DE102014102817A1

DE102014102817A1 - Aluminiumlegierung, die zum Hochdruckgießen geeignet ist

Info

Publication number: DE102014102817A1
Application number: DE102014102817.1A
Authority: DE
Inventors: Qigui Wang; Wenying Yang; Jason R. Traub
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN104046854A; US9677158B2; US20140261907A1

Abstract

Es werden kupferfreie Aluminiumlegierungen zur Verfügung gestellt, die zum Hochdruckgießen geeignet sind und unter erhöhten Temperaturen aushärten können. Die Legierung umfasst etwa 9,5 bis 30 Gew.-% Silicium, etwa 0,2 bis 0,6 Gew.-% Magnesium, etwa 0,1 bis 2 Gew.-% Eisen, etwa 0,1 bis 2 Gew.-% Mangan, etwa 0,1 bis 1 Gew.-% Nickel, etwa 0,5 bis 3 Gew.-% Zink und 0 bis 0,1 Gew.-% Strontium, wobei der Rest Aluminium ist. Es werden auch Verfahren zur Herstellung von Hochdruckgussteilen und Gussteile, die aus der Legierung hergestellt sind, zur Verfügung gestellt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine kupferfreie Aluminiumlegierung, die zum Hochdruckgießen (high pressure die casting, HPDC) geeignet ist, und auf die Gussteile daraus, die bei erhöhten Temperaturen mit verringerter Porosität aushärten können, wodurch sie überlegene mechanische Eigenschaften für Anwendungen, insbesondere in der Automobilindustrie, besitzen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
HPDC ist ein kosteneffektives und weit verbreitetes Verfahren zur industriellen Herstellung von Metallkomponenten, die eine genaue Maßhaltigkeit, niedrige Abmessungstoleranzen erfordern und bei denen eine glatte Oberflächenbeschaffenheit wichtig ist. Von Herstellern in der Autoindustrie wird jetzt zunehmend verlangt, dass sie konturgenaue bzw. ”Near-Net-Shape”-Aluminiumkomponenten mit einer Kombination aus hohen Zugeigenschaften und Duktilität produzieren, und HPDC liefert das wirtschaftlichste Produktionsverfahren für großskalige Mengen von Komponenten kleiner bis mittlerer Größe.
Aluminiumlegierungsgussteile machen den größten Teil der HPDC-Gussteile aus und sie werden zum Beispiel in einem weiten Bereich von Automobilteilen gefunden. Um Diskontinuitäten in der Gusskomponente zu vermeiden, wird die geschmolzene Legierung schnell genug in den Formwerkzeughohlraum eingespritzt, damit sich der gesamte Hohlraum füllt, bevor ein Teil des Hohlraums beginnt, sich zu verfestigen. Demnach erfolgt das Einspitzen unter hohem Druck, und das geschmolzene Metall wird Wirbelströmung ausgesetzt, wenn es in das Formwerkzeug gepresst wird und sich danach schnell verfestigt. Da die Luft, die durch die geschmolzene Legierung verdrängt wird, wenig Zeit hat, zu entweichen, wird etwas davon eingeschlossen, und es resultiert Porosität. Gussteile enthalten auch Poren, die aus Gasdampfzersetzungsprodukten der organischen Formwerkzeugwand-Schmiermittel resultieren, und zudem kann Porosität auch aus einer Schrumpfung während der Verfestigung resultieren.
Ein Hauptnachteil der Porosität, die aus dem HPDC-Verfahren resultiert, ist der, dass Aluminiumlegierungsgussteile, die aus Aluminium hergestellt sind, das normalerweise die Fähigkeit hat, auf Aushärtung zu reagieren, nicht künstlich gehärtet werden können, das heißt, sie können nicht bei den hohen Temperaturen, die für künstliche Alterungsbedingungen charakteristisch sind, behandelt werden. Die inneren Poren, die Gase oder gasbildende Komponenten in den Hochdruckgussteilen enthalten, dehnen sich während einer herkömmlichen Lösungsbehandlung bei erhöhten Temperaturen aus, was zur Bildung von Oberflächenblasen an den Gussteilen führt. Das Vorliegen dieser Blasen beeinträchtigt nicht nur das Aussehen von Gussteilen, sondern auch die Abmessungsstabilität und kann in einigen Fällen die besonderen mechanischen Eigenschaften von HPDC-Komponenten nachteilig beeinflussen. Spezifisch ausgedrückt, Aluminiumlegierungs-HPDC-Gussteile sind einer Lösungsbehandlung (T4) bei einer hohen Temperatur, zum Beispiel 500°C, nicht zugänglich, was das Potential einer Ausscheidungshärtung bzw. Präzipitatshärtung durch eine volle T6- und/oder T7-Temper-Behandlung (auch als Kombination der Temper-Behandlung T4 und T5 bezeichnet) deutlich verringert. Es ist nahezu unmöglich, eine in herkömmlicher Weise verarbeitete HPDC-Komponente ohne große Gasblasen zu finden.
Bei Al-Si-Gusslegierungen (zum Beispiel Legierungen 319, 356, 390, 360, 380) wird eine Festigkeitserhöhung durch Wärmebehandlung nach Gießen unter Zusatz verschiedener gelöster legierungshärtender Substanzen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Cu und Mg, erreicht. Die Wärmebehandlung von gegossenem Aluminium involviert einen Mechanismus, der als Aushärtungs- oder Präzipitationsfestigkeitserhöhung beschrieben wird. Wärmebehandlung (herkömmliche T6- und/oder T7-Wärmebehandlung) umfasst im Allgemeinen wenigstens einen Schritt oder eine Kombination von drei Schritten: (1) Lösungsbehandlung (auch definiert als T4) bei einer relativ hohen Temperatur unter dem Schmelzpunkt der Legierung, oft für Zeiten, die 8 Stunden oder mehr überschreiten, um seine legierenden (gelösten Substanz)-Elemente zu lösen und die Mikrostruktur zu homogenisieren oder zu modifizieren; (2) schnelles Abkühlen oder Abschrecken in einem kalten oder warmen flüssigen Medium nach Lösungsbehandlung, zum Beispiel Wasser, um die gelösten Substanzelemente in einer supergesättigten festen Lösung zu halten, und (3) künstliche Aushärtung (T5) durch Halten der Legierung für einen Zeitraum bei einer Zwischentemperatur, die zur Erreichung einer Härtung oder Festigkeitserhöhung durch Präzipitation bzw. Ausscheidung geeignet ist. Eine Lösungsbehandlung (T4) dient drei Hauptzwecken: (1) Auflösung von Elementen, die später eine Aushärtung verursachen werden, (2) Sphäroidisierung von ungelösten Bestandteilen und (3) Homogenisierung von Konzentrationen gelöster Substanzen in dem Material. Ein Abschrecken nach T4-Lösungsbehandlung hält die gelösten Substanzelemente in einer supergesättigten festen Lösung (SSS) und erzeugt auch eine Supersättigung von Fehlstellen, die die Diffusion und die Dispersion der Präzipitation verstärkt. Um die Festigkeit der Legierung zu maximieren, sollte die Präzipitation aller festigkeitserhöhender Phasen während eines Abschreckens verhindert werden. Härtung (T5, entweder natürliche oder künstliche Härtung), erzeugt eine kontrollierte Dispersion festigkeitserhöhender Ausscheidungen.
Mit T5-Härtung gibt es im Allgemeinen drei Typen der Härtungsbedingungen (siehe 1), die üblicherweise als Unterhärten (under aging), als Spitzenhärten (peak aging) und als Überhärten (over aging) bezeichnet werden. Beim Vorhärten oder einem anfänglichen Schritt des Härtens bilden sich Guinier-Preston(GP)-Zonen und feine scherbare Ausscheidungen bzw. Präzipitate, und das Gussteil wird als untergehärtet angesehen. In diesem Zustand sind die mechanischen Eigenschaften des Gussteils, zum Beispiel Materialhärte und Streckgrenze, üblicherweise minderwertig. Eine längere Zeit bei einer vorgegebenen Temperatur oder eine Härtung bei einer höheren Temperatur entwickelt die Ausscheidungs- bzw. Präzipitatstruktur weiter, was die mechanischen Eigenschaften, zum Beispiel Härte und Streckgrenze, auf maximale Level zur Erreichung des Spitzenaushärtungs-/Härtezustandes verbessert. Weitere Aushärtung verringert die Härte-/Streckgrenze und das Gussteil wird übergehärtet, und zwar durch Präzipitatvergröberung und dessen kristallographischer Inkohärenz-Umwandlung. 2 zeigt ein Beispiel der Aushärtungsantworten von gegossenen Aluminiumlegierungen A356/357, die bei einer Temperatur von 170°C ausgehärtet wurden. Für den untersuchten Aushärtungszeitraum bei einer gegebenen Aushärtungstemperatur durchlaufen die Gussteile untergehärtete, spitzengehärtete und übergehärtete Zustände.
In Anbetracht der Tatsache, dass die herkömmlichen HPDC-Aluminiumkomponenten unvermeidlich eine innere Porosität aufweisen, kann eine künstliche Aushärtung (T5) ein sehr wichtiger Schritt bei der Erzielung der gewünschten mechanischen Eigenschaften ohne Erzeugung von Blasen werden. Die Festigkeitserhöhung, die aus einer Aushärtung resultiert, tritt auf, weil die zurückgehaltenen härtenden gelösten Substanzen, die in der supergesättigten festen Lösung vorliegen, Präzipitate bilden, die in den Körnern fein verteilt sind und die die Fähigkeit des Gussteils erhöhen, einer Verformung durch Schlupf und Kriechen zu widerstehen. Es kann eine maximale Härtung oder Festigkeitserhöhung auftreten, wenn die Aushärtungsbehandlung zur Bildung einer kritischen Dispersion wenigstens eines Typs dieser feinen Präzipitate führt.
Außerdem werden die Gussteile in herkömmlichen HPDC-Verfahren oft langsam auf eine niedrige Temperatur, zum Beispiel unter 200°C, abgekühlt, bevor ein Auswerfen aus dem Formwerkzeug und ein Abschrecken erfolgt. Dies vermindert das nachfolgende Aushärtungspotential deutlich, da die Löslichkeit härtender gelöster Substanzen mit Abnehmen der Abschrecktemperatur deutlich abnimmt. Als Resultat ist die verbleibende härtende gelöste Substanz, zum Beispiel Cu und Mg, die in der Aluminiummatrix für eine anschließende Aushärtung verfügbar ist, sehr begrenzt. Obgleich eine Legierung 3 bis 4% Cu in nominaler Zusammensetzung enthalten kann, vereinigt sich der größte Teil des Cu mit anderen Elementen, die intermetallische Phasen bilden. Ohne Lösungsbehandlung werden die Cu-enthaltenden intermetallischen Phasen nicht zu einer Aushärtung des Materials beitragen. Daher ist ein Zusatz von Cu in den derzeitigen HPDC-Legierungen, die bei der Produktion verwendet werden, im Hinblick auf sowohl Verbesserung der Eigenschaften als auch Qualitätssicherung nicht effektiv.
Typische HPDC-Aluminiumlegierungen sind Legierungen auf Al-Si-Basis, die etwa 3 bis 4% Cu enthalten. Es ist allgemein akzeptiert, dass Kupfer (Cu) den einzelnen größten Einfluss aller gelösten Legierungssubstanzen/Elemente auf die Festigkeit und Härte auf Aluminium-Legierungsgussteilen, sowohl wärmebehandelte und nicht-wärmebehandelte, sowohl bei Umgebungs- als auch erhöhten Betriebstemperaturen hat. Bekanntermaßen verbessert Kupfer die maschinelle Bearbeitbarkeit von Legierungen durch Erhöhen der Matrixhärte, wobei es die Herstellung kleiner Schneidespäne und feine maschinelle Endbearbeitungen einfacher macht. Andererseits verringert Cu im Allgemeinen die Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumgussteilen, und in bestimmten Legierungen und Mischungen erhöht es die Empfindlichkeit gegenüber Spannungskorrosion. Cu erhöht auch den Legierungsgefrierbereich und verringert die Zuführungsfähigkeit, was zu einem hohen Potential für Schrumpfungsporosität führt.
Darüber hinaus wurde berichtet, dass Aluminiumlegierungen mit einem hohen Kupfergehalt (etwa 3 bis 4%) eine nicht annehmbare Korrosionsrate erfahren haben, speziell in salzhaltigen Umgebungen. Typische Hochdruck(HPDC)-Aluminiumlegierungen, zum Beispiel A380 oder 383, die für Übertragungs- und Motorteile verwendet werden, enthalten 2–4% Kupfer. Es kann erwartet werden, dass das Korrosionsproblem dieser Legierungen signifikanter werden wird, insbesondere, wenn eine längere Garantiezeit und größere Fahrzeugreichweiten verlangt werden.
Um einige der bekannten Probleme anzugehen, wurden Aluminiumlegierungen entwickelt, allerdings bleiben die Gussteile als ganzes mangelhaft. Beispielsweise ist die Aluminiumlegierung A380 eine allgemein aushärtbare Legierung mit der Zusammensetzung (in Gew.-%) 9 Si, 3,1 Cu, 0,86 Fe, 0,53 Zn, 0,16 Mn, 0,11 Ni und 0,1 Mg (Lumley, R. N. et al., "Thermal characteristics of heat-treated aluminum high-pressure die-castings", 1 Scripta Materialia, 58 (2008), 1006–1009, deren gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird). Die Entwickler lehren, dass die Cu-Phasen, zum Beispiel die Al₂Cu-Präzipitat-Phase, zur Erreichung der Vorzüge einer künstlichen Aushärtung sowie für die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Gussteils wichtig sind. Allerdings leiden die Gussteile an geringerer Korrosionsbeständigkeit, einem hohen Potential für Gussfehler und hohen Materialkosten infolge des Prozentgehalts von Cu.
Es ist bekannt, dass eine Verringerung des Cu-Gehalts die Korrosionsbeständigkeit eines Aluminiumlegierungsmaterials verbessert. Allerdings wird angenommen, dass Cu eine notwendige Aushärtungskomponente in HDPC-Aluminiumgussteilen ist. In einer früher veröffentlichten Arbeit empfahlen einige der Forscher der vorliegenden Anmeldung einen niedrigeren Cu-Gehalt im Bereich von 0,5 Gew.-% bis 1,5 Gew.-%, in Abhängigkeit von den Bedingungen im Gusszustand und der Wärmebehandlung (siehe US-Anmeldung, Seriennummer 12/827564, Veröffentlichungsnummer 20120000578, deren gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird). Trotzdem wurde das Vorliegen von Cu in der Gusslösung nach Verfestigung in Verbindung mit der Konservierung annehmbarer mechanischer Eigenschaften, insbesondere Härte-/Streckgrenze, des Gusses angesehen.
Auf dem Fachgebiet sind im Wesentlichen Cu-freie Legierungen, zum Beispiel A356, bekannt; allerdings werden sie typischerweise in anderen Verfahren des Sandfusses und/oder semi-permanenten Formgusses als HDPC verwendet und wie sie formuliert sind, leiden sie an den vorher genannten Mängeln bei den mechanischen Eigenschaften, zum Beispiel schlechte Zugfestigkeit.
Lin (US-Patentanmeldung Seriennummer 11/031,095) offenbart eine Aluminiumlegierung mit verringertem Cu-Prozentgehalt; allerdings lehrt Lin dennoch die Bedeutung des Vorhandenseins von etwas Kupfer für den Härtungsprozess. Darüber hinaus enthalten die Lin-Legierungsformulierungen und -Gussteile geringe Gewichtsprozentanteile an Si, um bröckelige eutektische Al-Si-Netzwerke im gegossenen Zustand zu vermeiden. Das Ziel von Lin war es, Aluminiumlegierungen zu produzieren, die für Thixoformen geeignet sind, ein Formungsverfahren, das die Merkmale von Gießen und Schmieden kombiniert, das ein Niederdruckformen involviert, um partikuläre mikrokristalline Strukturen zu produzieren und eine Lösungswärmebehandung zu vermeiden. Die Legierungen von Lin wären für HPDC-Verfahren ungeeignet.
Auf dem Fachgebiet besteht ganz klar ein Bedarf für eine Aluminiumlegierung, die für HPDC geeignet ist und einer Aushärtung zugänglich ist, ohne Korrosionsbeständigkeit oder mechanische Eigenschaften der Gusskomponenten zu gefährden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung im Wesentlichen Cu-freie Aluminiumlegierungen zur Verfügung, die für Hochdruckgießen und Aushärtung bei erhöhten Temperaturen mit verringerter Porosität im Vergleich zu bekannten HPDC-Aluminiumlegierungen geeignet sind. Die Gussteile weisen verbesserte mechanische Eigenschaften für Bauanwendungen sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur auf.
Eine Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung ist für Hochdruckgießverfahren geeignet und ist zur Aushärtung fähig, was überlegene mechanische Eigenschaften nach Aushärtung bei erhöhten Temperaturen bereitstellt. Ausführungsformen der Aluminiumlegierung sind im Wesentlichen frei von Kupfer und umfassen, nach Gewicht, etwa 9,5 bis 13% Silicium (Si); etwa 0,2 bis etwa 0,6% Magnesium (Mg) und wenigstens etwa 84% Aluminium. Eine Legierung kann außerdem etwa 0,1 bis 2 Gew.-% Eisen (Fe) und etwa 0,1 bis 2 Gew.-% Mangan (Mn) umfassen, wobei das Gewichtsprozent-Verhältnis Mn:Fe etwa 0,5~3 ist, und die Gesamtmenge an Mn + Fe etwa 0,5 bis etwa 1,5 Gew.-% ist. Wenn die Legierung mit mehr als etwa 1 Gew.-% Fe formuliert ist, dann sollte die Legierung vorzugsweise außerdem Strontium (Sr) umfassen. Eine Legierung gemäß der Offenbarung kann auch etwa 1 Gew.-% Nickel (Ni) und etwa 0,5 bis etwa 3,0 Gew.-% Zink (Zn) umfassen. Die obigen Zusammensetzungsbereiche können auf der Basis der Leistungsanforderungen eingestellt werden.
Andere Ausführungsformen sind auf HPDC-Gusserzeugnisse aus einer Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung gerichtet. Eine Aluminiumlegierung wird so formuliert, dass die Legierung eine eutektische Phase im Bereich von 15–16 Volumenprozent aufweist und eine Verfestigung durch einen relativ engen Temperaturbereich im Vergleich zu bekannten HPDC-Aluminiumlegierungen auftritt. Ausführungsformen, die auf Gusserzeugnisse gerichtet sind, besitzen überlegene mechanische Eigenschaften, wenn sie ausgehärtet wurden, zum Beispiel unter einem der T4-, T5-, T6- und T7-Temper-Behandungsprotokollen.
Weitere Ausführungsformen sind auf Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen aus einer Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung durch HDPC gerichtet. Die Verfahren umfassen Bereitstellen einer geschmolzenen Aluminiumlegierung gemäß Ausführungsformen der Erfindung, Einspritzen der geschmolzenen Aluminiumlegierung in ein Formwerkzeug unter hohem Druck, Verfestigenlassen der Legierung im Formwerkzeug unter Bildung des Gussteils, Abkühlen des Gussteils im Formwerkzeug auf eine Abschrecktemperatur, Abschrecken des Gussteils in einer Abschrecklösung und Unterwerfen des Gussteils einer oder mehrerer Härtungsbehandlung(en). Die Legierung wird so formuliert, dass das Gussteil sich in einem Temperaturbereich von etwa 500°C bis etwa 650°C verfestigt, und wird so ausgehärtet, dass das Gussteil eine eutektische Phase im Bereich von 15–16 Volumenprozent aufweist.
Diese und weitere Aspekte und Ausführungsformen werden in Anbetracht der detaillierten Beschreibung und der Figuren, die unten angeführt sind, klarer verstanden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die folgende detaillierte Beschreibung spezifischer Ausführungsformen kann am besten verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird:
1 stellt einen typischen T6- und/oder T7-Temper-Behandungszyklus für eine Aluminiumlegierung dar.
2 ist eine grafische Darstellung der Aushärtungsantworten von Aluminiumgusslegierungen A356/A357, ausgehärtet bei 70°C, gemäß dem Stand der Technik.
3 gibt ein berechnetes Phasendiagramm einer Aluminiumgusslegierung, die auf dem Fachgebiet bekannt ist (A380-HPDC-Legierung) an, das Phasenumwandlungen als Funktion des Kupfergehalts zeigt.
4 gibt eine Tabelle an, die Aluminiumgusslegierung A380 des Standes der Technik mit beispielhaften Gusslegierungen gemäß spezifischen Ausführungsformen der Erfindung vergleicht.
5 ist ein Vergleich mikroskopischer Aufnahmen einer Zugprobe der A380-Legierung, die Porosität (Block) im mittleren Teil der Probe zeigt, und einer Zugprobe einer Ausführungsform E6 gemäß der Erfindung, die keine Porosität im mittleren Teil der Probe zeigt.
6 ist ein Vergleich mikroskopischer Aufnahmen von Zugproben aus A380-Legierung und einer Legierungsausführungsform gemäß der Erfindung nach Eintauchen beider Proben in 3,5% NaCl-Lösung für 240 h.
7 gibt empirische Daten und grafische Darstellungen davon an, die Zugeigenschaften und Korrosionsbeständigkeit und Korrosionsleitfähigkeit in Proben, genommen von T5-HDPC-Legierungen A380, A360 und einer spezifischen Ausführungsform E3 gemäß der Erfindung, vergleichen. 7A ist eine Tabelle der Zugdaten (T5), die Zugproben abgeteilt, aus HDPC-Gussteilen aus A380, A360, vergleichen; 7B gibt eine grafische Darstellung der Korrosionsstromdichte von drei Proben an, und 7C stellt eine grafische Darstellung der Korrosionsrate der drei Proben dar.
8 gibt in einer Tabelle zusammengestellte empirische Daten an, die Zugeigenschaften von HDPC-Proben roh gegossen und T5-ausgehärtet, gegossen aus der bekannten Legierung A380 und sechs spezifischen Legierungsausführungsformen gemäß der Erfindung, vergleichen.
9 ist ein Vergleich mikroskopischer Aufnahmen, die die Mikrostrukturen eines T5-ausgehärteten HDPC-Erzeugnisses, gegossen aus der beispielhaften HDPC-Legierung A380, und eines T5-ausgehärteten HDPC-Erzeugnisses, gegossen aus einer spezifischen Legierung E6 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Offenbarung beziehen sich allgemein auf im Wesentlichen Cu-freie Aluminiumlegierungen, die formuliert sind, um HPDC-Gusskomponenten bereitzustellen, die zur Aushärtung bei erhöhten Temperaturen fähig sind und die überlegene mechanische Eigenschaften und verringerte Porosität aufweisen. Anders als Aluminium-basierte, Kupfer-enthaltende Legierungsgussteile, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, sind die vorliegenden Gussteile für einen vollen Bereich von Temper-Aushärtungsbehandlungen geeignet.
Wie hierin verwendet, bezeichnet ”Gussteile” im Allgemeinen Hochdruckgussteile aus Aluminiumlegierung, die durch Verfestigung von Aluminiumlegierungs-Zusammensetzungen gebildet werden. Dabei kann die Gussteile hier während jeder Stufe eines Hochdruckgussverfahrens und/oder eines Wärmebehandlungsverfahrens nach Verfestigung, entweder Kühlung, Abschreckung, Aushärtung oder in anderer Weise Bezug genommen werden. Ferner können Gussteile ein beliebiges Teil, eine beliebige Komponente, ein beliebiges Produkt, das durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurde, umfassen.
Ferner beziehen sich ”mechanische Eigenschaft” und verwandte Formulierungen davon, wie sie hierin verwendet werden, allgemein auf wenigstens eine und/oder eine Kombination von Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Elastizität, Plastizität, Sprödigkeit und Duktilität und Formbarkeit, die bezeichnet, wie sich ein Metall, zum Beispiel Aluminium und Legierungen davon, unter einer Last verhält. Mechanische Eigenschaften werden im Allgemeinen als Arten der Kraft oder der Beanspruchung, denen das Metall widerstehen muss, und wie diesen widerstanden wird, beschrieben.
”Festigkeit”, wie hierin verwendet, bezeichnet wenigstens eine von und/oder eine beliebige Kombination von Streckgrenze, Reißfestigkeit, Zugfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Schlagfestigkeit. Festigkeit bezieht sich allgemein auf eine Eigenschaft, die dem Material ermöglicht, unter einer Kraft bzw. Last einer Verformung zu widerstehen. Streckgrenze bezieht sich allgemein auf die Beanspruchung, bei der ein Material sich plastisch zu verformen beginnt. In der Technik kann die Streckgrenze als die Beanspruchung definiert werden, bei der eine vorbestimmte Menge (zum Beispiel etwa 2%) permanente Verformung auftritt. Reißfestigkeit (ultimate strength, UTS) bezieht sich allgemein auf eine maximale Dehnung, der ein Metall widerstehen kann. Zugfestigkeit bezieht sich allgemein auf eine Messung des Widerstandes gegenüber einem Auseinander-Gezogen-Werden bei Platzierung unter Zuglast. Ermüdungsbeständigkeit bezieht sich allgemein auf die Fähigkeit eines Metalls, verschiedenen Arten rasch ändernder Beanspruchungen zu widerstehen und kann durch die Größenordnung der wechselnden Beanspruchung für eine spezifizierte Zyklenzahl ausgedrückt werden. Die Schlagfestigkeit bezieht sich allgemein auf die Fähigkeit eines Metalls, plötzlich angelegten Kräften zu widerstehen. Allgemein ist die Streckgrenze höher, je höher auch die anderen Festigkeiten sind.
”Härte”, wie hierin verwendet, bezeichnet im Allgemeinen eine Eigenschaft eines Metalls, einem permanenten Eindrücken zu widerstehen. Härte ist im Allgemeinen direkt proportional zur Festigkeit. Demnach hat ein Metall, das eine hohe Festigkeit hat, typischerweise auch eine hohe Härte.
Aluminiumlegierungs-Zusammensetzungen, die unter Bildung von Gussteilen verfestigt werden, umfassen bekanntermaßen eine Reihe von Elementen, zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf, Aluminium (Al), Silicium (Si), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Mangan (Mn), Zink (Zn), Nickel (Ni), Titan (Ti), Strontium (Sr), usw. Die Elemente und ihre jeweiligen Konzentrationen, die eine Aluminiumlegierungs-Zusammensetzung definieren, können die mechanischen Eigenschaften des daraus geformten Gussteils signifikant beeinflussen. Einige Elemente können insbesondere als härtende gelöste Substanzen bezeichnet werden. Diese härtenden gelösten Substanzen können ineinander eingreifen und/oder sich aneinander und/oder mit anderen Elementen während Verfestigung, Abkühlung, Abschreckung und Aushärtung des Gussteils und Wärmebehandlungsverfahrens binden. Eine Aushärtung wird im Allgemeinen verwendet, um die Festigkeit der Gussteile zu erhöhen. Während verschiedene Verfahren zur Aushärtung verfügbar sind, sind aus den oben beschriebenen Gründen nur einige für Aluminiumlegierungs-Hochdruckgießverfahren anwendbar und/oder genügend wirksam. Aluminiumlegierungsgussteile, die auf dem Gebiet des Hochdruckgießens bekannt sind, sind im Allgemeinen auf T5-Temper-Behandlungsaushärtung (natürliche oder künstliche) beschränkt. Eine Aushärtung erhöht die Festigkeit der Gussteile, indem die Präzipitation der härtenden gelösten Substanzen der Aluminiumlegierungs-Zusammensetzung erleichtert wird.
Künstliche Aushärtung (T5) erwärmt die Gussteile auf eine erhöhte, typischerweise mittlere, Temperatur für eine ausreichend lange Zeit, um die Festigkeit des Gussteils durch Präzipitation der härtenden gelösten Substanzen zu erhöhen. Da die Präzipitation ein kinetischer Prozess ist, sind die jeweiligen Konzentrationen (Supersättigung) der härtenden gelösten Substanzen, die für eine Präzipitation verfügbar sind, für die Antwort der Festigkeitserhöhung des Gussteils auf die Aushärtung signifikant. Demnach haben die Konzentrationen von härtenden gelösten Substanzen und die Verfügbarkeit derselben zur Präzipitation einen signifikanten Einfluss auf das Ausmaß, zu dem das Gussteil während einer Aushärtung verfestigt wird. Wenn verhindert wird oder im Wesentlichen verhindert wird, dass die härtenden gelösten Substanzen aneinander binden und/oder sich mit anderen Elementen vor der Aushärtung verbinden, dann können die härtenden gelösten Substanzen während der Aushärtung unter Verfestigung bzw. Festigkeitserhöhung des Gussteils präzipitieren.
Um zu verhindern oder um wenigstens im Wesentlichen zu verhindern, dass sich die härtenden gelösten Substanzen aneinander binden und/oder mit anderen Elementen der Aluminiumlegierungs-Zusammensetzung vor der Aushärtung verbinden und um dadurch die Verfügbarkeit der härtenden gelösten Substanzen aufrecht zu erhalten, wird das Gussteil in dem Formwerkzeug auf eine Abschrecktemperatur abgekühlt und unmittelbar danach abgeschreckt. Um die Abkühlung des Gussteils auf die Abschrecktemperatur zu erleichtern, kann eine Ausführungsform ein selektives Erwärmen und/oder Abkühlen eines bestimmten Bereichs oder mehrerer bestimmter Bereiche des Gussteils vor seiner Entfernung aus dem Formwerkzeug zum Abschrecken umfassen.
Um eine Präzipitation während der Aushärtung zu erhöhen und dadurch die mechanischen Eigenschaften der Gussteile zu verbessern, können außerdem eine oder mehrere spezifische härtende gelöste Substanzen in die Aluminiumlegierungs-Zusammensetzung eingearbeitet werden. Herkömmlicherweise ist auf dem Fachgebiet anerkannt, dass Magnesium (Mg), Kupfer (Cu) und Silicium (Si) in Aluminiumlegierungen als härtende gelöste Substanzen besonders wirksam und sogar notwendig sind. Mg kann sich mit Si unter Bildung von Mg/Si-Präzipitaten verbinden, zum Beispiel β''-, ß'- und Gleichgewichts-Mg₂Si-Phasen. Die Präzipitat-Arten, -Größen und -Konzentrationen hängen typischerweise von den vorliegenden Aushärtungsbedingungen und den Zusammensetzungen der Aluminiumlegierungen ab. Beispielsweise besteht die Tendenz, dass ein Unterhärten scherbare β''-Präzipitate bildet, während ein Spitzenhärten und Überhärten im Allgemeinen nicht scherbare β'- und Gleichgewichts-Mg₂Si-Phasen bilden. Wenn Aluminiumlegierungen ausgehärtet werden, kann Si allein Si-Präzipitate bilden. Si-Präzipitate sind allerdings beim Verfestigen von Aluminiumlegierungen im Allgemeinen nicht so wirksam wie Mg/Si-Präzipitate. Außerdem kann sich Cu mit Aluminium (Al) unter Bildung mehrfacher metastabiler Präzipitatphasen wie zum Beispiel θ' und θ in Al-Si-Mg-Cu-Legierungen vereinigen, von denen bekannt ist, dass sie beim Verfestigen bzw. der Festigkeitserhöhung sehr wirksam sind.
Es ist auch in weitem Umfang akzeptiert, dass erhöhte Konzentrationen der wirksameren härtenden gelösten Substanzen in die Aluminiumlegierungs-Zusammensetzung eingearbeitet werden können, um ihre Verfügbarkeit für die Präzipitation bei der Aushärtung zu erhöhen. Entsprechend Spezifikationen für herkömmliche Aluminiumlegierungs-Zusammensetzungen für HPDC beträgt im Allgemeinen die maximale Mg-Konzentration, die eingearbeitet wird, weniger als 0,1 Gew.-% der entsprechenden Zusammensetzungen. In der industriellen Praxis besteht allerdings die Tendenz, dass die Mg-Konzentrationen in solchen Aluminiumlegierungs-Zusammensetzungen viel niedriger als 0,1% sind. Als Resultat haben die Zusammensetzungen im Allgemeinen die Unfähigkeit, Mg/Si-Präzipitate zu bilden, und damit resultiert eine minimale Festigkeitserhöhung des Gussteils durch Mg/Si-Präzipitation, selbst während T5-Aushärtungsverfahren. In der Tat ist allgemein anerkannt, dass die einzig durchführbare Festigkeitserhöhung des Gussteils in diesem Fall durch Bildung von Al/Cu-Präzipitaten resultiert. Cu wird daher als notwendige härtende gelöste Substanz in Aluminium-Silicium-Legierungen in HPDC-Verfahren angesehen.
Wenn allerdings ein HPDC-Gussteil erwünschten Aushärtungs-Temper-Behandlungen unterzogen wird, können die Härtungswirksamkeit und der Härtungsbeitrag von Cu überraschenderweise begrenzt sein. Obgleich typische HPDC-Aluminiumlegierungen, zum Beispiel A380, 380 oder 383, 3~4% Cu in nominaler Zusammensetzung enthalten, ist die tatsächliche gelöste Cu-Substanz, die in einer roh gegossenen Aluminiummatrix für die anschließende Aushärtung bleibt, in Wirklichkeit deutlich verringert. Wie in 3 gezeigt ist, ist der Cu-Gehalt in der Aluminiummatrix nur etwa 0,006%, selbst wenn das Gussteil bei etwa 200°C abgeschreckt wird. Der größte Teil des Cu wird während Verfestigung mit Fe und anderen Elementen, die intermetallische Phasen bilden, fest gebunden, wobei diese keine Aushärtungsantworten haben, wenn die Komponenten/Teile keine Hochtemperaturlösungsbehandlung durchmachen. In diesem Fall ist die Rolle der Cu-enthaltenden intermetallischen Phasen, die in der Spannungshärtung eine Rolle spielen, ähnlich der anderer Zweitphasenpartikel wie Si. Der Beitrag von Cu zu der Aushärtung ist tatsächlich vernachlässigbar. Im Gegensatz zur herkömmlichen Betrachtung der Bedeutung von Cu als eine härtende gelöste Substanz entdeckten demnach die Erfinder der vorliegenden Erfindung überraschenderweise, dass Cu aus der Legierung entfernt werden kann, wenn die Zusammensetzung in anderer Weise im Rahmen bestimmter Parameter formuliert wird, um so im Wesentlichen Cu-freie Aluminiumlegierungen zu erhalten, die HPDC-Gussteile mit größerer Korrosionsbeständigkeit und einigen überlegenen mechanischen Eigenschaften liefern.
Dementsprechend stellt eine Ausführungsform der Erfindung eine Aluminiumlegierung bereit, die für HPDC-Verfahren geeignet ist und zur Temper-Aushärtung bei erhöhten Temperaturen in der Lage ist. Die Legierung umfasst wenigstens etwa 84 Gew.-% Aluminium (Al); etwa 9,5 bis etwa 13 Gew.-% Silicium (Si); etwa 0,2 bis etwa 0,6 Gew.-% Magnesium (Mg) und ist im Wesentlichen frei von Kupfer (Cu). Mg und Si sind wirksame härtende gelöste Substanzen. Mg vereinigt sich mit Si unter Bildung von Mg/Si-Präzipitaten, zum Beispiel β''-, β'- und Gleichgewichts-Mg₂Si-Phasen. Der tatsächliche Präzipitat-Typ, seine Menge und seine Größe hängen von Aushärtungsbedingungen und insbesondere dem Mg- und Si-Gehalt, der nach dem Gießen in der Matrix verbleibt, ab. Verglichen mit Cu ist die Löslichkeit von Si und Mg in der Aluminiummatrix höher. In der Aluminiummatrix ist auch das Ausbreitungsvermögen von Mg und Si höher als das von Cu. Ein Anstieg von Si nahe der eutektischen Zusammensetzung (~12%) kann dabei helfen, den Gefrierbereich zu verringern und somit die Gießfähigkeit und die Qualität des Gussteils zu erhöhen. Mg und Si sind beide leichter und kostengünstiger als Cu.
Idealerweise sollte eine Cu-freie Aluminiumlegierung nach Verfestigung eine ähnliche Menge an Sekundärphasenpartikeln in der Mikrostruktur produzieren. Die Legierung sollte Eisen (Fe) enthalten, um ein Formwerkzeuglöten zu vermeiden. Fe kann allerdings leicht eine unerwünschte nadelförmige intermetallische Phase bilden, wenn Mangan (Mn) nicht in geeignet proportionalen Mengen zugesetzt wird. Es wird vorgeschlagen, das Verhältnis der Menge an Mn zu der Menge an Fe größer als etwa 0,5 zu halten.
Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst die Aluminiumlegierung außerdem: etwa 0,1 bis 2 Gew.-% Fe; etwa 0,1 bis 2 Gew.-% Mn; wobei das Gewichtsprozentverhältnis Mn:Fe etwa 0,5 bis etwa 3 ist und die Gesamtmenge an Mn + Fe etwa 0,5 bis etwa 1,5 Gew.-% ist. In spezifischeren Ausführungsformen liegt das Gewichtsprozentverhältnis Mn:Fe zwischen etwa 1,0 und 2, und ist die Gesamtmenge an Mn + Fe etwa 0,8 bis etwa 1,2%. Wenn die Legierung einen Gewichtsprozentgehalt von Fe von größer als etwa 1,0 umfasst, dann sollte die Legierung außerdem Strontium (Sr) mit etwa 500 ppm umfassen. In anderen spezifischen Ausführungsformen umfasst die Legierung außerdem etwa 0,1 bis 1 Gew.-% Nickel (Ni); etwa 0,5 bis 3,0 Gew.-% Zink (Zn) und etwa 0 bis 0,1 Gew.-% Strontium (Sr). Nach einer sehr spezifischen Ausführungsform besteht eine Aluminiumlegierung, die für HPDC geeignet ist und zur Aushärtung fähig ist, im Wesentlichen aus: wenigstens etwa 84 bis etwa 90 Gew.-% Aluminium (Al); etwa 9,5 bis etwa 13 Gew.-% Si; etwa 0,2 bis etwa 0,6 Gew.-% Mg; etwa 0,1 bis etwa 2 Gew.-% Fe; etwa 0,1 bis etwa 2 Gew.-% Mn; etwa 0,1 bis etwa 1 Gew.-% Ni; etwa 0,5 bis etwa 3,0 Gew.-% Zn und etwa 0 bis etwa 0,1 Gew.-% Sr. In einer noch spezifischeren Ausführungsform besteht die Aluminiumlegierung im Wesentlichen aus: etwa 11 Gew.-% Si; etwa 0,4 Gew.-% Mg; etwa 1,0 Gew.-% Fe; etwa 0,8 bis etwa 1,0 Gew.-% Mn; etwa 0,3 Gew.-% Ni; etwa 2,0 Gew.-% Zn und als Rest Al. Die Menge aller anderen Spurenelemente sollte nicht mehr als etwa 0,25 Gew.-% der Legierung ausmachen.
Tabelle 1 von 4 gibt einen Vergleich der berechneten Menge der Zweitphasenpartikel und des Verfestigungsgefrierbereichs zwischen zwei typischen spezifischen Ausführungsformen gemäß der Erfindung und der herkömmlichen A380-HPDC-Legierung an. Bemerkenswerterweise haben die typischen erfindungsgemäßen Legierungen nach Verfestigungen ähnliche Mengen an Partikeln der eutektischen Phasen, allerdings sinkt der Verfestigungsbereich auf nahe 60°C, was für die Gussteilqualität (geringe Schrumpfungsporosität) wünschenswert ist. Daher wird eine Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung im roh gegossenen Zustand ähnliche Zugeigenschaften wie A380 haben, wird aber überlegene Eigenschaften nach T5-Temper-Behandung besitzen. Gemäß einigen Ausführungsformen wird ein im Wesentlichen Cu-freies Aluminiumgussteil gemäß der Offenbarung nach T5- oder T6/T7-Temper-Behandlung ausgehärtet und weist eine eutektische Phase im Bereich von 15 bis 16 Volumenprozent auf.
Was 5 betrifft, so werden mikroskopische Aufnahmen von Proben von A380-Legierung (oben) und einer Legierung E6 gemäß der Erfindung (unten) zum Vergleich gezeigt. Die Zugprobe von A380-Legierung zeigt Porosität (Block) im mittleren Teil der Probe, wohingegen eine Zugprobe einer spezifischen Ausführungsform E6 fast keine Porosität im mittleren Teil der Probe zeigt. Die Fähigkeit zur Aushärtung bei erhöhten Temperaturen mit verringerter Porosität stellt Gussteile bereit, die überlegene mechanische Eigenschaften haben, die spezifisch für Anwendungen in der Automobilindustrie geeignet sind.
Wie durch die mikroskopischen Aufnahmen, die als 6 angeführt sind, klar wird, besitzen Gussteile, die aus Legierungen gemäß der Erfindung hergestellt sind, überlegene Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu der HPDC-Legierung A380 des Standes der Technik. Ein maßgeblicher Nutzen, der durch die erfindungsgemäßen Legierungen erzielt wird, ist der, dass die Korrosionsprobleme, von denen auf dem Fachgebiet bekannt ist, dass sie mit einem Cu-Gehalt assoziiert sind, eliminiert werden können, ohne dass die Festigkeit des HPDC-Gusserzeugnisses gefährdet wird. 7 veranschaulicht diesen Punkt näher. 7A ist ein tabellarisierter Vergleich von Daten, die in einem Experiment erzeugt wurden, das HDPC-Gussproben aus bekannten HDPC-A380- und -A360-Legierungen und der spezifischen Legierungsausführungsform E3 gemäß der Erfindung untersucht und vergleicht. Die Gussteile wurden einer T5-Aushärtung unterzogen. Zusammensetzungen, Zugeigenschaften der Gussteile und Korrosionsleitfähigkeitsdaten sind alle zu Vergleichszwecken angeführt. Die Korrosionsleitfähigkeit ist in 7B und 7C auch grafisch dargestellt. Eine Untersuchung der Daten zeigt, dass E3, das kein Cu enthält, im Vergleich zu den existierenden HPDC-Legierungen, für die A380 und A360 Beispiele sind, viel bessere Korrosionsbeständigkeit besitzt. Außerdem hat E3 wenigstens ähnliche Zugeigenschaften im roh gegossenen Zustand, aber bessere Aushärtungsantwort und somit höhere Zugfestigkeit nach T5-Wärmebehandung im Vergleich zu den beispielhaften HDPC-Legierungen A380 und A360. Bemerkenswerterweise ist die Legierung gemäß der Erfindung auch etwas leichter, was einen zusätzlichen Kosten-Nutzen-Vorteil bereitstellt.
8 gibt empirische Daten in tabellarisierter Form für zwei Experimentgruppen an, die die Zugeigenschaften in roh gegossenen HDPC-Proben und T5-gehärteten Proben, gegossen aus der bekannten Legierung A380, und sechs spezifischen Legierungsausführungsformen gemäß der Erfindung, vergleichen. Die Zugproben wurden in einer Dauerform (permanent mold, PM-Mold) mit einem Messdurchmesser von 12,7 mm hergestellt. Die erste Gruppe der experimentellen Resultate gibt an, dass Guss aus spezifischen erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzungen E1–E3 wenigstens äquivalente oder bessere mechanische Eigenschaften roh gegossen und nach T5 als die A380-Legierung in PM-Form-Gussteilen besitzt. Die zweite Gruppe experimenteller Resultate gibt an, dass der Guss aus spezifischen erfindungsgemäßen Legierungsausführungsformen E4–E6 auch wenigstens äquivalente oder bessere mechanische Eigenschaften roh gegossen und nach T5 als die A380-Legierung in einem Dauerform(PM)-Gussteil besitzt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein HPDC-Gusserzeugnis, das aus einer im Wesentlichen Cu-freien Aluminiumlegierung, die gemäß der Offenbarung formuliert worden war, gegossen wurde, bereitgestellt. Anders als herkömmliche Cu-enthaltende Legierungen kann die Cu-freie Legierung wirksame T4-, T5- oder T6/T7-Aushärtungsbehandlungen durchmachen. In spezifischen Ausführungsformen wird das Gusserzeugnis bei T4-Temper-Behandlungstemperaturen von wenigstens 500°C ausgehärtet. Das Gusserzeugnis kann eine Mikrostruktur aufweisen, die wenigstens eines oder mehrere der unlöslichen verfestigten und/oder präzipitierten Partikel mit wenigstens einem Legierungselement, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al, Si, Mg, Fe, Mn, Zn, Ni, Sr, umfasst. Wie durch 9 bewiesen wird, enthält die Mikrostruktur einer beispielhaften bekannten Cu-enthaltenden HDPC-Legierung, A380, nach T5-Aushärtungsbedingungen große eutektische Partikel, wohingegen die Mikrostruktur einer beispielhaften Legierung gemäß Ausführungsformen der Erfindung, E6, kleinere eutektische Partikel besitzt. Auffallenderweise weist das roh gegossene E6-Erzeugnis eine äquivalente Volumenfraktion eutektischer Partikel wie A380 auf, hat aber einen viel engeren Gefrierbereich, der für die Gussteilqualität gut ist.
Gemäß anderer Ausführungsformen wird ein HPDC-Herstellungsverfahren bereitgestellt, in dem eine geschmolzene, im Wesentlichen Cu-freie Aluminiumlegierung bereitgestellt wird und unter hohem Druck in ein Gießwerkzeug gegossen wird. Die Legierung verfestigt sich in dem Gießwerkzeug unter Bildung des Gussteils, und das Gussteil wird in dem Formwerkzeug wird zu einer gewünschten Abschrecktemperatur abkühlen gelassen, welche im Allgemeinen empirisch bestimmt wird. Das Gussteil kann aus dem Formwerkzeug entfernt werden und in einer Abschrecklösung abgeschreckt werden. Das Gussteil kann einer oder mehreren Temper-Aushärtungsbehandlung(en), einschließlich T4 (lösungswärmebehandelt und bei Umgebungstemperaturen ausgehärtet), T5 (abgekühlt und dann künstlich bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet), T6 (lösungswärmebehandelt und künstlich ausgehärtet bei erhöhten Temperaturen) und T7 (lösungswärmebehandelt und stabilisiert), unterworfen werden. In spezifischen Verfahrensausführungsformen verfestigt sich ein Gussteil gemäß der Offenbarung bei einer Temperatur von etwa 500°C bis etwa 650°C und weist eine eutektische Phase im Bereich von 15 bis 16 Volumenprozent auf. In spezifischen Ausführungsformen verfestigt sich das Gussteil bei einer Temperatur von über 500°C in einem Temperaturbereich von weniger als 140 Grad.
Nach sehr spezifischen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckguss-Formteils aus einer Aluminiumlegierung: Bereitstellen einer geschmolzenen Aluminiumlegierung, die im Wesentlichen aus wenigstens etwa 84 bis 90 Gewichtsprozent Aluminium (Al), etwa 9,5 bis etwa 13 Gewichtsprozent Silicium (Si), etwa 0,2 bis etwa 0,6 Gewichtsprozent Magnesium (Mg), etwa 0,1 bis 2 Gewichtsprozent Eisen (Fe); etwa 0,1 bis 2 Gewichtsprozent Mangan (Mn), etwa 0,1 bis 1 Gewichtsprozent Nickel (Ni), etwa 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent Zink (Zn) und etwa 0 bis 0,1 Gewichtsprozent Strontium (Sr) besteht; Gießen der geschmolzenen Aluminiumlegierung in ein Formwerkzeug unter hohem Druck; Verfestigenlassen der Legierung in dem Formwerkzeug unter Bildung des Formteils; Kühlen des Formteils noch in dem Formwerkzeug auf eine Abschrecktemperatur; Abschrecken des Gussteils in einer Abschrecklösung und Unterwerfen des Gussteils einer T5-Aushärtungsbehandlung, wobei das Gussteil eine eutektische Phase im Bereich von 15–16 Volumenprozent aufweist und sich in einem Temperaturbereich von etwa 500°C bis etwa 650°C verfestigt.
Es ist zu beachten, dass Begriffe, wie ”im Allgemeinen”, ”herkömmlicherweise” und ”typischerweise”, wenn hier verwendet, nicht verwendet werden, um den Schutzbereich der beanspruchten Ausführungsformen zu beschränken, oder, um zu implizieren, dass bestimmte Merkmale kritisch, essentiell oder sogar wichtig für die Struktur oder Funktion der beanspruchten Ausführungsformen sind. Vielmehr ist es lediglich beabsichtigt, dass diese Begriffe bestimmte Aspekte einer Ausführungsform identifizieren oder alternative oder zusätzliche Merkmale hervorheben, welche in einer bestimmten Ausführungsform verwendet werden können oder nicht verwendet werden können.
Für die Zwecke der Beschreibung und des Definierens von Ausführungsformen ist hier zu beachten, dass die Begriffe ”im Wesentlichen”, ”beträchtlich” und ”ungefähr” hier eingesetzt werden, um den inhärenten Unsicherheitsgrad darzulegen, welcher irgendeinem quantitativen Vergleich, einem Wert, einer Messung oder einer anderen Wiedergabe innewohnt. Die Begriffe ”im Wesentlichen”, ”beträchtlich” und ”ungefähr” werden hier ebenfalls verwendet, um den Grad wiederzugeben, durch welchen eine quantitative Wiedergabe von einer dargelegten Referenz abweichen kann, ohne zu einer Veränderung in der Grundfunktion des in Rede stehenden Gegenstandes zu führen.
Nachdem Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail und/oder durch Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen hierin beschrieben worden sind, wird es offensichtlich sein, dass Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne den Umfang der in den beigefügten Patentansprüchen definierten Ausführungsformen zu verlassen. Obwohl einige Aspekte von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier als bevorzugt oder besonders vorteilhaft identifiziert worden sind, ist es zu berücksichtigen, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise auf diese bevorzugten Gegenstände beschränkt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Lumley, R. N. et al., ”Thermal characteristics of heat-treated aluminum high-pressure die-castings”, 1 Scripta Materialia, 58 (2008), 1006–1009 [0011]

Claims

Aluminiumlegierung, die für Hochdruckgießen geeignet ist und bei erhöhter Temperatur aushärten kann, wobei die Legierung enthält: wenigstens etwa 84 Gewichtsprozent Aluminium (Al); etwa 9,5 bis etwa 13 Gewichtsprozent Silicium (Si); etwa 0,2 bis etwa 0,6 Gewichtsprozent Magnesium (Mg) und im Wesentlichen frei von Kupfer (Cu) ist.
Legierung nach Anspruch 1, die außerdem etwa 0,1 bis 2 Gewichtsprozent Eisen (Fe); etwa 0,1 bis 2 Gewichtsprozent Mangan (Mn) umfasst; wobei das Gewichtsprozent-Verhältnis Mn:Fe etwa 0,5 bis etwa 3 ist und die Gesamtmenge an Mn + Fe etwa 0,5 bis etwa 2,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 1,5 Gewichtsprozent, ist.
Legierung nach Anspruch 2, wobei das Gewichtsprozent-Verhältnis Mn:Fe zwischen etwa 1,0 und 2 ist und die Gesamtmenge an Mn + Fe etwa 0,8 bis etwa 1,2% ist.
Legierung nach Anspruch 2, wobei, wenn die Gewichtsprozente an Fe größer als etwa 1,0 sind, die Legierung dann außerdem Strontium (Sr) umfasst.
Legierung nach Anspruch 2, die außerdem etwa 0,1 bis 1 Gewichtsprozent Nickel (Ni); etwa 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent Zink (Zn) und etwa 0 bis 0,1 Gewichtsprozent Strontium (Sr) umfasst.
Aluminiumlegierung, die zum Hochdruckgießen geeignet ist und aushärten kann, wobei die Legierung im Wesentlichen aus: wenigstens etwa 84 bis etwa 90 Gewichtsprozent Aluminium (Al); etwa 9,5 bis etwa 13 Gewichtsprozent Silicium (Si); etwa 0,2 bis etwa 0,6% Magnesium (Mg); etwa 0,1 bis etwa 2 Gewichtsprozent Eisen (Fe); etwa 0,1 bis etwa 2 Gewichtsprozent Mangan (Mn); etwa 0,1 bis etwa 1 Gewichtsprozent Nickel (Ni); etwa 0,5 bis etwa 3,0 Gewichtsprozent Zink (Zn) und etwa 0 bis etwa 0,1 Gewichtsprozent Strontium (Sr) besteht.
Hochdruckgusserzeugnis, das aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 gegossen ist.
Gusserzeugnis nach Anspruch 7, das eine Aushärtung bei erhöhter Temperatur unterworfen worden ist, wobei die Aushärtungsbedingungen eine der Temper-Behandlungen T4, T5, T6 und/oder T7 umfassen und das Gusserzeugnis bei einer T4-Temper-Behandlung mit wenigstens 500°C ausgehärtet wurde.
Gusserzeugnis nach Anspruch 7, das eine Aushärtung bei erhöhter Temperatur unterworfen worden ist, wobei das Erzeugnis durch Temper-Behandlung T6/T7 ausgehärtet wurde und eine eutektische Phase im Bereich von 15–16 Volumenprozent aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgussteils aus einer Aluminiumlegierung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer geschmolzenen Aluminiumlegierung, im Wesentlichen bestehend aus wenigstens etwa 84–90 Gewichtsprozent Aluminium (Al), etwa 9,5 bis etwa 13 Gewichtsprozent Silicium (Si), etwa 0,2 bis etwa 0,6 Gewichtsprozent Magnesium (Mg), etwa 0,1 bis 2 Gewichtsprozent Eisen (Fe); etwa 0,1 bis 2 Gewichtsprozent Mangan (Mn), etwa 0,1 bis 1 Gewichtsprozent Nickel (Ni), etwa 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent Zink (Zn) und etwa 0 bis 0,1 Gewichtsprozent Strontium (Sr) besteht; Gießen der geschmolzenen Aluminiumlegierung in ein Formwerkzeug unter hohem Druck; Verfestigenlassen der Legierung in dem Formwerkzeug unter Bildung des Gussteils; Kühlen des Gussteils noch in dem Formwerkzeug auf eine Abschrecktemperatur; Abschrecken des Gussteils in einer Abschrecklösung und Unterwerfen des Gussteils einer T5-Aushärtungsbehandlung, wobei das Gussteil eine eutektische Phase im Bereich von 15–16 Volumenprozent aufweist und sich in einem Temperaturbereich von etwa 500°C bis etwa 650°C verfestigt.