EP0687742A1 - Druckgusslegierung - Google Patents

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EP0687742A1
EP0687742A1 EP95810386A EP95810386A EP0687742A1 EP 0687742 A1 EP0687742 A1 EP 0687742A1 EP 95810386 A EP95810386 A EP 95810386A EP 95810386 A EP95810386 A EP 95810386A EP 0687742 A1 EP0687742 A1 EP 0687742A1
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die
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titanium
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Hubert Koch
Horst Sternau
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Aluminium Rheinfelden GmbH
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Aluminium Rheinfelden GmbH
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys

Definitions

  • the invention relates to a die-casting alloy based on aluminum-silicon.
  • the inventor has set himself the task of providing an aluminum die-casting alloy which, with regard to its mechanical properties, both in the cast state and after heat treatment, meets the requirements placed on safety components such as wheels of passenger cars, is easy to weld, and has high corrosion resistance .
  • the alloy should be easy to cast.
  • the object is achieved by a die-casting alloy based on aluminum-silicon 9.5 to 11.5 wt .-% silicon 0.1 to 0.5 wt% magnesium 0.5 to 0.8 wt% manganese Max. 0.15 wt% iron Max. 0.03 wt% copper Max. 0.10 wt% zinc Max. 0.15 wt% titanium and contains the rest aluminum and for permanent refinement 30 to 300 ppm strontium.
  • the die-casting alloy according to the invention thus corresponds to the AlSi9Mg type with a considerably reduced iron content and a strontium refinement of the AlSi eutectic. Because of the high elongation values both in the as-cast state and after heat treatment, the alloy is particularly suitable for the production of safety components.
  • die-castings produced from the alloy according to the invention can be subjected to all heat treatments.
  • the mechanical properties achieved with heat treatment depend to a large extent on the magnesium content. Therefore, this can be tolerated very closely in production.
  • the magnesium content is tailored to the requirements of the die casting.
  • the alloy contains manganese to improve formability.
  • the relatively large proportion of eutectic silicon is refined by strontium.
  • the alloy according to the invention also has advantages in terms of fatigue strength.
  • the fracture toughness is higher due to the very small mixed crystals and the refined eutectic.
  • the alloy according to the invention is preferably produced as a horizontal continuous casting mass. This makes it possible to melt a die-casting alloy with low oxide contamination without complex melt cleaning: an important prerequisite for achieving high elongation values in the die-casting.
  • the permanently refined AlSiMg alloy according to the invention is preferably cleaned by means of a purge gas treatment with inert gases using an impeller.
  • the strontium content is preferably between 50 and 150 ppm and should generally not fall below 50 ppm, since otherwise the casting behavior can be impaired.
  • zirconium in addition, 0.05 to 0.3% by weight, in particular 0.15 to 0.20% by weight, of zirconium can be added to the invention.
  • Grain refinement is preferably carried out in the alloy according to the invention.
  • the alloy gallium phosphide and / or indium phosphide can be added in an amount corresponding to 1 to 250 ppm, preferably 1 to 30 ppm phosphorus.
  • the alloy for grain refinement can also contain titanium and boron, the addition of titanium and boron being effected via a master alloy with 1 to 2% by weight of titanium and 1 to 2% by weight of boron, the rest being aluminum.
  • the master alloy preferably contains 1.3 to 1.8% by weight of titanium and 1.3 to 1.8% by weight of boron and has a titanium / boron weight ratio of approximately 0.8 to 1.2.
  • the content of the master alloy in the alloy according to the invention is preferably set to 0.05 to 0.5% by weight.
  • the die-casting alloy according to the invention is highly suitable for die-casting safety components, in particular for die-casting vehicle wheels such as wheels for passenger cars.
  • the mechanical properties of the alloy according to the invention are shown in the table below. The values have been determined on test bars made from plates with a wall thickness of 2 to 4 mm. The ranges shown show the performance of the alloy, whereby the magnesium content and wall thickness should be restricted accordingly.
  • the alloy is characterized by very good castability, very good corrosion resistance and excellent weldability.

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Abstract

Die Druckgusslegierung auf der Basis Aluminium-Silizium enthält 9,5 bis 11,5 Gew.-% Silizium 0,1 bis 0,5 Gew,-% Magnesium 0,5 bis 0,8 Gew.-% Mangan max. 0,15 Gew.-% Eisen max. 0,03 Gew.-% Kupfer max. 0,10 Gew.-% Zink max. 0,15 Gew.-% Titan und als Rest Aluminium sowie zur Dauerveredelung 30 bis 300 ppm Strontium. Die Legierung ist insbesondere geeignet zum Druckgiessen von Sicherheitsbauteilen wie beispielsweise Räder von Personenkraftwagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Druckgusslegierung auf der Basis Aluminium-Silizium.
  • Die Verwendung von Aluminium-Silizium-Gusslegierungen zur Herstellung von Bauteilen im Druckgiessverfahren ist allgemein bekannt. Insbesondere an Sicherheitsbauteile werden heute Anforderungen gestellt, denen die bekannten Druckgusslegierungen längst nicht mehr in allen Belangen zu genügen vermögen.
  • Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, eine Aluminium-Druckgusslegierung bereitzustellen, die bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften sowohl im Gusszustand als auch nach einer Wärmebehandlung die an Sicherheitsbauteile wie beispielsweise Räder von Personenkraftwagen gestellten Anforderungen erfüllt, gut schweissbar ist sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist. Darüber hinaus soll die Legierung gut giessbar sein.
  • Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst durch eine Druckgusslegierung auf der Basis Aluminium-Silizium, die
       9,5 bis 11,5 Gew.-% Silizium
       0,1 bis 0,5 Gew.-% Magnesium
       0,5 bis 0,8 Gew.-% Mangan
       max. 0,15 Gew.-% Eisen
       max. 0,03 Gew.-% Kupfer
       max. 0,10 Gew.-% Zink
       max. 0,15 Gew.-% Titan
    und als Rest Aluminium sowie zur Dauerveredelung 30 bis 300 ppm Strontium enthält.
  • Die erfindungsgemässe Druckgusslegierung entspricht damit dem Typ AlSi9Mg mit erheblich reduziertem Eisengehalt und einer Strontium-Veredelung des AlSi-Eutektikums. Wegen der hohen Dehnungswerte sowohl im Gusszustand als auch nach einer Wärmebehandlung ist die Legierung insbesondere zur Herstellung von Sicherheitsbauteilen geeignet.
  • Obwohl im Gusszustand schon gute mechanische Werte vorhanden sind, können aus der erfindungsgemässen Legierung hergestellte Druckgussstücke allen Wärmebehandlungen unterzogen werden.
  • Die bei einer Wärmebehandlung erreichten mechanischen Eigenschaften sind in starkem Mass vom Magnesiumgehalt abhängig. Daher ist dieser in der Fertigung sehr eng zu tolerieren. Der Magnesiumgehalt wird auf die Anforderungen an das Druckgussstück abgestimmt.
  • Zur Verbesserung der Ausformbarkeit enthält die Legierung Mangan. Der relativ grosse Anteil eutektischen Siliziums wird durch Strontium veredelt. Gegenüber körnigen Druckgusslegierung mit höheren Verunreinigungen besitzt die erfindungsgemässe Legierung auch Vorteile hinsichtlich der Dauerschwingfestigkeit. Die Risszähigkeit ist aufgrund der sehr klein vorliegenden Mischkristalle und des veredelten Eutektikums höher.
  • Bevorzugt wird die erfindungsgemässe Legierung als Horizontal-Stranggussmassel hergestellt. Damit ist es möglich, ohne aufwendige Schmelzereinigung eine Druckgusslegierung mit geringer Oxidverunreinigung zu erschmelzen: eine wichtige Voraussetzung zur Erzielung hoher Dehnungswerte im Druckgussstück.
  • Beim Einschmelzen ist jede Verunreinigung der Schmelze, insbesondere durch Kupfer oder Eisen, zu vermeiden. Die Reinigung der erfindungsgemässen dauerveredelten AlSiMg-Legierung erfolgt bevorzugt mittels einer Spülgasbehandlung mit inerten Gasen mittels Impeller.
  • Der Strontiumgehalt liegt bevorzugt zwischen 50 und 150 ppm und sollte im allgemeinen nicht unter 50 ppm fallen, da sonst das Giessverhalten verschlechtert werden kann.
  • Der Erfindung kann zusätzlich noch 0,05 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,15 bis 0,20 Gew.-% Zirkonium zugegeben werden.
  • Bevorzugt wird bei der erfindungsgemässen Legierung eine Kornfeinung durchgeführt. Hierzu kann der Legierung Galliumphosphid und/oder Indiumphosphid in einer Menge entsprechend 1 bis 250 ppm, vorzugsweise 1 bis 30 ppm Phosphor zugeführt werden. Zusätzlich kann die Legierung zur Kornfeinung auch Titan und Bor enthalten, wobei die Zugabe von Titan und Bor über eine Vorlegierung mit 1 bis 2 Gew.-% Titan und 1 bis 2 Gew.-% Bor, Rest Aluminium, erfolgt. Hierbei enthält die Vorlegierung bevorzugt 1,3 bis 1,8 Gew.-% Titan und 1,3 bis 1,8 Gew.-% Bor und weist ein Titan/Bor-Gewichtsverhältnis von etwa 0,8 bis 1,2 auf. Der Gehalt der Vorlegierung in der erfindungsgemässen Legierung wird bevorzugt auf 0,05 bis 0,5 Gew.-% eingestellt.
  • Die erfindungsgemässe Druckgusslegierung ist in hohem Mass geeignet zum Druckgiessen von Sicherheitsbauteilen, insbesondere zum Druckgiessen von Fahrzeugrädern wie beispielsweise Räder für Personenkraftwagen.
  • Die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierung ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle. Die Werte sind an Probestäben, herausgearbeitet aus Platten mit 2 bis 4 mm Wanddicke, ermittelt worden. Die angegebenen Bereiche zeigen die Leistungsfähigkeit der Legierung, wobei nach Magnesiumgehalt und Wanddicke entsprechend einzuschränken ist.
    Werkstoffzustand Rp0,2 N/mm² Rm N/mm² A₅ % HB 5/250-30
    F 120-150 250-290 5-10 75- 95
    T5 155-245 275-340 4- 9 90-110
    T4 95-140 210-260 15-22 60- 75
    T6 210-280 290-340 7-12 100-110
    T7 120-170 200-240 15-20 60- 75
  • Wärmebehandlungsparameter sind nach europäischer Norm (EN):
    • F
    = Gusszustand
    T5
    = nach Formentnahme abgeschreckt und warmausgelagert
    T4
    = lösungsgeglüht, abgeschreckt und (z.B. 144 h) kaltausgelagert
    T6
    = lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert
    T7
    = lösungsgeglüht, abgeschreckt und überaltert
  • Die Legierung zeichnet sich aus durch eine sehr gute Giessbarkeit, eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit sowie eine ausgezeichnete Schweissbarkeit.

Claims (9)

  1. Druckgusslegierung auf der Basis Aluminium-Silizum, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung
       9,5 bis 11,5 Gew.-% Silizium
       0,1 bis 0,5 Gew.-% Magnesium
       0,5 bis 0,8 Gew.-% Mangan
       max. 0,15 Gew.-% Eisen
       max. 0,03 Gew.-% Kupfer
       max. 0,10 Gew.-% Zink
       max. 0,15 Gew. -% Titan
    und als Rest Aluminium sowie zur Dauerveredelung 30 bis 300 ppm Strontium enthält.
  2. Druckgusslegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Strontium zwischen 50 und 150 ppm liegt.
  3. Druckgusslegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung zusätzlich 0,05 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,15 bis 0,20 Gew.-% Zirkonium enthält.
  4. Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung zur Kornfeinung Galliumphosphid und/oder Indiumphosphid in einer Menge entsprechend 1 bis 250 ppm, vorzugsweise 1 bis 30 ppm Phosphor enthält.
  5. Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung zur Kornfeinung Titan und Bor enthält, wobei die Zugabe von Titan und Bor über eine Vorlegierung mit 1 bis 2 Gew.-%
    Titan und 1 bis 2 Gew.-% Bor, Rest Aluminium, erfolgt.
  6. Druckgusslegierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlegierung 1,3 bis 1,8 Gew.-%
    Titan und 1,3 bis 1,8 Gew.-% Bor enthält und das Titan/Bor-Gewichtsverhältnis zwischen 0,8 und 1,2 liegt.
  7. Druckgusslegierung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,05 bis 0,5 Gew.-% der Vorlegierung enthält.
  8. Verwendung einer Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Druckgiessen von Sicherheitsbauteilen.
  9. Verwendung einer Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Druckgiessen von Fahrzeugrädern, insbesondere Räder für Personenkraftwagen.
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