DE102013002632B4

DE102013002632B4 - Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung und Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils

Info

Publication number: DE102013002632B4
Application number: DE201310002632
Authority: DE
Inventors: Marc Hummel; Andreas Schubert; Steffen Otterbach
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2033-02-16
Also published as: DE102013002632A1

Abstract

Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung, enthaltend – 5 bis 12 Ma% Silizium; – 0,5 bis 3,0 Ma% Zink; – 0,1 bis 0,7 Ma% Magnesium; – 0,2 bis 0,8 Ma% Mangan; – 0,05 bis 0,3 Ma% Zirconium; – einzeln höchstens 0,05 Ma% und insgesamt höchstens 0,4 Ma% Verunreinigungen; – als Rest Aluminium.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung und ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils.
Üblicherweise werden Gussbauteile für Karosserie- und Fahrwerksanwendungen im Druckguss aus Aluminium-Silizium-Gusslegierungen gefertigt, die typischerweise Silizium in einem Massenanteil von 6 bis 12 Ma% enthalten. Vorteile beim Einsatz von Silizium sind die guten Gießeigenschaften, eine verringerte Schrumpfungsneigung und somit eine sehr geringe Anfälligkeit für Heißrisse und Lunker. Aufgrund der geringen Schrumpfungsneigung können derartige Gussbauteile eine sehr hohe Komplexität haben.
Die Festigkeit wird dabei über die Zugabe von typischerweise 0,1 bis 0,5 Ma% Magnesium erhöht. Die Festigkeitssteigerung wird durch die Phase Mg₂Si verursacht, die vor allem durch eine Wärmebehandlung gebildet wird. Für eine optimale Löslichkeit des Magnesiums als Voraussetzung für die Bildung dieser Phase erfolgt während der Wärmebehandlung ein Lösungsglühen meist bei Temperaturen von 450 bis 530°C. Diese Phase bewirkt jedoch eine Abnahme der Verformungsfähigkeit der Legierung, wirkt also versprödend und ist in ihrem Gehalt je nach Bauteilanforderung zu limitieren.
In der Regel werden derartige Gussbauteile einer T5-, T6- oder T7-Wärmebehandlung unterzogen.
Die T5-Wärmebehandlung ist eine Wärmebehandlung auf den sogenannten T5-Zustand der Legierung gemäß DIN EN 515, der eine ausgehärtete Legierung beschreibt, die abgekühlt nach Warmformgebung und warmausgelagert ist. Üblicherweise erfolgt hier die Warmauslagerung bei Temperaturen von 180 bis 240°C für Zeiträume von 1,5 bis 4 h.
Die T6-Wärmebehandlung ist eine Wärmebehandlung auf den sogenannten T6-Zustand der Legierung gemäß DIN EN 515, der eine ausgehärtete Legierung beschreibt, die lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert ist. Dabei wird das Warmauslagern bei Erreichen des Maximums der Festigkeit beendet.
Die T7-Wärmebehandlung ist eine Wärmebehandlung auf den sogenannten T7-Zustand der Legierung gemäß DIN EN 515, der eine ausgehärtete Legierung beschreibt, die lösungsgeglüht, abgeschreckt und überaltert beim Warmauslagern ist. Dabei wird das Warmauslagern zeitlich erst nach Erreichen des Maximums der Festigkeit beendet.
Üblicherweise erfolgt bei der T6- und der T7-Wärmebehandlung das Lösungsglühen bei Temperaturen von 450 bis 530°C für Zeiträume von 1 bis 2 h und das Auslagern bei Temperaturen von 180 bis 240°C für Zeiträume von 2 bis 5 h.
Die T5-Wärmebehandlung zeichnet sich durch eine sehr gute resultierende Maßhaltigkeit der Bauteile bei hoher Festigkeit aus. Nachteilig sind die geringen resultierenden Verformungseigenschaften.
Die T6- und die T7-Wärmebehandlungen zeichnen sich hingegen durch hohe Verformungseigenschaften bei hoher Festigkeit aus. Für hohe zu erzielende Festigkeiten werden üblicherweise hohe Lösungsglühtemperaturen verwendet. Aufgrund der reduzierten Festigkeit im warmen Zustand setzen beim Lösungsglühen Kriecheffekte ein, die für Bauteilverzüge verantwortlich sind. Aus diesem Grund ist man bestrebt, die Temperatur und den Zeitraum des Lösungsglühens möglichst niedrig zu wählen.
Nachfolgend werden beispielhaft für AlSi10Mg0,3 typische resultierende mechanische Kennwerte angegeben, nämlich die 0,2 %-Dehngrenze Rp0,2 und die Bruchdehnung A5:

1) T5-Wärmebehandlung (Warmauslagern bei 220°C für 2 h): Rp0,2 = 150 bis 180 MPa A5 = 4 bis 7%
2) T6-Wärmebehandlung (Lösungsglühen bei 490°C für 1 h, Abschrecken in Luft, Warmauslagern bei 210°C für 3 h): Rp0,2 = 150 bis 170 MPa A5 = 7 bis 12%
3) T7-Wärmebehandlung (Lösungsglühen bei 460°C für 1,5 h, Abschrecken in Luft, Warmauslagern bei 230°C für 2,5 h): Rp0,2 = 120 bis 140 MPa A5 = 10 bis 15%

Die Legierungen nach dem Stand der Technik weisen zwar eine gute Fliessfähigkeit bei Bauteilen mit Wandstärken von größer als 2 mm auf, sodass sich folglich im Wandstärkenbereich größer als 2 mm Bauteile ohne Kaltfließstellen und ohne Warmrisse herstellen lassen. Jedoch treten bei dünnwandigeren Druckgussbauteilen mit Wandstärken von kleiner als 2 mm vermehrt Formfüllungsprobleme in Form von Kaltfließstellen und Warmrissen aufgrund der Schrumpfungsneigung auf.
Aus der DE 10 2005 010 626 A1 geht eine gießbare Aluminiumlegierung hervor. Dabei enthält die gießbare Aluminiumlegierung in Gew.-% 0 bis etwa 19% Si, 0 bis etwa 5,0% Cu, 0 bis etwa 1,5% Mg, bis zu etwa 3,0% Zn, bis zu etwa 2,0% Ni, bis zu etwa 0,3% Ti, mehr als 0 bis etwa 1,5% Fe, etwa 0,2 bis etwa 3,0% Mn. Bei der Aluminiumlegierung beträgt ein Gewichtsverhältnis von Mn/Fe 0,6 oder mehr, wenn Fe kleiner als 0,4 Gew.-% ist, und das Gewichtsverhältnis von Mn/Fe 1,0 oder mehr beträgt, wenn Fe gleich wie oder größer als 0,4 Gew.-% ist.
In der US 2003/0143102 A1 ist eine Aluminiumlegierung mit hervorragender Zerspanbarkeit beschrieben. Dabei umfasst die Aluminiumlegierung Mg, Si, Zn, Sr sowie als Rest Aluminium und Verunreinigungen.
Aus der DE 10 2009 012 073 A1 geht eine Al-Sekundärgusslegierung hervor, der zur verbesserten Kornfeinung Zirconium zugesetzt wird. Durch die Zirconium-Kornfeinung ergibt sich eine verbesserte dynamische Festigkeit der Legierung im Temperaturbereich von –20 bis 250°C sowie eine erhöhte Duktilität, geringere irreversible Gefügeausdehnung, höhere Wärmeleitfähigkeit und bessere Temperaturwechselbeständigkeit. Die Legierung ist daher insbesondere zum Al-Kokillen-/Sandguss von Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen von Kraftwagen geeignet.
In der GB 605,282 A ist eine Al-Si-Legierung beschrieben, welche sich zu bestimmten Anteilen aus Silizium, Magnesium, Mangan, Chrom, Zink, Kupfer, Eisen, Kornfeinungszusatz, Titan, Niobium, Zirkonium, Bor, Wolfram, Molybdän, Vanadium und als Rest Aluminium zusammensetzt.
Aus der WO 2004/001079 A2 geht ein Gussbauteil aus einer Aluminiumlegierung mit hoher Warmfestigkeit hervor. Dabei setzt sich die Aluminiumlegierung zu gewissen Anteilen aus Si, Fe, Mg, Cu, Ti, Zr, Mn, Zn, Ni und als Rest Aluminium zusammen.
In der EP 1 719 820 A2 ist eine Aluminium-Gusslegierung beschrieben. Eine zum Gießen von Bauteilen mit hohen Aufnahmevermögen für kinetische Energie durch plastische Verformung geeignete Aluminiumlegierung besteht neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen aus gewissen Anteilen an Silizium, Mangan, Magnesium, Eisen, Kupfer, Zink, Titan, Zirkonium, Silber und Tellur.
Aus der US 2006/0011321 A1 geht eine Aluminium-Druckgusslegierung hervor. Die Aluminiumlegierung zum Druckgießen von Bauteilen mit hoher Dehnung im Gusszustand umfasst dabei in gewissen Gew.-% Silicium, Mangan, Magnesium, Eisen, Kupfer, Zink, Titan und Molybdän und als Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Aluminium-Silizium-Gusslegierung zu schaffen, die eine hohe Festigkeit und gleichzeitig eine gute Verformbarkeit bei sehr guter Fliessfähigkeit für Bauteile mit Wandstärken unter 2 mm aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils aus einer derartigen Legierung.
Diese Aufgabe wird durch eine Aluminium-Silizium-Gusslegierung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils gemäß Anspruch 5 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt eine Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung vor, enthaltend

– 5 bis 12 Ma% Silizium;
– 0,5 bis 3,0 Ma% Zink;
– 0,1 bis 0,7 Ma% Magnesium;
– 0,2 bis 0,8 Ma% Mangan;
– 0,05 bis 0,3 Ma% Zirconium;
– einzeln höchstens 0,05 Ma% und insgesamt höchstens 0,4 Ma% Verunreinigungen;
– als Rest Aluminium.

Da Aluminium eine hohe Affinität zu Eisen aufweist, wird die Legierung mit Mangan versetzt, um die Klebeneigung der Gussbauteile an der Druckgussform zu reduzieren. Des Weiteren werden die aufgrund der Eisenverunreinigungen des Ausgangsmaterials vorhandenen plattenförmigen eisenhaltigen Phasen über Mangan in eine polyedrische Morphologie überführt, was die Duktilität der Legierung erhöht.
Zirconium dient zur Kornfeinung des Gussgefüges und zur Erhöhung der Festigkeit durch Bildung der AlZr2-Phasen. Dieses Legierungselement trägt ein wesentlichen Beitrag zur Erzielung der mechanischen Kennwerte.
Die vorgeschlagene Legierung nutzt neben der Aushärtung über die Phase Mg₂Si auch noch einen weiteren Verfestigungsmechanismus, nämlich eine Mischkristallhärtung durch das Zink. Die Kombination dieser Aushärtemechanismen bietet im Besonderen den Vorteil einer hohen Verformungseignung bei gleichzeitig hoher Festigkeit der Gussbauteile. Des Weiteren konnte durch das Zink eine signifikante Verbesserung der Fliessfähigkeit nachgewiesen werden.
Die vorgeschlagene Legierung liefert nach einer T6- oder T7-Wärmebehandlung die folgenden typischen mechanischen Kennwerte, nämlich die Zugfestigkeit Rm, die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2, die Gleichmaßdehnung Ag und die Bruchdehnung A5:
Rm = 200 bis 300 MPa
Rp0,2 = 120 bis 240 MPa
Ag = 6 bis 15%
A5 = 10 bis 25%
Dabei hängen diese Kennwerte von den jeweiligen Wärmebehandlungsparametern ab. Je nach Bauteilanforderung kann das Lösungsglühen und/oder das Warmauslagern ein- oder mehrstufig sein.
Vorteilhaft ist zudem, dass die vorgeschlagene Legierung positive Ergebnisse in den Verbindungstechniken Schweißen und Nieten zeigt.
Außerdem werden die Anforderungen bezüglich Lang- und Kurzzeitstabilität bei erfolgreicher Wärmebehandlung auch schon bei niedrigen Auslagerzeiträumen gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Legierung besteht darin, dass sich keine korrosionsanfälligen Phasen, wie etwa die τ-Phase, θ-Phase oder Q-Phase, bilden, da Kupfer als Legierungselement nicht vorhanden ist.
Ein besonderer Vorteil der vorgeschlagenen Legierung ist ihre hohe Crash-Energie-Absorption. Diese ist durch eine ausgeprägte Brucheinschnürung beim Zugversuch ersichtlich. Die Differenz zwischen Bruchdehnung und Gleichmaßdehnung, die die Brucheinschnürung charakterisiert, beträgt 4 bis 8%.
Des Weiteren konnten sehr hohe 0,2%-Dehngrenzen von Rp0,2 > 180 MPa nachgewiesen werden. Die hohen Festigkeiten ermöglichen eine Wandstärkenreduzierung der Bauteile bei gleicher Bauteilfunktion. Um diese Reduzierung umsetzen zu können, wurde die Legierung hinsichtlich der Fliessfähigkeit in dünnen Wandstärkenbereichen optimiert. Die Legierung zeigt aufgrund des Zinkanteils eine weitaus bessere Fliessfähigkeit gegenüber dem Stand der Technik. Das kann vor allem in Bereichen von sehr dünnen Wandstärken bis minimal 1 mm ohne Kaltfliessstellen und Warmrisse nachgewiesen werden. Das heißt, dass die Gussbauteile bei dünnen Wandstärken eine sehr hohe Güte zeigen.
Die erwähnte Aushärtung über die Zink-Magnesium-Kombination hat den Vorteil, dass die Einformung des eutektischen Siliziums bereits bei niedrigen Lösungsglühtemperaturen und Lösungsglühzeiträumen stattfindet, sodass aufgrund dieser schonenden Lösungsglühparameter besonders maßgenaue und komplexe Gussbauteile gefertigt werden können.
Des Weiteren sind alle Legierungselemente der vorgeschlagenen Legierung weltweit sehr gut verfügbar, wodurch die Herstellungskosten dieser Legierung niedrig sind.
Unter dem Bereich „5 bis 12 Ma% Silizium” werden insbesondere 5,0 Ma%, 5,5 Ma%, 6,0 Ma%, 6,5 Ma%, 7,0 Ma%, 7,5 Ma%, 8,0 Ma%, 8,5 Ma%, 9,0 Ma%, 9,5 Ma%, 10,0 Ma%, 10,5 Ma%, 11,0 Ma%, 11,5 Ma%, 12,0 Ma% Silizium verstanden.
Der Anteil von Silizium beträgt vorzugsweise 8 bis 11,5 Ma%.
Unter dem Bereich „0,5 bis 3,0 Ma% Zink” werden insbesondere 0,5 Ma%, 0,6 Ma%, 0,7 Ma%, 0,8 Ma%, 0,9 Ma%, 1,0 Ma%, 1,1 Ma%, 1,3 Ma%, 1,5 Ma%, 1,8 Ma%, 2,1 Ma%, 2,4 Ma%, 2,7 Ma%, 3,0 Ma% Zink verstanden.
Der Anteil von Zink beträgt vorzugsweise 0,5 bis 1,2 Ma% Unter dem Bereich „0,1 bis 0,7 Ma% Magnesium” werden insbesondere 0,1 Ma%, 0,2 Ma%, 0,3 Ma%, 0,4 Ma%, 0,44 Ma%, 0,48 Ma%, 0,52 Ma%, 0,56 Ma%, 0,6 Ma%, 0,65 Ma%, 0,7 Ma% Magnesium verstanden.
Der Anteil von Magnesium beträgt vorzugsweise 0,35 Ma% bis 0,5 Ma%.
Unter dem Bereich „0,2 bis 0,8 Ma% Mangan” werden insbesondere 0,2 Ma% oder 0,3 Ma% oder 0,4 Ma% oder 0,5 Ma% oder 0,6 Ma% oder 0,7 Ma% oder 0,8 Ma% Mangan verstanden.
Der Anteil von Mangan beträgt vorzugsweise 0,4 bis 0,8 Ma%.
Unter dem Bereich „0,05 bis 0,3 Ma% Zirconium” werden insbesondere 0,05 Ma% oder 0,08 Ma% oder 0,11 Ma% oder 0,14 Ma% oder 0,17 Ma% oder 0,20 Ma% oder 0,23 Ma% oder 0,26 Ma% oder 0,3 Ma% Zirconium verstanden.
Der Anteil von Zirconium beträgt vorzugsweise 0,1 bis 0,25 Ma%.
Der Anteil von Verunreinigungen kann beispielsweise einzeln höchstens 0.05 Ma% oder höchstens 0,045 Ma% oder höchstens 0,040 Ma% oder höchstens 0,035 Ma% oder höchstens 0,030 Ma% oder höchstens 0,025 Ma% oder höchstens 0,020 Ma% oder höchstens 0,015 Ma% oder höchstens 0,010 Ma% betragen und/oder insgesamt höchstens 0.4 Ma% oder höchstens 0,35 Ma% oder höchstens 0,30 Ma% oder höchstens 0,25 Ma% oder höchstens 0,20 Ma% oder höchstens 0,15 Ma% oder höchstens 0,10 Ma% betragen.
Der Anteil von Verunreinigungen beträgt vorzugsweise einzeln höchstens 0,01 Ma% und insgesamt höchstens 0,15 Ma%.
Es ist vorgesehen, dass die Gusslegierung mindestens 0,5 Ma% bis 3,0 Ma% Zink enthält.
Der Anteil von Zink kann beispielsweise mindestens 0,5 Ma% oder mindestens 0,6 Ma% oder mindestens 0,7 Ma% oder mindestens 0,8 Ma% oder mindestens 0,9 Ma% oder mindestens 1,0 Ma% oder mindestens 1,1 Ma% oder mindestens 1,2 Ma% oder mindestens 1,3 Ma% oder mindestens 1,4 Ma% oder mindestens 1,5 Ma% oder mindestens 1,6 Ma% oder mindestens 1,7 Ma% oder mindestens 1,8 Ma% oder mindestens 1,9 Ma% oder mindestens 2,0 Ma% oder mindestens 2,1 Ma% oder mindestens 2,2 Ma% oder mindestens 2,3 Ma% oder mindestens 2,4 Ma% oder mindestens 2,5 Ma% oder mindestens 2,6 Ma% oder mindestens 2,7 Ma% oder mindestens 2,8 Ma% oder mindestens 2,9 Ma% oder mindestens 3,0 Ma% betragen.
Unter dem Bereich „0,5 bis 3,0 Ma% Zink” werden insbesondere 0,5 Ma% bis 1,2 Ma% Zink verstanden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Gusslegierung höchstens 0,3 Ma% oder höchstens 0,24 Ma% oder 0,05 bis 0,30 Ma% oder 0,1 bis 0,2 Ma% Eisen enthält.
Erwünscht ist zwar möglichst wenig Eisen, es lässt sich jedoch, insbesondere herstellungsbedingt, beispielsweise beim Erhitzen der Schmelze nicht oder nur mit großem Aufwand vermeiden. Die angegebenen Bereiche sind für die vorgeschlagene Legierung besonders tolerabel.
Der Anteil von Eisen kann beispielsweise höchstens 0,3 Ma% oder höchstens 0,25 Ma% oder höchstens 0,20 Ma% oder höchstens 0,15 Ma% oder höchstens 0,10 Ma% oder höchstens 0,05 Ma% betragen.
Unter dem Bereich „0,05 bis 0,30 Ma% Eisen” werden insbesondere 0,05 Ma% oder 0,10 Ma% oder 0,15 Ma% oder 0,20 Ma% oder 0,25 Ma% oder 0,30 Ma% Eisen verstanden.
Erwünscht ist möglichst wenig Kupfer, es lässt sich jedoch nicht oder nur mit großem Aufwand komplett vermeiden, da es als Verunreinigungselement in Aluminiumlegierungen vorliegt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Gusslegierung

– 0,005 bis 0,03 Ma% Strontium und/oder 0,002 bis 0,025 Ma% Natrium; oder
– 0,002 bis 0,035 Ma% Antimon enthält.

Hierdurch kann eine Veredelung der vorgeschlagenen Legierung erreicht werden.
Unter dem Bereich „0,005 bis 0,03 Ma% Strontium” werden insbesondere 0,005 Ma% oder 0,010 Ma% oder 0,015 Ma% oder 0,020 Ma% oder 0,025 Ma% oder 0,03 Ma% Strontium verstanden.
Unter dem Bereich „0,002 bis 0,025 Ma% Natrium” werden insbesondere 0,002 Ma% oder 0,004 Ma% oder 0,006 Ma% oder 0,008 Ma% oder 0,010 Ma% oder 0,013 Ma% oder 0,016 Ma% oder 0,019 Ma% oder 0,022 Ma% oder 0,025 Ma% Natrium verstanden.
Unter dem Bereich „0,002 bis 0,035 Ma% Antimon” werden insbesondere 0,002 Ma% oder 0,004 Ma% oder 0,006 Ma% oder 0,008 Ma% oder 0,010 Ma% oder 0,013 Ma% oder 0,016 Ma% oder 0,019 Ma% oder 0,023 Ma% oder 0,027 Ma% oder 0,031 Ma% oder 0,035 Ma% Antimon verstanden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Gusslegierung höchstens 0,2 Ma% Titan und/oder höchstens 0,3 Ma% Vanadium enthält.
Hierdurch kann eine weitere Kornfeinung der vorgeschlagenen Legierung erreicht werden.
Der Anteil von Titan kann beispielsweise höchstens 0,16 Ma% oder höchstens 0,12 Ma% oder höchstens 0,08 Ma% oder höchstens 0,04 Ma% betragen.
Der Anteil von Vanadium kann beispielsweise höchstens 0,24 Ma% oder höchstens 0,18 Ma% oder höchstens 0,12 Ma% oder höchstens 0,06 Ma% betragen.
Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils, insbesondere dünnwandiges Karosserie- oder Fahrwerksgussbauteil vor, mit den Schritten, dass

– ein Gussbauteil aus einer Gusslegierung gemäß der vorherigen Ansprüche gegossen wird, insbesondere mit evakuierten Dauerformen;
– das Gussbauteil nach dem Gießen einer Wärmebehandlung auf den Zustand T5, T6 oder T7 unterworfen wird.

Es kann vorgesehen sein, dass die T6/T7 Wärmebehandlung ein Lösungsglühen bei 450 bis 530°C für 1 bis 2 h, dann ein Abschrecken und dann ein Auslagern bei 180 bis 240°C für 2 bis 5 h umfasst.
Es kann vorgesehen sein, dass die T5 Wärmebehandlung ein Auslagern bei 150–320°C für 0,5–5 Stunden umfasst.
Unter dem Bereich „450 bis 530°C” werden insbesondere 450°C, 460°C, 470°C, 480°C, 490°C, 500°C, 510°C, 520°C, 530°C verstanden.
Unter dem Bereich „1 bis 2 h” werden insbesondere 1,0 h, 1,1 h, 1,2 h, 1,3 h, 1,4 h, 1,5 h, 1,6 h, 1,7 h, 1,8 h, 1,9 h, 2,0 h verstanden.
Unter dem Bereich „180 bis 240°C” werden insbesondere 180°C, 190°C, 200°C, 210°C, 220°C, 230°C, 240°C verstanden.
Unter dem Bereich „2 bis 5 h” werden insbesondere 2,00 h, 2,25 h, 2,50 h, 2,75 h, 3,00 h, 3,25 h, 3,50 h, 3,75 h, 4,00 h, 4,25 h, 4,50 h, 4,75 h, 5,00 h verstanden.
Unter dem Bereich „150–320°C” werden insbesondere 150°C, 160°C, 170°C, 180°C, 190°C, 200°C, 210°C, 220°C, 230°C, 240°C, 250°C, 260°C, 270°C, 280°C, 290°C, 300°C, 310°C, 320°C verstanden.
Unter dem Bereich „0,5–5 h” werden insbesondere 0,5 h, 1 h, 1,5 h, 2 h, 2,5 h, 3 h, 3,5 h, 4 h, 4,5 h, 5 h verstanden.
Das Lösungsglühen und/oder das Auslagern kann nach Bedarf ein- oder mehrstufig erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Abschrecken in bewegter oder unbewegter Luft oder in einem bewegten oder unbewegten Schutzgas oder in Wasser oder in Öl oder in einer Kombination der genannten Medien erfolgt.
Die Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft näher erläutert. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden werden.
Vergleichsversuch

Es wurden die folgenden fünf Aluminium-Silizium-Gusslegierungen jeweils auf ihre Leistungsfähigkeit untersucht, indem aus ihnen im Druckgussverfahren dünnwandige Gussteile hergestellt und beprobt wurden:

Legierung 1:	AlSi10Mn0,6Mg0,3, also Aluminium mit 10 Ma% Silizium, 0,6 Ma% Mangan, 0,3 Ma% Magnesium.
Legierung 2:	AlSi10Mn0,6Mg0,5, also Aluminium mit 10 Ma% Silizium, 0,6 Ma% Mangan, 0,5 Ma% Magnesium.
Legierung 3:	AlSi10Mn0,6Cu0,5Mg0,5, also Aluminium mit 10 Ma% Silizium, 0,6 Ma% Mangan, 0,5 Ma% Kupfer, 0,5 Ma% Magnesium.
Legierung 4:	AlSi10Mn0,6Zn1,0Mg0,3Zr0,12, also Aluminium mit 10 Ma% Silizium, 0,6 Ma% Mangan, 1,0 Ma% Zink, 0,3 Ma% Magnesium 0,12 Ma% Zirconium.
Legierung 5:	AlSi10Mn0,6Zn0,74Mg0,42Zr0,12, also Aluminium mit 10 Ma% Silizium, 0,6 Ma% Mangan, 0,74 Ma% Zink, 0,4 Ma% Magnesium, 0,12 Ma% Zirconium.

Die Legierung 1 ist eine typische Legierung aus dem Stand der Technik. Die Legierungen 2 und 3 sind Verbesserungsversuche, indem im Vergleich zur Legierung 1 der Magnesiumanteil erhöht beziehungsweise zusätzlich Kupfer beigesetzt wurde. Die Legierungen 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele für die vorgeschlagene Legierung.

Nach einer T6-Wärmebehandlung mit den folgenden Parametern:

Lösungsglühen:	bei 470°C für 1 h
Abschreckung:	in bewegter Luft
Auslagerung:	bei 200°C für 2,5 h

wurden die folgenden mechanischen Kennwerte und Qualitätskennwerte an einem Bauteil mit Wandstärken von 2 mm erzielt:

	Rp0,2/MPa	Rm/MPa	Ag/%	A5/%	Heissrisse	Kaltfliessstellen
Legierung 1	166	235	7,5	12,1	+	0
Legierung 2	185	257	7,9	9,3	+	0
Legierung 3	198	274	7,1	8,6	–	–
Legierung 4	173	250	11,2	16,6	+	+
Legierung 5	202	276	8,0	12,7	+	+

In dieser Tabelle steht ”+” für ”nicht vorhanden”, ”0” für ”in geringem Maße vorhanden” und ”–” für ”vorhanden”.
Alle fünf untersuchten Legierungen erfüllten die Anforderungen an die Langzeit- und Kurzzeit-Wärmestabilität.
Bei den Legierungen 1 und 2 erfolgt die Einstellung der mechanischen Kennwerte hauptsächlich durch die Bildung von Mg₂Si-Phasen. Je nach Menge der gebildeten Mg₂Si-Phasen lässt sich die Festigkeit Rm beziehungsweise Bruchdehnung A5 einstellen. Eine große Festigkeitssteigerung bewirkt allerdings eine Versprödung des Materials, was an der Abnahme der Bruchdehnung A5 und der Brucheinschnürung A5–Ag erkennbar ist. Durch diese verminderte Verformbarkeit wird die Nieteignung herabgesetzt. Aufgrund des Zusammenhangs zwischen Festigkeit Rm und Bruchdehnung A5 ist das Potenzial der Festigkeitssteigerung ausgeschöpft. Probleme mit der Anfälligkeit auf Korrosion bestehen nicht. Des Weiteren ist die Schweißneigung gewährleistet. Über das gesamte Bauteil hinweg können keine Heissrisse festgestellt werden. Vereinzelt treten Kaltfließstellen auf der Bauteiloberfläche auf.
Um eine weitere Festigkeitssteigerung zu realisieren, müssen zusätzliche Aushärteeffekte berücksichtigt werden. Hier kommt vor allem Kupfer in Frage.
Falls wie bei der Legierung 3 Kupfer beigesetzt wird, so lässt sich die Festigkeit Rm weiter steigern. Diese Steigerung erfolgt aufgrund von kupferhaltigen Phasen, die jedoch in Abhängigkeit von dem Cu-Mg-Verhältnis korrosionsanfällig sein können. Außerdem wird die Bruchdehnung A5 im Vergleich zu den Legierungen 1 und 2 stark reduziert. Eine ausgeprägte Brucheinschnürung A5–Ag liegt hier nicht vor. Folglich ist die Nieteignung nur bedingt gegeben. Aufgrund des erhöhten Kupferanteils ist die Schweißbarkeit nur eingeschränkt möglich. Es treten verstärkt Heissrisse als auch Kaltfließstellen auf.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass eine weitere Möglichkeit, die Festigkeit anzuheben, darin besteht, wie bei den Legierungen 4 und 5 Zink anstelle von Kupfer beizusetzen. Hierbei erfolgt die Festigkeitssteigerung durch eine Kombination unterschiedlicher Aushärtungsmechanismen. Einerseits wird die Festigkeit durch die schon bekannten Mg₂Si-Phasen angehoben. Jedoch wird ihr Gehalt begrenzt, um Versprödung zu vermeiden. Durch das in Lösung vorliegende Zink im Alpha-Mischkristall erfolgt hier die weitere Festigkeitssteigerung durch die Mischkristallhärtung. Diese Kombination erscheint als besonders vorteilhaft, da hierbei eine Festigkeitssteigerung Rm ohne merklichen Abfall der Bruchdehnung A5 erfolgt. Des Weiteren liegt eine ausgeprägte Brucheinschnürung A5–Ag in der Größenordnung von 4 bis 6% vor, was die Crash-Energie-Absorption begünstigt. Nach einer durchgeführten Salzsprühuntersuchung konnte die Beständigkeit gegen Korrosion nachgewiesen werden. Weiter wurde bei diesen Legierungen eine gute Schweiß- und Nieteignung nachgewiesen. Aufgrund der guten Fliessfähigkeit und des guten Formfüllungsvermögens konnten bei keinem Bauteil Heissrisse und Kaltfließstellen festgestellt werden.

Claims

Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung, enthaltend – 5 bis 12 Ma% Silizium; – 0,5 bis 3,0 Ma% Zink; – 0,1 bis 0,7 Ma% Magnesium; – 0,2 bis 0,8 Ma% Mangan; – 0,05 bis 0,3 Ma% Zirconium; – einzeln höchstens 0,05 Ma% und insgesamt höchstens 0,4 Ma% Verunreinigungen; – als Rest Aluminium.
Gusslegierung nach Anspruch 1, enthaltend – 0,5 Ma% bis 1,2 Ma% Zink.
Gusslegierung nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter enthaltend – 0,005 bis 0,03 Ma% Strontium und/oder 0,002 bis 0,025 Ma% Natrium; oder – 0,002 bis 0,035 Ma% Antimon.
Gusslegierung nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter enthaltend – höchstens 0,2 Ma% Titan und/oder höchstens 0,3 Ma% Vanadium.
Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils mit den Schritten, dass – ein Gussbauteil aus einer Gusslegierung gemäß der vorherigen Ansprüche gegossen wird; – das Gussbauteil nach dem Gießen einer Wärmebehandlung auf den Zustand T5, T6 oder T7 unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei – die T6/T7 Wärmebehandlung ein Lösungsglühen bei 450 bis 530°C für 1 bis 2 h, ein Abschrecken und ein Auslagern bei 180 bis 240°C für 2 bis 5 h umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei – das Abschrecken in bewegter oder unbewegter Luft oder in einem bewegten oder unbewegten Schutzgas oder in Wasser oder in Öl oder in einer Kombination der genannten Medien erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5 wobei – die T5 Wärmebehandlung ein Auslagern bei 150 bis 320°C für 0,5 bis 5 h umfasst.