ATBECHDEDKESFRGBGRITLILUNLSEMCPTIESILTLVFIROMKCYALTRBGCZEEHUPLSKBAHRIS..MTNORSMESMMAKHTNMD..........
J
BDM Ver 1.7.2 (20 November 2019) - 1100000/0
3825428
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A1
20210526
EP
19211356.1
20191125
20201111
de
de
de
20210526
202121
20210526
202121
C22C 21/02 20060101AFI20200603BHEP
C22C 21/04 20060101ALI20200603BHEP
C22F 1/043 20060101ALI20200603BHEP
de
DRUCKGUSSBAUTEIL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES DRUCKGUSSBAUTEILS
en
DIE CAST COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING A DIE CAST COMPONENT
fr
COMPOSANT MOULÉ SOUS PRESSION ET PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN COMPOSANT MOULÉ SOUS PRESSION
1
AMAG casting GmbH
101430844
00805PEP
Lamprechtshausener Straße 61
5282 Braunau am Inn-Ranshofen
AT
Audi AG
101014827
00805PEP
85045 Ingolstadt
DE
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
100125789
00805PEP
Schlossplatz 4
91054 Erlangen
DE
HUMMEL, Marc
Vogelsangstr. 27,
74363 Güglingen
DE
KOHLHEPP, Marius
Löchgauer Str. 42,
74321 Bietigheim-Bissingen
DE
MÜLLER, Robin
Schmiedeweg 1,
92224 Amberg,
DE
HÖPPEL, Heinz Werner
Parasolweg 1,
91058 Erlangen,
DE
FRAGNER, Werner
Moosbach 51,
5271 Moosbach,
AT
Jell, Friedrich
101260421
Bismarckstrasse 9
4020 Linz
AT
AL
AT
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Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils und ein damit hergestelltes Druckgussbauteil gezeigt. Erfindungsgemäß wird eine hervorragende Stanznieteignung erreicht, wenn das Druckgussbauteil eine aushärtbaren Aluminiumlegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen: von 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si), von 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-%, wobei das Druckgussbauteil eine Streckgrenze (Rp0,2) von größer 190 MPa und eine Bruchdehnung (A5) von größer gleich 7 % aufweist und Gleichmaßdehnung (Ag) und Einschnürdehnung (Az) die Bedingung Az ≥ Ag/2 erfüllt.
Die Erfindung betrifft ein Druckgussbauteil und ein Verfahren zur Herstellung dieses Druckgussbauteils.
Um bei einem dünnwandigen Druckgussbauteil, beispielsweise bei Strukturbauteilen für Kraftfahrzeuge, die Festigkeit (R_{p0,2}, R_m) und die Duktilität (bzw. Bruchdehnung A_5) in ein gewünschtes Verhältnis zueinander zu bringen - damit beispielsweise crashrelevante FDI-Werte [FDI=Festigkeits-Duktilitäts-Index, der sich aus Materialkennwerten R_m, R_{p0,2} und A_5 berechnet, nämlich FDI = (R_m+3∗R_{p0,2})/4∗A_5/100] im Automobilbereich zu erfüllen sind -, schlägt die EP3176275A1 eine Wärmebehandlung einer Al-Si-Aluminiumlegierung mit einem zweistufigen Glühen, Abschrecken und dreistufigen Warmauslagern vor. Dieses Verfahren führt auch zu einer guten Stanznieteignung - also einem Fügen durch Umformen -, was im Wesentlichen von der Duktilität des Druckgussbauteils abhängig ist. Insbesondere bedarf es beim Stanznieten unter Verwendung einer Dommatrize im Vergleich zu anderen Matrizen (Flachmatrize, Kugelmatrize etc.) der höchsten Verformungsfähigkeit am Druckgussbauteil. Ist die Verformungsfähigkeit des Materials nicht ausreichend, entstehen matrizenseitig Risse im Druckgussbauteil. Eine weitere Verbesserung der Stanznieteignung durch Erhöhung der Duktilität bedingt wiederum Verluste bei der Festigkeit - was nachteilig crashrelevante FDI-Werte reduziert.
Die Erfindung hat sich außerdem ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, ein Druckgussbauteil zu schaffen, das sich im Vergleich zu bekannten Druckgussbauteilen in einer verbesserten Stanznieteignung bei gleicher Bruchdehnung und Festigkeit auszeichnet.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Indem das Druckgussbauteil eine aushärtbare Aluminiumlegierung mit 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si) und von 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-% aufweist, kann eine vergleichsweise hohe Streckgrenze (R_{p0,2}) von größer 190 MPa und auch eine Bruchdehnung A_5 von größer gleich 7 % ermöglicht werden.
- Si: 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si), was einen reduzierten Anteil im Vergleich mit dem Stand der Technik darstellt, kann den Anteil an rissauslösenden Primärphasen (nämlich eutektischen Siliziumpartikel) deutlich verringern. Damit reduziert sich deren negative Einfluss beim Fügen durch Umformen.
- Mg: 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) kann eine Streckgrenze (R_{p0,2}) von größer 190 MPa ermöglichen.
Besonders aber verbessert sich durch die Stanznieteignung des Druckgussbauteils, weil Gleichmaßdehnung (A_g) und Einschnürdehnung (A_z) die Bedingung A_z ≥ A_g/2 erfüllen. Dadurch kann dieses hochfeste Druckgussbauteil selbst bei dünnwandiger Ausführung rissfrei einem Fügen durch Umformen, beispielsweise Stanznieten oder Durchsetzfügen, unterworfen werden.
Zusätzlich zu Si und Mg kann die Aluminiumlegierung optional ein oder mehrere Legierungselemente der Gruppe aufweisen: bis 0,8 Gew.-% Mangan (Mn), von 0,08 bis 0,35 Gew.-% Zink (Zn), von 0,08 bis 0,35 Gew.-% Chrom (Cr), bis 0,30 Gew.-% Zirkonium (Zr), bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe), bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti), bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu), bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr), bis 0,2 Gew.-% Vanadium (V) und/oder bis 0,2 Gew.-% Molybdän (Mo).
Vorgenannte Stanznieteignung ist weiter verbesserbar, wenn das Druckgussbauteil eine Gleichmaßdehnung (A_g) von mindestens 6 % und eine Einschnürdehnung (A_z) von mindestens 4 % aufweist.
Weiteres sind in der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung für Silizium (Si) und/oder Zink (Zn) und/oder Magnesium (Mg) und/oder Mangan (Mn) und/oder Kupfer (Cu) und/oder Eisen (Fe) und/oder Titan (Ti) und/oder Strontium (Sr) folgender Gehalt oder folgende Gehalte vorstellbar:
- von mehr als 6,5 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si)
insbesondere von mehr als 6,5 bis 8 Gew.-% Silizium (Si)
- von 0,3 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg)
- von 0,3 bis 0,6 Gew.-% Mangan (Mn)
- von 0,15 bis 0,3 Gew.-% Zink (Zn)
insbesondere von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Zink (Zn)
- von 0,10 bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu)
- von 0,10 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe)
insbesondere von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe)
- von 0,05 bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti)
- von 0,015 bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr)
Besonders hohe FDI-Werte sind erreichbar, wenn die aushärtbare Aluminiumlegierung von mehr als 6,5 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si), insbesondere von mehr als 6,5 bis 8 Gew.-% Silizium (Si), aufweist.
Si: 6,5 < Gew.-% Silizium (Si) ≤ 9,0 können beispielsweise bei ausreichend guter Gießbarkeit der Legierung auch rissauslösende Primärphasen reduziert werden, was das Fügen durch Umformen noch weiter verbessern kann - dies um so mehr, wenn die Bedingung 6,5 < Gew.-% Silizium (Si) ≤ 8,0 erfüllt wird.
Festigkeit und Duktilität sind weiter zu verbessern, wenn die Aluminiumlegierung von 0,15 bis 0,3 Gew.-% Zink (Zn) und/oder von 0,3 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) aufweist.
- Zn: Ein Gehalt von 0,15 bis 0,3 Gew.-% Zink (Zn) kann die Duktilität des Druckgussbauteils weiter verbessern. Bevorzugt weist Zink (Zn) einen Gehalt von 0,15 bis 0,25 Gew.-% auf.
- Mg: Ein Gehalt von 0,3 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) kann die Streckgrenze (R_{p0,2}) weiter erhöhen.
Die Gießbarkeit der Druckgusslegierung kann weiter verbessert werden, wenn die Aluminiumlegierung von 0,3 bis 0,6 Gew.-% Mangan (Mn) aufweist.
Die Festigkeit der Aluminiumlegierung kann mit einem Gehalt an Kupfer (Cu) von 0,10 bis 0,20 Gew.-% weiter erhöht werden.
Zudem kann durch diesen Gehalt an Kupfer die Aluminiumlegierung einen höheren Gehalt an Sekundäraluminium aufweisen, was weiter erhöht werden kann, wenn die Aluminiumlegierung 0,15 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe) aufweist. Dies insbesondere, wenn die Aluminiumlegierung von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe) aufweist.
Duktilität und Festigkeit der Aluminiumlegierung kann mit 0,05 bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti) verbessert, wobei von 0,015 bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr) die Duktilität weiter optimieren kann.
Vorstellbar ist weiter, dass die Aluminiumlegierung bis 0,05 Gew.-% Mangan (Mn) und/oder bis 0,05 Gew.-% Kupfer (Cu) aufweist.
- Mn: Ein Gehalt an Mangan (Mn) bis 0,05 Gew.-% kann zu einer signifikanten Duktilitätssteigerung führen. Solch eine Beschränkung des Mangangehalts kann nämlich den Anteil an rissauslösenden Primärphasen (manganhaltigen intermetallischen Phasen) noch weiter reduzieren, welche das Gussbauteil strukturell schwächen würden, insbesondere beim Fügen durch Umformen.
- Cu: Ein Gehalt an Kupfer (Cu) bis 0,05 Gew.-% kann zudem die Rissneigung weiter reduzieren, was das Fügen durch Umformen weiter erleichtern bzw. das Stanznieten weiter verbessern kann.
Das erfindungsgemäße Druckgussbauteil ist insbesondere als Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug geeignet. Vorzugsweise ist das Druckgussbauteil mit dem anderen Bauteil über eine Stanzniete fest verbunden. Das Druckgussbauteil ist vorzugsweise als Karosseriekomponente Teil eines Kraftfahrzeugs.
Die Erfindung hat sich ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, das Verfahren zu verändern, um bei nahezu gleichbleibenden FDI-Werten am Druckgussbauteil, die Stanznieteignung weiter zu verbessern. Zudem soll das Verfahren einfach handhabbar und reproduzierbar ausgeführt werden können.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8.
Wird eine aushärtbare Aluminiumlegierung mit 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si) und von 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-% verwendet, kann eine besondere Wärmebehandlung durchgeführt werden.
- Si: Mit 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si) kann zunächst aufgrund der Untergrenze von 5,0 Gew.-% die Gießbarkeit der Aluminiumlegierung auch bei komplexen Konturen sichergestellt werden. Zudem kann aufgrund der Obergrenze von 9,0 Gew.-% Silizium (Si) die Aluminiumlegierung auf eine Glühbehandlung bei höheren Temperaturen vorbereitet werden.
- Mg: Mit 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) kann die Aluminiumlegierung zur Erreichung einer erhöhten Festigkeit, insbesondere Streckgrenze (R_{p0,2}), vorbereitet werden.
Auf Basis dieser Si- und Mg-Gehalte wird sohin die Al-Si-Legierung für eine erhöhte Festigkeit bei reduzierter Duktilität vorbereitet - nämlich, indem ein erstes Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 320 °C (Grad Celsius) bis 450 °C über eine Zeitdauer von 20 bis 75 Minuten und ein zweites Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 510 °C bis 540 °C über eine Zeitdauer von 5 bis 35 Minuten erfolgt, also bei erhöhten Temperaturen gegenüber dem Stand der Technik. Durch das, dem Glühen anschließende Abschrecken mit einem Temperaturgradienten im Bereich von größer 4 K/s werden die Eigenschaften (erhöhte Festigkeit bei reduzierter Duktilität) am Druckgussbauteil eingestellt.
Eine Verschiebung der mechanischen Eigenschaften von Duktilität in Richtung Festigkeit kann in weiterer Folge durch eine Überalterung des Druckgussbauteils mithilfe einer zumindest dreistufigen Warmauslagerung kompensiert werden.
Hierzu hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 180 °C über eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 150 Minuten, eine zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 180 °C bis 300 °C über eine Zeitdauer von 30 Minuten bis 100 Minuten und eine dritte Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 230 °C bis 300 °C über eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 120 Minuten erfolgen. Damit kann ein T7-Zustand am Druckgussbauteil erreicht werden, welcher nicht nur vorgegebenen FDI-Werte aus Festigkeit (Rp02, Rm) und Duktilität bzw. Bruchdehnung A_5 erfüllt, sondern überraschend auch eine deutliche Erhöhung der Stanznieteignung aufweist.
Untersuchungen ergaben, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders Einfluss auf das Verhältnis zwischen Einschnürdehnung (A_z) und Gleichmaßdehnung (A_g) nimmt, welche Einschnürdehnung A_z sich durch die Gleichung A_z=A(bzw.A_5)-A_g bestimmt. Erfindungsgemäß ergibt sich sohin bei einer vergleichsweise hochfesten Al-Si-Aluminiumlegierung im Zustand T7 eine Einschnürdehnung A_z, welche größer gleich A_g/2 ist - was ein rissfreies Stanznieten sicherstellt, insbesondere auch ein Stanznieten unter Verwendung einer Dommatrize, was matrizenseitig besonders hohe Verformungsfähigkeit vom Druckgussbauteil fordert.
Dies ist auch bei einem dünnwandigen Druckgussbauteil erreichbar, beispielsweise für den Karosseriebau, welche derzeit einem Fügen durch Umformen, vor allem einem Stanznieten, nicht zuverlässig zugänglich waren.
Zudem bedarf das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu bekannten anderen Verfahren lediglich einer Adaptierung in Temperatur und Haltedauer - was vergleichsweise einfach handhabbar ist und so die Reproduzierbarkeit des Verfahrens verbessert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann sohin die Herstellung eines Druckgussbauteils sicherstellen, das eine Streckgrenze (R_{p0,2}) von größer 190 MPa und eine Bruchdehnung (A_5) von größer gleich 7 % aufweist und dessen Gleichmaßdehnung (A_g) und Einschnürdehnung (A_z) die Bedingung A_z ≥ A_g/2 erfüllt.
Vorzugsweise kann das hergestellte Druckgussbauteil eine Gleichmaßdehnung (A_g) von mindestens 6 % und eine Einschnürdehnung (A_z) von mindestens 4 % aufweisen. Zusätzlich zu Si und Mg kann die Aluminiumlegierung folgende weitere Legierungselemente optional aufweisen, nämlich bis 0,8 Gew.-% Mangan (Mn), von 0,08 bis 0,35 Gew.-% Zink (Zn), von 0,08 bis 0,35 Gew.-% Chrom (Cr), bis 0,30 Gew.-% Zirkonium (Zr), bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe), bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti), bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu), bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr), bis 0,2 Gew.-% Vanadium (V) und/oder bis 0,2 Gew.-% Molybdän (Mo).
Die Einschnürdehnung A_z ist weiter verbesserbar, wenn das erste Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 390 °C bis 410 °C und/oder über eine Zeitdauer von 50 Minuten bis 70 Minuten erfolgt. Zudem kann durch diesen vergleichsweise engen Temperatur- und Zeitbereich reproduzierbarer auf die mechanischen Eigenschaften am fertigen Druckgussbauteil Einfluss genommen werden.
Erfolgt das zweite Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 520 °C bis 535 °C, insbesondere von 525 °C bis 535 °C, und/oder über eine Zeitdauer von 25 bis 30 Minuten, ist beispielsweise aufgrund der vergleichsweise kurzen Haltedauer ein Verzug am Druckgussbauteil vermeidbar. Dies verbessert zudem auch die Reproduzierbarkeit des Verfahrens.
Die Festigkeitswerte können in vergleichsweise engen Grenzen eingestellt werden, wenn das Abschrecken mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 7 K/s bis 20 K/s erfolgt. Dieses beschleunigte Abkühlen kann beispielsweise durch Abkühlung an bewegter Luft, etc. erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt die erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 140 °C bis 160 °C und/oder über eine Zeitdauer von 110 Minuten bis 130 Minuten, um das Druckgussbauteil zunächst in einen T64-Zustand zu versetzen.
Ein T6-Zustand am Druckgussbauteil wird erreicht, indem die zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 190 °C bis 210 °C und/oder über eine Zeitdauer von 50 Minuten bis 70 Minuten erfolgt.
Erfolgt die dritte Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 230 °C bis 270 °C und/oder über eine Zeitdauer von 10 Minuten bis 30 Minuten, sind am Druckgussbauteil Festigkeit und Duktilität noch genauer einstellbar. Insbesondere aber ist damit eine vergleichsweise hohe Einschnürdehnung (A_z) erreichbar, was die Rissgefahr beim Stanznieten des Druckgussbauteils noch weiter reduzieren kann.
Zum Nachweis der erzielten Effekte wurden aus verschiedenen Gusslegierungen dünnwandige Gussbauteile im Druckgussverfahren hergestellt. In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. So zeigen
Fig. 1
eine Ansicht zum Ablauf der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung,
Fig. 2a
abgerissener Querschliff von zwei stanzgenieteten Bauteilen, wobei das untere Bauteil ein Druckgussbauteil nach dem Stand der Technik ist,
Fig. 2b
eine dreidimensionale, matrizenseitige Ansicht der Fig. 2a,
Fig. 3a
abgerissener Querschliff von zwei stanzgenieteten Bauteilen, wobei es sich beim unteren Bauteil um das erfindungsgemäße Druckgussbauteil handelt, und
Fig. 3b
eine dreidimensionale, matrizenseitige Ansicht der Fig. 3a.
Die Zusammensetzungen der untersuchten Legierungen sind in der Tabelle 1 angeführt, wobei zu den in dieser Tabelle angeführten Legierungselementen als Rest Aluminium und herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-% hinzukommen.

Tabelle 1: Übersicht zu den Aluminiumlegierungen
Legierungen | Si Gew.-% | Mg Gew.-% | Mn Gew.-% | Fe Gew.-% | Zn Gew.-% | Zr Gew.-% | Ti Gew.-% | Sr Gew.-%
AlSi10Mg0,4Mn | 10,5 | 0,4 | 0,61 | <0,22 | 0,2 | 0,15 | 0,06 | 0,02
AlSi7Mg0,4 | 7 | 0,4 | 0,05 | ≤0,15 | 0,2 | 0,15 | 0,06 | 0,02
Die Legierungen AlSi7Mg0,4 bewegt sich in den erfindungsgemäßen Gehaltsgrenzen nach den unabhängigen Ansprüchen. Legierung AlSi10Mg0,4Mn weist im Vergleich zu Legierung AlSi7Mg0,4 einen wesentlich höheren Si-Gehalt auf - und liegt diesbezüglich sohin außerhalb der erfindungsgemäßen Gehaltsgrenzen.
Die Druckgussbauteile P1 (Stand der Technik) und I1 (erfindungsgemäß) mit den diesbezüglichen Al-Si-Aluminiumlegierungen wurden nach Tabelle 2 folgender Wärmebehandlung unterzogen:

Tabelle 2: Übersicht zur Wärmebehandlung
Bauteil | Legierung | Glühen | Abschrecken | Warmauslagern
erstes | zweites | erstes | zweites | drittes
P1 | AlSi10Mg0,4Mn | 400 °C | 510 °C | 3 K/s | 120 °C | 230 °C |
1 h | 30 min | 2 h | 1 h |
I1 | AlSi7Mg0,4 | 400 °C | 530 °C | 7 K/s | 150 °C | 200 °C | 250 °C
1 h | 30 min | 2 h | 1 h | 20 min
In der Fig. 1 ist der Ablauf der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung näher dargestellt: Zuerst erfolgt ein zweistufiges Glühen, nämlich ein erstes Glühen 1.1 und ein daran anschließendes zweites Glühen 1.2, darauffolgend ein Abschrecken 2 und nach einer gewissen Lagerzeit eine dreistufige Warmauslagerung mit einem ersten Erwärmen 3.1, einem anschließenden zweiten Erwärmen 3.2 und einem anschließenden dritten Erwärmen 3.3. Das Gussbauteil I1 durchschreitet bei dieser Wärmebehandlung verschiedenste Zustände von T4, T6x, T6 bis zu T7, wie in Fig. 1 zu erkennen.
In Fig. 1 ist auch der Unterschied beim zweiten Glühen 1.2 zwischen der Erfindung I1 und dem Stand der Technik P1 zu erkennen. So erfolgt das zweite Glühen im Stand der Technik P1 mit einer deutlich niedrigeren Temperatur als bei der Erfindung I1.
Im Gegensatz zur Erfindung fehlt dem Gussbauteil P1 ein drittes Warmauslagern. Wesentliche Unterschiede finden sich auch in den Parametern des zweiten Glühens - diese Unterschiede führt insgesamt dazu, dass sich nach der Wärmebehandlung das Gussbauteil P1 im Zustand T6 befindet.
Die beiden Druckgussteile P1 und I1 wurden schließlich auf ihre mechanischen Eigenschaften hin untersucht. Hierzu wurden Streckgrenze R_{p0,2}, Zugfestigkeit R_m, Bruchdehnung A_5 sowie die Gleichmaßdehnung A_g bestimmt. Die erhaltenen Messwerte sind in der Tabelle 3 zusammengefasst. Die Einschnürdehnung A_z wurde aus Bruchdehnung A_5 und Gleichmaßdehnung A_g errechnet.

Tabelle 3: mechanische Kennwerte
Bauteil | R_{p0,2} [MPa] | R_m [MPa] | A_5 [%] | A_g [%] | A_z [%] =A_5-A_g
P1 | 195 | 277 | 12,8 | 8,7 | 3,7
I1 | 195 | 250 | 12,4 | 6,7 | 6,1
Gemäß Tabelle 3 weist das erfindungsgemäße Druckgussbauteil I1 eine deutlich höhere Einschnürdehnung (A_z) auf - womit das Druckgussbauteil I1 eine besonders gute Stanznieteignung aufweist bzw. generell für ein Fügen durch Umformen besonders geeignet ist.
Diese Eignung wurde durch ein Stanznieten unter Verwendung einer Dommatrize geprüft - und zwar wurde ein Aluminiumblech A der 6xxx Reihe matrizenseitig mit dem Druckgussbauteil P1 bzw. mit dem Druckgussbauteil I1 matrizenseitig unter Verwendung eines Nietelements N stanzgenietet. Die Ergebnisse dieses Stanznietens sind in den Figuren 2a, 2b bzw. 3a, 3b ersichtlich.
So sind im Querschliff nach Fig. 2a zur AlSi10Mg0,4Mn im T6-Zustand mehrere Risse R zu erkennen, wohingegen im Querschliff nach Fig. 3a zur erfindungsgemäßen Al-Si7Mg0,4-Legierung im hochfesten T7-Zustand keine Risse zu erkennen sind.
Zudem zeigt die AlSi10Mg0,4Mn T6 nach Fig. 2b zahlreiche tiefe Risse matrizenseitig, wohingegen die Risse bei Al-Si7Mg0,4 T7 deutlich feiner ausgeprägt sind. Deren Anzahl ist zwar höher, jedoch sind diese aufgrund ihrer geringen Breite und Tiefe unkritisch. Erfindungsgemäß verbessert sich sohin ein Niet-Ergebnis signifikant gegenüber dem Stand der Technik.
Aus diesem Grund weist auch das erfindungsgemäße Druckgussbauteil I1 beispielsweise eine besonders gute Eignung für dünnwandige Formteile an einer Karosserie eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, auf.
1. Druckgussbauteil aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen:
von 5,0 bis 9,0 | Gew.-% Silizium (Si),
von 0,25 bis 0,5 | Gew.-% Magnesium (Mg)
und optional
bis 0,8 | Gew.-% Mangan (Mn),
von 0,08 bis 0,35 | Gew.-% Zink (Zn),
von 0,08 bis 0,35 | Gew.-% Chrom (Cr),
bis 0,30 | Gew.-% Zirkonium (Zr),
bis 0,25 | Gew.-% Eisen (Fe),
bis 0,15 | Gew.-% Titan (Ti),
bis 0,20 | Gew.-% Kupfer (Cu),
bis 0,025 | Gew.-% Strontium (Sr),
bis 0,2 | Gew.-% Vanadium (V),
bis 0,2 | Gew.-% Molybdän (Mo),
und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-%,
wobei das Druckgussbauteil
eine Streckgrenze (R_{p0,2}) von größer 190 MPa und
eine Bruchdehnung (A_5) von größer gleich 7 % aufweist und Gleichmaßdehnung (A_g) und Einschnürdehnung (A_z) die Bedingung A_z ≥ A_g/2 erfüllt.
2. Druckgussbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Druckgussbauteil
eine Gleichmaßdehnung (A_g) von mindestens 6 % und
eine Einschnürdehnung (A_z) von mindestens 4 % aufweist.
3. Druckgussbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aushärtbare Aluminiumlegierung
von mehr als 6,5 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si),
insbesondere von mehr als 6,5 bis 8 Gew.-% Silizium (Si),
und/oder
von 0,3 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg),
und/oder
von 0,3 bis 0,6 Gew.-% Mangan (Mn),
und/oder
von 0,15 bis 0,3 Gew.-% Zink (Zn),
insbesondere von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Zink (Zn),
und/oder
von 0,10 bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu),
und/oder
von 0,10 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe),
insbesondere von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe),
und/oder
von 0,05 bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti),
und/oder
von 0,015 bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr)
aufweist.
4. Druckgussbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aushärtbare Aluminiumlegierung
bis 0,05 | Gew.-% Mangan (Mn) und/oder
bis 0,05 | Gew.-% Kupfer (Cu)
aufweist.
5. Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug mit einem Druckgussbauteil (I1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Karosseriekomponente nach Anspruch 5, mit mindestens einer Stanzniete (N) und mit einem anderen Bauteil (A), wobei das Druckgussbauteil (I1) mit dem anderen Bauteil (A) über die Stanzniete (N) fest verbunden ist.
7. Kraftfahrzeug mit einer Karosseriekomponente nach Anspruch 5 oder 6.
8. Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren eine Wärmebehandlung mit folgenden Schritten in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
Zumindest zweistufiges Glühen, umfassend wenigstens
ein erstes Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 320 °C bis 450 °C über eine Zeitdauer von 20 Minuten bis 75 Minuten, und
ein zweites Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 510 °C bis 540 °C über eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 35 Minuten,
Abschrecken mit einem Temperaturgradienten im Bereich von größer 4 K/s und
zumindest dreistufige Warmauslagerung, umfassend wenigstens eine
erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 180 °C über eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 150 Minuten, eine
zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 180 °C bis 300 °C über eine Zeitdauer von 30 Minuten bis 100 Minuten und eine
dritte Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 230 °C bis 300 °C über eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 120 Minuten.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 390 °C bis 410 °C und/oder über eine Zeitdauer von 50 Minuten bis 70 Minuten erfolgt
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 520 °C bis 535 °C, insbesondere von 525 °C bis 535 °C, und/oder über eine Zeitdauer von 25 bis 30 Minuten erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrecken mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 7 K/s bis 20 K/s erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 140 °C bis 160 °C und/oder über eine Zeitdauer von 110 Minuten bis 130 Minuten erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 190 °C bis 210 °C und/oder über eine Zeitdauer von 50 Minuten bis 70 Minuten erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 230 °C bis 270 °C und/oder über eine Zeitdauer von 10 Minuten bis 30 Minuten erfolgt.
00805PEP
EP
19211356.1
AMAG casting GmbH
1
MN
20200609
C22C
C22F
CN
106244957
A
SHANGHAI HUIZHONG AUTOMOTIVE
20161221
A
1-14
* Zusammenfassung; Tabelle 2 *
SCHNEIDER W ET AL
WAERMEBEHANDLUNG VON ALUMINIUM-GUSSLEGIERUNGEN FUER DAS VAKUUM- DRUCKGIESSEN. TEIL 4: ERGEBNISSE VON AUSLAGERUNGSVERSUCHEN
GIESSEREI,
19960930
83
19
0016-9765
23
27
XP000627093
A
1-14
* Seiten 24-27 *
EP
2138593
A2
BDW TECHNOLOGIES GMBH [DE]
20091230
A
1-14
* Beispiele 1-3 *
JP
H01283336
A
HONDA MOTOR CO LTD
19891114
A
1-14
* Zusammenfassung; Tabelle 1 *
González Junquera, J
Munich
20200525
CN
106244957
A
20161221
KEINE
EP
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A2
20091230
CA
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20091224
DE
102008029864
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20100107
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JP
2010031360
A
20100212
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2009314392
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20091224
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H01283336
A
19891114
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H0791624
B2
19951004
JP
H01283336
A
19891114

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
- EP
3176275
A1
[0002]