DE102017201513A1 - Metallic component and method for its production - Google Patents
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Abstract
Es wird ein metallisches Bauteil (100), insbesondere in Form eines Fahrwerklenkers, hergestellt, welches aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, mit einem erhöhten E-Modul besteht. Mittels eines Sprühkompaktierverfahrens (102) wird ein Körper (101) aus einem flüssigen Sprühstrahl hergestellt, wobei während des Erstarrungsvorgangs eine erste Legierungsphase in Form einer Matrix aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung und eine zweite Legierungsphase, die einen E-Modul aufweist, der größer ist als der E-Modul der ersten Legierungsphase, entsteht. Der sprühkompaktierte Körper (101) kann optional weiteren Bearbeitungsschritten unterzogen werden, beispielsweise einem Heißstrangpressschritt (108), einem darauf folgenden Ablängschritt (109) und einem abschließenden Warmschmiedeschritt (110).It is a metallic component (100), in particular in the form of a suspension arm made, which consists of a light metal alloy, in particular an aluminum alloy, with an increased modulus of elasticity. By means of a spray compacting process (102), a body (101) is produced from a liquid spray, wherein during the solidification process a first alloy phase in the form of a light metal or light alloy matrix and a second alloy phase having an E modulus greater than the modulus of elasticity of the first alloy phase arises. The spray-compacted body (101) can optionally be subjected to further processing steps, for example a hot-extrusion step (108), a subsequent cutting step (109) and a final hot-forging step (110).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein solches metallisches Bauteil.The present invention initially relates to a method for producing a metallic component according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention also relates to such a metallic component.
Metallische Bauteile kommen in unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz, beispielsweise als metallische Fahrzeugbauteile. Metallische Fahrzeugbauteile, beispielsweise Lenker im Fahrwerkbereich, Schwenklager, Radträger, Querträger, Strukturteile im Fahrwerk, Bauteile zum Erhalt der Fahrgastzelle im Crashfall, und dergleichen müssen steif und leicht sein. Lenker im Fahrwerkbereich beispielsweise dürfen sich bei Belastung wenig elastisch verformen, da sich sonst die Stellung der Räder verändern würde. Leichte Lenker reduzieren die ungefederte Masse der Achse und erhöhen deshalb die Agilität des Fahrwerks. Steife Lenker müssen entweder einem großen Bauteilquerschnitt oder ein hohen Elastizitätsmodul (E-Modul) besitzen. Der E-Modul ist eine Werkstoffeigenschaft. Werkstoffe mit einem hohen E-Modul haben in der Regel auch eine hohe Dichte. Große Bauteilquerschnitte und Werkstoffe mit hoher Dichte sind für einen Leichtbau jedoch kontraproduktiv. Lenker im Fahrwerkbereich benötigen folglich eine hohe Steifigkeit bei einer gleichzeitig guten Schwingungsdämpfung, was an sich widersprüchlich ist. Zudem müssen derartige Fahrzeugteile leicht sein.Metallic components are used in a wide variety of applications, for example as metallic vehicle components. Metallic vehicle components, such as handlebars in the chassis area, pivot bearings, wheel carriers, cross members, structural parts in the chassis, components to maintain the passenger compartment in the event of a crash, and the like must be stiff and lightweight. For example, handlebars in the chassis area must not deform elastically under load, otherwise the position of the wheels would change. Lightweight handlebars reduce the unsprung mass of the axle and therefore increase the agility of the chassis. Stiff handlebars must either have a large component cross-section or a high modulus of elasticity (modulus of elasticity). The modulus of elasticity is a material property. Materials with a high modulus of elasticity usually also have a high density. However, large component cross sections and high density materials are counterproductive for lightweight construction. Consequently, handlebars in the chassis area require high rigidity combined with good vibration damping, which is contradictory in itself. In addition, such vehicle parts must be lightweight.
Idealerweise bestehen Fahrzeugbauteile, beispielsweise Lenker, aus einer Aluminiumlegierung. Heute ist der Herstellungsprozess von geschmiedeten Aluminium-Lenkern folgender: Gießen der Legierung in Blöcken oder Strängen mit Durchmessern von etwa 800 bis 1500 mm Durchmesser; Ultraschallprüfen auf innere Fehler und gegebenenfalls Abtrennen der fehlerhaften Bereiche; Heißstrangpressen der Blöcke zu Stangen mit etwa 20 bis 100 mm Durchmesser und etwa 12 m Länge; Ablängen der Stangen zu Längen von etwa 300 bis 600 mm; Wiedererwärmen der Stangen, Schmieden, Entgraten und Wärmebehandeln der Bauteile. Eine solche Herstellung von Fahrzeugbauteilen ist jedoch aufwändig und kostenintensiv.Ideally vehicle components, such as handlebars, are made of aluminum alloy. Today, the production process of forged aluminum handlebars is as follows: casting the alloy in blocks or strands with diameters of about 800 to 1500 mm in diameter; Ultrasonic testing for internal faults and, if necessary, separation of the faulty areas; Hot extrusion of the blocks into rods of about 20 to 100 mm in diameter and about 12 m in length; Cutting the bars to lengths of about 300 to 600 mm; Reheating the bars, forging, deburring and heat treating the components. However, such a production of vehicle components is complicated and expensive.
Für Fahrzeugbauteile, beispielsweise für Fahrwerklenker, werden deshalb Werkstoffe gesucht, die einerseits eine geringe Dichte und andererseits einen hohen E-Modul besitzen. Ferner sollen sie gut herzustellen und zu bearbeiten sein. Ein guter Korrosionsschutz, eine hohe Festigkeit und moderate Dehnungen bei attraktiven Kosten sind ebenfalls notwendig.For vehicle components, for example for suspension arms, therefore materials are sought, on the one hand have a low density and on the other hand, a high modulus of elasticity. Furthermore, they should be easy to prepare and to process. Good corrosion protection, high strength and moderate elongation at attractive cost are also necessary.
Aluminium-Legierungen mit höherem E-Modul sind an sich bereits bekannt. Sie bestehen insbesondere aus Aluminiumpulvermischungen mit Siliziumcarbidpulver oder Aluminiumoxidpulver, welche anschließend heißisostatisch gepresst und/oder heißstranggepresst werden. Nachteilig hierbei ist der aufwändige und teure Herstellungsprozess.Aluminum alloys with higher modulus of elasticity are already known per se. They consist in particular of aluminum powder mixtures with silicon carbide powder or aluminum oxide powder, which are then hot isostatically pressed and / or hot-pressed. The disadvantage here is the complex and expensive production process.
Ausgehend vom genannten allgemeinen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass metallische Bauteile, insbesondere metallische Leichtbauteile auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden können. Weiterhin soll ein entsprechend verbessertes metallisches Bauteil bereitgestellt werden.Based on the above-mentioned general state of the art, the present invention has the object of developing a method of the type mentioned in such a way that metallic components, in particular metallic lightweight components can be produced in a simple and cost-effective manner. Furthermore, a correspondingly improved metallic component is to be provided.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch das metallische Bauteil mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 11. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, vollinhaltlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen metallischen Bauteil, und umgekehrt, so dass hinsichtlich der Offenbarung der einzelnen Erfindungsaspekte wechselseitig vollumfänglich Bezug genommen wird.This object is achieved by the method for producing a metallic component with the features according to independent claim 1 and by the metallic component having the features according to independent claim 11. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the Drawing. In this case, features and details which are described in connection with the method according to the invention are also valid in their entirety in connection with the metallic component according to the invention, and vice versa, so that reciprocal reference is made to each other with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention.
Überraschender Weise wurde herausgefunden, dass sich metallische Bauteile, die den oben genannten Anforderungen genügen, mittels eines Sprühverfahrens herstellen lassen. Ein Sprühverfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass aus einer Schmelze, die sich insbesondere in einem Gefäß oder Tiegel befindet, vorzugsweise über eine Düse, ein flüssiger Sprühstrahl austritt, wobei der Sprühstrahl auf eine Auftragfläche gesprüht wird. Dabei erstarrt der zunächst flüssige Sprühstrahl wieder, wodurch das herzustellende metallische Bauteil entsteht. Wie dies im Einzelnen geschieht, wird im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.Surprisingly, it has been found that metallic components which satisfy the above-mentioned requirements can be produced by means of a spraying process. A spray method is characterized in particular by the fact that a liquid spray jet emerges from a melt, which is in particular in a vessel or crucible, preferably via a nozzle, the spray jet being sprayed onto an application surface. In this case, the initially liquid spray solidifies again, whereby the metallic component to be produced arises. How this is done in detail will be explained later in the description.
Es ist bereits grundsätzlich bekannt, dass Metallschmelzen mit hohen Legierungsanteilen durch das so genannte Sprühkompaktieren herstellbar sind und durch die rasche Erstarrung gute Eigenschaften besitzen. Es ist das Verdienst der Erfinder, erkannt zu haben, dass das Herstellen metallischer Bauteile mittels eines Sprühverfahrens auch für metallische Bauteile genutzt werden kann, die eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig guter Schwingungsdämpfung aufweisen und die zudem leicht sind, so wie beispielsweise für die weiter oben genannten Bauteilbeispiele im Fahrzeugbereich, insbesondere für Fahrwerklenker.It is already known in principle that metal melts with high alloy contents can be produced by the so-called spray compacting and have good properties due to the rapid solidification. It is the merit of the inventors to have realized that the production of metallic components by means of a spraying process can also be used for metallic components which have a high rigidity with at the same time good vibration damping and which are furthermore light, as for example for the ones mentioned above Component examples in the vehicle sector, in particular for suspension arms.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils, insbesondere eines metallischen Fahrzeugbauteils, bereitgestellt, bei dem ein Körper, bestehend aus einer Leichtmetalllegierung, hergestellt und optional anschließend weiterverarbeitet wird, wobei die Leichtmetalllegierung einen erhöhten E-Modul aufweist. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Körper mittels eines Sprühverfahrens aus einem flüssigen Sprühstrahl hergestellt wird, bei dem während des Erstarrungsvorgangs eine erste Legierungsphase in Form einer Matrix aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung und eine zweite Legierungsphase, die einen E-Modul aufweist, der größer ist als der E-Modul der ersten Legierungsphase, entsteht. According to the first aspect of the invention, a method is provided for producing a metallic component, in particular a metallic vehicle component, in which a body made of a light metal alloy is produced and optionally subsequently processed further, wherein the light metal alloy has an increased modulus of elasticity. The method according to the invention is characterized in that the body is produced by means of a spray process from a liquid spray in which during the solidification process, a first alloy phase in the form of a matrix of light metal or a light metal alloy and a second alloy phase having an E-modulus greater than the modulus of elasticity of the first alloy phase, arises.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils, das heißt eines Bauteils, welches aus Metall besteht. Dabei ist die Erfindung grundsätzlich nicht auf bestimmte Typen von Bauteilen beschränkt. Bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren metallische Fahrzeugbauteile hergestellt. Auch diesbezüglich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Bauteiltypen beschränkt. Beispielsweise kann mit dem Verfahren ein metallisches Bauteil in Form eines Bauteils im Fahrwerkbereich, eines Lenkers im Fahrwerkbereich, eines Schwenklagers, eines Radträgers, eines Querträgers, eines Strukturteils im Fahrwerk, oder eines Bauteils zum Erhalt der Fahrgastzelle im Crashfall hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden mit dem Verfahren Fahrwerklenker oder Schwenklager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, hergestellt.The invention relates to a method for producing a metallic component, that is a component which consists of metal. The invention is basically not limited to certain types of components. Metallic vehicle components are preferably produced by the method according to the invention. Also in this regard, the invention is not limited to specific types of components. For example, with the method, a metallic component in the form of a component in the chassis, a handlebar in the chassis, a pivot bearing, a wheel, a cross member, a structural part in the chassis, or a component to obtain the passenger compartment in the event of a crash are produced. In a preferred embodiment, the method produces suspension links or pivot bearings, in particular for motor vehicles.
Mit dem Verfahren wird ein Körper hergestellt, der aus einer Leichtmetalllegierung besteht. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Arten von Leichtmetalllegierungen beschränkt. Eine Legierung ist generell ein Gemenge, welches durch das Verschmelzen von zwei oder mehreren Materialien entstanden ist, wobei zumindest ein Material ein Metall ist. Leichtmetalle sind insbesondere solche Metalle, die eine geringe Dichte von weniger als 5 g/cm3 aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird mit dem Verfahren ein Körper hergestellt, der aus einer Aluminiumlegierung besteht. Bei einem herzustellenden Körper handelt es sich allgemein um ein Objekt, welches Raum einnimmt und Masse hat. Beispielsweise kann es sich bei dem herzustellenden Körper um einen Block handeln.With the method, a body is made, which consists of a light metal alloy. The invention is not limited to certain types of light metal alloys. An alloy is generally a mixture formed by the fusion of two or more materials, wherein at least one material is a metal. Light metals are in particular those metals which have a low density of less than 5 g / cm3. In a preferred embodiment, the method produces a body made of an aluminum alloy. A body to be produced is generally an object that occupies space and has mass. For example, the body to be manufactured may be a block.
Je nach Ausgestaltung des Verfahrens kann der herzustellende Körper gleich das Endprodukt sein. In diesem Fall handelt es sich bei dem Körper um das herzustellende metallische Bauteil. In anderer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der zunächst hergestellte Körper in sich anschließenden Verfahrensschritten zu dem metallischen Bauteil weiterverarbeitet wird. In einem solchen Fall handelt es sich bei dem hergestellten Körper um ein Ausgangsprodukt für das weitere Herstellungsverfahren, beispielsweise um ein Halbzeug oder ein Halbfertigprodukt.Depending on the embodiment of the method, the body to be produced may be the same as the end product. In this case, the body is the metallic component to be produced. In another embodiment, it can be provided that the initially produced body is further processed in subsequent process steps to the metallic component. In such a case, the produced body is a starting product for the further manufacturing process, for example a semifinished product or a semi-finished product.
Erfindungsgemäß weist die Leichtmetalllegierung zudem einen erhöhten E-Modul auf. Der E-Modul stellt einen Materialkennwert dar, der den Zusammenhang von Dehnung und Spannung beschreibt.According to the invention, the light metal alloy also has an increased modulus of elasticity. The modulus of elasticity represents a material characteristic that describes the relationship between strain and strain.
Die Herstellung eines solchen metallischen Körpers wird durch folgende Maßnahmen realisiert.The production of such a metallic body is realized by the following measures.
Erfindungsgemäß wird der Körper mittels eines Sprühverfahrens aus einem flüssigen Sprühstrahl hergestellt. Dies kann in der wie weiter oben beschriebenen Weise erfolgen, wobei die Erfindung grundsätzlich nicht auf bestimmte Typen von Sprühverfahren beschränkt ist. Wichtig ist lediglich, dass ein zunächst flüssiger Sprühstrahl, insbesondere in Form von Tröpfchen, versprüht wird, und dass der versprühte, zunächst noch flüssige Sprühstrahl erstarrt, wodurch der herzustellende Körper entsteht. Das Sprühen erfolgt bevorzugt aus einer Schmelze aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, die sich in einem Gefäß, einem Tiegel oder dergleichen befinden kann. Der flüssige Sprühstrahl tritt daraus aus, bevorzugt über eine Düse. Einige bevorzugte Ausführungsformen für Sprühverfahren werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.According to the invention, the body is produced by means of a spraying process from a liquid spray jet. This can be done in the manner described above, but the invention is basically not limited to certain types of spraying. It is only important that an initially liquid spray, in particular in the form of droplets, is sprayed, and that the sprayed, initially still liquid spray solidifies, whereby the body to be produced. The spraying preferably takes place from a melt of light metal or a light metal alloy, which can be located in a vessel, a crucible or the like. The liquid spray emerges from it, preferably via a nozzle. Some preferred embodiments of spraying methods will be described in more detail later in the description.
Bei dem Sprühverfahren entsteht während des Erstarrungsvorgangs erfindungsgemäß eine so genannte mehrphasige, beispielsweise eine zweiphasige, Legierung. Mehrphasige Legierungen entstehen bei einer schlechten Löslichkeit oder Mischbarkeit der einzelnen Elemente, so dass sich bei der Abkühlung mehrere Phasen bilden.In the spraying process, a so-called multi-phase, for example, a two-phase, alloy is produced according to the invention during the solidification process. Multiphase alloys result in poor solubility or miscibility of the individual elements, so that several phases form during cooling.
Erfindungsgemäß entsteht bei dem Sprühverfahren zunächst eine erste Legierungsphase in Form einer Matrix aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung. Bei der ersten Legierungsphase in Form der Matrix handelt es sich um dasjenige Material, in welches ein anderes Material eingebettet ist/wird. Die Matrix, und damit die erste Legierungsphase, stellt somit insbesondere das Basismaterial dar.According to the invention, a first alloy phase in the form of a matrix of light metal or a light metal alloy first results in the spraying process. The first alloy phase in the form of the matrix is the material in which another material is embedded. The matrix, and thus the first alloy phase, thus represents in particular the base material.
In die Matrix wird als anderes Material eine zweite Legierungsphase eingebettet, die während des Sprühverfahrens entstehen kann oder dieser beim Sprühen zugefügt wird. Hierbei kann beispielsweise ein Pulver in den Sprühstrahl geblasen oder diesem zugegeben werden, so dass die gewünschte oder fertige Legierung erst beim Sprühen entsteht. Die zweite Legierungsphase weist erfindungsgemäß einen E-Modul auf, der größer ist als der E-Modul der ersten Legierungsphase. In the matrix, as a second material, a second alloying phase is embedded, which may arise during the spraying process or is added during spraying. In this case, for example, a powder can be blown into the spray jet or added to it, so that the desired or finished alloy is formed only during spraying. According to the invention, the second alloy phase has an E-modulus which is greater than the E-modulus of the first alloy phase.
Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Typen von ersten und zweiten Legierungsphasen beschränkt. Bevorzugte Ausführungsbeispiele hierzu werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert. Basically, the invention is not limited to certain types of first and second alloy phases. Preferred embodiments of this will be explained in more detail in the course of the description.
Durch Verwendung von gesprühten Körpern lassen sich metallische Bauteile, insbesondere metallische Fahrzeugbauteile, bevorzugt metallische Fahrwerklenker oder Schwenklager herstellen, die gegenüber dem eingangs genannten allgemeinen Stand der Technik einen erhöhten E-Modul aufweisen. Auf eine Ultraschall-Prüfung kann im Gegensatz zum Stand der Technik verzichtet werden. Sofern der durch das Sprühverfahren hergestellte Körper in nachfolgenden Verfahrensschritten weiterverarbeitet wird, ähnelt der Herstellprozess insbesondere dem herkömmlichen Herstellungsverfahren metallischer Bauteile, wodurch die Prozesskosten bekannt und moderat sind. Insbesondere kann der durch das Sprühverfahren hergestellte Körper anschließend heißstranggepresst, abgelängt und warmgeschmiedet werden.By using sprayed bodies, it is possible to produce metallic components, in particular metallic vehicle components, preferably metal chassis control arms or pivot bearings, which have an increased modulus of elasticity compared to the general state of the art mentioned above. Ultrasonic testing can be dispensed with in contrast to the prior art. If the body produced by the spray process is further processed in subsequent process steps, the production process is particularly similar to the conventional manufacturing process of metallic components, whereby the process costs are known and moderate. In particular, the body produced by the spraying process can then be hot-extruded, cut to length and hot-forged.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Körper mittels eines Sprühkompaktierverfahrens hergestellt. Das Sprühkompaktierverfahren ist an sich bereits bekannt. Nach diesem Verfahren wird eine flüssige Metallschmelze, die sich in einem Gefäß, einem Tiegel oder dergleichen befindet, bevorzugt über einen Verteiler geführt und durch eine Düse als flüssiger Sprühstrahl auf eine Auftragfläche aufgesprüht. Durch die Düse, bevorzugt kombiniert mit einer geeigneten Gasströmung, wird der flüssige Sprühstrahl in eine große Anzahl von Tröpfchen zerrissen und, bevorzugt durch den Gasstrom, in Richtung der Auftragfläche geschleudert. Auf der Auftragfläche werden die flüssigen Schmelztröpfchen zu einem festen Körper kompaktiert. Je nach Ausführungsform kann die Auftragfläche, die auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein kann, weggeschwenkt oder rotiert werden, so dass unterschiedliche Körperformen entstehen. Das Sprühkompaktierverfahren ist billiger, einfacher und genauer als die aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Pulvermischungen. Durch die rasche Erstarrung der Schmelztröpfchen entstehen zudem gute Eigenschaften des resultierenden Körpers.In a preferred embodiment, the body is manufactured by means of a spray-compacting process. The spray compacting process is already known per se. According to this method, a molten metal melt, which is located in a vessel, a crucible or the like, preferably passed through a manifold and sprayed through a nozzle as a liquid spray jet on an application surface. Through the nozzle, preferably combined with a suitable gas flow, the liquid spray jet is torn into a large number of droplets and, preferably by the gas flow, thrown in the direction of the application surface. On the application surface, the liquid melt droplets are compacted to a solid body. Depending on the embodiment, the application surface, which can be formed in different ways, are pivoted away or rotated, so that different body shapes arise. The spray-compacting process is cheaper, easier and more accurate than the powder blends known from the general state of the art. Due to the rapid solidification of the melt droplets also good properties of the resulting body.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der Körper durch Sprühen in einem 3D-Drucker hergestellt. In einem 3D-Drucker werden dreidimensionale Körper in Form von Schichten aufgebaut.In another preferred embodiment, the body is made by spraying in a 3D printer. In a 3D printer, three-dimensional bodies are built up in the form of layers.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Legierungsphase in situ beim Sprühen aus dem flüssigen Sprühstrahl, das heißt unmittelbar in dem zunächst flüssigen und nach und nach erstarrenden Sprühstrahl, gebildet. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Legierungshase als festes Pulver dem flüssigen Sprühstrahl zugefügt. Beispielsweise kann in einem solchen Fall die zweite Legierungsphase dem flüssigen Sprühstrahl in Form eines Pulverstrahls beigemischt werden.In a preferred embodiment, the second alloy phase is formed in situ during spraying from the liquid spray jet, ie directly in the initially liquid and gradually solidifying spray jet. In another preferred embodiment, the second alloy phase is added as a solid powder to the liquid spray jet. For example, in such a case, the second alloy phase may be admixed with the liquid spray jet in the form of a powder jet.
Bevorzugt wird der Körper aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Dabei besteht die erste Legierungsphase, welche die Matrix bildet, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung der 6000er Serie. Hierdurch ist ein guter Korrosionsschutz gegeben. Aluminiumlegierungen der 6000er Serie werden bevorzugt im Fahrzeugbau verwendet. Bei diesen Legierungen handelt es sich um die Legierungsgruppe „Aluminium - Magnesium-Siliziumlegierungen“.Preferably, the body is made of an aluminum alloy. In this case, the first alloy phase which forms the matrix consists of aluminum or an aluminum alloy, in particular of an aluminum alloy of the 6000 series. This gives good corrosion protection. Aluminum alloys of the 6000 series are preferably used in vehicle construction. These alloys are the alloy group "aluminum-magnesium-silicon alloys".
Bevorzugt weist die zweite Legierungsphase einen E-Modul auf, der größer 70 GPa, vorzugsweise größer 100 GPa, bevorzugt größer 120 GPa ist. In jedem Fall muss der E-Modul der zweiten Legierungsphase größer als der E-Modul der ersten Legierungsphase, bevorzugt größer als der E-Modul von Aluminium, sein.The second alloy phase preferably has an E-modulus which is greater than 70 GPa, preferably greater than 100 GPa, preferably greater than 120 GPa. In any case, the modulus of elasticity of the second alloy phase must be greater than the modulus of elasticity of the first alloy phase, preferably greater than the modulus of elasticity of aluminum.
In bevorzugten Ausführungsformen besteht die zweite Legierungsphase aus Si (Silicium), oder Mg2Si (Magnesiumsilicid), oder oxidischen Partikeln, oder nitridischen Partikeln, oder boridischen Partikeln, oder Aluminiumoxid Al2O3, oder Titannitrid TiN, oder Bornitrid BN. Silizium beispielsweise hat einen E-Modul zwischen 130 GPa und 190 GPa.In preferred embodiments, the second alloy phase consists of Si (silicon), or Mg 2 Si (magnesium silicide), or oxide particles, or nitride particles, or boride particles, or Al 2 O 3 or Titanium nitride TiN, or boron nitride BN. Silicon, for example, has an E-modulus between 130 GPa and 190 GPa.
Wie oben schon allgemein geschildert wurde, kann der Körper mittels des Sprühverfahrens aus dem flüssigen Sprühstrahl auf unterschiedlich ausgestaltete Auftragflächen aufgesprüht werden. Beispielsweise kann der Körper aus dem flüssigen Sprühstrahl direkt in eine Form gesprüht werden. So kann ein metallisches Bauteil direkt durch das Sprühverfahren hergestellt werden, gegebenenfalls mit einem sich daran anschließenden Schmiedeschritt. In einer anderen Ausführungsform kann der Körper aus dem flüssigen Sprühstrahl auf ein Substrat aufgesprüht werden. Bei einem Substrat handelt es sich insbesondere um eine Unterlage, einen Boden oder dergleichen. Wenn das Substrat während des Sprühvorgangs weggeschwenkt, etwa nach unten weggefahren wird, entsteht ein Körper, der insbesondere die Form eines Blocks hat. In noch einer anderen Ausführungsform kann der Körper aus dem flüssigen Sprühstrahl auf einen Kern aufgesprüht werden. Bei dem Kern, beispielsweise einem Stab, kann es sich beispielsweise um einen rotierenden Kern handeln. Der Kern kann aus einem Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Der Kern kann aus einem Material der ersten Legierungsphase bestehen. Auf diese Weise kann in dem resultierenden metallischen Bauteil, beispielsweise in einem Lenker oder einem Strangpressbolzen, ein weicher Kern gebildet werden.As has already been generally described above, the body can be sprayed by means of the spray process from the liquid spray jet to differently designed application surfaces. For example, the body can be sprayed from the liquid spray directly into a mold. Thus, a metallic component can be produced directly by the spraying process, optionally with an adjoining forging step. In another embodiment, the body may be sprayed from the liquid spray onto a substrate. A substrate is in particular a base, a floor or the like. When the substrate is pivoted away during the spraying process, it is moved downwards, resulting in a body, which in particular has the shape of a block. In yet another embodiment, the body may be sprayed from the liquid spray onto a core. The core, for example a rod, may, for example, be a rotating core. The core may be made of a light metal, for example aluminum or an aluminum alloy. The core may consist of a material of the first alloy phase. In this way, in the resulting metallic component, for example in a handlebar or an extrusion pin, a soft core can be formed.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung kann der Körper oder das metallische Bauteil nach der Herstellung mit einer Schicht aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, insbesondere einer Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung umgeben, insbesondere ummantelt oder dünn umgossen, werden. Dadurch wird eine sehr gute Korrosionseigenschaft an der Oberfläche des Körpers beziehungsweise des metallischen Bauteils erzeugt. Insbesondere kann der gesprühte Körper mit einer unverstärkten dünnen Aluminiumlegierung umgeben werden. In a further preferred embodiment, the body or the metallic component can after production with a layer of light metal or a light metal alloy, in particular a layer of aluminum or an aluminum alloy surrounded, in particular sheathed or thin cast. As a result, a very good corrosion property is produced on the surface of the body or of the metallic component. In particular, the sprayed body can be surrounded with an unreinforced thin aluminum alloy.
Je nach Ausgestaltung des Verfahrens kann der Körper nach seiner Herstellung durch das Sprühverfahren noch weiterverarbeitet werden. Dies kann auf unterschiedlichste Weise erfolgen. Beispielsweise kann der gesprühte Körper im Wege der Weiterverarbeitung an einem weiteren metallischen Bauteil angeordnet und/oder heißstranggepresst und/oder heißisostatisch gepresst und/oder abgelängt und/oder warmgeschmiedet werden. Dabei sind auch beliebige Kombinationen der einzelnen Weiterverarbeitungsprozeduren möglich. Wenn der gesprühte Körper an einem weiteren Bauteil angeordnet wird, kann der Körper beispielsweise an ein Bauteil mit einer anderen Leichtmetalllegierung, beispielsweise an ein Bauteil aus Aluminium, angeschweißt werden, beispielsweise mittels Laser, Elektronenstrahl oder durch Reibschweißen. Dadurch lassen sich metallische Bauteile, beispielsweise Fahrzeugbauteile, insbesondere Lenker individuell werkstoffspezifisch designen.Depending on the embodiment of the method, the body can be further processed after its production by the spray process. This can be done in different ways. For example, the sprayed body can be arranged by means of further processing on a further metallic component and / or hot-extruded and / or hot isostatically pressed and / or cut to length and / or hot forged. Any combinations of the individual further processing procedures are also possible. For example, when the sprayed body is placed on another component, the body can be welded to a component with another light metal alloy, such as an aluminum component, for example by laser, electron beam, or by friction welding. As a result, metallic components, for example vehicle components, in particular handlebars, can be individually designed for specific materials.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es insbesondere möglich, metallische Fahrzeugbauteile, insbesondere Fahrwerklenker oder Schwenklager aus Aluminium mit erhöhtem E-Modul herzustellen. Insbesondere lassen sich metallische Bauteile, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, herstellen, die Festigkeiten von genau oder etwa 400 MPa bei Dehnungen von genau oder etwa 10% und einen E-Modul von über 80 GPa besitzen.The method according to the invention makes it possible, in particular, to produce metallic vehicle components, in particular suspension arms or pivot bearings made of aluminum, with an increased modulus of elasticity. In particular, it is possible to produce metallic components, preferably of an aluminum alloy, which have strengths of exactly or approximately 400 MPa at elongations of exactly or approximately 10% and an E-modulus of more than 80 GPa.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein metallisches Bauteil, insbesondere ein metallisches Fahrzeugbauteil, bereitgestellt, aufweisend einen Körper aus einer Leichtmetalllegierung, der mittels eines Sprühverfahrens aus einem flüssigen Sprühstrahl hergestellt ist und der eine erste Legierungsphase in Form einer Matrix aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung und eine zweite Legierungsphase, die einen E-Modul aufweist, der größer ist als der E-Modul der ersten Phase, aufweist.According to the second aspect of the invention, there is provided a metallic member, in particular a metal vehicle component, comprising a body of a light metal alloy produced by spray from a liquid spray and having a first alloy phase in the form of a light metal or light alloy matrix and a second alloy phase having an E-modulus greater than the E-modulus of the first phase.
Bezüglich der Eigenschaften, der Funktionsweise, der Merkmale und Details des metallischen Bauteils wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen, wo auch die einzelnen Komponenten des metallischen Bauteils bereits im Detail beschrieben sind.With regard to the properties, the mode of operation, the features and details of the metallic component, in order to avoid repetition, reference is made in its entirety to the above explanations of the method according to the invention and referenced, where the individual components of the metallic component have already been described in detail.
Vorzugsweise besteht der Körper aus einer Aluminiumlegierung, wobei die erste Legierungsphase aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung der 6000er Serie besteht. Der E-Modul der zweiten Legierungsphase ist insbesondere größer 70 GPa, vorzugsweise größer 100 GPa, bevorzugt größer 120 GPa. Bevorzugt besteht die zweite Legierungsphase aus Si, oder Mg2Si, oder oxidischen Partikeln, oder nitridischen Partikeln, oder boridischen Partikeln, oder Al2O3, oder TiN, oder BN.Preferably, the body is made of an aluminum alloy, wherein the first alloy phase consists of aluminum or an aluminum alloy, in particular of a 6000 series aluminum alloy. The modulus of elasticity of the second alloy phase is in particular greater than 70 GPa, preferably greater than 100 GPa, preferably greater than 120 GPa. Preferably, the second alloy phase is Si, or Mg 2 Si, or oxide particles, or nitride particles, or boridic particles, or Al 2 O 3, or TiN, or BN.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das metallische Bauteil durch ein wie vorstehend beschriebenes, erfindungsgemäßen Verfahren erhalten.In a preferred embodiment, the metallic component is obtained by a method according to the invention as described above.
Insbesondere kann das metallische Bauteil als ein Bauteil im Fahrwerkbereich, ein Lenker im Fahrwerkbereich, ein Schwenklager, ein Radträger, ein Querträger, ein Strukturteil im Fahrwerk, oder ein Bauteil zum Erhalt der Fahrgastzelle im Crashfall ausgebildet sein.In particular, the metallic component may be formed as a component in the chassis area, a handlebar in the chassis area, a pivot bearing, a wheel carrier, a cross member, a structural part in the chassis, or a component for obtaining the passenger compartment in the event of a crash.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Figur genauer beschrieben, in der:
-
1 in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
-
1 in a schematic representation of a preferred embodiment of the method according to the invention
In dem Sprühkompaktierverfahren
In einem Schmelztiegel
Der sprühkompaktierte Körper
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Metallisches BauteilMetallic component
- 101101
- Körperbody
- 102102
- Sprühkompaktierverfahrenspray compacting
- 103103
- Schmelztiegelmelting pot
- 104104
- Aluminium-LegierungsschmelzeAluminum alloy melt
- 105105
- Düsejet
- 106106
- Metalltropfenmetal drops
- 107107
- Substratsubstratum
- 108108
- HeißstrangpressschrittHot extrusion step
- 109109
- Ablängschrittcutting step
- 110110
- WarmschmiedeschrittHot forging step
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017201513.6A DE102017201513A1 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Metallic component and method for its production |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE102017201513.6A DE102017201513A1 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Metallic component and method for its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE102017201513A1 true DE102017201513A1 (en) | 2018-08-02 |
Family
ID=62843475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102017201513.6A Ceased DE102017201513A1 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Metallic component and method for its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102017201513A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112387968A (en) * | 2020-11-16 | 2021-02-23 | 合肥工业大学 | Process method for preparing high-strength aluminum alloy multi-rib variable-section complex component |
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Legal Events
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| R016 | Response to examination communication | ||
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| R003 | Refusal decision now final |