WO2020260017A1 - Cr-reiche al-legierung mit hoher druck- und scherfestigkeit - Google Patents

Cr-reiche al-legierung mit hoher druck- und scherfestigkeit Download PDF

Info

Publication number
WO2020260017A1
WO2020260017A1 PCT/EP2020/066039 EP2020066039W WO2020260017A1 WO 2020260017 A1 WO2020260017 A1 WO 2020260017A1 EP 2020066039 W EP2020066039 W EP 2020066039W WO 2020260017 A1 WO2020260017 A1 WO 2020260017A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
weight
alloy
group
component
particularly preferably
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/066039
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Palm
Marko BÄRTL
Original Assignee
Airbus Defence and Space GmbH
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 Airbus Defence and Space GmbH filed Critical Airbus Defence and Space GmbH
Priority to KR1020227002141A priority Critical patent/KR20220029672A/ko
Priority to JP2021577680A priority patent/JP2022538334A/ja
Priority to CN202080047015.7A priority patent/CN114008228A/zh
Priority to EP20732200.9A priority patent/EP3990674A1/de
Publication of WO2020260017A1 publication Critical patent/WO2020260017A1/de
Priority to US17/560,633 priority patent/US20220186346A1/en

Links

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
    • 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
    • C22C21/003—Alloys based on aluminium containing at least 2.6% of one or more of the elements: tin, lead, antimony, bismuth, cadmium, and titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408—Light metal alloys
    • C22C1/0416—Aluminium-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to an Al alloy containing Cr, a component comprising such an alloy, a method for producing the alloy and the construction, and a vehicle comprising a corresponding component.
  • NanoAl (USA) has an AI material concept which, by adding larger amounts of rare earth (rare earth) metals, improves the material characteristics, while the toughness properties also remain at a high level (e.g. elongation at break> 15 - 20 %).
  • the rare earth metals also result in high costs.
  • this object is achieved by a Cr-containing aluminum alloy with the features of claim 1, a method for producing a component from a Cr-containing Al alloy with the features of patent claim 4, a component formed by the method with the features of claim 10, a component with the features of claim 1 1, a vehicle with the features of claim 13, a method for the manufacture of an Al alloy containing Cr with the features of claim 14, as well as a method for producing a component comprising an Al alloy containing Cr.
  • AlICr alloys show unusual compressive strength behavior.
  • the compressive strength and compression deformation values are significantly (> 25%) above those of AlMgSc alloys and more than twice as high (> 50%) as are among the established AISi (Mg) alloys. Consequently, a Cr-containing Al alloy according to the invention is particularly suitable for newly established Al material concepts for pressure, stability and / or crash-loaded structures and components, in particular based on LPB-S production.
  • FIG. 1 shows schematically a method according to the invention for producing a component.
  • FIG. 2 an embodiment of the method for producing a component is shown schematically.
  • FIG. 3 also shows schematically a method according to the invention for producing an Al alloy containing Cr.
  • a component is not particularly restricted within the scope of the invention and can in particular be any (partial) piece that can be manufactured for a structure, an assembly, a machine, etc.
  • a molded part is a molded part that is formed through a molding process.
  • the lanthanoids include the elements La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.
  • Quantities in the context of the present invention relate to% by weight, unless otherwise stated or evident from the context.
  • the% by weight in an alloy, a component, etc. add up to 100% by weight, unless otherwise stated or evident from the context.
  • the present invention relates to an Al alloy containing Cr, consisting of
  • 0.0-6.0% by weight preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.8-3.0% by weight, particularly preferably 1.0-2.0% by weight at least of an element which is selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, with up to 3 elements which are selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, are included,
  • 0.0-6.0% by weight preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.5-3.0% by weight, particularly preferably 0.7-2.0% by weight at least an element selected from the group consisting of Sc, Y, and the lanthanoids, 0.0-2.5% by weight, preferably 0.2-2.0% by weight, more preferably 0.4-1.5% by weight, particularly preferably 0.6-1.0% by weight, at least one Element selected from the group consisting of B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, and Pb,
  • the Al alloy containing Cr is characterized by a relatively high chromium content of 0.5-20.0% by weight, preferably 1.0-10.0% by weight, more preferably 2.0-8.0% by weight .%, even more preferably 3.5-7% by weight, particularly preferably 4.0-6.0% by weight of Cr.
  • an alloy according to the invention is based on an AlCr5 alloy (with 5 wt.% Cr).
  • the Cr-containing Al alloy according to the invention contains 0.0-6.0% by weight, preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.8-3.0% by weight, particularly preferably 1 , 0-2.0% by weight of at least one element which is selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, with up to 3 elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, are included.
  • the Cr-containing Al alloy can therefore, for example based on an AlCr base alloy, contain up to 3 transition metals of the 4th - 10th main group (HG) of the Periodic System of the Elements (PSE), the group of noble metals or . of refractory precious metals (HG 7. - 10. / Levels 5 - 6) is excluded. Accordingly, mixtures of up to 3 elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni can also be contained in the alloy .
  • the amount stated is 0.0-6.0% by weight, preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.8-3.0% by weight, particularly preferably 1.0-2.0% by weight .% of the at least one element which is selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in each case relates to the amount of a single element gen of the elements in wt.%.
  • the Al alloy according to the invention containing Cr can contain 0.0-12.0% by weight, preferably 0.6-10.0% by weight, more preferably 1.6 to 6.0 % By weight, particularly preferably 2.0-4.0% by weight, of the two elements mentioned in total, and if 3 of the elements mentioned are included, the Cr-containing Al alloy according to the invention can contain 0.0-18, 0% by weight, preferably 0.9-15.0% by weight, more preferably 2.4 to 9.0% by weight, particularly preferably 3.0-6.0% by weight, of the two elements mentioned in total , each element in an amount of 0.0-6.0% by weight, preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.8-3.0% by weight, particularly preferably 1.0 - 2.0% by weight is included.
  • Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co and Ni is contained in the alloy, at least Mn and / or Zr is contained according to certain embodiments. According to certain embodiments, Mn and Zr are included.
  • the Cr-containing Al alloy according to the invention can contain 0.0-6.0% by weight, e.g.
  • 0.1-5.5% by weight preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.5-3.0% by weight, particularly preferably 0.7-2.0% by weight at least an element selected from the group consisting of Sc, Y, and the lanthanoids. It is therefore not excluded that none of the elements selected from the group consisting of Sc, Y, and the lanthanoids are included. Mi- Mixtures of elements selected from the group consisting of Sc, Y, and the lanthanoids may be contained in the alloy.
  • the Al alloy containing Cr according to the invention contains 0.0-6.0% by weight, preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.5-3.0% by weight, particularly preferably 0.7-2.0% by weight of up to 3 elements of the third HG including their extension to the group of lanthanoids (rare earth metals (SE)).
  • SE rare earth metals
  • 0.0-12.0% by weight for example 0.2-1 1% by weight, preferably 0 , 6-10.0% by weight, more preferably 1.0-6.0% by weight, particularly preferably 1.4-4.0% by weight
  • of the two elements may be contained in total, and if they contain 3 elements are selected from the group consisting of Sc, Y, and the lanthanoids, 0.0-18% by weight, for example 0.3-16.5% by weight, preferably 0.9-15.0% by weight .%, more preferably 1.5-9.0% by weight, particularly preferably 2.1-6.0% by weight of the 3 elements in total, with each element in an amount of 0.0-6, 0% by weight, e.g.
  • the amount of the sum of the elements selected from the group consisting of Sc, Y, and the Lan thanoiden is in a range of 0.0-6.0% by weight, for example 0.1- 5.5% by weight, preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.5-3.0% by weight, particularly preferably 0.7-2.0% by weight.
  • the alloy according to the invention also contains 0.0-2.5% by weight, preferably 0.2-2.0% by weight, more preferably 0.4-1.5% by weight, particularly preferably 0.6-1.0% Weight of at least one element selected from the group consisting of B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, and Pb. It is therefore not excluded that none of the elements selected from the group consisting of B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, and Pb. Mixtures of elements selected from the group consisting of B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, and Pb can also be contained in the alloy. According to certain embodiments, the amount of the sum of the elements selected from the group consisting of B, Ga,
  • C, Si, Ge, Sn, and Pb in a range of 0.0-2.5% by weight, preferably 0.2-2.0% by weight, more preferably 0.4-1.5% by weight .%, particularly preferably 0.6-1.0% by weight.
  • the Cr-containing Al alloy according to the invention contains Al as well as unavoidable impurities, the% by weight adding up to 100% by weight in the Cr-containing Al alloy.
  • the microstructure of the Al alloy containing Cr is optimized by post-heat treatment.
  • a Cr-containing Al alloy according to the invention produced directly for example by means of laser powder bed melting (LPB-S)
  • LPB-S laser powder bed melting
  • a separate heat treatment With regard to grain size, segregation (due to segregation), primarily solidified phases, secondary precipitations formed by means of interdiffusion processes, etc., as well as with a view to the remaining solidification-related residual stresses are optimized or improved so that strength and toughness are in a good relationship to each other .
  • an Al alloy containing Cr according to the invention can in particular have a compression limit of> 400 MPa, in particular> 450 M Pa, and / or a compression deformation of> 8%, in particular> 10%, measured according to DIN 50106, 2016-1 1.
  • the Cr-containing Al alloy according to the invention is subjected to a heat treatment.
  • a suitable post-heat treatment can be single-stage or multi-stage.
  • Suitable post-heat treatment can take place as follows, for example.
  • a (first) post-heat treatment step is carried out in a temperature window of 150-500 ° C., preferably 250-450 ° C. and / or with a treatment duration of 15 min. - 3000 min., Preferably 120-240 min. carried out.
  • the temperature can also be stepped one or more times, e.g. 250 ° C. followed by 400 ° C. or vice versa 400 ° C. followed by 250 ° C., the grading not being particularly restricted here.
  • the process of post-heat treatment can be carried out partially or all of the time under pressure, in particular under pressure on all sides
  • a quenching for example in water or the like, in particular to less than 60 ° C., preferably to 40 ° C. or less or even room temperature (e.g. about 25 ° C) or less, or an interruption (with a corresponding reduction in time during the first heat treatment, e.g. to 5 to 1500 min) or a break in the heat treatment by a gas, e.g.
  • a gas that is inert to the alloy such as hydrogen, nitrogen and / or at least one noble gas, in particular at least one non-reactive gas such as a noble gas or the like, preferably with a cooling rate of at least 50K / min, preferably at least 75K / min preferably 100K / min or more.
  • a second heat treatment step is carried out in a temperature window of 150-500 ° C., preferably 250-450 ° C. and / or with a treatment duration of 15 min. - 3000 min., Preferably 120-240 min. carried out.
  • the temperature can also be graded once or several times, eg 250 ° C. followed by 400 ° C. or vice versa 400 ° C. followed by 250 ° C., the grading not being particularly restricted here.
  • the present invention relates to a method for producing a component, in particular a molded part, from a Cr-containing Al alloy, comprising
  • 0.0-6.0% by weight preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.8-3.0% by weight, particularly preferably 1.0-2.0% by weight at least of an element which is selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, with up to 3 elements which are selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, are included, 0.0-6.0% by weight, preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.5-3.0% by weight, particularly preferably 0.7-2.0% by weight at least an element selected from the group consisting of Sc, Y, and the lanthanoids,
  • At least one Element that is selected from the group consisting of B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
  • the component is also already at least partially or completely formed, for example in an additive manufacturing method.
  • at least the component is formed by additive manufacturing, e.g. Powder bed melting or melting with a focused energy source, in particular laser powder bed melting (LPB-S), more precise metallic laser powder bed melting (LPB-S).
  • LPB-S laser powder bed melting
  • LPB-S more precise metallic laser powder bed melting
  • This production method enables the direct production of components, especially 3D components, from CAD data.
  • a special feature of this method is that very fast cooling conditions can be achieved and as a result of which special Al-material-based alloy concepts can be implemented, which usually cannot be represented with the desired profile of properties under established (slower) cooling conditions.
  • an Al alloy containing Cr is not particularly limited here.
  • an Al alloy containing Cr of the first aspect of the present invention is formed.
  • the remarks on Cr containing Al alloy of the first aspect also to the method for producing a component, in particular a molded part, from a Cr-containing Al alloy.
  • the formation of the Al alloy containing Cr comprises providing and mixing powders of the elements contained in the Al alloy containing Cr in the amounts by weight required for the Al alloy containing Cr, and at least partial melting of the Powder.
  • the provision and mixing of powders of the elements contained in the Cr-containing Al alloy in the amounts by weight required for the Cr-containing Al alloy is not particularly limited according to the invention, provided that the powders are provided in amounts by weight that, when mixed, the weight proportions essentially correspond and in particular correspond to the weight quantities in the final Al alloy containing Cr.
  • the powders can be weighed in and mixed in the desired amounts.
  • the formation of the Al alloy containing Cr comprises providing and mixing alloy primary materials and / or metal of the elements contained in the Al alloy containing Cr in the amounts by weight required for the Al alloy containing Cr, and at least one partial melting of the powders.
  • Al can be mixed with suitable pre-alloy materials, for example pre-alloys of Al and Cr and other pre-alloys such as Al and Mn and / or Al and Zr.
  • suitable pre-alloy materials for example pre-alloys of Al and Cr and other pre-alloys such as Al and Mn and / or Al and Zr.
  • the Al alloy according to the invention containing Cr can then be formed here, for example, also as a powder after spraying.
  • the at least partial melting of the powders is not particularly limited.
  • the melting is carried out by at least one laser and / or a corresponding focusable energy source, the component, in particular molded part, preferably being produced by laser powder bed melting (LPB-S).
  • LPB-S laser powder bed melting
  • the laser powder bed melting and the laser used are not particularly limited here.
  • another focusable energy source e.g. electron beam or plasma beam
  • the formation of the component is not particularly restricted according to the invention and can also take place in a manner other than LPB-S, provided that the Al alloy containing Cr is formed beforehand.
  • pre-alloyed powders are used to form the component, that is to say the alloy is initially formed as a powder.
  • Elementary powders could also be mixed appropriately and the alloy chemistry generated in situ during the melting process, for example if a laser-powder-nozzle concept is used, with the powder being sprayed onto a substrate and through a coaxial laser beam is melted.
  • the powder composition can also be successively changed, as a result of which components with different alloy areas, i.e. areas with different alloy compositions, can be formed.
  • Alloying elements can also be added as elementary powder or a master melt can be created, which is then atomized separately to powder, which can then be remelted again using LPB-S, e.g. into a corresponding component geometry or parts thereof. It would also be possible here for components to be formed which only partially comprise an alloy according to the invention.
  • a method is also disclosed for producing a component, in particular a molded part, comprising an Al alloy containing Cr, comprising,
  • 0.0-6.0% by weight preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.8-3.0% by weight, particularly preferably 1.0-2.0% by weight at least of an element which is selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, with up to 3 elements which are selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, are included,
  • 0.0-6.0% by weight preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.5-3.0% by weight, particularly preferably 0.7-2.0% by weight at least an element selected from the group consisting of Sc, Y, and the lanthanoids,
  • At least one Element that is selected from the group consisting of B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
  • a method would also be implemented if, for example, additive manufacturing takes place on a substrate that is part of the component but does not consist of an Al alloy containing Cr according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 Exemplary methods according to the invention for producing a component from a Cr-containing Al alloy are shown in FIGS. 1 and 2.
  • step 1 of FIG. 1 is converted into a step 1 a of providing and mixing powders or alloy precursors and / or metal of the elements contained in the Al alloy containing Cr and a step 1 b of at least partial melting the powder or alloy precursors and / or metals.
  • AlCr powder for example, can be produced for melting by means of inert gas atomization. Possibly. the other alloy elements such as Mn and / or Zr, but also other of the defined transition metals, semiconductor metals and / or rare earth metals can be added. Corresponding powders can then, for example, be melted in layers in an LPB-S system, for example following CAD data, so that a component, for example a 3D component, is created. Since the alloy and the component, i.e. component and component material production, can take place simultaneously in one process in a corresponding LPB-S system, a suitable post-heat treatment, for example stress-relieving annealing, can also take place according to certain embodiments. This can take place in an apparatus for manufacturing the component or separately, e.g. in an oven or the like. According to certain embodiments, the microstructure of the component is improved by a further heat treatment during the formation of the component.
  • the other alloy elements such as Mn and / or Zr, but also other
  • the Al alloy containing Cr according to the invention or the component, in particular the molded part is subjected to a heat treatment, for example during the formation of the component.
  • a suitable post-heat treatment can be single-stage or multi-stage.
  • Suitable post-heat treatment can take place as follows, for example.
  • a (first) post-heat treatment step is carried out in a temperature window of 150-500 ° C., preferably 250-450 ° C. and / or with a treatment duration of 15 min. - 3000 min., Preferably 120-240 min. carried out.
  • the temperature can also be stepped one or more times, e.g. 250 ° C. followed by 400 ° C. or vice versa 400 ° C. followed by 250 ° C., the grading not being particularly restricted here.
  • the process of post-heat treatment can be carried out partially or all of the time under pressure, in particular under pressure on all sides
  • a quenching e.g. in water or the like, or an interruption or abortion of the heat treatment by a gas, in particular a non-reactive gas like a noble gas or the like.
  • a second heat treatment step in a temperature window of 150-500 ° C, preferably 250-450 ° C and / or with a treatment time of 15 min. - 3000 min., Preferably 120-240 min. carried out.
  • the temperature can also be graded once or several times, eg 250 ° C. followed by 400 ° C. or vice versa 400 ° C. followed by 250 ° C., the grading not being particularly restricted here.
  • a pressure of 260-6700 bar preferably 500-5000 bar, more preferably 1000-2000 bar, is used when forming the component, in particular the molded part, the pressure being particularly preferably by at least one gas and / or at least one liquid is applied.
  • a purely mechanical compression e.g. with the help of a die, possible.
  • Such application of pressure or application of pressure can also take place, for example, during post-heat treatment.
  • the application of pressure or pressurization takes place during post-heat treatment.
  • This can also improve the microstructure of the alloy in the component.
  • the component can be re-compacted with what is known as hot isostatic pressing (HIP).
  • HIP hot isostatic pressing
  • the gas and / or the liquid for the application of pressure are not particularly limited, the gas and / or the liquid usually being selected in such a way that it is inert to the material of the component, whereby the process temperature must be observed.
  • gas for example, argon or nitrogen will always work.
  • water or water polymer mixtures up to approx.
  • 250 ° C can be used, and there are also so-called thermal oils (based on silicone). Above 450 ° C, for example, molten salts can be used. Noble gases and mixtures thereof are, for example, suitable as gases.
  • pressure is applied locally from the outside when the component, in particular the molded part, is formed.
  • the local application of pressure is not particularly limited and can be done, for example, by means of shot peening or laser shock peening, etc.
  • the resulting superficial residual compressive stresses can improve the fatigue and fatigue failure behavior of the AICr alloy.
  • the present invention relates to a component, in particular a molded part, that is formed by the method for forming the component, in particular a molded part.
  • a component in particular a molded part, comprising a Cr-containing Al alloy, consisting of
  • 0.0-6.0% by weight preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.8-3.0% by weight, particularly preferably 1.0-2.0% by weight at least of an element which is selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, with up to 3 elements that are selected from the Group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, especially Zr and / or Mn, are included,
  • 0.0-6.0% by weight preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.5-3.0% by weight, particularly preferably 0.7-2.0% by weight at least an element selected from the group consisting of Sc, Y, and the lanthanoids,
  • At least one Element that is selected from the group consisting of B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
  • the molded part is produced in particular by the method according to the invention or using the Cr-containing Al alloy according to the invention. Accordingly, the above statements on the alloy according to the invention and the method according to the invention for producing a component also relate to the component itself.
  • the component is not particularly limited and can be a molded part, part of a larger structure such as a support structure, etc.
  • the component in particular a molded part, is a component of a vehicle, in particular an aircraft or spacecraft, or a part thereof.
  • a component can be designed three-dimensionally, for example as a 3-dimensionally designed, complex-shaped fitting or as a strut or as a force distribution node, with such components as well as tensile loads Often pressure and shear forces also act, or these elements are part of a construction that should consume a particularly large amount of energy in a crash situation, for example through high compressive strength and deformation. Accordingly, such components are not limited to the aerospace sector, but are also suitable for automotive and / or rail vehicle applications.
  • Yet another aspect of the present invention relates to a vehicle, in particular a special aircraft or spacecraft, comprising a component according to the invention, in particular a molded part.
  • a vehicle in particular a special aircraft or spacecraft, comprising a component according to the invention, in particular a molded part.
  • rockets, satellites, helicopters, etc. from the aerospace sector, vehicles from the automotive and rail sector, such as cars, motorcycles, trains, etc.
  • a method for producing a Cr-containing Al alloy consisting of
  • 0.0-6.0% by weight preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.8-3.0% by weight, particularly preferably 1.0-2.0% by weight at least of an element which is selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, with up to 3 elements which are selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, and Ni, in particular Zr and / or Mn, are included,
  • 0.0-6.0% by weight preferably 0.3-5.0% by weight, more preferably 0.5-3.0% by weight, particularly preferably 0.7-2.0% by weight at least an element selected from the group consisting of Sc, Y, and the lanthanoids, 0.0-2.5% by weight, preferably 0.2-2.0% by weight, more preferably 0.4-1.5% by weight, particularly preferably 0.6-1.0% by weight, at least one Element that is selected from the group consisting of B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
  • the% by weight adding up to 100% by weight in the Al alloy containing Cr comprising:
  • the elements in the Cr-containing Al alloy in the amounts by weight required for the Cr-containing Al alloy, in particular as powder or as or alloy raw materials and metal, melting the elements, in particular the powder or alloy raw materials and Metal, and
  • this method can be used to produce an alloy according to the invention, so that the statements relating to the Al alloy containing Cr in the first aspect also relate to the method for producing the alloy.
  • the steps used here can also correspond to the corresponding steps in the method according to the invention for producing a component.
  • the provision and mixing of the elements contained in the Al alloy containing Cr in the amounts by weight required for the Al alloy containing Cr, in particular as powder and / or alloy raw materials, the melting of the elements, in particular the powder, and the formation of the Cr -containing Al alloy are not particularly limited.
  • the provision and mixing of the elements contained in the Cr-containing Al alloy in the amounts by weight required for the Cr-containing Al alloy is not particularly restricted according to the invention, provided that the elements in Quantities by weight are provided so that during the mixing, the parts by weight essentially correspond and in particular correspond to the quantities by weight in the final Al alloy containing Cr.
  • the elements can be weighed in and mixed in as a powder in the desired quantities, or alloy primary materials and metal, for example Al and aluminum master alloys such as AlCrl 0, AlMn10, AlZrl 0 as master alloys, can be suitably weighed and mixed.
  • the formation of the Al alloy containing Cr comprises providing and mixing alloy primary materials and / or metal of the elements contained in the Al alloy containing Cr in the amounts by weight required for the Al alloy containing Cr, and at least one partial melting of the powders.
  • Al can be used with suitable alloy raw materials, e.g. Master alloys made from Al and Cr and other master alloys such as of AI and Mn and / or AI and Zr, are mixed. After melting, the Al alloy according to the invention containing Cr can then be formed here, for example, also as a powder after spraying.
  • the melting of the elements, in particular powders is not particularly restricted and can be done in any way, for example by heating in an oven, crucible, etc., by introducing focused energy, etc.
  • the melting takes place by at least one laser and / or a corresponding focusable energy source, for example in a powder bed, for example a laser powder bed melting (LPB-S).
  • a laser energy source can be used instead another focusable energy source (e.g. electron beam or plasma beam) can also be used.
  • the formation of the Al alloy containing Cr is not particularly restricted and can, for example, already take place in the melt or include solidification.
  • elementary powders could also be mixed appropriately and then the alloy chemistry generated in-situ during the melting process. Alloying elements can also be added as elementary powder, if necessary, or a master melt can be created, which is then separately atomized into alloying powder.
  • Step 3 of providing and mixing the elements contained in the Cr-containing Al alloy, for example as Al metal and alloy precursors, in the weight quantities required for the Cr-containing Al alloy is followed by step 4 of melting the elements and a step 5 of forming the Al alloy containing Cr.
  • Example 1 Production of an AlCrMnZr alloy from master alloy masses or elemental powders
  • Al alloy containing Cr is produced from metal powders or master alloy masses, whereby elemental powders or alloy raw materials (e.g. Al and aluminum master alloys such as AlCrl 0, AIMn10, AlZrl 0 as master alloys) are mixed in such a way that a material with the following composition results:
  • elemental powders or alloy raw materials e.g. Al and aluminum master alloys such as AlCrl 0, AIMn10, AlZrl 0 as master alloys
  • the material was melted and an alloy powder was produced therefrom by atomization.
  • Example 2 Component production and component material production using LPB-S
  • the components were manufactured in a laser powder bed melting system (SLM 125 HL) with the AICrMnZr material.
  • SLM 125 HL laser powder bed melting system
  • the compressive strength of the components was checked by means of compression tests, which will be discussed in more detail below.
  • the component to be printed in the laser powder bed melting system is designed in the form of a CAD model.
  • This CAD model is saved in the stl file format, which defines the component surface by triangles.
  • the component to be printed a cylinder for printing tests, is aligned in the virtual installation space of the laser melting system and, if necessary, provided with support (support structure).
  • support support structure
  • the component to be printed is virtually split into several hundred cut up to a thousand layers. This depends on the component size and the layer thickness.
  • the corresponding parameters are assigned to the component in Magics, which are required for printing (laser melting / laser generation / additive manufacturing). In particular, the following parameters were defined:
  • the file was saved as a slm file format and sent to the system.
  • the alloy powder is also subjected to powder preparation.
  • the powder (alloy) is dried in a convection oven at 80 ° C for 3 hours and then filled into appropriate plastic containers / storage containers, which are then mounted on the laser melting system.
  • the laser melting system is set up and prepared.
  • a plate consisting of AlSi 10Mg is installed as a construction plate in the construction chamber of the system.
  • the system's construction chamber is flooded with protective gas.
  • the construction chamber is first flushed with argon (protective gas) until the oxygen content in the construction chamber is ⁇ 500 ppm.
  • the production of the component i.e. the "construction job" can be started.
  • a solenoid valve of the system is closed and a constant flow of protective gas is set in the construction chamber just above the construction panel.
  • the alloy powder is deposited on the construction panel by means of the coater and the laser generates the first layer of the component.
  • the building board is lowered by 0.03 mm (layer thickness)
  • the coater applies powder a, b again and the laser melts a second component layer and automatically welds it to the layer below .
  • the component can be removed from the system.
  • the building board including the generated component is first moved upwards in the z-direction so that excess powder can be removed.
  • the building plate can now be released and the building plate can be removed.
  • the components are then sawn from the building board using a band saw.
  • the pressure samples are then tested in accordance with DIN 50106, 2016-1 1 (also referred to as DIN 50106 for short in the description), for a corresponding of the dimension () turned flat on both sides (machined).
  • the height-diameter ratio of the pressure samples of 1 ⁇ h 0 / d 0 ⁇ 2 (ho: basic height, do: basic diameter, here 10 mm) according to DIN 50106 must be observed.
  • the outer surface remained in the "as-built” state. This means that the outer surface of the pressure sample was not treated or machined.
  • tensile tests according to DIN 50125, 2016-12 were carried out in order to determine tensile strength, elongation at break and necking at break.
  • a pressure test according to DIN 50106 is then carried out.
  • a clip-on transducer is attached directly to the pressure sample.
  • the compressive strength Rdb compressive strength at break
  • the compression test had to be terminated due to the high forces (approx. 15 t), as feared It became clear that the test system could possibly be damaged (due to the extremely high forces) .
  • the compression limit Rd P o.2 was 359 MPa. Comparably high values could not be found in the literature.
  • the casting material microstructure of the AlCrMnZr alloy generated directly in the powder bed can be manipulated in a targeted manner by a suitable choice of the post-heat treatment temperature and post-heat treatment time.
  • a heat treatment in air at 400 ° C for 2 hours can improve the tensile and compressive strength, since forcibly dissolved chromium is now secondary to the AUCr & AhCr phase.
  • this also improves the toughness of the

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Cr-haltige Al-Legierung, ein Bauteil umfassend eine solche Legierung, Verfahren zur Herstellung der Legierung und des Bauteils sowie ein Fahrzeug umfassend ein entsprechendes Bauteil.

Description

Cr-reiche Al-Legierung mit hoher Druck- und Scherfestigkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Cr-haltige Al-Legierung, ein Bauteil umfas send eine solche Legierung, Verfahren zur Herstellung der Legierung und des Bau teils sowie ein Fahrzeug umfassend ein entsprechendes Bauteil.
Weltweit dominieren heute im Bereich des Laser-Pulverbett-Schmelzens (LPB-S) für AI -Werkstoffe die folgenden Werkstoffkonzepte: a. AlSi- & AISiMg-Legierungen mit Si-Gehalten von 5 - 20 Gew.% und Mg- Gehalten von 0.3 - 1.0 Gew.%
Diese Legierungen erreichen üblicherweise nach dem LPB-S Prozess eine nur ge ringe Streckgrenze sowie auch eine geringe Druck-Streckg renze und ihre Energie aufnahmefähigkeit („Crash-verhalten") ist üblicherweise begrenzt. b. AlMgSc-Legierungen
Das AlMgSc Werkstoffkonzept Scalmalloy®, z.B. veröffentlicht in
DE 10 2007 018123, erreicht gute bis sehr gute Festigkeitswerte üblicherweise mit tels einer besonderen Wärmenachbehandlung. Aufgrund der werkstofftechnischen Abhängigkeit vom Hauptlegierungselement Scandium ist es jedoch grundsätzlich sehr teuer. c. Weitere Al-Legierungen
Weitere seit kurzen etablierte Al-Werkzeugkonzepte basieren z.B. auf Partikel ver stärkten oder modifizierten Al-Legierungen, wobei Ti B2 (Fa. Aermet, UK), AI4C3 (Fa. Elementum3D, USA) oder Zr-basierte Nano-Partikel (Fa. Hughes Research Lab (HRL), USA) den eigentlichen Al-Basis-Legierungen zugemischt werden. Von der Fa. NanoAl (USA) gibt es ein AI -Werkstoffkonzept, welches durch Zugabe größerer Legierungsmengen von Seltenerd(SE)-Metallen eine Verbesserung der Werkstoff kennwerte erzielt, wobei auch die Zähigkeitseigenschaften auf einen hohen Niveau bleiben (z.B. Bruchdehnung > 15 - 20%). Jedoch entstehen auch hier durch die SE- Metalle hohe Kosten.
Beim LPB-S werden üblicherweise bestimmte Al-Werkstoffe verwendet und direkt daraus dann das Produktmaterial erzeugt. Hierbei handelt es sich, wie erwähnt, in der Mehrheit um binäre oder leicht modifizierte AI Si -Werkstoffe (z.B. AISil OMg o- der AlSi 12). Ein deutlich festeres Konzept sind AlMg-Legierungen mit Sc-Zugaben (s. Scalmalloy® Patent). Hier werden Zug- bzw. Druckfestigkeitskennwerte von bis zu 600 bzw. 750 MPa erreicht. Weitere noch festere Al-Legierungen sind für das LPB-S weder bekannt noch publiziert.
Es besteht ein Bedarf an Al-Legierungen mit verbesserten Druckfestigkeits- und Stauch-Verformungseigenschaften.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Cr-haltige Aluminiumle gierung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer Cr-haltigen Al-Legierung mit den Merkmalen des Pa tentanspruchs 4, ein durch das Verfahren gebildetes Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 1, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13, ein Verfahren zur Her stellung einer Cr-haltigen Al-Legierung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils umfassend eine Cr-haltige Al-Legierung des Patentanspruchs 15.
Im Zuge von LPB-S Entwicklungskampagnen zu neuen Al-Werkstoffkonzepten ha ben die Erfinder beobachtet, dass AICr-Legierungen ein ungewöhnliches Druckfes tigkeitsverhalten zeigen. Es wurde insbesondere gefunden, dass für AICr- Legierungen, insbesondere mit Zusätzen von Mn und Zr, die Druckfestigkeits- und Stauch -Verformungswerte deutlich (> 25%) über denen von AlMgSc-Legierungen und mehr als doppelt so hoch (> 50%) wie bei den etablierten AISi(Mg)- Legierungen liegen. Folglich eignet sich eine erfindungsgemäße Cr-haltige Al- Legierung insbesondere für neu etablierte AI -Werkstoffkonzepte für Druck, Stabili- täts- und/oder auch Crash belastete Strukturen und Bauteile, insbesondere auf Basis einer LPB-S-Fertigung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Fi guren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils.
In Fig. 2 ist schematisch eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung ei nes Bauteils dargestellt. Aus Fig. 3 ist zudem schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Cr-haltigen Al-Legierung gezeigt.
In Fig. 4 sind Ergebnisse von Druckversuchen in Beispielen der vorliegenden Erfin dung gezeigt.
Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile erge ben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Definitionen
So nicht anderweitig definiert haben hierin verwendete technische und wissen schaftliche Ausdrücke dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Fachgebiet der Erfindung gemeinhin verstanden wird.
Ein Bauteil ist im Rahmen der Erfindung nicht besonders beschränkt und kann ins besondere jegliches (Teil-)Stück sein, dass für eine Struktur, ein Aggregat, eine Ma schine, etc. gefertigt sein kann. Ein Formteil ist ein geformtes Teil, dass durch einen Formungsprozess gebildet wird.
Die Lanthanoide umfassen die Elemente La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, und Lu.
Mengenangaben im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Gew.%, soweit nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist. Im Rah men der Erfindung ergänzen sich die Gew.% in einer Legierung, einem Bauteil , etc. zu 100 Gew.%, so nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Cr-haltige Al- Legierung, bestehend aus
0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, ins besondere Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, insbesonde re Zr und/oder Mn, enthalten sind,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden, 0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, und Pb,
sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr-haltigen Al-Legierung ergänzen.
Die Cr-haltige Al-Legierung zeichnet sich durch einen relativ hohen Gehalt an Chrom von 0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, noch weiter bevorzugt 3,5 - 7 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr aus. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist eine erfindungsgemäße Legierung auf einer AICr5-Legierung (mit 5 Gew.% Cr) basiert.
Darüber hinaus enthält die erfindungsgemäße Cr-haltige Al-Legierung 0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, besonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, insbesonde re Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, insbesondere Zr und/oder Mn, enthalten sind.
Die Cr-haltige Al-Legierung kann also, beispielsweise basierend auf einer AlCr Ba sis-Legierung, bis zu 3 Übergangsmetalle der 4. - 10. Hauptgruppe (HG) des Perio densystems der Elemente (PSE) enthalten, wobei die Gruppe der Edelmetalle bzw. der refraktären Edelmetalle (HG 7. - 10. / Ebene 5 - 6) ausgeschlossen wird. Ent sprechend können auch Mischungen von bis zu 3 Elementen, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, in der Legierung enthalten sein. Die Mengenangabe von 0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevor zugt 0,8 - 3,0 Gew.%, besonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% des mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, bezieht sich hierbei jeweils auf die Menge eines einzi gen der Elemente in Gew.%. So also 2 der genannten Elemente enthalten sind, kann die erfindungsgemäße Cr-haltige Al-Legierung 0,0 -12,0 Gew.%, bevorzugt 0,6 -10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 1,6 bis 6,0 Gew.%, besonders bevorzugt 2, 0-4,0 Gew.%, der beiden genannten Elemente in Summe enthalten, und wenn 3 der ge nannten Elemente enthalten sind, kann die erfindungsgemäße Cr-haltige Al- Legierung 0,0 -18,0 Gew.%, bevorzugt 0,9 -15,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,4 bis 9,0 Gew.%, besonders bevorzugt 3, 0-6,0 Gew.%, der beiden genannten Elemente in Summe enthalten, wobei jedes Element in einer Menge von 0,0 - 6,0 Gew.%, be vorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, besonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% enthalten ist.
Während es nicht ausgeschlossen ist, dass keines der Elemente von Ti, Zr, Hf, V,
Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co und, Ni in der Legierung enthalten ist, ist gemäß be stimmten Ausführungsformen zumindest Mn und/oder Zr enthalten. Gemäß be stimmten Ausführungsformen sind Mn und Zr enthalten.
Zudem kann die erfindungsgemäße Cr-haltige Al-Legierung 0,0 - 6,0 Gew.%, z.B.
0,1 - 5, 5 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden, enthalten. Es ist also nicht ausgeschlossen, dass keines der Elemente, die ausgewählt sind aus der Grup pe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden, enthalten ist. Auch können Mi- schungen von Elementen, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden, in der Legierung enthalten sein. Gemäß bestimmten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Cr-haltige Al-Legierung 0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, beson ders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% von bis zu 3 Elementen der dritten HG inklusive ihrer Erweiterung auf die Gruppe der Lanthanoiden (Seltenerdmetalle (SE)). Ent sprechend können dann bei 2 Elementen, die ausgewählt sind aus der Gruppe, be stehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden, 0,0 - 12,0 Gew.%, z.B. 0,2 - 1 1 Gew.%, bevorzugt 0,6 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 1,0 - 6,0 Gew.%, besonders bevor zugt 1,4 - 4,0 Gew.%, der beiden Elemente in Summe enthalten sein, und wenn 3 Elemente enthalten sind, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden, können 0,0 - 18 Gew.%, z.B. 0,3 - 16,5 Gew.%, bevorzugt 0,9 - 15,0 Gew.%, weiter bevorzugt 1,5 - 9,0 Gew.%, besonders bevorzugt 2,1 - 6,0 Gew.% der 3 Elemente in Summe enthalten sein, wobei jedes Element jeweils in einer Menge von 0,0 - 6,0 Gew.%, z.B. 0,1 - 5, 5 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, besonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% enthalten ist. Gemäß bestimmten Ausführungsformen liegt die Menge der Summe der Ele mente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lan thanoiden, in einem Bereich von 0,0 - 6,0 Gew.%, z.B. 0,1 - 5, 5 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, besonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.%.
Weiterhin enthält die erfindungsgemäße Legierung 0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, besonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, und Pb. Es ist also nicht ausgeschlossen, dass keines der Ele mente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, und Pb, enthalten ist. Auch können Mischungen von Elementen, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, und Pb, in der Legie rung enthalten sein. Gemäß bestimmten Ausführungsformen liegt die Menge der Summe der Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga,
In, C, Si, Ge, Sn, und Pb, in einem Bereich von 0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, besonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew.%.
Als Rest enthält die erfindungsgemäße Cr-haltige Al-Legierung AI sowie unver meidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr- haltigen Al-Legierung ergänzen.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die Mikrostruktur der Cr-haltigen Al- Legierung durch eine Wärmenachbehandlung optimiert.
Beispielsweise kann eine, z.B. mittels Laser- Pulverbett-Schmelzen (LPB-S) direkt erzeugte erfindungsgemäße Cr-haltige Al-Legierung durch geschickte Wärmefüh rung noch während des Erzeugungsprozess oder nach Ende des LPB-S mittels ei ner separaten Wärmenachbehandlung in seiner Mikrostruktur, z.B. hinsichtlich der Korngröße, Seigerungen (durch Entmischung), primär erstarrten Phasen, sekundä ren mittels Interdiffusionsvorgängen gebildeten Ausscheidungen, etc., als auch mit Blick auf die verbleibenden erstarrungsbedingten Eigenspannungen optimiert bzw. verbessert werden, damit Festigkeit und Zähigkeit in einem guten Verhältnis zu einander stehen. So kann eine erfindungsgemäße Cr-haltige Al-Legierung insbe sondere eine Stauchgrenze von > 400 MPa, insbesondere > 450 M Pa, und/oder eine Stauchverformung von > 8%, insbesondere > 10%, gemessen nach DIN 50106, 2016-1 1. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird die erfindungsgemäße Cr-haltige Al- Legierung einer Wärmenachbehandlung unterzogen. Eine geeignete Wärmenach behandlung kann hierbei einstufig oder mehrstufig sein.
Eine geeignete Wärmenachbehandlung kann beispielsweise wie folgt ablaufen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird ein (erster) Wärmenachbehandlungs schritt in einem Temperaturfenster von 150 - 500°C, bevorzugt 250 - 450°C und/oder mit einer Behandlungsdauer von 15 min. - 3000 min., bevorzugt 120 - 240 min. durchgeführt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann hierbei die Temperatur auch einfach oder mehrfach gestuft werden, z.B. 250°C gefolgt von 400°C oder auch umgekehrt 400°C gefolgt von 250°C, wobei die Stufung hier nicht besonders beschränkt ist.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Prozess er Wärmenachbehand lung teilweise oder die gesamte Zeit unter Druck, insbesondere allseitigem Druck, durchgeführt werden
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann (in einem thermischen (Ge- samt)Prozess) nach einem ersten Wärmenachbehandlungsschritt, wie oben ange geben, eine Abschreckung, z.B. in Wasser oder ähnlichem, insbesondere auf weni ger als 60°C, bevorzugt auf 40°C oder weniger oder sogar Raumtemperatur (z.B. etwa 25°C) oder weniger, oder eine Unterbrechung (mit entsprechender Zeitver kürzung bei der ersten Wärmebehandlung, z.B. auf 5 bis 1500 min) oder ein Ab brechen der Wärmebehandlung durch ein Gas, z.B. ein gegenüber der Legierung inertes Gas wie Wasserstoff, Stickstoff, und/oder mindestens ein Edelgas, insbe sondere mindestens ein nicht reaktives Gas wie ein Edelgas o.Ä„ bevorzugt mit einer Kühlrate von mindestens 50K/min, bevorzugt mindestens 75K/min, weiter bevorzugt 100K/min oder mehr, erfolgen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird nach einem Abschrecken oder einer Unterbrechung ein zweiter Wärmebe handlungsschritt in einem Temperaturfenster von 150 - 500°C, bevorzugt 250 - 450°C und/oder mit einer Behandlungsdauer von 15 min. - 3000 min., bevorzugt 120 - 240 min. durchgeführt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann auch hierbei die Temperatur auch einfach oder mehrfach gestuft werden, z.B. 250°C ge folgt von 400°C oder auch umgekehrt 400°C gefolgt von 250°C, wobei die Stufung hier nicht besonders beschränkt ist.
Auch ist nicht ausgeschlossen, dass noch weitere Schritte der Abschreckung, der Unterbrechung und/oder weitere Wärmebehandlungsschritte durchgeführt wer den.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere Formteils, aus einer Cr-haltigen Al- Legierung, umfassend,
Bilden einer Cr-haltigen Al-Legierung, bestehend aus
0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, ins besondere Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, insbesonde re Zr und/oder Mn, enthalten sind, 0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden,
0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr-haltigen Al-Legierung ergänzen, und
Bilden des Bauteils, insbesondere Formteils.
Es ist erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen, dass beim Bilden der Cr-haltigen Al- Legierung auch zumindest teilweise oder vollständig bereits das Bauteil gebildet wird, wie etwa bei einem Verfahren der additiven Fertigung. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt zumindest das Bilden des Bauteils durch additive Ferti gung, z.B. Pulverbett-Schmelzen bzw. Schmelzen mit einer fokussierten Energie quelle, insbesondere Laser- Pulverbett-Schmelzen (LPB-S), präziser metallisches Laser- Pulverbett-Schmelzen (LPB-S). Diese Fertigungsmethode ermöglicht die di rekte Herstellung von Bauteilen, insbesondere 3D-Bauteilen, aus CAD-Daten. Eine Besonderheit dieser Methode ist, dass sehr schnelle Abkühlungsbedingungen er zielt werden können und in Folge dessen besondere Al-Werkstoff-basierte Legie rungskonzepte umsetzbar werden, welche üblicherweise bei etablierten (langsame ren) Abkühlungsbedingungen mit dem gewünschten Eigenschaftsprofil nicht dar stellbar sind.
Das Bilden einer Cr-haltigen Al-Legierung ist hierbei nicht besonders beschränkt. Insbesondere wird eine Cr-haltige Al-Legierung des ersten Aspekts der vorliegen den Erfindung gebildet. Entsprechend beziehen sich die Ausführungen zur Cr- haltigen Al-Legierung des ersten Aspekts auch auf das Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere Formteils, aus einer Cr-haltigen Al-Legierung.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst das Bilden der Cr-haltigen Al- Legierung ein Bereitstellen und Vermischen von Pulvern der in der Cr-haltigen Al- Legierung enthaltenden Elemente in den für die Cr-haltige Al-Legierung erforderli chen Gewichtsmengen, und ein zumindest teilweises Schmelzen der Pulver.
Das Bereitstellen und Vermischen von Pulvern der in der Cr-haltigen Al-Legierung enthaltenden Elemente in den für die Cr-haltige Al-Legierung erforderlichen Ge wichtsmengen ist erfindungsgemäß nicht besonders beschränkt, sofern die Pulver in Gewichtsmengen bereitgestellt werden, dass bei der Vermischung die Gewichts anteile den Gewichtsmengen in der finalen Cr-haltigen Al-Legierung im Wesentli chen entsprechen und insbesondere entsprechen. Beispielsweise können die Pulver entsprechend den gewünschten Mengen eingewogen und vermischt werden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst das Bilden der Cr-haltigen Al- Legierung ein Bereitstellen und Vermischen von Legierungsvormaterialien und/oder Metall der in der Cr-haltigen Al-Legierung enthaltenden Elemente in den für die Cr-haltige Al-Legierung erforderlichen Gewichtsmengen, und ein zumindest teilweises Schmelzen der Pulver. Beispielsweise kann hier AI mit geeigneten Legie rungsvormaterialien, z.B. Vorlegierungen aus AI und Cr sowie weiteren Vorlegie rungen wie z.B. aus AI und Mn und/oder AI und Zr, gemischt werden. Nach dem Schmelzen kann hier dann beispielsweise die erfindungsgemäße Cr-haltigen Al- Legierung gebildet werden, beispielsweise nach Versprühen auch als Pulver. Ebenso ist das zumindest teilweise Schmelzen der Pulver nicht besonders be schränkt.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt das Schmelzen durch mindestens einen Laser und/oder eine entsprechende fokussierbare Energiequelle, wobei das Bauteil, insbesondere Formteil, bevorzugt durch Laser- Pulverbett-Schmelzen (LPB- S) hergestellt wird. Das Laser- Pulverbett-Schmelzen sowie der verwendete Laser ist hierbei nicht besonders beschränkt. Für das Pulverbett-Schmelzen kann statt einer Laser-Energiequelle auch eine andere fokussierbare Energiequelle (z.B. Elektronen strahl oder Plasmastrahl) wendet werden.
Das Bilden des Bauteils, insbesondere Formteils, ist jedoch erfindungsgemäß nicht besonders beschränkt und kann auch auf andere Weise als durch LPB-S erfolgen, sofern zuvor die Cr-haltige Al-Legierung gebildet wird. Beispielsweise ist es auch möglich, dass zum Bilden des Bauteils vorlegierte Pulver verwendet werden, also die Legierung zunächst als Pulver gebildet wird. Ebenso könnten aber auch ele mentare Pulver passend gemischt werden und dann die Legierungschemie wäh rend des Aufschmelzen in-situ erzeugt werden, zum Beispiel wenn ein Laser- Pulver- Düse- Konzept genutzt wird, wobei das Pulver auf ein Substrat gespritzt und durch einen koaxialen Laserstrahl aufgeschmolzen wird. Hierbei kann dann bei spielsweise auch sukzessive die Pulverzusammensetzung geändert werden, wodurch Bauteile mit verschiedenen Legierungsbereichen, heißt Bereichen mit un terschiedlicher Legierungszusammensetzung, gebildet werden können. Auch kön nen Legierungselemente ggf. als elementare Pulver zugesetzt werden oder es kann eine Masterschmelze erstellt werden, die separat dann zu Pulver verdüst wird, wel ches dann wiederum mittels LPB-S nochmals umgeschmolzen werden kann, z.B. in eine entsprechende Bauteilgeometrie oder Teile davon. Hierbei wäre es auch möglich, dass Bauteile gebildet werden, die eine erfindungs gemäße Legierung nur teilweise umfassen. Entsprechend ist auch ein Verfahren offenbart zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere Formteils, umfassend eine Cr-haltige Al-Legierung, umfassend,
Bilden einer Cr-haltigen Al-Legierung, bestehend aus
0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, ins besondere Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, insbesonde re Zr und/oder Mn, enthalten sind,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden,
0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr-haltigen Al-Legierung ergänzen, und
Bilden des Bauteils, insbesondere Formteils, umfassend die Cr-haltige Al- Legierung. Ein solches Verfahren wäre auch verwirklicht, wenn z.B. eine additive Fertigung auf ein Substrat erfolgt, das Bestandteil des Bauteils ist, jedoch nicht aus einer erfin- dungsgemäßen Cr-haltigen Al-Legierung besteht.
Beispielhafte erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer Cr-haltigen Al-Legierung sind in Figuren 1 und 2 gezeigt.
Gemäß Fig. 1 erfolgt hierbei in Schritt 1 das Bilden der Cr-haltigen Al-Legierung, und in Schritt 2 das Bilden des Bauteils, insbesondere Formteils. Im Verfahren der Figur 2 wird hierbei der Schritt 1 der Figur 1 in einen Schritt 1 a des Bereitstellens und Vermischens von Pulvern oder Legierungsvormaterialien und/oder Metall der in der Cr-haltigen Al-Legierung enthaltenden Elemente und einen Schritt 1 b des zumindest teilweisen Schmelzens der Pulver oder Legierungsvormaterialien und/oder Metalle unterteilt.
Für das Schmelzen können beispielsweise AlCr-Pulver mittels Inertgas - Atomisieren hergestellt werden. Ggf. können die weiteren Legierungselemente wie Mn und/oder Zr, aber auch andere der definierten Übergangsmetalle, Halbleiter metalle und/oder auch Seltenerd-Metalle zulegiert werden. Entsprechende Pulver können dann beispielsweise in einer LPB-S-Anlage schichtweise, z.B. CAD-Daten folgend, aufgeschmolzen werden, so dass ein Bauteil, z.B. 3D-Bauteil, entsteht. Da in einer entsprechenden LPB-S- Anlage das Bilden der Legierung und des Bauteils, also Bauteil- und Bauteilmaterialerzeugung, in einem Prozess simultan erfolgen können, kann gemäß bestimmten Ausführungsformen noch eine passende Wär- menach-behandlung, z.B. ein Spannungsarmglühen, erfolgen. Diese kann in einer Apparatur zum Herstellen des Bauteils oder separat, z.B. in einem Ofen o.Ä., erfol gen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird während des Bildens des Bauteils durch eine weitere Wärmebehandlung die Mikrostruktur des Bauteils verbessert.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird die erfindungsgemäße Cr-haltige Al- Legierung oder das Bauteil, insbesondere Formteil, einer Wärmenachbehandlung, beispielsweise während des Bildens des Bauteils, unterzogen. Eine geeignete Wär menachbehandlung kann hierbei einstufig oder mehrstufig sein.
Eine geeignete Wärmenachbehandlung kann beispielsweise wie folgt ablaufen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird ein (erster) Wärmenachbehandlungs schritt in einem Temperaturfenster von 150 - 500°C, bevorzugt 250 - 450°C und/oder mit einer Behandlungsdauer von 15 min. - 3000 min., bevorzugt 120 - 240 min. durchgeführt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann hierbei die Temperatur auch einfach oder mehrfach gestuft werden, z.B. 250°C gefolgt von 400°C oder auch umgekehrt 400°C gefolgt von 250°C, wobei die Stufung hier nicht besonders beschränkt ist.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Prozess er Wärmenachbehand lung teilweise oder die gesamte Zeit unter Druck, insbesondere allseitigem Druck, durchgeführt werden
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann (in einem thermischen (Gesamt-) Prozess) nach einem ersten Wärmenachbehandlungsschritt, wie oben angegeben, eine Abschreckung, z.B. in Wasser oder ähnlichem, oder eine Unterbrechung oder ein Abbrechen der Wärmebehandlung durch ein Gas, insbesondere ein nicht reak tives Gas wie ein Edelgas o.Ä, erfolgen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird nach einem Abschrecken oder einer Unterbrechung ein zweiter Wärmebe handlungsschritt in einem Temperaturfenster von 150 - 500°C, bevorzugt 250 - 450°C und/oder mit einer Behandlungsdauer von 15 min. - 3000 min., bevorzugt 120 - 240 min. durchgeführt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann auch hierbei die Temperatur auch einfach oder mehrfach gestuft werden, z.B. 250°C ge folgt von 400°C oder auch umgekehrt 400°C gefolgt von 250°C, wobei die Stufung hier nicht besonders beschränkt ist.
Auch ist nicht ausgeschlossen, dass noch weitere Schritte der Abschreckung, der Unterbrechung und/oder weitere Wärmebehandlungsschritte durchgeführt wer den.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird beim Bilden des Bauteils, insbeson dere Formteils, ein Druck von 260 - 6700 bar, bevorzugt 500 - 5000 bar, weiter bevorzugt 1000 - 2000 bar angewandt, wobei der Druck insbesondere bevorzugt durch mindestens ein Gas und/oder mindestens eine Flüssigkeit aufgebracht wird. Prinzipiell ist jedoch auch eine rein mechanische Verdichtung, z.B. mit Hilfe eines Gesenks, möglich.
Ein solches Aufbringen von Druck bzw. eine Druckbeaufschlagung kann beispiels weise auch während einer Wärmenachbehandlung erfolgen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt das Aufbringen von Druck bzw. eine Druckbeaufschla gung während einer Wärmenachbehandlung. Hierdurch kann die Mikrostruktur der Legierung im Bauteil zusätzlich verbessert werden. Beispielsweise kann ein Nachverdichten des Bauteils mit einem sogenannten Heißisostatischen Pressen (HIP) erfolgen. Das Gas und/oder die Flüssigkeit für das Aufbringen von Druck sind nicht beson ders beschränkt, wobei das Gas und/oder die Flüssigkeit üblicherweise derart aus gewählt wird, dass es inert zum Material des Bauteils ist, wobei die Prozesstempe ratur zu beachten ist. Bei Gas wird z.B. Argon oder Stickstoff immer funktionieren. Als Flüssigkeiten können z.B. Wasser bzw. Wasserpolymer-Mischungen bis ca.
250°C verwendet werden, darüber hinaus gibt es sogenannte Thermo-Öle (auf Sili kon-Basis). Jenseits von 450°C können beispielsweise geschmolzene Salze verwen det werden. Als Gase eignen sich beispielsweise Edelgase und Mischungen davon.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird beim Bilden des Bauteils, insbeson dere Formteils, lokal Druck von außen aufgebracht. Die lokale Druckaufbringung ist hierbei nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise mittels Kugelstrahlen oder Laser-Schock-Peening, etc., erfolgen. Hieraus resultierende oberflächlichen Druckeigenspannungen können das Ermüdungs- und Ermüdungsversagensverhal ten der AICr-Legierung verbessern.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Bauteil, insbesondere Formteil, dass durch das Verfahren zum Bilden des Bauteils, insbesondere Formteils, gebildet ist.
Darüber hinaus ist ein Bauteil, insbesondere Formteil, offenbart, umfassend eine Cr-haltige Al-Legierung, bestehend aus
0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, ins besondere Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, insbesonde re Zr und/oder Mn, enthalten sind,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden,
0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C , Si, Ge, Sn, Pb,
sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr-haltigen Al-Legierung ergänzen.
Das Formteil wird insbesondere durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. unter Verwendung der erfindungsgemäßen Cr-haltigen Al-Legierung hergestellt. Ent sprechend beziehen sich die obigen Ausführungen zur erfindungsgemäßen Legie rung und zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bauteils auch auf das Bauteil selbst.
Das Bauteil ist darüber hinaus nicht besonders beschränkt und kann ein Formteil, Teil einer größeren Struktur wie etwa einer Stützstruktur, etc. sein.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das Bauteil, insbesondere Formteil, ein Bauteil eines Fahrzeugs, insbesondere Luft- oder Raumfahrzeugs, oder ein Teil da von.
Beispielsweise kann ein Bauteil dreidimensional gestaltet sein, z.B. als 3- dimensional gestalteter komplex geformter Beschlag oder als Strebe oder als Kraft-Verteiler- Knoten, wobei in solchen Bauteilen neben Zugbeanspruchungen oft auch Druck-und Scherkräfte wirken, oder diese Elemente Teil einer Konstrukti on sind, die in einer Crash-Situation besonders viel Energie, z.B. durch hohe Druck festigkeit und Verformung, aufbrauchen sollen. Entsprechend sind solche Bauteile auch nicht auf den Bereich Luft- und Raumfahrt beschränkt, sondern eignen sich auch für Automotiv- und/oder Schienenfahrzeug -Anwendungen.
Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbe sondere Luft- oder Raumfahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes Bauteil, ins besondere Formteil. Als Fahrzeug kommen neben Flugzeugen, Raketen, Satelliten, Helikoptern, etc. aus dem Bereich Luft- und Raumfahrt somit auch Fahrzeuge aus dem Automotiv- und Schienenbereich in Frage, wie Kraftwagen, Motorräder, Züge, etc.
Zudem offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung einer Cr-haltigen Al-Legierung, bestehend aus
0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, ins besondere Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, insbesonde re Zr und/oder Mn, enthalten sind,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden, 0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr-haltigen Al-Legierung ergänzen, umfassend:
Bereitstellen und Vermischen der in der Cr-haltigen Al-Legierung enthalten den Elemente in den für die Cr-haltige Al-Legierung erforderlichen Gewichtsmen gen, insbesondere als Pulver oder als oder Legierungsvormaterialien und Metall, Schmelzen der Elemente, insbesondere der Pulver oder Legierungsvormate rialien und Metall, und
Bilden der Cr-haltigen Al-Legierung.
Insbesondere kann durch dieses Verfahren eine erfindungsgemäße Legierung her gestellt werden, sodass sich die Ausführungen zur Cr-haltigen Al-Legierung des ersten Aspekts auch auf das Verfahren zum Herstellen der Legierung beziehen. Die hierbei verwendeten Schritte können auch den entsprechenden Schritten beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils entsprechen.
Das Bereitstellen und Vermischen der in der Cr-haltigen Al-Legierung enthaltenden Elemente in den für die Cr-haltige Al-Legierung erforderlichen Gewichtsmengen, insbesondere als Pulver und/oder Legierungsvormaterialien, das Schmelzen der Elemente, insbesondere der Pulver, und das Bilden der Cr-haltigen Al-Legierung sind hierbei nicht besonders beschränkt.
Das Bereitstellen und Vermischen von den in der Cr-haltigen Al-Legierung enthal tenden Elementen in den für die Cr-haltige Al-Legierung erforderlichen Gewichts mengen ist erfindungsgemäß nicht besonders beschränkt, sofern die Elemente in Gewichtsmengen bereitgestellt werden, dass bei der Vermischung die Gewichtsan teile den Gewichtsmengen in der finalen Cr-haltigen Al-Legierung im Wesentlichen entsprechen und insbesondere entsprechen. Beispielsweise können die Elemente als Pulver entsprechend den gewünschten Mengen eingewogen und vermischt werden, oder es können Legierungsvormaterialien und Metall, z.B. AI und Alumini- umvorlegierungen wie AlCrl 0, AIMn10, AlZrl 0 als Masteralloys, geeignet einge wogen und gemischt werden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst das Bilden der Cr-haltigen Al- Legierung ein Bereitstellen und Vermischen von Legierungsvormaterialien und/oder Metall der in der Cr-haltigen Al-Legierung enthaltenden Elemente in den für die Cr-haltige Al-Legierung erforderlichen Gewichtsmengen, und ein zumindest teilweises Schmelzen der Pulver. Beispielsweise kann hier AI mit geeigneten Legie rungsvormaterialien, z.B. Vorlegierungen aus AI und Cr sowie weiteren Vorlegie rungen wie z.B. aus AI und Mn und/oder AI und Zr, gemischt werden. Nach dem Schmelzen kann hier dann beispielsweise die erfindungsgemäße Cr-haltigen Al- Legierung gebildet werden, beispielsweise nach Versprühen auch als Pulver.
Ebenso ist das Schmelzen der Elemente, insbesondere von Pulvern, nicht beson ders beschränkt und kann auf jegliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Erhit zen in einem Ofen, Tiegel, etc., durch Einbringen von fokussierter Energie, etc.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt das Schmelzen durch mindestens einen Laser und/oder eine entsprechende fokussierbare Energiequelle, beispiels weise in einem Pulverbett, z.B. einem Laser- Pulverbett-Schmelzen (LPB-S). Das La- ser-Pulverbett-Schmelzen sowie der verwendete Laser ist hierbei nicht besonders beschränkt. Für das Pulverbett-Schmelzen kann statt einer Laser-Energiequelle auch eine andere fokussierbare Energiequelle (z.B. Elektronenstrahl oder Plasma strahl) wendet werden.
Das Bilden der Cr-haltigen Al-Legierung ist erfindungsgemäß nicht besonders be schränkt und kann beispielsweise schon in Schmelze erfolgen oder ein Erstarren umfassen. Ebenso könnten aber auch elementare Pulver passend gemischt werden und dann die Legierungschemie während des Aufschmelzen in-situ erzeugt wer den. Auch können Legierungselemente ggf. als elementare Pulver zugesetzt wer den oder es kann eine Masterschmelze erstellt werden, die separat dann zu Legie rungspulver verdüst wird.
Ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Cr-haltigen Al-Legierung ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Hierbei schließt sich dem Schritt 3 des Bereitstellens und Vermischens der in der Cr-haltigen Al-Legierung enthalten den Elemente, beispielsweise als Al-Metall und Legierungsvormaterialen, in den für die Cr-haltige Al-Legierung erforderlichen Gewichtsmengen ein Schritt 4 des Schmelzens der Elemente und ein Schritt 5 des Bildens der Cr-haltigen Al- Legierung an.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, be liebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildun gen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu derjeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. Die Erfindung wird im Anschluss mit Bezug auf verschiedene Beispiele davon wei ter im Detail erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiele
Beispiel 1 : Herstellen einer AICrMnZr-Legierung aus Vorlegierungsmassen oder elementaren Pulvern
Aus Metallpulvern oder Vorlegierungsmassen wird eine Cr-haltigen Al-Legierung hergestellt, wobei zunächst elementare Pulver oder Legierungsvormaterialien (z.B. AI und Aluminiumvorlegierungen wie AlCrl 0, AIMn10, AlZrl 0 als Masteralloys) derart gemischt wurden, dass sich ein Material mit folgender Zusammensetzung ergibt:
Cr 4,8 Gew.%, Zr 1,4 Gew.%, Mn 1,4 Gew.%, Rest AI sowie nicht vermeidbare Ver unreinigungen.
Das Material wurde geschmolzen und daraus ein Legierungspulver durch Verdüsen erzeugt.
Beispiel 2: Bauteilherstellung und Bauteilwerkstofferzeugung mittels LPB-S
Die Herstellung der der Bauteile erfolgte in einer Laser- Pulverbett-Schmelzanlage (SLM 125 HL) mit dem AICrMnZr-Material. An den Bauteilen erfolgte eine Kontrolle der Druckfestigkeit mittels Stauchversuchen, welche nachfolgend detaillierter erör tert werden.
Zunächst wird das in der Laser- Pulverbett-Schmelzanlage zu druckende Bauteil in Form eines CAD-Modells konstruiert. Dieses CAD-Modell wird im stl-Dateiformat abgespeichert, welches die Bauteiloberfläche durch Dreiecke definiert. Anschlie- ßend wird mithilfe einer sogenannten„Slicing-Software" namens Magics das zu druckende Bauteil, ein Zylinder für Druckversuche, im virtuellen Bauraum der La serschmelzanlage ausgerichtet und ggf. mit Support (Stützstruktur) versehen. Beim „Slicing" wird das Bauteil virtuell in mehrere hundert bis tausend Schichten ge schnitten. Dies ist abhängig von der Bauteilgröße und der Schichtstärke. Außerdem werden in Magics dem Bauteil entsprechende Paramter zu gewiesen, die zum Dru cken (Laserschmelzen/Lasergenerieren/additiv Fertigen) benötigt werden. Insbe sondere wurden die folgenden Parameter festgelegt:
Leistung in W 350
Scangeschwindigkeit in mm/s 1500
Hatch (Abstand der Laserbahnen) in mm 0,1 1
Schichtstärke in mm 0,03
Belichtungsstrategie Streifenschraffur
Geschwindigkeit des Gasstroms (Ar) vGas in % 65
Fokuslage in mm 0 (im Fokus)
Plattformtemperatur in °C Raumtemperatur (ca. 25°C)
Nachdem die Parameter zugewiesen wurden, wurde die Datei als slm-Dateiformat abgespeichert und an die Anlage gesendet.
Zum Drucken wird zudem das Legierungspulver einer Pulvervorbereitung unterzo gen. Das Pulver (Legierung) wird im Umluftofen bei 80°C für 3 h getrocknet und anschließend in entsprechende Kunststoffbehälter/Vorratsbehälter gefüllt, die dann auf der Laserschmelzanlage montiert werden. Zudem wird die Laserschmelzanlage gerüstet und vorbereitet. Als Bauplatte wird in der Baukammer der Anlage eine Platte bestehend aus AlSi 10Mg montiert. Nach dem der Beschichter der Anlage mit dem Legierungspulver befüllt ist, wird die Baukammer der Anlage mit Schutzgas geflutet. Dabei wird die Baukammer zu nächst solange mit Argon (Schutzgas) gespült, bis der Sauerstoffgehalt in der Bau kammer < 500 ppm beträgt.
Im Anschluss daran kann die Herstellung des Bauteils, also der„Baujob", gestartet werden. Hierbei wird ein Magnetventil der Anlage verschlossen und in der Bau kammer wird ein konstanter Schutzgasfluss knapp über der Bauplatte eingestellt. Das Legierungspulver wird mittels des Beschichters auf der Bauplatte abgelegt und mit dem Laser die erste Schicht des Bauteils generiert. Danach senkt sich die Bau platte um 0,03 mm (Schichtstärke), der Beschichter legt erneut Pulver a,b und der Laser schmilzt eine zweite Bauteilschicht auf und verschweißt diese automatisch mit der darunterliegenden Schicht.
Nachdem sich diese Prozessschritte mehrfach wiederholt haben und das Bauteil fertig generiert ist, kann das Bauteil aus der Anlage entnommen werden. Hierfür wird zunächst die Bauplatte inklusive generiertem Bauteil in z-Richtung nach oben gefahren, sodass überschüssiges Pulver entfernt werden kann. Die Bauplatte kann nun gelöst werden und die Bauplatte kann entnommen werden.
Im Anschluss daran werden die Bauteile (Druckproben) von der Bauplatte mittels einer Bandsäge gesägt. Die Druckproben werden danach gemäß DIN 50106, 2016- 1 1 (in der Beschreibung auch kurz als DIN 50106 bezeichnet), auf ein entsprechen- des Maß () auf beiden Seiten plan gedreht (zerspant). Dabei ist das Höhen- Durchmesserverhältnis der Druckproben von 1 < h0/d0 < 2 (ho :Grundhöhe, do: Grunddurchmesser, hier 10 mm) nach DIN 50106 zu beachten. Die Mantelfläche verblieb im Zustand„wie-gebaut". Das bedeutet, dass die Mantelfläche der Druck probe nicht behandelt oder spanend bearbeitet wurde.
Zunächst wurden Zugversuche nach DIN 50125, 2016-12 (in der Beschreibung auch kurz als DIN 50125 bezeichnet) durchgeführt, um die Zugfestigkeit, Bruch dehnung und Brucheinschnürung zu bestimmen. Im Anschluss wird ein Druckver such nach DIN 50106 durchgeführt. Dabei wird ein Ansetzaufnehmer direkt an der Druckprobe angebracht.
Nachdem die mechanischen Eigenschaften der Legierung hinsichtlich Zugfestigkeit (Zugproben nach DIN 50125) sehr gut waren und die Bruchdehnung und Bruch einschnürung sehr gering, was auf ein sprödes, verformungsarmes Material schlie ßen lässt, wurde davon ausgegangen, dass die Druckrobe bereits bei geringer Be lastung in unzählige Einzelteile zerspringt.
Nachdem der Druckversuch gestartet wurde und der Druckstempel mit zuneh mender Kraft auf die Druckprobe gedrückt hat, zeigte sich, dass die Probe nicht wie erwartet„zersplittert", sondern sich plastisch und ohne Bildung von Rissen ver formt. Erstaunlicherweise hielt die Druckprobe einer Druckspannung Rdm (maxima le Druckspannung) von 1010 MPa ohne Risse und ohne zu splittern stand , siehe Fig. 4. Dabei lag an der Probe eine Prüfkraft von 150 kN (ca. 15 t) an, wie in Fig. 4 links gezeigt ist. Zum Vergleich sind noch zwei weitere Druckproben in Fig. 4 ge zeigt, wobei in der Mitte eine Druckprobe eines abgebrochenen Versuchs gezeigt ist, bei dem die Prüfmaschine nicht genügend Prüfkraft aufbringen konnte, und rechts eine Druckprobe im Ausgangszustand gezeigt ist.
Die Druckfestigkeit Rdb (Druckfestigkeit im Bruch) konnte nicht bestimmt werden, da diese per Definition nur„bei Probenbruch in zwei (oder mehr) Teile" bestimmt wird. Der Druckversuch musste aufgrund der hohen Kräfte (ca. 15 t) abgebrochen werden, da befürchtet wurde, dass die Prüfanlage (aufgrund der extrem hohen Kräfte) möglicherweise Schaden nehmen könnte. Die Stauchgrenze RdPo,2 betrug 359 MPa. Vergleichbar hohe Werte konnten in der Literatur nicht gefunden wer- den.
Wie die erfindungsgemäßen Untersuchungen zudem gezeigt haben, kann durch eine passende Wahl der Wärmnachbehandlungstemperatur und Wärmenachbe handlungsdauer die direkt im Pulverbett erzeugte Gussmaterial -Mikrostruktur der AICrMnZr-Legierung zielgerichtet manipuliert werden. So kann man durch eine Wärmebehandlung an Luft bei 400°C für 2h die Zug- und Druckfestigkeit verbes sern, da zwangsgelöstes Chrom nun als AUCr & AhCr Phase sekundär ausgeschie den wird. Dabei verbessert sich erstaunlicherweise auch die Zähigkeit des
ACrMnZr-Material, denn die hohe relativ Wärmebehandlungstemperatur manipu- liert in positiver Weise die Größe und Verteilung sowie zusätzlich die Grenzflächen chemie (Kohärenz) dieser beiden Phase zur Al-Matrix. Bezugszeichenliste
1 Bilden der Cr-haltigen Al-Legierung
1 a Bereitstellen und Vermischen von Pulvern der in der Cr- haltigen Al-Legierung enthaltenden Elemente
1 b zumindest teilweises Schmelzen der Pulver
2 Bilden des Bauteils, insbesondere Formteils
3 Bereitstellen und Vermischen der in der Cr-haltigen Al- Legierung enthaltenden Elemente
4 Schmelzen der Elemente
5 Bilden der Cr-haltigen Al-Legierung

Claims

Patentansprüche
1. Cr-haltige Al-Legierung, bestehend aus
0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, ins besondere Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, insbesondere Zr und/oder Mn, enthalten sind,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden,
0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr-haltigen Al-Legierung ergänzen.
2. Cr-haltige Al-Legierung nach Anspruch 1, wobei zumindest Mn und/oder Zr enthalten ist.
3. Cr-haltige Al-Legierung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mikrostruktur der Cr-haltigen Al-Legierung durch eine Wärmenachbehandlung optimiert ist, ins besondere wobei die Cr-haltige Al-Legierung eine Stauchgrenze von > 300 MP, bevorzugt >350 MPa, besonders bevorzugt > 400 MPa, insbesondere > 450 MPa, und/oder eine Stauchverformung von > 8%, insbesondere > 10%, aufweist.
4. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einer Cr-haltigen Al-Legierung, umfassend,
Bilden einer Cr-haltigen Al-Legierung, bestehend aus
0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, ins besondere Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, insbesondere Zr und/oder Mn, enthalten sind,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden,
0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr-haltigen Al-Legierung ergänzen, und
Bilden des Bauteils.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bilden der Cr-haltigen Al-Legierung umfasst: Bereitstellen und Vermischen von Pulvern der in der Cr-haltigen Al- Legierung enthaltenden Elemente in den für die Cr-haltige Al-Legierung erforderli chen Gewichtsmengen, und
zumindest teilweise Schmelzen der Pulver.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Schmelzen durch mindestens einen Laser erfolgt, bevorzugt wobei das Bauteil durch Laser- Pulverbett-Schmelzen (LPB- S) hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei während des Bildens des Bauteils durch eine weitere Wärmebehandlung die Mikrostruktur des Bauteils verbessert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei beim Bilden des Bau teils ein Druck von 260 - 6700 bar, bevorzugt 500 - 5000 bar, weiter bevorzugt 1000 - 2000 bar angewandt wird, wobei der Druck insbesondere bevorzugt durch mindestens ein Gas und/oder mindestens eine Flüssigkeit aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei beim Bilden des Bau teils lokal Druck von außen aufgebracht wird.
10. Bauteil, gebildet nach einem der Ansprüche 4 bis 9.
1 1. Bauteil, umfassend eine Cr-haltige Al-Legierung, bestehend aus
0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr, 0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, ins besondere Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, insbesondere Zr und/oder Mn, enthalten sind,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden,
0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C , Si, Ge, Sn, Pb,
sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr-haltigen Al-Legierung ergänzen.
12. Bauteil nach Anspruch 10 oder 1 1, wobei das Bauteil ein Bauteil eines Fahr zeugs, insbesondere eines Luft- oder Raumfahrzeugs, oder ein Teil davon ist.
13. Fahrzeug, insbesondere Luft- oder Raumfahrzeug, umfassend ein Bauteil nach Anspruch 10 oder 1 1.
14. Verfahren zur Herstellung einer Cr-haltigen Al-Legierung, bestehend aus 0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, ins besondere Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, insbesondere Zr und/oder Mn, enthalten sind,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden,
0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr-haltigen Al-Legierung ergänzen, umfassend:
Bereitstellen und Vermischen der in der Cr-haltigen Al-Legierung enthalten den Elemente in den für die Cr-haltige Al-Legierung erforderlichen Gewichtsmen gen,
Schmelzen der Elemente, und
Bilden der Cr-haltigen Al-Legierung.
15. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere Formteils, umfassend eine Cr-haltige Al-Legierung, umfassend,
Bilden einer Cr-haltigen Al-Legierung, bestehend aus
0,5 - 20,0 Gew.%, bevorzugt 1,0 - 10,0 Gew.%, weiter bevorzugt 2,0 - 8,0 Gew.%, besonders bevorzugt 4,0 - 6,0 Gew.% Cr,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,8 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 1,0 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, ins besondere Zr und/oder Mn, wobei bis zu 3 Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, und Ni, insbesonde re Zr und/oder Mn, enthalten sind,
0,0 - 6,0 Gew.%, bevorzugt 0,3 - 5,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,5 - 3,0 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,7 - 2,0 Gew.% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sc, Y, und den Lanthanoiden,
0,0 - 2,5 Gew.%, bevorzugt 0,2 - 2,0 Gew.%, weiter bevorzugt 0,4 - 1,5 Gew.%, be sonders bevorzugt 0,6 - 1,0 Gew. mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus B, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Pb,
sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.% auf 100 Gew.% in der Cr-haltigen Al-Legierung ergänzen, und
Bilden des Bauteils, insbesondere Formteils umfassend eine Cr-haltige Al- Legierung.
PCT/EP2020/066039 2019-06-28 2020-06-10 Cr-reiche al-legierung mit hoher druck- und scherfestigkeit WO2020260017A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020227002141A KR20220029672A (ko) 2019-06-28 2020-06-10 높은 압축 강도 및 전단 강도를 갖는 Cr-풍부 Al 합금
JP2021577680A JP2022538334A (ja) 2019-06-28 2020-06-10 高い圧縮強度および剪断強度を有するＣｒリッチＡｌ合金
CN202080047015.7A CN114008228A (zh) 2019-06-28 2020-06-10 具有较高的抗压和抗剪强度的富含Cr的Al合金
EP20732200.9A EP3990674A1 (de) 2019-06-28 2020-06-10 Cr-reiche al-legierung mit hoher druck- und scherfestigkeit
US17/560,633 US20220186346A1 (en) 2019-06-28 2021-12-23 Cr-rich al alloy with high compressive and shear strength

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019209458.9A DE102019209458A1 (de) 2019-06-28 2019-06-28 Cr-reiche Al-Legierung mit hoher Druck- und Scherfestigkeit
DE102019209458.9 2019-06-28

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/560,633 Continuation US20220186346A1 (en) 2019-06-28 2021-12-23 Cr-rich al alloy with high compressive and shear strength

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020260017A1 true WO2020260017A1 (de) 2020-12-30

Family

ID=71083642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/066039 WO2020260017A1 (de) 2019-06-28 2020-06-10 Cr-reiche al-legierung mit hoher druck- und scherfestigkeit

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220186346A1 (de)
EP (1) EP3990674A1 (de)
JP (1) JP2022538334A (de)
KR (1) KR20220029672A (de)
CN (1) CN114008228A (de)
DE (1) DE102019209458A1 (de)
WO (1) WO2020260017A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4915748A (en) * 1982-09-03 1990-04-10 Alcan International Aluminum alloys
DE102007018123A1 (de) 2007-04-16 2008-10-30 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils aus einer Aluminiumbasislegierung
WO2016209652A1 (en) * 2015-06-15 2016-12-29 Northrop Grumman Systems Corporation Additively manufactured high-strength aluminum via powder bed laser processes
WO2018191695A1 (en) * 2017-04-13 2018-10-18 Arconic Inc. Aluminum alloys having iron and rare earth elements
WO2018196106A1 (zh) * 2017-04-25 2018-11-01 江苏大学 一种激光热力逐层交互增材制造的组合装置
US20190039183A1 (en) * 2017-08-07 2019-02-07 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and system for powder bed fusion additive manufacturing of crack-free aluminium alloys
WO2019109135A1 (en) * 2017-12-04 2019-06-13 Monash University High strength aluminium alloy for rapid solidification manufacturing processes

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2196647A (en) * 1986-10-21 1988-05-05 Secr Defence Rapid solidification route aluminium alloys
CA1302740C (en) * 1987-08-18 1992-06-09 Iljoon Jin Aluminum alloys and a method of production
CA1330400C (en) * 1987-12-01 1994-06-28 Seiichi Koike Heat-resistant aluminum alloy sinter and process for production of the same
JPH01147038A (ja) * 1987-12-02 1989-06-08 Honda Motor Co Ltd 粉末冶金用耐熱Ａｌ合金
JPH0234740A (ja) * 1988-07-25 1990-02-05 Furukawa Alum Co Ltd 耐熱性アルミニウム合金材及びその製造方法
JPH02194142A (ja) * 1989-01-21 1990-07-31 Kobe Steel Ltd 焼結用Ａｌ基合金粉末

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4915748A (en) * 1982-09-03 1990-04-10 Alcan International Aluminum alloys
DE102007018123A1 (de) 2007-04-16 2008-10-30 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils aus einer Aluminiumbasislegierung
WO2016209652A1 (en) * 2015-06-15 2016-12-29 Northrop Grumman Systems Corporation Additively manufactured high-strength aluminum via powder bed laser processes
WO2018191695A1 (en) * 2017-04-13 2018-10-18 Arconic Inc. Aluminum alloys having iron and rare earth elements
WO2018196106A1 (zh) * 2017-04-25 2018-11-01 江苏大学 一种激光热力逐层交互增材制造的组合装置
US20190039183A1 (en) * 2017-08-07 2019-02-07 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and system for powder bed fusion additive manufacturing of crack-free aluminium alloys
WO2019109135A1 (en) * 2017-12-04 2019-06-13 Monash University High strength aluminium alloy for rapid solidification manufacturing processes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N. J. E. ADKINS ET AL: "Design of powder metallurgy aluminium alloys for applications at elevated temperatures Part 2 Tensile properties of extruded and Conformed gas atomised powders", MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY, vol. 7, no. 5, 18 May 1991 (1991-05-18), GB, pages 419 - 426, XP055721658, ISSN: 0267-0836, DOI: 10.1179/mst.1991.7.5.419 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114008228A (zh) 2022-02-01
US20220186346A1 (en) 2022-06-16
JP2022538334A (ja) 2022-09-01
EP3990674A1 (de) 2022-05-04
DE102019209458A1 (de) 2020-12-31
KR20220029672A (ko) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009034566B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Tanks für Treibstoff
DE69229821T2 (de) Aufschweisslegierungen auf Chrom-Basis
EP3590634B1 (de) Oberflächenpassivierung von aluminiumhaltigem pulver
EP3994287A1 (de) Nickel-basislegierung für pulver und verfahren zur herstellung eines pulvers
DE102013201103A1 (de) Thermisches Spritzpulver für stark beanspruchte Gleitsysteme
EP3069802A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils aus einem verbund-werkstoff mit einer metall-matrix und eingelagerten intermetallischen phasen
WO2008125092A1 (de) Verfahren zur herstellung eines strukturbauteils aus einer aluminium-scandium legierung mittels rapid prototyping
DE102018127401A1 (de) Hochfeste Aluminiumlegierungen für die additive Fertigung von dreidimensionalen Objekten
DE102018133579A1 (de) Aluminiumlegierungspulver für additive Herstellung und Verfahren zur Herstellung eines Teils durch Herstellung aus diesem Pulver
DE102020108781A1 (de) Mittels additiver Fertigung verarbeitbare hochfeste Aluminiumlegierungen für Strukturanwendungen
EP3994289B1 (de) Nickel-basislegierung für pulver und verfahren zur herstellung eines pulvers
DE102021106606A1 (de) Pulver aus einer Kobalt-Chromlegierung
DE102011120988A1 (de) Flächiges Halbzeug aus einer Aluminiummatrixverbundlegierung mit Borcarbid-Partikeln zur Herstellung einer mit Borcarbid-Partikeln angereicherten Platte und Herstellungsverfahren
EP2427284B1 (de) Pulvermetallurgisches verfahren zur herstellung von metallschaum
EP3762166B1 (de) Verfahren zur entwicklung von schmiedewerkstoffen
EP1685263B1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils mit metallischer matrix und verstärkung durch fasern oder partikel
WO2020260017A1 (de) Cr-reiche al-legierung mit hoher druck- und scherfestigkeit
DE102010055791A1 (de) Verfahren zur Fertigung von Bauteilen aus Refraktärmetallen
WO2007068315A1 (de) Verfahren zur herstellung verschleissbeständiger schichtverbunde mit hartstoffhaltigen schichtwerkstoffen auf fe-basis
WO2023030714A1 (de) Additives herstellungsverfahren für ein metallisches bauteil und additiv gefertigtes bauteil
DE102022105514A1 (de) Verfahren zur Herstellung hochfester, kohlenstoffhaltiger Bauteile aus Stahl
DE10104638A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für Flugtriebwerke und stationäre Gasturbinen
DE102023103623A1 (de) Carbide in Eisen- und Nickelbasiswerkstoffen
DE102023135181A1 (de) Hartmetall
DE102009060736A1 (de) Verfahren zur Fertigung von Bauteilen aus Refraktärmetallen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20732200

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021577680

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20227002141

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2020732200

Country of ref document: EP