WO2013160108A2 - Druckgusslegierung auf al-si-basis, aufweisend insbesondere sekundäraluminium - Google Patents

Druckgusslegierung auf al-si-basis, aufweisend insbesondere sekundäraluminium Download PDF

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WO2013160108A2 PCT/EP2013/057521 EP2013057521W WO2013160108A2 WO 2013160108 A2 WO2013160108 A2 WO 2013160108A2 EP 2013057521 W EP2013057521 W EP 2013057521W WO 2013160108 A2 WO2013160108 A2 WO 2013160108A2
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Werner FRAGNER
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys

Definitions

  • the invention relates to a die-casting alloy based on Al-Si, comprising in particular secondary aluminum.
  • Inexpensive die-cast alloys can be obtained, for example, from aluminum scrap, but generally disadvantageously contain undesirably high impurities in the form of iron, copper and zinc alloy fractions (EP 1 1 1077A1). This not only leads to a reduced ductility potential, but can also have negative effects on the strength and quench sensitivity of the die-cast alloy.
  • Various measures for mutual weighting of the alloying elements, as well as various proposals for alloys are known from the prior art - in particular in order to compensate for the negative influences of the impurities.
  • JP9-003610 a die casting alloy with 5 to 13 wt .-% Si, with a maximum of 0.5 wt .-% Mg, with 0.1 to 1, 0 wt .-% Mn and 0.1 to 2 , 0 wt .-% Fe known.
  • Mn is intended to suppress the formation of Al-Fe-Si needle crystals, for example, in order to avoid a reduction in strength.
  • Mg should be kept to a content as low as possible of at most 0.5% by weight.
  • DE102004013777B4 proposes a casting alloy with 5 to 18% by weight of Si, with 0.15 to 0.45% by weight of Mn, with 0.2 to 0.6% by weight of Fe, with 0.3 to 0, 5 wt .-% Mg, with possibly 0.1 to 0.5 wt .-% Cu and 4 to 5 wt .-% Zn before.
  • the content of a maximum of 0.5 wt .-% magnesium should avoid the formation of Mg-Fe ' pi ' phases in order to obtain the ductility.
  • Cu is said to improve the heat resistance of the alloy, with the content of zinc being limited to 4 to 5% by weight so as to adjust the strength and quenching sensitivity of the alloy.
  • DE102009012073A1 a die casting alloy with 9 to 1 1 wt .-% Si, with a maximum of 0.6 wt .-% Fe, with 0.2 to 0.6 wt .-% Mn, with 0.05 to 0 , 4 wt .-% Cu, with 0.2 to 0.35 wt .-% Mg and with a maximum of 0.35 wt .-% Zn known.
  • the DE102009012073A1 deals with secondary aluminum - due to the comparatively low lower limits of permissible Cu and Zn contents, the range of usable secondary aluminum is comparatively limited.
  • Such a composition can not provide comparatively high strength, ductility and castability, especially since Zn as an impurity should be limited to a small extent.
  • the same is also known from DE102005061668A1, according to which the Zn content in the diecasting alloy is to be kept below 0.05% by weight.
  • this die-casting alloy is intended for die-casting as well as complex shaping as well as excellent design. moldability and provide excellent workability in the components produced therefrom.
  • the invention solves the task by the fact that the die-cast alloy
  • Ti titanium
  • V vanadium
  • the total proportion of Fe and Mn in the die cast alloy together being a maximum of 1.5% by weight, the quotient of the percentages by weight of Fe and Mn 0.35 to 1.5, and the quotient of the percentages by weight of Cu and Mg 0.2 to 0, 8 amount.
  • a low-cost diecasting Al-Si-based can be provided because essentially reduces the proportion of primary aluminum or . even refrained from it or that secondary aluminum can be used increased for the production of castings.
  • the alloy constituents of the casting alloy are forced according to the invention in particular content limits, so as to the well-known parameters of primary aluminum (eg: strength values, ductility values, chemical reaction stability, processability and / or pourability).
  • beta-phase eg: AI 5 FeSi / Al8 9Fe 2 Si2.
  • the ⁇ -phase may be present as Al 5 (FeMn) 3 Si 2 due to the manganese content of at least 0.25 wt .-% according to the invention.
  • This ⁇ -phase crystallizes in globulitic form and, due to its compact structure, can have a significantly more favorable influence on the ductility than is known from the acicular ⁇ phases.
  • a diecasting alloy with a comparatively high ductility can thus be ensured.
  • the total content of Fe and Mn in the die-cast alloy is limited to a maximum of 1.5% by weight, the formation of coarse ⁇ -phases can be further reduced, even if the high cooling rates usually used in die-casting processes are used.
  • the concentration requirements for Fe and Mn can therefore be particularly beneficial to the ductility of the diecasting alloy.
  • this excess of magnesium can improve the curing mechanism of the alloy because part of the Mg is bound in the Q phase (Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6) and thus overcome known limitations due to excessive precipitation of Mg Set 2 Si precursors.
  • the concentration requirements for Cu and Mg can therefore satisfy particularly high demands of the diecasting alloy in terms of strength and chemical reaction resistance.
  • the proposed concentration ratio of Cu and Mg improved the processability, for example with regard to the weldability and rivability of components made from this diecasting alloy.
  • the introduction and / or adjustment of the aforementioned magnesium excess over Cu can also be used to bind the increased Fe content of the die-cast alloy in a pi-phase (Al 8 FeMg 3 Si 6 ).
  • the ductility impair beta phase eg. AI 5 FeSi / Al8 9 Fe 2 Si 2
  • the Mn content in the diecasting alloy can also be reduced because the pi phase (eg: Al 8 FeMg 3 Si 6 ) can be used to take up Fe.
  • Die casting problems usually to be accepted due to an increased Mn content to compensate for Fe effects, can thus be reduced.
  • a complex deformation as well as an excellent releasability can be ensured by the special content limits of Mg, Fe, Mn in connection with their concentration requirements.
  • the strength of the alloy characterized for example by an interaction of the pre-phases Mg 2 Si and Q-phase (Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6), can be determined by solid-solution hardening be further improved with the help of a zinc deposit.
  • zinc is to be adjusted in the content limits of 0.40 to 1, 5 wt .-%.
  • this may be beneficial to the ductility of the diecasting alloy.
  • the content limits of Zn according to the invention may be distinguished in improving the castability of the die-cast alloy, whereby adverse effects due to the proposed content limits of Mn in the diecasting alloy can be largely compensated.
  • the Al-Si-based die-casting alloy balanced in the alloy components Fe, Mn, Cu, Mg and Zn can combine a comparatively high ductility, corrosion resistance, strength, castability and processability, thus overcoming parameter boundaries known from the prior art even if the die-cast alloy has secondary aluminum and / or is added to it or thereby leads to comparatively high levels of impurities.
  • the die casting alloy may have 50 to 300 ppm strontium (Sr) and / or 20 to 250 ppm sodium (Na) and / or 20 to 350 ppm antimony (Sb).
  • Sr strontium
  • Na sodium
  • SB antimony
  • at most 0.2% by weight of titanium (Ti) and / or at most 0.3% by weight of zirconium and / or at most 0.3% by weight of vanadium (V) may prove to be advantageous.
  • the die-cast alloy can be supplemented in each case with 100% by weight of Al, and this diecasting alloy can also lead to unavoidable impurities due to its production.
  • the die-cast alloy can have impurities of not more than 0.1% by weight and not more than 1% by weight in total.
  • a simple procedure for increasing the proportion of pi-phase (eg: Al 8 FeMg 3 Si6) in the structure of the die-cast alloy can be given. Increased Fe contents can thus be compensated, whereby the best castability of the diecasting alloy can be maintained with a reduced Mn content.
  • this pi-phase can be converted with a solution annealing into a harmless for the required properties of the die-cast alloy ⁇ -phase.
  • the diecasting alloy can be further improved in terms of achievable ductility, strength and corrosion resistance, if the total content of Fe and Mn on the die-cast alloy together maximally 1, 2 wt .-%, the quotient of the weight percentages of Fe and Mn 0.5 to 1.25 and the quotient of the weight percent of Cu and Mg is 0.2 to 0.5.
  • the die cast alloy has 9.5 to 11.5 wt.% Silicon (Si) and / or 0.35 to 0.6 wt.% Iron (Fe) and / or 0.3 to 0.75 wt. % Manganese (Mn) and / or 0.1 to 0.4% by weight copper (Cu) and / or 0.24 to 0.5% by weight magnesium (Mg) and / or 0.40 to 1, 0 Zinc (Zn) results in narrower limits for an improved Al-Si based through-casting alloy in its mechanical and / or chemical resistance.
  • the proposed content of Si improves the flow properties of the melt and that brittle primary silicon phases can be avoided. This also makes it possible to pressure-mold even comparatively thin-walled components.
  • 9.5 to 1 1, 5 wt .-% silicon (Si) turn out to be particularly advantageous. Way to carry out the invention
  • thin-walled cast components were produced by die casting from various die cast alloys.
  • the compositions of the alloys studied are listed in Table 1.
  • Alloy 1 is a die cast alloy of low contamination primary aluminum.
  • Alloy 2 shows a considerable degree of impurities in iron and copper alloy fractions, which can be introduced, for example, by secondary aluminum.
  • the alloys and die castings or specimens produced therefrom were subjected to T7 heat treatment for 1 hour at 460 ° C solution annealing, quenching with water and 2 hours aging at 220 ° C.
  • the finished test specimens were finally examined for their mechanical properties.
  • the tensile strength R m , the yield strength R p0 , 2 and the elongation at break A 5 were determined in the tensile test.
  • the measured values obtained are summarized in Table 2.
  • concentration ratios for a diecasting alloy proposed according to the invention make it possible to ensure comparatively high ductility, corrosion resistance, strength, castability and processability.

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Abstract

Es wird eine Druckgusslegierung auf Al-Si-Basis, aufweisend insbesondere Sekundäraluminium, gezeigt. Um hohen Ansprüchen an Festigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit gerecht werden zu können, wird vorgeschlagen, dass die Druckgusslegierung 6 bis 12 Gew.-% Silizium (Si), mindestens 0,3 Gew.-% Eisen (Fe), mindestens 0,25 Gew.-% Mangan (Mn), mindestens 0,1 Gew.-% Kupfer (Cu), 0,24 bis 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg) und 0,40 bis 1,5 Gew.-% Zink (Zn) aufweist, und dass die Druckgusslegierung 50 bis 300 ppm Strontium (Sr) und/oder 20 bis 250 ppm Natrium (Na) und/oder 20 bis 350 ppm Antimon (Sb), sowie wenigstens einen der folgenden Bestandteile zu maximal 0,2 Gew.-% Titan (Ti); maximal 0,3 Gew.-% Zirkon; maximal 0,3 Gew.-% Vanadium (V); und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, wobei der Gesamtanteil von Fe und Mn an der Druckgusslegierung zusammen maximal 1,5 Gew.-%, der Quotient der Gewichtsprozente von Fe und Mn 0,35 bis 1,5 und der Quotient der Gewichtsprozente von Cu und Mg 0,2 bis 0,8 betragen.

Description

Druckgusslegierung auf Al-Si-Basis, aufweisend insbesondere Sekundäraluminium
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Druckgusslegierung auf Al-Si-Basis, aufweisend insbesondere Sekundäraluminium.
Stand der Technik
Preiswerte Druckgusslegierungen können beispielsweise aus Aluminium-Schrotten gewonnen werden, enthalten in der Regel jedoch nachteilig unerwünscht hohe Verunreinigungen, in Form von Eisen-, Kupfer- und Zink-Legierungsanteilen (EP1 1 1 1077A1 ). Dies führt nicht nur zu einem reduzierten Duktilitätspotential, sondern kann auch negative Einflüsse auf Festigkeit sowie Abschreckempfindlichkeit der Druckgusslegierung haben. Verschiedenste Maßnahmen zur gegenseitigen Gewichtung der Legierungselemente, sowie diverse Vorschläge für Zulegierungen sind aus dem Stand der Technik bekannt - insbesondere um damit die negativen Einflüsse der Verunreinigungen zu kompensieren.
So ist aus der JP9-003610 eine Druckgusslegierung mit 5 bis 13 Gew.-% Si, mit maximal 0,5 Gew.-% Mg, mit 0,1 bis 1 ,0 Gew.-% Mn und mit 0,1 bis 2,0 Gew.-% Fe bekannt. Mn soll dabei etwa die Ausbildung von Al-Fe-Si-Nadelkristallen unterdrücken, um eine Festigkeitsreduktion zu vermeiden. Des Weiteren soll, um die Gusseigenschaften zu erhalten, Mg auf einem möglichst geringen Gehalt von maximal 0,5 Gew.-% gehalten werden. Cu- und Zn-Verunreinigungen, wie diese bei Sekundäraluminium üblicherweise in erheblichen Mengen vorkommen, berücksichtigt die Druckgusslegierung in der JP9-003610 nicht. Die DE102004013777B4 schlägt eine Gusslegierung mit 5 bis 18 Gew.-% Si, mit 0,15 bis 0,45 Gew.-% Mn, mit 0,2 bis 0,6 Gew.-% Fe, mit 0,3 bis 0,5 Gew.-% Mg, mit eventuell 0,1 bis 0,5 Gew.-% Cu und mit 4 bis 5 Gew.-% Zn vor. Der Gehalt von maximal 0,5 Gew.-% Magnesium soll die Entstehung von Mg-Fe-'pi'-Phasen vermeiden, um damit die Dehnbarkeit zu erhalten. Cu soll die Warmfestigkeit der Legierung verbessern, wobei der Gehalt an Zink auf 4 bis 5 Gew.-% beschränkt werden soll, um so die Festigkeit und Abschreckempfindlichkeit der Legierung einzustellen. Nachteilig kann eine derartige Komposition an Legierungselementen, insbesondere durch den vergleichsweise hohen Zinkgehalt, jedoch eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, was zu sicherheitstechnischen Einschränkungen von daraus hergestellten Druckgussteilen führen kann.
Des Weitern ist aus der DE102009012073A1 eine Druckgusslegierung mit 9 bis 1 1 Gew.-% Si, mit maximal 0,6 Gew.-% Fe, mit 0,2 bis 0,6 Gew.-% Mn, mit 0,05 bis 0,4 Gew.-% Cu, mit 0,2 bis 0,35 Gew.-% Mg und mit maximal 0,35 Gew.-% Zn bekannt. Zwar beschäftigt sich die DE102009012073A1 mit Sekundäraluminium - durch die vergleichsweise niedrig angesetzten Untergrenzen an zulässigen Cu- und Zn- Gehalten ist die Bandbreite an verwendbarem Sekundäraluminium vergleichsweise beschränkt. Außerdem kann eine derartige Zusammensetzung keine vergleichsweise hohe Festigkeit, Duktilität und Gießbarkeit ermöglichen, zumal Zn als Verunreinigung auf ein geringes Maß begrenzt werden soll. Ähnliches ist auch aus der DE102005061668A1 bekannt, gemäß der der Zn-Gehalt in der Druckgusslegierung unter 0,05 Gew.-% zu halten ist.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik, eine Druckgusslegierung auf Al-Si-Basis zu schaffen, die trotz Verwendung von Sekundäraluminium Druckgussteile mit hohen Ansprüchen hinsichtlich Festigkeit, Duktilität und chemischer Reaktionsbeständigkeit, insbesondere Korrosionsbeständigkeit, ermöglichen kann. Außerdem soll diese Druckgusslegierung druckgusstechnisch sowohl komplexes Verformen, als auch exzellente Ent- formbarkeit sicherstellen können sowie bei den daraus hergestellten Bauteilen exzellente Verarbeitbarkeit bieten.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Druckgusslegierung
6 bis 12 Gew.-% Silizium (Si),
mindestens 0,3 Gew.-% Eisen (Fe),
mindestens 0,25 Gew.-% Mangan (Mn),
mindestens 0,1 Gew.-% Kupfer (Cu),
0,24 bis 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg) und
0,40 bis 1 ,5 Gew.-% Zink (Zn) aufweist
und dass die Druckgusslegierung
50 bis 300 ppm Strontium (Sr) und/oder
20 bis 250 ppm Natrium (Na) und/oder
20 bis 350 ppm Antimon (Sb),
sowie wenigstens einen der folgenden Bestandteile zu
maximal 0,2 Gew.-% Titan (Ti);
maximal 0,3 Gew.-% Zirkon;
maximal 0,3 Gew.-% Vanadium (V);
und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen aufweist,
wobei der Gesamtanteil von Fe und Mn an der Druckgusslegierung zusammen maximal 1 ,5 Gew.-%, der Quotient der Gewichtsprozente von Fe und Mn 0,35 bis 1 ,5 und der Quotient der Gewichtsprozente von Cu und Mg 0,2 bis 0,8 betragen.
Durch ein Zulassen von vergleichsweise hohen Gew.-% an Verunreinigungen, wie dies erfindungsgemäß für Eisen, Kupfer und Zink auch vorgeschlagen wird, kann eine kostengünstige Druckgusslegierung auf Al-Si-Basis zur Verfügung gestellt werden, weil im Wesentlichen der Anteil an Primäraluminium reduziert bzw. sogar darauf verzichtet bzw. damit Sekundäraluminium zur Erzeugung von Gussteilen erhöht eingesetzt werden kann. Dies wird allerdings erst möglich, indem die Legierungsbestandteile der Gusslegierung erfindungsgemäß in besondere Gehaltsgrenzen gezwungen werden, um sich damit den von Primäraluminium bekannte Parametern (z.B.: Festigkeitswerte, Duktilitätswerte, chemische Reaktionsbeständigkeit, Verar- beitbarkeit und/oder Gießbarkeit) anzunähern.
Fe, Mn:
So kann ein Quotient der Gewichtsprozente von Fe und Mn 0,35 bis 1 ,5 dazu führen, dass trotz eines vergleichsweise hohen Eisengehaltes die Bildung der ß-Phase (z.B.: AI5FeSi/Al8.9Fe2Si2) im Gefüge, welche sich in Form feiner Nadeln ausscheidet, deutlich verringert werden kann. Mit einem vermehrten Auftreten der a-Phase kann gerechnet werden, die aufgrund des erfindungsgemäßen Mangangehalts von mindestens 0,25 Gew.-% als AI 5(FeMn)3Si2 vorliegen kann. Diese α-Phase kristallisiert in globulitischer Form und kann durch ihre kompakte Struktur einen deutlich günstigeren Einfluss auf die Duktilität nehmen, als dies von den nadeiförmigen ß- Phasen bekannt ist. Eine Druckgusslegierung mit einer vergleichsweise hohen Duktilität kann so sichergestellt werden. Im Allgemeinen wird noch erwähnt, dass durch dieses Verhältnis von Fe/Mn in Kombination mit hohen Abkühlgeschwindigkeiten (z.B.: durch eine beschleunigte Kühlung) deren Phasen und damit deren Einfluss auf das Gefüge vergleichsweise gering gehalten werden kann. Wird zusätzlich der Gesamtanteil von Fe und Mn an der Druckgusslegierung auf maximal 1 ,5 Gew.-% beschränkt, kann auch die Ausbildung grober α-Phasen weiter reduziert werden, selbst wenn die bei Druckgussverfahren üblicherweise durchgeführten hohen Abkühlgeschwindigkeiten angewendet werden. Die Konzentrationsvorschriften zu Fe und Mn können daher besonders der Duktilität der Druckgusslegierung förderlich sein.
Cu, Mg:
Durch ein Einbringen und/oder Einstellen eines Magnesiumüberschusses, indem der Quotient der Gewichtsprozente von Cu und Mg 0,2 bis 0,8 beträgt, und unter Berücksichtigung, dass mindestens 0,1 Gew.-% Cu und 0,24 bis 0,8 Gew.-% Mg vorgesehen werden, kann im Wesentlichen das vorhandene Kupfer in der sich bevorzugt bildenden Q-Phase (AI5Cu2Mg8Si6) gebunden werden. Diese Konzentrationsvorschrift kann daher die Bildung korrosionsanfälliger Phasen, wie beispielsweise die Tao-Phase (AI5Cu4Zn) oder die Theta-Phase (AI2Cu), im Gefüge verhindern, so dass trotz vergleichsweise hoher Gewichtsprozente an Cu, was erfindungsge- mäß zur Verbesserung der Warmaushärtung der Druckgusslegierung genützt wird, auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit beibehalten werden kann. Außerdem kann durch diesen Magnesiumüberschuss der Aushärtemechanismus der Legierung verbessert werden, weil ein Teil des Mg in der Q-Phase (AI5Cu2Mg8Si6) gebunden wird und damit diesbezüglich bekannte Grenzen überwunden werden können, die sich durch eine übermäßige Ausscheidung von Mg2Si Vorphasen einstellen. Die Konzentrationsvorschriften zu Cu und Mg können daher besonders hohen Ansprüchen der Druckgusslegierung hinsichtlich Festigkeit und chemischer Reaktionsbeständigkeit genügen. Zudem konnte durch das vorgeschlagene Konzentrationsverhältnis von Cu und Mg eine verbesserte Verarbeitbarkeit, beispielsweise hinsichtlich Schweiß- und Nietbarkeit von Bauteilen aus dieser Druckgusslegierung, erreicht werden.
Mg, Fe, Mn:
Zudem konnte festgestellt werden, dass das Einbringen und/oder Einstellen des vorgenannten Magnesiumüberschusses gegenüber Cu auch dazu genützt werden kann, den erhöhten Fe-Gehalt der Druckgusslegierung in einer pi-Phase (AI8FeMg3Si6) zu binden. Damit kann auf der einen Seite die, die Duktilität beeinträchtigende ß-Phase (z.B.: AI5FeSi/Al8.9Fe2Si2) reduziert werden, weil weniger Fe zur Bildung dieser ß-Phase zur Verfügung steht, insbesondere aber konnte damit auf der anderen Seite auch der Mn-Gehalt in der Druckgusslegierung reduziert werden, weil die pi-Phase (z.B.: AI8FeMg3Si6) zur Aufnahme von Fe herangezogen werden kann. Druckgießprobleme, meist in Kauf zu nehmen aufgrund eines erhöhten Mn-Gehalts zur Kompensation von Fe Effekten, können so reduziert werden. Ein komplexes Verformen und auch eine exzellente Entformbarkeit können durch die besonderen Gehaltsgrenzen von Mg, Fe, Mn in Verbindung mit deren Konzentrationsvorschriften sichergestellt werden.
Zn:
Die Festigkeit der Legierung, zum Beispiel durch ein Zusammenwirken der Vorphasen Mg2Si und Q-Phase (AI5Cu2Mg8Si6) geprägt, kann durch Mischkristallhärtung mit Hilfe einer Zinkeinlagerung noch weiter verbessert werden. Hierfür ist Zink in den Gehaltsgrenzen von 0,40 bis 1 ,5 Gew.-% einzustellen. Zudem kann dies der Duktilität der Druckgusslegierung förderlich sein. Bei der Druckgusslegierung kann damit ein eventueller negativer Einfluss eines vergleichsweise hohen Mg-Gehalts auf ihre Duktilität verringert werden. Außerdem können sich die erfindungsgemäßen Gehaltsgrenzen an Zn bei der Verbesserung der Gießbarkeit der Druckgusslegierung auszeichnen, wodurch diesbezügliche Beeinträchtigungen aufgrund der vorgeschlagenen Gehaltsgrenzen an Mn in der Druckgusslegierung weitgehend kompensiert werden können.
Die in den Legierungsbestandteilen Fe, Mn, Cu, Mg und Zn ausgewogene Druckgusslegierung auf Al-Si-Basis kann daher eine vergleichsweise hohe Duktilität, Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, Gießbarkeit und Verarbeitbarkeit miteinander kombinieren und so aus dem Stand der Technik bekannte Parametergrenzen überwinden, selbst wenn die Druckgusslegierung Sekundäraluminium aufweist und/oder dieser zugefügt wird bzw. dadurch vergleichsweise hohe Gehalte an Verunreinigungen führt.
Zu Zwecken der Dauerveredelung kann die Druckgusslegierung 50 bis 300 ppm Strontium (Sr) und/oder 20 bis 250 ppm Natrium (Na) und/oder 20 bis 350 ppm Antimon (Sb) aufweisen. Optional zur Kornfeinung der Druckgusslegierung können sich maximal 0,2 Gew.-% Titan (Ti) und/oder maximal 0,3 Gew.-% Zirkon und/oder maximal 0,3 Gew.-% Vanadium (V) als vorteilhaft herausstellen. Die Druckgusslegierung kann jeweils auf 100 Gew.-% mit AI ergänzt werden, wobei diese Druckgusslegierung auch herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen führen kann. Im Allgemeinen wird erwähnt, dass die Druckgusslegierung Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,1 Gew.-% und gesamt höchstens 1 Gew.-% aufweisen kann.
Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, dass als Sekundäraluminium Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung, gewonnen aus Aluminiumschrott, verstanden werden kann. Des Weiteren halber wird erwähnt, dass unter der Maßeinheit ppm Ge- wichts-ppm zu verstehen sind. Festigkeit, Duktilität, Verarbeitbarkeit und chemische Reaktionsbeständigkeit der Druckgusslegierung können weiter verbessert werden, wenn diese 0,3 bis 1 ,0 Gew.- % Eisen (Fe), 0,25 bis 1 ,0 Gew.-% Mangan (Mn) und 0,1 bis 0,6 Gew.-% Kupfer (Cu) aufweist.
Erfüllt die Druckgusslegierung in ihrer Zusammensetzung die Ordnungsrelation
Gew.-% Mg > 0,2 + 0,12 x (Gew.-% Fe / Gew.-% Mn)
kann eine einfache Verfahrensvorschrift zur Erhöhung des Anteils an pi-Phase (z.B.: AI8FeMg3Si6) im Gefüge der Druckgusslegierung gegeben werden. Erhöhte Fe- Anteile können so kompensiert werden, wodurch mit vermindertem Mn-Anteil beste Gießbarkeit der Druckgusslegierung gewahrt bleiben kann. Außerdem kann diese pi-Phase mit einem Lösungsglühen in eine für die geforderten Eigenschaften der Druckgusslegierung harmlose α-Phase umgewandelt werden.
Die Druckgusslegierung kann hinsichtlich ihrer erreichbaren Duktilitäts-, Festigkeitsund Korrosionsbeständigkeit weiter verbessert werden, wenn der Gesamtanteil von Fe und Mn an der Druckgusslegierung zusammen maximal 1 ,2 Gew.-%, der Quotient der Gewichtsprozente von Fe und Mn 0,5 bis 1 ,25 und der Quotient der Gewichtsprozente von Cu und Mg 0,2 bis 0,5 betragen.
Weist die Druckgusslegierung 9,5 bis 1 1 ,5 Gew.-% Silizium (Si) und/oder 0,35 bis 0,6 Gew.-% Eisen (Fe) und/oder 0,3 bis 0,75 Gew.-% Mangan (Mn) und/oder 0,1 bis 0,4 Gew.-% Kupfer (Cu) und/oder 0,24 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) und/oder 0,40 bis 1 ,0 Zink (Zn) auf, ergeben sich engere Grenzbereiche für eine in ihrer mechanischen und/oder chemischen Beständigkeit verbesserten Durchgusslegierung auf Al-Si Basis. Im Allgemeinen wird erwähnt, dass durch den vorgeschlagenen Gehalt an Si die Fließeigenschaften der Schmelze verbessert und spröde Primärsiliziumphasen vermieden werden können. Dadurch kann es auch möglich werden, selbst vergleichsweise dünnwandige Bauteile druckzugießen. Hierzu kann sich 9,5 bis 1 1 ,5 Gew.-% Silizium (Si) besonders vorteilhaft herausstellen. Weg zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Zum Nachweis der erzielten Effekte wurden aus verschiedenen Druckgusslegierungen dünnwandige Gussbauteile im Druckgussverfahren hergestellt. Die Zusammensetzungen der untersuchten Legierungen sind in der Tabelle 1 angeführt.
Figure imgf000009_0001
Tabelle 1 : Übersicht zu den untersuchten Legierungen
Bei der Legierung 1 handelt es sich um eine Druckgusslegierung aus Primäraluminium mit geringem Verunreinigungsgrad. Legierung 2 hingegen zeigt einen erheblichen Grad an Verunreinigungen an Eisen- und Kupfer-Legierungsanteilen, welche beispielsweise durch Sekundäraluminium eingetragen werden können.
Die Legierungen bzw. die daraus hergestellten Druckgussteile bzw. Prüfkörper wurde einer T7-Wärmebehandlung mit einer Stunde bei 460°C Lösungsglühen, einem Abschrecken mit Wasser und einer zweistündigen Warmauslagerung bei 220°C unterworfen. Die fertigen Prüfkörper wurden schließlich auf ihre mechanischen Eigenschaften hin untersucht. Hierzu wurden die Zugfestigkeit Rm, die Streckgrenze Rp0,2 und die Bruchdehnung A5 im Zugversuch bestimmt. Die erhaltenen Messwerte sind in der Tabelle 2 zusammengefasst.
Figure imgf000009_0002
Tabelle 2: Mechanische Kennwerte der untersuchten Legierungen Untersuchungen an der Druckgusslegierung Nr. 2 zeigten, dass durch den eingestellten Eisenanteil und Mangangehalt die Bildung einer unerwünschten Betaphase bei der Erstarrung vermieden werden kann. Auch der Kupferanteil kann durch einen Magnesiumanteil vollständig in der Q-Phase gebunden werden, wodurch vergleichsweise hohe Korrosionsbeständigkeit erreicht wird. Aufgrund dieser Elementkombinationen können trotz eines Eisengehaltes von 0,5 Gew.-% eine erhöhte Festigkeit und Bruchdehnung von 13,8% erreicht werden. Der vergleichsweise hohe Zinkgehalt führt zu einer Festigkeitssteigerung, ohne die mechanischen Eigenschaften negativ zu beeinflussen.
Wie nun im Vergleich der beiden Druckgusslegierungen 1 und 2 nach Tabelle 2 erkannt werden kann, zeigen diese beiden Legierungen ähnliche mechanische Eigenschaften, obwohl Legierung 2 einen deutlich höheren Eisen- und Kupfergehalt gegenüber Legierung 1 aufweist.
Es ist somit gezeigt, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Konzentrationsverhältnisse für eine Druckgusslegierung es zulassen, vergleichsweise hohe Duktili- tät, Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, Gießbarkeit und Verarbeitbarkeit sicherzustellen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e:
1 . Druckgusslegierung auf Al-Si-Basis, aufweisend insbesondere Sekundäralu- minium, dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckgusslegierung
6 bis 12 Gew.-% Silizium (Si),
mindestens 0,3 Gew.-% Eisen (Fe),
mindestens 0,25 Gew.-% Mangan (Mn),
mindestens 0,1 Gew.-% Kupfer (Cu),
0,24 bis 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg) und
0,40 bis 1 ,5 Gew.-% Zink (Zn) aufweist und dass
die Druckgusslegierung
50 bis 300 ppm Strontium (Sr) und/oder
20 bis 250 ppm Natrium (Na) und/oder
20 bis 350 ppm Antimon (Sb),
sowie wenigstens einen der folgenden Bestandteile zu
maximal 0,2 Gew.-% Titan (Ti);
maximal 0,3 Gew.-% Zirkon;
maximal 0,3 Gew.-% Vanadium (V);
und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen aufweist,
wobei der Gesamtanteil von Fe und Mn an der Druckgusslegierung zusammen maximal 1 ,5 Gew.-%, der Quotient der Gewichtsprozente von Fe und Mn 0,35 bis 1 ,5 und der Quotient der Gewichtsprozente von Cu und Mg 0,2 bis 0,8 betragen.
2. Druckgusslegierung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgusslegierung
0,3 bis 1 ,0 Gew.-% Eisen (Fe),
0,25 bis 1 ,0 Gew.-% Mangan (Mn) und
0,1 bis 0,6 Gew.-% Kupfer (Cu) aufweist.
3. Druckgusslegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgusslegierung in ihrer Zusammensetzung die Ordnungsrelation
Gew.-% Mg > 0,2 + 0,12 x (Gew.-% Fe / Gew.-% Mn)
erfüllt.
4. Druckgusslegierung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil von Fe und Mn an der Druckgusslegierung zusammen maximal 1 ,2 Gew.-%, der Quotient der Gewichtsprozente von Fe und Mn 0,5 bis 1 ,25 und der Quotient der Gewichtsprozente von Cu und Mg 0,2 bis 0,5 betragen.
5. Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgusslegierung 9,5 bis 1 1 ,5 Gew.-% Silizium (Si) aufweist.
6. Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgusslegierung 0,35 bis 0,6 Gew.-% Eisen (Fe) aufweist.
7. Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgusslegierung 0,3 bis 0,75 Gew.-% Mangan (Mn) aufweist.
8. Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgusslegierung 0,1 bis 0,4 Gew.-% Kupfer (Cu) aufweist.
9. Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgusslegierung 0,24 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) aufweist.
10. Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgusslegierung 0,40 bis 1 ,0 Gew.-% Zink (Zn) aufweist.
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