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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen hochfesten Aluminiumlegierungsguss mit ausgezeichneten mechanischen
Eigenschaften, einen hochfesten Aluminiumlegierungsguss mit einem
Gießfehler-Neutralisierungselement
zur Erhöhung
der Festigkeit (nachfolgend auch als „NCDE" bezeichnet) und Teile aus diesem hochfesten
Aluminiumlegierungsguss wie beispielsweise eine Spirale für einen
Kompressor für
eine Klimaanlage, einen Schaufelrotor einer Ventileinstellungs-Reguliervorrichtung
und ein Gehäuse
eines Antiblockierbremssystems. Ferner betrifft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des obigen hochfesten Aluminiumlegierungsgusses,
ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Aluminiumlegierungsgusses
mit einem Gießfehler-Neutralisierungselement
und ein Verfahren zur Herstellung von Teilen aus diesem hochfesten
Aluminiumlegierungsguss wie beispielsweise einer Spirale für einen
Kompressor einer Klimaanlage, eines Schaufelrotors einer Ventileinstellungs-Regulierungsvorrichtung
und eines Gehäuses
eines Antiblockierbremssystems.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Als frühere Druckgusstechnologie bezüglich der
Erhöhung
der Festigkeit einer Spirale aus einem Aluminiumlegierungsguss,
wie sie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 9-256127 offenbart ist, gibt es ein Verfahren der Wasserkühlung oder
Kaltaushärtung
eines gegossenen oder druckgegossenen Spiraldruckgusses unmittelbar
nach dessen Lösen
aus dem Stempel. D.h. das Verfahren der Herstellung des Druckgusses
in der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 9-256127 stellt den Anteil der Aushärteelemente Cu und Mg in den
in der Aluminiumlegierung enthaltenen Elementen ein und führt ein
Ablöschen
und Kaltaushärten
durch, um so den Zustand der Aushärtung von Cu und Mg zu verbessern und
die Festigkeit dieser Legierungen zu erhöhen. Ferner wurde in dem Herstellungsverfahren
bestätigt,
dass die Zugfestigkeit, die Umformfestigkeit und die Dauerfestigkeit
der Druckgusse erhöht
waren, aber diese Aluminiumlegierungsdruckgusse haben als Maschen
geformte Gussstrukturen, sodass sie im Vergleich zu Aluminiumlegierungsdruckgussen,
die gelöst
und kaltausgehärtet
wurden, um das eutektische Si sphärisch zu machen (T6-Behandlung),
schlechtere Eigenschaften hatten.
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Ferner offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 2000-192180
einen Druckguss aus einer Aluminiumlegierung mit einer chemischen
Zusammensetzung ähnlich
der obigen und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Dieses Herstellungsverfahren
versucht, die Festigkeit des Druckgusses durch Niederhalten der
in dem Druckguss der Aluminiumlegierung enthaltenen Gasmenge und
Anlösen
der Legierung zu verbessern. Jedoch haben sich in Klimaanlagen vorgesehene
Spiralen aus Aluminiumlegierung in den letzten Jahren zusammen mit
der höheren
Effizienz der Klimatisierung und Veränderungen in dem verwendeten
Kältemittel
geändert.
Gerade mit den Verbesserungen des in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 2000-192180 beschriebenen Herstellungsverfahrens ist
es nicht möglich,
den Konstruktionsanforderungen von Spiralen aus Aluminiumlegierung
zu genügen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen hochfesten Aluminiumlegierungsguss vorzusehen,
der Kapitalkosten niedrig hält,
die Produktivität
erhöht,
die Lebensdauer der Guss- oder Druckgussform verlängert und
die Kosten des Produkts reduziert. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, einen hochfesten Aluminiumlegierungsguss vorzusehen,
der die Zugfestigkeit, die Umformfestigkeit, die Dauerfestigkeit,
usw. des Aluminiumlegierungsgusses verbessert, Gießfehler
reduziert und die Dispersionsfeinheit der Struktur erhöht. Es ist
eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spirale
für eine
Klimaanlage, einen Schaufelrotor einer Ventileinstellungs-Regulierungsvorrichtung
und ein Gehäuse
eines Antiblockierbremssystems aus diesem hochfesten Aluminiumlegierungsguss
vorzusehen. Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren zur Herstellung dieses hochfesten Aluminiumlegierungsgusses
vorzusehen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist ein hochfester Aluminiumlegierungsguss vorgesehen,
den man durch Gießen
einer Aluminiumlegierung bestehend aus 7,5 bis 11,5 Gew.-% Si, 3,8
bis 4,8 Gew.-% Cu, 0,45 bis 0,65 Gew.-% Mg, 0,4 bis 0,7 Gew.-% Fe,
0,35 bis 0,45 Gew.-% Mn und Rest Al und nicht mehr als 0,2 Gew.-%
unvermeidbaren Verunreinigungen erhält, wobei dieser Aluminiumlegierung
0,1 bis 0,3 Gew.-% Ag hinzugefügt
sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist ein hochfester Aluminiumlegierungsguss vorgesehen,
den man durch Gießen
einer Aluminiumlegierung bestehend aus 7,5 bis 11,5 Gew.-% Si, 3,8
bis 4,8 Gew.-% Cu, 0,45 bis 0,65 Gew.-% Mg, 0,4 bis 0,7 Gew.-% Fe,
0,35 bis 0,45 Gew.-% Mn und Rest Al sowie nicht mehr als 0,2 Gew.-% unvermeidbaren
Verunreinigungen erhält,
wobei diese Aluminiumlegierung 0,1 bis 1,0 Gew.-% wenigstens eines
Elements enthält,
das ausgewählt
ist aus der Gruppe der zweiten Zusatzelemente, bestehend aus Rb,
K, Ba, Sr, Zr, Nb, Ta, V und Pd und seltenen Erdmetallen.
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Vorzugsweise ist eine in dem hochfesten
Aluminiumlegierungsguss enthaltene Gasmenge auf nicht mehr als 1,5
cm3 bezüglich
100 g des hochfesten Aluminiumlegierungsgusses gehalten, und es
werden ein Anlösen
und Kaltaushärten
durchgeführt,
um die Festigkeit zu verbessern.
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Vorzugsweise reagiert das seltene
Erdmetall mit eingeschmolzenem Wasserstoff in der Aluminiumlegierung,
um eine Verbindung zu bilden und Gießfehler aufgrund des eingeschmolzenen
Wasserstoffes niederzuhalten.
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Vorzugsweise ist das seltene Erdmetall
wenigstens ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend
aus La, Ce, Pr, Nb, Pm, Sm, Eu, Ga, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu,
Y und Sc.
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Vorzugsweise wird der hochfeste Aluminiumlegierungsguss
durch Erwärmen
in einem Temperaturbereich von 495 bis 505°C für 2 bis 6 Stunden angelöst, dann
abgeschreckt und dann weiter durch Erwärmen in einem Temperaturbereich
von 160 bis 220°C
für 2 bis
6 Stunden kaltausgehärtet.
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Besonders bevorzugt weist der angelöste und
kaltausgehärtete
hochfeste Aluminiumlegierungsguss eutektisches Si einer Teilchengröße von durchschnittlich
nicht mehr als 15 μm,
vorzugsweise nicht mehr als 12 μm,
eine Cu-Verbindung einer Teilchengröße von nicht mehr als durchschnittlich
8 μm, eine
Mg-Si-Verbindung einer Teilchengröße von nicht mehr als durchschnittlich
12 μm und
eine Fe-Verbindung einer Teilchengröße von nicht mehr als durchschnittlich
6 μm auf.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten
Aluminiumlegierungsgusses vorgesehen, mit den Schritten des Füllens einer
Schmelze einer Aluminiumlegierung in eine Form, um einen Guss zu
erhalten, des Entnehmens des Aluminiumlegierungsgusses aus der Form,
des Anlösens
des hochfesten Aluminiumlegierungsgusses durch Erwärmen in
einem Temperaturbereich von 495 bis 505°C für 2 bis 6 Stunden, des Abschreckens
des hochfesten Aluminiumlegierungsgusses nach dem Anlösen und
des Kaltaushärtens
des hochfesten Aluminium legierungsgusses durch Erwärmen in einem
Temperaturbereich von 160 bis 220°C
für 2 bis
6 Stunden nach dem Abschrecken.
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Vorzugsweise ist das Herstellungsverfahren
ein Druckgussverfahren und weist ferner die Schritte des Schließens von
Formhälften,
des Gießens
einer Aluminiumschmelze in eine Schmelzkammer einer Druckgussmaschine,
dann des Benutzens eines Spritzkolbens zum Schließen eines
Schmelzgießeinlasses
der Druckgussmaschine und des Reduzierens des Drucks in der Form
auf nicht mehr als 13,3 kPa und des Füllens einer hochfesten Aluminiumlegierung
in die Form nach dem Reduzieren des Drucks auf.
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Alternativ ist das Herstellungsverfahren
ein Druckgussverfahren und weist ferner die Schritte des Schließens von
Formhälften,
des Gießens
einer Aluminiumschmelze in eine Schmelzkammer einer Druckgussmaschine,
dann des Benutzens eines Spritzkolbens zum Schließen eines
Schmelzgießeinlasses
der Druckgussmaschine und des Reduzierens des Drucks in der Form
auf nicht mehr als 13,3 kPa, des Einstellens der Atmosphäre durch
Einblasen von Sauerstoff eines Drucks von wenigstens Atmosphärendruck
und des Füllens
einer hochfesten Aluminiumlegierung in die Form nach dem Einstellen
des Drucks auf.
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Alternativ ist das Herstellungsverfahren
ein Druckgussverfahren und weist ferner die Schritte des Schließens von
Formhälften,
des Gießens
einer Aluminiumschmelze in eine Schmelzkammer einer Druckgussmaschine,
dann des Verwendens eines Niedergeschwindigkeitsdruckgusses zum
Füllen
einer hochfesten Aluminiumlegierung in die Form, während ein
Spritzkolben mit niedriger Geschwindigkeit vorgeschoben wird, um
so Luft und Wärmezersetzungsgas,
das aus einem Trennmittel erzeugt wird, usw. davon abzuhalten, mitgerissen
zu werden, auf.
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Eine Spirale für einen Kompressor einer Klimaanlage
ist aus einem der obigen hochfesten Aluminiumlegierungsgusse gemacht.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Spirale für einen Kompressor einer Klimaanlage aus
einem hochfesten Aluminiumlegierungsguss weist die Schritte des
Reduzierens des Drucks in der Form auf nicht mehr als 13,3 kPa und
des Füllens
der Form mit einer hochfesten Aluminiumlegierung nach der Druckverminderung
für den
Druckguss auf.
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Vorzugsweise weist das Verfahren
ferner die Schritte des Einstellens der Atmosphäre durch Einblasen von Sauerstoff
eines Drucks von wenigstens Atmosphärendruck in die Form nach dem
Schritt des Reduzierens des Drucks in der Form auf nicht mehr als
13,3 kPa und des Füllens
der hochfesten Aluminiumlegierung in die Form für den Druckguss nach dem Einstellen
der Atmosphäre
auf.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer
Spirale für
einen Kompressor einer Klimaanlage verwendet eines der obigen Herstellungsverfahren.
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Ein Schaufelrotor einer Ventileinstellungs-Regulierungsvorrichtung,
der in einem Antriebsgetriebesystem vorgesehen ist, ist aus einem
der obigen hochfesten Aluminiumlegierungsgusse gemacht.
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Ein Gehäuse eines Antiblockierbremssystems
ist aus einem der obigen hochfesten Aluminiumlegierungsgusse gemacht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Aufgaben und Merkmale
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen klarer. Darin
zeigen:
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1 eine
Darstellung des Verteilungszustandes von Legierungsbestandteilen
durch eine EPMA-Beobachtung für
eine Aluminiumlegierung, der Ag hinzugefügt ist, der vorliegenden Erfindung
und eine Legierung, der kein Ag hinzugefügt ist, eines Vergleichsbeispiels;
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2A und 2B die Festigkeiten eines
hochfesten Aluminiumlegierungsgusses der vorliegenden Erfindung
und eines herkömmlichen
Materials, wobei 2A die
relative Zugfestigkeit zeigt und 2B die
relative Dauerfestigkeit zeigt;
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3A bis 3C die Verbesserung der Festigkeit
der Aluminiumlegierung einer Basiszusammensetzung durch Einstellen
und Hinzufügen
von Cu, Mg und Mn, wobei 3A die
Zugabe von Cu zeigt, 3B die
Zugabe von Mg zeigt und 3C die
Zugabe von Mn zeigt;
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4A und 4B die Beziehung zwischen
dem Anteil der Bestandteile und der relativen Festigkeit, wobei 4A den Fall von Cu zeigt
und 4B den Fall von
Mg zeigt;
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5 die
Beziehung zwischen den Dimensionen von Gießfehlern und der Dauerfestigkeit,
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6A und 6B Strukturen einer Aluminiumlegierung,
die auf verschiedene Weise behandelt wurde, beobachtet durch EPMA,
wobei 6A ein Vergleichsbeispiel
zeigt, bei dem die Aluminiumlegierung nur einer T6-Behandlung unterzogen
wird, und 6B ein Beispiel
zeigt, bei welchem eine Aluminiumlegierung der vorliegenden Erfindung
mit einem Gießfehler-Neutralisierungselement
einer T6-Behandlung
unterzogen wird;
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7 den
Verteilungszustand von Mg- und Cu-Legierungsbestandteilen, der aus
der Zugabe eines Gießfehler-Neutralisierungselements
resultiert, durch eine EPMA-Beobachtung,
wobei 7A das Beispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt und 7B ein
Vergleichsbeispiel zeigt;
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8 die
Ergebnisse einer Analyse einer Wasserstoffemission durch Atmosphärendruckionisations-Massenspektrometrie
(API-MS);
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9 die
Ergebnisse einer statistischen Extremwertverarbeitung von insgesamt
100 Gießfehlern
für einen
D10FM-Aluminiumlegierungsguss mit einem Gießfehler-Neutralisierungselement und einen Legierungsguss
ohne dieses;
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10 die
Ergebnisse eines Dauertests (Dauerfestigkeitskurve) in einer Umgebung
einer Temperatur von 180°C
für einen
Guss mit einem Gießfehler-Neutralisierungselement
(NCDE) und einen Guss ohne dieses;
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11A und 11B – Fotografien einer Bruchfläche eines
Startpunkts einer Zerstörung
gemäß einem Dauertest,
wobei 11A ein Vergleichsbeispiel
zeigt und 11B das Beispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12A und 12B Darstellungen einer relativen
Zugfestigkeit (12A)
und einer relativen Dauerfestigkeit (12B)
zwischen Beispielen, bei denen ein Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
ist, und Vergleichsbeispielen, bei denen es nicht hinzugefügt ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Figuren im Detail beschrieben.
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Um die Festigkeit eines Aluminiumlegierungsgusses
zu erhöhen,
ist der erste hochfeste Aluminiumlegierungsguss der vorliegenden
Erfindung ein Legierungsguss aus einer Aluminiumlegierung, bestehend
aus 7,5 bis 11,5 Gew.-% Si, 3,8 bis 4,8 Gew.-% Cu, 0,45 bis 0,65
Gew.-% Mg, 0,4 bis 0,7 Gew.-% Fe, 0,35 bis 0,45 Gew.-% Mn und Rest
Al sowie nicht mehr als 0,2 Gew.-% unvermeidbaren Verunreinigungen,
der 0,1 bis 0,3 Gew.-% Ag hinzugefügt sind. Zuerst dispergieren
in der vorliegenden Erfindung durch Einstellen der Mengen von Cu,
Mg und Mn, wie in 3A bis 3C dargestellt, um die Festigkeit
zu verbessern, und durch Hinzufügen einer
geringen Menge Ag zu der Aluminiumlegierung der obigen Grundzusammensetzung
die Verbindungen der in der Legierung enthaltenen Aushärteelemente,
d.h. Cu, Mg und Si, feiner in der Legierung und härten aus,
sodass es möglich
ist, die Festigkeit des Aluminiumlegierungsgusses durch die feine
Dispersion dieser Ausfällungen
zu verbessern. Ferner ist zweitens durch Hinzufügen einer geringen Menge Ag
zu der Aluminiumlegierung der obigen Grundzusammensetzung die Eisenguss-Nadelstruktur,
welche eine Verringerung der Festigkeit bewirkt, falls sie in der
Legierung gröber
wird, feiner gemacht, sodass der Abfall der Festigkeit des Aluminiumlegierungsgusses
unterdrückt
werden kann. Ferner ist es drittens durch Hinzufügen einer geringen Menge Ag
zu der Aluminiumlegierung der obigen Grundzusammensetzung möglich, die
Festigkeit des Aluminiumlegierungsgusses zu verbessern.
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Man beachte, dass in der vorliegenden
Erfindung, falls der Gehalt von Ag geringer als 0,1 Gew.-% ist, sein
Beitrag zu der erhöhten
Feinheit der Struktur des eutektischen Si, der erhöhten Feinheit
der Fe-Nadelstruktur und der erhöhten
Gleichmäßigkeit
und Feinheit der aushärtenden
Legierungen von Cu, Mg und Si zu klein ist. Falls der Gehalt von
Ag über
0,3 Gew.-% liegt, verschwindet ferner der Beitrag zu der erhöhten Feinheit
der Struktur des eutektischen Si, der erhöhten Feinheit der Fe-Nadelstruktur
und der erhöhten
Gleichförmigkeit
und Feinheit der aushärtenden
Legierungen von Cu, Mg und Si beinahe vollständig. Deshalb ist in der vorliegenden
Erfindung die Menge des zu der Aluminiumlegierung hinzugefügten Ag
auf den Bereich von 0,1 bis 0,3 Gew.-% beschränkt. Ferner betragen die unvermeidbaren
Verunreinigungen vorzugsweise nicht mehr als 0,2 Gew.-%.
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Ferner wird in der vorliegenden Endung
die Menge des in dem Aluminiumlegierungsguss der vorliegenden Erfindung
enthaltenen Gases auf nicht mehr als 1,5 cm3,
vorzugsweise nicht mehr als 0,5 cm3, bezüglich 100
g der hochfesten Aluminiumlegierung gehalten und ein Anlösen und
Kaltaushärten
wird durchgeführt. Durch
Definieren der Gasmenge in dem Aluminiumlegierungsguss gibt es selbst
bei der Durchführung
des als nächstes
erläuterten
langen Hochtemperatur-Anlösens
und Kaltaushärtens
keinen Fall, in dem sich mitgerissenes Gas ausdehnt und Gussblasen
verursacht, welche einen Abfall der Festigkeit des hochfesten Aluminiumlegierungsgusses
bewirken.
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Um weiter die Festigkeit des Aluminiumlegierungsgusses
zu erhöhen,
die obige Aufgabe, wird der hochfeste Aluminiumlegierungsguss der
vorliegenden Erfindung durch Erwärmen
in einem Temperaturbereich von 495 bis 505°C für 2 bis 6 Stunden angelöst, dann
abgeschreckt und dann weiter durch Erwärmen in einem Temperaturbereich
von 160 bis 220°C
für 2 bis
6 Stunden kaltausgehärtet.
Durch Anlösen
des hochfesten Aluminiumlegierungsgusses gemäß der vorliegenden Erfindung
unter den obigen Bedingungen dispergieren die Verbindungen der in
der Legierung enthaltenen Aushärteelemente,
d.h. Cu, Mg und Si, zusammen mit dem Ag der geringen Menge des Zusatzelements
fein und gleichmäßig, sodass
das Aushärten
des Aluminiumlegierungsgusses verbessert wird. Ferner wird in der
vorliegenden Erfindung durch Abschrecken nach dem Anlösen und
dann Kaltaushärten
die Struktur des eutektischen Si, die durch das Ag des Zusatzelements
in der Legierung feiner gemacht ist, körniger, sodass der Aluminiumlegierungsguss
weiter verfestigt wird. Als obiges Abschrecken werden zusätzlich zu
Abschrecken mit Wasser, auch Abschrecken mit Öl, Abschrecken mit Öl-Wasser-Emulsion,
usw. eingesetzt.
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Man beachte, dass in dem hochfesten
Aluminiumlegierungsguss der vorliegenden Erfindung, falls die Menge
des in diesem hochfesten Aluminiumlegierungsguss enthaltenen Gases
1,5 cm3 bezüglich 100 g des Legierungsgusses übersteigt,
in dem Guss eine Gussblasenbildung stattfindet und der Guss während des
Anlösens
bei etwa 500°C
für 6 Stunden
verformt wird. Deshalb ist die Menge des in dem hochfesten Aluminiumlegierungsguss
der vorliegenden Erfindung enthaltenen Gases auf nicht mehr als
1,5 cm3 bezüglich 100 g des Legierungsgusses
gemacht. Ferner ist es durch Reduzieren des Drucks in der Form der
Druckgussmaschine auf nicht mehr als 13,3 kPa oder dann Einblasen
von Sauerstoff eines Drucks von wenigstens Atmosphärendruck
in die Form möglich,
die Menge des in dem Aluminiumlegierungsguss enthaltenen Gases auf
nicht mehr als 1,5 cm3 bezüglich 100
g der hochfesten Aluminiumlegierung zu halten. Ferner ist es auch
möglich,
dies in dem Verfahren des Schließens von Formhälften, des
Gießens
einer Aluminiumschmelze in eine Schmelzkammer einer Druckgussmaschine,
dann des langsamen Vorschiebens eines Spritzkolbens, um so zu verhindern, dass
Luft, aus dem Trennmittel erzeugtes Wärmezersetzungsgas, Schmiermittel,
usw. in dem Hohlraum mitgerissen wird, wenn eine hochfeste Aluminiumlegierung
in die Form gefüllt
wird, zu unterdrücken.
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Der angelöste und kaltausgehärtete hochfeste
Aluminiumlegierungsguss der vorliegenden Erfindung hat eutektisches
Si einer Teilchengröße von durchschnittlich
nicht mehr als 12 μm,
eine Cu-Verbindung einer Teilchengröße von nicht mehr als durchschnittlich
8 μm, eine
Mg-Si-Verbindung einer Teilchengröße von nicht mehr als durchschnittlich
12 μm und
eine Fe-Verbindung einer Teilchengröße von nicht mehr als durchschnittlich
6 μm. Durch
Verleihen des hochfesten Aluminiumlegierungsgusses mit Ag der vorliegenden
Erfindung die obige Teilchengröße durch
das obige Anlösen
und Kaltaushärten
war es möglich,
die Zugfestigkeit, die Umformfestigkeit und die Dauerfestigkeit
um etwa 5 bis 10% im Vergleich zu einem herkömmlichen Aluminiumlegierungsguss
ohne Ag, aber mit Legierungsbestandteilen äquivalent zu der vorliegenden
Erfindung zu verbessern.
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Der zweite hochfeste Aluminiumlegierungsguss
der vorliegenden Erfindung erzielt eine Verbesserung der Festigkeit
und eine Reduzierung der Festigkeitsschwankungen des Aluminiumlegierungsgusses
durch Reduzieren der Gießfehler
des gegossenen oder druckgegossenen Aluminiumlegierungsgusses, Gleichmäßiger-Machen
der Struktur und Feiner-dispergiert-Machen der Struktur und Hinzufügen geeigneter
Mengen Cu und Mg.
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Als Verfahren des Reduzierens der
Gießfehler
des Aluminiumlegierungsgusses gibt es 1) das Verfahren des Evakuierens
der Luft und des Gases des Trennmittels, usw. in dem Hohlraum zum
Unterdrücken
von Mitreißfehlern
und das Füllen
der Aluminiumlegierungsschmelze in den Hohlraum mit einer geringen
Geschwindigkeit sowie 2) eine lokale Druckbeaufschlagung zum Unterdrücken von
Einfallstellen. Diese Fehlerverhinderungstechniken sind jedoch dahingehend
problematisch, dass die Gusstechnologie schwierig ist. Es ist schwierig,
Fehler nur durch die Gusstechnologie niederzuhalten. Um solche Fehler
zu verhindern, besteht die Lösung
darin, zu dem Gussmaterial hinzuzufigen:
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eine geringe Menge eines seltenen Erdmetalls, das eine Verbindung
mit dem die Hohlraumfehler bildenden Wasserstoff bilden kann, und
- (2) eine geringe Menge eines seltenen Erdmetalls zum Dispergieren
des Gases und Niederhalten der offensichtlichen Fehlerdimensionen
durch Erhöhen
der Feinheit der Dispersion des sich langsam verfestigenden eutektischen
Si durch das seltene Erdmetall, d.h. Erhöhen der Feinheit der Teile
eutektischen Si, wo sich Gasbestandteile in dem Prozess der Verfestigung
leicht gesammelt haben.
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Ferner existiert als Verfahren zum
Verfestigen der Aluminiumlegierung das Verfahren des Erhöhens der
Gleichmäßigkeit
der Struktur und des Erhöhens
der Dispersionsfeinheit der Struktur des Aluminiumlegierungsgusses.
Als Stand der Technik gibt es den Zusatz von Bestandteilen wie beispielsweise
Ti, Ca, Zr, Na, Sr, usw. Diese Verfahren sind auf das Erhöhen der
Feinheit des eutektischen Kristalls und des α-Kristalls gerichtet. Ferner
ist es zum Verfestigen der Legierung notwendig, geeignete Mengen
der Aushärtungsbestandteile
Cu und Mg hinzuzufügen,
aber es ist schwierig, das Cu und Mg gleichmäßig in dem Guss dispergieren
zu lassen. Beim Hinzufügen
wenigstens einer gewissen Menge Cu gibt es den nachteiligen Effekt,
dass der Guss während
des Gießens
leicht platzen kann. Um mit diesem Problem fertig zu werden, ist
es durch Hinzufügen eines
seltenen Erdmetalls möglich,
die Dispersionsfeinheit von Cu und Mg zu erhöhen und die Festigkeit an der
Strukturoberfläche
mehr zu erhöhen.
Ferner ist es bekannt, dass es möglich
ist, in der Nadelstruktur des die Festigkeit verhindernden Elements
Fe durch Hinzufügen
eines gewissen Anteils Mn Klumpen zu bilden, aber wenn es möglich wäre, die
Gleichmäßigkeit
zu erhöhen
und die Feinheit der Verteilung zu erhöhen, würde sich das Fe nicht lokal
sammeln und würde
schädlich
werden. Ein seltenes Erdmetall ist auch für dieses Problem effektiv.
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Durch Hinzufügen geringer Mengen seltener
Erdmetalle, die Hydridverbindungen mit eingeschmolzenem Wasserstoff
bilden können,
und Gießfehler-Neutralisierungselementen
aus einer zweiten Gruppe von Zusatzelementen von Rb, K, Ba, Sr,
Zr, Nb, Ta, V und Pd beim Gießen
oder Druckgießen
der Aluminiumlegierung werden eine erhöhte Gleichmäßigkeit der Struktur und eine
erhöhte
Dispersionsfeinheit erzielt und die Festigkeit des Aluminiumlegierungsgusses
wird auffallend verbessert.
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Um das obige Problem zu lösen, enthält der hochfeste
Aluminiumlegierungsguss der vorliegenden Erfindung 0,1 bis 1,0 Gew.-%
wenigstens einer Art eines Gießfehler-Neutralisierungselements
(NCDE) der Gruppe von zweiten Zusatzelementen Rb, K, Ba, Sr, Zr,
Nb, Ta, V und Pd sowie seltenen Erdmetallen. Während des Gießens oder
Druckgießens
hält das
Gießfehler-Neutralisierungselement
(NCDE) die wegen des eingeschmolzenen Wasserstoffes auftretenden
Gießfehler
durch Bilden eines Hydrids mit dem eingeschmolzenen Wasserstoff
in der Aluminiumlegierung nieder. Die Aluminiumlegierung der vorliegenden
Erfindung enthält
7,5 bis 11,5 Gew.-% Si, 3,8 bis 4,8 Gew.-% Cu, 0,45 bis 0,65 Gew.-%
Mg, 0,4 bis 0,7 Gew.-% Fe, 0,35 bis 0,45 Gew.-% Mn, nicht mehr als
0,2 Gew.-% unvermeidbare Verunreinigungen und den Rest Al. Die Menge
des in dem hochfesten Aluminiumlegierungsguss der vorliegenden Erfindung
enthaltenen Gases wird auf den Bereich von 0,5 bis 1,5 cm3 bezüglich
100 g des hochfesten Aluminiumlegierungsgusses gedrückt und
ein Anlösen
und Kaltaushärten
werden ausgeführt,
um die Festigkeit zu verbessern. Ferner wird der hochfeste Aluminiumlegierungsguss
der vorliegenden Erfindung durch Erwärmen in einem Temperaturbereich
von 495 bis 505°C
für 2 bis
6 Stunden angelöst,
dann abgeschreckt und dann weiter durch Erwärmen in einem Temperaturbereich
von 160 bis 220°C
für 2 bis
6 Stunden kaltausgehärtet.
Der angelöste
und kaltausgehärtete
hochfeste Aluminiumlegierungsguss der vorliegenden Erfindung besitzt
eutektisches Si einer Teilchengröße von durchschnittlich
nicht mehr als 12 μm,
eine Cu-Verbindung einer Teilchengröße von nicht mehr als durchschnittlich
8 μm, eine
Mg-Si-Verbindung einer Teilchengröße von nicht mehr als durchschnittlich
12 μm und eine
Fe-Verbindung einer Teilchengröße von nicht
mehr als durchschnittlich 6 μm.
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Wie in 4A und 4B dargestellt, ist der Anteil
Mg stark beeinflussend auf die Festigkeit. Falls zu groß oder zu
klein, sinkt die Festigkeit. Um eine höhere Festigkeit zu erzielen,
ist Cu ferner auf 3,8 bis 4,8 Gew.-% und Mg auf 0,45 bis 0,65 Gew.-%
beschränkt.
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Um das obige Problem zu lösen, weist
das Herstellungsverfahren eines hochfesten Aluminiumlegierungsgusses
der vorliegenden Erfindung die Schritte des Anlösens eines hochfesten Aluminiumlegierungsgusses
durch Erwärmen
in einem Temperaturbereich von 495 bis 505°C für 2 bis 6 Stunden, des Abschreckens des
hochfesten Aluminiumlegierungsgusses mit Wasser nach dem Anlösen und
des Kaltaushärtens
des hochfesten Aluminiumlegierungsgusses durch Erwärmen in
einem Temperaturbereich von 160 bis 220°C für 2 bis 6 Stunden nach dem
Wasserhärten
auf.
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Ferner ist eine Spirale für einen
Kompressor einer Klimaanlage der vorliegenden Erfindung aus diesem
hochfesten Aluminiumlegierungsguss gemacht. Das Herstellungsverfahren
einer Spirale für
einen Kompressor einer Klimaanlage weist die Schritte des Reduzierens
des Drucks in der Form auf nicht mehr als 13,3 kPa und des Füllens der
Form mit der hochfesten Aluminiumlegierung nach der Reduzierung
des Drucks für den
Druckguss oder den Schritt des Schließens von Formhälften, des
Gießens
einer Aluminiumschmelze in eine Schmelzkammer einer Druckgussmaschine,
dann Füllen
der hochfesten Aluminiumlegierung in die Form während des Vorschiebens eines
Spritzkolbens mit einer niedrigen Geschwindigkeit, um so Luft, von
einem Trennmittel erzeugtes Wärmezersetzungsgas,
usw. vom Mitreißen
abzuhalten, auf. Ferner weist das Herstellungsverfahren der Spirale
die Schritte des Reduzierens des Drucks in der Form auf nicht mehr
als 13,3 kPa, des Einstellens der Atmosphäre durch Einblasen von Sauerstoff
eines Drucks von wenigstens Atmosphärendruck und des Füllens einer
hochfesten Aluminiumlegierung in die Form nach dem Einstellen des
Drucks auf.
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Wie in 5 dargestellt,
ist in dem Bereich, in dem Gießfehlerdimensionen,
die eine starke Wechselbeziehung zu der Gasmenge haben, klein sind,
die Festigkeit empfindlich, während
unter der Grenze der Gießfehlerdimension
die Festigkeit nicht durch einen Gießfehler beeinflusst wird. In
der vorliegenden Erfindung ist es durch Hinzufügen eines seltenen Erdmetalls
zu einem Druckgussmaterial mit einer auf weniger als 1,5 cm3 pro 100 g Al gehaltenen Gasmenge möglich, die
Gießfehlerdimensionen
klein genug zu machen, um so die Festigkeit nicht zu beeinflussen.
Als Ergebnis werden eine Verbesserung der Festigkeit und eine Verringerung der
Festigkeitsschwankungen erzielt.
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Nun zu speziellen Beispielen, besitzt
die Aluminiumlegierung der vorliegenden Erfindung, die zum Verbessern
der Festigkeit des Legierungsgusses vorbereitet ist, eine chemische
Grundzusammensetzung von 10,5 Gew.-% Si 4,5 Gew.-% Cu, 0,6 Gew.-%
Mg, 0,5 Gew.-% Fe, 0,4 Gew.-% Mn, unvermeidbare Verunreinigungen
und einen Rest Al sowie auch 0,2 Gew.-% Ag. Als Aluminiumlegierung
eines Vergleichsbeispiels wurde die Grundzusammensetzung ohne Ag
vorbereitet.
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Diese Legierungen wurden durch eine
herkömmliche
Druckgussmaschine druckgegossen. Die Verteilungszustände der
Legierungsbestandteile wurden durch EPMA beobachtet. 1 zeigt den Verteilungszustand
der Legierungsbestandteile durch Beobachtung durch EPMA für die Aluminiumlegierung
mit hinzugefügtem
Ag der vorliegenden Erfindung und der Legierung ohne hinzugefügtes Ag
des Vergleichsbeispiels.
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In „a" von 1 zeigte
die Verteilung des eutektischen Si der Probe ohne hinzugefügtes Ag
des Vergleichsbeispiels relativ grobes eutektisches Si. Andererseits
zeigt in „e" von 1 die Verteilung des eutektischen Si
der Ag enthaltenden Probe der vorliegenden Erfindung eutektisches
Si mit größerer Feinheit.
Ferner zeigen die Verteilungen der Cu-Verbindung, der Mg-Si-Verbindung und
der Fe-Verbindung der Probe ohne hinzugefügtes Ag des Vergleichsbeispiels
eine lokale Verteilung relativ grober Partikel. Da insbesondere
die Aushärtebestandteile
der Cu-Verbindung und der Mg-Si-Verbindung gröber und lokal verteilt werden,
bewirken sie einen Abfall und eine Schwankung der Festigkeit. Falls
insbesondere die Menge Cu zu viel erhöht wird, tritt das Problem
des Brechens während
des Gießens
auf, aber indem die Verteilung der Cu-Verteilung gleichmäßiger gemacht
wird, entsteht das Problem des Brechens nicht einfach, selbst wenn
der Anteil von Cu relativ höher
gemacht wird. Ferner zeigt die Verteilung der Fe-Verbindungen eine relativ lange Nadelstruktur.
Andererseits neigen in „f", „g" und „h" von 1 die Verteilungen der Cu-Verbindung,
der Mg-Si-Verbindung und der Fe-Verbindung
der Ag enthaltenden Probe der vorliegenden Erfindung zu gleichmäßigen Verteilungen
feiner Partikel. Da die Aushärteelemente
Cu und Mg feiner sind und gleichmäßig verteilt sind, ist es möglich, die
Festigkeit zu erhöhen
und die Festigkeitsschwankungen zu reduzieren. Ferner bewirkt die
Verteilung des Fe beinahe keine schädlichen Nadelstrukturen aufgrund
des Synergieeffekts des größeren Klumpens
wegen der Zugabe von Mn und der durch die Zugabe von Ag verursachten
Zerstreuung von Fe.
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Beispiel 1
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sEine Legierung mit 10,5 Gew.-% Si,
4,5 Gew.-% Cu, 0,6 Gew.-% Mg, 0,5 Gew.-% Fe, 0,4 Gew.-% Mn, unvermeidbare
Verunreinigungen und Rest Al und ferner mit 0,2 Gew.-% Ag wurde
vorbereitet.
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Eine Schmelze der Aluminiumlegierung
wurde in eine Spirale für
einen Kompressor einer Klimaanlage mittels einer herkömmlichen
Druckgussmaschine druckgegossen. Nach Entfernen aus der Form wurde
der Guss der Spirale der Aluminiumlegierung durch Erwärmen in
einem Temperaturbereich von 495 bis 505°C für 2 bis 6 Stunden angelöst. Der
angelöste
Guss der Spirale wurde dann in dem vorliegenden Beispiel wassergehärtet. Nach
dem Wasserhärten
wurde der Guss der Spirale durch Erwärmen in einem Temperaturbereich von
160 bis 220°C
für 2 bis
6 Stunden kaltgehärtet.
Der erhaltene Guss der Spirale für
einen Kompressor einer Klimaanlage konnte in Zugfestigkeit, Umformfestigkeit
und Dauerfestigkeit um etwa 5 bis 15% erhöht werden.
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Beispiel 2
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In diesem Ausführungsbeispiel wurde zuerst
das Innere der Form einer Druckgussmaschine im Druck auf nicht mehr
als 13,3 kPa (100 Torr) mittels einer Vakuumpumpe reduziert. Der
aus der Form entnommene Guss der Spirale der Aluminiumlegierung
wurde wie in Beispiel 1 durch Erwärmen in einem Temperaturbereich von
495 bis 505°C
für 2 bis
6 Stunden angelöst
und dann im vorliegenden Beispiel wassergehärtet und durch Erwärmen in
einem Temperaturbereich von 160 bis 220°C für 2 bis 6 Stunden kaltausgehärtet. Auch
beim Unterziehen des erhaltenen Gusses der Spirale für einen
Kompressor einer Klimaanlage der obigen hohen Temperatur, dem langen
Anlösen
und Kaltaushärten,
wurde das Mitreißen
des Gases durch Evakuieren des Innern der Form beim Druckgießen unterdrückt, sodass
es weniger Blasenbildung und kein Problem eines Abfalls der Festigkeit
gab.
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Beispiel 3
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In diesem Beispiel wurde auf die
gleiche Weise wie in Beispiel 2 die Atmosphäre durch Reduzieren des Drucks
in der Form der Druckgussmaschine auf nicht mehr als 13,3 kPa (100
Torr) mittels einer Vakuumpumpe, dann Einblasen von Sauerstoff mit
wenigstens Atmosphärendruck
in die Form eingestellt. Die Schmelze der in Beispiel 1 gezeigten
Aluminiumlegierung wurde in die Form gefüllt, um eine Spirale eines
Kompressors einer Klimaanlage druckzugießen. Der aus der Form entnommene
Guss der Spirale einer Aluminiumlegierung wurde wie in Beispiel
1 durch Erwärmen
in einem Temperaturbereich von 495 bis 505°C für 2 bis 6 Stunden angelöst und dann
im vorliegenden Beispiel wassergekühlt und durch Erwärmen in
einem Temperaturbereich von 160 bis 220°C für 2 bis 6 Stunden kaltausgehärtet. Selbst
beim Unterziehen des erhaltenen Gusses der Spirale für einen
Kompressor einer Klimaanlage der obigen hohen Temperatur, dem langen
Anlösen
und Kaltaushärten,
wurde das Mitreißen
von Gas durch Evakuieren des Innern der Form und Einblasen von Sauerstoff
beim Druckgießen
unterdrückt,
sodass es weniger Blasenbildung gab und das Problem des Abfalls
der Festigkeit nicht auftrat.
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Der Grund für das Auftreten von ersten
Gießfehlern
sind die Blasen, die durch das Mitreißen des Gases im Hohlraum in
der Schmelze beim Einfüllen
einer Aluminiumlegierungsschmelze in einen Hohlraum einer Form einer
Druckgussmaschine mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck verursacht
werden, d.h. diese sind Gießfehler,
die durch Gas in dem Hohlraum verursacht werden. Der Grund für das Auftreten
von zweiten Gießfehlern
ist die Feuchtigkeit in der Form (Gießform) und die Feuchtigkeit
des Trennmittels, usw., das mit der Schmelze der Aluminiumlegierung
reagiert, um Wasserstoff in der Schmelze zu erzeugen, welches dann während des
Verfestigungsprozesses in dem Produkt als Blasen eingeschlossen
wird. D.h. diese sind Gießfehler,
die durch während
des Einfüllens
in der Schmelze erzeugten eingeschmolzenen Wasserstoff verursacht werden.
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Die aufgetretenen Gießfehler,
insbesondere die aufgetretenen Hohlraumfehler enthalten Mitreißhohlräume aufgrund
des Mitreißens
von Luft und Wärmezersetzungsgasen,
die von dem Trennmittel, usw. erzeugt werden, sowie beim Verfestigungsprozess
des Aluminiums oder eines anderen Leichtmetalls in einer Form entstehende
Einfallstellen. Der Ansatz zum Reduzieren der ersten Gießfehler,
die durch Gas in dem Hohlraum verursacht werden, ist allgemein die
Verbesserung des Gießverfahrens.
Jedoch führt
das Reduzieren der Gießfehler
durch eine Verbesserung des Gießverfahrens
nicht nur zu einem Preisanstieg des Druckgusses, sondern erfordert
auch Einschränkungen
in der Form des Produkts. Ferner gibt es Grenzen der Größe der Gießfehler,
die durch eine Verbesserung des Gießverfahrens reduziert werden
können.
Derzeit ist es beinahe unmöglich,
Gießfehler
einer Größe von weniger
als 100 μm
zu beseitigen. Als Verfahren zum Reduzieren von Gießfehlern
eines Aluminiumlegierungsgusses gibt es zum Zeitpunkt des Gießens 1)
das Verfahren des Evakuierens der Luft, des Gases des Trennmittels,
usw. in dem Hohlraum zum Unterdrücken
von Mitreißhohlräumen und
des Füllens
der Aluminiumlegierungsschmelze in den Hohlraum mit einer geringen
Geschwindigkeit, sowie 2) das Verfahren einer lokalen Druckbeaufschlagung
zum Unterdrücken
von Einfallstellen. Diese Techniken zum Verhindern von Fehlern leiden
jedoch an dem Problem der Schwierigkeit in der Gusstechnologie. Es
ist schwierig, Fehler durch gerade die Gusstechnik zu unterdrücken. Um
solche Fehler zu verhindern, wird
- (1) eine
geringe Menge eines seltenen Erdmetalls, welches eines Verbindung
mit dem die Hohlraumfehler bildenden Wasserstoff bilden kann, hinzugefügt, und
- (2) die Dispersionsfeinheit des sich langsam verfestigenden
eutektischen Si durch das seltene Erdmetall erhöht, was zu einer erhöhten Feinheit
des Teils eutektischen Si führt,
wo sich Gasbestandteile in dem Verfestigungsprozess leicht sammeln,
wodurch
das Gas verteilt wird und die erscheinenden
Fehlerdimensionen niedrig gehalten werden.
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Strukturbeobachtung
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Zuerst werden die Ergebnisse einer
Beobachtung der Strukturen eines hochfesten Aluminiumlegierungsgusses
eines Beispiels der vorliegenden Erfindung, das ein Gießfehler-Neutralisierungselement
enthält und
einer T6-Behandlung unterzogen wurde (dargestellt in 6B), und eines Legierungsgusses
eines Vergleichsbeispiels, das kein Gießfehler-Neutralisierungselement
enthält
und einer T6-Behandlung unterzogen wurde (dargestellt in 6A), gezeigt.
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Die Aluminiumlegierungen des Beispiels
der vorliegenden Erfindung und eines Vergleichsbeispiels enthalten
9,5 bis 11,5 Gew.-% Si, 3,8 bis 4,8 Gew.-% Cu, 0,45 bis 0,65 Gew.-%
Mg, 0,4 bis 0,7 Gew.-% Fe, 0,35 bis 0,45 Gew.-% Mn, nicht mehr als
0,2 Gew.-% unvermeidbare Verunreinigungen und Rest Al. Ferner enthält die hochfeste
Aluminiumlegierung der vorliegenden Erfindung 0,1 bis 1,0 Gew.-%
wenigstens eines Typs eines Gießfehler-Neutralisierungselements,
das ausgewählt
ist aus der Gruppe von Rb, K, Ba, Sr, Zr, Nb, Ta, V, Pd, La und
Ce. Um die erhöhte
Dispersion und erhöhte
Feinheit des eutektischen Si in der Aluminiumlegierung des Beispiels
der vorliegenden Erfindung und des Vergleichsbeispiels zu studieren,
wurden die Strukturen durch EPMA geprüft. 6 zeigt
die mit EPMA beobachteten Strukturen der Aluminiumlegierungen des
Beispiels der vorliegenden Erfindung und des Vergleichsbeispiels,
die einer T6-Behandlung
unterzogen wurden. 6A zeigt
ein Vergleichsbeispiel der obigen Aluminiumlegierung, die nur einer
T6-Behandlung unterzogen wurde. Es wurde eutektisches Si einer relativ
groben Nadelstruktur beobachtet. 6B zeigt
ein Beispiel einer Aluminiumlegierung der vorliegenden Erfindung
mit einem Gießfehler-Neutralisierungselement,
die einer T6-Behandlung unterzogen wurde. Es wurde eutektisches
Si frei von irgendeiner Nadelstruktur, von erhöhter Feinheit und erhöhter Dispersion
beobachtet. Aus den Ergebnissen in dem Beispiel einer Aluminiumlegierung
der vorliegenden Erfindung, dem ein Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
ist und das einer T6-Behandlung unterzogen wurde, wurde beobachtet,
dass es einen Effekt erhöhter
Feinheit und erhöhter
Dispersion an den Legierungsbestandteilen Cu, Mg, Mn und Fe gab.
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Aufgrund der erhöhten Feinheit und der erhöhten Dispersion
wegen dieser Legierungsbestandteile ermöglicht die Zugabe eines Gießfehler-Neutralisierungselements
eine Verbesserung der Festigkeit und eine Reduzierung der Schwankungen
der Festigkeit eines Aluminiumlegierungsgusses. 7A und 7B zeigen
die Beobachtungsergebnisse des Verteilungszustandes der Legierungsbestandteile
Mg und Cu aufgrund der Zugabe oder Abwesenheit eines Gießfehler-Neutralisierungselements
mittels EPMA. In den Ausführungsbeispielen,
wo ein Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
wurde, wurden im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel (7A) ohne irgendein Gießfehler-Neutralisierungselement
bei beiden Legierungsbestandteilen Mg und Cu erhöhte Feinheit und erhöhte Dispersion
festgestellt.
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Als nächstes wurde, um die Herstellung
eines Hydrids durch ein Gießfehler-Neutralisierungselement klarer
zu bestätigen,
eine Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie
(TOF-SIMS) benutzt, um zu versuchen, irgendein Hydrid (HGE-H3) und Aluminiumhydrid (HGE (H4Al)3) zu erfassen. Ferner wurde eine Analyse eingeschmolzenen
Gases durch eine Atmosphärendruckionisations-Massenspektrometrie
(API-MS) durchgeführt.
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Gießfehler-Neutralisierungselemente
und Hydrid
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Die Analyseergebnisse der Gasmenge
eines Gusses, dem ein Gießfehler-Neutralisierungselement hinzugefügt ist,
und eines Gusses ohne einen solchen Zusatz unter Verwendung des
Lansley-Verfahrens (Tabelle 1) werden als nächstes erläutert. Die Gasmenge betrug
0,4 bis 0,5 cm3 je 100 g Al oder keinen
Unterschied zwischen einem Guss ohne Zugabe und einem Guss mit Zugabe.
Wenn jedoch eine statistische Bearbeitung durchgeführt wurde
und die Größe der an
den Gussflächen
auftretenden Hohlraumfehler untersucht wurde, wurde ein Effekt der
Reduzierung der Fehlerdimensionen beobachtet, wie in 8 dargestellt. Bezüglich der
Ergebnisse wurde in den Ergebnissen der Sekundärionen-Massenspektrometrie ein Spitzenwert
entsprechend dem Gießfehler-Neutralisierungselement
für die
Legierung beobachtet, der das Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
wurde, Ergebnisse der Massenspektrometrie des Gießfehler-Neutralisierungselements
H3 entsprechend einer Wasserstoffverbindung
wurden erhalten, und es wurde bestätigt, dass der Wasserstoff
in dem Aluminium in dem Gießfehler-Neutralisierungselement
gespeichert wurde. Um dies zu bestätigen, wurde ferner eine Atmosphärendruckionisations-Massenspektrometrie
(API-MS) für
eine Wasserstoffemissionsanalyse (8)
benutzt, woraufhin festgestellt wurde, dass die Spitzentemperatur
für die
Wasserstoffemission für
einen Guss ohne hinzugefügtes
Gießfehler-Neutralisierungselement
nahe 220°C
war, während
die Spitzentemperatur für
einen Guss mit hinzu gefügtem
Gießfehler-Neutralisierungselement
zu etwa 350°C
verschoben war. Auch hieraus ergibt sich, dass sich die Form, durch
welche der Fehler bewirkende Wasserstoff integriert wird, aufgrund
der Zugabe eines Gießfehler-Neutralisierungselements
verändert.
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Hydrid und eingeschmolzenes
Gas
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Das Hydrid und eingeschmolzenes Gas
eines hochfesten Aluminiumlegierungsgusses mit einem Gießfehler-Neutralisierungselement
eines Beispiels der vorliegenden Erfindung und eines Gusses ohne
Gießfehler-Neutralisierungselement
eines Vergleichsbeispiels werden nachfolgend gezeigt. Die Ergebnisse
der Gesamtgasanalyse der Aluminiumlegierungsgusse aus der Auswertung
sind in Tabelle 1 gezeigt.
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TABELLE
1: Ergebnisse der Gesamtgasanalyse
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Das in dem Aluminiumlegierungsguss
enthaltene Gas war sowohl im Erfindungsbeispiel mit dem Gießfehler-Neutralisierungselement
als auch im Vergleichsbeispiel ohne dieses hauptsächlich Wasserstoff. Die
Gesamtgasmengen waren ebenfalls im wesentlichen die gleichen. 8 zeigt die Analyseergebnisse
der Wasserstoffemission durch die Atmosphärendruckionisations-Massenspektrometrie
(API-MS). Aus den Ergebnissen der Wasserstoffemission von 8 stieg die Wasserstoffemissions-Spitzentemperatur
der Legierung, der das Gießfehler-Neutralisierungselement
(NCDE) hinzugefügt
wurde, auf der Hochtemperaturseite stark an. Dies zeigt wahrscheinlich
an, dass die Wasserstoffemissions-Spitzentemperatur aufgrund der
Veränderung
der Wasserstoffeinfangstellen aufgrund der Zugabe des Gießfehler-Neutralisierungselements
(NCDE) anstieg. Zusammen mit der Messung einer Spitze des Gießfehler-Neutralisierungselements
und von Spitzen entsprechend dem Gießfehler-Neutralisierungselement
und unter der Annahme, dass H3 das Ergebnis
des Einfangens des Wasserstoffs ist, wird angenommen, dass der in
der Schmelze der Aluminiumlegierung vorhandene oder während des
Füllens
der Schmelze erzeugte Wasserstoff sich mit dem Gießfehler-Neutralisierungselement
verbindet, was in der Bildung eines Hydrids resultiert.
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Gießfehler
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Die Größe der Gießfehler eines Gusses der vorliegenden
Erfindung mit einem Gießfehler-Neutralisierungselement
und einem Guss eines Vergleichsbeispiels ohne ein Gießfehler-Neutralisierungselement
sind unten dargestellt. 9 zeigt
die Ergebnisse einer statistischen Extremwertbearbeitung von insgesamt
100 Gießfehlern
für einen
Guss eines Erfindungsbeispiels mit einem Gießfehler-Neutralisierungselement
und einen Guss eines Vergleichsbeispiels ohne dieses. In 9 zeigte die Extremwertstatistik
eines Gusses des Erfindungsbeispiels, dem das Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
ist, im Vergleich zu der Extremwertstatistik eines Gusses des Vergleichsbeispiels,
dem das Gießfehler-Neutralisierungselement
nicht hinzugefügt
ist, eine Änderung
in der Verteilung der Gießfehler
und eine Reduzierung in den Dimensionen der Gießfehler. Die maximale Fehlerdimension
je zehn Gussproben des Erfndungsbeispiels, denen das Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefigt wurde, betrug 60 μm,
während
die maximale Fehlerdimension je zehn Gussproben des Vergleichsbeispiels,
denen kein Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
wurde, 145 μm
betrug. D.h. die maximale Fehlerdimension der Gussprobe des Erfindungsbeispiels,
der das Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
wurde, wurde auf weniger als die Hälfte der maximalen Fehlerdimension
der Gussprobe des Vergleichsbeispiels, der kein Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
wurde, reduziert. Deshalb wurde durch Hinzufügen eines Gießfehler-Neutralisierungselements
zu der Aluminiumlegierung beobachtet, dass die Gussstruktur verbessert
wurde und dadurch die Gießfehler
verringert wurden.
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Dauertest
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10 zeigt
die Ergebnisse eines Dauertests (Dauerfestigkeitskurve) in einer
Umgebung einer Temperatur von 150°C
für einen
Guss eines Erfindungsbeispiels mit einem Gießfehler-Neutralisierungselement und
einen Guss eines Vergleichsbeispiels ohne dieses. Die Dauerfestigkeit
der Gussprobe des Erfindungsbeispiels, der ein Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
ist, zeigte eine Verringerung der Schwankung der Dauerfestigkeit
und eine Verbesserung der Dauerfestigkeit im Vergleich zu der Dauerfestigkeit
einer Gussprobe des Vergleichsbeispiels, wo kein Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
ist. Eine Fotografie der Bruchfläche
eines Startpunktes einer Zerstörung
in einem Dauertest ist in 11 gezeigt.
Bei allen beobachteten Bruchflächen
hat die Gussprobe, der kein Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
ist, einen Startpunkt eines Hohlraumfehlers von etwa 100 bis 150 μm, während die
Gussprobe mit dem hinzugefügten Gießfehler-Neutralisierungselement
von der Matrix ohne Starten von einem Gießfehler zerstört wurde.
In der Gussprobe, der das Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
ist, entstand die Zerstörung
von der Matrix aufgrund der Gießfehler,
die über
die gesamte Matrix feiner werden.
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Im Vergleich zu der Gussprobe ohne
hinzugefügtes
Element war die Gussprobe, der das Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
wurde, in der Festigkeit um 7% verbessert und in Schwankungen der Festigkeit
um wenigstens 40% verbessert.
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Festigkeitseigenschaften
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Die relative Zugfestigkeit und die
relative Dauerfestigkeit der Aluminiumlegierungsgusse der Beispiele der
vorliegenden Erfindung, denen Gießfehler-Neutralisierungselemente
hinzugefügt
sind, und der Vergleichsbeispiele sind in 12A und 12B dargestellt.
Als Beispiele einer Anwendung des Materials der Beispiele der vorliegenden
Erfindung sind eine Spirale eines Kompressors einer Klimaanlage
wie beispielsweise eines Spiralkompressors oder CO2-Kompressors,
ein Schaufelrotor in einer in einem Antriebsgetriebesystem zum Übertragen
einer Antriebskraft von einer Antriebswelle eines Verbrennungsmotors
zu einer angetriebenen Welle, welche ein Ansaugventil oder Abgasventils
eines Verbrennungsmotor öffnet
und schließt,
vorgesehener Ventileinstellungs-Reguliervorrichtung, ein Gehäuse von
Chassis-Teilen wie beispielsweise eines Antiblockierbremssystems,
usw. Die relative Zugfestigkeit eines Aluminiumlegierungsgusses,
dem ein Gießfehler-Neutralisierungselement
der vorliegenden Erfindung hinzugefügt ist, erreicht 1,5 und die
relative Dauerfestigkeit erreicht 1,2. Der Legierungsguss der vorliegenden
Erfindung ist mit extrem hohen Festigkeitseigenschaften versehen.
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Die Effekte der Erfindung zusammenfassend,
kann der erste Legierungsguss der vorliegenden Erfindung einen hochfesten
Aluminiumlegierungsguss geben, bei dem durch die Zugabe einer winzigen
Menge Ag zu der Aluminiumlegierung eine erhöhte Feinheit der Kristallisationslegierungselemente
und der Aushärtungselemente
erzielt wird.
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Wie in 2A dargestellt,
zeigt der hochfeste Aluminiumlegierungsguss der vorliegenden Erfindung, dem
Ag hinzugefügt
ist und der einer T6-Wärmebehandlung
unterzogen wird, im Vergleich zu einem herkömmlichen Material, das einer
T5-Behandlung unterzogen
wird, eine 1,47-mal größere relative
Zugfestigkeit. Ferner zeigt, wie in 2B dargestellt,
ein hochfester Aluminiumlegierungsguss der vorliegenden Erfindung,
dem Ag hinzugefigt ist und der einer T6-Wärmebehandlung unterzogen wird,
im Vergleich zu einem herkömmlichen Material,
das einer T6-Wärmebehandlung
unterzogen wird und kein Ag enthält,
das 1,2-fache der relativen Zugfestigkeit und der relativen Dauerfestigkeit.
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Ferner werden in dem ersten Legierungsguss
der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Feinheit und erhöhte Gleichmäßigkeit
der Gussstruktur erzielt, wodurch der Aluminiumlegierungsguss der
vorliegenden Erfindung sowohl eine Verbesserung der Festigkeit als
auch eine Reduzierung der Schwankung der Festigkeit erzielt.
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Die zweite Aluminiumlegierung, der
ein Gießfehler-Neutralisierungselement
hinzugefügt
ist, ist kostengünstig.
Ferner ermöglicht
die Aluminiumlegierung der vorliegenden Erfindung eine Reduzierung
der Gießfehler
beim Druckguss unabhängig
von der Form des Produkts und erzielt eine erhöhte Feinheit und größere Gleichmäßigkeit
der Gussstruktur, wodurch der Aluminiumlegierungsguss der vorliegenden
Erfindung sowohl eine Verbesserung der Festigkeit als auch eine
Reduzierung der Festigkeitsschwankungen erzielen kann.
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Während
die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele
beschrieben worden ist, die zu Veranschaulichungszwecken ausgewählt wurden,
ist es für
den Fachmann selbstverständlich,
dass zahlreiche Modifikationen daran ausgeführt werden können, ohne
das Grundkonzept und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.