WO2001023633A2 - Verfahren zur wärmebehandlung von strukturgussteilen aus einer dafür zu verwendenden aluminiumlegierung - Google Patents

Verfahren zur wärmebehandlung von strukturgussteilen aus einer dafür zu verwendenden aluminiumlegierung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for the heat treatment of structural castings made of an aluminum alloy and an aluminum alloy to be used for this
  • Aluminum structural castings made from an aluminum alloy are used, for example, in motor vehicle construction and are said to have good mechanical properties, in particular high elongation at break, good castability, no tendency to stick in the mold and good demoldability, high dimensional stability and good weldability, since the properties required in the known Cast aluminum alloys are not available in the as-cast state, heat treatment processes and aluminum alloys have been developed to meet industrial requirements with increasing precision and cost. Special heat treatment processes with the designations T64 and T7 have become known for this purpose. These heat treatment processes are described, for example, in 13th edition, pages 551 to 554, described In these heat treatment processes, there is a two-stage process according to the following scheme
  • the invention is therefore based on the problem of creating a heat treatment process with which good mechanical properties and high dimensional stability can be achieved inexpensively and with simple means
  • the temperature of 490 ° C can be maintained for about 60 minutes and the temperature of 250 ° C for about 30 minutes
  • the temperature if the temperature is kept at 490 ° C. for about 90 minutes, the temperature may be kept at 250 ° C. for about 30 minutes or about 45 minutes or about 75 minutes or about 105 minutes, which results in allow the mechanical properties to vary depending on the range of requirements
  • a suitable aluminum alloy for use with the method of the invention can be the composition
  • a suitable Al-Mg alloy can be the composition
  • a suitable eutectic or near-eutectic Al-Si alloy can be the composition
  • the alloys are subjected to a melt treatment such as degassing and / or filtering before being introduced into the casting process.
  • the vacuum generated in the die cavity at the time of introduction of the molten aluminum alloy is 50 to 150 mbar
  • the cast structural castings are placed on special contour-gripping product receptacles and subjected to the aforementioned heat treatment steps
  • the method T64 requires a minimum time for the heat treatment of 4 hours and a maximum time of 11 hours
  • the heat treatment method T7 also a minimum time of 4 hours and a maximum time of 8 hours
  • the method according to the invention takes a maximum of 3.25 hours, but can be the most favorable Case can be shortened to 1.5 hours.
  • the process according to the invention generally results in better economy due to the shorter cycle time.
  • the thermal stability is increased by approx. 30 ° C. compared to the heat treatment process T7 and by approx 80 ° C compared to the heat treatment process T64 improved so that the structural castings heat-treated by the process according to the invention are thermally stable up to use temperatures of 250 ° C
  • the aluminum alloys according to the invention for use with the method according to the invention make it possible to produce very thin-walled, large-area and complex structural castings, the dimensional stability and dimensional stability of which are guaranteed by the heat treatment method according to the invention and the aluminum alloys used with it, constant quality in series production, high ductility, good weldability and thus the possibility of connection with sheet metal or extruded profiles can be ensured

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Abstract

Verfahren zur Wärmebehandlung von Strukturgussteilen aus einer Aluminiumlegierung mit den Schritten: Auflegen des Strukturgussteils auf eine konturgreifende Produktaufnahme, Aufheizen auf 490 °C in etwa 30 Minuten, Halten der Temperatur von 490 °C während einer Zeit zwischen 90 und 120 Minuten, Abschrecken in Luft in etwa 4 Minuten von 490 °C auf etwa 100 °C und ggf. anschliessendes Abschrecken in Wasser, Aufheizen auf 250 °C in etwa 15 Minuten, Halten der Temperatur von 250 °C während einer Zeit zwischen 30 und 120 Minuten, Abschrecken in Luft auf 40 °C und ggf. anschliessendes Abschrecken in Wasser; Leichtmetallegierung zur Verwendung mit diesem Verfahren mit der Zusammensetzung Si: 2-11,5 %, Fe: 0,15-0,4 %, Mg: 0,3-5,5 %, Cu: & lt;0,02 %, Mn: 0,4-0,8 %, Ti: 0,1-0,2 %, Rest Aluminium und Spurenelemente, wobei die Legierungen mit hohem Siliziumgehalt niedrige Magnesiumgehalte aufweisen und umgekehrt.

Description

"Verfahren zur Wärmebehandlung von Strukturgußteilen aus einer dafür zu verwendenden Aluminiumlegierung"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Strukturgußteilen aus einer Aluminiumlegierung sowie eine dafür zu verwendende Aluminiumlegierung
Aluminiumstrukturgußteile aus einer Aluminiumlegierung werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbau eingesetzt und sollen gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Bruchdehnung, eine gute Vergießbarkeit, keine Klebeneigung in der Form und eine gute Entformbarkeit, eine hohe Gestaltfestigkeit und eine gute Schweißbarkeit, aufweisen Da die geforderten Eigenschaften bei den bekannten Aluminiumgußlegierungen im Gußzustand nicht gegeben sind, wurden Warmebehandlungsverfahren sowie Aluminiumlegierungen entwickelt, um immer präziser und kostengünstiger den industriellen Anforderungen gerecht zu werden Bekannt geworden sind hierfür spezielle Warmebehandlungsprozesse mit der Bezeichnung T64 und T7 Diese Warmebehandlungsprozesse sind beispielsweise im "Das Techniker Handbuch" Böge, Vieweg, 13 Auflage, Seiten 551 bis 554, beschrieben Bei diesen Warmebehandlungsprozessen erfolgt ein zweistufiger Ablauf nach folgendem Schema
T64 (thermisch instabil):
1 Stufe Erwarmen auf 480 bis 520 °C, Halten wahrend 2 bis 5 Stunden, Abschrecken in
Wasser bei 20 °C,
2 Stufe Erwarmen auf 155 bis 170 °C, Halten wahrend 2 bis 6 Stunden, Abschrecken in
Luft
T7 (thermisch stabil bis 230 °C):
1 Stufe Erwarmen auf 480 bis 520 °C, Halten wahrend 2 bis 5 Stunden, Abschrecken in
Wasser bei 20 °C,
2 Stufe Erwarmen auf 200 bis 230 °C, Halten wahrend 2 bis 3 Stunden, Abschrecken in
Luft Bei den gemäß dem Warmebehandlungsprozeß T64 behandelten Strukturgußteilen ist keine thermische Stabilität bei höheren Temperaturen gegeben, die allerdings bei dem Warmebehandlungsprozeß T7 vorhanden ist Nachteilig ist bei beiden Warmebehandlungsprozessen T64 und T7, daß die mittels des Druckgußverfahrens hergestellten Strukturgußteile ihre im Gußzustand vorhandene extrem hohe Maßhaltigkeit aufgrund der im Strukturgußteil wahrend des Abschreckens in Wasser auftretenden hohen thermischen Spannungszustanden verlieren Die Strukturgußteile sind nach der ersten Warmebehandlungsstufe maßlich instabil und müssen durch kostenintensive und komplizierte Richtvorgange auf Maßhaltigkeit gebracht werden Dieses Problem ist bei Strukturbauteilen besonders kritisch, da diese Strukturgußteile ein hohes Maß an Komplexität und Integrität aufweisen und dabei hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit genügen müssen
Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, ein Warmebehandlungsverfahren zu schaffen, mit dem sich gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Maßhaltigkeit kostengünstig und mit einfachen Mitteln erreichen lassen
Ausgehend von dieser Problemstellung wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Strukturgußteilen aus einer Aluminiumlegierung vorgeschlagen, das aus den Schritten
- Auflegen des Strukturgußteils auf eine konturgreifende Produktaufnahme,
- Aufheizen auf 490 °C in etwa 30 Minuten,
- Halten der Temperatur von 490 °C wahrend einer Zeit zwischen 60 und 90 Minuten,
- Abschrecken in Luft in etwa 4 Minuten von 490 °C auf etwa 100 °C und ggf anschließendes Abschrecken in Wasser,
- Aufheizen auf 250 °C in etwa 15 Minuten,
- Halten der Temperatur von 250 °C wahrend einer Zeit zwischen 30 und 120 Minuten,
- Abschrecken in Luft auf 40 °C und ggf anschließendes Abschrecken in Wasser
besteht
Vorzugsweise kann das Halten auf der Temperatur von 490 °C wahrend etwa 60 Minuten und das Halten auf der Temperatur von 250 °C wahrend etwa 30 Minuten erfolgen
Wenn gemäß einer zweiten Verfahrensvariante das Halten auf der Temperatur von 490 °C wahrend etwa 90 Minuten erfolgt, kann das Halten auf der Temperatur von 250 °C wahrend etwa 30 Minuten oder etwa 45 Minuten oder etwa 75 Minuten oder etwa 105 Minuten erfolgen, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften je nach Anforderungsspektrum variieren lassen Eine geeignete Aluminiumlegierung zur Verwendung mit dem erfindungsgemaßen Verfahren kann die Zusammensetzung
Si 5-11,5%,
Fe 0,15-0,4%,
Mg 0,3-1,0%,
Cu <0,02%,
Mn 0,4-0,8%,
Ti 0,1-0,2%,
Rest Aluminium und Spurenelemente
aufweisen
Eine geeignete Al-Mg-Legierung kann die Zusammensetzung
Si 1 - 3 %,
Fe 0,15-0,4%,
Mg 3 - 5,5 %,
Cu <0,02%,
Mn 0,4-0,8%,
Ti 0,1 -0,2%,
Zn <0,08%
Rest Aluminium und Spurenelemente
aufweisen
Eine geeignete eutektische oder naheutektische Al-Si-Legierung kann die Zusammensetzung
Si 7- 11,5%,
Fe 0,15-0,4%,
Mg 0,3 - 0,4 %,
Cu <0,02%,
Mn 0,4-0,6%,
Ti 0,15-0,2%,
Sr bis 300 ppm,
Rest Aluminium und Spurenelemente
aufweisen Diese Legierungen werden vor dem Einbringen in den Gießprozeß einer Schmelzebehandlung wie Entgasen und/oder Filtrieren unterworfen Das beim Druckguß im Formhohlraum zum Zeitpunkt des Einbringens der geschmolzenen Aluminiumlegierung erzeugte Vakuum liegt bei 50 bis 150 mbar
Die gegossenen Strukturgußteile werden auf spezielle konturgreifende Produktaufnahmen aufgelegt und den vorerwähnten Warmebehandlungsschritten unterzogen
Mit diesen Wärmebehandlungen laßt sich erreichen, daß der Verzug am Strukturgußteil erheblich niedriger ist als nach der Wärmebehandlung gemäß T64 oder T7
Außerdem verlängert sich die Standzeit der verwendeten konturgreifenden Produktaufnahmen aufgrund der stark reduzierten thermischen Spannungen beim Abschrecken in Luft um ein Vielfaches
Des weiteren wurde festgestellt, daß durch den Fe-Gehalt von 0,15 bis 0,4 % die Werkzeugstandzeit, die bei Fe-Gehalten von < 0, 15 % in kommerziell erhaltlichen Legierungen für den Bereich Strukturgußteile unbefriedigend ist, nachhaltig verbessert wird Dabei wurden keine negativen Einflüsse auf die dynamischen und statischen Kennwerte festgestellt
Mit einer Aluminiumlegierung der Zusammensetzung Si 9,5 - 11,5 % Fe 0,15 - 0,4 % Mg 0,3 - 0,4 % Cu < 0,02 % Mn 0,4 - 0,6 % Ti 0,15 - 0,2 % Rest Aluminium und Spurenelemente
wurden nach einer Wärmebehandlung folgende mechanische Eigenschaften erreicht
Figure imgf000006_0001
Wahrend das Verfahren T64 eine Mindestzeit für die Wärmebehandlung von 4 Stunden und eine Höchstzeit von 11 Stunden, das Warmebehandlungsverfahren T7 eine Mindestzeit von ebenfalls 4 Stunden und eine Höchstzeit von 8 Stunden erfordert, dauert das erfindungsgemaße Verfahren längstens 3,25 Stunden, kann jedoch im gunstigsten Fall bis auf 1,5 Stunden verkürzt werden Somit ergibt das erfindungsgemaße Verfahren in der Regel eine bessere Wirtschaftlichkeit aufgrund der kürzeren Taktzeit Des weiteren ist die thermische Stabilität aufgrund der in der zweiten Stufe erfolgenden Temperaturerhöhung um ca 30 °C gegenüber dem Warmebehandlungsverfahren T7 und um ca 80 °C gegenüber dem Warmebehandlungsverfahren T64 verbessert, so daß die nach dem erfindungsgemaßen Verfahren warmebehandelten Strukturgußteile bis zu Einsatztemperaturen von 250 °C thermisch stabil sind
Die erfindungsgemaßen Aluminiumlegierungen zur Verwendung mit dem erfindungsgemaßen Verfahren erlauben es, sehr dünnwandige, großflächige und komplexe Strukturgußteile herzustellen, deren Formstabilitat und Maßhaltigkeit durch das erfindungsgemaße Warmebehandlungsverfahren gewahrleistet wird Dementsprechend bieten das erfindungsgemaße Verfahren und die damit verwendete Legierung dem Konstrukteur einen großen Gestaltungsspielraum Mit dem erfindungsgemaßen Verfahren und den damit verwendeten Aluminiumlegierungen lassen sich eine gleichbleibende Qualität in einer Serienfertigung, eine hohe Duktilitat, eine gute Schweißbarkeit und damit die Möglichkeit der Verbindung mit Blechen oder Strangpreßprofilen gewahrleisten

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Wärmebehandlung von Strukturgußteilen aus einer Aluminiumlegierung mit den Schritten
- Auflegen des Strukturgußteils auf eine konturgreifende Produktaufnahme,
- Aufheizen auf 490 °C in etwa 30 Minuten,
- Halten der Temperatur von 490 °C wahrend einer Zeit zwischen 60 und 90 Minuten,
- Abschrecken in Luft in etwa 4 Minuten von 490 °C auf etwa 100 °C und ggf anschließendes Abschrecken in Wasser,
- Aufheizen auf 250 °C in etwa 15 Minuten,
- Halten der Temperatur von 250 °C wahrend einer Zeit zwischen 30 und 105 Minuten,
- Abschrecken in Luft auf 40 °C und ggf anschließendes Abschrecken in Wasser,
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Halten auf der Temperatur von 490 °C wahrend etwa 60 Minuten und das Halten auf der Temperatur von 250 °C wahrend etwa 30 Minuten erfolgen
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Halten auf der Temperatur von 490 °C wahrend etwa 90 Minuten und das Halten der Temperatur auf 250 °C wahrend etwa 30 Minuten oder etwa 45 Minuten oder etwa 60 Minuten oder etwa 105 Minuten erfolgen
Aluminiumlegierung zur Verwendung mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 mit der Zusammensetzung
Si 2-11,5%,
Fe 0,15-0,4%,
Mg 0,3 - 1,0 %,
Cu <0,02%,
Mn 0,4-0,8%,
Ti 0,1 -0,2%,
Rest Aluminium und Spurenelemente Aluminiumlegierung zur Verwendung mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 mit der Zusammensetzung
Si 1 - 3 %,
Fe 0,15-0,4%,
Mg 3 - 5,5 %,
Cu <0,02%,
Mn 0,4 - 0,8 %,
Ti 0,1 -0,2%,
Zn <0,08%,
Rest Aluminium und Spurenelemente
Aluminiumlegierung zur Verwendung mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 mit der Zusammensetzung
Si 7-11,5%,
Fe 0,15-0,4%,
Mg 0,3 - 0,4 %,
Cu <0,02%,
Mn 0,4-0,6%,
Ti 0,15-0,2%,
Sr bis 300 ppm,
Rest Aluminium und Spurenelemente
Aluminiumlegierung nach Anspruch 4, 5 oder 6, die vor dem Einbringen in den Gießprozeß einer Schmelzebehandlung wie Entgasen und/oder Filtrieren unterworfen wurde
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