(19) |
|
|
(11) |
EP 1 443 122 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
|
29.07.2009 Patentblatt 2009/31 |
(22) |
Anmeldetag: 12.01.2004 |
|
(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
|
|
(54) |
Druckgusslegierung aus Aluminiumlegierung
Die cast aluminium alloy
Alliage à coulée d'aluminium
|
(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
|
AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR |
(30) |
Priorität: |
17.06.2003 CH 10572003 23.01.2003 CH 942003
|
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
|
04.08.2004 Patentblatt 2004/32 |
(73) |
Patentinhaber: ALUMINIUM RHEINFELDEN GmbH |
|
79618 Rheinfelden (DE) |
|
(72) |
Erfinder: |
|
- Koch, Hubert
79618 Rheinfelden (DE)
|
(74) |
Vertreter: Wiedmer, Edwin et al |
|
Isler & Pedrazzini AG
Gotthardstrasse 53
Postfach 1772 8027 Zürich 8027 Zürich (CH) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 301 472 EP-A- 0 687 742
|
EP-A- 0 601 972
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung zum Druckgiessen von Bauteilen mit
hoher Dehnung im Gusszustand.
[0002] Die Druckgiesstechnik hat sich heute soweit entwickelt, dass es möglich ist, Bauteile
mit hohen Qualitätsansprüchen herzustellen. Die Qualität eines Druckgussteils 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 Aluminiumlegierung. 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 -- beim Druckgiessen 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 das Druckgiessen anspruchsvoller
Bauteile geeigneten Aluminiumlegierungen einige Aufmerksamkeit geschenkt. Gerade von
Konstrukteuren der Automobilindustrie wird immer mehr gefordert, z. B. schweissbare
Bauteile mit hoher Duktilität im Druckguss zu realisieren, da bei hohen Stückzahlen
das Druckgiessen die kostengünstigste Produktionsmethode darstellt.
[0004] Durch die Weiterentwicklung der Druckgiesstechnik ist es heute möglich, schweissbare
Bauteile von hoher Qualität herzustellen. Dies hat den Anwendungsbereich für Druckgussteile
auf Komponenten im Chassis erweitert.
Der Duktilität kommt gerade bei kompliziert gestalteten Teilen immer mehr Bedeutung
zu.
[0005] Damit die geforderten mechanischen Eigenschaften, insbesondere eine hohe Bruchdehnung,
erreicht werden können, müssen die Druckgussteile üblicherweise 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.
[0006] Da Druckgussteile 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 Gussteile
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, welche die
geforderten Eigenschaften ohne eine Wärmebehandlung erfüllen.
[0007] Eine AlSi-Legierung mit guten mechanischen Werten im Gusszustand ist aus der
EP-A-0 687 742 bekannt. Auch sind beispielsweise aus der
EP-A-0 911 420 Legierungen vom Typ AIMg bekannt, die im Gusszustand eine sehr hohe Duktilität aufweisen,
bei kompliziertem Form-Design aber zu Warm- oder Kaltrissen neigen und deshalb ungeeignet
sind. Ein weiterer Nachteil duktiler Druckgusslegierungen ist deren langsame Alterung
im Gusszustand, was eine zeitliche Veränderung der mechanischen Eigenschaften -- u.a.
ein Verlust an Dehnung -- zur Folge haben kann. Dieses Verhalten wird bei vielen Anwendungen
toleriert, da die Eigenschaftsgrenzen nicht über- oder unterschritten werden, ist
aber bei einigen Anwendungen nicht tolerierbar und kann nur durch eine gezielte Wärmebehandlung
ausgeschaltet werden.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum Druckgiessen geeignete Aluminiumlegierung
bereitzustellen, die sehr gut giessbar ist, im Gusszustand eine hohe Dehnung aufweist
und nach dem Giessen nicht mehr altert. Darüber hinaus soll die Legierung gut schweissbar
und bördelbar sein, genietet werden können und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
[0009] Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst durch eine Aluminiumlegierung mit
8,5 bis 10,5 Gew.-% Silizium
0,3 bis 0,8 Gew.-% Mangan
max. 0.06 Gew.-% Magnesium
max. 0,15 Gew.-% Eisen
max. 0,03 Gew.-% Kupfer
max. 0,10 Gew.-% Zink
max. 0,15 Gew.-% Titan
0,05 bis 0.5 Gew.-% Molybdän
30 bis 300 ppm Strontium oder 5 bis 30 ppm Natrium und/oder 1 bis 30 ppm Calcium zur
Dauerveredelung;
wahlweise noch
0,05 bis 0.3 Gew.-% Zirkonium
Galliumphosphid und/oder Indiumphosphid in einer Menge entsprechend 1 bis 250 ppm
Phosphor zur Kornfeinung
Titan und Bor, zugegeben über eine Aluminium-Vorlegierung mit 1 bis 2 Gew.-% Ti und
1 bis 2 Gew.-% B, zur Kornfeinung;
und als Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.
[0010] Mit der erfindungsgemässen Legierungszusammensetzung lässt sich bei Druckgussteilen
im Gusszustand bei guten Werten für die Dehngrenze und die Zugfestigkeit eine hohe
Dehnung erzielen, so dass die Legierung insbesondere zur Herstellung von Sicherheitsbauteilen
im Automobilbau geeignet ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch eine
Zugabe von Molybdän die Dehnung ohne Einbusse bei den anderen mechanischen Eigenschaften
nochmals angehoben werden kann. Die gewünschte Wirkung wird mit einer Zugabe von 0,05
bis 0.5 Gew.-% Mo erreicht, der bevorzugte Gehalt liegt bei 0,08 bis 0,25 Gew.-% Mo.
[0011] Mit einer kombinierten Zugabe von Molybdän und 0,05 bis 0,3 Gew.-% Zr kann die Dehnung
sogar noch weiter verbessert werden. Der bevorzugte Gehalt liegt bei 0,15 bis 0,20
Gew.-% Zr.
[0012] Der relativ grosse Anteil eutektischen Siliziums wird durch Strontium veredelt. Gegenüber
körnigen Druckgusslegierungen mit höheren Verunreinigungen besitzt die erfindungsgemässe
Legierung auch Vorteile hinsichtlich der Dauerschwingfestigkeit. Die Risszähigkeit
ist aufgrund der sehr klein vorliegenden Mischkristalle und des veredelten Eutektikums
höher. Der Strontiumgehalt liegt bevorzugt zwischen 50 und 150 ppm und sollte im allgemeinen
nicht unter 50 ppm fallen, da sonst das Giessverhalten verschlechtert werden kann.
Anstelle von Strontium kann Natrium und/oder Calcium zugegeben werden.
[0013] Die Beschränkung des Magnesiumgehaltes auf vorzugsweise max. 0,05 Gew.-% Mg bewirkt,
dass das eutektische Gefüge nicht vergröbert wird und die Legierung kein Aushärtungspotential
hat, was zu einer hohen Dehnung beiträgt.
[0014] Durch den Anteil an Mangan wird das Kleben in der Form vermieden und eine gute Entformbarkeit
gewährleistet. Der Mangangehalt gibt dem Gussteil eine hohe Gestaltfestigkeit bei
erhöhter Temperatur, so dass beim Entformen mit sehr geringem bis gar keinem Verzug
zu rechnen ist.
[0015] Die erfindungsgemässe Legierung lässt sich im Gusszustand nieten.
[0016] Mit einer Stabilisierungsglühung während 1 bis 2 h in einem Temperaturbereich von
etwa 280 bis 320° C können sehr hohe Dehnungswerte erreicht werden.
[0017] Die erfindungsgemässe Legierung wird bevorzugt als Horizontal-Stranggussmassel hergestellt.
Damit kann ohne aufwendige Schmelzereinigung eine Druckgusslegierung mit geringer
Oxidverunreinigung erschmolzen werden: eine wichtige Voraussetzung zur Erzielung hoher
Dehnungswerte im Druckgussteil.
[0018] Beim Einschmelzen ist jede Verunreinigung der Schmelze, insbesondere durch Kupfer
oder Eisen, zu vermeiden. Die Reinigung der erfindungsgemässen dauerveredelten AlSi-Legierung
erfolgt bevorzugt mittels einer Spülgasbehandlung mit inerten Gasen mittels Impeller.
[0019] Bevorzugt wird bei der erfindungsgemässen Legierung eine Kornfeinung durchgeführt.
Hierzu kann der Legierung Galliumphosphid und/oder Indiumphosphid in einer Menge entsprechend
1 bis 250 ppm, vorzugsweise 1 bis 30 ppm Phosphor zugeführt werden. Alternativ oder
zusätzlich kann die Legierung zur Kornfeinung auch Titan und Bor enthalten, wobei
die Zugabe von Titan und Bor über eine Vorlegierung mit 1 bis 2 Gew.-% Ti und 1 bis
2 Gew.-% B, Rest Aluminium, erfolgt. Bevorzugt enthält die Aluminium-Vorlegierung
1,3 bis 1,8 Gew.-% Ti und 1,3 bis 1,8 Gew.-% B und weist ein Ti/B-Gewichtsverhältnis
von etwa 0,8 bis 1,2 auf. Der Gehalt der Vorlegierung in der erfindungsgemässen Legierung
wird bevorzugt auf 0,05 bis 0,5 Gew.-% eingestellt.
[0020] Die erfindungsgemässe Aluminiumlegierung eignet sich insbesondere zur Herstellung
von Sicherheitsbauteilen im Druckgiessverfahren.
1. Aluminiumlegierung zum Druckgiessen von Bauteilen mit hoher Dehnung im Gusszustand,
mit
8.5 bis 10,5 Gew.-% Silizium
0,3 bis 0,8 Gew.-% Mangan
max. 0.06 Gew.-% Magnesium
max. 0,15 Gew.-% Eisen
max. 0,03 Gew.-% Kupfer
max. 0,10 Gew.-% Zink
max. 0,15 Gew.-% Titan
0,05 bis 0.5 Gew.-% Molybdän
30 bis 300 ppm Strontium oder 5 bis 30 ppm Natrium und/oder 1 bis 30 ppm Calcium zur
Dauerveredelung;
wahlweise noch
0,05 bis 0.3 Gew.-% Zirkonium
Galliumphosphid und/oder Indiumphosphid in einer Menge entsprechend 1 bis 250 ppm
Phosphor zur Kornfeinung
Titan und Bor, durch Zugabe von 0,05 bis 0,5 Gew.-% einer Aluminium-Vorlegierung mit
1 bis 2 Gew.-% Ti und 1 bis 2 Gew.-% B, zur Kornfeinung;
und als Rest Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen.
2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 50 bis 150 ppm Strontium.
3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch max.
0,05 Gew.-% Magnesium.
4. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch 0,10 bis 0,20 Gew.-% Zirkonium.
5. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch 0,08 bis 0,25 Gew.-% Molybdän.
6. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Galliumphosphid und/oder Indiumphosphid in einer Menge entsprechend 1 bis 30 ppm
Phosphor.
7. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Aluminium-Vorlegierung mit 1,3 bis 1,8 Gew.-% Titan und 1,3 bis 1,8 Gew.-% Bor
und ein Titan/Bor-Gewichtsverhältnis zwischen 0,8 und 1,2.
8. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Druckgiessen
von Sicherheitsbauteilen im Automobilbau.
1. Aluminium alloy for diecasting of components with high elongation in the cast state
with
8.5 to 10.5 w.% silicon
0.3 to 0.8 w.% manganese
max 0.06 w.% magnesium
max 0.15 w.% iron
max 0.03 w.% copper
max 0.10 w.% zinc
max 0.15 w.% titanium
0.05 to 0.5 w.% molybdenum
30 to 300 ppm strontium or 5 to 30 ppm sodium and/or 1 to 30 ppm calcium for permanent
refinement,
optionally also
0.05 to 0.3 w.% zirconium
gallium phosphide and/or indium phosphide in a quantity corresponding to 1 to 250
ppm phosphorus for grain refinement
titanium and boron by addition of 0.05 to 0.5 w.% of an aluminium master alloy with
1 to 2 w.% Ti and 1 to 2 w.% B for grain refinement,
and as the remainder aluminium and unavoidable impurities.
2. Aluminium alloy according to claim 1, characterised by 50 to 150 ppm strontium.
3. Aluminium alloy according to claim 1 or 2, characterised by max 0.05 w.% magnesium.
4. Aluminium alloy according to claim 1 or 3, characterised by max 0.10 to 0.20 w.% zirconium.
5. Aluminium alloy according to claim 1 or 4, characterised by 0.08 to 0.25 w.% molybdenum.
6. Aluminium alloy according to any of claims 1 to 5, characterised by gallium phosphide and/or indium phosphide in a quantity corresponding to 1 to 30
ppm phosphorus.
7. Aluminium alloy according to any of claims 1 to 6, characterised by an aluminium master alloy with 1.3 to 1.8 w.% titanium and 1.3 to 1.8 w.% boron and
a titanium/boron weight ratio between 0.8 and 1.2.
8. Use of an aluminium alloy according to any of claims 1 to 7 for diecasting of safety
components in car manufacture.
1. Alliage d'aluminium destiné à couler sous pression des composants à haut allongement
à l'état coulé, l'alliage contenant :
de 8,5 à 10,5 % en poids de silicium,
de 0,3 à 0,8 % en poids de manganèse,
au maximum 0,06 % en poids de magnésium,
au maximum 0,15 % en poids de fer,
au maximum 0,03 % en poids de cuivre,
au maximum 0,10 % en poids de zinc,
au maximum 0,15 % en poids de titane,
de 0,05 à 0,5 % en poids de molybdène,
de 30 à 300 ppm de strontium ou de 5 à 30 ppm de sodium et/ou de 1 à 30 ppm de calcium
pour l'affinage durable, et sélectivement encore
de 0,05 à 0,3 % en poids de zirconium,
du phosphure de gallium et/ou du phosphure d'indium à raison de 1 à 250 ppm de phosphore,
pour l'affinement des grains,
du titane et du bore par addition de 0,05 à 0,5 % en poids d'une pré-alliage d'aluminium
qui compte de 1 à 2 % en poids de Ti et de 1 à 2 % en poids de B, pour l'affinage
des grains,
le reste étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables.
2. Alliage d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé par une teneur de 50 à 150 ppm de strontium.
3. Alliage d'aluminium selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par une teneur maximale de 0,05 % en poids de magnésium.
4. Alliage d'aluminium selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par une teneur de 0,10 à 0,20 % en poids de zirconium.
5. Alliage d'aluminium selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par une teneur de 0,08 à 0,25 % en poids de molybdène.
6. Alliage d'aluminium selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par une teneur en phosphure de gallium et/ou en phosphure d'indium qui correspond à 1-30
ppm de phosphore.
7. Alliage d'aluminium selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par un pré-alliage d'aluminium qui compte de 1,3 à 1,8 % en poids de titane et de 1,3
à 1,8 en poids de bore dont le rapport entre le titane et le bore est compris entre
0,8 et 1,2.
8. Utilisation d'un alliage d'aluminium selon l'une des revendications 1 à 7 pour le
moulage sous pression de composants de sécurité dans la construction d'automobiles.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information
des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes.
Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei
Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente
In der Beschreibung aufgeführte Nicht-Patentliteratur
- G. SchindelbauerJ. CzikelFormfüllungsvermögen und Volumendefizit gebräuchlicher Aluminiumdruckgusslegierungen,
1990, vol. 42, 88-89- [0002]