[0001] Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Aluminiumlegierung zum Druckgiessen,
für das Thixocasting oder das Thixoschmieden.
[0002] Die Druckgusstechnik hat sich heute soweit entwickelt, dass es möglich ist, Gussstücke
mit hohen Qualitätsansprüchen herzustellen. Die Qualität eines Druckgussstückes hängt
aber nicht nur von der Maschineneinstellung und dem gewählten Verfahren ab, sondern
in hohem Masse auch von der chemischen Zusammensetzung und der Gefügestruktur der
verwendeten Gusslegierung. Diese beiden letztgenannten Parameter beeinflussen bekanntermassen
die Giessbarkeit, das Speisungsverhalten (G. Schindelbauer, J. Czikel "Formfüllungsvermögen
und Volumendefizit gebräuchlicher Aluminiumdruckgusslegierungen" Giessereiforschung
42, 1990, S. 88/89), die mechanischen Eigenschaften und -- im Druckguss ganz besonders
wichtig -- die Lebensdauer der Giesswerkzeuge (L.A. Norström, B. Klarenfjord, M. Svenson
"General Aspects on Wash-out Mechanism in Aluminium Diecasting Dies", 17. International
NADCA Diecastingcongress 1993, Cleveland OH).
[0003] In der Vergangenheit wurde der Entwicklung von speziell für den Druckguss anspruchsvoller
Gussstücke geeigneten Legierungen wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Die meisten Anstrengungen
wurden auf die Weiterentwicklung der Verfahrenstechnik des Druckgussprozesses verwendet.
Gerade von Konstrukteuren der Automobilindustrie wird aber immer mehr gefordert, schweissbare
Bauteile mit hoher Duktilität im Druckguss zu realisieren, da bei hohen Stückzahlen
der Druckguss die kostengünstigste Produktionsmethode darstellt.
[0004] Damit die geforderten mechanischen Eigenschaften, insbesondere eine hohe Bruchdehnung,
erreicht werden können, müssen die Gussteile einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
Diese Wärmebehandlung ist zur Einformung der Gussphasen und damit zur Erzielung eines
zähen Bruchverhaltens notwendig. Eine Wärmebehandlung bedeutet in der Regel eine Lösungsglühung
bei Temperaturen knapp unterhalb der Solidustemperatur mit nachfolgendem Abschrecken
in Wasser oder einem anderen Medium auf Temperaturen <100°C. Der so behandelte Werkstoff
weist nun eine geringe Dehngrenze und Zugfestigkeit auf. Um diese Eigenschaften auf
den gewünschten Wert zu heben, wird anschliessend eine Warmauslagerung durchgeführt.
Diese kann auch prozessbedingt erfolgen, z.B. durch eine thermische Beaufschlagung
beim Lackieren oder durch das Entspannungsglühen einer ganzen Bauteilgruppe.
[0005] Da Druckgussstücke endabmessungsnah gegossen werden, haben sie meist eine komplizierte
Geometrie mit dünnen Wandstärken. Während des Lösungsglühens und besonders beim Abschreckprozess
muss mit Verzug gerechnet werden, der eine Nacharbeit z.B. durch Richten der Gussstücke
oder im schlimmsten Fall Ausschuss nach sich ziehen kann. Die Lösungsglühung verursacht
zudem zusätzliche Kosten und die Wirtschaftlichkeit dieser Produktionsmethode könnte
wesentlich erhöht werden, wenn Legierungen zur Verfügung stehen würden, die die geforderten
Eigenschaften ohne eine Wärmebehandlung erfüllen.
[0006] Aus JP-A-1149938 ist eine Druckgusslegierung mit 3 bis 6% Mg, 0,3 bis 2,5% Si, 0
bis 2% Mn, 0,03 bis 0,40% Ti sowie wahlweise noch 0,001 bis 0,01% Be sowie Al als
Rest bekannt. Eine beispielhaft angeführte Legierung weist folgende Zusammensetzung
bezüglich ihrer Hauptlegierungselemente auf: 5% Mg-2,2%Si- 0,4%Mn.
[0007] In DE-B-1758441 ist eine Al-Gusslegierung mit 0,6 bis 1,2% Mn, 4,5 bis 7,5% Mg, 0,8
bis 2,5% Si, 0,1 bis 0,3% Ti sowie 0,2 bis 1,0% Cu offenbart.
[0008] GB-A-1384264 beschreibt eine Al-Gusslegierung mit 3,5 bis 7% Mg, 0,8 bis 2,5% Si
sowie 0,6 bis 1,8% Mn. Eine beispielhaft angegebene Legierung weist bezüglich ihrer
Hauptlegierungselemente die folgende Zusammensetzung auf: 0,85% Mn, 4,7% Mg sowie
1,7% Si.
[0009] Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, eine
Aluminium-Gusslegierung zu entwickeln, die folgende Eigenschaften aufweist:
- gute mechanische Eigenschaften im Gusszustand, insbesondere eine hohe Bruchdehnung
- gute Vergiessbarkeit
- keine Klebeneigung, gute Entformbarkeit
- hohe Gestaltsfestigkeit
- gute Schweissbarkeit
[0010] Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt eine Aluminiumlegierung bestehend
aus
5,4 bis 5,8 Gew.% Magnesium
1,8 bis 2,5 Gew.% Silizium
0,5 bis 0,9 Gew.%Mangan
max. 0,2 Gew.%, insbesondere 0,1 bis 0,2 Gew.-% Titan
max. 0,15 Gew.% Eisen
sowie Aluminium als Rest mit weiteren Verunreinigungen einzeln max. 0,02 Gew.%, insgesamt
max. 0,2 Gew.%. Der zur Herstellung der Legierung verwendete Reinheitsgrad des Aluminiums
entspricht einem Hütten-Aluminium der Qualität A199.8H.
[0011] Diese Legierung weist im Gusszustand eine gut eingeformte α-Phase auf. Das Eutektikum,
überwiegend bestehend aus Mg
2Si- und Al
6Mn-Phasen, ist sehr fein ausgebildet und führt daher zu einem hochduktilen Bruchverhalten.
Der eutektische Anteil von etwa 30% gewährleistet eine ausgezeichnete Giessbarkeit.
Durch den Anteil an Mangan wird das Kleben in der Form vermieden und eine gute Entformbarkeit
gewährleistet. Der Magnesiumgehalt in Verbindung mit Mangan gibt dem Gussstück eine
hohe Gestaltsfestigkeit, so dass auch beim Entformen mit sehr geringem bis gar keinem
Verzug zu rechnen ist.
[0012] Obwohl die erfindungsgemässe Aluminiumlegierung zur Verarbeitung im Druckguss vorgesehen
ist, kann sie selbstverständlich auch mit anderen Verfahren vergossen werden, z.B.
Sandguss
Schwerkraftkokillenguss
Niederdruckguss
Giessschmieden
Thixocasting/Thixoschmieden
[0013] Die grössten Vorteile ergeben sich jedoch bei Giessverfahren, die mit hohen Abkühlungsgeschwindigkeiten
ablaufen, wie beispielsweise beim Druckgiessverfahren.
[0014] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der erfindungsgemässen Aluminium-Gusslegierung
sowie deren hervorragende Eigenschaften ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
[0015] Eine Legierung mit der Zusammensetzung
- Si:
- 2,2 Gew.%
- Mn:
- 0,86Gew.%
- Mg:
- 5,4 Gew.%
- Ti:
- 0,14Gew.%
- Fe:
- 0,1 Gew.%
[0016] Rest auf der Basis Hütten-Aluminium der Qualität Al99.8H, wurde im Druckguss vergossen.
Als Form diente eine Platte mit einer Dicke von 4mm. Aus diesen Platten wurden Probestäbe
für Zugversuche herausgearbeitet.
[0017] Die nachfolgenden mechanischen Eigenschaften, Mittelwerte aus 21 Einzelmessungen,
wurden im Gusszustand ermittelt:
- Rp0,2 :
- 180 N/mm2
- Rm
- : 314 N/mm2
- A5
- : 17,2%
[0018] Vergleichsweise werden für eine Legierung des Typs AlMg5Si für die mechanischen Eigenschaften
im Gusszustand die folgenden Werte angegeben:
- Rp0,2 :
- 110-150 N/mm2
- Rm
- : 150-240 N/mm2
- A5
- : 3-8%
[0019] Der Vergleich zeigt, dass die erfindungsgemässe Aluminiumlegierung im Gusszustand
sowohl bezüglich der Dehngrenze (R
p0,2) als auch bezüglich der Bruchdehnung (A
5) den heute bekannten Legierungen weit überlegen ist.
[0020] Die Legierung ist wärmebehandelbar, schweissbar und zeigt ein ausgezeichnetes Giessverhalten.
Ein bevorzugter Einsatz der erfindungsgemässen Aluminiumlegierung liegt im Druckguss
für Bauteile mit hohen Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften, ohne dass
hierzu eine Wärmebehandlung erforderlich ist.
1. Utilisation, pour la thixocoulée ou le thixoforgeage, d'un alliage d'aluminium de
coulée sous pression composé de:
5,4 à 5,8% en poids de magnésium,
1,8 à 2,5% en poids de silicium,
0,5 à 0,9 % en poids de manganèse,
max. 0,2 % en poids de titane,
max. 0,15 % en poids de fer
et d'aluminium pour le solde, dans lequel la teneur maximale en impuretés additionnelles
est de 0,02 % en poids individuellement et de 0,2 % en poids au total.
2. Utilisation d'un alliage d'aluminium selon la revendication 1 pour des composants
fabriqués sans traitement thermique ultérieur, répondant à de hautes exigences en
propriétés mécaniques.