EP2236637A2 - Druckgusskörper aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Gusslegierung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Druckgusskörper aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Gusslegierung und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

Info

Publication number
EP2236637A2
EP2236637A2 EP10003560A EP10003560A EP2236637A2 EP 2236637 A2 EP2236637 A2 EP 2236637A2 EP 10003560 A EP10003560 A EP 10003560A EP 10003560 A EP10003560 A EP 10003560A EP 2236637 A2 EP2236637 A2 EP 2236637A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
alloy
weight
silicon
die
calcium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10003560A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2236637A3 (de
Inventor
Babette Tonn
Hennadiy Zak
Olga Zak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Clausthal
Original Assignee
Technische Universitaet Clausthal
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Clausthal filed Critical Technische Universitaet Clausthal
Publication of EP2236637A2 publication Critical patent/EP2236637A2/de
Publication of EP2236637A3 publication Critical patent/EP2236637A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
    • F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
    • F02F2007/009—Hypereutectic aluminum, e.g. aluminum alloys with high SI content

Definitions

  • the invention relates to a die-cast body made of a hypereutectic aluminum-silicon casting alloy with more than 15 to 25 wt .-% silicon and a total of 0 to 10 wt .-% of minor constituents and ad 100 wt .-% aluminum, a process for the preparation of a Diecasting Body of This Alloy Containing Calcium and / or Strontium The manufacturing process enables the process-reliable and cost-effective production of wear-stressed cast aluminum parts by die casting.
  • hypereutectic aluminum-silicon alloys for wear-stressed components, such as cylinder crankcases, pistons, pumps, compressor housings, propellers has increased significantly.
  • the good wear resistance of these alloys is based on the presence of primary silicon precipitates in the structure, which should be present in an advantageous and homogeneous as possible size distribution and geometric shape.
  • a refining of the primary silicon with phosphorus has proved successful, which produces nuclei in the melt, at which point the primary silicon crystals are formed ( Foundry 78, 1991, No. 23, pp. 848-852 ).
  • the currently required high casting temperature for hypereutectic Al-Si alloys from 760 ° C to 800 ° C leads to significant decrease in the viscosity of the melt and significantly increases the risk of spewing out of the mold. This is further promoted by the high heat of crystallization released during the precipitation of primary silicon crystals. In addition, the oxidation and hydrogen uptake promoted by higher temperatures lead to increased formation of oxide inclusions and porosities.
  • the relatively high crystallization temperature of the primary silicon in known aluminum-silicon casting alloys for die casting enhances the abrasive effect of the primary silicon particles on the casting tools and thus significantly reduces their service life. All these factors lower the limits for the processing of hypereutectic Al-Si alloys by the die casting process.
  • the invention has for its object to provide an alloy and a method that enables a process-reliable and cost-effective production of wear-stressed aluminum castings in die casting.
  • the die-cast body according to the invention is one with the main alloying constituents aluminum and silicon, more precisely with silicon contents of> 15 wt. 25 wt .-%, and zirconium as a minor alloying ingredient in an amount of 0.005 to 0.3 wt .-%. It is a hypereutectic alloy.
  • the sum of the secondary alloy constituents should not exceed 18% by weight and preferably 10% by weight.
  • Particularly advantageous die-cast alloys are obtained if the silicon content is more than 16% by weight and more preferably more than 18% by weight.
  • the phosphorus content in the alloy is limited to a few ppm. It has been found that precisely the avoidance of phosphorus and the use of calcium or else strontium or a combination of the elements Ca and Sr brings about the desired effects. Phosphorus additives increase the crystallization temperature of the primary silicon, which inevitably leads to higher casting temperatures and higher precipitation temperatures of the abrasive primary silicon particles. The high mold wear with conventional hypereutectic Al-Si die cast alloys can therefore be attributed to the addition of phosphorus. According to the invention, therefore, the content of phosphorus is kept less than 0.002 wt .-% (20 ppm). Preferably, the phosphorus content does not exceed 10 ppm and more preferably not 9 ppm, more preferably not 7 ppm.
  • the carbon content is as low as possible. Carbon entrained by incompletely pure starting materials worsens the casting results.
  • the carbon content should therefore be less than 0.0007% by weight in the alloy according to the invention. be.
  • the results of the inventors show that the refining and formation of the primary silicon in die-cast alloys according to the invention is markedly improved by zirconium additions of 0.005 to 0.3% by weight, without increasing the precipitation temperature of the primary silicon crystals. This is because the Si2Zr particles formed upon Zr addition in the melt are less patent than AIP nuclei and require significant supercooling to be ineffective.
  • the inventively provided treatment of the hypereutectic aluminum-silicon melt by additions of calcium or strontium in effective amounts added causes a significant decrease in the excretion temperature of the primary silicon and makes it possible to significantly increase the casting temperatures of hypereutectic Al-Si alloys compared to the prior art to reduce.
  • Low casting temperatures and correspondingly higher viscosity of the melt ensure a low-risk processing of the pressure casting process without the risk of spillage.
  • Additional advantages are the lower thermal load of the casting tools and a significant increase in their service life. The mold wear is significantly reduced.
  • the shift of the precipitation temperature of the primary silicon at a later time ensures that this hard phase is formed only in the die, so that the long-known abrasive effect of the hard primary silicon crystals on the casting tools in the new process is eliminated.
  • the smaller solidification interval of the hypereutectic Al-Si alloys achieved with the method according to the invention contributes to the significant improvement in their hot cracking behavior, which is of great advantage, particularly in the production of monolithic engine blocks in die casting because of their elaborate ribbing.
  • the calcium or strontium addition according to the invention brings about an excellent microbial modification.
  • the essential features of the structure modification are a considerable refining and homogeneous distribution of the primary silicon particles and at the same time a good refinement of the Al-Si eutectic.
  • the primary silicon crystals are present in the microstructure in the desired polyhedral shape.
  • the long-sought combined refining of the primary silica and refining of the Al-Si eutectic are known to provide the best wear resistance and to improve the mechanical properties.
  • Total impurity elements should not exceed 0.6 wt% in The alloy may be present in order to exclude uncontrollable effects on the properties of the alloy. In particular, it should be ensured that the antimony content is below 0.01% by weight, since higher contents impair the effect of Ca and Sr.
  • primary silicon crystals in predominantly polyhedral form are present in the microstructure of the die-cast body according to the invention.
  • Star-shaped primary silicon crystals should not be present or only in small quantities.
  • the invention further comprises a process for producing a die-cast hypereutectic aluminum-silicon alloy with calcium and / or strontium addition.
  • the object of the invention is therefore also achieved by a method for producing a die-cast body, in which a hypereutectic Al-Si alloy containing calcium and / or strontium of each element or in total from 0.001 to less than 0.05 wt. % (? 0.001 to ⁇ 0.05 wt .-%), a content of phosphorus less than 0.002 wt .-% and a content of carbon less than 0.0007 wt .-% with mold filling times of 10 to 300 milliseconds processed by die casting is, wherein the excretion of the primary silicon takes place only in the mold.
  • the temperature of the melt in the casting chamber approx. between 670 ° C and 700 ° C.
  • the hypereutectic Al-Si alloys with silicon contents of more than 15 or 16 or 18 wt .-% are characterized by wide solidification intervals. Therefore, they require short mold filling times and rapid pressure build-up at mold filling end in order to avoid premature solidification and to achieve maximum pore compression.
  • the exact composition of the hypereutectic Al-Si alloy is preferred as described above.
  • the calcium may be added in the form of a calcium master alloy and / or the strontium may be added in the form of a strontium master alloy, for which AlCa10, AlSr90 and AlSr10 are used in particular.
  • castings made from the alloy according to the invention can be subjected to all heat treatments.
  • the cast part after the casting is subjected to a heat treatment, a mechanical treatment, a honing operation or a combination of several treatments.
  • the cast skin of the alloy according to the invention may be depleted of primary silicon by rapid solidification in the die casting process. Therefore, the primary silicon depleted edge zone can be removed. This can be z. B. by mechanical processing or by honing.
  • a wear-resistant product namely a die-cast part produced by the die casting method according to the invention for a technical component, in particular a piston, a cylinder crankcase, a bushing, a propeller, a propeller blade, a pump, a pump housing, a compressor housing, an engine block, or generally a machine or device part.
  • AlSi17Cu4Mg alloys were selected.
  • the test alloys with calcium and with phosphorus were produced in an electrically heated crucible furnace.
  • the addition of phosphorus to the comparative alloy was carried out with wire master alloy AlCu20P1,4.
  • the casting tests were carried out on the GDK 750 die casting machine (Müller Weingarten (Germany)) with a casting speed of 50 m / s.
  • the casting temperature was 700 ° C and the mold temperature was 180 ° C.
  • the properly discharged with the inventive method test specimen is in Fig. 1 shown.
  • Table 1 shows the composition of the alloys investigated.
  • Table 1. Composition of Al-Si Cast Alloys, wt% Si Ca P Cu Ni mg Fe Mn Cr Ti Zr Erf.Leg 16.5 0,007 0.0009 3.7 0.02 0.6 0.18 0.14 0.03 0.07 0.005 Leg. Gem. State of the art 16.5 0.0009 0.005 3.9 0.03 0.6 0.16 0.16 0.04 0.05 -
  • Fig. 2 represents the casting technology advantages of the method according to the invention over the prior art convincing.
  • the lowering of the excretion temperature of the primary silicon by 27 ° C by treatment of the melt with 70 ppm of calcium is clearly visible.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Ein Druckgusskörper aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Gusslegierung mit mehr als 15 bis zu 25 Gew.-% Silizium, 0,005 bis 0,3 Gew.-% Zirkonium und mit insgesamt 0 bis 10 Gew.-% an weiteren Nebelegierungsbestandteilen sowie ad 100 Gew.-% Aluminium wird mit einem Druckgussverfahren so hergestellt, dass die Ausscheidung des Primärsiliziums erst in der Gießform erfolgt. Dies wird durch einen Gehalt in der Legierung an Calcium und/oder Strontium von je Element oder in Summe ab 0,001 bis kleiner 0,05 Gew.-% erreicht, wobei der Gehalt an Phosphor kleiner als 0,002 Gew.-% und der Gehalt an Kohlenstoff kleiner als 0,0007 Gew.-% eingestellt wird. Die Erfindung vermindert den Formenverschleiß.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Druckgusskörper aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Gusslegierung mit mehr als 15 bis zu 25 Gew.-% Silizium und mit insgesamt 0 bis 10 Gew.-% an Nebenlegierungsbestandteilen sowie ad 100 Gew.-% Aluminium, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgusskörpers aus dieser Legierung, die Calcium und/oder Strontium enthält Das Herstellungsverfahren ermöglichtdie prozesssichere und kosteneffektive Herstellung von verschleißbeanspruchten Aluminiumgussteilen im Druckguss.
  • In letzter Zeit hat der Einsatz von übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen für verschleißbeanspruchte Bauteile, wie Zylinderkurbelgehäuse, Kolben, Pumpen, Kompressorgehäuse, Propeller erheblich zugenommen. Die gute Verschleißbeständigkeit von diesen Legierungen beruht auf der Anwesenheit von Primärsiliziumausscheidungen im Gefüge, die in einer vorteilhaften und möglichst homogenen Größenverteilung und geometrischen Form vorliegen sollen. Um dies zu erreichen, hat sich eine Feinung des Primärsiliziums mit Phosphor bewährt, welches in der Schmelze Keime erzeugt, an denen dann die primären Siliziumkristalle entstehen (Gießerei 78, 1991, Nr. 23, S. 848-852).
  • Aus der EP 1 683 881 A1 ist eine verbesserte Al-Si-Legierung mit 6 bis 22 Gew.-% Si bekannt, die für die Druckgießverfahren entwickelt wurde. Zur Reduzierung der Klebeneigung liegt der Strontiumgehalt in dieser Legierung im Bereich von 0,05 bis 0,2 Gew.-% vor. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, dass die im Patent EP 1 683 881 A1 angegebenen Strontiumgehalte eine ungewünschte Änderung der Morphologie des Primärsiliziums von polyedrisch auf sternförmig hervorrufen. Die weiteren Folgen sind eine merkbare Vergröberung der Primärsiliziumkristalle und eine deutliche Abnahme des Volumenanteils dieser harten Phase im Gefüge.
  • Aus der EP 1 978 120 A1 ist eine Aluminium-Silizium-Gusslegierung mit einem gezielt eingestellten, geringen Kohlenstoffgehalt von 0,0007 bis 0,1 Gew.-% bekannt. Diese Legierung besitzt eine gute Duktilität bei gleichzeitig geringer Korrosionsanfälligkeit.
  • Die derzeit erforderliche hohe Gießtemperatur für übereutektische Al-Si-Legierungen von 760 °C bis 800 °C führt zu merklicher Abnahme der Viskosität der Schmelze und steigert erheblich die Gefahr des Herausspritzens aus der Form. Dies wird zusätzlich durch die hohe freiwerdende Kristallisationswärme bei der Ausscheidung von Primärsiliziumkristallen begünstigt. Die durch höhere Temperaturen geförderte Oxidation und Wasserstoffaufnahme führen darüber hinaus zur verstärkten Bildung von Oxideinschlüssen und Porositäten. Die relativ hohe Kristallisationstemperatur des Primärsiliziums in bekannten Aluminium-Silizium-Gusslegierungen für den Druckguss verstärkt die abrasive Wirkung der Primärsiliziumteilchen auf die Gießwerkzeuge und vermindert damit erheblich ihre Standzeit. All diese Faktoren setzen die Grenzen für die Verarbeitung der übereutektischen Al-Si-Legierungen mit dem Druckgießverfahren herab.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Legierung und ein Verfahren bereitzustellen, das eine prozesssichere und kosteneffektive Herstellung von verschleißbeanspruchten Aluminiumgussteilen im Druckguss ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, nämlich durch gezielte Einstellung von Calcium und/oder Strontium in den übereutektischen Al-Si-Legierungen in wirksamen Mengen von ab 0,001 (≥0,001) Gew.-% bis kleiner 0,05 (< 0,05) Gew.-%, vorzugsweise bis < 0,04 Gew.-%, weiter vorzugsweise bis < 0,03 Gew.-%.
  • Der erfindungsgemäße Druckgusskörper ist eine solche mit den Hauptlegierungsbestandteilen Aluminium und Silizium, genauer mit Siliziumgehalten von >15 Gew.-% bis ? 25 Gew.-%, sowie Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteil in einer Menge von 0,005 bis 0,3 Gew.-%. Es handelt sich um eine übereutektische Legierung. Die Summe der Nebenlegierungsbestandteile soll dabei 18 Gew.-% und vorzugsweise 10 Gew.-% nicht überschreiten.
  • Besonders vorteilhafte Druckgusslegierungen erhält man, wenn der SiliziumGehalt über 16 Gew.-.% und weiter vorzugsweise über 18 Gew.-% ist.
  • Für die Erfindung ist wesentlich, dass der Phosphorgehalt in der Legierung auf wenige ppm begrenzt ist. Es wurde gefunden, dass gerade die Vermeidung von Phosphor und der Einsatz von Calcium oder auch Strontium oder einer Kombination der Elemente Ca und Sr die gewünschten Effekte erbringt. Phosphorzusätze erhöhen die Kristallisationstemperatur des Primärsiliziums, was zu zwangsläufig höheren Gießtemperaturen und höheren Ausscheidungstemperaturen der abrasiven primären Siliziumteilchen führt. Der hohe Formverschleiß mit konventionellen übereutektischen Al-Si-Druckgusslegierungen kann daher auf den Zusatz von Phosphor zurückgeführt werden. Erfindungsgemäß wird daher der Gehalt an Phosphor kleiner als 0,002 Gew.-% (20 ppm) gehalten. Vorzugsweise übersteigt der Phosphorgehalt nicht 10 ppm und weiter vorzugsweise nicht 9 ppm, besonders bevorzugt nicht 7 ppm.
  • Ferner wurde gefunden, dass es wesentlich ist, dass der Kohlenstoffgehalt möglichst gering ist. Durch nicht vollständig reine Ausgangsmaterialien eingeschleppter Kohlenstoff verschlechtert die Gießergebnisse. Der Kohlenstoffgehalt soll daher in der erfindungsgemäßen Legierung kleiner als 0,0007 Gew.-% sein.
  • Die Ergebnisse der Erfinder zeigen, dass die Feinung und Ausbildungsform des Primärsiliziums in erfindungsgemäßen Druckguss-Legierungen durch Zirkoniumzusätze von 0,005 bis 0,3 Gew.-% deutlich verbessert wird, ohne die Ausscheidungstemperatur der primären Siliziumkristalle zu erhöhen. Dies liegt daran, dass die nach Zr-Zugabe in der Schmelze gebildeten Si2Zr-Teilchen weniger patent sind als AIP-Keime und eine merkliche Unterkühlung benötigen, um keinmwirksam zu werden.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Behandlung der übereutektischen Aluminium-Silizium-Schmelze durch Zusätze von Calcium oder Strontium in effektiven Zugabemengen bewirkt eine erhebliche Abnahme der Ausscheidungstemperatur des Primärsiliziums und macht es möglich, die Gießtemperaturen von übereutektischen Al-Si-Legierungen im Vergleich zum Stand der Technik deutlich zu reduzieren. Niedrige Gießtemperaturen und dementsprechend höhere Viskosität der Schmelze gewährleisten eine risikoarme Abwicklung des Druckgießverfahrens ohne Gefahr des Herausspritzens. Zusätzliche Vorteile sind die geringere thermische Belastung der Gießwerkzeuge und erhebliche Steigerung ihrer Standzeit. Der Formverschleiß wird deutlich herabgesetzt. Weiterhin sorgt die Verschiebung der Ausscheidungstemperatur des Primärsiliziums zum späteren Zeitpunkt dafür, dass diese harte Phase erst in der Druckgießform entsteht, so dass die längst bekannte abrasive Wirkung der harten Primärsiliziumkristalle auf die Gießwerkzeuge im neuen Verfahren entfällt.
    Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte kleinere Erstarrungsintervall der übereutektischen Al-Si-Legierungen trägt darüber hinaus zur deutlichen Verbesserung ihres Warmrissverhaltens bei, was besonders bei der Herstellung von monolithischen Motorblöcken im Druckguss wegen ihrer aufwändigen Verrippung von großem Vorteil ist.
  • Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Calcium- bzw. Strontiumzugabe eine ausgezeichnete Gefügemodifizierung mit sich bringt. Die wesentlichen Merkmale der Gefügemodifizierung sind eine erhebliche Feinung und homogene Verteilung der Primärsiliziumteilchen und gleichzeitig eine gute Veredelung des Al-Si-Eutektikums. Dabei liegen die Primärsiliziumkristalle im Gefüge in der gewünschten polyedrischen Form vor. Die seit langem angestrebte kombinierte Feinung des Primärslilziums und Veredeltung des Al-Si-Eutektikums gewährleisten bekanntlich die beste Verschleißfestigkeit und führen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.
  • Grundsätzlich sind dem Fachmann geeignete Nebenlegierungselemente für Aluminium-Silizium-Legierungen, die im Druckguss zu technischen Komponenten weiterverarbeitet werden sollen, bekannt. Die Nebenlegierungskomponenten verleihen der Legierung spezielle Eigenschaften, die für die Gebrauchseignung wesentlich sind. In Weiterbildung der Erfindung sind als mögliche Nebenlegierungsbestandteile vorgesehen:
    • 0 bis 6 Gew.-% Kupfer (Cu),
    • 0 bis 1 Gew.-% Magnesium (Mg),
    • 0 bis 2 Gew.-% Eisen (Fe),
    • 0 bis 3 Gew.-% Nickel (Ni),
    • 0 bis 0,3 Gew.-% Chrom (Cr),
    • 0 bis 1 Gew.-% Mangan (Mn),
    • 0 bis 3 Gew.-% Zink (Zn),
    • 0 bis 0,5 Gew.-% Cobalt (Co),
    • 0 bis 0,3 Gew.-% Titan (Ti),
    • 0 bis 0,1 Gew.-% Bor (B),
    • 0 bis 0,1 Gew.-% Vanadium (V).
  • Von diesen Bestandteilen können einzelne oder mehrere zugefügt werden.
  • An Verunreinigungselementen sollten insgesamt nicht mehr als 0,6 Gew.-% in der Legierung vorhanden sein, um unkontrollierbare Effekte auf die Eigenschaften der Legierung ausschließen zu können. Verunreinigungselemente sind hier insbesondere Sn, Pb, Bi und Sb. Besonders ist darauf zu achten, dass der Antimongehalt unter 0,01 Gew.-% liegt, da höhere Gehalte die Wirkung von Ca und Sr beeinträchtigen.
  • Vorzugsweise sind in dem Gefüge der erfindungsgemäßen Druckgusskörper Primärsiliziumkristalle in vorwiegend polyedrischer Form vorhanden. Sternförmige Primärsiliziumkristalle sollten nicht oder nur in geringer Menge vorhanden sein.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Primärsiliziumkristalle im Gefüge einen mittleren Durchmesser (= (maximale Ausdehnung des Teilchens + minimale Ausdehnung des Teilchens )/2) von 50 µm, vorzugsweise 20 µm, weiter vorzugsweise 10µm und besonders bevorzugt 7 µm nicht überschreiten, bzw. im Mittel nicht überschreiten.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer im Druckguss verarbeitbaren übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung mit Calcium- und/oder Strontium-Zugabe.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird daher auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgusskörpers, bei welchem eine übereutektische Al-Si-Legierung mit einem Gehalt an Calcium und/oder Strontium von je Element oder in Summe ab 0,001 bis kleiner 0,05 Gew.-% (?0,001 bis < 0,05 Gew.-%), einem Gehalt an Phosphor kleiner als 0,002 Gew.-% und einem Gehalt an Kohlenstoff kleiner als 0,0007 Gew.-% mit Formfüllzeiten von 10 bis 300 Millisekunden im Druckguss verarbeitet wird, wobei die Ausscheidung des Primärsiliziums erst in der Gießform erfolgt.
  • Je nach Siliziumgehalt kann die Temperatur der Schmelze in der Gießkammer ca. zwischen 670 °C und 700 °C liegen.
  • Die übereutektischen Al-Si-Legierungen mit Siliziumgehalten von über 15 bzw. 16 oder 18 Gew.-% zeichnen sich durch breite Erstarrungsintervalle aus. Daher benötigen sie kurze Formfüllzeiten und raschen Druckaufbau bei Formfüllende, um vorzeitige Erstarrung zu vermeiden und maximale Porenverdichtung zu erzielen.
  • Die genaue Zusammensetzung der übereutektischen Al-Si-Legierung ist dabei bevorzugt wie oben beschrieben.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann das Calcium in Form einer Calcium-Vorlegierung und/oder das Strontium in Form einer Strontium-Vorlegierung zugefügt wird, wofür insbesondere AlCa10, AlSr90 und AlSr10 verwendet werden.
  • Obwohl bereits im Gusszustand gute mechanische Werte vorhanden sind, können aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellte Gussteile allen Wärmebehandlungen unterzogen werden. In Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass das Druckgussteil nach dem Gießen einer Wärmebehandlung, einer mechanischen Bearbeitung , einer Honoperation oder einer Kombination mehrerer Behandlungen unterzogen wird.
  • Die Gusshaut der erfindungsgemäßen Legierung kann durch rasche Erstarrung beim Druckgießverfahren an Primärsilizium verarmt sein. Daher kann die an Primärsilizium verarmte Randzone entfernt werden. Dies kann z. B. durch mechanische Bearbeitung oder auch durch Honoperation erfolgen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich auch gelöst durch die Verwendung eines verschleißfesten Erzeugnisses nämlich eines mit dem erfindungsgemäßen Druckguss-Verfahren hergestellten Druckgussteils für ein technisches Bauteil, insbesondere einen Kolben, ein Zylinderkurbelgehäuse, eine Laufbuchse, einen Propeller, ein Propellerblatt, eine Pumpe, ein Pumpengehäuse, ein Kompressorgehäuse, einen Motorblock, bzw. allgemein ein Maschinen- oder Geräteteil.
  • Unter Bezugnahme auf die Abbildungen soll die Erfindung anhand eines Beispiels noch näher erläutert werden, ohne dass die Erfindung auf dieses Beispiel beschränkt wäre.
    • Fig. 1
    zeigt einen im Druckgießverfahren abgegossenen Probekörper;
    Fig. 2
    zeigt die Abkühlungskurven einer Legierung AlSi17Cu4Mg mit 50 ppm Phosphor und einer erfindungsgemäßen Legierung AlSi17Cu4Mg mit 70 ppm Calcium;
    Fig. 3
    zeigt das Mikrogefüge einer erfindungsgemäßen Legierung AlSi17Cu4Mg unter Zugabe von 70 ppm Calcium, x 500.
    Beispiel
  • Stellvertretend für die große Gruppe der übereutektischen Al-Si-Gusslegierungen wurden die Legierungen der Gruppe AlSi17Cu4Mg ausgewählt. Die Versuchslegierungen mit Calcium und mit Phosphor wurden in einem elektrisch beheizten Tiegelofen hergestellt. Die Zugabe von Calcium erfolge mit Hilfe der handelsüblichen Vorlegierung AlCa10. Die Zugabe von Phosphor zur Vergleichslegierung erfolgte mit Draht-Vorlegierung AlCu20P1,4. Die Gießversuche wurden an der Druckgießmaschine GDK 750 (Fa. Müller Weingarten (Deutschland)) mit einer Gießgeschwindigkeit von 50 m/s durchgeführt. Die Gießtemperatur betrug 700 °C und die Kokillentemperatur lag bei 180 °C. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einwandfrei abgegossene Probekörper ist in Fig. 1 gezeigt.
  • Die Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung der untersuchten Legierungen. Tabelle 1. Zusammensetzung der Al-Si-Gusslegierungen, Gew.-%
    Si Ca P Cu Ni Mg Fe Mn Cr Ti Zr
    Erf.Leg 16,5 0,007 0,0009 3,7 0,02 0,6 0,18 0,14 0,03 0,07 0,005
    Leg. Gem. Stand der Technik 16,5 0,0009 0,005 3,9 0,03 0,6 0,16 0,16 0,04 0,05 -
  • Fig. 2 stellt die gießtechnologischen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik überzeugend dar. Die Absenkung der Ausscheidungstemperatur des Primärsiliziums um 27 °C durch Behandlung der Schmelze mit 70 ppm Calcium ist deutlich zu sehen.
  • Im Mikrogefüge der mit dem neuen Verfahren abgegossenen Legierung wurde gleichzeitig eine gute Veredelung und eine gute Feinung des Primärsiliziums (7 µm) erreicht, Fig. 3.

Claims (9)

  1. Druckgusskörper aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Gusslegierung mit mehr als 15 bis zu 25 Gew.-% Silizium, 0,005 bis 0,3 Gew.-% Zirkonium und mit insgesamt 0 bis 10 Gew.-% an weiteren Nebenlegierungsbestandteilen sowie ad 100 Gew.-% Aluminium, gekennzeichnet durch einen Gehalt in der Legierung an Calcium und/oder Strontium von je Element oder in Summe ab 0,001 bis kleiner 0,05 Gew.%, wobei der Gehalt an Phosphor kleiner als 0,002 Gew.-% und der Gehalt an Kohlenstoff kleiner als 0,0007 Gew.-% ist.
  2. Druckgusskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nebenlegierungsbestandteil wenigstens eines der folgenden Elemente in der Legierung vorhanden ist:
    0 bis 6 Gew.-% Kupfer (Cu),
    0 bis 1 Gew.-% Magnesium (Mg),
    0 bis 2 Gew.-% Eisen (Fe),
    0 bis 3 Gew.-% Nickel (Ni),
    0 bis 0,3 Gew.-% Chrom (Cr),
    0 bis 1 Gew.-% Mangan (Mn),
    0 bis 3 Gew.-% Zink (Zn),
    0 bis 0,5 Gew.-% Cobalt (Co),
    0 bis 0,3 Gew.-% Titan (Ti),
    0 bis 0,1 Gew.-% Bor (B),
    0 bis 0,1 Gew.-% Vanadium (V).
  3. Druckgusskörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verunreinigungselemente insgesamt in einem Gehalt von nicht mehr als 0,6 Gew.-% in der Legierung vorhanden sind.
  4. Druckgusskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärsiliziumkristalle im Gefüge einen mittleren Durchmesser von 50 µm nicht überschreiten.
  5. Druckgusskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Gefüge Primärsiliziumkristalle in polyedrischer Form vorhanden sind.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Druckgusskörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die übereutektische AlSi-Legierung mit Formfüllzeiten von 10 bis 300 Millisekunden im Druckguss verarbeitet wird, wobei die Ausscheidung des Primärsiliziums erst in der Gießform erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Calcium in Form einer Calcium-Vorlegierung und/oder das Strontium in Form einer Strontium-Vorlegierung zugefügt wird, wofür insbesondere AlCa10, AlSr90 und AlSr10 verwendet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgussteil nach dem Gießen einer Wärmebehandlung, einer mechanischen Bearbeitung oder einer Honoperation unterzogen wird.
  9. Verwendung des mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8 erhältlichen Druckgusskörpers für, technische Bauteile, insbesondere Kolben, Zylinderkurbelgehäuse, Laufbuchsen, Propeller, Propellerblätter, Pumpe, Pumpengehäuse, Kompressorgehäuse, Motorblock, ein Maschinen- oder Geräteteile.
EP10003560A 2009-04-03 2010-03-31 Druckgusskörper aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Gusslegierung und Verfahren zu dessen Herstellung Withdrawn EP2236637A3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910016111 DE102009016111B4 (de) 2009-04-03 2009-04-03 Druckgusskörper aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Gusslegierung und Verfahren zu dessen Herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2236637A2 true EP2236637A2 (de) 2010-10-06
EP2236637A3 EP2236637A3 (de) 2011-12-14

Family

ID=42342581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10003560A Withdrawn EP2236637A3 (de) 2009-04-03 2010-03-31 Druckgusskörper aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Gusslegierung und Verfahren zu dessen Herstellung

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2236637A3 (de)
DE (1) DE102009016111B4 (de)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105132761A (zh) * 2015-09-18 2015-12-09 张家港市和伟五金工具厂 一种铝合金
CN106435296A (zh) * 2016-11-10 2017-02-22 无锡市明盛强力风机有限公司 一种变质铝硅合金活塞
CN106566962A (zh) * 2016-11-10 2017-04-19 无锡市明盛强力风机有限公司 一种铝硅合金活塞
CN107083505A (zh) * 2017-05-16 2017-08-22 苏州莱特复合材料有限公司 一种耐热铝合金及其制备方法和应用
CN109022951A (zh) * 2018-10-24 2018-12-18 广西大学 一种耐磨多元铝硅基合金及其制备方法
CN109136676A (zh) * 2018-09-26 2019-01-04 广西大学 一种铝硅锆合金及其制备方法
CN109735748A (zh) * 2019-01-31 2019-05-10 中国兵器科学研究院宁波分院 一种耐热铸造铝合金活塞材料及其制备方法
CN110241332A (zh) * 2019-06-27 2019-09-17 广东顺博铝合金有限公司 一种耐磨铝合金及其制备
CN110328331A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 沛县大屯电石厂 一种便于开模的镍合金生产用模具
CN121023318A (zh) * 2025-10-28 2025-11-28 湖北腾升科技股份有限公司 一种压铸铝合金材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1683881A1 (de) 2005-01-25 2006-07-26 Brunswick Corporation Aluminium-Silizium-Legierung mit reduzierter Neigung zum Kleben an Druckgussformen
EP1978120A1 (de) 2007-03-30 2008-10-08 Technische Universität Clausthal Aluminium-Silizium-Gussleglerung und Verfahren zu Ihrer Herstellung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU536976B2 (en) * 1980-09-10 1984-05-31 Comalco Limited Aluminium-silicon alloys
US4812290A (en) * 1986-09-08 1989-03-14 Kb Alloys, Inc. Third element additions to aluminum-titanium master alloys
CA2064807A1 (en) * 1989-08-09 1991-02-10 Kevin Phillip Rogers Casting of modified al base-si-cu-ni-mg-mn-zr hypereutectic alloys
WO1999036593A1 (en) * 1998-01-20 1999-07-22 Moltech Invent S.A. Slurry for coating non-carbon metal-based anodes for aluminium production cells
DE69922924T2 (de) * 1998-01-20 2005-12-15 Moltech Invent S.A. Kohlenstoff-freie anoden auf basis von metallen für aluminium-elektrogewinnungszellen
FI981742A0 (fi) * 1998-08-12 1998-08-12 Foster Wheeler Energia Oy Nestepakkauskartonki jätemateriaalin kierrätysprosessi ja laite nestepakkauskartonkijätemateriaalin kierrättämiseksi

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1683881A1 (de) 2005-01-25 2006-07-26 Brunswick Corporation Aluminium-Silizium-Legierung mit reduzierter Neigung zum Kleben an Druckgussformen
EP1978120A1 (de) 2007-03-30 2008-10-08 Technische Universität Clausthal Aluminium-Silizium-Gussleglerung und Verfahren zu Ihrer Herstellung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GIESSEREI, vol. 78, no. 23, 1991, pages 848 - 852

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105132761A (zh) * 2015-09-18 2015-12-09 张家港市和伟五金工具厂 一种铝合金
CN106435296A (zh) * 2016-11-10 2017-02-22 无锡市明盛强力风机有限公司 一种变质铝硅合金活塞
CN106566962A (zh) * 2016-11-10 2017-04-19 无锡市明盛强力风机有限公司 一种铝硅合金活塞
CN107083505A (zh) * 2017-05-16 2017-08-22 苏州莱特复合材料有限公司 一种耐热铝合金及其制备方法和应用
CN107083505B (zh) * 2017-05-16 2019-01-25 安徽枫颍铝业有限公司 一种耐热铝合金及其制备方法和应用
CN109136676A (zh) * 2018-09-26 2019-01-04 广西大学 一种铝硅锆合金及其制备方法
CN109022951A (zh) * 2018-10-24 2018-12-18 广西大学 一种耐磨多元铝硅基合金及其制备方法
CN109735748A (zh) * 2019-01-31 2019-05-10 中国兵器科学研究院宁波分院 一种耐热铸造铝合金活塞材料及其制备方法
CN110241332A (zh) * 2019-06-27 2019-09-17 广东顺博铝合金有限公司 一种耐磨铝合金及其制备
CN110328331A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 沛县大屯电石厂 一种便于开模的镍合金生产用模具
CN121023318A (zh) * 2025-10-28 2025-11-28 湖北腾升科技股份有限公司 一种压铸铝合金材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2236637A3 (de) 2011-12-14
DE102009016111A1 (de) 2010-10-14
DE102009016111B4 (de) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009016111B4 (de) Druckgusskörper aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Gusslegierung und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1978120B1 (de) Aluminium-Silizium-Gussleglerung und Verfahren zu Ihrer Herstellung
DE102007023323B4 (de) Verwendung einer Al-Mn-Legierung für hochwarmfeste Erzeugnisse
DE112007000673B4 (de) Magnesiumlegierung mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit und Verfahren zu deren Herstellung
EP0224016B1 (de) Aluminium-Knetlegierung des Typs A1/Cu/Mg mit hoher Festigkeit im Temperaturbereich zwischen 0 und 250o C
DE69502867T2 (de) Hochfeste Aluminiumlegierung
DE60100370T2 (de) Druckgussmagnesiumlegierung
DE69501509T2 (de) Verschliessfeste Gusslegierung aus Aluminium und Verfahren zur Herstellung
DE19925666C1 (de) Zylinderkopf- und Motorblockgußteil
DE102017114162A1 (de) Hochfeste und hochkriechresistente aluminiumgusslegierungen und hpdc-motorblöcke
DE4103934A1 (de) Fuer kolben geeignete aluminiumlegierung
EP3235917A1 (de) Druckgusslegierung
DE3788387T2 (de) Dispersionsverstärkte Aluminiumlegierungen.
WO2017174185A1 (de) Aluminiumlegierung, insbesondere für ein giessverfahren, sowie verfahren zum herstellen eines bauteils aus einer solchen aluminiumlegierung
EP1718778B1 (de) Werkstoff auf der basis einer aluminium-legierung, verfahren zu seiner herstellung sowie verwendung hierfür
DE202006006518U1 (de) Aluminiumgusslegierung
EP3638820A1 (de) Monotektische aluminium-gleitlagerlegierung und verfahren zu seiner herstellung und damit hergestelltes gleitlager
DE3344450A1 (de) Motormaentel auf basis von aluminiumlegierungen und intermetallischen verbindungen und verfahren zu deren herstellung
DE60210899T2 (de) Hochfeste und kriechbeständige Magnesiumlegierungen
DD299075A5 (de) Aluminium-lithium, aluminium-magnesium und magnesium-lithium-legierungen mit hoher widerstandsfaehigkeit
EP0702094B1 (de) Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung
DE3874150T2 (de) Gegenstaende aus aluminium-siliciumlegierung und verfahren zur herstellung.
EP0219629A1 (de) Hochwarmfeste Aluminiumlegierung und Verfahren zur ihrer Herstellung
EP1340827B1 (de) Aluminium-silizium-gusslegierung sowie daraus hergestellter kolben und gussstück
DE69120299T2 (de) Übereutektisches aluminium-silikon-pulver und dessen herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA ME RS

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA ME RS

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: B22D 17/00 20060101ALI20111110BHEP

Ipc: C22C 21/04 20060101AFI20111110BHEP

17P Request for examination filed

Effective date: 20120526

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20131001