WO2023099080A1 - Aluminium-druckgusslegierung - Google Patents

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WO2023099080A1
WO2023099080A1 PCT/EP2022/079580 EP2022079580W WO2023099080A1 WO 2023099080 A1 WO2023099080 A1 WO 2023099080A1 EP 2022079580 W EP2022079580 W EP 2022079580W WO 2023099080 A1 WO2023099080 A1 WO 2023099080A1
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alloy according
cast
die
aluminum
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Marc Hummel
Steffen Otterbach
Heinz-Werner HÖPPEL
Marius KOHLHEPP
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Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • 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
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to an aluminum die-cast alloy, a method for the heat treatment of a component for a motor vehicle made from such an aluminum die-cast alloy, and a component for a motor vehicle.
  • EP 1 443 122 B1 discloses an aluminum alloy for die-casting components with high elongation in the cast state. Further compositions for die-cast aluminum alloys are described in EP 1 719 820 A2, DE 10 2006 039 684 B4, DE 10 2010 055 011 A1 or DE 10 2019 205 267 B3.
  • DE 10 2005 037 738 A1 describes an aluminum cast alloy containing silicon, magnesium, iron, copper, zinc, manganese, titanium, zirconium, nickel and cobalt.
  • An aluminum-silicon cast alloy is known from EP 1 978 120 A1, which additionally contains, inter alia, magnesium, titanium, zirconium, manganese, iron, copper and nickel.
  • a hardenable aluminum cast alloy with silicon, magnesium, nickel and cobalt is described in DE 100 62 547 A1.
  • the alloy compositions known from these documents are used for engine components such as crankcases, cylinder heads and possibly pistons.
  • die-cast components which have very high demands on their mechanical properties, are manufactured using an aluminum-silicon alloy and a T6 heat treatment, usually consisting of solution annealing, quenching and aging. Since the ductility of the components decreases with increasing strength due to the brittle silicon eutectic and the Al(Fe,Mn)Si phases in the material, particularly high-strength alloys cannot be used universally for structural cast parts, since they have the minimum level of ductility that is usually found resulting from crash requirements or joining operations can no longer be guaranteed.
  • Curing via the painting process with a T5 heat treatment also has a high potential for cost savings, since this means that a separate subsequent heat treatment can be completely eliminated.
  • this variant does not allow the silicon to be shaped, the ductility is even lower than that of T6 alloys with the same strength. In such cases, large amounts of copper are often used in addition to magnesium in order to achieve greater strength at the comparatively low temperatures during the painting process. This significantly reduces corrosion resistance and ductility. Due to the fact that no solution annealing is carried out during the T5 heat treatment, the silicon eutectic is cross-linked in contrast to T6 heat-treated alloys, which means that both the ductility and the maximum final strength are even lower for the same material.
  • EP 2 471 966 A1 describes an aluminium-silicon alloy consisting of 6-11.8% silicon, 0.02-0.5% magnesium, 0.005-0.7% manganese, 0.0005-0.6% % copper, 0.001 - 0.06% titanium, 0.03 - 0.3% iron, and max. 0.2% molybdenum and max. 0.2% zirconium and optionally 70 - 400 ppm strontium.
  • EP 2 735621 B1 relates to a similar aluminum alloy for components with increased strength, in particular for structural and chassis parts of a motor vehicle, containing 9 to 11.5% by weight silicon and 0.45 to 0.8% by weight manganese 0.2 to 1.0% by weight magnesium, 0.1 to 1.0% by weight copper, max. 0.2% by weight zinc, max. 0.4% by weight zirconium, max. 0.4 wt% chromium, 0.3 wt% max molybdenum, 0.2 wt% max iron, 0.15 wt% max titanium, 0.01 to 0.02 wt% % strontium and the remainder aluminum and production-related impurities totaling max. 0.5% by weight.
  • the die-cast aluminum alloy according to the invention which contains 5 to 9.5% by weight, in particular 6 to 8% by weight, silicon as alloy components;
  • the alloy according to the invention Due to the increased ductility, components made from the aluminum die-cast alloy according to the invention, which can be used in all areas of automotive structural castings and in particular in crash-relevant areas, can continue to be joined using standard methods such as semi-tubular punch riveting. It is therefore not necessary to resort to lower-strength alloys and the associated greater component cross-sections or wall thicknesses, which means that vehicle weight, fuel consumption and CO2 emissions can be reduced.
  • the alloy according to the invention has increased thermal and electrical conductivity, which is relevant for applications in e-mobility, for example.
  • the manganese content was reduced from 0.5 to 0.8% by weight, which is usual for die-cast alloys, to 0.0001 to 0.3% by weight, in particular 0.001 to 0.3% by weight. in particular 0.05 to 0.25% by weight, in particular 0.05 to 0.2% by weight.
  • the aluminum die-cast alloy according to the invention additionally has 0.0001 to 0.3% by weight, in particular 0.001 to 0.3% by weight. -%, in particular 0.05 to 0.25% by weight, in particular 0.07 to 0.2% by weight, chromium and 0.0001 to 0.2% by weight, in particular 0.001 to 0.15% by weight .-%, in particular 0.01 to 0.15 wt .-%, molybdenum and / or tungsten.
  • This combination of the elements mentioned is particularly effective in preventing mold sticking, particularly in the stated contents, which is why significantly lower additions of the respective elements are sufficient than when manganese is added alone.
  • chromium advantageously reduces the diffusion from the mold steel and thus the erosion of the mold and the development of an unwanted connection between the mold and the component in a particularly effective manner.
  • the inventors have found that below a content of 0.0001% by weight, in particular 0.001% by weight, in particular 0.05% by weight, in particular 0.07% by weight, the described effect is too weak and it continues to become one Mold wear and mold sticking can occur. Above a chromium content of 0.3% by weight, in particular 0.25% by weight, in particular 0.2% by weight, however, the strength can drop sharply, since chromium increases the quench sensitivity of the alloy. In addition, the formation of coarse phases can lead to a reduction in ductility.
  • a further advantage of the aluminum die-casting alloy according to the invention is that chromium, manganese, molybdenum and tungsten prevent the formation of the needle-shaped ⁇ -AlFeSi phase and thus also the connection between the mold and the component.
  • a reduction in the ductility of the material can be counteracted in this way, since the ß-AlFeSi phase has very negative effects on the ductility. It was found that the above limits for the proportions of the respective elements are particularly effective, since with higher proportions the ductility decreases again due to the formation of large, coarse phases and with lower proportions the effect is too weak, so that the ß-AIFeSi -phase continues to occur and the ductility also decreases. Surprisingly, therefore, the maximum ductility lies in the stated range of the proportions of the individual elements.
  • molybdenum and/or tungsten also ensures that excess chromium and manganese are set early in a comparatively small, rounded phase. This prevents the primary, coarse formation of iron-rich phases, which contributes to a further increase in ductility.
  • the optimum ductility also lies in this range with regard to the proportions of molybdenum and/or tungsten mentioned. If too little molybdenum and/or tungsten is added, coarse iron-rich phases continue to exist, which reduce ductility.
  • the ratio of the sum of the proportions of molybdenum and tungsten to the sum of the proportions of manganese, iron and chromium is 0.1 to 0.5. It was surprisingly found that at the stated Mo+W/Mn+Fe+Cr ratio, suddenly round Al(Mo,W)Si phases without Iron content are formed, which improve the ductility significantly. However, if the sum of the proportions of molybdenum and tungsten is too high, the proportion of these rounded phases in the material becomes too high, so that the ductility drops again. The ratio is dependent on the solidification speed of the alloy and thus on the respective component.
  • the die-cast aluminum alloy can contain 0.25 to 0.6% by weight, in particular 0.3 to 0.45% by weight, of magnesium.
  • 0.25 to 0.6% by weight in particular 0.3 to 0.45% by weight, of magnesium.
  • the addition of this proportion of magnesium leads to the formation of the hardening Mg2Si phase and also ensures strong solid solution hardening.
  • the specified upper limit of 0.6% by weight advantageously prevents embrittlement of the alloy.
  • the die-cast aluminum alloy can have 0.08 to 0.35% by weight of zinc.
  • the proportion of zinc mentioned improves the castability and the surface quality of the alloy and increases its strength by stimulating Mg2Si nucleation. Because the proportion of 0.35% by weight is not exceeded, a reduction in adhesive adhesion and an increase in the tendency to corrode can be counteracted.
  • the aluminum die-cast alloy can contain 0.05 to 0.3% by weight of zirconium.
  • the die-cast aluminum alloy has 0.05 to 0.2% by weight of titanium. Both zirconium and titanium serve to refine the grains and thereby improve the ductility and strength of the alloy. The resulting Ti and Zr phases result in a further increase in strength. The specified range represents the optimum for these purposes.
  • the ratio of the proportion of titanium to the proportion of zirconium is 0.8 to 4.0. Surprisingly, it has turned out to be particularly advantageous if the proportion of titanium is greater than the proportion of zirconium.
  • the die-cast aluminum alloy can have 0.006 to 0.025% by weight of strontium. This proportion of strontium ennobles or refines the silicon eutectic and thereby increases both the castability and the ductility of the alloy.
  • the die-cast aluminum alloy can contain 0.0001 to 0.2% by weight of vanadium.
  • the die-cast aluminum alloy has 0.0001 to 0.2% by weight of cobalt.
  • Both vanadium and cobalt can be used to improve the demoldability of the component made from the alloy after the casting process.
  • the die-cast aluminum alloy can contain 0.05 to 0.5% by weight, in particular 0.05 to 0.3% by weight, of copper.
  • the use of copper can result in the formation of a Q phase (AUMgsSirCua) and, similar to the use of magnesium, the strength can be increased during a subsequent heat treatment, in particular a T6/T7 heat treatment.
  • the copper content mentioned improves the nucleation and the precipitation kinetics of Mg2Si and is therefore particularly useful in combination with magnesium particularly effective.
  • the die-cast aluminum alloy can have 0.05 to 0.7% by weight, in particular 0.05 to 0.35% by weight, of copper.
  • the formation of a Q-phase (AUMgsSirC ⁇ ) can also be achieved through the stated proportion of copper and, similar to the use of magnesium, the strength during a subsequent heat treatment, for example a T5 or a T6/T7 heat treatment, can be increased .
  • this copper content also improves the nucleation and precipitation kinetics of Mg2Si and is therefore particularly effective in combination with magnesium.
  • the upper limit of 0.7% by weight in this case, in particular 0.35% by weight prevents the negative influence of copper on the corrosion properties of the alloy.
  • the die-cast aluminum alloy can contain 0.05 to 0.3% by weight, in particular 0.1 to 0.2% by weight, nickel.
  • nickel is particularly advantageous when a component produced from an aluminum die-cast alloy according to the invention is to be subjected to a T5 heat treatment.
  • the die-cast aluminum alloy can contain 0.0001 to 0.1% by weight of tin and/or tantalum.
  • tin and/or tantalum are able to bind voids during casting.
  • they prevent cold aging in the period from casting to curing in a T5 heat treatment, ie a heat treatment in connection with or during vehicle painting, in particular cathode dip painting. This improves the subsequent artificial aging in the painting process, as the strength increases significantly faster than without the addition of tin and/or tantalum.
  • a method of heat treating a component for a motor vehicle made of an aluminum die casting alloy according to any one of claims 1 to 11 is specified in claim 15.
  • the component is subjected to a first annealing for a period of 20 to 75 minutes, in particular 20 to 45 minutes, at a temperature of 320 to 470° C., in particular 380 to 450° C., then for a period of 5 to 35 minutes , in particular 5 to 20 min, at a temperature of 460 to 535 ° C, in particular 490 to 520 ° C, subjected to a second annealing, then at 3 to 200 K / s, in air in particular at 3 to 12 K / s and at water, in particular at 80 to 200 K/s, then subjected to a first exposure for a period of 40 to 150 min, in particular 40 to 90 min, at a temperature of 100 to 180 °C, in particular 120 to 170 °C, and then subjected to a second aging for a period of 30 to 120 minutes, in particular 40 to 80 minutes, at a temperature of 180 to 300° C., in particular 200 to 240° C.
  • the component is subjected to a third exposure for a period of 5 to 60 minutes, in particular 5 to 30 minutes, at a temperature of 210 to 300° C., in particular 230 to 260° C .
  • This type of heat treatment advantageously leads to increased electrical and thermal conductivity. However, this can sometimes also be observed with the other heat treatment methods mentioned herein.
  • a further method for the heat treatment of a component for a motor vehicle made from an aluminum die-casting alloy according to one of Claims 1 to 14 is specified in Claim 17.
  • the component is heated for a period of 15 to 30 minutes at a temperature of at least 160° C., in particular 160 to 200° C., in particular 160 to 180° C., subjected to a painting process, in particular a cathode dip painting.
  • a painting process in particular a cathode dip painting.
  • the aluminum die-cast alloy according to the invention can be used in expanded areas compared to known alloys, in which a T6/T7 heat treatment was previously necessary due to high demands on the mechanical properties of the component.
  • a T6/T7 heat treatment was previously necessary due to high demands on the mechanical properties of the component.
  • the relatively simple heat treatment in which the component is "only" subjected to a painting process, in particular a cathode dip painting, it is possible to achieve high strength without reducing the corrosion resistance.
  • high cost savings and a reduction in energy costs and the CCh footprint can be achieved. Nevertheless, the punch riveting capability of the component is also guaranteed with this heat treatment process.
  • a component for a motor vehicle made from an aluminum die casting alloy according to any one of claims 1 to 14 or made by a method according to any one of claims 15 to 17 is set out in claim 18.
  • Alloy 1 AISi1O,5MnO,6OMgO,3OSrO,O12TiO,O6 (standard reference alloy) / T6 condition
  • Alloy 2 AISi9Mn0.60Sr0.012Ti0.06 / F-temper Alloy 3: AISi7.5Mn0.50Mg0.30Sr0.012Ti0.06 / T5 temper
  • Alloy 4 AISi8.5CuO.8MnO.5FeO.3 / T5 condition
  • Alloy 5 AISi7ZnO.2CrO.15Mo0.075Mn0.05Ti0, 12Zr0.06Sr0.012W0.01 /
  • A5 Elongation at break
  • the strength values were weighted according to prioritization in body construction (Rm: single; Rp0.2: triple).
  • the mean strength value was multiplied by the elongation at break A5 with the appropriate weighting (Rm: once, Rp0.2: three times) and divided by the divisor 100 for reasons of clarity.
  • the alloy 5 corresponding to the present invention has a significantly higher elongation at break with the same 0.2% proof stress in comparison to the naturally hard comparison alloy 2, which can be attributed to the advantageous combination of chromium, molybdenum, manganese and tungsten.
  • the flowability is increased through the use of zinc.
  • Alloy 6 according to the present invention has a significantly higher 0.2% yield strength in the T7 temper than comparative Alloy 1 in the T6 temper and yet has a higher elongation at break. As a result, despite its high strength, it can be used universally in the body and can also be joined without any problems. Flowability is also improved due to the use of zinc.
  • the 0.2% yield point and elongation at break are higher than in comparison alloy 3 due to the addition of copper and the combination of chromium, molybdenum, manganese and tungsten.
  • the limited copper content results in high corrosion resistance.
  • comparison alloy 4 has a slightly higher 0.2% yield strength, the elongation at break is high Amounts of iron and manganese very low. The corrosion resistance is also poor due to the high copper content.
  • Alloys 5, 6 and 7 have higher thermal and electrical conductivity than all four comparison alloys, as well as increased resistance to distortion when subjected to a T6/T7 heat treatment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aluminium-Druckgusslegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen: 5 bis 9,5 Gew.-%, insbesondere 6 bis 8 Gew.-%, Silizium, 0,0001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,07 bis 0,2 Gew.-%, Chrom, 0,0001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,2 Gew.-% Mangan, 0,0001 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,15 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,15 Gew.-%, Molybdän und/oder Wolfram, Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.

Description

Aluminium-Druckgusslegierung
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft eine Aluminium-Druckgusslegierung, ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines aus einer derartigen Aluminium-Druckgusslegierung hergestellten Bauteils für ein Kraftfahrzeug sowie ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug.
Aus der EP 1 443 122 B1 ist eine Aluminiumlegierung zum Druckgießen von Bauteilen mit hoher Dehnung im Gusszustand bekannt. Weitere Zusammensetzungen für Aluminium-Druckgusslegierungen sind in der EP 1 719 820 A2, der DE 10 2006 039 684 B4, der DE 10 2010 055 011 A1 oder der DE 10 2019 205 267 B3 beschrieben.
Die DE 10 2005 037 738 A1 beschreibt eine Aluminium-Gusslegierung, die Silizium, Magnesium, Eisen, Kupfer, Zink, Mangan, Titan, Zirkonium, Nickel und Kobalt enthält.
Aus der EP 1 978 120 A1 ist eine Aluminium-Silizium-Gusslegierung bekannt, die zusätzlich unter anderem Magnesium, Titan, Zirkonium, Mangan, Eisen, Kupfer und Nickel enthält.
Eine aushärtbare Aluminium-Gusslegierung mit Silizium, Magnesium, Nickel und Kobalt ist in der DE 100 62 547 A1 beschrieben.
Die aus diesen Dokumenten bekannten Legierungszusammensetzungen werden für Motorkomponenten, wie Kurbelgehäuse, Zylinderköpfe und gegebenenfalls Kolben eingesetzt. Üblicherweise werden Druckgussbauteile, an deren mechanische Eigenschaften sehr hohe Anforderungen gestellt werden, unter Verwendung einer Aluminium-Silizium-Legierung und einer T6-Wärmebehandlung, meist bestehend aus Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern, hergestellt. Da die Duktilität der Bauteile aufgrund des spröden Silizium-Eutektikums und der AI(Fe,Mn)Si-Phasen im Material mit steigender Festigkeit sinkt, können besonders hochfeste Legierungen für Strukturgussteile nicht universell eingesetzt werden, da sie das Mindestmaß an Duktilität, das sich meist durch Crash-Anforderungen oder Fügeoperationen ergibt, nicht mehr gewährleisten. Dies führt zu einer eingeschränkten Fügbarkeit und Problemen bei der Bauteilauslegung, insbesondere hinsichtlich Crash-Anforderungen, weshalb diese Legierungen nicht universell in Fahrzeugen einsetzbar sind. Da Eisen und Mangan für die Gießbarkeit der Legierung und die Entformbarkeit des Bauteils benötigt werden, wird aufgrund der mangelhaften Duktilität in solchen Fällen meist auf Legierungen mit niedrigerer Festigkeit zurückgegriffen, was aufgrund der Erhöhung der Bauteilgröße häufig zu einer Zunahme des Fahrzeuggewichts, des Kraftstoffverbrauch und des CCh-Ausstosses führt.
Ein hohes Potenzial zur Kostenersparnis besitzt zudem die Aushärtung über den Lackierprozess mit einer T5-Wärmebehandlung, da hierdurch eine separate nachgelagerte Wärmebehandlung vollständig eingespart werden kann. Da diese Variante jedoch keine Einformung des Siliziums ermöglicht, ist die Duktilität nochmals niedriger als bei T6-Legierungen mit gleicher Festigkeit. Zudem werden in solchen Fällen neben Magnesium häufig hohe Mengen an Kupfer eingesetzt, um höhere Festigkeiten über die vergleichsweisen niedrigen Temperaturen beim Lackierprozess zu erreichen. Dadurch sinken der Korrosionswiderstand und die Duktilität erheblich. Dadurch, dass bei der T5- Wärmebehandlung kein Lösungsglühen vorgenommen wird, liegt das Sili- zium-Eutektikum im Gegensatz zu T6-wärmebehandelten Legierungen vernetzt vor, wodurch bei gleichem Werkstoff sowohl die Duktilität als auch die maximale Endfestigkeit nochmals geringer sind. Daher bleibt, wenn höchste Anforderungen an mechanische Eigenschaften und Korrosion gestellt werden, meist nur der Einsatz einer energie- und kostenaufwändigeren T6-Wär- mebehandlung. In der EP 2 471 966 A1 ist eine Aluminium-Silizium-Legierung, bestehend aus 6 - 11 ,8 % Silizium, 0,02 - 0,5 % Magnesium, 0,005 - 0,7 % Mangan, 0,0005 - 0,6 % Kupfer, 0,001 - 0,06 % Titan, 0,03 - 0,3 % Eisen, sowie max. 0,2 % Molybdän und max. 0,2 % Zirkon und gegebenenfalls 70 - 400 ppm Strontium beschrieben.
Eine Aluminium-Legierung für Bauteile mit erhöhter Festigkeit, insbesondere für Struktur- und Fahrwerksteile eines Kraftwagens, enthaltend 9 bis 11 ,5 Gew.% Silizium, 0,5 bis 0,8 Gew.% Mangan, 0,2 bis 1 ,0 Gew.-% Magnesium, 0,1 bis 1 ,0 Gew.% Kupfer, 0,2 bis 1 ,5 Gew.-% Zink, 0,05 bis 0,4 Gew.% Zirkon, 0,01 bis 0,4 Gew.% Cr, max. 0,2 Gew.-% Eisen, max. 0,15 Gew.% Titan, 0,01 bis 0,02 Gew.% Strontium und als Rest Aluminium und herstellungsbedingte Verunreinigungen von insgesamt max. 0,5 Gew ist in der EP 2 653 579 B1 beschrieben.
Die EP 2 735621 B1 betrifft eine ähnliche Aluminium-Legierung für Bauteile mit erhöhter Festigkeit, insbesondere für Struktur- und Fahrwerksteile eines Kraftwagens, enthaltend 9 bis 11 ,5 Gew.-% Silizium, 0,45 bis 0,8 Gew.-% Mangan, 0,2 bis 1 ,0 Gew.-% Magnesium, 0,1 bis 1 ,0 Gew.% Kupfer, max. 0,2 Gew.-% Zink, max. 0,4 Gew.-% Zirkon, max. 0,4 Gew.-% Chrom, max. 0,3 Gew.-% Molybdän, max. 0,2 Gew.-% Eisen, max. 0,15 Gew.-% Titan, 0,01 bis 0,02 Gew.-% Strontium und als Rest Aluminium und herstellungsbedingte Verunreinigungen von insgesamt max. 0,5 Gew.-%.
Sämtliche der genannten Legierungen sind jedoch nicht in der Lage, die oben erläuterte Problematik hinsichtlich des Zielkonflikts zwischen einer hohen Duktilität und einer ausreichenden Festigkeit der aus den genannten Legierungen hergestellten Bauteile zu lösen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aluminium-Druckgusslegierung zu schaffen, die sowohl eine hohe Festigkeit, insbesondere eine hohe 0,2%-Dehngrenze, als auch eine hohe Duktilität aufweist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Aluminium-Druckgusslegierung, die als Legierungsbestandteile 5 bis 9,5 Gew.-%, insbesondere 6 bis 8 Gew.-%, Silizium;
0,0001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,07 bis 0,2 Gew.-%, Chrom; 0,0001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,2 Gew.-% Mangan; 0,0001 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,15 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,15 Gew.-%, Molybdän und/oder Wolfram; Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, weist im Vergleich zu bekannten Lösungen bei gleichbleibend hoher Festigkeit eine deutliche Steigerung der Duktilität auf, sodass diese im Falle einer T6- bzw. T7-Wärmebehandlung universell in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen kann, um eine maximale Einsparung an Gewicht, Materialeinzelkosten und CO2 zu erreichen. Des Weiteren sind optional die T5-Aushärtung über den Lackierprozess sowie der Einsatz der Legierung in ihrer naturharten Variante möglich. Bei beiden Arten der Wärmebehandlung ergibt sich durch die Zusammensetzung der Legierung ein geringer Verzug, wodurch die Kosten für Richtprozesse niedrig gehalten werden können.
Durch die erhöhte Duktilität können aus der erfindungsgemäßen Aluminium- Druckgusslegierung hergestellte Bauteile, die in allen Bereichen der automobilen Strukturgussteile und insbesondere in crashrelevanten Bereichen eingesetzt werden können, weiterhin mit Standardverfahren, wie zum Beispiel dem Halbhohlstanznieten, gefügt werden. Es ist daher nicht erforderlich, auf niederfestere Legierungen und die damit verbundenen größeren Bauteilquerschnitte bzw. Wandstärken zurückzugreifen, wodurch das Fahrzeuggewicht, der Verbrauch und der CO2-Ausstoß verringert werden können. Zusätzlich zu der verbesserten Duktilität weist die erfindungsgemäße Legierung eine erhöhte thermische und elektrische Leitfähigkeit auf, was beispielsweise für Anwendungen in der E-Mobilität relevant ist. Diese Vorteile ergeben sich unter anderen durch die Reduktion des Siliziumgehalts von üblichen 8 bis 12 Gew.-% auf 5 bis 9,5 Gew.-%, insbesondere auf 6 bis 8 Gew.-%, da sich auf diese Weise der Anteil spröder Phasen im Material verringert und die Duktilität deutlich ansteigt. Die durch den geringeren Siliziumgehalt sinkende Gießbarkeit kann gegebenenfalls durch Zusätze von Zink, Strontium, Nickel und/oder Zirkonium kompensiert werden.
Des Weiteren wurde bei der erfindungsgemäßen Aluminium-Druckgusslegierung der Mangananteil von bei Druckgusslegierungen üblichen 0,5 bis 0,8 Gew.-% auf 0,0001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,2 Gew.-% reduziert. Hierdurch sinkt der Anteil an spröden AI(Fe,Mn)Si-Phasen im Material, welche bei bekannten Legierungen häufig bei Verformungen Risse auslösen und die Duktilität herabsenken. Dadurch lässt sich die Duktilität erheblich steigern.
Um trotz der beschriebenen Reduzierung des Gehalts an Silizium und Mangan auch weiterhin ein Formkleben zu verhindern und die Entformbarkeit zu gewährleisten, weist die erfindungsgemäße Aluminium-Druckgusslegierung zusätzlich 0,0001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,07 bis 0,2 Gew.-%, Chrom sowie 0,0001 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,15 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,15 Gew.-%, Molybdän und/oder Wolfram auf. Diese Kombination der genannten Elemente ist, insbesondere in den angegebenen Gehalten, bezüglich des Verhinderns des Formklebens besonders effektiv, weshalb deutlich geringere Zusätze der jeweiligen Elemente ausreichen als bei der alleinigen Zugabe von Mangan.
Dabei verringert Chrom vorteilhafterweise die Diffusion aus dem Formstahl und dadurch den Formabtrag sowie die Entwicklung einer ungewollten Verbindung zwischen der Form und dem Bauteil besonders effektiv. Die Erfinder haben festgestellt, dass unter einem Gehalt von 0,0001 Gew.-%, insbesondere 0,001 Gew.-%, insbesondere 0,05 Gew.-%, insbesondere 0,07 Gew.-%, die beschriebene Wirkung zu schwach ist und es weiterhin zu einem Formabtrag und zu Formkleben kommen kann. Über einem Chromgehalt von 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,2 Gew.-%, kann jedoch die Festigkeit stark sinken, da Chrom die Abschreckempfindlichkeit der Legierung erhöht. Zudem kann es aufgrund einer Bildung von groben Phasen zu einer Verringerung der Duktilität kommen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Aluminium-Druckgusslegierung besteht darin, dass Chrom, Mangan, Molybdän und Wolfram die Ausbildung der nadelförmigen ß-AIFeSi-Phase und dadurch ebenfalls die Verbindung zwischen Form und Bauteil unterbinden. Außerdem kann auf diese Weise einer Verringerung der Duktilität des Materials entgegengewirkt werden, da die ß-AIFeSi-Phase sehr negative Auswirkungen auf die Duktilität hat. Dabei wurde festgestellt, dass gerade die oben genannten Grenzen für die Anteile der jeweiligen Elemente besonders effektiv sind, da bei höheren Anteilen die Duktilität durch die Bildung großer, grober Phasen wieder absinkt und bei geringeren Anteilen die Wirkung zu schwach ist, sodass die ß-AIFeSi-Phase weiter auftritt und die Duktilität ebenfalls absinkt. Das Maximum der Duktilität liegt daher überraschenderweise in dem genannten Bereich der Anteile der einzelnen Elemente.
Der Einsatz von Molybdän und/oder Wolfram sorgt darüber hinaus für die frühe Abbindung der überschüssigen Anteile von Chrom und Mangan in einer vergleichsweise kleinen, rundlichen Phase. Hierdurch wird die primäre, grobe Bildung eisenreicher Phasen verhindert, was zu einem weiteren Anstieg der Duktilität beiträgt. Auch bezüglich der genannten Anteile von Molybdän und/oder Wolfram liegt in diesem Bereich das Optimum der Duktilität. Wird zu wenig Molybdän und/oder Wolfram zugegeben, existieren weiterhin groben eisenreichen Phasen, welche die Duktilität mindern.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Summe der Anteile von Molybdän und Wolfram zu der Summe der Anteile von Mangan, Eisen und Chrom 0,1 bis 0,5 beträgt. Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass bei dem genannten Mo+W/Mn+Fe+Cr-Verhältnis, schlagartig rundliche AI(Mo,W)Si-Phasen ohne Eisenanteil gebildet werden, welche die Duktilität deutlich verbessern. Ist die Summe der Anteile von Molybdän und Wolfram jedoch zu hoch, wird der Anteil dieser rundlichen Phasen im Material zu hoch, sodass die Duktilität wieder sinkt. Das Verhältnis ist dabei abhängig von der Erstarrungsgeschwindigkeit der Legierung und damit dem jeweiligen Bauteil. Dieser Effekt ist zudem für den Einsatz recycelter Sekundärlegierungen zur Verbesserung der Nachhaltigkeit relevant, da hier höhere Eisengehalte als Verunreinigungen vorliegen. Diese schränken die Duktilität von Sekundärlegierungen für gewöhnlich stark ein. Durch die Wahl eines geeigneten Verhältnisses der Summe der Anteile von Molybdän und Wolfram zu der Summe der Anteile von Mangan, Eisen und Chrom kann die Ausbildung primärer AlFeSi-Phasen verhindert und die Duktilität erheblich gesteigert werden.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Aluminium-Druckgusslegierung kann diese 0,25 bis 0,6 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 0,45 Gew.-%, Magnesium aufweisen. Die Zugabe dieses Anteils an Magnesium führt zur Bildung der aushärtenden Mg2Si-Phase und sorgt zudem für eine starke Mischkristallhärtung. Die angegebene Obergrenze von 0,6 Gew.-% verhindert vorteilhafterweise eine Versprödung der Legierung.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Aluminium-Druckgusslegierung kann diese 0,08 bis 0,35 Gew.-% Zink aufweisen. Der genannte Anteil an Zink verbessert die Gießbarkeit und die Oberflächenqualität der Legierung und erhöht deren Festigkeit durch die Anregung der Mg2Si-Keimbildung. Dadurch, dass der Anteil von 0,35 Gew.-% nicht überschritten wird, kann einer Reduktion der Klebstoffhaftung und einer Erhöhung der Korrosionsneigung entgegengewirkt werden.
Des Weiteren kann die Aluminium-Druckgusslegierung 0,05 bis 0,3 Gew.-% Zirkonium enthalten.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Aluminium-Druckgusslegierung 0,05 bis 0,2 Gew.-% Titan aufweist. Sowohl Zirkonium als auch Titan dienen zur Kornfeinung und verbessern dadurch die Duktilität und die Festigkeit der Legierung. Durch die entstehenden Ti- und Zr-Phasen ergibt sich ein weiterer Anstieg der Festigkeit. Der angegebene Bereich stellt das Optimum für diese Zwecke dar.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis des Anteils von Titan zu dem Anteil von Zirkonium 0,8 bis 4,0 beträgt. Überraschenderweise hat es sich insbesondere als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Anteil von Titan größer ist als der Anteil von Zirkonium.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Aluminium-Druckgusslegierung kann diese 0,006 bis 0,025 Gew.-% Strontium aufweisen. Dieser Anteil an Strontium veredelt bzw. verfeinert das Silizium-Eutektikum und steigert dadurch sowohl die Gießbarkeit als auch die Duktilität der Legierung.
Des Weiteren kann die Aluminium-Druckgusslegierung 0,0001 bis 0,2 Gew.- % Vanadium enthalten.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Aluminium-Druckgusslegierung 0,0001 bis 0,2 Gew.-% Kobalt aufweist.
Sowohl mit Vanadium als auch mit Kobalt kann die Entformbarkeit des aus der Legierung hergestellten Bauteils nach dem Gießvorgang verbessert werden.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Aluminium-Druckgusslegierung kann diese 0,05 bis 0,5 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,3 Gew.-%, Kupfer aufweisen. Durch den Einsatz von Kupfer kann die Bildung einer Q-Phase (AUMgsSirCua) erreicht und, ähnlich wie durch den Einsatz von Magnesium, die Festigkeit während einer nachfolgenden Wärmebehandlung, insbesondere einer T6/T7 -Wärmebehandlung, erhöht werden. Des Weiteren verbessert der genannte Kupferanteil die Keimbildung und die Ausscheidungskinetik von Mg2Si und ist daher insbesondere in Kombination mit Magnesium besonders effektiv. Die Obergrenze von 0,5 Gew.-%, insbesondere 0,3
Gew.-%, verhindert den negativen Einfluss von Kupfer auf die Korrosionseigenschaften der Legierung.
Alternativ dazu kann die Aluminium-Druckgusslegierung 0,05 bis 0,7 Gew.- %, insbesondere 0,05 bis 0,35 Gew.-% Kupfer, aufweisen. Auch durch den genannten Anteil an Kupfer kann die Bildung einer Q-Phase (AUMgsSirC^) erreicht und, ähnlich wie durch den Einsatz von Magnesium, die Festigkeit während einer nachfolgenden Wärmebehandlung, beispielsweise einer T5- oder einer T6/T7 -Wärmebehandlung, erhöht werden. Des Weiteren verbessert auch dieser Kupferanteil die Keimbildung und die Ausscheidungskinetik von Mg2Si und ist daher insbesondere in Kombination mit Magnesium besonders effektiv. Die Obergrenze von in diesem Fall 0,7 Gew.-%, insbesondere 0,35 Gew.-%, verhindert den negativen Einfluss von Kupfer auf die Korrosionseigenschaften der Legierung.
Des Weiteren kann die Aluminium-Druckgusslegierung 0,05 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 0,2 Gew.-%, Nickel enthalten. Der Einsatz von Nickel ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein aus einer erfindungsgemäßen Aluminium-Druckgusslegierung hergestelltes Bauteil einer T5-Wärmebe- handlung unterzogen werden soll.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Aluminium-Druckgusslegierung 0,0001 bis 0,1 Gew.-% Zinn und/oder Tantal aufweisen. Diese beiden Elemente sind in der Lage, alleine oder in Kombination miteinander, Leerstellen beim Abguss zu binden. Dadurch verhindern sie die Kaltauslagerung in der Zeit vom Abguss bis zur Aushärtung bei einer T5- Wärmebehandlung, also einer Wärmebehandlung in Verbindung mit bzw. während einer Fahrzeuglackierung, insbesondere der Kathodentauchlackie- rung. Hierdurch wird die anschließende Warmauslagerung im Lackierprozess verbessert, indem die Festigkeit deutlich schneller ansteigt als ohne den Zusatz von Zinn und/oder Tantal. Ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines aus einer Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten Bauteils für ein Kraftfahrzeug ist in Anspruch 15 angegeben. Dabei wird das Bauteil für eine Dauer von 20 bis 75 min, insbesondere 20 bis 45 min, bei einer Temperatur von 320 bis 470 °C, insbesondere 380 bis 450 °C, einem ersten Glühen unterzogen, anschließend für eine Dauer von 5 bis 35 min, insbesondere 5 bis 20 min, bei einer Temperatur von 460 bis 535 °C, insbesondere 490 bis 520 °C, einem zweiten Glühen unterzogen, anschließend mit 3 bis 200 K/s, bei Luft insbesondere mit 3 bis 12 K/s und bei Wasser insbesondere mit 80 bis 200 K/s, abgeschreckt, anschließend für eine Dauer von 40 bis 150 min, insbesondere 40 bis 90 min, bei einer Temperatur von 100 bis 180 °C, insbesondere 120 bis 170 °C, einer ersten Auslagerung unterzogen und anschließend für eine Dauer von 30 bis 120 min, insbesondere 40 bis 80 min, bei einer Temperatur von 180 bis 300 °C, insbesondere 200 bis 240 °C, einer zweiten Auslagerung unterzogen. Im Falle einer derartigen Wärmebehandlung kann auf den Zusatz von Nickel sowie Zinn und/oder Tantal verzichtet werden. Auch der Kupferanteil kann, falls Kupfer der Legierung zugemischt wird, geringfügig reduziert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Bauteil für eine Dauer von 5 bis 60 min, insbesondere 5 bis 30 min, bei einer Temperatur von 210 bis 300 °C, insbesondere 230 bis 260 °C, einer dritten Auslagerung unterzogen wird. Dies stellt eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Duktilität dar, da hierbei eine höhere und gleichmäßigere Verformung im mehrachsigen Spannungszustand möglich ist. Diese Art der Wärmebehandlung führt vorteilhafterweise zu einer erhöhten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit. Teilweise kann dies jedoch auch bei den anderen hierin genannten Verfahren zur Wärmebehandlung beobachtet werden.
Ein weiteres Verfahren zur Wärmebehandlung eines aus einer Aluminium- Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellten Bauteils für ein Kraftfahrzeug ist in Anspruch 17 angegeben. Dabei wird das Bauteil für eine Dauer von 15 bis 30 min bei einer Temperatur von mindestens 160 °C, insbesondere 160 bis 200 °C, insbesondere 160 bis 180 °C, einem Lackierprozess, insbesondere einer Kathodentauchlackierung, unterzogen. Bei diesem Verfahren kann insbesondere die Verwendung der oben genannten Anteile an Kupfer, Nickel, Zinn und/oder Tantal für eine schnellere und bessere Aushärtung beim Lackierprozess, bei gleichzeitig geringer Auswirkung auf die Korrosion sorgen. Dadurch ist die erfindungsgemäße Aluminium-Druckgusslegierung gegenüber bekannten Legierungen in erweiterten Bereichen einsetzbar, in denen aufgrund hoher Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften des Bauteils zuvor eine T6/T7 -Wärmebehandlung erforderlich war. Damit ist also trotz der relativ einfachen Wärmebehandlung, bei der das Bauteil „nur“ einem Lackierprozess, insbesondere einer Kathodentauchlackierung, unterzogen wird, das Erreichen hoher Festigkeiten möglich, und zwar ohne eine Verringerung des Korrosionswiderstandes. Dadurch können neben der Verringerung des Fahrzeuggewichts durch den Wegfall der ansonsten erforderlichen Wärmebehandlungsanlagen hohe Kostenersparnisse sowie die Reduktion von Energiekosten und des CCh-Abdrucks erreicht werden. Dennoch ist auch bei diesem Wärmebehandlungsverfahren die Stanznietbarkeit des Bauteils gewährleistet.
Ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug, hergestellt aus einer Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, ist in Anspruch 18 angegeben.
Nachfolgend werden verschiedene Legierungen bezüglich ihrer Festigkeit, Duktilität, Gießbarkeit und Korrosionseigenschaften miteinander verglichen. Die Ergebnisse sind in einer Tabelle dargestellt:
Vergleichslegierungen und eingesetzte Zustände:
Legierung 1 : AISi1O,5MnO,6OMgO,3OSrO,O12TiO,O6 (genormte Referenzlegierung) / T6-Zustand
Legierung 2: AISi9Mn0,60Sr0,012Ti0,06 / F-Zustand Legierung 3: AISi7,5Mn0,50Mg0,30Sr0,012Ti0,06 / T5-Zustand
Legierung 4: AISi8,5CuO,8MnO,5FeO,3 / T5-Zustand
Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung und eingesetzte Zustände:
Legierung 5: AISi7ZnO,2CrO,15Mo0,075Mn0,05Ti0, 12Zr0,06Sr0,012W0,01 /
F-Zustand
Legierung 6:
AISi7MgO,4ZnO,2CrO, 15Mo0,075Mn0,05Ti0, 12Zr0,06Sr0,012W0.01 / T7-Zu- stand
Legierung 7:
AISi7MgO,4CrO, 15CuO, 1 Mo0,075Mn0,05Sn0,05Ti0, 12Zr0,06Sr0,012W0,01 /
T5-Zustand
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* Verzug unter Annahme einer durchgeführten T6-Wärmebehandlung
In der Tabelle bedeuten:
Rm: Zugfestigkeit
Rp0,2: 0,2%-Dehngrenze
A5: Bruchdehnung FDI: Festigkeits-Duktilitäts-Index, berechnet aus den für Fahrzeugkarosserie- Bauteile auslegungsrelevanten Materialkennwerten Rm, Rp0,2 und A5; FDI = (Rm+3*Rp0,2)/4*A5/100
Für den FDI wurden die Festigkeitswerte nach Priorisierung im Karosseriebau gewichtet (Rm: einfach; Rp0,2:dreifach). Der gemittelte Festigkeitswert wurde mit entsprechender Gewichtung (Rm: einfach, Rp0,2: dreifach) mit der Bruchdehnung A5 multipliziert und aus Gründen der Übersichtlichkeit durch den Divisor 100 dividiert.
Aus den in der Tabelle dargestellten Versuchsergebnissen lassen sich die folgenden Schlussfolgerungen ziehen:
Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Legierung 5 besitzt eine deutlich höhere Bruchdehnung bei gleicher 0,2%-Dehngrenze im Vergleich zu der naturharten Vergleichslegierung 2, was auf die vorteilhafte Kombination von Chrom, Molybdän, Mangan und Wolfram zurückzuführen ist. Zudem ist die Fließfähigkeit durch den Einsatz von Zink gesteigert.
Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Legierung 6 besitzt im T7-Zu- stand eine deutlich höhere 0,2%-Dehngrenze als die Vergleichslegierung 1 im T6-Zustand und besitzt dennoch eine höhere Bruchdehnung. Dadurch kann sie trotz hoher Festigkeit universell in der Karosserie eingesetzt und auch problemlos gefügt werden. Zudem ist aufgrund des Einsatzes von Zink die Fließfähigkeit verbessert.
Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Legierung 7 wurde über den Kathodentauchlackierprozess ausgehärtet und ist den ebenfalls im Lackprozess ausgehärteten Vergleichslegierungen 3 und 4 überlegen. Die 0,2%- Dehngrenze und Bruchdehnung ist durch die Zugabe von Kupfer, sowie der Kombination aus Chrom, Molybdän, Mangan und Wolfram höher als bei Vergleichslegierung 3. Durch den begrenzten Gehalt an Kupfer ergibt sich eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Die Vergleichslegierung 4 besitzt zwar eine leicht höhere 0,2%-Dehngrenze, jedoch ist die Bruchdehnung durch hohe Mengen an Eisen und Mangan sehr niedrig. Auch die Korrosionsbeständigkeit ist aufgrund des hohen Kupferanteils mangelhaft.
Zusätzlich besitzen die Legierungen 5, 6 und 7 eine höhere thermische und elektrische Leitfähigkeit alle vier Vergleichslegierungen sowie eine erhöhte Resistenz gegen Verzug bei Durchführung einer T6/T7 -Wärmebehandlung.
Die Beispiele zeigen, dass die Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung den Vergleichslegierungen in allen Zuständen (F, T6 bzw. T7, T5) über- legen sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1 . Aluminium-Druckgusslegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen:
5 bis 9,5 Gew.-%, insbesondere 6 bis 8 Gew.-%, Silizium,
0,0001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,07 bis 0,2 Gew.-%, Chrom, 0,0001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,2 Gew.-% Mangan, 0,0001 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 0,15 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,15 Gew.-%, Molybdän und/oder Wolfram,
Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Aluminium-Druckgusslegierung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Summe der Anteile von Molybdän und Wolfram zu der Summe der Anteile von Mangan, Eisen und Chrom 0,1 bis 0,5 beträgt.
3. Aluminium-Druckgusslegierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
0,25 bis 0,6 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 0,45 Gew.-%, Magnesium.
4. Aluminium-Druckgusslegierung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, gekennzeichnet durch
0,08 bis 0,35 Gew.-% Zink.
5. Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
0,05 bis 0,3 Gew.-% Zirkonium.
6. Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch
0,05 bis 0,2 Gew.-% Titan.
7. Aluminium-Druckgusslegierung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Anteils von Titan zu dem Anteil von Zirkonium 0,8 bis 4,0 beträgt.
8. Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch
0,006 bis 0,025 Gew.-% Strontium.
9. Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch
0,0001 bis 0,2 Gew.-% Vanadium.
10. Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch
0,0001 bis 0,2 Gew.-% Kobalt.
11 . Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch
0,05 bis 0,5 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,3 Gew.-%, Kupfer.
12. Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch
0,05 bis 0,7 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,35 Gew.-% Kupfer.
13. Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch
0,05 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 0,2 Gew.-%, Nickel.
14. Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch
0,0001 bis 0,1 Gew.-% Zinn und/oder Tantal.
15. Verfahren zur Wärmebehandlung eines aus einer Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten Bauteils für ein Kraftfahrzeug, wobei das Bauteil für eine Dauer von 20 bis 75 min, insbesondere 20 bis 45 min, bei einer Temperatur von 320 bis 470 °C, insbesondere 380 bis 450 °C, einem ersten Glühen unterzogen wird, anschließend für eine Dauer von 5 bis 35 min, insbesondere 5 bis 20 min, bei einer Temperatur von 460 bis 535 °C, insbesondere 490 bis 520 °C, einem zweiten Glühen unterzogen wird, anschließend mit 3 bis 200 K/s, bei Luft insbesondere mit 3 bis 12 K/s und bei Wasser insbesondere mit 80 bis 200 K/s, abgeschreckt wird, anschließend für eine Dauer von 40 bis 150 min, insbesondere 40 bis 90 min, bei einer Temperatur von 100 bis 180 °C, insbesondere 120 bis 170 °C, einer ersten Auslagerung unterzogen wird und anschließend für eine Dauer von 30 bis 120 min, insbesondere 40 bis 80 min, bei einer Temperatur von 180 bis 300 °C, insbesondere 200 bis 240 °C, einer zweiten Auslagerung unterzogen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil für eine Dauer von 5 bis 60 min, insbesondere 5 bis 30 min, bei einer Temperatur von 210 bis 300 °C, insbesondere 230 bis 260 °C, einer dritten Auslagerung unterzogen wird.
17. Verfahren zur Wärmebehandlung eines aus einer Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellten Bauteils für ein Kraftfahrzeug, wobei das Bauteil für eine Dauer von 15 bis 30 min bei einer Temperatur von mindestens 160 °C, insbesondere 160 bis 200 °C, insbesondere 160 bis 180 °C, einem Lackierprozess, insbesondere einer Kathodentauchlackierung, unterzogen wird.
18. Bauteil für ein Kraftfahrzeug, hergestellt aus einer Aluminium-Druckgusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117987694A (zh) * 2024-04-03 2024-05-07 有研工程技术研究院有限公司 一种高导电率、高耐腐蚀铝单丝及其生产工艺与应用

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023117321A1 (de) 2023-06-30 2025-01-02 Audi Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Wärmebehandeln eines Gussbauteils für ein Kraftfahrzeug
DE102023132143A1 (de) 2023-11-17 2025-05-22 BOHAI TRIMET Automotive Holding GmbH Aluminium-Druckgusslegierung
DE102024129876A1 (de) * 2024-10-15 2026-04-16 Audi Aktiengesellschaft Aluminiumlegierung für Strukturgussanwendungen, Verwendung der Aluminiumlegierung zum Druckgießen von Strukturbauteilen, Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit dem Strukturbauteil

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10062547A1 (de) 2000-12-15 2002-06-20 Daimler Chrysler Ag Aushärtbare Aluminium-Gusslegierung und Bauteil
EP1719820A2 (de) 2005-05-03 2006-11-08 ALUMINIUM RHEINFELDEN GmbH Aluminium-Gusslegierung
DE102005037738A1 (de) 2005-08-10 2007-02-22 Daimlerchrysler Ag Aluminium-Gusslegierung mit hoher dynamischer Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit
DE102006039684B4 (de) 2006-08-24 2008-08-07 Audi Ag Aluminium-Sicherheitsbauteil
EP1978120A1 (de) 2007-03-30 2008-10-08 Technische Universität Clausthal Aluminium-Silizium-Gussleglerung und Verfahren zu Ihrer Herstellung
EP1443122B1 (de) 2003-01-23 2009-07-29 ALUMINIUM RHEINFELDEN GmbH Druckgusslegierung aus Aluminiumlegierung
DE102010055011A1 (de) 2010-12-17 2012-06-21 Trimet Aluminium Ag Gut gießbare, duktile AlSi-Legierung und Verfahren zur Herstellung eines Gussteils unter Verwendung der AlSi-Gusslegierung
EP2471966A1 (de) 2010-12-17 2012-07-04 Trimet Aluminium AG Gut giessbare, duktile AlSi-Legierung und Verfahren zur Herstellung eines Gussteils unter Verwendung der AlSi-Gusslegierung
EP2653579B1 (de) 2012-04-17 2014-10-15 Georg Fischer Druckguss GmbH & Co. KG Aluminium-Legierung
EP2735621B1 (de) 2012-11-21 2015-08-12 Georg Fischer Druckguss GmbH & Co. KG Aluminium-Druckgusslegierung
EP3176275A1 (de) * 2015-12-03 2017-06-07 Audi Ag Aluminium-silizium-druckgusslegierung. verfahren zur herstellung eines druckgussbauteils aus der legierung und karosseriekomponente mit einem druckgussbauteil
DE102019205267B3 (de) 2019-04-11 2020-09-03 Audi Ag Aluminium-Druckgusslegierung
CN112226655A (zh) * 2020-10-13 2021-01-15 安徽拓普勒汽车科技有限公司 一种复合铝合金车轮及其制造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB595531A (en) 1945-07-06 1947-12-08 Rupert Martin Bradbury Aluminium base alloys
CH168202A (de) 1932-02-05 1934-03-31 Metallgesellschaft Ag Aluminium-Silizium-Legierung.
GB605282A (en) 1945-12-01 1948-07-20 Nat Smelting Co Improvements in or relating to aluminium silicon alloys
US5023051A (en) 1989-12-04 1991-06-11 Leggett & Platt Incorporated Hypoeutectic aluminum silicon magnesium nickel and phosphorus alloy
FR2827306B1 (fr) 2001-07-10 2004-10-22 Pechiney Aluminium Alliage d'aluminium a haute ductilite pour coulee sous pression
EP2096187A1 (de) 2008-02-28 2009-09-02 Georg Fischer Engineering AG Verfahren zum gleichzeitigen Wärmebehandeln und Beschichten eines Aluminiumbauteils sowie nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil
DE102008029864B4 (de) 2008-06-24 2011-02-24 Bdw Technologies Gmbh Gussbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
CN106244957A (zh) 2016-03-24 2016-12-21 上海汇众汽车制造有限公司 AlSi7Mg铝合金铸件的热处理工艺
EP3825428B1 (de) 2019-11-25 2022-11-16 AMAG casting GmbH Druckgussbauteil und verfahren zur herstellung eines druckgussbauteils

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10062547A1 (de) 2000-12-15 2002-06-20 Daimler Chrysler Ag Aushärtbare Aluminium-Gusslegierung und Bauteil
EP1443122B1 (de) 2003-01-23 2009-07-29 ALUMINIUM RHEINFELDEN GmbH Druckgusslegierung aus Aluminiumlegierung
EP1719820A2 (de) 2005-05-03 2006-11-08 ALUMINIUM RHEINFELDEN GmbH Aluminium-Gusslegierung
DE102005037738A1 (de) 2005-08-10 2007-02-22 Daimlerchrysler Ag Aluminium-Gusslegierung mit hoher dynamischer Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit
DE102006039684B4 (de) 2006-08-24 2008-08-07 Audi Ag Aluminium-Sicherheitsbauteil
EP1978120A1 (de) 2007-03-30 2008-10-08 Technische Universität Clausthal Aluminium-Silizium-Gussleglerung und Verfahren zu Ihrer Herstellung
DE102010055011A1 (de) 2010-12-17 2012-06-21 Trimet Aluminium Ag Gut gießbare, duktile AlSi-Legierung und Verfahren zur Herstellung eines Gussteils unter Verwendung der AlSi-Gusslegierung
EP2471966A1 (de) 2010-12-17 2012-07-04 Trimet Aluminium AG Gut giessbare, duktile AlSi-Legierung und Verfahren zur Herstellung eines Gussteils unter Verwendung der AlSi-Gusslegierung
EP2653579B1 (de) 2012-04-17 2014-10-15 Georg Fischer Druckguss GmbH & Co. KG Aluminium-Legierung
EP2735621B1 (de) 2012-11-21 2015-08-12 Georg Fischer Druckguss GmbH & Co. KG Aluminium-Druckgusslegierung
EP3176275A1 (de) * 2015-12-03 2017-06-07 Audi Ag Aluminium-silizium-druckgusslegierung. verfahren zur herstellung eines druckgussbauteils aus der legierung und karosseriekomponente mit einem druckgussbauteil
DE102019205267B3 (de) 2019-04-11 2020-09-03 Audi Ag Aluminium-Druckgusslegierung
CN112226655A (zh) * 2020-10-13 2021-01-15 安徽拓普勒汽车科技有限公司 一种复合铝合金车轮及其制造方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Aluminum : Properties and Physical Metallurgy", 2 January 1984, article ASM: "EFFECTS OF ALLOYING ELEMENTS AND IMPURITIES ON PROPERTIES*", pages: 200 - 241, XP093021223, DOI: 10.1361/apapm1984p200 *
KOHLHEPP MARIUS ET AL: "Formation of Die Soldering and the Influence of Alloying Elements on the Intermetallic Interface", MATERIALS, vol. 14, no. 7, 24 March 2021 (2021-03-24), pages 1580, XP093021419, DOI: 10.3390/ma14071580 *
MBUYA T O ET AL: "Influence of iron on castability and properties of aluminium silicon alloys: Literature review", INTERNATIONAL JOURNAL OF CAST METALS RESEARCH, CAST METALS DEVELOPMENT, BIRMINGHAM, GB, vol. 16, no. 5, 1 January 2003 (2003-01-01), pages 451 - 465, XP009181139, ISSN: 1364-0461 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117987694A (zh) * 2024-04-03 2024-05-07 有研工程技术研究院有限公司 一种高导电率、高耐腐蚀铝单丝及其生产工艺与应用

Also Published As

Publication number Publication date
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