ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 Aluminiumlegierung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,50 – 1,50 Gew.-% Fe, 0,45 – 2,00 Gew.-% Ni, 0 – 0,20 Gew.-% Si, 0 – 0,20 Gew.-% Mg, 0 – 0,20 Gew.-% Cu, 0 – 0,20 Gew.-% Mn, 0 – 0,20 Gew.-% Zn, 0 – 0,20 Gew.-% Ti, 0 – 0,20 Gew.-% V, 0 – 0,20 Gew.-% Cr, 0 – 0,20 Gew.-% Zr, 0 – 0,20 Gew.-% Ce, 0 – 0,05 Gew.-% P, 0 – 0,05 Gew.% Mo, 0 – 0,05 Gew.-% Sr, 0 – 0,004 Gew.-% B; sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei sich die Gew.-% auf 100 Gew.-% in der Legierung ergänzen, wobei die unvermeidbaren Verunreini- gungen in Summe nicht mehr als 0,25 Gew.-% ausmachen und keine einzelne Ver- unreinigung mehr als 0,05 Gew.-% ausmacht, und wobei der Gesamtanteil von Mn, Ti, Cr, V und Zr zusammen nicht mehr als 0,50 Gew.-% beträgt. Die vorliegende Er- findung betrifft zudem ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus der erfin- dungsgemäßen Aluminiumlegierung, ein entsprechendes Bauteil, sowie die Verwen- dung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung zur Herstellung eines Bauteils. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Asynchronmaschine (ASM) mit einem entsprechenden Bauteil aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung sowie ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer entsprechenden Asynchronmaschine als Antriebsaggregat. Bei einem Elektroantrieb stellt neben dem Stator der Rotor eine Hauptkomponente dar. Bei Asynchronmaschinen (ASM) weist der Rotor eine in einen Rotor-Grundkör- per eingebrachte Käfigwicklung auf, welche üblicherweise aus Aluminium oder aus Legierungen auf Aluminiumbasis ausgeführt und insbesondere in Nuten des Rotor- Grundkörpers an- oder eingegossen ist. Die Käfigwicklung umfasst dazu eine Mehr- zahl von im Wesentlichen axial zu einer Rotordrehachse verlaufenden Stäben, wel- che stirnseitig mit damit in der Regel gleichzeitig gefertigten, insbesondere angegos- senen Kurzschlussringen mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind. Die Anforderungen an das Material für die Käfigwicklung eines ASM-Rotors sind sehr hoch. Das Material muss den großen mechanischen Kräften, die bei den hohen Drehzahlen des E-Maschinen-Rotors auftreten, widerstehen. Ein Versagen des Ma- terials durch Bruch kann zur Zerstörung des Motors führen. Daher muss das Material
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Dehngrenze auch bei ho- hen Temperaturen und eine damit verbundene Warmfestigkeit, aufweisen. Weiterhin muss das Material für seine Anwendung in einem ASM-Rotor auch eine gute Leitfä- higkeit aufweisen. Schließlich muss das Metall bzw. die Metalllegierung eine gute Gießbarkeit aufweisen, damit eine zufriedenstellende Gussqualität erreicht werden kann und auch kompliziertere Rotorformen gegossen werden können. Ist keine aus- reichende Gießbarkeit gegeben, können während des komplexen Gussprozesses zahlreiche Fehler wie beispielsweise eine im Guss eingeschlossene Porosität auftre- ten, was die Qualität des Gusskörpers vermindert und damit dessen mechanische Eigenschaften sowie die elektrische Leitfähigkeit verschlechtert. Ursprünglich wurde als Material für ASM-Rotoren Aluminium technischer Reinheit vorgesehen. Aluminium in technischer Reinheit (Al99,7) weist zwar eine gute elektri- sche Leitfähigkeit sowie eine hohe Bruchdehnung auf. Allerdings hat es eine sehr niedrige 0,2 %-Dehngrenze (Rp0,2) bei höheren Temperaturen sowie eine unzu- reichende Gießbarkeit. Ausgehend von Al99,7 wurden daher Anstrengungen unter- nommen, eine Legierung auf Basis von Aluminium zu entwickeln, die eine höhere Dehngrenze im Vergleich zu Al99,7 bei gleichzeitig noch guter elektrischer Leitfähig- keit aufweist. Die kommerziell verfügbare Aluminiumlegierung Anticorodal®-04 (auch als Ac-04 oder [AlSi0,5Mg] bezeichnet und von der Fa. Rheinfelden vertrieben) ent- hält neben Aluminium noch zusätzlich Silizium (etwa 0,4 Gew.-%), Magnesium (etwa 0,4-0,5 Gew-%) und Eisen. Diese in Bezug auf den Si-Gehalt niedriglegierte Legie- rung zeigt eine deutliche Steigerung der Dehngrenze und Zugfestigkeit gegenüber Al99,7 bei noch immer sehr hoher Bruchdehnung und ausreichender Leitfähigkeit. Allerdings weist Anticorodal®-04 keine gute Gießbarkeit auf und ist damit beispiels- weise für die Verwendung in einem Druckgussverfahren nur bedingt einsetzbar. Wei- terhin ist bei der Herstellung von Bauteilen aus derartigen Aluminiumlegierungen üb- licherweise ein (abschließender) Wärmebehandlungsschritt erforderlich (beispiels- weise in Form einer T5-Wärmebehandlung), um optimale mechanische Eigenschaf- ten für das Bauteil zu erhalten. Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumlegierung bereitzustellen, die im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen eine verbesserte Dehngrenze auch bei hohen Temperaturen und eine damit
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 verbundene Warmfestigkeit, eine hohe elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig eine verbesserte Gießbarkeit aufweist. Darüber soll eine Aluminiumlegierung bereitge- stellt werden, die im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen einfacher hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichneten Ausfüh- rungsformen gelöst. Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Aluminiumlegierung bereitgestellt, die aus 0,50 – 1,50 Gew.-% Fe, 0,45 – 2,00 Gew.-% Ni, 0 – 0,20 Gew.-% Si, 0 – 0,20 Gew.- % Mg, 0 – 0,20 Gew.-% Cu, 0 – 0,20 Gew.-% Mn, 0 – 0,20 Gew.-% Zn, 0 – 0,20 Gew.-% Ti, 0 – 0,20 Gew.-% V, 0 – 0,20 Gew.-% Cr, 0 – 0,20 Gew.-% Zr, 0 – 0,20 Gew.-% Ce, 0 – 0,05 Gew.-% P, 0 – 0,05 Gew.% Mo, 0 – 0,05 Gew.-% Sr, 0 – 0,004 Gew.-% B; sowie als Rest AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen besteht, wobei sich die Gew.-% auf 100 Gew.-% in der Legierung ergänzen, wobei die unvermeid- baren Verunreinigungen in Summe nicht mehr als 0,25 Gew.-% ausmachen und keine einzelne Verunreinigung mehr als 0,05 Gew.-% ausmacht, und wobei der Ge- samtanteil von Mn, Ti, Cr, V und Zr zusammen nicht mehr als 0,50 Gew.-% beträgt. Mengenangaben im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Gew.-%, soweit nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist. Im Rah- men der Erfindung ergänzen sich die Gew.-% in einer Legierung oder einem Bauteil zu 100 Gew.-%, so nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die angegebenen Mengenbereiche so zu verstehen, dass auch die Grenzwerte der angegebenen Bereiche mit einge- schlossen sind. Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung enthält 0,50 – 1,50 Gew.-% Fe, vorzugs- weise 0,60 – 1,30 Gew.-% Fe und besonders bevorzugt 0,70 – 0,85 Gew.-% Fe. Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung enthält ferner 0,45 – 2,00 Gew.-% Ni, vor- zugsweise 0,50 – 1,60 Gew.-% Ni und besonders bevorzugt 0,95 – 1,10 Gew.-% Ni. Eisen wird in der erfindungsgemäßen Legierung verwendet, um die Klebeneigung der Legierung an der Form während des Gussprozesses zu reduzieren sowie die
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 Duktilität zu steigern. Nickel bildet mit Al zusammen intermetallische Phasen sowie zusammen mit Fe und Al sogenannte ternäre intermetallische Phasen, die zu einer Festigkeitssteigerung der Legierung führen. Ebenso führt die erfindungsgemäße Kombination aus Al, Fe und Ni zur Ausbildung eines eutektischen Phasendiagramms und damit zu einer Erniedrigung der Schmelztemperatur, wenngleich das Gefüge dann ein typisches eutektisches Gefüge zeigt. Die weiteren Elemente Si, Mg, Cu, Mn, Zn, Ti, V, Cr, Zr, Ce, P und Sr können optio- nal in den vorstehend genannten Mengen vorhanden sein. Der Gesamtanteil von Mn, Ti, Cr, V und Zr zusammen beträgt dabei aber nicht mehr als 0,50 Gew.-%, vor- zugsweise nicht mehr als 0,10 Gew.-% und besonders bevorzugt nicht mehr als 0,03 Gew.-%. Vorzugsweise beträgt der Gesamtanteil von Ti, Cr, V und Zr in der Aluminiumlegierung zusammen nicht mehr als 0,02 Gew.-%. Weiterhin enthält die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung nicht mehr als 0,004 Gew.-% B, vorzugsweise nicht mehr als 0,002 Gew.-% B. Der Rest der Legierung stellen AI sowie unvermeidbare Verunreinigungen dar, wo- bei sich die Gew.-% auf 100 Gew.-% in der Legierung ergänzen. Die unvermeidba- ren Verunreinigungen machen in Summe nicht mehr als 0,25 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 0,15 Gew.-%, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,10 Gew.-% aus. Jede einzelne Verunreinigung macht dabei nicht mehr als 0,05 Gew.-%, vorzugs- weise nicht mehr als 0,02 Gew.-%, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,01 Gew.-% aus. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die erfindungsge- mäße Aluminiumlegierung aus 0,50 – 1,50 Gew.-% Fe, 0,45 – 2,00 Gew.-% Ni, 0 – 0,10 Gew.-% Si, 0 – 0,02 Gew.-% Mg, 0 – 0,01 Gew.-% Cu, 0 – 0,01 Gew.-% Mn, 0 – 0,07 Gew.-% Zn, 0 – 0,01 Gew.-% Ti, 0 – 0,01 Gew.-% V, 0 – 0,01 Gew.-% Cr, 0 – 0,01 Gew.-% Zr, 0 – 0,01 Gew.-% Ce, 0 – 0,01 Gew.-% P, 0 – 0,01 Gew.-% Mo, 0 – 0,001 Gew.-% Sr, 0 – 0,004 Gew.-% B, wobei die unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe nicht mehr als 0,10 Gew.-% ausmachen und keine einzelne Verunreini- gung mehr als 0,02 Gew.-% ausmacht, und wobei der Gesamtanteil von Mn, Ti, Cr,
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 V und Zr zusammen nicht mehr als 0,030 Gew.-% und der Gesamtanteil von Ti, Cr, V und Zr zusammen nicht mehr als 0,020 Gew.-% beträgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde überraschend gefunden, dass durch die Verwendung von Eisen und Nickel in den definierten Mengen bei gleichzeitiger Be- grenzung der weiteren Elemente und insbesondere der Begrenzung von Bor auf eine Menge von nicht mehr als 0,004 Gew.-% eine Aluminiumlegierung erhältlich ist, die dennoch eine hohe elektrische Leitfähigkeit, eine erhöhte Dehngrenze und Zug- festigkeit im Vergleich zu Al99.7 bei dennoch hoher Dehnung >20% sowie eine ver- ringerte Warmrissneigung beispielsweise im Vergleich zu Anticorodal-04 aufweist. Darüber hinaus sind Bauteile aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung auch einfacher herzustellen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung zur Herstellung eines Bauteils, vorzugsweise eines ASM-Rotors. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Erschmelzen der Aluminiumlegierung aus wenigstens einer Vorlegierung und/oder den chemischen Elementen in den entsprechenden Gewichtsverhält- nissen, (b) Gießen der erschmolzenen Aluminiumlegierung in eine Form und (c) Abkühlen lassen oder Abkühlen der in die Form gegossenen Aluminiumlegie- rung. Gemäß Schritt (a) des Verfahrens wird die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung aus wenigstens einer Vorlegierung und/oder den chemischen Elementen in den ent- sprechenden Gewichtsverhältnissen erschmolzen. Die Aluminiumlegierung kann aus jedweden geeigneten Vorlegierungen oder Elementen erschmolzen werden. Vor- zugsweise wird dabei die Aluminiumlegierung aus den reinen Elementen oder den Elementen mit technischer Reinheit (beispielsweise Al99,7) erschmolzen.
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 Nach Schritt (a) und vor Schritt (b) kann gegebenenfalls eine optionale Stickstoff-Im- peller-Behandlung und/oder eine Salzbehandlung vorgenommen werden. Diese opti- onalen Maßnahmen zur Reinigung der Schmelze sind dem Fachmann bekannt. Bei der Stickstoff-Impeller-Behandlung handelt es sich um eine gängige Schmelzebe- handlung im Bereich des Al-Gusses. Dabei wird ein meist aus Graphit bestehender Impeller in die Schmelze eingeführt und dann mit Drehzahlen um ca.500 rpm für 4 bis 15 Minuten in der Al Schmelze rotiert. Dabei wird durch den Impeller Stickstoff in die Schmelze eingeleitet, welches durch den Impeller-Kopf fein verteilt wird. Durch die feinen Stickstoffblasen in der Schmelze werden Oxide und Wasserstoff gesam- melt und an die Badoberfläche geführt. Dort können diese dann als Krätze entfernt werden. Außerdem ist dieser Prozess mit einer Salzbehandlung kombinierbar. Gemäß Schritt (b) des Verfahrens wird die erschmolzene (d.h. flüssige) Aluminiumle- gierung in eine Form gegossen. Dazu können alle dem Fachmann bekannten Form- gießverfahren verwendet werden, beispielsweise das Druckgussverfahren, das Nie- derdruckgussverfahren oder das Zentrifugalgussverfahren. Die Temperatur, bei der das Abgießen erfolgt, kann vom Fachmann in Abhängigkeit vom verwendeten Form- gießverfahren in geeigneter Weise gewählt werden, wobei bei zu niedriger Gießtem- peratur die Gefahr von unzureichender Formfüllung und Kaltläufen besteht. Das Druckgussverfahren wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 650 °C bis 750 °C durchgeführt, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 680 °C bis 700 °C. Der Druck beträgt dabei üblicherweise bis zu 1000 bar. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schritt des Gießens in Form eines Druckgussverfahrens bei ei- ner Temperatur im Bereich von 650 °C bis 750 °C oder in Form eines Zentrifu- galgussverfahrens durchgeführt. Gemäß Schritt (c) wird die in die Form gegossene Aluminiumlegierung abgekühlt oder abkühlen gelassen. Dazu erfolgt das Abgießen der Aluminiumlegierung bei- spielsweise in eine temperierte und/oder zwangs- oder vakuumentlüftete Form, be- sonders bevorzugt in eine temperierte und/oder zwangs- oder vakuumentlüftete Dauerform. Dabei hat die Temperierung der Form den Vorteil, dass durch die
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 Temperierung die Aluminiumlegierung gezielt und gesteuert abgekühlt werden kann und somit die Standzeit des Gusswerkzeugs durch deren Kühlung erhöht wird. Üblicherweise wird die abgekühlte Aluminiumlegierung beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 260°C für eine Dauer von 1 bis 6 Stunden wärmebehandelt. Es wurde aber erfindungsgemäß überraschend gefunden, dass mit den erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen auch Bauteile mit vorteilhaften me- chanischen Eigenschaften erhalten werden, wenn diese keinem Wärmebehand- lungsschritt unterzogen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens erfolgt demzufolge keine Wärmebehandlung der abge- kühlten Aluminiumlegierung nach Schritt (c), insbesondere keine T5-Wärmebehand- lung, beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich von 160°C bis 250°C. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit gegenüber herkömmlichen Verfahren deutlich vereinfacht. Darüber hinaus wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen besonders vorteilhaft bei der Bearbeitung im Druckguss sind, da sie eine geringe Klebeneigung zum Werkzeug aufweisen, sodass ein Standard- Sprühprozess ausreichend ist, um ein Kleben der Legierung im Druckgusswerkzeug zu verhindern. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Bauteil, welches die erfindungsgemäße Legierung umfasst oder durch das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Ver- fahren erhältlich ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bauteil um ein Bauteil für den Fahrzeug- oder Motorenbau. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Bau- teil um einen ASM-Rotor. Der ASM-Rotor bildet gemeinsam mit einem Stator eine Asynchronmaschine, welche beispielsweise als Antriebsaggregat zum Antreiben ei- nes Elektro- oder Hybridfahrzeugs eingesetzt sein kann. Insofern betrifft die Erfin- dung darauf aufbauend im Weiteren auch eine Asynchronmaschine und ein Fahr- zeug mit einer Asynchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Asyn- chronmaschine (ASM) mit einem entsprechenden Bauteil aus der erfindungsgemä- ßen Aluminiumlegierung, wobei die Asynchronmaschine vorzugsweise in einem An- triebsaggregat eingesetzt bzw. verwendet wird. Entsprechend betrifft die Erfindung auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit einer entsprechenden Asynchronma- schine als Antriebsaggregat.
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 Wie vorstehend ausgeführt, weist das erfindungsgemäße Bauteil verbesserte me- chanische Eigenschaften sowie eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit auf und lässt sich durch ein vereinfachtes Verfahren herstellen. Dementsprechend kann das Bauteil eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 30 MS/m aufweisen. Besonders bevorzugt liegt die elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 30 MS/m bis 33,5 MS/m, noch bevorzugter im Bereich von 31 MS/m bis 32,5 MS/m. Die elektrische Leitfähigkeit kann mittels des Wirbelstromprinzips, beispiels- weise mit einem FISCHER SIGMASCOPE SMP350, bei einer 60 kHz Prüffrequenz an den Proben bei Raumtemperatur bestimmt werden. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Bauteil eine 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 von min- destens 40 MPa auf. Besonders bevorzugt liegt die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 im Be- reich von 43 MPa bis 62 MPa, noch bevorzugter im Bereich von 50 MPa bis 60 MPa. Die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 ist erfindungsgemäß bei Raumtemperatur zu bestim- men. Das erfindungsgemäße Bauteil weist weiterhin vorzugsweise eine Bruchdeh- nung A von mindestens 15%, vorzugsweise im Bereich von 17 bis 30% und beson- ders bevorzugt im Bereich von 22 bis 28% auf. Weiterhin weist das erfindungsge- mäße Bauteil vorzugsweise eine Zugfestigkeit Rm von mindestens 100 MPa, vor- zugsweise im Bereich von 120 bis 150 MPa und besonders bevorzugt im Bereich von 130 bis 146 MPa auf.0,2%-Dehngrenze Rp0,2, Bruchdehnung A und Zugfestig- keit Rm werden durch einen quasistatischen Zugversuch auf einer Universal-Prüf- maschine bei Raumtemperatur nach der Norm DIN EN ISO 6892-1 bestimmt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das erfindungsgemäße Bauteil eine 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 im Bereich von 50 MPa bis 58 MPa sowie eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 31 MS/m bis 32,5 MS/m auf. Schließlich weist das erfindungsgemäße Bauteil vorzugsweise eine HBW-Härte („Härte Brinell Wolframkarbid) 2,5/16,625 von mindestens 25, vorzugsweise im Be- reich von 30 bis 45 und besonders bevorzugt im Bereich von 32 bis 41 auf (bestimmt gemäß Norm DIN EN ISO 6506-1).
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher beschrie- ben. Diese stellen jedoch keine Einschränkung des Schutzbereiches der Erfindung dar. Beispiele: Beispiel 1 Es wurden die folgenden Al-Legierungen # 01 bis # 14 mit den in Tabelle 1 angege- benen Zusammensetzungen hergestellt (Angaben in Gew.-%): Tabelle 1 Legierung Fe Ni Cu Mn Mg Cr # 01 0,543 0,4760 0,0024 0,0023 0,0035 0,0020 # 02 0,526 0,7300 0,0024 0,0024 0,0033 0,0020 # 03 0,724 0,4840 0,0024 0,0041 0,0015 0,0020 # 04 0,981 0,4870 0,0026 0,0049 0,0050 0,0020 # 05 1,234 0,4860 0,0024 0,0070 0,0023 0,0023 # 06 0,512 0,9940 0,0023 0,0023 0,0010 0,0021 # 07 0,730 1,0280 0,0024 0,0037 0,0110 0,0020 # 08 1,047 0,9570 0,0024 0,0055 0,0017 0,0020 # 09 1,234 0,9750 0,0025 0,0070 0,0021 0,0020 # 10 0,743 1,5070 0,0022 0,0044 0,0017 0,0020 # 11 0,968 1,5670 0,0026 0,0060 0,0018 0,0028 # 12 1,232 1,5710 0,0023 0,0066 0,0024 0,0020 # 13 0,719 0,9700 0,0024 0,0040 0,0022 0,0020 # 14 1,243 1,0180 0,0026 0,0067 0,0054 0,0020 Tabelle 1 (Fortsetzung) Legierung Si Zn Ti B Ce Al # 01 0,085 0,0074 0,0033 0,0005 0,0050 Rest # 02 0,090 0,0074 0,0033 0,0005 0,0050 Rest # 03 0,090 0,0051 0,0034 0,0008 0,0050 Rest # 04 0,079 0,0049 0,0034 0,0017 0,0050 Rest # 05 0,091 0,0049 0,0041 0,0009 0,0050 Rest # 06 0,064 0,0044 0,0037 0,0005 0,0050 Rest # 07 0,081 0,0066 0,0036 0,0025 0,0050 Rest # 08 0,085 0,0045 0,0034 0,0007 0,0050 Rest # 09 0,094 0,0049 0,0037 0,0009 0,0050 Rest # 10 0,074 0,0052 0,0039 0,0009 0,0050 Rest # 11 0,074 0,0042 0,0044 0,0009 0,0050 Rest # 12 0,076 0,0049 0,0037 0,0009 0,0050 Rest
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 # 13 0,078 0,0054 0,0036 0,0013 0,1060 Rest # 14 0,077 0,0043 0,0038 0,0019 0,1150 Rest Die Herstellung der Legierungen erfolgte bei einer Schmelztemperatur von 720°C aus dem Basismaterial Al99.7 (Firma Trimet) sowie den Vorlegierungen AlFe25 und AlNi20 (Firma KBM Affilips) unter den folgenden Bedingungen: - Schmelztemperatur: 720 °C - Impeller mit Stickstoff 5.0 - Werkzeugtemperatur: 180 °C; wassergekühlter Cu-Kolben - Druckguss, ohne Vakuum, Entlüftung über Waschbett - Werkzeug Geometrie: Es wurden Zugstäbe mit 12 mm Durchmesser (4-fach Kavität) hergestellt. Diese Werkzeug-Geometrie hat einen vergleichsweisen großen Querschnitt für Druckguss und ist repräsentativ für dicke Kurzschluss- ringe von ASM-Rotoren. - Eine abschließende Wärmebehandlung wurde nicht durchgeführt. Die Vorlegierungen AlFe25 und AlNi20 konnten durch den Impeller-Prozess (Schmelze Badbewegung) in Lösung gebracht werden. Es war kein Abbrand der Le- gierungselemente zu beobachten. Ein Standardsprühprozess war ausreichend, um ein Kleben der Proben im Druckgusswerkzeug zu verhindern. Die Legierungen wie- sen also eine geringe Klebeneigung zum Werkzeug auf. Beispiel 2 Die aus Beispiel 1 erhaltenen Legierungen wurden im Herstellungszustand charakte- risiert. Die Leitfähigkeit wurde mittels Wirbelstromprinzip bestimmt und mit einem Fischer Sigmascope SMP350 bei einer Prüffrequenz von 60 kHz gemessen. Die Dehn- grenze (Rp0.2), die Zugfestigkeit (Rm) und die Bruchdehnung (A) wurden in einem quasielastischen Zugversuch nach der Norm DIN EN ISO 6892-1 bestimmt. Die Härte wurde nach der Norm DIN EN ISO 6506-1 unter Verwendung von Kugeln aus Wolframkarbidhartmetall (HBW) bestimmt.
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengefasst: Tabelle 2: Legierung Leitf. [MS/m] Rp(0,2) [MPa] Rm [MPa] A [%] Härte HBW # 01 33,3 40 106 21 26 # 02 33,0 40 112 23 33 # 03 32,5 47 110 22 32 # 04 32,2 45 117 22 34 # 05 31,9 51 126 25 36 # 06 32,9 45 117 26 34 # 07 32,0 51 129 29 37 # 08 31,7 55 132 21 37 # 09 31,3 58 138 22 40 # 10 31,1 56 137 19 39 # 11 30,5 57 142 19 41 # 12 30,1 58 146 17 41 # 13 32,0 49 122 23 33 # 14 31,2 55 132 17 38 Die vorstehenden Untersuchungen haben ergeben, dass die erfindungsgemäßen Legierungen eine hohe Leitfähigkeit von über 30 MS/m aufwiesen, obwohl der Bor- gehalt weniger als 40 ppm betrug. Zugversuche an Proben im Gusszustand direkt nach Abguss und Abkühlen der Pro- ben zeigten eine erhöhte Dehngrenze und Zugfestigkeit im Vergleich zu Al99.7 bei dennoch hoher Dehnung > 20 %. Die Zugabe von Cer zeigte keinen positiven oder negativen Effekt auf die Leitfähig- keit, allerdings wurden die Dehngrenze (Rp0.2), die Zugfestigkeit (Rm) sowie die Härte etwas vermindert (vgl. Legierungen # 13 und # 14). Schließlich zeigte keine der Zugproben oder Wöhlerproben oder gekerbten Wöhler- proben, die bei einem Schuss gemeinsam gegossen wurden, Warmrisse. Anticoro- dal-04-Referenzproben zeigten hingegen beim Abguss bereits gerissene Proben. Beispiel 3 Die Eigenschaften von Legierung # 7 wurden noch eingehender untersucht:
ZF Friedrichshafen AG Akte 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 - Dehngrenze (Rp0.2): 51 mPa (vgl. Tabelle 2) - Zugfestigkeit (Rm): 129 MPa (vgl. Tabelle 2) - Bruchdehnung (A): 29 % (vgl. Tabelle 2) - Härte: 37 HBW (vgl. Tabelle 2) - elektrische Leitfähigkeit: 32 MS/m (vgl. Tabelle 2) - Dichte: ca.2,74 g/cm3 - lineare Wärmedehnung: ca.22 * 10-61/K - thermische Leitfähigkeit: ca.200 W/mK - Klebeneigung: sehr positiv - Wärmerissneigung: gut / sehr gut - Gießbarkeit: sehr gut - Fließvermögen: sehr gut - empfohlene Gießtemperatur: 720 ± 5 °C - Erstarrungsintervall: 615 – 655 °C Beispiel 4 Legierung # 07 wurde morphologisch untersucht. Abbildung 1 zeigt das Gefüge der Legierung, ein entsprechendes Diagramm ist in Abbildung 2 gezeigt. Abhängig von Fe- und Ni- Gehalt besteht das Gefüge der Legierungen aus Al-Mischkristall (sehr helles grau) und Al9(Fe,Ni)2 intermetallischen Phasen (mittelgrau), sowie Al3Ni oder Al3Fe intermetallischen Phasen (wenn das jeweilige Element in starkem Überschuss vorhanden ist). Die Morphologie der Phasen ähnelt einer eutektischen Erstarrung aus Al-Al9(Fe,Ni)2.
ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 Aluminum alloy The present invention relates to an aluminum alloy consisting of 0.50 - 1.50 wt.% Fe, 0.45 - 2.00 wt.% Ni, 0 - 0.20 wt.% Si, 0 - 0.20 wt.% Mg, 0 - 0.20 wt.% Cu, 0 - 0.20 wt.% Mn, 0 - 0.20 wt.% Zn, 0 - 0.20 wt.% Ti, 0 - 0.20 wt.% V, 0 - 0.20 wt.% Cr, 0 - 0.20 wt.% Zr, 0 - 0.20 wt.% Ce, 0 - 0.05 wt.% P, 0 - 0.05 wt.% Mo, 0 - 0.05 wt.% Sr, 0 - 0.004 % by weight B; and the remainder AI and unavoidable impurities, the wt. % adding up to 100 wt. % in the alloy, the unavoidable impurities totaling no more than 0.25 wt. % and no individual impurity making up more than 0.05 wt. %, and the total proportion of Mn, Ti, Cr, V and Zr together not exceeding 0.50 wt. %. The present invention also relates to a method for producing a component from the aluminum alloy according to the invention, a corresponding component, and the use of the aluminum alloy according to the invention for producing a component. The present invention further relates to an asynchronous machine (ASM) with a corresponding component made from the aluminum alloy according to the invention and an electrically driven vehicle with a corresponding asynchronous machine as a drive unit. In an electric drive, the rotor is a main component in addition to the stator. In asynchronous machines (ASM), the rotor has a cage winding incorporated into a rotor base body, which is usually made of aluminum or aluminum-based alloys and is cast or embedded in slots in the rotor base body. The cage winding comprises a plurality of bars that run essentially axially to a rotor axis of rotation, which are mechanically and electrically connected to one another at the front with short-circuit rings that are usually manufactured at the same time, in particular cast on. The requirements for the material for the cage winding of an ASM rotor are very high. The material must withstand the large mechanical forces that occur at the high speeds of the electric machine rotor. Failure of the material due to breakage can lead to the destruction of the motor. The material must therefore ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 good mechanical properties, in particular a high yield strength even at high temperatures and the associated heat resistance. Furthermore, the material must also have good conductivity for its use in an ASM rotor. Finally, the metal or metal alloy must have good castability so that a satisfactory casting quality can be achieved and more complicated rotor shapes can also be cast. If there is insufficient castability, numerous defects can occur during the complex casting process, such as porosity trapped in the casting, which reduces the quality of the cast body and thus worsens its mechanical properties and electrical conductivity. Originally, technical-pure aluminum was intended as the material for ASM rotors. Technical-pure aluminum (Al99.7) does have good electrical conductivity and high elongation at break. However, it has a very low 0.2% yield strength (Rp0.2) at higher temperatures and inadequate castability. Starting with Al99.7, efforts were therefore made to develop an aluminum-based alloy that has a higher yield strength compared to Al99.7 while still having good electrical conductivity. The commercially available aluminum alloy Anticorodal ® -04 (also known as Ac-04 or [AlSi0.5Mg] and sold by Rheinfelden) contains aluminum as well as silicon (about 0.4% by weight), magnesium (about 0.4-0.5% by weight) and iron. This alloy, which is low in terms of Si content, shows a significant increase in yield strength and tensile strength compared to Al99.7 while still having a very high elongation at break and sufficient conductivity. However, Anticorodal ® -04 does not have good castability and is therefore only of limited use in a die-casting process, for example. Furthermore, when manufacturing components from such aluminum alloys, a (final) heat treatment step is usually required (for example in the form of a T5 heat treatment) in order to obtain optimal mechanical properties for the component. Against this background, the present invention is based on the object of providing an aluminum alloy which, compared to conventional alloys, has an improved yield strength even at high temperatures and thus ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 associated heat resistance, high electrical conductivity and at the same time improved castability. In addition, an aluminum alloy is to be provided that can be produced more easily than conventional alloys. This object is achieved by the embodiments characterized in the patent claims. In particular, according to the invention, an aluminum alloy is provided which consists of 0.50 - 1.50 wt.% Fe, 0.45 - 2.00 wt.% Ni, 0 - 0.20 wt.% Si, 0 - 0.20 wt.% Mg, 0 - 0.20 wt.% Cu, 0 - 0.20 wt.% Mn, 0 - 0.20 wt.% Zn, 0 - 0.20 wt.% Ti, 0 - 0.20 wt.% V, 0 - 0.20 wt.% Cr, 0 - 0.20 wt.% Zr, 0 - 0.20 wt.% Ce, 0 - 0.05 wt.% P, 0 - 0.05 wt.% Mo, 0 - 0.05 wt.% Sr, 0 - 0.004 wt.% B; and the remainder AI and unavoidable impurities, the wt. % adding up to 100 wt. % in the alloy, the unavoidable impurities in total not making up more than 0.25 wt. % and no individual impurity making up more than 0.05 wt. % and the total proportion of Mn, Ti, Cr, V and Zr together not exceeding 0.50 wt. %. Quantities within the scope of the present invention refer to wt. % unless otherwise stated or evident from the context. Within the scope of the invention, the wt. % in an alloy or a component add up to 100 wt. % unless otherwise stated or evident from the context. Within the scope of the present invention, the quantity ranges specified are to be understood as including the limit values of the specified ranges. The aluminum alloy according to the invention contains 0.50 - 1.50 wt.% Fe, preferably 0.60 - 1.30 wt.% Fe and particularly preferably 0.70 - 0.85 wt.% Fe. The aluminum alloy according to the invention also contains 0.45 - 2.00 wt.% Ni, preferably 0.50 - 1.60 wt.% Ni and particularly preferably 0.95 - 1.10 wt.% Ni. Iron is used in the alloy according to the invention to reduce the tendency of the alloy to stick to the mold during the casting process and to ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 ductility. Nickel forms intermetallic phases with Al and so-called ternary intermetallic phases with Fe and Al, which increase the strength of the alloy. Likewise, the combination of Al, Fe and Ni according to the invention leads to the formation of a eutectic phase diagram and thus to a reduction in the melting temperature, although the structure then shows a typical eutectic structure. The other elements Si, Mg, Cu, Mn, Zn, Ti, V, Cr, Zr, Ce, P and Sr can optionally be present in the amounts mentioned above. The total proportion of Mn, Ti, Cr, V and Zr together is not more than 0.50 wt.%, preferably not more than 0.10 wt.% and particularly preferably not more than 0.03 wt.%. Preferably, the total proportion of Ti, Cr, V and Zr in the aluminum alloy together is not more than 0.02 wt.%. Furthermore, the aluminum alloy according to the invention contains not more than 0.004 wt.% B, preferably not more than 0.002 wt.% B. The rest of the alloy is made up of Al and unavoidable impurities, the wt.% adding up to 100 wt.% in the alloy. The unavoidable impurities make up a total of not more than 0.25 wt.%, preferably not more than 0.15 wt.%, particularly preferably not more than 0.10 wt.%. Each individual impurity makes up not more than 0.05 wt.%, preferably not more than 0.02 wt.%, particularly preferably not more than 0.01 wt.%. According to a particularly preferred embodiment, the aluminum alloy according to the invention consists of 0.50 - 1.50 wt.% Fe, 0.45 - 2.00 wt.% Ni, 0 - 0.10 wt.% Si, 0 - 0.02 wt.% Mg, 0 - 0.01 wt.% Cu, 0 - 0.01 wt.% Mn, 0 - 0.07 wt.% Zn, 0 - 0.01 wt.% Ti, 0 - 0.01 wt.% V, 0 - 0.01 wt.% Cr, 0 - 0.01 wt.% Zr, 0 - 0.01 wt.% Ce, 0 - 0.01 wt.% P, 0 - 0.01 wt.% Mo, 0 - 0.001 wt.% Sr, 0 - 0.004 wt.% B, the unavoidable impurities in total not exceeding 0.10 % by weight and no single impurity accounts for more than 0.02 % by weight, and the total content of Mn, Ti, Cr, ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 V and Zr together do not exceed 0.030 wt.% and the total proportion of Ti, Cr, V and Zr together does not exceed 0.020 wt.%. According to the present invention, it was surprisingly found that by using iron and nickel in the defined amounts while simultaneously limiting the other elements and in particular limiting boron to an amount of no more than 0.004 wt.%, an aluminum alloy can be obtained which nevertheless has high electrical conductivity, an increased yield strength and tensile strength compared to Al99.7 while still having high elongation >20% and a reduced tendency to hot cracking, for example compared to Anticorodal-04. In addition, components made from the aluminum alloy according to the invention are also easier to manufacture, as will be explained in more detail below. Furthermore, the present invention relates to the use of the aluminum alloy according to the invention for producing a component, preferably an ASM rotor. The present invention further relates to a method for producing a component from the aluminum alloy according to the invention, the method comprising the following steps: (a) melting the aluminum alloy from at least one master alloy and/or the chemical elements in the corresponding weight ratios, (b) pouring the melted aluminum alloy into a mold and (c) allowing it to cool or cooling the aluminum alloy poured into the mold. According to step (a) of the method, the aluminum alloy according to the invention is melted from at least one master alloy and/or the chemical elements in the corresponding weight ratios. The aluminum alloy can be melted from any suitable master alloys or elements. The aluminum alloy is preferably melted from the pure elements or the elements with technical purity (for example Al99.7). ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 After step (a) and before step (b), an optional nitrogen impeller treatment and/or a salt treatment can be carried out if necessary. These optional measures for cleaning the melt are known to those skilled in the art. Nitrogen impeller treatment is a common melt treatment in the field of Al casting. An impeller, usually made of graphite, is introduced into the melt and then rotated in the Al melt at speeds of around 500 rpm for 4 to 15 minutes. The impeller introduces nitrogen into the melt, which is finely distributed by the impeller head. The fine nitrogen bubbles in the melt collect oxides and hydrogen and lead them to the bath surface. There they can then be removed as dross. This process can also be combined with a salt treatment. According to step (b) of the process, the molten (i.e. liquid) aluminum alloy is poured into a mold. All mold casting processes known to the person skilled in the art can be used for this purpose, for example the die casting process, the low-pressure casting process or the centrifugal casting process. The temperature at which the casting takes place can be selected by the person skilled in the art in a suitable manner depending on the mold casting process used, although if the casting temperature is too low there is a risk of insufficient mold filling and cold runs. The die casting process is preferably carried out at a temperature in the range from 650 °C to 750 °C, particularly preferably at a temperature of 680 °C to 700 °C. The pressure is usually up to 1000 bar. According to a particularly preferred embodiment of the process according to the invention, the casting step is carried out in the form of a die casting process at a temperature in the range from 650 °C to 750 °C or in the form of a centrifugal casting process. According to step (c), the aluminum alloy cast into the mold is cooled or allowed to cool. For this purpose, the aluminum alloy is poured, for example, into a tempered and/or forced or vacuum-vented mold, particularly preferably into a tempered and/or forced or vacuum-vented permanent mold. The tempering of the mold has the advantage that the ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 Tempering the aluminum alloy can be cooled in a targeted and controlled manner and thus the service life of the casting tool is increased by its cooling. The cooled aluminum alloy is usually heat treated, for example, at a temperature in the range of 200 ° C to 260 ° C for a period of 1 to 6 hours. However, it was surprisingly found according to the invention that components with advantageous mechanical properties are also obtained with the aluminum alloys according to the invention if they are not subjected to a heat treatment step. In a preferred embodiment of the method according to the invention, no heat treatment of the cooled aluminum alloy takes place after step (c), in particular no T5 heat treatment, for example at a temperature in the range of 160 ° C to 250 ° C. The method according to the invention is thus significantly simplified compared to conventional methods. In addition, it has been found that the aluminum alloys according to the invention are particularly advantageous when processed in die casting, since they have a low tendency to stick to the tool, so that a standard spray process is sufficient to prevent the alloy from sticking in the die casting tool. The present invention also relates to a component which comprises the alloy according to the invention or is obtainable by the inventive method described above. The component is preferably a component for vehicle or engine construction. The component is particularly preferably an ASM rotor. The ASM rotor, together with a stator, forms an asynchronous machine, which can be used, for example, as a drive unit for driving an electric or hybrid vehicle. In this respect, the invention also relates to an asynchronous machine and a vehicle with an asynchronous machine. In particular, the invention relates to an asynchronous machine (ASM) with a corresponding component made of the aluminum alloy according to the invention, wherein the asynchronous machine is preferably used or installed in a drive unit. Accordingly, the invention also relates to electrically powered vehicles with a corresponding asynchronous machine as a drive unit. ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 As stated above, the component according to the invention has improved mechanical properties and improved electrical conductivity and can be produced using a simplified process. Accordingly, the component can have an electrical conductivity of at least 30 MS/m. The electrical conductivity is particularly preferably in the range from 30 MS/m to 33.5 MS/m, even more preferably in the range from 31 MS/m to 32.5 MS/m. The electrical conductivity can be determined using the eddy current principle, for example with a FISCHER SIGMASCOPE SMP350, at a 60 kHz test frequency on the samples at room temperature. Furthermore, the component according to the invention has a 0.2% yield strength Rp0.2 of at least 40 MPa. The 0.2% yield strength Rp0.2 is particularly preferably in the range from 43 MPa to 62 MPa, even more preferably in the range from 50 MPa to 60 MPa. The 0.2% yield strength Rp0.2 is to be determined according to the invention at room temperature. The component according to the invention also preferably has an elongation at break A of at least 15%, preferably in the range from 17 to 30% and particularly preferably in the range from 22 to 28%. Furthermore, the component according to the invention preferably has a tensile strength Rm of at least 100 MPa, preferably in the range from 120 to 150 MPa and particularly preferably in the range from 130 to 146 MPa. 0.2% proof stress Rp0.2, elongation at break A and tensile strength Rm are determined by a quasi-static tensile test on a universal testing machine at room temperature according to the standard DIN EN ISO 6892-1. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the component according to the invention has a 0.2% proof stress Rp0.2 in the range from 50 MPa to 58 MPa and an electrical conductivity in the range from 31 MS/m to 32.5 MS/m. Finally, the component according to the invention preferably has an HBW hardness (“Brinell tungsten carbide hardness) 2.5/16.625 of at least 25, preferably in the range from 30 to 45 and particularly preferably in the range from 32 to 41 (determined according to standard DIN EN ISO 6506-1). ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 The present invention is described in more detail below using examples. However, these do not represent a restriction of the scope of the invention. Examples: Example 1 The following Al alloys # 01 to # 14 were produced with the compositions given in Table 1 (data in % by weight): Table 1 Alloy Fe Ni Cu Mn Mg Cr # 01 0.543 0.4760 0.0024 0.0023 0.0035 0.0020 # 02 0.526 0.7300 0.0024 0.0024 0.0033 0.0020 # 03 0.724 0.4840 0.0024 0.0041 0.0015 0.0020 # 04 0.981 0.4870 0.0026 0.0049 0.0050 0.0020 #05 1.234 0.4860 0.0024 0.0070 0.0023 0.0023 #06 0.512 0.9940 0.0023 0.0023 0.0010 0.0021 #07 0.730 1.0280 0.0024 0.0037 0.0110 0.0020 #08 1.047 0.9570 0.0024 0.0055 0.0017 0.0020 #09 1.234 0.9750 0.0025 0.0070 0.0021 0.0020 #10 0.743 1.5070 0.0022 0.0044 0.0017 0.0020 # 11 0.968 1.5670 0.0026 0.0060 0.0018 0.0028 # 12 1.232 1.5710 0.0023 0.0066 0.0024 0.0020 # 13 0.719 0.9700 0.0024 0.0040 0.0022 0.0020 # 14 1.243 1.0180 0.0026 0.0067 0.0054 0.0020 Table 1 (continued) Alloy Si Zn Ti B Ce Al # 01 0.085 0.0074 0.0033 0.0005 0.0050 Remainder #02 0.090 0.0074 0.0033 0.0005 0.0050 Remainder #03 0.090 0.0051 0.0034 0.0008 0.0050 Remainder #04 0.079 0.0049 0.0034 0.0017 0.0050 Remainder #05 0.091 0.0049 0.0041 0.0009 0.0050 Remainder #06 0.064 0.0044 0.0037 0.0005 0.0050 Remainder #07 0.081 0.0066 0.0036 0.0025 0.0050 Remainder #08 0.085 0.0045 0.0034 0.0007 0.0050 Remainder #09 0.094 0.0049 0.0037 0.0009 0.0050 Remainder #10 0.074 0.0052 0.0039 0.0009 0.0050 Remainder # 11 0.074 0.0042 0.0044 0.0009 0.0050 Remainder # 12 0.076 0.0049 0.0037 0.0009 0.0050 Remainder ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 # 13 0.078 0.0054 0.0036 0.0013 0.1060 Rest # 14 0.077 0.0043 0.0038 0.0019 0.1150 Rest The alloys were produced at a melting temperature of 720°C from the base material Al99.7 (Trimet) and the master alloys AlFe25 and AlNi20 (KBM Affilips) under the following conditions: - Melting temperature: 720 °C - Impeller with nitrogen 5.0 - Tool temperature: 180 °C; water-cooled Cu piston - die casting, without vacuum, venting via wash bed - tool geometry: Tensile bars with a diameter of 12 mm (4-cavity) were produced. This tool geometry has a comparatively large cross-section for die casting and is representative of thick short-circuit rings of ASM rotors. - A final heat treatment was not carried out. The master alloys AlFe25 and AlNi20 were dissolved using the impeller process (melt bath movement). No burn-off of the alloy elements was observed. A standard spray process was sufficient to prevent the samples from sticking in the die casting tool. The alloys therefore had a low tendency to stick to the tool. Example 2 The alloys obtained from example 1 were characterized in the as-manufactured state. The conductivity was determined using the eddy current principle and measured with a Fischer Sigmascope SMP350 at a test frequency of 60 kHz. The yield strength (Rp0.2), the tensile strength (Rm) and the elongation at break (A) were determined in a quasi-elastic tensile test according to DIN EN ISO 6892-1. The hardness was determined according to DIN EN ISO 6506-1 using balls made of tungsten carbide (HBW). ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 The results are summarized in the following Table 2: Table 2: Alloy Conductivity [MS/m] Rp(0.2) [MPa] Rm [MPa] A [%] Hardness HBW # 01 33.3 40 106 21 26 # 02 33.0 40 112 23 33 # 03 32.5 47 110 22 32 # 04 32.2 45 117 22 34 # 05 31.9 51 126 25 36 # 06 32.9 45 117 26 34 # 07 32.0 51 129 29 37 # 08 31.7 55 132 21 37 # 09 31.3 58 138 22 40 # 10 31.1 56 137 19 39 # 11 30.5 57 142 19 41 # 12 30.1 58 146 17 41 # 13 32.0 49 122 23 33 # 14 31.2 55 132 17 38 The above investigations have shown that the alloys according to the invention had a high conductivity of over 30 MS/m, although the boron content was less than 40 ppm. Tensile tests on samples in the as-cast state directly after casting and cooling of the samples showed an increased yield point and tensile strength compared to Al99.7 with nevertheless high elongation > 20%. The addition of cerium showed no positive or negative effect on conductivity, but the yield strength (Rp0.2), the tensile strength (Rm) and the hardness were slightly reduced (cf. alloys #13 and #14). Finally, none of the tensile specimens or Wöhler specimens or notched Wöhler specimens cast together in one shot showed hot cracks. Anticorodal-04 reference specimens, on the other hand, showed samples that had already cracked when cast. Example 3 The properties of alloy #7 were investigated in more detail: ZF Friedrichshafen AG File 300777 Friedrichshafen 2023-06-05 - Yield strength (Rp0.2): 51 mPa (see Table 2) - Tensile strength (Rm): 129 MPa (see Table 2) - Elongation at break (A): 29 % (see Table 2) - Hardness: 37 HBW (see Table 2) - Electrical conductivity: 32 MS/m (see Table 2) - Density: approx. 2.74 g/cm 3 - Linear thermal expansion: approx. 22 * 10 -6 1/K - Thermal conductivity: approx. 200 W/mK - Tendency to stick: very positive - Tendency to thermal cracking: good / very good - Castability: very good - Flowability: very good - Recommended casting temperature: 720 ± 5 °C - Solidification range: 615 – 655 °C Example 4 Alloy # 07 was morphologically investigated. Figure 1 shows the structure of the alloy, a corresponding diagram is shown in Figure 2. Depending on the Fe and Ni content, the structure of the alloys consists of Al solid solution (very light grey) and Al9(Fe,Ni)2 intermetallic phases (medium grey), as well as Al3Ni or Al3Fe intermetallic phases (if the respective element is present in large excess). The morphology of the phases resembles a eutectic solidification of Al-Al9(Fe,Ni)2.