegt der Si-Gehalt normalerweise oberhalb von 15% und der Cu-Gehalt oberhalb von 2%. Ein Beispiel besitzt einen Si-Gehalt von 12%, einen Cu-Gehalt von 1, 1% und einen Mg-Gehalt von 1,0%, Rest Al.
- Die GB-A-21 59 176 offenbart eine Hartlötlegierung zum Gebrauch beim Zusammenbau eines Aluminiumwärmetauschers, die in Gewichtsprozent folgende Zusammensetzung aufweist:
- Si 4,5 bis 13,5
- Sr 0,005 bis 0,1
- Mg wahlweise 0,3 bis 3
- Cu wahlweise 2, 3 bis 4,7
- Zn wahlweise 9,3 bis 10,7
- Rest Al.
- Sr wird zur Verbesserung der Hartlötbarkeit zugegeben. Die offenbarten, spezifischen Legierungen umfassen
- Si 10
- Mg 1,5
- Sr 0, 0,03, 0,07 oder 0,12.
- Die US-A-51 23 973 beschreibt ein bearbeitetes, fließgepreßtes Stangenprodukt, das zu Produkten mit hoher Verschleißfestigkeit, wie beispielsweise Kolben oder Ventile, verarbeitet wird. Die Zusammensetzung ist wie folgt:
- Si 11 bis 13,5
- Cu 0,5 bis 1,45
- Mg 0,8 bis 3
- Ni 0,5 bis 2,95
- Fe < 1,0
- Cr < 0,1
- Zn < 0,25
- Sr 0,01 bis 0,5
- Rest Al.
- Es wird erwähnt, daß Sr zur strukturellen Modifikation der Si-Partikel oder von Si-haltigen Partikeln zugegeben wird. Ein Ziel besteht darin, eine gleichmäßige, gleichachsige Struktur zu erzielen, die im wesentlichen keine groben, intermetallischen Phasen und kein Primär- Silizium aufweist. Diese Legierung basiert auf dem AA 4032-Typ, für den die spezifische Grenze für den Cu- Gehalt 0,5 bis 1,3 Gewichtsprozent und für den Ni-Gehalt 0,5 bis 1,3 Gewichtsprozent beträgt.
- Die WO 95/34 391 beschreibt ein Aluminiumlegierungsblech für mechanische Anwendungen und Anwendungen im Schiffsbau und in der Luft- und Raumfahrt. Die Legierungsbleche werden erzeugt, indem die Legierung gegossen, homogenisiert und auf die gewünschte Dicke warmgewalzt wird, gefolgt von einer Lösungsglühbehandlung, Abschrecken und Auslagerung. Die Zusammensetzung in Gewichtsprozent ist die folgende:
- Si 6,5 bis 11 (vorzugsweise 6,5 bis 8)
- Mg 0,5 bis 1,0
- Cu < 0,8
- Fe < 0,3
- Mn < 0,5 und/oder Cr < 0,5
- Sr 0,008 bis 0,025
- Ti < 0,02
- alle anderen Elemente < 0,2
- Rest Al.
- Es wird ausgesagt, daß Sr zur Modifizierung der Legierung zugegeben wird, um die Bildung von Primär-Silizium zu vermeiden und um eine fein verteilte, eutektische Faserstruktur zu erzielen.
- Andere interessante Dokumente des Stands der Technik werden im folgenden im Zusammenhang beschrieben.
- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, wenigstens einen der zuvor genannten Nachteile bekannter Aluminiumverbindungen, die dort verwendet werden, wo eine hohe Verschleißfestigkeit erforderlich ist, abzustellen, indem eine feste, ausreichend verschleißfest, korrosionsfeste Aluminiumverbindung geschaffen wird, die gut maschinell bearbeitet werden kann, ohne daß es erforderlich ist, eine Harteloxalschicht aufzubringen, wobei die Aluminiumlegierung exzellente Eigenschaften aufweist, die Komponenten, die im Betrieb unter anderem Verschleiß bei einer Temperatur unterhalb von 150ºC ausgesetzt sind, wie beispielsweise Kolben für Bremssysteme und pneumatische Ventile und Übertragungswellen, wie beispielsweise automatische Getriebe, zuteil werden können.
- Die Erfindung schafft eine Aluminiumlegierung in fließgepreßter Form, das in Gewichtsprozent folgende Zusammensetzung aufweist:
- Si 11,0 bis 13,5
- Mg 0,5 bis 2,0
- Fe nicht mehr als 1,0
- Cu nicht mehr als 0,35
- Zr nicht mehr als 0,1
- Ni nicht mehr als 0,1
- Cr nicht mehr als 0,1
- Zn nicht mehr als 0,1
- Sr 0,02 bis 0,1
- Mn nicht mehr als 1,2
- Bi nicht mehr als 1,0
- Pb nicht mehr als 1,0
- Sn nicht mehr als 1,0
- Rest Al und unvermeidbare Unreinheiten.
- Vorzugsweise umfaßt die Legierung nicht unbedingt irgendwelche Primär-Si-Partikel, oder sie besitzt Si-Partikel, die bis zu wenigstens 70 Volumenprozent weniger als 15 um im Durchmesser aufweisen.
- Da die Aluminiumlegierung einen hohen Si-Gehalt aufweist, jedoch im Grunde genommen keine Primär-Si-Partikel, oder nur kleine, und vorzugsweise eine modifizierte, eutektische Mikrostruktur besitzt, zusammen mit anderen Elementen mit einem ausreichend hohen Mg-Gehalt und einem geringen Cu-Gehalt, wird eine feste Legierung mit ausreichender Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit geschaffen, die untere anderem für Kolben für Bremssysteme und Wellen für Getriebe, wie beispielsweise automatische Getriebe, verwendet werden kann.
- Der Si-Gehalt der Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung liegt im Bereich von etwa 11,0 bis 13,5 Gewichtsprozent, und beträgt vorzugsweise wenigstens 11,5 Gewichtsprozent, beispielsweise im Bereich von 12,0 bis 13,0 Gewichtsprozent. Es ist bekannt, daß Aluminiumlegierungen mit einem Si-Gehalt bei oder nahe der eutektischen Zusammensetzung (etwa 12,8 Gewichtsprozent bei binären AlSi-Legierungen) äußerst verschleißfest sind, wenn die Verschleißfestigkeit unter Verwendung des Stift-auf-Scheibe-Verfahrens ("pin-on-disk method) gemessen wird, wie es beispielsweise aus der Veröffentlichung von J. Clarke und A. D. Sarkar in Wear, 54 (1979), Seite 7 bis 16, Fig. 3, hervorgeht. Wenn der Si-Gehalt höher als 12,8 Gewichtsprozent ist, können sich während der Verfestigung der Legierung Primär-Si-Partikel bilden. Die Primär-Si-Partikel, die sich gebildet haben, sind äußerst hart und tragen zu einer hohen Verschleißfestigkeit bei. Die Bildung und Steuerung der Primär-Si-Partikel zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit ist beispielsweise Aufgabe der verschleißfesten Aluminiumlegierung, die in der US-A-47 37 206 beschrieben ist. Ein Nachteil der Primär-Si-Partikel besteht darin, daß sie unter mechanischer Last aus der Aluminiummatrix herausbrechen können und so beträchtlichen Schaden anrichten können, wenn sie zwischen bewegte Teile einer Vorrichtung geraten. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine gute Verschleißfestigkeit geschaffen wird, ohne daß Primär-Si-Partikel vorhanden sind, anders als jene, die sich unter unvorteilhaften Verfestigungsbedingungen bilden können.
- Die Verschleißfestigkeit der Legierung wird zusätzlich durch die Modifikation des eutektischen Si durch die Zugabe von 0,02 bis 0,1 Gewichtsprozent Sr erhöht. Der Sr- Gehalt liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,02 bis 0,04 Gewichtsprozent. Ein besonderer Vorteil der Zugabe von Sr in diesem Bereich besteht darin, daß die Bildung von Primär-Si-Partikeln unterdrückt wird. Die Primär-Si- Partikel, die weiterhin gebildet werden können, sind vorzugsweise im wesentlichen, beispielsweise wenigstens zu 70 Volumenprozent, kleiner als 15 um.
- Der Mg-Gehalt der Legierung der Erfindung liegt im Bereich von 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich von 0,9 bis 2,0 Gewichtsprozent, besser noch im Bereich von 1,0 bis 1,4 Gewichtsprozent. Die Zugabe von Mg in die Legierung sichert den gewünschten Anstieg der Festigkeit im Vergleich zur binären AlSi-Legierung, indem während der Wärmebehandlung nach dem Warmwalzen Mg&sub2;Si- Partikel gebildet werden. Ein Anstieg der Festigkeit im Vergleich zur binären AlSi-Legierung ist für eine große Anzahl von Anwendungsbereichen der Legierung erforderlich. Ein zusätzlicher Vorteil eines Anstiegs der Festigkeit besteht darin, daß eine feste Matrix zu einer höheren Verschleißfestigkeit der Legierung beiträgt.
- Es kann nicht vermieden werden, daß Fe als ein Legierungselement in Aluminiumlegierungen vorhanden ist. Der Fe-Gehalt in der Legierung der Erfindung beträgt maximal 1,0 Gewichtsprozent und ist vorzugsweise kleiner als 0,7 Gewichtsprozent. Eine zusätzliche Wirkung besteht darin, daß Fe zur Festigkeit der Legierung durch Bildung von Al- Si-Fe-Phasen beitragen kann. Wenn jedoch der Fe-Gehalt zu hoch und/oder das Kühlungsverhältnis während der Verfestigung zu gering ist, können die A1-Si-Fe-Phasen zu groß werden und sich somit nachteilig auf die Festigkeit und die Verschleißfestigkeit der Legierung auswirken.
- Die Zugabe von Cu zur Aluminiumlegierung führt nach der Wärmebehandlung allgemein zu einem Anstieg der mechanischen Eigenschaften der betroffenen Legierung, wie beispielsweise ein Anstieg der Zugfestigkeit. Mit ansteigendem Cu-Gehalt in der Legierung nimmt die Korrosionsfestigkeit ab, insbesondere die Korrosionsfestigkeit in einer chloridhaltigen Umgebung nimmt mit einem ansteigenden Cu-Gehalt rapide ab. In Anbetracht einer Anzahl von Anwendungen in einer korrosiven Umgebung wird, um eine gute Korrosionsfestigkeit in der Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung zu erzielen, Cu der Legierung vorzugsweise nicht freiwillig zugegeben, außer durch Zufall oder daß es unvermeidbar in dem verwendeten Schrott vorhanden ist. Der Cu-Gehalt der Legierung muß unterhalb von 0,35 Gewichtsprozent liegen und die Korrosionsfestigkeit ist insbesondere gut, wenn der Cu-Gehalt unterhalb von etwa 0,1 Gewichtsprozent liegt.
- Der Ni-Gehalt in der Legierung beträgt vorzugsweise weniger als etwa 0,1 Gewichtsprozent. In manchen verschleißfesten Aluminiumlegierungen wird freiwillig ein hoher Ni- Gehalt verwendet, beispielsweise in der Aluminiumlegierung, die in der EP-A-54 00 69 beschrieben wird, so daß sich eine Ni-A13-Phase bildet, die beträchtlich zur Verschleißfestigkeit der Legierung beiträgt. Die Zugabe von beispielsweise 1,0 bis 3,0 Gewichtsprozent Ni befindet sich nicht im Bereich der Erfindung. Es kann angenommen werden, daß allgemein bekannt ist, daß die Hochtemperatureigenschaften mit ansteigendem Ni-Gehalt in der Legierung zunehmen. Mit der Erfindung soll nicht insbesondere eine derartige Verbesserung der Hochtemperatureigenschaften erzielt werden, da Anwendungen bis zu einer Temperatur von 150ºC angestrebt werden. Nebenbei erhöht die bewußte Zugabe von Ni die Kosten. Ni soll daher nur als Unreinheit vorliegen.
- Die mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung, wie beispielsweise Zugfestigkeit und Streckgrenze, können durch Zugabe von Mn weiter erhöht werden. Ein zusätzlicher Vorteil eines Anstiegs der Festigkeit besteht darin, daß eine feste Matrix zu einer höheren Verschleißfestigkeit der Legierung beiträgt. Während der Homogenisierungswärmebehandlung werden Ablagerungen gebildet, die zur Festigkeit der Legierung beitragen. Der Mn-Gehalt liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,4 bis 1,2 Gewichtsprozent.
- Wenn eine gute maschinelle Bearbeitbarkeit für die Anwendung der Aluminiumlegierung erwünscht ist, kann der Legierung Bi, Pb oder Sn, einzeln oder in Kombination, zugegeben werden, wobei sie grundsätzlich als Elemente vorhanden bleiben und vorzugsweise an oder in der Nähe der Korngrenzen positioniert sind.
- Wenn die Aluminiumlegierung zerspant wird, werden kurze Späne erzielt. Der Bi-, Pb- oder Sn-Gehalt, allein oder in Kombination, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent. Der Gesamtgehalt von Bi, Pb und Sn ist vorzugsweise geringer oder gleich 1,0 Gewichtsprozent. Bei einem höheren Gehalt steigt das Risiko der Bildung von Rissen während des Gießens.
- Die fließgepreßte Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung kann als Stangen oder in anderen fließgepreßten Formen in unterschiedlichen Wärmebehandlungszuständen, sogenannten Tempern, geliefert werden, wonach sie zu Produkten für einen breiten Anwendungsbereich verarbeitet werden können, wo ein Harteloxalschritt nicht erforderlich sein sollte, wobei eine Schicht mit ausreichender Verschleißfestigkeit vorhanden ist. Bei den Stangen kann es sich beispielsweise um runde Stangen, hexagonale Stangen, flache Stangen, Vollmaterial oder Hohlmaterial handeln. Die Stangen werden beispielsweise als Temper aus den Serien T3, T351, T4, T451, T5, T6, T651, T8, T851, T9, etc. oder als ein 0-Temper geliefert, wie sie in Aluminium Standards and Data, veröffentlicht 1988 von The Aluminium Association beschrieben wurden.
- Weiterhin wird die Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung der Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung verkörpert, wobei das Verfahren der Reihe nach folgende Schritte umfaßt:
- (a) Gießen der Aluminiumlegierung,
- (b) Homogenisierung der gegossenen Aluminiumlegierung,
- (c) Warmfließpressen der homogenisierten Aluminiumlegierung,
- (d) ein Prozeßschritt, der aus
- (d) (i) Lösungsglühbehandlung, und
- (d) (ii) Abschrecken direkt nach der Warmbearbeitung des Schrittes (c) ausgewählt wird,
- (e) Alterung.
- Auf diese Weise wird erreicht, daß die Legierung exzellente Eigenschaften mit einem sinnvollen Kostenaufwand für diejenigen Anwendungen erzielt, welche die Erfinder im Sinn haben.
- Zum Gießen der Aluminiumlegierung zu Rohlingen oder Fließpreßblöcken können sowohl kontinuierliche als auch halb-kontinuierliche Gußverfahren verwendet werden. Man muß darauf bedacht sein, daß die Bildung von Primär-Si- Partikeln verhindert wird, indem eine ausreichend hohe Gießtemperatur verwendet wird und Turbulenzen in Einfüllkanälen, die möglicherweise verwendet werden, verhindert werden. Während des Gießens wird vorzugsweise eine relativ hohe Abkühlrate verwendet, so daß die Bildung von Primär-Si-Partikeln während der Verfestigung unterdrückt und eine feine, eutektische Mikrostruktur gebildet wird, was zu einer Verbesserung der Verschleißfestigkeit der Legierung führt.
- Danach wird die Legierung homogenisiert. Das Ziel der Homogenisierungsbehandlung besteht unter anderem in der Homogenisierung der Mikrostruktur, der Lösung des Mg, dem Lösen möglicher Restspannungen, die durch den Gießprozeß eingebracht wurden, der Bildung von Mn-haltigen Ablagerungen, wenn Mn vorhanden ist, und im Weichglühen der Si- Partikel. Eine Homogenisierung für eine Dauer von 8 bis 30 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 450 bis 560ºC ist ausreichend. Eine längere Homogenisierungsdauer ist nicht unvorteilhaft, sie ist jedoch nicht erforderlich und erhöht damit die Herstellungskosten. Vorzugsweise wird die Legierung für 20 bis 25 Stunden in einem Temperaturbereich von 500 bis 540ºC homogenisiert. Die Legierung wird noch besser für 20 bis 25 Stunden in einem Temperaturbereich von 520 bis 540ºC homogenisiert.
- Nach der Homogenisierung wird die Legierung zu Blechen, Stangen oder Draht oder anderen geformten Materialien, die zur Verarbeitung zu Produkten geeignet sind, fließgepreßt. Die Erfindung ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling oder der Fließpreßblock durch einen Fließpreßprozeß zu Stangen verarbeitet wird, wobei entweder direktes oder indirektes Fließpressen verwendet werden kann. Die Temperatur des Rohlings während des Fließpressens liegt vorzugsweise im Temperaturbereich von 450 bis 520ºC, und besser noch im Temperaturbereich von 500 bis 510ºC. Warmwalzen anstelle von Warmfließpressen liegt nicht im Bereich der Erfindung.
- Nach dem Warmfließpressen wird ein Schritt (d) durchgeführt, der aus einer Lösungsglühbehandlung besteht. Dazu wird die Legierung der Erfindung nach dem Warmfließpressen vorzugsweise zuerst abgekühlt. Die Abkühlrate ist in diesem Fall nicht so bedeutend. Die Kühlung wird normalerweise in Luft durchgeführt. Danach wird die Legierung wärmebehandelt, indem sie für 0,5 bis 3 Stunden in einem Temperaturbereich von 450 bis 565ºC gehalten wird. Das Ziel dieser Wärmebehandlung besteht unter anderem in der Lösung des Si und des Mg. Diese Lösungsglühbehandlung wird vorzugsweise für 0,5 bis 1,5 Stunden in einem Temperaturbereich von 500 bis 560ºC durchgeführt. Direkt nach der Lösungsglühbehandlung wird die Legierung vorzugsweise auf unter 100ºC abgekühlt, vorzugsweise mittels Abschrecken in Wasser, um unkontrollierte Ablagerungen zu minimieren.
- In anderen Ausführungsformen des Verfahrens wird das Abschrecken der Legierung, beispielsweise in Wasser, direkt nach dem Warmfließpressen durchgeführt. Dies wird auch mit dem Ausdruck "Preß-Abschrecken" bezeichnet. Um in diesem Fall ausreichend Mg und Si in Lösung zu bringen, wird das Fließpressen vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 520 bis 540ºC durchgeführt.
- In noch einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfaßt der Schritt (d) einen Kaltbearbeitungsschritt. Abhängig von dem gewünschten Endniveau der mechanischen Eigenschaften und Korrosionseigenschaften kann eine Kaltbearbeitung nach dem Abkühlen stattfinden, aber vor der Lösungsglühbehandlung, oder sonst nach dem Abschrecken, gefolgt von der Lösungsglühbehandlung. Wenn die Legierung der Erfindung mittels Preß-Abschrecken bearbeitet wird, findet nach diesem Schritt eine Kaltbearbeitung statt. Die Kaltbearbeitung wird vorzugsweise mittels Tiefziehen durchgeführt, wobei auch beispielsweise Walzen eine Möglichkeit darstellt. Durch die Kaltbearbeitung wird unter anderem die Zugfestigkeit erhöht, sowie die Verschleißfestigkeit der Legierung.
- In einem nachfolgendem Auslagerungsschritt wird das Material für beispielsweise 10 bis 32 Stunden in einem Temperaturbereich von 145 bis 180ºC vergütet. Diese Vergütung wird vorzugsweise für 10 bis 24 Stunden in einem Temperaturbereich von 155 bis 180ºC durchgeführt, worauf sich eine Abkühlung auf Raumtemperatur mittels Luft anschließt.
- Nach dem vollständigen Wärmebehandlungszyklus kann die Aluminiumlegierung zu Produkten unterschiedlicher Art bearbeitet werden. Die Aluminiumlegierung Äst vorzugsweise zur Anwendung bei Komponenten geeignet, die während des Betriebs unter anderem Verschleiß bei Temperaturen unterhalb von 150ºC ausgesetzt sind, wie beispielsweise Kolben für Bremssysteme, Pneumatikventile und Übertragungswellen, wie beispielsweise automatische Getriebe. Die fließgepreßte Aluminiumlegierung der Erfindung besitzt eine exzellente Korrosionsfestigkeit in Öl ohne Additive, Bremsfluid und Hydrauliköl. Aus der Aluminiumlegierung hergestellte Komponenten sind insbesondere geeignet, wenn sie in ein Gehäuse aus Aluminium-Silizium-Gußlegierungen eingebaut sind. Wo es ein Zusammenschluß zwischen diesen Gußlegierungen gibt, ist ein besserer Sitz möglich und es gibt weniger undichte Stellen, da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Legierungsarten, fast die gleichen sind. Weiterhin entstehen weniger Probleme mit dem Recycling des Gehäuses und den Komponenten als Gesamtes.
- Manche bevorzugte Temper für die Legierung der Erfindung wurden zuvor beschrieben. Aus der Legierung hergestellte Stangen können mittels Schlagstrangpressen zu Produkten verarbeitet werden.
- Ein Verfahren zur Bearbeitung einer "0"-Temper-Stange umfaßt:
- (a) Gießen;
- (b) Homogenisieren;
- (c) Fließpressen.
- (a) bis (c) wurden zuvor bereits beschrieben. Dann folgt auf (c) das Vergüten (d), auf das wiederum das Abkühlen (e) auf eine Temperatur von 150ºC folgt (langsames Abkühlen wird bevorzugt, beispielsweise Abkühlung im Ofen), und dann wird von 150ºC auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei die Abkühlrate nicht wichtig ist. Der Schritt (d) wird normalerweise für 1 bis 16 Stunden in einem Temperaturbereich von 300 bis 450ºC durchgeführt, und vorzugsweise für 4 bis 10 Stunden in einem Temperaturbereich von 400 bis 450ºC.
- Die Erfindung wird nun anhand einiger Beispiele beschrieben, die nicht den Bereich der Erfindung einschränken.
- Tabelle 1 zeigt die chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent einiger vergleichender Materialien (Legierungen 1 bis 4 und 8) und von Legierungen, die in den Bereich der Erfindung fallen (Legierungen 5 bis 7). In allen Tabellen bedeutet "n.t." "nicht getestet".
- Diese Legierungen wurden durch folgende Schritte zu T8- Temper verarbeitet:
- i) nach dem Guß, Homogenisierung bei 530ºC für 24 Stunden
- ii) Fließpressen bei 510ºC
- iii) Lösungsglühbehandlung bei 530ºC für 35 Minuten
- iv) Abschrecken
- v) Kaltumformung von 1% durch Tiefziehen
- vi) Auslagerung für 16 Stunden bei 165ºC.
- Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften von einigen der Legierungen aus Tabelle 1 im T8-Temper-Zustand.
- Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse des Salzsprühtests.
- Ein "-" stellt ein schlechtes Ergebnis gemäß des Salzsprühtests dar, wohingegen ein "+11 eine gute Korrosionsfestigkeit anzeigt.
- Die Testbedingungen waren folgende: Temperatur 21ºC, pH = 2.7, 0,86 M (Kernmasse) NaCl und 0,16 M Essigsäure.
- Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der Verschleißuntersuchungen gemäß des bekannten "Stift-auf-Scheibe"-Verfahrens. Die Testbedingungen waren folgende: Legierungsbedingung T8; Oberfläche des "Stifts": 100 mm²; "Scheiben"- Material: 110 Cr6 mit einer Härte von 58 HRC. Anschließend in dem nicht-eingefetteten-Tests: Gleitgeschwindigkeit 0,25 m/s für 20 Stunden; Lufttemperatur 20 bis 25ºC; relative Luftfeuchtigkeit 40 bis 60%.
- Für die gefetteten Tests: Gleitgeschwindigkeit 0,01 m/s für 20 Stunden; Fettsubstanz: Öl ohne Additive, BP Transcal M; Temperatur 40ºC.
- Das Verschleißverhalten wird als sogenannte "Verschleißrate" mit der Einheit m³/Nm bezeichnet und hängt von dem Druck in N ab, der während des Tests ausgeübt wird. Tabelle 1 Untersuchte Legierungen Tabelle 2 Mechanische Eigenschaften im T8-Zustand Tabelle 3 Ergebnisse des Salzsprühtests Tabelle 4 Ergebnisse der Verschleißtests gemäß des "Stift-auf-Scheibe"-Verfahrens als Funktion des Drucks für die nicht-gefetteten und gefetteten Tests
- Aus den Ergebnissen ist zu erkennen, daß insbesondere die Legierungen 6, 7 und Legierung 5 beim Vergleich mit den Vergleichsmaterialien gute mechanische Eigenschaften mit einer exzellenten Korrosionsfestigkeit und guter Verschleißfestigkeit verbinden.
- In einem weiteren Beispiel der Erfindung wurde Legierung 5 der Tabelle 1 zu einem 0-Temper verarbeitet. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- i) Nach dem Gießen folgt eine Homogenisierung bei 530ºC für 24 Stunden,
- ii) Fleißpressen bei 510ºC,
- iii) Vergüten bei 440ºC für 8 Stunden,
- iv) Abkühlen im Ofen auf 150ºC,
- v) Abkühlen auf Raumtemperatur.
- Im 0-Temper ist das Produkt dazu geeignet, durch Schlagstrangpressen verarbeitet zu werden. Das Produkt hatte folgende mechanischen Eigenschaften:
- Streckgrenze: 72 MPa;
- Zugfestigkeit: 124 MPa;
- Dehnung: 27%;
- Härte: 40 HB.
Claims (24)
1. Aluminiumlegierung in extrudierter Form, die in
Gewichtsprozent aus
Si 11,0 bis 13,5
Mg 0,5 bis 2,0
Fe nicht mehr als 1,0
Cu nicht mehr als 0,35
Zr nicht mehr als 0,1
Ni nicht mehr als 0,1
Cr nicht mehr als 0,1
Zn nicht mehr als 0,1
Sr 0,02 bis 0,1
Mn nicht mehr als 1,2
Bi nicht mehr als 1,0
Pb nicht mehr als 1,0
Sn nicht mehr als 1,0
und einem Rest Al und unvermeidbaren Unreinheiten
besteht.
2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, die im
wesentlichen keine Primär-Si-Partikel umfaßt.
3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, worin der
Si-Gehalt 12,0 bis 13,0 Gewichtsprozent beträgt.
4. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
worin der Sr-Gehalt 0,02 bis 0,04 Gewichtsprozent
beträgt.
5. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
worin der Mg-Gehalt 1,0 bis 1,4 Gewichtsprozent
beträgt.
6. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
worin der Fe-Gehalt nicht mehr als 0,7
Gewichtsprozent beträgt.
7. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
worin der Cu-Gehalt nicht mehr als 0,1
Gewichtsprozent beträgt.
5. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
worin der Mn-Gehalt 0,4 bis 1,2 Gewichtsprozent
beträgt.
9. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
die wenigstens eines der Elemente Bi, Pb und Sn mit
einem Gesamtgehalt von 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent
umfaßt, worin das vorhandene Bi, Pb und Sn in jedem
Fall hauptsächlich in der elementaren Form in der
Aluminiumlegierung vorliegt.
10. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
die in einer Vergütungsklasse, die aus T4, T5, T6,
T8 und 0 ausgewählt ist, vorliegt.
11. Ein Verfahren zur Herstellung einer
Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das
nacheinander folgende Schritte aufweist:
(a) Gießen der Aluminiumlegierung
(b) Homogenisierung der gegossenen
Aluminiumlegierung
(c) Heißexdrudieren der homogenisierten
Aluminiumlegierung
(d) Ein Prozeßschritt, der aus
(d) (i) Lösungsglühbehandlung, und
(d) (ü) Abschrecken direkt nach dem
Wärmebehandlungsschritt (c) ausgewählt wird,
(e) Alterung.
12. Ein Verfahren nach Anspruch 11, worin der
Homogenisierungsschritt (b) 8 bis 30 Stunden im
Temperaturbereich von 450 bis 560ºC durchgeführt wird.
13. Ein Verfahren nach Anspruch 11, worin der
Homogenisierungsschritt (b) 20 bis 25 Stunden im
Temperaturbereich von 500 bis 540ºC durchgeführt wird.
14. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
worin der Heißextrudierungsschritt (c) im
Temperaturbereich von 450 bis 520ºC durchgeführt wird.
15. Ein Verfahren nach Anspruch 14, worin der
Heißextrudierungsschritt im Temperaturbereich von 500 bis
510ºC durchgeführt wird.
16. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
worin dem Schritt (d), der den
Lösungsglühbehandlungsschritt (d)(i) umfaßt, Alterung folgt.
17. Ein Verfahren nach Anspruch 16, worin der
Lösungsglühbehandlungsschritt (d)(i) 0,5 bis 3 Stunden im
Temperaturbereich von 450 bis 565ºC durchgeführt
wird.
18. Ein Verfahren nach Anspruch 11, worin in Schritt (c)
die Glühbehandlung eine Extrusion umfaßt, die in
einem Temperaturbereich von 520 bis 540ºC durchgeführt
wird, und der Alterungsschritt (d)(ii) direkt nach
der Extrusion durchgeführt wird.
19. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18,
worin der Schritt (d) auch eine Kaltbehandlung
umfaßt.
20. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19,
worin der Alterungsschritt (e) 10 bis 32 Stunden im
Temperaturbereich von 145 bis 180ºC durchgeführt
wird.
21. Ein Verfahren zur Herstellung einer
Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das
nacheinander folgende Schritte aufweist:
(a) Gießen der Aluminiumlegierung,
(b) Homogenisierung der gegossenen
Aluminiumlegierung,
(c) Heißexdrudieren der homogenisierten
Aluminiumlegierung,
(d) Vergüten der extrudierten Legierung für 1 bis
16 Stunden im Temperaturbereich von 300 bis
450ºC,
(e) Langsames Abkühlen bis 150ºC,
(f) Abkühlen auf Raumtemperatur.
22. Ein Verfahren nach Anspruch 21, worin der
Vergütungsschritt (d) 4 bis 10 Stunden im
Temperaturbereich von 400 bis 450ºC durchgeführt wird.
23. Ein geformtes Produkt, das aus einer extrudierten
Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10
oder einer extrudierten Aluminiumlegierung, die mit
einem Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 22
hergestellt wurde, gefertigt wurde.
24. Ein geformtes Produkt nach Anspruch 23, ausgewählt
von einem Kolben zur Verwendung unterhalb von 150ºC,
einem Ventilelement und einer Übertragungswelle.
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