ALUMINIUMLEGIERUNG UND DEREN VERWENDUNG FÜR EIN GUSSBAUTEIL INSBESONDERE EINES KRAFTWAGENS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, insbesondere eine Druckgusslegierung sowie deren Verwendung bei einem Gussbauteil insbesondere für einen Kraftwagen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Gussbauteil insbesondere für einen Kraftwagen aus einer derartigen Aluminiumlegierung.

[0002] Bei der Herstellung von Gussbauteilen aus Aluminium-Silizium-Gusslegierungen insbesondere zum Einsatz in der Automobilindustrie werden heute grundsätzlich zwei Wege begangen.

[0003] Der eine Weg beschreibt den Einsatz von relativ kostengünstigen Sekundärlegierungen beispielsweise des Typs AlSi10Mg, welche jedoch einen relativ hohen Eisengehalt von etwa 0,5 bis 1,2 Gew.-% Fe und einen geringen Mangangehalt von etwa 0,1 Gew.-% Mn aufweisen. Der hohe Eisengehalt ist dabei unter anderem vor dem Hintergrund des relativ geringen Manganzusatzes erforderlich, so dass die Klebeneigung der Aluminiumlegierung innerhalb der Druckgussform reduziert wird und das gefertigte Gussbauteil prozesssicher entformt werden kann.

[0004] Als problematisch bei derartigen Sekundärlegierungen ist jedoch der Umstand anzusehen, dass sich bedingt durch den hohen Eisengehalt eine intermetallische AlFeSi-Phase im Gefüge ausbildet, welche eine äußerst große nadelförmige Struktur aufweist und dem Gussbauteil demzufolge äußerst spröde Materialeigenschaften verleiht. Des Weiteren ergibt sich bei derartigen hochsiliziumhaltigen AluminiumGußlegierung eine relativ grobe und nadelförmige Ausbildung von Silizium innerhalb des AlSi-Eutektikums, durch welches die Duktilität des Gussbauteils in erheblichem Maße reduziert wird. Daher müssen derartige Sekundärlegierungen im Anschluss an das Entformen wärmebehandelt werden, um entsprechend hinreichende mechanische Eigenschaften, beispielsweise hinsichtlich ihrer Härte und Duktilität, erreichen zu können. Dies kann gegebenenfalls jedoch zu einem Verzug der Gussbauteile führen.

[0005] Ein aus einer derartigen Sekundärlegierung hergestelltes Gussbauteil in Form einer Ölwanne für ein Kraftfahrzeug ist aus der EP 0 611 832 B1 als bekannt zu entnehmen, bei welchem eine lokale Wärmebehandlung bei einer entsprechenden Temperatur bzw. einem entsprechenden Zeitraum durchgeführt wird, so dass sich Bauteilbereiche unterschiedlicher Härte einstellen lassen. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass die Ölwanne im Bereich eines Flansches weitestgehend unbehandelt bleibt und demgemäß eine Härte von 85 bis 110 HB und eine Duktilität von 0,5 bis 2,5 % aufweist, während diese in einem Bodenbereich entsprechend wärmebehandelt wird, so dass sie eine Härte von 55 bis 80 HB und eine Duktilität von oberhalb 4 % aufweist. Mit anderen Worten soll hierdurch erreicht werden, dass im Bereich des Flansches die bereits im Gusszustand vorhandene hohe Härte bzw. geringe Duktilität beibehalten wird, wogegen im Bodenbereich die Härte reduziert bzw. die Duktilität erhöht wird, um die Gefahr von durch Steinschlag bedingten Rissen oder dergleichen Beschädigungen der Ölwanne zu reduzieren. Allerdings ist eine derartige Wärmebehandlung zeitintensiv und dementsprechend kostspielig, so dass die durch den Einsatz einer Sekundärlegierung ermöglichte Kosteneinsparung mehr als aufgezehrt wird.

[0006] Der alternativ zur oben beschriebenen Sekundärlegierung begehbare Weg beschreibt den Einsatz von Primärlegierungen beispielsweise ebenfalls des Typs AlSi10, deren neben den Legierungselementen vorhandenes Restaluminium einzeln maximal 0,05 Gew.-% und insgesamt maximal 0,2 Gew.-% herstellungsbedingte Verunreinigungen aufweist.

[0007] Eine solche Primärlegierung ist beispielsweise bereits aus der EP 0 997 550 B1 als bekannt zu entnehmen, welche - im Unterschied zu den vorbeschriebenen Sekundärlegierungen - einen geringeren Eisengehalt von 0,15 bis 0,35 Gew.-% Fe und einen demgegenüber hohen Mangangehalt von 0,3 bis 0,6 Gew.-% Mn aufweist. Neben der Tatsache, dass eine derartige Primärlegierung eine verminderte Klebeneigung in der Druckgussform aufweist und dementsprechend gut entformbar ist, existieren die bei Sekundärlegierungen üblichen intermetallischen AlFeSi-Phasen bei einer derartigen Primärlegierung nicht. Dafür entsteht beispielsweise eine im Querschnitt eher rundliche, intermetallische Al₁₂(Mn, Fe)Si₂-Phase, die dementsprechend keine bzw. keine ausgeprägte nadelförmige Ausbildung hat. Hierdurch ergibt sich eine deutlich verbesserte Morphologie, so dass sich ein Werkstoff mit einer Härte von etwa 80 - 100 HB im Gusszustand realisieren lässt. Um die grobe bzw. nadelförmige Ausbildung von Silizium im AlSi-Eutektikum zu reduzieren, wird bei der vorbeschriebenen Primärlegierung bevorzugt Strontium beigefügt, welches das nadelförmige Wachstum des Siliziums innerhalb des AlSi-Eutektikums aufhält.

[0008] Da jedoch zumindest ein Teil der durch eine derartige Primärlegierung hergestellten Gussbauteile nach dem Entformen in ihrem Gusszustand lediglich eine Bruchdehnung von A₅ von < 5 % aufweisen, werden diese zum Einsatz als Sicherheitsbauteile in der Automobilindustrie in einem nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahren zunächst auf eine Temperatur von 400 bis 490°C während einer Zeitdauer von 20 bis 120 min partiell lösungsgeglüht und anschließend an der Luft abgekühlt. Hierdurch wird eine deutliche Erhöhung der Duktilität des Gussbauteils erreicht, so dass sich eine Bruchdehnung von A₅ > 12 % einstellt. Mit der Wärmebehandlung sinkt die Härte des Gussbauteils auf einen Wert von etwa 60 bis 65 HB.

[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Aluminiumlegierung sowie deren Verwendung für ein Gussbauteil insbesondere eines Kraftwagens der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchen sich die Herstellung eines derartigen Gussbauteils deutlich einfacher und dementsprechend kostengünstiger realisieren lässt. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein aus einer derartigen Aluminiumlegierung hergestelltes Gussbauteil insbesondere für die Kraftwagenindustrie mit entsprechend hohen mechanischen Anforderungen einfacher und kostengünstiger herzustellen.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Aluminiumlegierung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, mit deren Verwendung bei einem Gussbauteil insbesondere eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie durch ein Gussbauteil aus einer derartigen Aluminiumlegierung insbesondere für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

[0011] Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe umfasst die Aluminiumlegierung, welche insbesondere als Druckgusslegierung einzusetzen ist, folgende Legierungselemente:

6,5	bis	<9,5	Gew.-% Silizium
0,3	bis	0,6	Gew.-% Mangan
0,15	bis	0,35	Gew.-% Eisen
0,02	bis	0,6	Gew.-% Magnesium
max. 0,1			Gew.-% Titan
90	bis	180	ppm Strontium

und als Rest Aluminium mit einzeln maximal 0,05 Gew.-% und insgesamt maximal 0,2 Gew.-% herstellungsbedingten Verunreinigungen.

[0012] Durch den gegenüber der bisher bekannten Primärlegierung gemäß EP 0 997 550 B1 reduzierten Gehalt an Silizium wird der Anteil an AlSi-Eutektikum deutlich reduziert und demgegenüber der Anteil an Aluminium-Mischkristallen deutlich erhöht. Somit ist es mit der erfindungsgemäßen Aluminium-Silizium-Legierung möglich, zwei an sich gegenläufige Eigenschaften miteinander zu kombinieren. Zum einen können mit der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung Gussbauteile geschaffen werden, welche bereits im Gusszustand - also ohne zusätzliche Wärmebehandlung nach der Entformung - eine Härte von > 80 HB, und vorzugsweise zwischen 84 HB und 88 HB aufweisen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese Werte im Inneren des Gussbauteils - also unterhalb der Gießhaut des Bauteils - gemessen sind. Zum anderen ist es mit der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung möglich, trotz der relativ hohen Härte eine sehr hohe Duktilität des Gussbauteils zu erreichen, deren Bruchdehnung nach dem Entformen - also im Gusszustand und ohne weitere Wärmebehandlung - einen Wert von A₅ > 5 %, und vorzugsweise 8 % bis 12 % aufweist.

[0013] Während also bei einem aus einer Aluminiumlegierung gemäß der EP 0 997 550 B1 geschaffenen Gussbauteil, welches im Gusszustand eine relativ geringe Bruchdehnung von A₅ bei etwa 4 % aufweisen kann, eine Wärmebehandlung erforderlich ist, um die insbesondere im Kraftwagenbau erforderlichen mechanischen Kennwerte zu erreichen, kann bei aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung geschaffenen Gussbauteilen auf eine derartige Nachbehandlung verzichtet werden. Vielmehr ist mit der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung eine hinreichende Duktilität gewährleistet, bei welcher die Bruchdehnung A₅ des Gussbauteils größer von 5 % liegt. Gleichermaßen ist gewährleistet, dass die Härte des Gussbauteils mit > 80 HB hinreichend hoch ist. Im Ergebnis ist somit eine Legierung geschaffen, mit welcher Gussbauteile insbesondere für den Kraftwagenbau hergestellt werden können, welche bereits ohne eine Wärmenachbehandlung sehr gute mechanische Eigenschaften aufweisen und demgemäß äußerst einfach und kostengünstig herzustellen sind.

[0014] Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung weist dabei - in einer Ausgestaltung der Erfindung - gegenüber derjenigen gemäß EP 0 997 550 B1 einen ausgewählten Bereich zwischen 0,22 bis 0,4 Gew.-% Magnesium auf, da die Härte des aus der Aluminiumlegierung hergestellten Gussbauteils nicht nur vom Eutektikum, sondern auch von den entstehenden Auslagerungen abhängt. Durch den speziell gewählten Gehalt an Magnesium entstehen Mg₂Si-Feinstausscheidungen, durch welche die Festigkeit bzw. die Härte des Gussbauteils eingestellt werden kann. Mit anderen Worten ist die Härte des aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung hergestellten Gussbauteils auch vom Magnesiumgehalt abhängig. Hierbei kann - unter Gewährleistung einer Bruchdehnung A₅ von > 5 % - eine besonders hohe Härte des Gussbauteils aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung geschaffen werden, wenn der Magnesiumgehalt in einem ausgewählten Bereich von 0,3 bis 0,4 Gew.-%, und vorzugsweise 0,32 bis 0,36 Gew.-% liegt.

[0015] Durch den Einsatz von Strontium mit einem Gehalt von 90 bis 180 ppm wird bei der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung darüber hinaus erreicht, dass bei deren Erstarrung das nadelförmige Siliziumwachstum innerhalb des AlSi-Eutektikums aufgehalten wird, so dass die Siliziumkristalle keine extreme Nadelform annehmen.

[0016] Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung als weiteres Legierungselement 0,1 bis 0,4 Gew.-% Kupfer beizugeben. Hierdurch wird die Kaltauslagerung verstärkt, über welche die Härte des aus der Aluminiumlegierung hergestellten Gussbauteils zusätzlich beeinflusst werden kann.

[0017] Da die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung bzw. das aus dieser hergestellte Gussbauteil bereits im Gusszustand die oben beschriebene hohe Härte bzw. die hohe Bruchdehnung aufweist, ist diese in besonders hohem Maße zur Verwendung im Kraftwagenbau geeignet. Als insbesondere vorteilhaft hat sich dabei die Verwendung der erfindungsgemäßen Aluminium-Silizium-Legierung bei Ölwannen für Kraftwagen gezeigt, da diese dort eine relativ hohe Duktilität mit einer Bruchdehnung A₅ von > 5 % aufweisen muss, um eine hinreichende Sicherheit gegen Rissbildungen innerhalb der Ölwanne bieten zu können, welche insbesondere aufgrund von Steinschlag unterhalb des Kraftwagens entstehen können. Da die Ölwannen im Anschluss- bzw. Flanschbereich mit einem jeweils korrespondierenden Motorgehäuse abgedichtet befestigt werden müssen, ist es erforderlich, dass sie eine entsprechend hohe Härte von > 80 HB aufweisen. Da ein aus der vorliegenden Aluminium-Silizium-Legierung hergestelltes Gussbauteil diese Anforderungen bereits im Gusszustand ohne weitere Wärmebehandlung erfüllt, kann somit eine einfach zu fertigende und demgemäß kostengünstige Ölwanne bzw. ein anderes Bauteil für einen Kraftwagen geschaffen werden.

[0018] Da bei einer Vielzahl von im Kraftwagenbau eingesetzten Gussbauteilen die bei der Verwendung der vorliegenden Aluminiumlegierung erzielbaren mechanischen Eigenschaften hinsichtlich der Härte und der Duktilität ausreichen, können diese nunmehr ohne weitere Wärmebehandlung eingesetzt werden. Dies hat nicht nur den Vorteil einer einfacheren und kostengünstigeren Herstellung, sondern darüber hinaus kann der bei der Wärmebehandlung gegebenenfalls einhergehende Verzug der Gussbauteile auf einfache Weise dadurch vermieden werden, dass gerade keine Nachbehandlung notwendig ist.

[0019] Besonders vorteilhaft kann die Aluminiumlegierung in einem Druckgussverfahren zur Herstellung der Gussbauteile insbesondere für einen Kraftwagen eingesetzt werden, da hierdurch eine besonders schnelle und kostengünstige Herstellung der Gussbauteile möglich ist.

[0020] Sollten Gussbauteile mit gegenüber deren Gusszustand anderen mechanischen Eigenschaften insbesondere hinsichtlich deren Duktilität bzw. Härte erforderlich sein, um beispielsweise in der Karosserie, im Fahrwerk oder als Bauteil des Antriebsstrangs des Kraftwagens eingesetzt werden zu können, kann die erfindungsgemäße hierzu verwendete Aluminium-Silizium-Legierung im Anschluss an den Gießprozess einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen werden.

[0021] Dabei hat es sich insbesondere als vorteilhaft gezeigt, wenn das Gussbauteil in einem Temperaturbereich von 400 bis 490° C, und insbesondere zwischen 420 bis 460° C während einer Zeitdauer von 20 bis 120 min lösungsgeglüht und anschließend an der Luft abgekühlt wird. Durch diese äußerst schonende Wärmebehandlung mit der Abkühlung des Gussbauteils an der Luft wird dabei insbesondere erreicht, dass sich die Gussteile nicht bzw. nicht übermäßig verziehen.

[0022] Zur Einstellung des gewünschten Festigkeitsniveaus kann das Bauteil nach der partiellen Lösungsglühung im Temperaturbereich der Ausscheidungshärtung von Mg2Si zusätzlich warmausgehärtet werden. Diese Warmaushärtung wird bevorzugt in einem Temperaturbereich von etwa 190 bis 240° C, insbesondere etwa 190 bis 220° C, durchgeführt.

[0023] Das durch die neue Aluminium-Silizium-Legierung entstehende Gussbauteil zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass dieses im Gusszustand in allen Bauteilbereichen eine zumindest annähernd einheitliche Härte von > 80 HB und vorzugsweise zwischen 84 und 88 HB aufweist. Darüber hinaus hat das Gussbauteil vorteilhafter Weise in allen Bauteilbereichen eine zumindest annähernd einheitliche Bruchdehnung A₅ von > 5 % und vorzugsweise 8 % bis 12 %.

[0024] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

Fig. 1

ein Prozessablaufschema einer Wärmebehandlung eines Bauteils eines Kraftwagens; und in

Fig. 2

ein weiteres Prozessablaufschema einer Wärmebehandlung eines Bauteils eines Kraftwagens.

Beispiel 1:

[0025] Dabei sind eine Mehrzahl von Gussbauteilen in Form von Ölwannen für einen Kraftwagen in einem Druckgussverfahren aus einer Aluminium-Silizium-Gusslegierung hergestellt worden, welche folgende Zusammensetzung aufweist:

6,5	bis	<9,5	Gew.-% Silizium
0,3	bis	0,6	Gew.-% Mangan
0,15	bis	0,35	Gew.-% Eisen
0,22	bis	0,4	Gew.-% Magnesium
max. 0,1			Gew.-% Titan
90	bis	180	ppm Strontium

und als Rest Aluminium mit einzeln maximal 0,05 Gew.-% und insgesamt maximal 0,2 Gew.-% herstellungsbedingten Verunreinigungen, wobei wahlweise noch 0,1 bis 0,4 Gew.-% Kupfer vorgesehen sein können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der Siliziumgehalt dabei zwischen 7 und 9 Gew.-% und der Magnesiumgehalt zwischen 0,32 und 0,36 Gew.-%.

[0026] Nach dem Druckgießen wurden Zugproben aus den Gussteilen bzw. Ölwannen herausgearbeitet und an diesen die in der nachfolgenden Tabelle abgetragenen mechanischen Eigenschaften ermittelt:

Nr.	Rp0,2	Rm	A5	Öl-Wanne
	N/mm2	N/mm2	%	Nr.
1	138,91	283,81	8,98	35
2	136,06	282,10	10,43	35
3	138,22	281,96	9,63	35
4	137,98	285,06	9,85	35
5	136,79	283,33	10,40	37
6	135,41	282,34	10,86	37
7	132,61	272,33	9,58	37
8	135,34	280,79	8,64	37
9	133,01	280,27	10,48	52
10	135,23	281,67	11,96	52
11	137,56	278,42	9,00	52
12	133,48	278,28	8,62	52
13	133,80	274,62	8,13	54
14	134,47	280,03	11,60	54
15	136,96	280,18	10,50	54
16	132,54	276,22	8,69	54

[0027] Aus der Tabelle ist demzufolge erkennbar, dass sämtliche Proben eine Bruchdehnung A₅ zwischen 8 und 12 % aufweisen. Demzufolge ist die vorliegende Aluminiumlegierung in hervorragendem Maße zur Verwendung bei der Druckgussherstellung von Ölwannen geeignet, bei welchen eine Bruchdehnung A₅ von > 5 % erreicht werden muss, insbesondere um bei im Fahrbetrieb des Kraftwagens entstehendem Steinschlag eine Rissbildung vermeiden zu können.

[0028] In weiteren Versuchen hat sich darüber hinaus gezeigt, dass die mittels der vorstehenden Aluminium-Silizium-Legierung gegossenen Ölwannen eine Härte von > 80 HB, und insbesondere zwischen 84 und 88 HB aufweisen, so dass die Ölwannen im Anbindungs- bzw. Flanschbereich zu einem korrespondieren Motorgehäuse des Kraftwagens dicht festgelegt werden können. Die Gießhaut der im Gusszustand vorliegenden Ölwannen wurde dabei durch ein Bearbeitungsverfahren - beispielsweise durch Fräsen - entsprechend abgetragen, so dass realistische Härtewerte der im Gusszustand vorliegenden Ölwannen ermittelt werden konnten.

Beispiel 2:

[0029] Vorliegend sind wiederum eine Mehrzahl von Gussbauteilen in Form von Ölwannen für einen Kraftwagen in einem Druckgussverfahren aus einer Aluminium-Silizium-Gusslegierung hergestellt worden, welche folgende Zusammensetzung aufweist:

7,8	bis	8,2	Gew.-% Silizium
0,5	bis	0,6	Gew.-% Mangan
0,15	bis	0,2	Gew.-% Eisen
0,27	bis	0,33	Gew.-% Magnesium
0,04	bis	0,08	Gew.-% Titan
140	bis	180	ppm Strontium

und als Rest Aluminium mit einzeln maximal 0,05 Gew.-% und insgesamt maximal 0,2 Gew.-% herstellungsbedingten Verunreinigungen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der der Magnesiumgehalt insbesondere bei etwa 0,3 Gew.-%.

[0030] Die einzelnen Ölwannen sind dabei nicht wärmebehandelt worden. Folglich beziehen sich die Messwerte auf den Gusszustand der Bauteile, wobei die Gießhaut im jeweiligen Probebereich wiederum durch ein Bearbeitungsverfahren - beispielsweise durch Fräsen - entsprechend abgetragen worden ist.

Nr.	ÖlWanne	Rp0,2	Rm	A %
	Nr.	N/mm2	N/mm2
1	23	120,56	264,79	9,44
2	23	124,23	259,44	7,1
3	23	122,24	266,08	10
4	23	121,06	264,67	10,66
5	34	123,21	267,47	12,92
6	34	122,87	267,47	11,45
7	34	122,74	262,58	8,76
8	34	122,24	254,27	6,25
9	48	120,84	262,31	9,66
10	48	122,74	265,57	12,26
11	48	122,02	266,43	14,38
12	48	126,5	267,35	12,88
∅		122,60	264,04	10,48

[0031] Aus der Tabelle ist insbesondere erkennbar, dass bei den vorliegenden Ölwannen die Zugfestigkeit R_m oberhalb von 250 - 260 N/mm², die Dehngrenze R_p0,2 oberhalb von 120 N/mm² und die Bruchdehnung A₅ im Bereich zwischen 6,25 und 14,38 % liegt. Demzufolge ist die vorliegende Aluminiumlegierung wiederum besonders gut zur Verwendung bei der Druckgussherstellung von Ölwannen geeignet, bei welchen eine Bruchdehnung A₅ von > 5 % erreicht werden muss. Auch in dieser Legierungszusammensetzung konnte eine Härte von > 80 HB erreicht werden.

Beispiel 3:

[0032] Dem vorliegenden Beispiel liegt ein Versuchsprogramm zugrunde, welches bei Bauteilen in Form von Türsäulen bzw. B-Säulen von Personenkraftwagen durchgeführt worden ist. Diese Türsäulen sollen dabei eine Dehngrenze R_p0,2 von 150 bis 180 MPa und eine Bruchdehnung A₅ von = 7 % aufweisen.

[0033] Dabei sind die B-Säulen in einem Druckgussverfahren aus einer Aluminium-Silizium-Gusslegierung in zwei Varianten hergestellt worden, welche folgende Zusammensetzungen aufweisen:
Variante 1:

7,8	bis	8,2	Gew.-% Silizium
0,5	bis	0,6	Gew.-% Mangan
0,15	bis	0,2	Gew.-% Eisen
0,27	bis	0,33	Gew.-% Magnesium
0,04	bis	0,08	Gew.-% Titan
140	bis	180	ppm Strontium

und als Rest Aluminium mit einzeln maximal 0,05 Gew.-% und insgesamt maximal 0,2 Gew.-% herstellungsbedingten Verunreinigungen.
Variante 2:

7,8	bis	8,2	Gew.-% Silizium
0,5	bis	0,6	Gew.-% Mangan
0,15	bis	0,2	Gew.-% Eisen
0,5	bis	0,6	Gew.-% Magnesium
0,04	bis	0,08	Gew.-% Titan
140	bis	180	ppm Strontium

und als Rest Aluminium mit einzeln maximal 0,05 Gew.-% und insgesamt maximal 0,2 Gew.-% herstellungsbedingten Verunreinigungen.

[0034] Somit ist erkennbar, dass sich die beiden Varianten im Wesentlichen durch die unterschiedlichen Gehalte an Magnesium, nämlich bei der Variante 1 mit 0,27 bis 0,33 Gew.-% und bei der Variante 2 mit 0,5 bis 0,6 Gew.-%, unterscheiden.

Wärmebehandlung:

Prozessablauf 1:

[0035] Die beiden Varianten der Aluminium-Silizium-Gusslegierung - und zwar insbesondere Variante 2 mit einem Gehalt von etwa 0,6 Gew.-% Magnesium - wurden dabei beispielsweise den folgenden, in den Fig. 1 und 2 anhand von Ablaufschemas erläuterter Wärmebehandlungen, unterzogen:

Dabei zeigt Fig.1 ein Verfahren, bei welchem die B-Säulen (Produkt P) nach dem Gießen in einem Schritt 1 - unter Ausnutzung eines Teils der Gießwärme - in einem Schritt 2 lösungsgeglüht und an der Luft mittels eines Ventilators abgeschreckt werden. Mit anderen Worten wird vorliegend das Produkt P nach dem Entformen aus dem Gießwerkzeug nicht beispielsweise auf Raumtemperatur abgekühlt, sondern vielmehr bei einer Temperatur von noch etwa 200° C in Schritt 2 lösungsgeglüht. Während des Lösungsglühens in Schritt 2 verbleiben dabei ein Anguss A bzw. andere Gießreste am Produkt P.

[0036] Nach dem Lösungsglühen in Schritt 2 ist das Bauteil nach wie vor relativ weich bzw. duktil und kann demzufolge in Schritt 3 entgratet werden. Hierbei werden der Anguss A bzw. andere Gießreste vom Produkt P entfernt. Das Produkt P bleibt dabei weiter weich.

[0037] Im Anschluss an das im Schritt 3 durchgeführte Entgraten erfolgt in Schritt 4 ein Richten der B-Säule bzw. des Produkts P. Das Produkt P ist hierzu weiter weich.

[0038] Schließlich wird das Produkt P in Schritt 5 ausgelagert, und zwar bei einer der im Weiteren noch näher beschriebenen Auslagerungstemperaturen. Danach ist das bis nach dem Schritt 4 weiche Produkt entsprechend seiner gewünschten Materialeigenschaften eingestellt.

Prozessablauf 2:

[0039] Die Fig. 2 zeigt ein Verfahren, welches sich von demjenigen gemäß Fig. 1 insbesondere dadurch unterscheidet, dass die Schritte 2 und 3 in ihrer Abfolge vertauscht sind und somit vorliegend auch keine Ausnutzung eines Teils der Gießwärme erfolgt.

[0040] Somit wird das Produkt P vorliegend nach Schritt 1 gemeinsam mit dem Anguss A bzw. anderen Gießresten auf Raumtemperatur bzw. auf etwa 20° C abgekühlt. Danach erfolgt das Entgraten 3 bzw. das Entfernen des Angusses und der Gießreste, wobei das Produkt hierbei nach wie vor weich ist.

[0041] Im Anschluss an das Entgraten 3 erfolgt das Lösungsglühen 2 und das anschließende Abkühlen beispielsweise an der Luft mittels eines Ventilators. Das Produkt P bleibt dabei weiter weich.

[0042] Die Schritte 4 und 5, also das Richten der B-Säule bzw. des Produkts P und das Auslagern bei einer der im Weiteren noch näher beschriebenen Auslagerungstemperaturen, erfolgen dann wiederum analog zum Verfahren gemäß Fig.1. Nach Schritt 5 ist das bis nach dem Schritt 4 weiche Produkt entsprechen seiner gewünschten Materialeigenschaften wiederum eingestellt.

[0043] Beiden Verfahren gemäß Fig. 1 und Fig.2 ist es gemeinsam, dass im jeweiligen Verfahrensablauf an den Stellen Q1 eine Maßprüfung an der Stelle Q2 eine Festigkeits- bzw. Zugprüfung vorgenommen wird.

[0044] Die im jeweiligen Schritt 2 der beiden Verfahren gemäß Fig. 1 und Fig.2 durchgeführte Lösungsglühung erfolgte in unterschiedlichen Versuchen bei unterschiedlichen Temperaturen zwischen 460 und 490° C und während unterschiedlicher Glühzeiten von 15 bis 120 min.

[0045] Die im jeweiligen Schritt 5 der beiden Verfahren gemäß Fig. 1 und Fig.2 durchgeführte Auslagerung erfolgte ebenfalls in unterschiedlichen Versuchen bei unterschiedlichen Temperaturen zwischen 160 und 240° C und während unterschiedlicher Auslagerungszeiten von 20 bis 240 min.

[0046] Durch die Wärmebehandlung wurden Bauteile zum Einsatz beispielsweise in der Karosserie, im Fahrwerk oder im Antriebsstrang des Kraftwagens geschaffen, welche eine Dehngrenze R_p0,2 zwischen 90 und 180 MPa , eine Zugfestigkeit R_m zwischen 180 und 250 MPa und eine Bruchdehnung A₅ im Bereich zwischen 8 und 22 % aufweisen. Demzufolge ist die vorliegende Aluminiumlegierung wiederum besonders gut zur Verwendung im Kraftfahrzeug geeignet.

Beispiel 4:

[0047] Dem vorliegenden Beispiel liegt ein Versuchsprogramm zugrunde, bei welchem hochfeste Bauteile von Personenkraftwagen mit einer Legierungszusammensetzung gemäß Variante 1 (0,27 bis 0,33 Gew.-% Mg) entsprechend bearbeitet werden, dass diese nach der nachfolgend beschriebenen Wärmebehandlung eine Dehngrenze R_p0,2 von = 180 MPa aufweisen.

[0048] Hierzu wurden die hochfesten Bauteile einer T5-Glühung bei unterschiedlichen Temperaturen zwischen 160 und 240° C und während unterschiedlicher Zeiten von 20 bis 240 min unterzogen.

Ansprüche

1. Aluminiumlegierung, insbesondere Druckgusslegierung vorzugsweise für ein Gussbauteil eines Kraftwagens gekennzeichnet durch folgende Legierungselemente:

6,5	bis	<9,5	Gew.-% Silizium
0,3	bis	0,6	Gew.-% Mangan
0,15	bis	0,35	Gew.-% Eisen
0,02	bis	0,6	Gew.-% Magnesium
max. 0,1			Gew.-% Titan
90	bis	180	ppm Strontium

und als Rest Aluminium mit einzeln maximal 0,05 Gew.-% und insgesamt maximal 0,2 Gew.-% herstellungsbedingten Verunreinigungen.

2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese im Gusszustand eine Härte von > 80 HB, und vorzugsweise zwischen 84 HB und 88 HB aufweist.

3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese im Gusszustand eine Bruchdehnung A₅ von > 5 %, und vorzugsweise 8 % bis 12 % aufweist.

4. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese als weiteres Legierungselement 0,1 bis 0,4 Gew.-% Kupfer aufweist.

5. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese 0,22 bis 0,4 Gew.-%, und vorzugsweise 0,32 bis 0,36 Gew.-% Magnesium aufweist.

6. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei einem Gussbauteil, insbesondere einer Ölwanne eines Kraftwagens.

7. Verwendung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gussbauteil in einem Druckgussverfahren hergestellt wird.

8. Verwendung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gussbauteil nach dem Gießprozess einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen wird.

9. Verwendung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gussbauteil in einem Temperaturbereich von 400 bis 490° C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 420 bis 460° C während einer Zeitdauer von 20 bis 120 min partiell lösungsgeglüht und anschließend an Luft abgekühlt wird.

10. Gussbauteil insbesondere für einen Kraftwagen aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

11. Gussbauteil nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass dieses als Ölwanne eines Kraftwagens ausgebildet ist.

12. Gussbauteil nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass dieses im Gusszustand in allen Bauteilbereichen eine zumindest annähernd einheitliche Härte von > 80 HB, und vorzugsweise zwischen 84 HB und 88 HB aufweist.

13. Gussbauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass dieses im Gusszustand in allen Bauteilbereichen eine zumindest annähernd einheitliche Bruchdehnung A₅ von > 5 %, und vorzugsweise 8 % bis 12 % aufweist.

14. Gussbauteil nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass dieses zumindest partiell in einem Temperaturbereich von 400 bis 490° C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 420 bis 460° C während einer Zeitdauer von 20 bis 120 min partiell lösungsgeglüht und anschließend an Luft abgekühlt ist.

Claims

1. Aluminium alloy, in particular a pressure casting alloy, preferably for a cast component of a motor vehicle, characterised by the following alloying elements:

6.5	to	<9.5	% by weight silicon
0.3	to	0.6	% by weight manganese
0.15	to	0.35	% by weight iron
0.02	to	0.6	% by weight magnesium
max. 0.1			% by weight titanium
90	to	180	ppm strontium

and aluminium as the remainder, with a maximum of 0.05 % by weight individually, and a maximum of 0.2 % by weight in total, of production-related contaminants.

2. Aluminium alloy according to claim 1,
characterised in
that said alloy, as cast, exhibits a hardness of > 80 HB, preferably between 84 HB and 88 HB.

3. Aluminium alloy according to either claim 1 or claim 2,
characterised in
that said alloy, as cast, exhibits an elongation at break A₅ of > 5 %, preferably of 8 % to 12%.

4. Aluminium alloy according to any one of claims 1 to 3,
characterised in
that said alloy exhibits 0.1 to 0.4 % by weight of copper as a further alloying element.

5. Aluminium alloy according to any one of claims 1 to 4,
characterised in
that said alloy exhibits 0.22 to 0.4 % by weight, preferably 0.32 to 0.36 % by weight, of magnesium.

6. Use of an aluminium alloy according to any one of claims 1 to 5 in a cast component, in particular an oil pan of a motor vehicle.

7. Use according to claim 6,
characterised in
that the cast component is produced in a pressure casting process.

8. Use according to either claim 6 or claim 7,
characterised in
that the cast component is subjected to a heat treatment process after the casting process.

9. Use according to claim 8,
characterised in
that the cast component is partially solution treated in a temperature range of from 400 to 490 °C, in particular in a temperature range of from 420 to 460 °C, for a duration of from 20 to 120 minutes, and is subsequently air-cooled.

10. Cast component, in particular for a motor vehicle, which is produced from an aluminium alloy according to any one of claims 1 to 5.

11. Cast component according to claim 10,
characterised in
that said component is formed as an oil pan for a motor vehicle.

12. Cast component according to either claim 10 or claim 11,
characterised in
that all regions of said component as cast exhibit an at least approximately uniform hardness of > 80 HB, preferably between 84 HB and 88 HB.
that all regions of said component as cast exhibit an at least approximately uniform hardness of > 80 HB, preferably between 84 HB and 88 HB.

13. Cast component according to any one of claims 10 to 12,
characterised in
that all regions of said component as cast exhibit an at least approximately uniform elongation at break A₅ of > 5 %, preferably of 8 % to 12 %.

14. Cast component according to claim 13,
characterised in
that said cast component is at least partially solution treated in a temperature range of from 400 to 490 °C, in particular in a temperature range of from 420 to 460 °C, for a duration of from 20 to 120 minutes and subsequently air-cooled.

Revendications

1. Alliage d'aluminium, en particulier alliage à coulée sous pression de préférence pour un composant en fonte d'une automobile, caractérisé par les éléments d'alliage suivants :

6,5	à <	9,5	% en poids de silicium
0,3	à	0,6	% en poids de manganèse
0,15	à	0,35	% en poids de fer
0,02	à	0,6	% en poids de magnésium
max. 0,1			% en poids de titane
90	à	180	ppm de strontium

et de l'aluminium en tant que résidu avec individuellement au maximum 0,05 % en poids et au total au maximum 0,2 % en poids d'impuretés dues au procédé de fabrication.

2. Alliage d'aluminium selon la revendication 1,
caractérisé en ce
que celui-ci présente à l'état brut de coulée une dureté > à 80 HB et de préférence entre 84 HB et 88 HB.

3. Alliage d'aluminium selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce
que celui-ci présente à l'état brut de coulée un allongement à la rupture A₅ > 5 % et de préférence 8 % à 12 %.

4. Alliage d'aluminium selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce
que celui-ci présente comme autre élément d'alliage 0,1 à 0,4 % en poids de cuivre.

5. Alliage d'aluminium selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce
que celui-ci présente 0,22 à 0,4 % en poids et de préférence 0,32 à 0,36 % en poids de magnésium.

6. Utilisation d'un alliage en aluminium selon l'une des revendications 1 à 5 dans le cas d'un composant en fonte, en particulier d'une cuvette à huile d'une automobile.

7. Utilisation selon la revendication 6,
caractérisé en ce
que le composant en fonte est fabriqué suivant un procédé de coulée sous pression.

8. Utilisation selon la revendication 6 ou 7,
caractérisé en ce
que le composant en fonte est soumis, après le processus de coulée, à un processus de traitement thermique.

9. Utilisation selon la revendication 8,
caractérisé en ce que le composant en fonte est soumis partiellement à un traitement thermique de mise en solution à une plage de températures de 400 à 490° C, en particulier à une plage de températures de 420 à 460° C pendant une durée de 20 à 120 min et ensuite refroidi à l'air.

10. Composant en fonte en particulier pour une automobile dans un alliage d'aluminium selon l'une des revendications 1 à 5.

11. Composant en fonte selon la revendication 10,
caractérisé en ce
que celui-ci est constitué en tant que cuvette à huile d'une automobile.

12. Composant en fonte selon la revendication 10 ou 11,
caractérisé en ce
que celui-ci présente à l'état brut de coulée, dans tous les secteurs du composant, une dureté au moins approximativement homogène > 80 HB et de préférence entre 84 HB et 88 HB.

13. Composant en fonte selon l'une des revendications 10 à 12,
caractérisé en ce
que celui-ci présente à l'état brut de coulée, dans tous les secteurs du composant, un allongement à la rupture A₅ au moins approximativement homogène > 5 % et de préférence de 8 % à 12 %.

14. Composant en fonte selon la revendication 13,
caractérisé en ce
que celui-ci est soumis partiellement à un traitement thermique de mise en solution au moins partiellement à une plage de températures de 400 à 490° C, en particulier à une plage de températures de 420 à 460° C pendant une durée de 20 à 120 min et ensuite refroidi à l'air.

Zeichnung