DE60300659T2

DE60300659T2 - Aluminiumlegierung zum Druckgiessen, Herstellungsverfahren durch Druckgiessen dieser Legierung, und durch dieses Verfahren hergestelltes druckgegossenes Produkt

Info

Publication number: DE60300659T2
Application number: DE60300659T
Authority: DE
Inventors: Sanji Fuji-shi Kitaoka; Yukio Shizuoka-shi Kuramasu; Shinichiro Ihara-gun Sumi; Kenji Yokohama-shi Tsushima; Hiroshi Miura-shi Kambe; Masahiko Yokohama-shi Shioda
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2023-01-15
Also published as: EP1331281A1; US20030136477A1; DE60300659D1; JP2003213354A; JP4007488B2; EP1331281B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Verbesserungen in Aluminiumlegierungen für ein Druckgießen, dessen Legierung ausgezeichnete mechanische Eigenschaften nach dem Gießen erhalten kann, und noch genauer eine Aluminiumlegierung für ein Druckgießen, dessen Legierung in den statischen und dynamischen Leistungen ausgezeichnet und geeignet ist, in Fahrzeugteilen eines Kraftfahrzeuges, wie verschiedener Säulen, einem Dach, einer Verbindung eines Raumrahmens und eines Installationsabschnittes einer Aufhängung, und Aufhängungsteilen des Kraftfahrzeuges, wie einem Aufhängungsarm, einem Sub- Rahmen, Verbindungsteilen einer Aufhängung und eines Motorgestells, verwendbar zu sein, und betrifft außerdem ein Druckgusserzeugnis, das die Aluminiumlegierung verwendet und ein Herstellungsverfahren für das Druckgusserzeugnis.
Das Druckgießen ist bisher extensiv für die Herstellung von Teilen eines Motors und Teilen eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges aus dem Grund verwendet worden, weil ein Druckgießen, deren Erzeugnisse dünne Wände haben, erhalten werden kann, eine Abmessungsgenauigkeit hoch ist und eine Produktivität hoch ist und auch der Freiheitsgrad beim Auswählen einer Form ist hoch und dergleichen. In jüngster Zeit ist eine Verbindung eines Raumrahmens, einer Mittelsäule und dergleichen, die eine Fahrzeugkarosserie bilden, aus einer Aluminiumlegierung durch Druckgießen gebildet worden, die in den mechanischen Eigenschaften, z. B. in der Zugfestigkeit 0,2% Dehnungsgrenze, in der Streckung und dergleichen durch Anwenden einer Wärmebehandlung auf den Druckguss, der durch ein Vakuum- Druckgießen hergestellt worden ist, eingestellt wird. Als solch eine Aluminiumlegierung für das Druckgießen wird die „365 Legierung" nach dem Aluminium Association Standard in Europa und in den Vereinigten Staaten von Amerika extensiv verwendet, wie in der Japanese Patent Provisional Publication Nr. 8-41575 gezeigt.
Nunmehr wird es in der Zukunft erwartet, dass Umweltschutzmaßnahmen und eine ausgezeichnete Kraftstoffökonomie zusätzlich für die Fahrzeuge streng erforderlich werden. Um diesen Erfordernissen zu genügen, ist die Gewichtserleichterung des Fahrzeuges eine sehr wichtige Technologie. In dieser Hinsicht ist es weiterhin erforderlich, die Gewichtserleichterungs- Technologie bei geringen Kosten vom Gesichtpunkt des Kostenwettbewerbs zu erreichen. Im Hinblick dazu erscheint die Anwendung des Alumi niumlegierung- Druckgießens eine bevorzugte Maßnahme zu sein, um mit diesen Anforderungen umzugehen.
Zusammenfassung der Erfindung
Herkömmliche Aluminiumlegierungen für das Druckgießen haben kein so hohes Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Dehnung und demzufolge gibt es Grenzen in den Arten der Teile, in denen die Legierung für eine Gewichtserleichterung anwendbar und effektiv ist. Demzufolge wird es heftig gewünscht, eine Aluminiumlegierung für das Druckgießen zu entwickeln, die einen hohen Ausgleich zwischen der Festigkeit und der Dehnung hat.
Fahrzeugkarosserieteile eines Kraftfahrzeuges, wie auch verschiedene Säulen, Verbindungsabschnitte von Raumrahmen, die für die Stabilität erforderlich sind, habe eine hohe Festigkeit und eine hohe Dehnung sogar in einem Hochgeschwindigkeits- Verformungsbereich zur den Zweck, die Sicherheit in dem Fall der Fahrzeugkollision zu gewährleisten. In dieser Hinsicht ist die Diskussion der statischen Festigkeit und der Dehnung bei herkömmlichen Aluminiumlegierungen für das Druckgießen geführt worden. Es ist jedoch keine Diskussion über Maßnahmen geführt worden, um eine hohe Festigkeit und Dehnung in einem Hoch- Verformungs- Geschwindigkeitsbereich bei einem Niveau von 1000/s in Verbindung mit den herkömmlichen Aluminiumlegierungen zu erhalten. Somit besitzen die herkömmlichen Aluminiumlegierungen für das Druckgießen ein Thema, um die oben genannten Probleme zu lösen.
Es ist demzufolge ein Ziel der vorlegenden Erfindung, eine verbesserte Aluminiumlegierung für ein Druckgießen zu schaffen, dessen Legierung die bei den herkömmlichen Aluminiumlegierungen für das Druckgießen aufgetreten Nachteile überwindet.
Eis weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Aluminiumlegierung für das Druckgießen zu schaffen, dessen Legierung stabil eine hohe Festigkeit und Dehnung in einem Hoch- Verformungs- Geschwindigkeitsbereich in dem Fall der Anwendung als Teile eines Kraftfahrzeuges zeigen kann, um dadurch dem Karosserieteil zu ermöglichen, weiter im Gewicht erleichtert zu werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden, Erfindung ist eine verbesserte Aluminiumlegierung für ein Druckgießen zu schaffen, in der die Primärkristall- α-Phase durch einen einzelnen und großen Zusatzbetrag von B verfeinert wird, um dadurch einen ausgezeichneten Ausgleich zwischen der Festigkeit und der Dehnung zu schaffen, während eutektische Si- Partikel durch den Zusatz von Sb verfeinert werden, um dadurch weiter eine verbesserte Dehnung und Zähigkeit sicher zu stellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren der Herstellung eines Druckguss- Erzeugnisses, das die verbesserte Aluminiumlegierung verwendet, zu schaffen, durch dass das Verfahren des Druckguss- Erzeugnisses effektiv erhalten werden kann, ohne dabei die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften oder Leistungen (insbesondere die Dehnung und die Zähigkeit), die eine Aluminiumlegierung besitzt, zu vermindern.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Druckguss- Erzeugnis, wie z. B. Teile eines Kraftfahrzeuges, zu schaffen, dessen Produkt in der Festigkeit und in der Dehnung in einem Hoch- Verformungs- Geschwindigkeitsbereich hoch ist, um dabei den teilen zu ermöglichen, weiter im Gewicht erleichtert zu werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist einer Aluminiumlegierung für ein Druckgießen innewohnend, die aufweist oder die im Wesentlichen besteht aus Si in einer Menge im Bereich von 10 bis 12 Gew.-%, Mg in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 1,0 Gew.-%, Fe in einer Menge von nicht mehr als 0,15 Gew.-%, Ti in einer Menge von nicht mehr als 0,1 Gew.-%, Sb in einer Menge im Bereich von 0,005 bis 0,20 Gew.-%, B in einer Menge im Bereich von 0,005 bis 0,02 Gew.-% und einem Ausgleich aus Aluminium und unvermeidbaren Beimengungen besteht.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wohnt einem Herstellungsverfahren eines Druckguss- Erzeugnisses inne. Das Verfahren weist das Bilden einer Aluminiumlegierung in einem Druckgießen durch Hochvakuum-Druckgießen auf, um das Druckguss- Erzeugnis zu erhalten. Die Aluminiumlegierung weist auf oder besteht im Wesentlichen aus Si in einer Menge im Bereich von 10 bis 12 Gew.-%, Mg in einer Menge im Bereich von 0,15 bis 0,50 Gew.-%, Mn in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 1,0 Gew.-%, Fe in einer Menge von nicht mehr als 0,15 Gew.-%, Ti in einer Menge von nicht mehr als 0,1 Gew.-%, Sb in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 0,020 Gew.-%, B in einer Menge im Bereich von 0,005 bis 0,02% und einem Ausgleich, der aus Aluminium und unvermeidbaren Beimengungen besteht.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist einem Druckguss- Erzeugnis innewohnend, das durch ein Verfahren hergestellt wird, das das Bilden einer Aluminiumlegierung in einem Druckgießen durch Hochvakuum- Druckgießen aufweist, um ein Druckguss- Erzeugnis zu erhalten. Die Aluminiumlegierung weist auf oder besteht im Wesentliches aus Si in einer Menge im Bereich von 10 bis 12 Gew.-%, Mg in einer Menge im Bereich von 0,15 bis 0,50 Gew.-%, Mn in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 1,0 Gew.-%, Fe in einer Menge von nicht mehr als 0,15 Gew.-%, Ti in einer Menge von nicht mehr als 0,1 Gew.-%, Sb in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 0,20 Gew.-%, B in einer Menge im Bereich von 0,005 bis 0,02% und einem Ausgleich, der aus Aluminium und unvermeidbaren Beimengungen besteht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittdarstellung eines Hohlraumes (entsprechend eines Produktes) der Druckgießform einer Hochvakuum- Druckgussmaschine, wobei das Produkt für die Bewertung der mechanischen Eigenschaften im Experiment 1 verwendet wird;
2 ist eine Draufsicht eines Prüfstücks, das in einem statischen Zugfestigkeitstest für ein Aluminiumlegierungs- Druckgießen in Experiment 1 verwendet wird;
3 ist eine Draufsicht eines Prüfstückes, das in einem dynamischen Zugfestigkeitstest für ein Aluminiumlegierungs- Druckgießen in Experiment 1 verwendet wird;
4 ist eine schematische Darstellung, die das Prinzip eines Ein- Stangen- Verfahrens des Hochgeschwindigkeits- Zugfestigkeitstester zeigt, der für die dynamische Zugfestigkeitsprüfung in Verbindung mit 3 verwendet wird;
5A ist eine Draufsicht eines Prüfstückes, das für eine Makroskopie eines Aluminiumlegierungs- Druckgießen in Experiment 2 verwendet wird;
5B ist eine Vorderansicht des Probestücks von 5A;
5C ist eine Seitenansicht des Probestücks von 5A;
6A ist eine Photographie, die die Makro- Struktur des Aluminiumlegierung-Druckgießens von Beispiel 1 zeigt;
6B ist eine Photographie, die die Makro- Struktur des Aluminiumlegierung-Druckgießens von Vergleichsbeispiel 3 zeigt;
6C ist eine Photographie, die die Makro- Struktur des Aluminiumlegierung-Druckgießens von Vergleichsbeispiel 4 zeigt;
6D ist eine Photographie, die die Makro- Struktur des Aluminiumlegierung-Druckgießens von Vergleichsbeispiel 5 zeigt; und
7 ist ein Diagramm, das die Veränderungen der Konzentration von B im Verlauf der Zeit in den geschmolzenen Metallen von Beispiel 4, Vergleichsbeispiel 6 und Vergleichsbeispiel 7 in Verbindung mit dem Beispiel 2 zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist eine Aluminiumlegierung für ein Druckgießen auf oder besteht im Wesentlichen aus Si in einer Menge im Bereich von 10 bis 12 Gew.- %, Mg in einer Menge im Bereich von 0,15 bis 0,50 Gew.-%, Mn in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 1,0 Gew.-%, Fe in einer Menge von nicht mehr als 0,15 Gew.-%, Ti in einer Menge von nicht mehr als 0,1 Gew.-%, Sb in einer Menge im Be reich von 0,05 bis 0,20 Gew.-%, B in einer Menge im Bereich von 0,005 bis 0,02% und einem Ausgleich, der aus Aluminium und unvermeidbaren Beimengungen besteht. In der Aluminiumlegierung kann Sb in der Menge im Bereich von 0,05 bis 0,20 Gew.-% mit Sr in einer Menge im Bereich von 0,005 bis 0,020 Gew.-% ersetzt werden.
Ein Herstellungsverfahren eines Druckguss- Erzeugnisses weist entsprechend der vorliegenden Erfindung auf das Bilden der Aluminiumlegierung in einem Druckgießen bei Hochvakuum, um das Druckguss- Erzeugnis zu erhalten. In dem Herstellungsverfahren wird das Druckguss- Erzeugnis vorzugsweise einer Lösungsbehandlung bei einer Temperatur von nicht niedriger als 530° C für eine Zeit, die nicht länger als 1 std. ist, unterzogen, und danach einer Alterungsbehandlung unterzogen.
Das Druckguss- Erzeugnis entsprechend der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein Teil einer Fahrzeugkarosserie, z. B. eine sogenannte A- Säule, eine sogenannte B- Säule, eine sogenannte C- Säule, ein Dach, eine Verbindung eines Raumrahmens oder ein Installationsabschnitt einer Aufhängung, oder ein Aufhängungsteil eines Kraftfahrzeuges, wie z. B. ein Aufhängungsarm, ein Sub- Rahmen, ein Verbindungsteil einer Aufhängung oder ein Motorgestell. Die A- Säule ist z. B. eine Säule, die zwischen der Fensterscheibe einer vorderen Windschutzscheibe und einer Vordertür in einem Passagierfahrzeug vom Sedan- Typ angeordnet ist. Die B- Säule ist z. B. eine Säule, die zwischen der Fensterscheibe einer vorderen Tür und der Fensterscheibe einer hinteren Tür in einem Passagierfahrzeug vom Sedan- Typ angeordnet ist. Die C- Säule ist z. B. eine Säule, die zwischen der Fensterscheibe der hinteren Tür und einer hinteren Fensterscheibe in einem Passagierfahrzeug vom Sedan- Typ angeordnet ist. Der Raumrahmen ist ein Rahmenaufbau, der durch Verbindungsrohre oder dergleichen gebildet wird und gewöhnlich in der Fahrzeugkarosserie aus Aluminium verwendet wird.
Nachstehend wird eine Diskussion über die Zusammensetzung der Aluminiumlegierung entsprechend der vorliegenden Erfindung und über die Gründe für das Festlegen der Behandlungsbedingungen und dergleichen gemeinsam mit den durch die Zusammensetzung und Bedingungen erhaltenen Wirkungen vorgenommen.
(1) Si: 10 bis 12 Gew.-%
Si ist ein Element, das für die Verbesserung der Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls während des Druckgießens wirksam ist. Sofern der Gehalt an Si geringer als 10 Gew.-% ist, ist die Wirkung gering. Falls der Betrag von Si 12 Gew.-% übersteigt, erhöht sich die Kristallisationsmenge von eutektischern Si oder das Primärkristall- Si kristallisiert, um dabei die Dehnung und die Zähigkeit in einem Hochgeschwindigkeits- Ver formungsbereich, z. B. während der Fahrzeugkollision, zu vermindern. Demzufolge liegt der Si- Gehalt innerhalb des Bereiches von 10 bis 12 Gew.-%.
(2) Mg: 0,15 bis 0,5 Gew.-%
Mg ist ein Element, das für die Verbesserung der Festigkeit durch Kristallisation von Mg₂Si während der Alterungsbehandlung beim Vorhandensein von Si beiträgt. Falls der Gehalt von Mg geringer als 0,15 Gew.-% beträgt, ist die Wirkung der Festigkeit gering. Falls der Gehalt von Mg 0,5 Gew.-% übersteigt, erhöht sich der Gehalt von Mg₂Si, um dadurch die Dehnung und die Zähigkeit zu vermindern. Demzufolge wird der Mg- Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 0,5 Gew.-% festgelegt.
(3) Mn: 0,5 bis 1,0 Gew.-%
Mn ist ein Element, das zur Verbesserung der Festigkeit durch das Ausbilden einer feinen intermetallischer Verbindung während des Vorhandenseins von Fe und Si beiträgt. Zusätzlich ist Mn ein Element, das zur Verhinderung des Brennens eines Produktes in einer Form während des Druckgießens beiträgt. Falls der Gehalt von Mn geringer als 0,5 Gew.-% beträgt, kann die befriedigende Wirkung nicht erhalten werden. Falls der Gehalt von Mn 1,0 Gew.-% übersteigt, kristallisiert Grobkorn auf der Grundlage einer intermetallischen Verbindung von Al- Mn- Fe- Si, um dadurch die Dehnung (insbesondere die Dehnung in dem Hochgeschwindigkeits- Verformungsbereich) zu vermindern. Demzufolge wird der Mn- Gehalt innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 1,0 Gew.-% festgelegt.
(4) Fe: nicht mehr als 0,15 Gew.-%
Fe ist ein Element zum Verhindern des Brennens des Produktes in der Form während des Druckgießens. Falls des Gehalt von Fe 0,15 Gew.-% übersteigt, erhöht sich der Kristallisationsbetrag einer nadelartigen Fe- basierten intermetallischen Verbindung, um dabei die Dehnung und die Zähigkeit zu vermindern. Demzufolge wird der Fe-Gehalt auf einen Bereich nicht mehr als 0,15 Gew.-% festgelegt.
(5) Ti: nicht mehr als 0,1 Gew.-% B: 0,005 bis 0,02 Gew.-%
Es wurde bisher gesagt, dass Ti und B Elemente sind, die für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Aluminium, das gegossen wird, wirksam sind, weil TiB₂, das nach der Zugabe von Ti und B gebildet wird, als eine heterogene Aluminiumkern -Festlösung dient, um dadurch die Primärkristall- α (Al)- Phase durch Verfeinern zu verbessern. Als ein Ergebnis der Forschung und Entwicklung der Erfinder ist es jedoch kürzlich in der Legierung der vorliegenden Erfindung deutlich geworden, dass die Mischungszugabe von Ti und B keine Wirkung für die Verfeinerung zum Verbessern der Primärkristall- α-Phase schafft und dass die Zugabe eines großen Betrages nur von B die Primärkrstall- α-Phase verbessert, um dadurch die mechanischen Eigenschaften der Legierung zu verbessern. Zusätzlich ist es deutlich geworden, dass eine Veränderung der B- Konzentration nach dem Verlauf der Zeit nicht in dem Fall der Zugabe von nur B gefunden wurde, während Sedimentation von TiB₂ auftrat, um die Konzentration von B zu vermindern, um dadurch die Wirkung der Verfeinerung zum Verbessern der Primärkristall- α-Phase in dem Fall der Mischzugabe von Ti und B zu reduzieren.
In Anbetracht des obigen scheint Ti in der Legierung entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Verunreinigungselement für das Behindern der Verfeinerung der Primärkristall- α-Phase zu sein und demzufolge wird der Gehalt von Ti innerhalb eines Bereiches von nicht mehr als 0,1 Gew.-% festgelegt. B ist das Element für das Verbessern der mechanischen Eigenschaften der Legierung durch Verfeinerung der Primärkristall- α-Phase, indem der Gehalt von B innerhalb eines Bereiches von 0,05 bis 0,02 Gew.-% festgelegt wird, weil die Wirkung gering ist, wenn der B- Gehalt geringer als 0,05 Gew.-% ist. Die Wirkung des Verfeinerns der Primärkristall- α-Phase nach Zugabe von B wird ausführlich in Bezug auf die nachstehenden Beispiele diskutiert.
(6) Sb: 0,05 bis 0,20 Gew.-% Sr: 0,005 bis 0,020 Gew.-%
Sb und Sr sind Elemente, die für die Verbesserung der Dehnung und der Zähigkeit durch Verfeinern der eutektischen Si- Partikel, die in Al- Si basiertem Druckguss kristallisiert sind, beitragen. wenn die Gehalte von Sb und Sr jeweils geringer als 0,05 und geringer als 0,005 Gew.-% sind, sind die Wirkungen gering. Wenn die Gehalte von Sb und Sr jeweils 0,20 und 0,020 Gew.-% überschreiten, wird eine intermetallische Zusammensetzung gebildet, um dadurch die Dehnung und die Zähigkeit zu vermindern. Demzufolge werden die Gehalte von Sb und Sr innerhalb eines Bereiches von 0,05 bis 0,20 Gew.-% und in den Bereich von 0,005 bis 0,020 Gew.-% festgelegt. Es ist in der Legierung der vorliegenden Erfindung deutlich geworden, dass Sb in der Wirkung größer als Sr ist.
(7) Lösungsbehandlungstemperatur: nicht niedriger als 530° C Lösungsbehandlungszeit: nicht länger als 1 Std.
Um einen Druckguss zu erhalten, der außerdem verbesserte Dehnung und Zähigkeit beim Verwenden der Aluminiumlegierungen für ein Druckgießen hat, ist es effektiv, eutektische Si- Partikel, die während des Druckgießens kristallisiert sind, feinkörnig zu machen und zu granulieren. Zu diesem Zweck ist die Lösungsbehandlung eine sehr wirksame Maßnahme. Wenn jedoch die Lösungsbehandlung bei einer Temperatur, die 530° C und eine Zeit, die eine Stunde überschreitet, ausgeführt wird, schreitet die Kugelbildung von eutektischen Si voran, während das eutektische Si Grobkorn bildet. Wenn die Lösungsbehandlung bei einer Temperatur unter 530° C ausgeführt wird, ist es schwierig, sowohl das Verfeinern, als auch das Granulieren der eutektischen Si- Partikel zu erreichen. Demzufolge wird die Lösungsbehandlungstemperatur auf einen Wert nicht niedriger als 530° C festgelegt und die Lösungsbehandlungszeit wird auf einen Wert nicht länger als 1 stunde festgelegt.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf die folgenden Beispiele im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen deutlicher verstanden; jedoch sind diese Beispiel beabsichtigt die Erfindung zu veranschaulichen, und nicht ausgelegt, den Umfang der Erfindung zu begrenzen.
Beispiel 1
(1) Zusammensetzung der Aluminiumlegierung für ein Druckgießen
Die Aluminiumlegierungen der Beispiele 1 bis 3 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 und die Rohmaterialien für die Aluminiumlegierungen hatten jeweils die in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen. Die Vergleichsbeispiele 1 und 2 entsprachen der „365 Legierung" nach dem Aluminium Association Standard.
Tabelle 1
(2) Schmelzen und Druckgießen
Jede Aluminiumlegierung der in der Tabelle 1 gezeigten Beispiele und der Vergleichsbeispiele wurde bei einem Schmelzen bei 750° C hergestellt, um so das geschmolzene Metall der Aluminiumlegierung zu präparieren. Das geschmolzene Aluminiummetall wurde einer Blasenbildungsbearbeitung mit Argongas für den Zweck unterzogen, Einschlüsse zu entfernen und zu entgasen.
Das geschmolzene Metall der Aluminiumlegierung unterzog sich dem Druckgießen bei Gebrauch einer Hochvakuum- Druckgussmaschine, die eine Zuhaltekraft von 320 t hat, nach dem Überziehen eines Formfreigabemittels auf den Hohlraum der Form, unter den folgenden Bedingungen: ein Gießdruck war 60 MPa, eine Hochgeschwindigkeit- Einspritzrate war 3,5 m/s, ein Evakuierungsgrad war innerhalb einer Hülse, durch die das geschmolzene Metall geflossen war, 0,96 at, und ein Evakuierungsgrad eines Vakuumventilabschnittes war 0,95 at. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls während des Druckgießens betrug 680° C. Der Hohlraum der Druckgussform hatte solch eine Querschnittsform, wie sie in der 1 gezeigt ist, die einem Produkt entspricht (Prüfstückmaterial), das eine Dicke von 2 mm und eine Länge von 410 mm hat.
(3) Wärmebehandlung
Das Erzeugnis oder der Druckguss, der wie oben diskutiert hergestellt wurde, wurde einer Lösungsbehandlung bei 540° C für 30 min unterzogen und unmittelbar danach einer Alterungsbehandlung bei 160° C für 45 min unterzogen, im somit ein Prüfstückmaterial entsprechend der Form von 1 zu bilden.
(4) Zugfestigkeitsprüfung
Ein Prüfstück der Form von JIS 13B, wie in der 2 gezeigt, wurde aus dem oben genannten Prüfstückmaterial ausgeschnitten und hatte eine Dicke (t) von 2 mm. Die Form von JIS 13B war entsprechend des JIS (Japanese Industrial Standard) Z 2201. Das Prüfstück wurde einer Zugfestigkeitsrate von 0,001/s durch Verwenden eines Instron universal tester's (AG- 10TC), hergestellt durch die Shimadzu Corporation, unterworfen. Zusätzlich wurde ein Prüfstück der Form, wie in der 3 gezeigt, aus dem oben genannten Prüfstückmaterial ausgeschnitten. Das Prüfstück wurde einer dynamischen Zugfestigkeitsprüfung bei einer Zugfestigkeitsrate von ungefähr 1000/s bei Gebrauch eines sogenannten, wie in der 4 dargestellt, unterworfen. Das Prinzip der dynamischen Zugfestigkeitsprüfung, die den Hochgeschwindigkeits- Zugfestigkeitsprüfers nach dem Eine- Stange- Verfahren verwendet, ist in „Proc. Symp. HDPIUTAM (1968). Seite 313" diskutiert worden. Die dynamische Zugfestigkeitsprüfung wurde wie folgt ausgeführt: Mit Bezug auf die 4 wurde das Prüfstück 10, wie in der 3 gezeigt, zwischen einer Ausgangsstange 12 und einem Aufprallblock 14 angeordnet. Die Ausgangswelle 12 wurde an ihrem einen Eide befestigt. Das Prüfstück 10 wurde mit dem Aufprallblock 14 an einer Position A verbunden und mit dem anderen Ende der Ausgangsstange 12 an einer Position B verbunden. Ein Summer 16 wurde gegen den Aufprallblock 14 mit einer Rate oder Geschwindigkeit von V₀(t) aufgeprallt. Zu dieser Zeit wurde eine Verlagerungsrate oder -geschwindigkeit von V(t) an der Position A durch einen optischen Verlagerungsmesser (nicht gezeigt) gemessen, während eine Dehnung durch die Dehnungslehre 18, verbunden mit der Ausgangsstange 12, gemessen wurde.
Dann wurde eine Nominalbeanspruchung (σ(t)) entsprechend der folgenden Gleichung bestimmt:
wo S die Querschnittsfläche der Prüfstücke ist; S₀ die Querschnittsfläche der Ausgangsstange ist, Eo der Young- Modul der Ausgangsstange ist; und ε_g die Dehnung, die durch die Dehnungslehre gemessen wird, ist.
Die so gemessene Nominalbeanspruchung entspricht einer Zugfestigkeit (MPa). Zusätzlich wurde eine Nominaldehnung (ε(t)) entsprechend der folgenden Gleichung bestimmt:
wo U_A(t) die Verlagerung an der Position A ist; U_B(t) die Verlagerung an der Position B ist; L der Abstand des Prüfstückes zwischen den Positionen A und B ist; und V(t) die Geschwindigkeit des Aufprallblocks 14 ist.
Die so bestimmte Nominaldehnung (ε(t)) wurde in eine Dehnung (%) entsprechend der folgenden Gleichung umgewandelt:
Jede der oben genannten statischen und dynamischen Zugfestigkeitsprüfungen wurde 5 mal wiederholt, um 5 Werte der Zugfestigkeit (MPa) und 5 Werte der Dehnung (%) zu erhalten. Ein Durchschnittswert der 5 Werte der Zugfestigkeit (MPa) wurde, wie in der Tabelle 2 gezeigt, gebildet. Ein Durchschnittswert der 5 Werte der Dehnung (5) wurde gebildet und ist in der Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Wie aus den in der Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen deutlich wird, hat es sich bestätigt, dass die aus den Legierungen der Beispiele gebildeten Aluminium- Druckgüsse in den statischen und dynamischen mechanischen Eigenschaften ausgezeichnet sind, wenn mit der 365- Legierung verglichen wird, die in Europa und in den Vereinigten Staaten von Amerika verglichen wird. Es kann angenommen werden, dass dies unter der Wirkung der verfeinerten Primärkristall- α-Phase nach der Einzelzugabe von B erfolgt. Im Vergleich in der Wirkung zwischen Sb und Sr als Verfeinerungsmittel für eutektisches Si ist es deutlich geworden, dass vom Gesichtspunkt des Verbesserns des Gleichgewichts zwischen der Festigkeit und der Dehnung die Einzelzugabe von Sb effektiver als die Zugabe von Sr ist, da die Legierung, die Sb enthält, in der Dehnung großer als die Legierung ist, die Sr enthält.
Beispiel 2
Um die Wirksamkeit der einzelnen und großen Mengenzugabe von B zu beweisen, wurde eine Makrographie und eine Inspektion der Veränderung der B- Konzentration in dem geschmolzenen Metall im Verlaufe der Zeit ausgeführt.
(1) Makrographie
(a) Testverfahren
Jede Aluminiumlegierung der in der Tabelle 3 gezeigten Beispiele und der Vergleichsbeispiele wurde durch Schmelzen bei 750° C hergestellt, um somit das geschmolzene Metall der Aluminiumlegierung zu präparieren. Das geschmolzene Metall der Aluminiumlegierung wurde einer Blasenbehandlung mit Argongas für den Zweck, um Einschlüsse zu entfernen und für die Entgasung, unterworfen. Unmittelbar danach wurde das geschmolzene Metall der Aluminiumlegierung in ein keilförmiges Prüfstück, wie in den 5A bis 5C gezeigt, durch Verwendung der Schwerkraft gegossen, in dem die Temperatur des geschmolzenen Metalls 700° C während des Gießens war.
Tabelle 3
(b) Testergebnis
Ein langsam abgekühlter Abschnitt (angezeigt als „beobachtete Position" in der 5C) des keilförmigen Prüfstücks, das durch das Schwerkraftgießen gebildet wurde, wurde ausgeschnitten und geschliffen, und wurde danach unter Verwendung eines Ätzmittels von Kupferchlorid, gefolgt durch Beobachten der Makrostruktur desselben, geätzt. Das Ergebnis der Beobachtung ist in den 6A bis 6D gezeigt. Die 6A, 6B, 6C und 6D, die jeweils Photographien sind, zeigen die Makrostrukturen von Beispiel 1, Vergleichsbeispiel 3, Vergleichsbeispiel 4 und Vergleichsbeispiel 5. Wie aus diesen Photo graphien deutlich wird, ist es demonstriert worden, dass die Legierung (Beispiel 1) des B- Typs der einzelnen und großen Mengenzugabe eine feinere Makrostruktur als die Legierung (Vergleichsbeispiel 4) des Ti- Zugabe- Typs und die Legierungen (Vergleichsbeispiele 3 und 5) des Ti- B- Zugabe- Tips, die bisher herkömmlich als effektiv für das Verfeinern der Primärkristall- α-Phase betrachtet worden ist. Aus diesem Prüfergebnis ergibt sich der Grund, warum die Aluminiumlegierung entsprechend der vorliegenden Erfindung ein ausgezeichnetes Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Dehnung besitzt, wohnt also die Tatsache inne, dass die Primärkristall- α-Phase durch die einzelne und große Mengenzugabe von B verfeinert wird.
(2) Inspektion der Veränderung der B- Konzentration im Verlauf der Zeit
(a) Prüfverfahren
Jede Aluminiumlegierung des in der Tabelle 4 gezeigten Beispieles und der Vergleichsbeispieles wurde in einer Menge von 8kg durch Schmelzen bei 750° C hergestellt, um somit das geschmolzene Metall der Aluminiumlegierung zu präparieren. Das geschmolzene Metall der Aluminiumlegierung wurde einer Blasenbehandlung mit Argongas für den Zweck des Entfernens von Einschlüssen und für die Entgasung unterzogen. Danach wurde das geschmolzene Metall auf 700° C abgekühlt und bei einer konstanten Temperatur, wie sie in einem Schmelztiegel war, gehalten. Während des Haltens bei der konstanten Temperatur wurde im Verlauf der Zeit dem geschmolzenen Metall zu jeder vorbestimmten Zeit eine Probe entnommen. Das für die Probe entnommene geschmolzene Metall wurde einer ICP- (Induktionskupplungsplasma-) Emissionsspektralanalyse entsprechend des JIS H 1307 unterzogen, in der die Konzentration von B in dem als Probe entnommenen geschmolzenen Metall gemessen wurde.
Tabelle 4
(b) Prüfergebnisse
Das Ergebnis der Inspektion der Veränderung der B- Konzentration in dem geschmolzenen Metall (das bei konstanter Temperatur gehalten wurde) im Verlauf der Zeit ist in der 4 gezeigt, in der eine Linie a das Ergebnis 4, eine Linie b das Ergebnis des Vergleichsbeispiels 6 und eine Linie c das Ergebnis des Vergleichsbeispiels 7 repräsentiert. Wie aus der 7 deutlich wird, vermindert sich in dem Fall des geschmolzenen Metalls (Vergleichsbeispiel 6) des herkömmlichen Ti- B- Zusatztyps die B- Konzentration des geschmolzenen Metalls im Verlaufe der Zeit. In dem Fall des geschmolzenen Metalls (Beispiel 4) des B Einzelzusatztyps, wurde ein Vermindern der B- Konzentration im verlaufe der Zeit kaum gefunden. Dies demonstriert, dass sich die B- Konzentration im Verlaufe der Zeit vermindert, so dass die Wirkung des Verfeinerns der Makrostruktur in dem geschmolzenen Metall des Ti- B- Zusatztyps verschwindet, während kein Verschwinden der Wirkung des Verfeinerns im Verlaufe der Zeit in dem geschmolzenen Metall des B- Einzel- Zusatztyps auftritt. Als ein Grund der Verminderung der B- Konzentration in dem geschmolzenen Metall des Ti- B- Zusatztyps wird es in Betracht gezogen, das TiB₂ in dem geschmolzenen Metall gebildet und dann in dem geschmolzenen Metall sedimentiert wird.
Wie oben diskutiert wird in der Aluminiumlegierung für ein Druckgießen entsprechend der vorliegenden Erfindung die Primärkristall- α-Phase durch die einzelne und große Mengenzugabe von B verfeinert, um dadurch ein ausgezeichnetes Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Dehnung sicher zu stellen.
Überdies kann in dem Herstellungsverfahren eines Druckgusserzeugnisses nach der vorliegenden Erfindung durch das Verwenden eines Hochvakuum- Druckgießens ein Verfangen von Gas in den Druckguss unterdrückt werden, um dadurch ein Druckgusserzeugnis ohne Verminderung der ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften oder Leistungen (insbesondere der Dehnung und der Zähigkeit) zu erhalten, die durch die Legierung entsprechend der vorliegenden Erfindung besessen werden, zu erhalten. Außerdem kann durch das Ausführen einer Wärmebehandlung nach dem Druckgießen das Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Dehnung auf einen gewünschten Wert eingestellt werden und demzufolge kann die Legierung der vorliegenden Erfindung z. B. angewandt werden für Fahrzeugkarosserieteile eines Kraftfahrzeuges, z. B. für die A- Säule, die B- Säule, die C- Säule, das Dach, die Verbindung des Raumrahmens, den Installationsabschnitt einer Aufhängung und zusätzlich für die Aufhängungsteile eines Kraftfahrzeuges, z. B. für den Aufhängungsarm, den Sub- Rahmen, die Verbindungsteile der Aufhängung und für das Motorgestell.
Obwohl die Erfindung oben in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele und Beispiele der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und Beispiele begrenzt. Der Umfang der Erfindung wird in Bezug auf die folgenden Ansprüche gebildet.

Claims

Aluminiumlegierung für ein Druckgießen, die aufweist Si in einer Menge im Bereich von 10 bis 12 Gew.-%, Mg in einer Menge im Bereich von 0,15 bis 0,50 Gew.-%, Mn in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 1,0 Gew.-%, Fe in einer Menge von nicht mehr als 0,15 Gew.-%, Ti in einer Menge von nicht mehr als 0,1 Gew.-%, Sb in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 0,20 Gew.-%, B in einer Menge im Bereich von 0,005 bis 0,02 Gew.-%, und den Rest bestehend aus Aluminium und unvermeidlichen Verunreinigungen.
Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, wobei Sb in der Menge im Bereich von 0,05 bis 0,20 Gew.-% durch Sr in einer Menge im Bereich die von 0,005 bis 0,020 Gew.-%, ersetzt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Druckgusserzeugnisses, das aufweist: Bilden einer Aluminiumlegierung von Anspruch 1 oder 2 in einem Druckgießen unter Hochvakuum- Druckgießen, um ein Druckgusserzeugnis zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 3, das außerdem aufweist: Durchführen einer Lösungsbehandlung an dem Druckgusserzeugnis und Durchführen einer Alterungsbehandlung an dem Druckgusserzeugnis nach der Lösungsbehandlung.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Lösungsbehandlung bei einer Temperatur von nicht niedriger als 530° C für eine Zeit von nicht länger als 1 Std. ausgeführt wird.
Druckgusserzeugnis, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5.
Druckgusserzeugnis nach Anspruch 6, wobei das Druckgusserzeugnis eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, enthaltend eine A-Säule, eine B-Säule, eine C-Säule, ein Dach, eine Verbindung eines Raumrahmens und einen Installationsabschnitt einer Aufhängung eines Kraftfahrzeuges.
Druckgusserzeugnis nach Anspruch 6, wobei das Druckgusserzeugnis eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, enthaltend einen Aufhängungsarm, einen Sub- Rahmen, ein Verbindungsteil einer Aufhängung und ein Motorgestell eines Kraftfahrzeuges.