DE10232159A1

DE10232159A1 - Verschleißfester gestreckter Körper aus Aluminiumlegierung, Herstellungsverfahren dafür und Kolben für Auto-Klimaanlage

Info

Publication number: DE10232159A1
Application number: DE10232159A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Sato; Takayuki Kato; Norikazu Deto; Masashi Nojiri; Toshiya Ikeda; Yoshihiro Nakai; Yoshiki Kishikawa; Kiyotaka Utsunomiya
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2022-07-17
Also published as: JP2003027171A; US7618502B2; JP4633972B2; US20070251666A1; US20030026726A1; DE10232159B4

Abstract

Der verschleißfeste gestreckte Körper aus Aluminiumlegierung (10) enthält 7-13 Massen-% Si, 0,001-0,3 Massen-% Eisen, 2,0-5,0 Massen-% Cu, 0,3-1,0 Massen-% Mg, 0,001-0,3 Massen-% Mn, 0,001-0,3 Massen-% Cr, 0,003-0,03 Massen-% Sr, 0,005-0,05 Massen-% Ti und Rest Al und unvermeidliche Verunreinigungen. Die Größe der im gestreckten Körper vorhandenen Si-Körner ist im Mittel höchstens 10 mum und maximal höchstens 30 mum, und die Größe der Si-Körner in einem Bereich von bis zu 1,5 mm Tiefe von der Oberfläche ist im Maximalwert höchstens 6 mum. Ferner ist das Kristallgefüge der Al-Legierung eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem warmgewalzten Gefüge, einem umkristallisierten Gefüge und einem gemischten Gefüge aus warmgewalztem Gefüge und umkristallisiertem Gefüge besteht.

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen verschleißfesten gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung mit überlegener Scherschneideigenschaft, ein Herstellungsverfahren dafür und einen Kolben für eine Auto-Klimaanlage, der den verschleißfesten gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung einschließt.

Beschreibung des Standes der Technik

Gegossene Aluminiumlegierung, die 7 bis 13 Massen-% Silizium, 2,0 bis 5,0 Massen-% Kupfer und 0,3 bis 1,0 Massen-% Magnesium enthält, hat ein geringes Gewicht und besitzt überlegene Verschleißfestigkeit und mechanische Eigenschaften. Deshalb wird die Legierung für Elemente wie Kolben für Auto- Klimaanlagen verwendet, die solche überlegenen Eigenschaften erfordern. In der Legierung dieses Typs wird die Menge der kristallisierten Siliziumkörner gesteuert, um sowohl Verschleißfestigkeit als auch mechanische Eigenschaften zu erreichen.

JP-OS 64-17834 schlägt zum Beispiel eine repräsentative verschleißfeste Aluminiumlegierung mit hoher Festigkeit vor. Die in dieser Offenlegungsschrift offenbarte Aluminiumlegierung wird durch Gießen, wie Strangguß oder halbkontinuierliches Gießen nach dem Verfahren mit fester Form, bei hoher Abkühlgeschwindigkeit hergestellt. Im inneren Gefüge des durch dieses Verfahren hergestellten Gußblocks ist die Größe der eutektischen Siliziumkörner höchstens 8 µm, die Korngröße ist gleichförmig, und die Körner sind gleichförmig verteilt. Zur Aluminiumlegierung in diesem Beispiel werden zur Reduzierung der Größe der Siliziumkörner Titan und Bor mit höchstens 0,25 Massen-% insgesamt hinzugegeben, und nach dem Guß wird das Abkühlen mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 4°C/s durchgeführt. Als Ergebnis wird die Oberflächenhärte auf 67 bis 75 gemäß der F-Skala der Rockwell-Härte gesteuert. Ferner wird eine geeignete Menge Legierungskomponente zur Steigerung der Zähigkeit der Aluminiumlegierungsmatrix hinzugegeben. Dies soll das folgende Problem lösen. Und zwar sind in einem Gußblock, der mit dem gegossenen Gefüge in intakter Form verwendet wird, die Siliziumkörner an der Korngrenze zum Zeitpunkt der Verfestigung isoliert, und zum Zeitpunkt des Scherschneidens verändert ein Riß seine Richtung entlang der isolierten Siliziumkörner, was es schwierig macht, eine glatte geschnittene Oberfläche zu erhalten.

Durch solche Maßnahmen erhält die in der zuvor genannten Offenlegungsschrift offenbarte Aluminiumlegierung eine flache Scheroberfläche, wenn sie schergeschnitten wird, und wird weniger anfällig für Sprödbeschädigung, und zwar besitzt die Aluminiumlegierung eine sogenannte zufriedenstellende Scherschneideigenschaft.

Das in der zuvor genannten Offenlegungsschrift offenbarte Verfahren zur Herstellung der Aluminiumlegierung beinhaltet jedoch hohe Kosten für Einrichtungen zur Durchführung des schnellen Abkühlens nach dem Guß, und die Produktivität ist nicht sehr hoch, da das Herstellungsverfahren halbkontinuierlich ist.

Daher haben die Autoren der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren untersucht, das nicht den oben beschriebenen schnellen Abkühlungsschritt beinhaltet und das die Produktivität im Strangguß steigert. Als Ergebnis wurde gefunden, daß eine Legierung mit überlegener Scherschneideigenschaft durch ein Stranggußverfahren mit hoher Produktivität erhalten werden kann, welches eine Stranggußmaschine nach dem Verfahren mit beweglicher Form, dargestellt durch eine Properzi-Stranggußmaschine, mit Warmwalzen kombiniert, obwohl sich der Bereich der Siliziumkornverteilung verbreitert.

Das stranggegossene, gewalzte Element, das durch das von den Autoren der vorliegenden Erfindung untersuchte Verfahren erhalten wird, besteht aus einem Warmwalzgefüge, einem umkristallisierten Gefüge oder einem gemischten Gefüge aus Warmwalzgefüge und umkristallisiertem Gefüge. Daher weist das Element zum Zeitpunkt des Scherschneidens einen zufriedenstellenderen Querschnitt als der herkömmliche Gußblock auf, in dem grobe Siliziumkörner an der Korngrenze der Matrix isoliert sind.

Wenn das Gußverfahren verwendet wird, wird eine Kondensatzone, eine Wellenmarkierung, eine äußere Beschädigung oder dergleichen auf der Oberfläche des Gußblocks erzeugt. Wenn solche Defekte nicht entfernt werden, folgt daraus ein Schneidriß zum Zeitpunkt des Scherschneidens, ein Schmiederiß folgt zum Zeitpunkt des Schmiedens, und Ermüdungsfestigkeit und dergleichen im Endprodukt nehmen ab. Daher wird das Oberflächenschneidverfahren allgemein vor dem Scherschneiden durchgeführt.

Das Oberflächenschneiden eines gestreckten Körpers schließt ein Schälverfahren ("peeling process") zum Abschaben mit einem Schneidwerkzeug und ein Würfel-Abziehverfahren ("diceskinning process") zum Abschaben mittels eines fixierten Würfels ein.

Fig. 6 stellt das Schälverfahren dar, in dem die Oberfläche des Werkstücks 1 durch Verwendung eines Schneidwerkzeugs 2 abgeschabt wird. Fig. 7 stellt das Würfel-Abziehverfahren dar, in dem die Oberfläche des Werkstücks 1 durch einen fixierten Würfel abgeschabt wird. Allgemein ist die Produktivität des Würfel-Abziehverfahrens höher als diejenige des Schälverfahrens. Das Würfel-Abziehverfahren ist jedoch wegen der folgenden Einschränkungen schwierig beim Gießen gemäß dem herkömmlich durchgeführten Verfahren mit fester Form, einschließlich desjenigen, das in der JP-OS 64-17834 offenbart wird, und daher wird das Schälverfahren verwendet.

Und zwar besitzt der Gußblock, der durch Strangguß nach dem Verfahren mit fester Form hergestellt wurde, ein Gußgefüge, und daher ist das Würfel-Abziehverfahren nicht möglich. Im Würfel-Abziehverfahren wird, bezugnehmend auf Fig. 7, ein Würfel verwendet, der aus einem Paar von Zentrierwürfeln 3 und einem Abziehwürfel 4 besteht. Der Zentrierwürfel 3 übt in einem geringen Ausmaß eine Kaltumformung am Werkstück aus, um das Werkstück 1, das zum Abziehwürfel 4 geführt wird, zu zentrieren. Hier kann der Gußblock als Werkstück der Kaltumformung nicht standhalten und bricht.

Im Gegensatz besitzt ein bandgewalztes Element eine bessere Verarbeitbarkeit im Vergleich mit dem Gußblock und hält der Kaltumformung stand, da das Warmwalzgefüge durch den Warmwalzschritt gebildet wird. Die Aluminiumlegierungen mit den bis heute offenbarten Zusammensetzungen leiden jedoch an den Problemen von Bruch und Oberflächenabschälung (Oberflächenaufrauhung), wenn das stranggegossene, gewalzte Element dem Würfel-Abziehverfahren unterworfen wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verschleißfesten gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung mit überlegener Scherschneideigenschaft und sowohl hoher Ermüdungsfestigkeit als auch hoher Verschleißfestigkeit, der dem Würfel-Abziehverfahren standhalten kann, ein Herstellungsverfahren dafür und einen Kolben für eine Auto- Klimaanlage, die den verschleißfesten gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung einschließt, bereitzustellen.

Der verschleißfeste gestreckte Körper aus Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält wenigstens 5 Massen-% und höchstens 13 Massen-% Silizium (Si), wenigstens 0,001 Massen-% und höchstens 0,3 Massen-% Eisen (Fe), wenigstens 2,0 Massen-% und höchstens 5,0 Massen-% Kupfer (Cu), wenigstens 0,3 Massen-% und höchstens 1,0 Massen-% Magnesium (Mg), wenigstens 0,001 Massen-% und höchstens 0,3 Massen-% Mangan (Mn), wenigstens 0,001 Massen-% und höchstens 0,3 Massen-% Chrom (Cr), wenigstens 0,003 Massen-% und höchstens 0,03 Massen-% Strontium (Sr) und wenigstens 0,005 Massen-% und höchstens 0,05 Massen-% Titan (Ti) und Rest Aluminium (Al) und unvermeidliche Verunreinigungen. Die Größe der im gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung vorhandenen Siliziumkörner beträgt 10 µm oder weniger im Durchschnitt und 30 µm oder weniger als Maximalwert, und die Größe der vorhandenen Siliziumkörner in einem Bereich von 1,5 mm Tiefe ab der Oberfläche beträgt 6 µm oder kleiner als Maximalwert. Ferner ist das Kristallgefüge der Aluminiumlegierung eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem warmgewalztem Gefüge, einem umkristallisiertem Gefüge und einem gemischten Gefüge aus warmgewalztem Gefüge und umkristallisiertem Gefüge besteht.

Im erfindungsgemäßen verschleißfesten gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung sollte der Eisengehalt vorzugsweise im Bereich von mehr als 0,2 Massen-% und höchstens 0,3 Massen-% sein, insbesondere um die Würfel-Abzieheigenschaft zu verbessern.

Im erfindungsgemäßen verschleißfesten gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung sollte die Oberflächenhärte der Aluminiumlegierung vorzugsweise im Bereich von wenigstens 50 und höchstens 90 Rockwell-Härte F-Skala sein, insbesondere um die Scherschneideigenschaft zu verbessern.

Ferner sollte die Oberflächenrauhigkeit der Aluminiumlegierung vorzugsweise auf höchstens 10 µm bezüglich Rmax eingestellt werden, um Rißbeeinflussung zu verhindern, die aus einer Unebenheit auf der Oberfläche zum Zeitpunkt des Scherschneidverfahrens resultiert.

Vorzugsweise verwendet der erfindungsgemäße Kolben für eine Auto-Klimaanlage den verschleißfesten gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung, der die oben beschriebene Struktur einschließt.

Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen verschleißfesten gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung schließt die folgenden Schritte ein.

a) Der Schritt des Erhaltens eines Gußkörpers durch Stranggießen von Aluminiumlegierung, so daß der sekundäre Armabstand der Dendriten höchstens 40 µm beträgt.
b) Der Schritt des Erhaltens eines gewalzten Körpers durch Warmwalzen des Gußkörpers in einem Temperaturbereich von wenigstens 350°C bis höchstens 500°C, wobei die Walzabnahme wenigstens 40% beträgt.
c) Der Schritt der Wärmebehandlung des gewalzten Körpers in einem Temperaturbereich von wenigstens 300°C bis höchstens 480°C für wenigstens 2 Stunden und höchstens 50 Stunden.

Wenn der gestreckte Körper aus Aluminiumlegierung durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren hergestellt wird, wird das Würfel-Abziehverfahren des resultierenden gewalzten Körpers erleichtert.

Es wird angemerkt, daß in der in JP-OS 64-17834 offenbarten Aluminiumlegierung dendritische sekundäre Körner sicher als federähnliche Kristalle existieren, wenn sie mit dem Mikroskop betrachtet werden. Das Gefüge besteht jedoch hauptsächlich aus säulenförmigen Kristallen, wenn es makroskopisch betrachtet wird, und daher unterscheidet sich das Gefüge von demjenigen der Aluminiumlegierung, die erfindungsgemäß erhalten wird.

Ferner wird im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des verschleißfesten gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung vorzugsweise das Würfel-Abziehverfahren auf der Oberfläche des gewalzten Körpers nach dem Schritt der Wärmebehandlung durchgeführt.

Wenn das Würfel-Abziehverfahren durchgeführt werden soll, wird die Oberflächenhärte des gewalzten Körpers bevorzugt im Bereich von wenigstens 45 bis höchstens 85 Rockwell-Härte F-Skala vor dem Schritt der Durchführung des Würfel- Abziehverfahrens eingestellt. Ferner beträgt die Menge des Abziehens durch den Würfel im Schritt des Würfel- Abziehverfahrens vorzugsweise höchstens 1 mm.

Der erfindungsgemäße verschleißfeste gestreckte Körper aus Aluminiumlegierung ist geeignet für eine Anwendung, die eine hohe Verschleißfestigkeit erfordert, wie als Kolben für eine Auto-Klimaanlage. Da der Körper dem Strangguß und Walzen unterworfen wird, kann speziell die Verschleißfestigkeit bemerkenswert verbessert werden, wenn eine bearbeitete Oberfläche senkrecht zum Fluß (Ausrichtung) entlang der Längsrichtung, die im Gefüge der resultierenden Aluminiumlegierung erzeugt wird, in eine Position gesetzt wird, die die Gleitoberfläche sein soll.

Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß ein verschleißfester gestreckter Körper aus Aluminiumlegierung, der eine hohe Ermüdungsfestigkeit und hohe Verschleißfestigkeit besitzt und zusätzlich eine überlegene Scherschneideigenschaft und Würfel-Abzieheigenschaft hat, erhalten werden. Somit kann ein Material bereitgestellt werden, das für ein Element geeignet ist, das überlegene Verschleißfestigkeit erfordert, wie ein Kolben für eine Auto- Klimaanlage.

Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung besser ersichtlich werden, zusammen mit den begleitenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen verschleißfesten gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Kolben für eine Auto-Klimaanlage als eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Korndurchmesser der größten Siliziumkörner, die im Bereich von bis herab zu 1,5 mm Tiefe von der Oberfläche existieren, und der Scherschneid- Defektrate darstellt,
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Oberflächenhärte (Rockwell-Härte F-Skala) und der Scherschneid-Defektrate darstellt,
Fig. 5 stellt die Scherschneid-Defektrate nach dem Schälverfahren und dem Würfel-Abziehverfahren dar,
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die das Schälverfahren darstellt,
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die das Würfel- Abziehverfahren darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ein verschleißfester gestreckter Körper aus Aluminiumlegierung 10, wie in Fig. 1 gezeigt, wird im Detail als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Gehalte der verschiedenen elementaren Komponenten der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung sind aus den folgenden Gründen beschränkt.
Zugabe von Kupfer und Magnesium bestimmt die Festigkeit. Falls deren Menge zu gering ist, würde die Festigkeit unzureichend sein, und falls die Menge zu hoch ist, setzt Sprödigkeit ein. Für eine Anwendung, die eine hohe Verschleißfestigkeit erfordert, wie der in Fig. 2 gezeigte Kolben 20 für eine Auto-Klimaanlage, wobei Verschleißfestigkeit und Würfel-Abzieheigenschaft berücksichtigt werden, ist es notwendig, daß der Kupfergehalt im Bereich von 2,0 bis 5,0 Massen-% und der Magnesiumgehalt im Bereich von 0,3 bis 1,0 Massen-% ist.
Zugabemenge, Korndurchmesser und Korndurchmesserverteilung von Silizium haben einen Einfluß auf die Verschleißfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit. Die Steuerung des Korndurchmessers und der Korndurchmesserverteilung hängt sehr vom Herstellungsverfahren ab. Gemäß JP-OS 64-17834 schließt das Herstellungsverfahren den Guß mit einer relativ hohen Abkühlgeschwindigkeit ein. In der vorliegenden Erfindung sind die Verteilung und die Variation der Abkühlgeschwindigkeit zulässig, und daher neigt die Größe der kristallisierten Siliziumkörner dazu, größer zu sein. Anders als in dem in JP-OS 64-17834 offenbarten Herstellungsverfahren wird jedoch die Zunahme der Größe der Siliziumkörner durch Zugabe von Strontium unterdrückt, und die Variation des Siliziumkorndurchmessers wird durch eine Wärmebehandlung gemildert, wodurch der Korndurchmesser und die Korndurchmesserverteilung der Siliziumkörner gesteuert werden können. Obwohl Strontium wirksam ist, um den primären Siliziumkristall kleiner zu machen, wird seine Zugabemenge im Bereich von 0,003 bis 0,03 Massen-% eingestellt. Wenn der Strontiumgehalt 0,03 Massen-% übersteigt, ist die Wirkung der Verkleinerung der Siliziumkörner gesättigt, während die Gasabsorption signifikant zunimmt. Wenn der Strontiumgehalt kleiner als 0,003 Massen-% ist, wird die Wirkung der Verkleinerung der Siliziumkörner nicht festgestellt.
In der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung ist die Obergrenze der Menge an zugegebenem Silizium auf die eutektische Zusammensetzung beschränkt. Daher wird die Ausdehnung des eutektischen Punktes erkannt, wenn im Nicht- Gleichgewichtszustand verfestigt wird, und daher wird die Obergrenze des Siliziumgehalts auf 13 Massen-% eingestellt. Wenn der Siliziumgehalt gering ist, wird der primäre Kristall der Aluminiumlegierung (α-Phase) grob, und daher wird die Untergrenze des Siliziumgehalts auf 7 Massen-% eingestellt.
Titan ist notwendig, um die α-Phase zu verringern. Wenn der Titangehalt geringer als 0,005 Massen-% ist, ist die Wirkung der Verringerung marginal, und wenn Titan mit mehr als 0,05 Massen-% hinzugegeben wird, ist die Wirkung erneut marginal.
Der Eisengehalt beträgt 0,001 bis 0,03 Massen-%, der Mangangehalt beträgt 0,001 bis 0,3 Massen-%, und der Chromgehalt beträgt 0,001 bis 0,3 Massen-%.
Wenn der Eisengehalt zu hoch ist, besteht eine Neigung zur Bildung grober Kristalle anderer hinzugegebener Elemente in der Legierung zum Zeitpunkt der Verfestigung der Aluminiumlegierung, was möglicherweise die mechanischen Eigenschaften der Legierung beschädigt. Daher wird der Eisengehalt auf höchstens 0,3 Massen-% eingestellt. Daher wird der Mangan- und Chromgehalt, welche grobe kristallisierte Substanzen mit Eisen bilden, ebenfalls auf höchstens 0,3 Massen-% eingestellt.
Um sowohl die Scherschneideigenschaft als auch die Abzieheigenschaft zu verbessern, sollte der Eisengehalt größer als 0,2 Massen-% und höchstens 0,3 Massen-% betragen.
Ferner wird in der vorliegenden Erfindung, um ein Rißvorgabephänomen zum Zeitpunkt des Scherschneidens zu vermeiden und um die Würfel-Abzieheigenschaft sicherzustellen, wie später beschrieben wird, die Größe der darin vorhandenen Siliziumkörner auf durchschnittlich 10 µm oder kleiner und 30 µm oder kleiner als Maximalwert eingestellt. Ferner wird die Größe der Siliziumkörner im Bereich bis zu einer Tiefe von 1,5 mm von der Oberfläche auf 6 µm oder kleiner als Maximalwert eingestellt.
Wenn die Größe der Siliziumkörner nicht auf diese Weise eingestellt wird, kann eine Aluminiumlegierung mit sowohl überlegener Scherschneideigenschaft als auch überlegener Würfel-Abzieheigenschaft selbst dann nicht erhalten werden, wenn der Bereich der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungszusammensetzung erfüllt wird, falls die Kupfer- und Magnesiumgehalte 3,0 Massen-% oder mehr bzw. 0,5 Massen-% oder mehr betragen. Die Ursache und die Beziehung zum Gefüge der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung können wie folgt sein.
Wenn ein großes Siliziumkorn von zum Beispiel mehr als 30 µm in der Aluminiumlegierung vorliegt, wird Rißbeeinflussung wahrscheinlicher zum Zeitpunkt des Scherschneidens. Ferner würde in der Anfangsstufe des Scherschneidens, d. h. wenn eine Scherschneidkraft an die Oberfläche angelegt wird, die Deformation des Materials groß sein, wenn nicht ein entsprechender Riß erzeugt wird, was die Möglichkeit der Erzeugung eines Hohlraums um das große Siliziumkorn erhöht. Ferner würde das Siliziumkorn gebrochen werden, und die Risse wären vorgegeben. Wenn die Größe der Deformation des Materials auf diese Weise zunimmt, wird selbst ein Siliziumkorn von weniger als 30 µm zur Ursache für die Rißvorgabe. Daher neigt ein Phänomen aufzutreten, in dem Rißvorgabe und Deformation einander beeinflussen. Daher ist es zur Erzeugung eines geeigneten Riß im Anfangsstadium des Scherschneidens erforderlich, daß die Siliziumkorngröße, die im Bereich einer Tiefe von 1,5 mm ab der Oberfläche vorliegt, nach dem Maximalwert höchstens 6 µm ist.
Wenn zu diesem Zeitpunkt die Siliziumkörner die eutektische Zusammensetzung aufweisen, in der die Siliziumkörner mit hoher Dichte an der Kristallkorngrenze der Matrix kristallisiert werden, wie es nach dem Gießen der in der JP-OS 64-17834 offenbarten Aluminiumlegierung beobachtet wird, entwickelt sich leicht ein Riß, der entlang der Kristallkorngrenze vorgegeben ist, d. h. entlang der Region der Siliziumkörner mit hoher Dichte. Somit geht die Flachheit der geschnittenen Oberfläche verloren. Daher wird die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung, um das Scherschneiden ohne Erzeugung von Rißvorgabe zum Zeitpunkt des Scherschneidens durchzuführen, auf ein beliebiges aus einem warmgewalzten Gefüge, einem umkristallisierten Gefüge oder einem gemischten Gefüge aus warmgewalztem Gefüge und umkristallisiertem Gefüge eingestellt, was das Gußgefüge eliminiert.
Die Härte des Materials hat ebenfalls einen Einfluß auf die Scherschneideigenschaft. Wenn die Größe der Deformation des Materials vor der Erzeugung eines Riß im Anfangsstadiums des Scherschneidens zunimmt, wirkt selbst ein Siliziumkorn von weniger als 30 µm als Vorgabe für den Riß, wie oben beschrieben. Daher sollte die Oberflächenhärte vorzugsweise wenigstens 50 gemäß Rockwell-Härte F-Skala sein. Wenn die Oberflächenrauhigkeit höher als 90 gemäß Rockwell-Härte F-Skala wird, dann wird die Erzeugung des Anfangsriß an der Oberfläche des Materials zu empfindlich für die Oberflächenrauhigkeit. Daher beträgt der Bereich der Oberflächenhärte vorzugsweise 50 bis 90 Rockwell-Härte F-Skala.
Da die Oberflächenrauhigkeit des Materials ebenfalls einen Einfluß auf die Scherschneideigenschaft hat, ist sie bevorzugt höchstens 10 µm als Rmax.
Die vorliegende Erfindung schlägt den gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung mit den oben beschriebenen Eigenschaften, der ferner dem Würfel-Abziehverfahren unterzogen wurde, als Körper mit der höchsten Scherschneideigenschaft vor. Das Würfel-Abziehverfahren entfernt Oberflächenfehler und erzeugt keinerlei spiralförmige Kerbschnittstufe, die im Schälverfahren unvermeidlich ist. Daher wird die Rißvorgabe entlang der Stufe zum Zeitpunkt des Scherschneidens vermieden.
Ein Bruch des Materials, der zum Zeitpunkt des Würfel- Abziehverfahrens erzeugt wird, tritt dann auf, wenn Kupfer und Magnesium, die zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit hinzugegeben werden, in einer großen Menge enthalten sind, da die Kalthärtungsfähigkeit dieser Komponenten hoch ist und die Aluminiumlegierung die Grenze der Bearbeitung erreicht. Zur Verhinderung des Bruches ist es allgemein notwendig, die Härte durch Weichmachen zu verringern. Wenn die Härte durch das Weichmachungsverfahren verringert wird, wird jedoch das Abschälen zum Zeitpunkt des Würfel-Abziehverfahrens eher wahrscheinlich. Um die gegenseitig unvereinbaren Probleme auszuräumen wird in der vorliegenden Erfindung die Größe der Siliziumkörner in der oben beschriebenen Weise gesteuert.
Insbesondere haben die Autoren der vorliegenden Erfindung die Verbesserung von Materialbruch und Unterdrückung von Abschälen zum Zeitpunkt des Würfel-Abziehverfahrens untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, daß die Größe der im Material vorliegenden Siliziumkörner in einer Beziehung zum Materialbruch steht. Speziell wenn ein Siliziumkorn von mehr als 30 µm im Material vorhanden ist, tritt leicht ein Chevron-Riß im Material auf. Daher muß die Siliziumkorngröße 30 µm oder kleiner sein, selbst für den Maximalwert, und vorzugsweise sollte die Größe 20 µm oder kleiner sein.
Zur Unterdrückung der Erzeugung von Abschälen ist es wirksam, die Oberflächenhärte des Materials zu erhöhen. Unter Berücksichtigung der Kalthärtung zum Zeitpunkt des Würfel- Abziehens sollte die Oberflächenhärte bevorzugt auf einen Wert innerhalb eines Bereichs erhöht werden, der den Bruch während des Würfel-Abziehverfahrens verhindert. Die geeignete Härte variiert in Abhängigkeit von den Kupfer- und Magnesiumgehalten. Allgemein sollte die Oberflächenhärte vor dem Würfel-Abziehverfahren, um eine Oberflächenhärte nach dem Würfel-Abziehverfahren von 50 bis 90 Rockwell-Härte F-Skala zu erreichen, d. h. die für das Scherschneiden geeignete Härte, bevorzugt im Bereich von 45 bis 85 Rockwell-Härte F-Skala eingestellt werden.
Ferner sollte die Größe der an der zu entfernenden Oberfläche vorliegenden Siliziumkörner 6 µm oder kleiner als Maximalwert sein, um die Oberfläche nach dem Abziehen glatt zu machen. Wenn die Größe der Siliziumkörner an der Oberflächenschicht 6 µm übersteigt, wird die Rißvorgabe zum Zeitpunkt des Scherschneidens eher wahrscheinlich, und zusätzlich resultiert ein großer Bestand an Siliziumkörnern zum Zeitpunkt des Würfel-Abziehverfahrens.
Durch eine solche Kontrolle der Siliziumkorngröße wird ein zufriedenstellendes Abziehverfahren möglich.
Selbst wenn die oben beschriebene Kontrolle der Siliziumkorngröße auf der Basis des Gußgefüges durchgeführt wird, kann ein Material mit einer solchen überlegenen Scherschneideigenschaft und Würfel-Abzieheigenschaft wie in der vorliegenden Erfindung noch nicht erhalten werden. Und zwar kann eine Aluminiumlegierung mit sowohl überlegener Scherschneideigenschaft als auch überlegener Würfel- Abzieheigenschaft erhalten werden, wenn das Kristallgefüge der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung eines aus einem warmgewalzten Gefüge, einem umkristallisierten Gefüge oder einem gemischten Gefüge aus warmgewalztem Gefüge und umkristallisiertem Gefüge ist.
Die Menge des Abziehens zum Zeitpunkt des Würfel- Abziehverfahrens ist ebenfalls eine wichtige Eigenschaft bei der Herstellung. Wenn die Menge des Abziehens übermäßig ist, nimmt der Widerstand am Abziehwürfel zu, was im Bruch des Materials und erhöhtem Materialverlust resultiert. Daher beträgt die bevorzugte Menge höchstens 1 mm. Besonders bevorzugt sollte die Abziehmenge 0,01 bis 1 mm sein, um Oberflächendefekte zu entfernen.
Um das innere Gefüge der Aluminiumlegierung wie oben beschrieben zu erhalten, ist es grundsätzlich bevorzugt, den gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung unter Verwendung des Strangguß-Walzverfahrens herzustellen, das eine Gußmaschine nach dem Verfahren mit beweglicher Form und eine Warmwalzmaschine vereinigt. Der Grund dafür ist, daß das umkristallisierte Korn groß zu sein neigt, was die Kaltbearbeitung des resultierenden Materials schwierig macht, wenn ein Verfahren eingesetzt wird, das ein absatzweises Gießen und Walzen beinhaltet.
Es wird festgestellt, daß die Abkühlgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Gießens so gesteuert werden muß, daß der sekundäre Armabstand der Dendriten höchstens 40 µm ist, um die Steuerung der Siliziumkorngröße in der oben beschriebenen Weise zu erreichen. Wenn der sekundäre Armabstand der Dendriten auf 40 µm oder kleiner eingestellt wird, wird die Größe der ausgefällten Verbindung auf Eisenbasis nach dem Gießen ebenfalls kleiner. Wenn ein gestreckter Körper durch das Strangguß-Walzverfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Verbundes mit der Grundzusammensetzung der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung hergestellt wird, neigt die Größe der Verbindung auf Eisenbasis dazu, grober zu sein, wenn nicht der sekundäre Armabstand der Dendriten in besonderer Weise gesteuert wird. Wenn der sekundäre Armabstand nicht gesteuert wird, muß der Eisengehalt auf höchstens 0,2 Massen-% unterdrückt werden, um die Scherschneideigenschaft und die Würfel-Abzieheigenschaft der vorliegenden Erfindung zu erreichen. In diesem Fall müssen die Gehalte von Mangan und Chrom, die Verbindungen mit Eisen zum Zeitpunkt des Gießens bilden, ebenfalls auf höchstens 0,25 Massen-% unterdrückt werden.
Im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird der sekundäre Armabstand der Dendriten auf höchstens 40 µm eingestellt. Entsprechend wird es möglich, den Eisengehalt auf 0,3 Massen-% und die Gehalte von Mangan bzw. Chrom auf 0,3 Massen-% zu erhöhen. Daher kann eine Legierung mit sowohl überlegener Scherschneideigenschaft als auch überlegener Würfel- Abzieheigenschaft salbst dann erhalten werden, wenn der Eisengehalt im Bereich von größer als 0,2 Massen-% bis nicht größer als 0,3 Massen-% ist.
Wenn der Eisengehalt 0,3 Massen-% übersteigt, wird jedoch eine Verbindung auf Eisenbasis mit einer Größe von mehr als 20 µm erzeugt und verursacht in ähnlicher Weise wie ein grobes Siliziumkorn einen Chevron-Riß zum Zeitpunkt des Würfel- Abziehens.
Ferner wird im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren nach dem Gießen ein Warmwalzen mit einer Walztemperatur im Bereich von 350 bis 500°C durchgeführt, wobei die Walzabnahme wenigstens 40% beträgt. Die Walzabnahme ist erforderlich, um das Gußgefüge zum warmgewalzten Gefüge, umkristallisierten Gefüge oder dem gemischten Gefüge aus warmgewalztem Gefüge und umkristallisiertem Gefüge umzuwandeln. Die Walztemperatur wird im oben beschriebenen Bereich eingestellt, weil das Walzen wegen der Kalthärtung schwierig wird, wenn die Temperatur niedriger als 350°C ist, und das Walzen wegen intergranularer Rißbildung schwierig wird, wenn die Temperatur 500°C übersteigt. Die Aluminiumlegierung nach dem Warmwalzen kann in einer Rolle aufgewickelt werden oder in einer vorgeschriebenen Länge zur Bildung von Blockelementen geschnitten werden. Um den Vorteil des Würfel- Abziehverfahrens auszunutzen, ist das Aufwickeln in einer Rolle bevorzugt.
Die Aluminiumlegierung in Form einer Rolle oder eines Blocks wird einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 300 bis 480°C für 2 bis 50 Stunden unterworfen, um die Härte einzustellen, den Siliziumkorndurchmesser einzustellen und die Kristallkörner zu steuern. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur geringer als 300°C ist, wäre die Zeit für die Wärmebehandlung zu lang. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur 480°C überschreitet, resultieren kleine Hohlräume aus dem Materialgleichgewicht, wenn Verbindung auf Kupferbasis, die im Nicht- Gleichgewichtszustand kristallisiert, einen Übergang zum Gleichgewichtszustand zum Zeitpunkt der Verfestigung durchführt, und die Menge des der Festlösung unterworfenen Kupfers nimmt zu. Der erzeugte Hohlraum wäre ein Ausgangspunkt für einen Bruch zum Zeitpunkt des Würfel-Abziehens, und Kupfer aus fester Lösung erhöht die Kalthärtungsfähigkeit, was das Würfel-Abziehverfahren schwierig macht.
Im folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Proben mit drei unterschiedlichen inneren Gefügen wurden jeweils für die in Tabelle 1 aufgeführten erfindungsgemäßen Zusammensetzung und Vergleichszusammensetzungen hergestellt (Einheit: Massen-%). Die Eigenschaften der drei unterschiedlichen inneren Gefüge sind wie in der linken Spalte in Tabelle 2 gemäß der Zusammensetzungsnummer gezeigt. Proben mit den inneren Gefügen (1) und (2) wurden durch eine Properzi-Stranggußmaschine hergestellt. Die Proben mit dem inneren Gefüge (3) wurden durch eine horizontale Stranggußmaschine hergestellt.
Die Querschnittsfläche des durch die Properzi- Stranggußmaschine hergestellten Gußmaterials betrug 3500 mm², und die Temperatur des der Gießmaschine zugeführten geschmolzenen Metalls betrug 650 bis 690°C. Das durch die Properzi-Stranggußmaschine hergestellte Gußmaterial wurde dem Warmwalzen bei einer Temperatur von 420°C innerhalb von 5 Minuten nach Vollendung der Verfestigung unterworfen, um einen gestreckten Körper mit einem Durchmesser von 30 mm bereitzustellen. Der gestreckte Körper wurde auf einen Wickel mit 1,2 m Durchmesser aufgewickelt. Die Reduzierung der Bearbeitung zu diesem Zeitpunkt betrug 80% als Abnahmeverhältnis. Die durch die Properzi-Stranggußmaschine hergestellten Proben mit dem inneren Gefüge (1) wurden stranggegossen, so daß sie einen sekundären Armabstand der Dendriten von höchstens 40 µm besaßen, und jene mit dem inneren Gefüge (2) wurden stranggegossen, so daß sie einen sekundären Armabstand der Dendriten von höchstens 50 µm hatten. Für die Proben mit dem inneren Gefüge (1) wurden zur Realisierung einer schnelleren Abkühlgeschwindigkeit die Anzahl der Kühldüsen und die Menge des Kühlwassers für die Properzi-Gußmaschine erhöht, und das Formmaterial wurde von Stahllegierung zu Kupferlegierung modifiziert.
Proben mit dem inneren Gefüge (3) wurden als Gußblöcke mit einem Durchmesser von 30 mm gemäß dem in der JP-OS 64-17834 offenbarten Verfahren unter Verwendung einer horizontalen Stranggußmaschine hergestellt.
Jede Probe wurde einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 450°C für 8 Stunden vor dem Durchführen des Scherschneidtests unterworfen.
Tabelle 2 zeigt die Einzelheiten des inneren Gefüges und die Ergebnisse des Vergleichs von Siliziumkorndurchmesser, Scherschneideigenschaft, Ermüdungseigenschaft und Verschleißfestigkeit unter den für drei unterschiedliche innere Gefüge (1), (2) und (3) hergestellten Proben für jede der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und der Vergleichszusammensetzungen. In der Spalte des inneren Gefüges der Tabelle 2 stellen die Zahlenwerte, mit der Einheit µm, die Werte "durchschnittlicher Siliziumkorndurchmesser (maximaler Korndurchmesser) maximaler Korndurchmesser an der Oberfläche" dar. In der Spalte des inneren Gefüges der Tabelle 2 stellt "C" Gußgefüge, "H" warmgewalztes Gefüge und "R" umkristallisiertes Gefüge dar.
Der Scherschneidtest wurde durch Schneiden der Proben mit einem Scherschneider durchgeführt, die Unebenheit der Scheroberfläche wurde mit dem Auge betrachtet, und die Defektrate von 5000 Proben wurde zur Auswertung gezählt.
Der Ermüdungstest und der Verschleißfestigkeitstest wurden nach T6-Bearbeitung durchgeführt (Wärmebehandlung bei 480°C für 5 Stunden, gefolgt von Abschrecken in Wasser und Alterungsbehandlung bei 180°C für 8 Stunden). Im Ermüdungstest wurde eine Prüfhantel (ein paralleler Teil mit einem Durchmesser von 8 mm und GL von 10 mm) aus jedem Blockmaterial hergestellt, die vollständige umgekehrte Dauerfestigkeitskurve (R = -1) wurde berechnet, und die Ermüdungseigenschaft wurde durch den Beanspruchungswert nach 105facher Wiederholung ausgewertet. Im Verschleißfestigkeitstest wurde ein Prüfgerät vom Stift/Scheibe-Typ verwendet. An eine aus SUJ2 gebildete, mit 600 U/min rotierende Scheibe wurde ein Stift mit einem Durchmesser von 28 mm, der aus dem jeweiligen Blockmaterial hergestellt war, mit einer Kraft von 50 kgf gedrückt, und der Betrag der Gewichtsabnahme wurde als Verschleißmenge nach Ablauf von 300 Stunden gemessen.
Die Auswertungen von Scherschneideigenschaft, Ermüdungseigenschaft und Verschleißfestigkeit sind als ○ (überlegen), Δ (gut) und X (schlecht) unter den Proben mit der gleichen Zusammensetzung in Tabelle 2 angegeben. Wenn die Eigenschaften vergleichbar waren, werden die Auswertungen mit den gleichen Zeichen angegeben.
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, hatten Proben mit dem inneren Gefüge (1) der Zusammensetzungen Nr. 1-9 der vorliegenden Erfindung (erfindungsgemäße Proben), d. h. erfindungsgemäße gestreckte Körper aus Aluminiumlegierung, eine nicht im Stand der Technik beobachtete überlegene Scherschneideigenschaft und zusätzlich eine vergleichbare oder höhere Ermüdungseigenschaft und Verschleißfestigkeit als der Stand der Technik wegen der Zusammensetzung und des inneren Gefüges.
Der Einfluß des Siliziumkorndurchmessers an der Oberfläche, der eine weitere Beschränkung für das innere Gefüge des erfindungsgemäßen gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung ist, wird nachfolgend erörtert. Der durch die Properzi- Gußmaschine hergestellte Gußblock hat eine nahe der Oberfläche gebildete Abschreckschicht, die in Kontakt mit der Form steht. In der Abschreckschicht sind die Siliziumkörner in einer sehr feinen Dispersion kristallisiert, und daher neigt zum Zeitpunkt des Scherschneidens ein entsprechender Riß aufzutreten. Wenn die Siliziumkörner in der Abschreckschicht wachsen, nimmt die Dichte der Siliziumkörner ab, was die Rißvorgabe eher wahrscheinlich macht. In einem gestreckten Körper mit einer Walzabnahme von 40% oder mehr ist die Abschreckschicht im Bereich einer Tiefe von bis zu 1,5 mm von der Oberfläche. Daher ist die Steuerung der Siliziumkörner innerhalb dieses Bereichs erforderlich.
Fig. 3 stellt die Beziehung zwischen dem maximalen Silizium- (Si)-Korndurchmesser, der im Bereich von bis zu 1,5 mm von der Oberfläche vorliegt, und der Scherschneid-Defektrate dar, wenn Proben mit den oben beschriebenen inneren Gefügen (1), (2) und (3) der in Tabelle 2 gezeigten erfindungsgemäßen Zusammensetzung Nr. 5 hergestellt wurden, wobei die Dauer der Wärmebehandlung bei 450°C unterschiedlich verändert wurde.
In Fig. 3 und Fig. 4 und 5, auf die die Daten Bezug nehmen, wird die Defektrate (%) durch die folgende Gleichung angegeben, worin die Anzahl der fehlerhaften Proben mit dem inneren Gefüge (3) ohne jede weitere Bearbeitung die Referenz darstellt.

Defektrate = {(Anzahl der Defekte)/(Anzahl der Defekte bei innerem Gefüge (3) ohne weitere Bearbeitung)} × 100
Der Standard zur Bestimmung von erfolgreichem/erfolglosem Scherschneiden wird nachfolgend beschrieben. Proben wurden mit einem Scherschneider geschnitten, die Unebenheit der Scheroberfläche wurde mit dem Auge betrachtet, und die Anzahl der Defekte unter 30 000 Proben wurde gezählt. Die gezählten Defekte wurden als äußerer Oberflächenriß, d. h. ein auf einer äußeren Oberfläche (peripheren Oberfläche) durch Schneiden erzeugter Riß, und als Endoberflächenriß, d. h. ein an einer Endoberfläche (Schnittoberfläche) der Probe durch Schneiden erzeugter Riß, klassifiziert.
In einer mit Strontium versetzten Legierung wachsen kleinere Siliziumkörner wegen eines Mechanismus schneller, der für die Ostwald-Reifung gehalten wird, und daher wachsen in einem Gußmaterial unter Verwendung der Properzi-Stranggußmaschine Siliziumkörner in der Region der Abschreckschicht schneller. Daher überschritt der durchschnittliche Korndurchmesser innerhalb des untersuchten Wärmebehandlungsbereichs nicht 10 µm und der maximale Korndurchmesser überstieg nicht 30 µm unter den Proben mit dem inneren Gefüge (1), und der durchschnittliche Korndurchmesser überstieg nicht 20 µm und der maximale Korndurchmesser überstieg nicht 40 µm unter den Proben mit dem inneren Gefüge (2). In Proben mit dem inneren Gefüge (3) sind sehr wenige Siliziumkörner tief im Inneren wegen der hohen Abkühlgeschwindigkeit dispergiert. Daher waren der maximale Siliziumkorndurchmesser im Bereich von bis zu 1,5 mm von der Oberfläche und der maximale Siliziumkorndurchmesser der gesamten Probe beinahe identisch.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, nimmt die Defektrate zu, wenn der maximale Siliziumkorndurchmesser im Bereich von bis zu 1,5 mm von der Oberfläche 6 µm übersteigt, selbst wenn der durchschnittliche Korndurchmesser höchstens 10 µm und der maximale Korndurchmesser höchstens 30 µm in der gesamten Probe ist, und der Vorteil gegenüber Material aus dem Stand der Technik geht verloren. Eine ähnliche Untersuchung wurde an Proben mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Nr. 2 und 8 durchgeführt, und die Ergebnisse waren ähnlich.
Die Tatsache, daß sich die Scherschneideigenschaft in Abhängigkeit von der Härte des gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung verändert, wird nachfolgend erörert.
Fig. 4 stellt die Scherschneid-Defektrate von Proben des gestreckten Körpers aus Legierung mit der in Tabelle 2 gezeigten erfindungsgemäßen Zusammensetzung Nr. 6 dar, die einer Wärmebehandlung bei 480°C für 5 Stunden unterworfen und unter unterschiedlichen Abkühlbedingungen abgekühlt wurden, so daß sie unterschiedliche Härten besaßen (HRB: Rockwell- Härte, F-Skala). Ähnlich Fig. 3 stellt Fig. 4 die Defektrate der Proben mit dem inneren Gefüge (1) (vorliegende Erfindung) und von Proben mit den inneren Gefügen (2) und (3) dar. Die Proben der vorliegenden Erfindung stellen eine besonders zufriedenstellende Scherschneideigenschaft mit einer Härte im Bereich von 50 bis 90 gemäß Rockwell-Härte F-Skala dar. Eine ähnliche Untersuchung wurde an Proben mit den in Tabelle 2 gezeigten erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Nr. 2 und 8 durchgeführt, und die Ergebnisse waren ähnlich.
Die Defekte des Scherschneidtests des in Tabelle 2 gezeigten gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung mit innerem Gefüge (1) der vorliegenden Erfindung wurden untersucht, und es wurde gefunden, daß ein Oberflächendefekt wie ein kleiner Kratzer eine Rolle spielt. Aus der Untersuchung der Bruchoberfläche wurde festgestellt, daß die kritische Größe des Kratzers größer als 10 µm bezüglich Oberflächenrauhigkeit Rmax war. Um Oberflächendefekte zu entfernen, ist das Oberflächenschneiden wünschenswert. Hier ist es notwendig, da die Größe des Kratzers größer als 10 µm hinsichtlich der Oberflächenrauhigkeit Rmax wie oben genannt ist, daß die Oberflächenrauhigkeit höchstens 10 µm in Rmax ist.
Proben mit den inneren Gefügen (1), (2) und (3) der in Tabelle 2 gezeigten erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Nr. 3, 6 und 9 wurden dem Schälverfahren und Würfel- Abziehverfahren unterworfen. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß das Würfel-Abziehverfahren an Proben mit den inneren Gefügen (2) und (3) undurchführbar war. Fig. 5 stellt die Scherschneid-Defektrate der jeweiligen Proben dar. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist die Scherschneid-Defektrate nach dem Würfel-Abziehverfahren unter den erfindungsgemäßen Proben (Proben mit dem inneren Gefüge (1)) gering. Die Proben wiesen nach dem Schälverfahren eine höhere Defektrate im Vergleich mit den dem Würfel-Abziehverfahren unterworfenen Proben auf. Als Grund wird eine Stufe angenommen, die aus der Klingengrenze an der Oberfläche resultiert, was hinsichtlich der Natur der Bearbeitung unvermeidlich ist. Es wird festgestellt, daß das Würfel-Abziehverfahren eine Bearbeitung mit einer linearen Geschwindigkeit von 60 m/min ermöglichte, während die Obergrenze der linearen Geschwindigkeit des Schälverfahrens 10 m/min betrug.
Die durch die Properzi-Stranggußmaschine hergestellten Gußblöcke wurden untersucht. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß zum Erhalt des gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung mit dem in Tabelle 2 gezeigten inneren Gefüge (1) der vorliegenden Erfindung ein Strangguß erforderlich war, der einen sekundären Armabstand der Dendriten im Gußkörper von höchstens 40 µm sicherstellt. Wenn das Gießen mit einer geringen Abkühlgeschwindigkeit durchgeführt wird, die diese Bedingung nicht erfüllt, kann die oben beschriebene zufriedenstellende Scherschneideigenschaft nicht erreicht werden. Nach dem Gießen wurde die Walztemperatur verändert, und es wurde festgestellt, daß der Gußblock nur innerhalb des Temperaturbereichs von 350 bis 500°C bearbeitet werden konnte. Ferner muß der oben beschriebene erfindungsgemäße gestreckte Körper aus Aluminiumlegierung eines aus einem warmgewalzten Gefüge, einem umkristallisierten Gefüge und einem gemischten Gefüge aus warmgewalztem Gefüge und umkristallisiertem Gefüge aufweisen. Dies ist aus der Tatsache ersichtlich, daß die meisten Schnittoberflächen, die in fehlerhaften Gußblöcken im Scherschneidtest der Tabelle 2 resultieren, entlang der gegossenen Korngrenze gerissen waren. Nach dem Gießen wurden die Proben aus den jeweiligen Walzständen aufgenommen und untersucht, und als Ergebnis wurde festgestellt, daß das Gußgefüge beinahe eliminiert war, wenn die Walzabnahme 40% erreichte.
Mit der in der oben beschriebenen Weise eingestellten Härte konnten die Wärmebehandlung zur Einstellung des Siliziumkorndurchmessers und zur Steuerung der Kristallkörner in einem Temperaturbereich von 300 bis 480°C und im Zeitbereich von 2 bis 50 Stunden durchgeführt werden.
Bezüglich des Würfel-Abziehverfahrens wurden die Proben des gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung mit den in Tabelle 1 gezeigten erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Nr. 3, 6 und 9 einer Wärmebehandlung bei 480°C für 5 Stunden unterworfen, und die Bedingungen des Abziehverfahrens wurden unter Veränderung der Abkühlungsbedingungen untersucht. Risse wurden erzeugt, wenn die Härte gemäß Rockwell-Härte F-Skala gleich oder kleiner als 30, 34 bzw. 40 war. Bezüglich der Obergrenze der Härte wurde kein Chevron-Riß erzeugt, und das Abziehverfahren war bis zu 98, 96 bzw. 93 gemäß Rockwell- Härte F-Skala möglich. Wenn der Wärmebehandlungsschritt nach dem Würfel-Abziehverfahren angeschlossen wird, erhöht sich die Möglichkeit einer äußeren Beschädigung, und daher wird unter Berücksichtigung der Kalthärtung zum Zeitpunkt des Würfel-Abziehens die Härte als Vorsichtsmaßnahme im Bereich von 45 bis 85 gemäß Rockwell-Härte F-Skala eingestellt, so daß eine für das Scherschneiden nach dem Würfel- Abziehverfahren geeignete Härte, d. h. ein geeigneter Härtebereich von 50 bis 90 gemäß Rockwell-Härte F-Skala, erreicht werden kann.
Hier muß die Intensität des Würfel-Abziehens nicht die feinen Siliziumteilchen in der Region der Abschreckschicht an der Oberfläche entfernen. Wenn die Abschreckschicht entfernt wird, oder wenn die Körner in der Region der Abschreckschicht wachsen, wird eine Rißvorgabe eher wahrscheinlich, was das Würfel-Abziehverfahren schwierig macht, wie es durch den an den in Fig. 3 gezeigten Proben mit innerem Gefüge (1) (vorliegende Erfindung) durchgeführten Würfel-Abziehtest bestätigt wurde. Daher sollte das Würfel-Abziehverfahren innerhalb eines Bereichs von weniger als 1,5 mm von der Oberfläche durchgeführt werden. Unter Berücksichtigung von mechanischer Belastung und Materialverlust ist ein bevorzugter Bereich die Tiefe von höchstens 1 mm. Eine ähnliche Untersuchung wurde an den in Tabelle 1 gezeigten erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Nr. 1 bis 9 durchgeführt, und die Formen der aus dem Würfel- Abziehverfahren resultierenden Späne wurden verglichen. Die Späne der Zusammensetzungen Nr. 2, 3, 5, 6 und 9 waren in kleinere Formen im Vergleich mit den Zusammensetzungen Nr. 1, 4, 7 und 8 fragmentiert. Die Würfel-Abzieheigenschaft war besonders zufriedenstellend, wenn der Eisengehalt größer als 0,2 Massen-% und nicht größer als 0,3 Massen-% war.
Obwohl die Erfindung im Detail beschrieben und erläutert wurde, ist es selbstverständlich, daß dies nur zur Erläuterung und allein als Beispiel dient und nicht als Beschränkung aufgefaßt werden darf, wobei Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch den Gegenstand der anliegenden Patentansprüche beschränkt werden.

Claims

1. Verschleißfester gestreckter Körper aus Aluminiumlegierung (10), der wenigstens 7 Massen-% und höchstens 13 Massen-% Silizium, wenigstens 0,001 Massen-% und höchstens 0,3 Massen-% Eisen, wenigstens 2,0 Massen-% und höchstens 5,0 Massen-% Kupfer, wenigstens 0,3 Massen-% und höchstens 1,0 Massen-% Magnesium, wenigstens 0,001 Massen-% und höchstens 0,3 Massen-% Mangan, wenigstens 0,001 Massen-% und höchstens 0,3 Massen-% Chrom, wenigstens 0,003 Massen-% und höchstens 0,03 Massen-% Strontium und wenigstens 0,005 Massen-% und höchstens 0,05 Massen-% Titan und Rest Aluminium und unvermeidliche Verunreinigungen enthält, worin die Größe der im Inneren vorliegenden Siliziumkörner im Mittelwert höchstens 10 µm und im Maximalwert höchstens 30 µm beträgt; die Größe der Siliziumkörner in einem Bereich von bis zu 1,5 mm Tiefe von der Oberfläche höchstens 6 µm im Maximalwert ist; und das Kristallgefüge der Aluminiumlegierung ein aus der Gruppe ausgewähltes ist, die aus einem warmgewalzten Gefüge, einem umkristallisierten Gefüge und einem gemischten Gefüge aus warmgewalztem Gefüge und umkristallisiertem Gefüge besteht.

2. Verschleißfester gestreckter Körper aus Aluminiumlegierung (10) gemäß Anspruch 1, der mehr als 0,2 Massen-% und höchstens 0,3 Massen-% Eisen enthält.

3. Verschleißfester gestreckter Körper aus Aluminiumlegierung (10) gemäß Anspruch 1 mit einer Oberflächenhärte im Bereich von wenigstens 50 bis höchstens 90 gemäß Rockwell-Härte F-Skala.

4. Verschleißfester gestreckter Körper aus Aluminiumlegierung (10) gemäß Anspruch 1 mit einer Oberflächenrauhigkeit von höchstens 10 µm gemäß Rmax.

5. Verschleißfester gestreckter Körper aus Aluminiumlegierung (10) gemäß Anspruch 1 mit einer dem Würfel-Abziehverfahren unterworfenen Oberfläche.

6. Kolben (20) für eine Auto-Klimaanlage, der den verschleißfesten gestreckten Körper aus Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 1 einschließt.

7. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung (10), umfassend die Schritte aus:
Erhalten eines Gußkörpers durch Stranggießen einer Aluminiumlegierung, so daß der sekundäre Armabstand der Dendriten höchstens 40 µm wird;
Erhalten eines gewalzten Körpers durch Warmwalzen des Gußkörpers in einem Temperaturbereich von wenigstens 350°C bis höchstens 500°C bei einer Walzabnahme von wenigstens 40%; und
Wärmebehandeln des gewalzten Körpers in einem Temperaturbereich von wenigstens 300°C bis höchstens 480°C für wenigstens 2 Stunden und höchstens 50 Stunden.

8. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung (10) gemäß Anspruch 7, das ferner den Schritt der Durchführung des Würfel-Abziehverfahrens an einer Oberfläche des gewalzten Körpers nach dem Schritt der Wärmebehandlung umfaßt.

9. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung (10) gemäß Anspruch 8, worin vor dem Schritt der Durchführung des Würfel-Abziehverfahrens die Oberflächenhärte des gewalzten Körpers gesteuert wird, so daß sie im Bereich von wenigstens 45 bis höchstens 85 gemäß Rockwell-Härte F-Skala ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten gestreckten Körpers aus Aluminiumlegierung (10) gemäß Anspruch 8, worin im Schritt der Durchführung des Würfel-Abziehverfahrens der Betrag des Abziehens durch den Würfel höchstens 1 mm ist.