WO2006042509A1 - Legierung auf basis von aluminium sowie formteil aus dieser legierung - Google Patents

Legierung auf basis von aluminium sowie formteil aus dieser legierung Download PDF

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Hans-Günther KECK
Bernhard Commandeur
Guido Gebauer
Thomas Dickmann
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to an alloy based on aluminum, at least comprising in weight percent between about 15% and about 30% silicon and at least 1% nickel, and a molding of such an alloy.
  • the alloy Due to the high proportion of at least 1% nickel and the fact that at least one of the two, iron or titanium, is still present and the sum of proportions of nickel, iron and titanium is at least 3% advantageously achieves that the alloy has sufficient amounts of aluminides, which are generally finely dispersed (dispersed) are excreted and present in the microstructure. These aluminides are characterized by a high melting point and cause a very good heat resistance of the alloy. Furthermore, due to the low solubility of the aluminides, the creep resistance of the alloy is increased.
  • the sum of proportions of iron, nickel and titanium is not more than 9%.
  • Nickel is particularly advantageously present in a concentration of at least 2%, the sum of proportions of nickel, iron and titanium being between 4% and 8%.
  • the alloys according to the invention have particularly advantageous properties.
  • the proportion of silicon is between 20% and 28%, wherein the proportion of silicon is particularly advantageously between 23% and 27%. This makes it possible to achieve a further optimization of the alloy according to the invention in terms of its mechanical and thermal properties.
  • the alloy has a proportion of magnesium which is between 0.1% and 1%. Particularly advantageous is the proportion of magnesium between 0.2% and 0.7% percent.
  • the magnesium also causes an increase in the strength of the alloy by forming precipitates, such as Mg 2 Si. Further precipitates (eg Al 2 CuMg) can occur in the presence of other elements such as copper, resulting in further advantageous effects such as a high thermal stability and good long-term stability at higher temperatures.
  • the alloy has a proportion of copper which is between 0.5% and 6%, in particular advantageously between 0.5% and 2% and particularly advantageously between 0.7% and 1.7%.
  • An alternative particularly advantageous group of alloys in the presence of copper advantageously has a proportion of copper between 1% and 3.5%, in particular advantageously between 1% and 3%. This results in the advantages of the presence of copper in the described concentration ranges, especially in conjunction with the presence of magnesium, wherein advantageously the ratio of the proportion of copper to the magnesium content is between 0 and 2.
  • the ratio of the proportion of copper to the proportion of magnesium is between 2 and 6.
  • the alloy according to the invention has an iron content of between 0% and 5%.
  • the proportion of iron is between 0% and 4%.
  • cobalt may preferably be present in an alloy according to the invention in a proportion of between 0% and 1.8%, particularly preferably between 0% and 1, 25%.
  • the nickel which is always present can be at least partially replaced by the elements iron and / or cobalt.
  • advantageous properties of the alloy according to the invention can result in that the alloy has a proportion of titanium between 0.05% and 0.7%, preferably between 0.1% and 0.5% and particularly preferably between 0.1% and 0 , 4%.
  • zircon may advantageously be present in a proportion of between 0% and 0.7%, particularly advantageously between 0.1% and 0.5%. Due to the mutual influences of titanium and zirconium in the alloy, it can be particularly advantageously provided that the sum of the proportion of zirconium and the proportion of titanium in total is between 0.1% and 0.5%. Further advantageous properties of the alloy result if it has a proportion of chromium between 0% and 1%, preferably between 0%.
  • an alloy according to the invention can advantageously be improved in that the alloy has a proportion of manganese between 0% and 2.2%, preferably between 0% and 1.5% and particularly preferably between 0% and 0.8%. Both manganese and cobalt improve the heat resistance of the alloy and favorably influence the solidification morphology of Al 3 Fe in the direction of globolitic form. In general, manganese and cobalt aluminides (Al 6 Mn or C0 2 Al 9 ) are also present in dispersoid-excreted form.
  • a particularly preferred alloy according to the invention consists of 25% silicon, 2.5% iron, 2.5% copper, 0.5% magnesium, 0.15% titanium, 2.5% nickel, 0.3% cobalt and as the remainder aluminum except for usual impurities.
  • Another particularly preferred alloy consists of 25% silicon, 2.5% copper, 0.5% magnesium, 0.15% titanium, 7% nickel and the balance aluminum except for common impurities.
  • Another particularly preferred alloy consists of 25% silicon, 4% iron, 1, 5% copper, 0.5% manganese, 0.5% magnesium, 0.3% chromium, 0.25% titanium, 3% nickel and nickel Rest of aluminum except for usual impurities.
  • Another particularly preferred alloy consists of 25% silicon, 2.5% iron, 5% copper, 0.5% titanium, 2% nickel, 0.5% cobalt, 0.4% zirconium and the balance aluminum except for usual impurities
  • Another particularly preferred alloy consists of 25% silicon, 1, 5% iron, 5% copper, 0.3% chromium, 0.25% titanium, 2% nickel, 0.3% cobalt, 0.4% zirconium, 0 , 4% antimony and the balance aluminum except for usual impurities.
  • Another particularly preferred alloy consists of 25% silicon, 4% iron, 0.5% magnesium, 0.3% chromium, 0.15% titanium, 3% nickel, 0.2% zirconium, and the balance aluminum except for the usual impurities.
  • Another particularly preferred alloy consists of 25% silicon, 3.5% iron, 1% copper, 0.5% magnesium, 0.3% chromium, 0.15% titanium, 3% nickel, 0.5% cobalt, 0 , 2% zirconium, and the remainder aluminum except for usual impurities.
  • Another particularly preferred alloy consists of 25% silicon, 3.5% iron, 1% copper, 0.5% manganese, 0.5% magnesium, 0.3% chromium, 0.15% titanium, 3% nickel, 0 , 2% zirconium, and the remainder aluminum except for usual impurities.
  • Another particularly preferred alloy consists of 25% silicon, 3.5% iron, 1% copper, 0.5% manganese, 0.3% chromium, 0.15% titanium, 3% nickel, 0.2% zirconium, and as the remainder aluminum except for usual impurities.
  • the abovementioned alloys according to the invention preferably comprise further constituents at most in the amount of impurities which are technically conditioned and are generally unavoidable.
  • the impurities may also be of higher concentration insofar as the respective contaminating substance has no significant effect on the material properties.
  • the alloy according to the invention is particularly preferably characterized by a preparation in which a high cooling rate is present.
  • the alloy may be spray compacted be prepared, wherein the method of Sprühkompaktierens is generally a particularly high cooling rate.
  • the high rate of solidification of the alloy due to the high cooling rate favors the precipitation of the aluminide in a more globular form than in a needle-like form, as would be the case at slow solidification rates.
  • the object of the invention is achieved for a molded part characterized in that the molded part consists at least partially of an alloy according to one of claims 1 to 43.
  • the molded part can also be a part which only partially consists of an alloy according to the invention which, for example, is surrounded by another material in a further processing step.
  • the molded part can be a cylinder block of a motor vehicle in which cylinder liners are made of an alloy according to the invention and have been encapsulated with another alloy.
  • the molding can be produced in a particularly advantageous manner by means of spray compacting and optionally further process steps.
  • the respective concentrations are to be maintained with a relative accuracy of about 10%, preferably less than 5%.
  • R p o, 2 Elongation at non-proportional strain, 0.2% proof stress.
  • R m tensile strength (from tensile test).
  • a 5 Elongation at break, total permanent elongation to break when using short proportional tensile bars.
  • alloy S260 the solidus temperature could be shifted significantly upwards compared to the alloy S260.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Legierung auf Basis von Aluminium, zumindest umfassend in Gewichts-Prozent: zwischen etwa 15% und etwa 30% Silizium sowie mindestens 1 % Nickel, wobei weiterhin zumindest eines der beiden, Eisen oder Titan, vorhanden ist und die Summe aus Anteilen von Nickel, Eisen und Titan mindestens 3% beträgt, sowie ein Formteil aus dieser Legierung.

Description

Legierung auf Basis von Aluminium sowie Formteil aus dieser Legierung
Die Erfindung betrifft eine Legierung auf Basis von Aluminium, zumindest umfassend in Gewichtsprozent zwischen etwa 15% und etwa 30% Silizium sowie mindestens 1 % Nickel, sowie ein Formteil aus einer solchen Legierung.
Insbesondere im Bereich von Verbrennungsmotoren moderner Kraftfahrzeuge werden zunehmend Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe gestellt, wobei geringes Gewicht und hohe thermische sowie mechanische Belastungen gefordert sind. Dies folgt unter anderem aufgrund höherer Verbrennungsdrücke und Verbrennungstemperaturen sowie geringerer Stegbreite zwischen den
Zylindern. Bereits eingesetzte, sprühkompaktierte Leichtmetalllegierungen wie etwa AISi25Cu4Mg werden insbesondere bei Dieselanwendungen den aktuellen Anforderungen an Zylinderlaufbuchsen nicht mehr gerecht. Auch andere Bauteile, die nicht eingegossen werden, sondern durch mechanische
Bearbeitung und/oder durch ein Warmumformverfahren hergestellt werden, genügen den gestiegenen Anforderungen im Motorenbau nicht mehr. Hierbei handelt es sich besonders um hoch beanspruchte Teile wie Kolben oder
Pleuel.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Legierung auf Basis von Aluminium anzugeben, die hohe mechanische Kennwerte, insbesondere bei hohen Temperaturen aufweist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Formteil aus einer solchen Legierung anzugeben.
Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Legierung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch den hohen Anteil von zumindest 1% Nickel sowie die Tatsache, dass weiterhin zumindest eines der beiden, Eisen oder Titan, vorhanden ist und die Summe aus Anteilen von Nickel, Eisen und Titan mindestens 3% beträgt, wird vorteilhaft erreicht, dass die Legierung ausreichende Mengen von Aluminiden aufweist, die im allgemeinen fein verteilt (dispergiert) ausgeschieden werden und im Gefüge vorliegen. Diese Aluminide zeichnen sich durch einen hohen Schmelzpunkt aus und bewirken eine sehr gute Warmfestigkeit der Legierung. Ferner wird aufgrund der geringen Löslichkeit der Aluminide die Kriechbeständigkeit der Legierung erhöht.
Vorteilhaft beträgt dabei die Summe von Anteilen von Eisen, Nickel und Titan nicht mehr als 9%. Besonders vorteilhaft liegt Nickel in einer Konzentration von zumindest 2% vor, wobei die Summe von Anteilen von Nickel, Eisen und Titan zwischen 4% und 8% beträgt. In diesen Wertebereichen weisen die erfindungsgemäßen Legierungen besonders vorteilhafte Eigenschaften auf.
Weiterhin vorteilhaft ist es vorgesehen, dass der Anteil an Silizium zwischen 20% und 28% beträgt, wobei insbesondere vorteilhaft der Anteil an Silizium zwischen 23% und 27% beträgt. Hierdurch ist eine weitere Optimierung der erfindungsgemäßen Legierung hinsichtlich ihrer mechanischen und thermischen Eigenschaften erzielbar.
Weiterhin vorteilhaft ist es vorgesehen, dass die Legierung einen Anteil an Magnesium aufweist, der zwischen 0,1 % und 1 % beträgt. Besonders vorteilhaft beträgt der Anteil an Magnesium zwischen 0,2% und 0,7% Prozent. Auch das Magnesium bewirkt durch Bildung von Ausscheidungen, etwa Mg2Si, eine Erhöhung der Festigkeit der Legierung. Weitere Ausscheidungen (z.B. AI2CuMg) können bei Anwesenheit weiterer Elemente wie etwa Kupfer auftreten, wodurch sich weitere vorteilhafte Wirkungen wie etwa eine hohe Warmfestigkeit und eine gute Langzeitstabilität bei höheren Temperaturen ergeben.
Weiterhin bevorzugt weist die Legierung einen Anteil an Kupfer auf, der zwischen 0,5% und 6% beträgt, insbesondere vorteilhaft zwischen 0,5% und 2% und besonders vorteilhaft zwischen 0,7% und 1 ,7%. Eine alternative besonders vorteilhafte Gruppe von Legierungen unter Anwesenheit von Kupfer weist vorteilhaft eine Anteil von Kupfer zwischen 1 % und 3,5%, insbesondere vorteilhaft zwischen 1% und 3%, auf. Dabei ergeben sich die Vorteile der Anwesenheit von Kupfer in den beschriebenen Konzentrationsbereichen vor allem in Verbindung mit der Anwesenheit von Magnesium, wobei vorteilhaft das Verhältnis des Anteiles an Kupfer zu dem Anteil an Magnesium zwischen 0 und 2 liegt. In einer alternativen bevorzugten Gruppe von erfindungsgemäßen Legierungen beträgt das Verhältnis des Anteiles an Kupfer zu dem Anteil an Magnesium zwischen 2 und 6. Es kann bei einer erfindungsgemäßen Legierung allerdings vorgesehen sein, dass Kupfer nicht enthalten ist, wodurch die Legierung besonders für Anwendungen geeignet ist, die eine hohe Solidustemperatur erfordern.
Weiterhin vorteilhaft weist die erfindungsgemäße Legierung einen Anteil an Eisen auf, der zwischen 0% und 5% liegt. Insbesondere vorteilhaft liegt der Anteil von Eisen zwischen 0% und 4%.
Weiterhin kann bevorzugt Kobalt in einer erfindungsgemäßen Legierung in einem Anteil zwischen 0% und 1,8%, besonders bevorzugt zwischen 0% und 1 ,25%, vorliegen. Je nach Feinoptimierung der erfindungsgemäßen Legierung kann das immer anwesende Nickel zumindest teilweise durch die Elemente Eisen und/oder Kobalt ersetzt werden.
Weiterhin können sich vorteilhafte Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung ergeben, indem die Legierung einen Anteil an Titan zwischen 0,05% und 0,7% aufweist, bevorzugt zwischen 0,1% und 0,5% und besonders bevorzugt zwischen 0,1 % und 0,4%. Ebenso kann vorteilhaft Zirkon in einem Anteil zwischen 0% und 0,7%, besonders vorteilhaft zwischen 0,1 % und 0,5% vorliegen. Aufgrund der wechselseitigen Einflüsse von Titan und Zirkon in der Legierung kann es besonders vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Summe des Anteils an Zirkon und des Anteils an Titan insgesamt zwischen 0,1 % und 0,5% liegt. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Legierung ergeben sich, wenn diese einen Anteil an Chrom zwischen 0% und 1% aufweist, bevorzugt zwischen 0%
■ und 0,8% und besonders bevorzugt zwischen 0% und 0,5%. Allgemein bilden die Elemente Chrom, Titan und Zirkon Ausscheidungen zumeist in Form von Aluminiden, die die Rekristallisationstemperatur anheben und die Beweglichkeit von Korngrenzen bei höheren Temperaturen einschränken. Hierdurch kommt es zu einer verbesserten Warmfestigkeit. Auch diese Ausscheidungen, etwa
CrAI7, liegen als fein verteilte Ausscheidungen (Dispersoide) vor. Weiterhin lässt sich eine erfindungsgemäße Legierung vorteilhaft verbessern, indem die Legierung einen Anteil an Mangan zwischen 0% und 2,2%, bevorzugt zwischen 0% und 1 ,5% und besonders bevorzugt zwischen 0% und 0,8% aufweist. Mangan wie auch Kobalt verbessern die Warmfestigkeit der Legierung und beeinflussen die Erstarrungsmorphologie von AI3Fe in Richtung globolitischer Form vorteilhaft. Allgemein liegen Mangan- und Kobaltaluminide (AI6Mn bzw. C02AI9) ebenfalls in dispersoid ausgeschiedener Form vor.
Eine ihren Eigenschaften nach besonders bevorzugte erfindungsgemäße Legierung besteht aus 25% Silizium, 2,5% Eisen, 2,5% Kupfer, 0,5% Magnesium, 0,15% Titan, 2,5% Nickel, 0,3% Kobalt sowie als Rest Aluminium bis auf übliche Verunreinigungen.
Eine weitere besonders bevorzugte Legierung besteht aus 25% Silizium, 2,5% Kupfer, 0,5% Magnesium, 0,15% Titan, 7% Nickel sowie als Rest Aluminium bis auf übliche Verunreinigungen.
Eine weitere besonders bevorzugte Legierung besteht aus 25% Silizium, 4% Eisen, 1 ,5% Kupfer, 0,5% Mangan, 0,5% Magnesium, 0,3% Chrom, 0,25% Titan, 3% Nickel sowie als Rest Aluminium bis auf übliche Verunreinigungen.
Eine weitere besonders bevorzugte Legierung besteht aus 25% Silizium, 2,5% Eisen, 5% Kupfer, 0,5% Titan, 2% Nickel, 0,5% Kobalt, 0,4% Zirkon sowie als Rest Aluminium bis auf übliche Verunreinigungen. Eine weitere besonders bevorzugte Legierung besteht aus 25% Silizium, 1 ,5% Eisen, 5% Kupfer, 0,3% Chrom, 0,25% Titan, 2% Nickel, 0,3% Kobalt, 0,4% Zirkon, 0,4% Antimon sowie als Rest Aluminium bis auf übliche Verunreinigungen.
Eine weitere besonders bevorzugte Legierung besteht aus 25% Silizium, 4% Eisen, 0,5% Magnesium, 0,3% Chrom, 0,15% Titan, 3% Nickel, 0,2% Zirkon, sowie als Rest Aluminium bis auf übliche Verunreinigungen.
Eine weitere besonders bevorzugte Legierung besteht aus 25% Silizium, 3,5% Eisen, 1% Kupfer, 0,5% Magnesium, 0,3% Chrom, 0,15% Titan, 3% Nickel, 0,5% Kobalt, 0,2% Zirkon, sowie als Rest Aluminium bis auf übliche Verunreinigungen.
Eine weitere besonders bevorzugte Legierung besteht aus 25% Silizium, 3,5% Eisen, 1 % Kupfer, 0,5% Mangan, 0,5% Magnesium, 0,3% Chrom, 0,15% Titan, 3% Nickel, 0,2% Zirkon, sowie als Rest Aluminium bis auf übliche Verunreinigungen.
Eine weitere besonders bevorzugte Legierung besteht aus 25% Silizium, 3,5% Eisen, 1% Kupfer, 0,5% Mangan, 0,3% Chrom, 0,15% Titan, 3% Nickel, 0,2% Zirkon, sowie als Rest Aluminium bis auf übliche Verunreinigungen.
Bevorzugt weisen die vorgenannten erfindungsgemäßen Legierungen weitere Bestandteile höchstens in Höhe von technisch bedingten und grundsätzlich nicht vermeidbaren Verunreinigungen auf. Dabei können die Verunreinigungen auch von höherer Konzentration sein, insoweit der jeweilige verunreinigende Stoff keine wesentlichen Auswirkungen auf die Materialeigenschaften hat.
Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Legierung durch eine Herstellung gekennzeichnet, bei der eine hohe Abkühlrate vorliegt. Insbesondere bevorzugt kann die Legierung mittels Sprühkompaktierung hergestellt sein, wobei bei der Methode des Sprühkompaktierens im allgemeinen eine besonders hohe Abkühlrate vorliegt. Alternativ können aber auch herkömmliche pulvermetallurgische Verfahren oder auch gießtechnische Verfahren angewendet werden. Die hohe Erstarrungsgeschwindigkeit der Legierung aufgrund der hohen Abkühlrate bevorzugt die Ausscheidung der Aluminidθ in einer eher globolitischen Form als in einer nadeligen Form, wie dies bei langsamen Erstarrungsgeschwindigkeiten der Fall wäre.
Dadurch wird ein festigungssteigender Beitrag zu den Legierungen geleistet, ohne dass diese verspröden.
Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Formteil dadurch gelöst, dass das Formteil zumindest teilweise aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 43 besteht. Dabei kann es sich bei dem Formteil auch um ein Teil handeln, das nur teilweise aus einer erfindungsgemäßen Legierung besteht, welche beispielsweise in einem weiteren Verarbeitungsschritt durch ein anderes Material umgössen wird. Insbesondere kann es sich bei dem Formteil um einen Zylinderblock eines Kraftfahrzeuges handeln, bei dem Zylinder-Laufbuchsen aus einer erfindungsgemäßen Legierung bestehen und mit einer anderen Legierung umgössen wurden. Insbesondere vorteilhaft kann dabei das Formteil mittels Sprühkompaktieren sowie gegebenenfalls weiterer Verfahrensschritte hergestellt werden.
Weiter Vorteile und Merkmale einer erfindungsgemäßen Legierung und eines erfindungsgemäßen Formteils ergeben sich aus den nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispielen sowie den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden neun besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Legierung näher beschrieben.
Die mengenmäßigen Anteile der verschiedenen metallischen Komponenten der erfindungsmäßen Legierungen L1 bis L9 ergeben sich aus nachfolgender Tabelle, wobei die Angaben über die Anteile jeweils in Gewichts-Prozent sind: Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Ni Co Zr Sb
L1 25 2,5 2,5 0,5 0 ,15 2,5 0 ,3
L2 25 2,5 0,5 0 ,15 7
L3 25 4 1 ,5 0 ,5 0,5 0,3 0 ,25 3
L4 25 2,5 5 ( ),5 2 0 ,5 0,4
L5 25 1 ,5 5 0,3 0 ,25 2 0 ,3 0,4 0,4
L6 25 4 0,5 0,3 0 ,15 3 0,2
L7 25 3,5 1 0,5 0,3 0 ,15 3 0 ,5 0,2
L8 25 3,5 1 0 ,5 0,5 0,3 0 ,15 3 0,2
L9 25 3,5 1 0 ,5 0,3 0 ,15 3 0,2
Die jeweiligen Konzentrationen sind dabei mit einer jeweiligen relativen Genauigkeit von etwa 10%, bevorzugt weniger als 5% einzuhalten.
Zu diesen neun besonders bevorzugten Legierungen haben sich in Versuchen nachfolgend beschriebene bzw. tabellarisch aufgeführte mechanische und thermische Eigenschaften (statische Festigkeit, dynamische Festigkeit, Elastizitätismodul ' und Solidustemperatur) ergeben. Das als Legierung für Laufbuchsen von Zylindern bekannte Material AISi25Cu4Mg, auch unter dem Markennamen DISPAL®S260 bekannt, ist aus Vergleichsgründen mit aufgelistet.
1) Statische Festigkeit:
Figure imgf000008_0001
Bei der Zustandsangabe „wie gepresst" handelt es sich um Material, das einem üblichen Strangpress-Vorgang unterzogen wurde. Die Zustandsangabe „T6" entspricht gemäß Konvention (etwa Norm DIN EN 515) „lösungsgeglüht und warmausgelagert bis zur maximalen Festigkeit". Die gemessenen Materialeigenschaften bedeuten gemäß üblicher Konvention (etwa Norm DIN EN 10002-1 ):
Rpo,2: Dehngrenze bei nichtproportionaler Dehnung, 0,2%-Dehngrenze. Rm: Zugfestigkeit (aus Zugversuch).
A5: Bruchdehnung, insgesamt bis zum Bruch auftretende bleibende Dehnung bei Verwendung kurzer Proportionalzugstäbe.
2) Dynamische Festigkeit
Axiale Versuchsführung, R = 0, 1
Versuchstemperatur 2000C
Zustand Spannungsamplitude bei 5*10-6 Lastwechseln, 10%
Überlebenswahrscheinlichkeit
(MPa)
S260 T6 33,8
L1 Wie gepresst 63,9
L2 T6 71 ,1
L6 TQ 51 ,4
17 T6 68,2
L8 T6 68,7
Vorliegend wurden nicht sämtliche der neun beispielhaften Legierungen dem dynamischen Festigkeitstest unterzogen.
3) Elastizitätsmodul
Legierung E E--IMVodul bei RT (GPa) E-Modul bei 2000C (GPa)
S260 89 83
L1 102 95
L2 104 98
L3 113
L4 108 89
L5 105 72
L6 102 96 L7 105 99
L8 105 99
L9 102 99
Dabei stammen die Werte für L3, L4, L5 und L9 aus dem Zugversuch, die übrigen Werte stammen aus der Resonanzanregung.
A) Solidustemperatur
Legierung Solidus-Temperatur
(Grad Celsius)
S260 505
L1 532
L2 534
L3 535
L4 533
L5 531
L6 549
L7 532
L8 533
L9 532
Es zeigt sich, daß insbesondere die Solidustemperatur signifikant gegenüber etwa der Legierung S260 nach oben verschoben werden konnte. Die Legierung L6, welche als einzige kein Kupfer enthält, weist eine besonders hohe Solidustemperatur auf und kann bevorzugt für entsprechendeAnforderungen verwendet werden.
Eingießversuche haben zudem gezeigt, daß bei sämtlichen der Legierungen ein im Vergleich zu S260 verbessertes Verzugsverhalten vorlag. Keine der Legierungen zeigte ein Durchschmelzen oder Ausbeulen der Eingießteile. Eine nachteilige Vergröberung der Si-Partikel durch die beim Eingießen stattfindende Temperaturerhöhung und/oder bei einer anschließenden Wärmebehandlung konnte wirkungsvoll verringert werden.
Eingießversuche zu den bevorzugten beispielhaften Legierungen wurden mit der Zielrichtung vorgenommen, die Legierungen für eingegossene Zylinder- Laufbuchsen von Verbrennungmotoren zu verwenden. Aufgrund der guten thermischen und mechanischen Eigenschaften sind aber auch andere Verwendungen, insbesondere im Bereich von Verbrennungsmotoren, etwa für Pleuelstangen, Kolben oder Zylinderköpfe, vorteilhaft.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Legierung auf Basis von Aluminium, zumindest umfassend in Gewichts- Prozent: zwischen etwa 15% und etwa 30% Silizium sowie mindestens 1 % Nickel, wobei weiterhin zumindest eines der beiden, Eisen oder Titan, vorhanden ist und die Summe aus Anteilen von Nickel, Eisen und Titan mindestens 3% beträgt.
2. Legierung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Summe von Anteilen von Eisen, Nickel und Titan nicht mehr als 9% beträgt.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest 2% Nickel vorliegen, wobei die Summe von Anteilen von Nickel, Eisen und Titan zwischen 4% und 8% beträgt.
4. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Silizium zwischen 20% und 28% beträgt.
5. Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Silizium zwischen 23% und 27% beträgt.
6. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Anteil an Magnesium zwischen 0,1 % und 1 % aufweist.
7. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Magnesium zwischen 0,2% und 0,7% beträgt.
8. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Anteil an Kupfer zwischen 0,5% und 6% aufweist.
9. Legierung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Kupfer zwischen 0,5% und 2% beträgt.
10. Legierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Kupfer zwischen 0,7% und 1 ,7% beträgt.
11. Legierung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Kupfer zwischen 1 % und 3,5% beträgt.
12. Legierung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Kupfer zwischen 1 % und 3% beträgt.
13. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis eines Anteiles an Kupfer zu einem Anteil an Magnesium zwischen 0 und 2 liegt.
14. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis eines Anteiles an Kupfer zu einem Anteil an Magnesium zwischen 2 und 6 liegt.
15. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Anteil an Eisen zwischen 0% und 5% aufweist.
16. Legierung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Eisen zwischen 0% und 4% beträgt.
17. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Anteil an Kobalt zwischen 0% und 1 ,8% aufweist.
18. Legierung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Kobalt zwischen 0% und 1 ,25% beträgt.
19. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Anteil an Titan zwischen 0,05% und 0,7% aufweist.
20. Legierung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Titan zwischen 0,1 % und 0,5% beträgt.
21. Legierung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Titan zwischen 0,1 % und 0,4% beträgt.
22. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Anteil an Zirkon zwischen 0% und 0,7% aufweist.
23. Legierung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Zirkon zwischen 0,1 % und 0,5% beträgt.
24. Legierung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe des Anteils an Zirkon und eines Anteils an Titan insgesamt zwischen 0,1 % und 0,7% beträgt.
25. Legierung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe des Anteils an Zirkon und eines Anteils an Titan insgesamt zwischen
0,1% und 0,5% beträgt.
26. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Anteil an Chrom zwischen 0% und 1 % aufweist.
27. Legierung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Chrom zwischen 0% und 0,8% beträgt.
28. Legierung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Chrom zwischen 0% und 0,5% beträgt.
29. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Anteil an Mangan zwischen 0% und 2,2% aufweist.
30. Legierung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Mangan zwischen 0% und 1 ,5% beträgt.
31. Legierung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Mangan zwischen 0% und 0,8% beträgt.
32. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer relativen Genauigkeit von etwa 10% bestehend aus:
Silizium: 25%;
Eisen: 2,5%; Kupfer: 2,5%;
Magnesium: 0,5%;
Titan: 0,15%;
Nickel: 2,5%;
Kobalt: 0,3%; sowie Rest Aluminium bis auf Verunreinigungen.
33. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , mit einer relativen Genauigkeit von etwa 10% bestehend aus: Silizium: 25%; Kupfer: 2,5%; Magnesium: 0,5%; Titan: 0,15%; Nickel: 7%; sowie Rest Aluminium bis auf Verunreinigungen.
34. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , mit einer relativen
Genauigkeit von etwa 10% bestehend aus: Silizium: 25%;
Eisen: 4%;
Kupfer: 1 ,5%;
Mangan: 0,5%;
Magnesium: 0,5%; Chrom: 0,3%;
Titan: 0,25%;
Nickel: 3%; sowie Rest Aluminium bis auf Verunreinigungen.
35. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , mit einer relativen
Genauigkeit von etwa 10% bestehend aus:
Silizium: 25%;
Eisen: 2,5%;
Kupfer: 5%; Titan: 0,5%;
Nickel: 2%;
Kobalt: 0,5%;
Zirkon: 0,4%; sowie Rest Aluminium bis auf Verunreinigungen.
36. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, mit einer relativen Genauigkeit von etwa 10% bestehend aus: Silizium: 25%; Eisen: 1 ,5%; Kupfer: 5%; Chrom: 0,3%; Titan: 0,25%;
Nickel: 2%; Kobalt: 0,3%; Zirkon: 0,4%; Antimon: 0,4%; sowie Rest Aluminium bis auf Verunreinigungen.
37. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , mit einer relativen Genauigkeit von etwa 10% bestehend aus:
Silizium: 25%; Eisen: 4%;
Magnesium: 0,5%;
Chrom:0,3%;
Titan: 0,15%;
Nickel: 3%; Zirkon: 0,2%; sowie Rest Aluminium bis auf Verunreinigungen.
38. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , mit einer relativen Genauigkeit von etwa 10% bestehend aus: Silizium: 25%;
Eisen: 3,5%;
Kupfer: 1 %;
Magnesium: 0,5%;
Chrom: 0,3%; Titan: 0,15%;
Nickel: 3%;
Kobalt: 0,5%; Zirkon: 0,2%; sowie Rest Aluminium bis auf Verunreinigungen.
39. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , mit einer relativen Genauigkeit von etwa 10% bestehend aus:
Silizium: 25%;
Eisen: 3,5%;
Kupfer: 1%;
Mangan: 0,5%; Magnesium: 0,5%;
Chrom: 0,3%;
Titan: 0,15%;
Nickel: 3%;
Zirkon: 0,2%; sowie Rest Aluminium bis auf Verunreinigungen.
40. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , mit einer relativen Genauigkeit von etwa 10% bestehend aus:
Silizium: 25%; Eisen: 3,5%;
Kupfer: 1%;
Mangan: 0,5%;
Chrom: 0,3%;
Titan: 0,15%; Nickel: 3%;
Zirkon: 0,2%; sowie Rest Aluminium bis auf Verunreinigungen.
41. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, daß weitere Bestandteile höchstens als Verunreinigungen vorliegen.
42. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Herstellung der Legierung in Verbindung mit einer hohen Abkühlrate.
43. Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Herstellen der Legierung mittels Sprühkompaktieren.
44. Formteil, zumindest teilweise bestehend aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 43.
45. Formteil nach Anspruch 44, gekennzeichnet durch Herstellung des Formteils mittels Sprühkompaktieren sowie gegebenenfalls weiterer Verfahrensschritte.
46. Formteil nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil eine Zylinder-Laufbuchse für einen Verbrennungsmotor umfaßt.
47. Formteil nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil einen Kolben für einen Verbrennungsmotor umfaßt.
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