DE69725490T2

DE69725490T2 - Verfahren zur Herstellung eines druckgegossenen hochfesten Produktes

Info

Publication number: DE69725490T2
Application number: DE69725490T
Authority: DE
Inventors: Hiromi Kariya-city Takagi; Sumi Kariya-city Yoshikawa; Hiroshi Kariya-city Yamashita; Shigeki Kariya-City Iwanami; Yasushi 2-1 Toyoda-cho Watanabe; Shinya 2-1 Toyoda-cho Yamamoto
Original assignee: Denso Corp; Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: EP0796926A1; JP3764200B2; JPH09256127A; DE69725490D1; EP0796926B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Druckgußprodukt, das ein Aluminium-Silicium Gußmaterial vom eutektischen Typ verwendet und für das eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit wie eine hohe Zugfestigkeit sowie eine Dauerfestigkeit benötigt wird, wie zum Beispiel eine Komponente für einen Spiralverdichter.
2. BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN FACHGEBIETES
Bekannte Herstellungsverfahren für hochfeste Druckgußprodukte dieser Art beinhalten ein Verfahren, das ein Aluminium-Silicium-Gußmaterial vom eutektischen Typ durch ein Druckgußverfahren unter niedriger Geschwindigkeit bei einer Injektionsgeschwindigkeit von ca. 0,08 m/s gießt, und dann eine Wärmebehandlung, wie zum Beispiel eine Lösungswärmebehandlung, durchführt. Da die Injektionsgeschwindigkeit eines geschmolzenen Metalls gemäß solch einem Druckgußverfahren unter niedriger Geschwindigkeit niedrig ist, ist die eingeschlossene Gasmenge gering und eine Verringerung der Festigkeit, aufgrund des Auftretens von Hohlräumen (hohlen Bereichen) in dem Druckgußprodukt, tritt kaum auf. Nichtsdestoweniger ist die Verfestigungsgeschwindigkeit des Druckgußproduktes durch dieses Druckgußverfahren bei niedriger Geschwindigkeit niedrig, und beim Guß einer Aluminiumlegierung oder ähnlichem, werden Verstärkungskomponenten der festen Lösung wie Kupfer, Magnesium, usw., selektiv ausgeschieden und existieren lokal in der Aluminiumbasis. Aus diesem Grund wird das Druckgußprodukt, das durch das Druckgußverfahren unter niedriger Geschwindigkeit hergestellt wurde, einer Lösungswärmebehandlung unterzogen, die das Druckgußprodukt über mehrere dutzend Stunden auf einer Temperatur von ca. 500 bis ca. 540°C hält, um die mechanische Festigkeit zu verbessern. Wird diese Lösungswärmebehandlung durchgeführt, werden die Verstärkungskomponenten der festen Lösung wie zum Beispiel Kupfer und Magnesium, die in der Aluminiumbasis lokalisiert sind, gleichmäßig in der Aluminiumbasis dispergiert, und unterlaufen erneut einer festen Lösung durch nachfolgende Wasserkühlung.
Das Druckgußverfahren unter niedriger Geschwindigkeit gemäß dem Stand der Technik verfügt jedoch über eine niedrige Injektionsgeschwindigkeit, und benötigt überdies eine Lösungswärmebehandlung des Druckgußproduktes über einen langen Zeitraum. Aus diesem Grund wird die Zeit eines Produktionszyklus unweigerlich extrem lang, was die Probleme nach sich zieht, dass die Produktivität extrem niedrig ist und die Produktionskosten hoch ausfallen. Da die Verfestigungsstruktur bei dem durch das Druckgußverfahren unter niedriger Geschwindigkeit hergestellten Druckgußproduktes grob wird, bestehen große Schwankungen bezüglich der mechanischen Festigkeit. Wird das Produkt bei einer Spiralverdichterkomponente angewandt, auf die wiederholt eine große Kraft wirkt, kann daher in einigen Fällen keine ausreichende und konstante Dauerhaftigkeit erhalten werden.
Da Zugfestigkeit, Dauerfestigkeit usw., für die Spiralkomponente benötigt werden, wurden die Aluminium-Silicium-Materialien vom eutektischen Typ (Si-Gehalt von 7, 5 bis 12%) verwendet, doch da das Produktionsverfahren das Druckgußverfahren unter niedriger Geschwindigkeit ist, ist die Produktionszeit lang und die Produktivität ist zudem niedrig.
Um solche Probleme zu lösen, kann zum Beispiel ein Druckgußverfahren unter hoher Geschwindigkeit mit einer hohen Injektionsgeschwindigkeit und einer hohen Produktionseffizienz angewendet werden. Da die Injektionsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls hoch ist und das geschmolzene Metall gemäß dem Druckgußverfahren unter hoher Geschwindigkeit schnell in die Form gegossen wird, weist diese Methode jedoch die Probleme auf, dass die eingeschlossene Gasmenge groß ist und es wahrscheinlich ist, daß Hohlräume (hohle Bereiche) in dem Druckgußprodukt auftreten. Wird das Druckgußprodukt, das eine so hohe Anzahl an Hohlräume aufweist, der Lösungswärmebehandlung unterzogen, bläht sich das Gas der Hohlraumbereiche auf und das Produkt verschlechtert sich aufgrund dieses Aufblähens qualitativ. In anderen Worten, die mechanische Festigkeit des Druckgußproduktes, das durch das Druckgußverfahren unter hoher Geschwindigkeit hergestellt wurde, kann nicht durch eine Lösungswärmebehandlung verbessert werden.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 54-153728 lehrt, den resultierenden Druckguß nach dem Druckgußverfahren unter hoher Geschwindigkeit mit Wasser zu kühlen, jedoch besteht das Problem einer geringen Schneidbarkeit, da dieses Verfahren ein hypereutektisches Al-Si-Gußmaterial (mit einem Si-Gehalt von 17 bis 18%) verwendet.
In Anbetracht dieser Probleme der Technologien des Standes der Technik, hat die vorliegende Erfindung zum Ziel, ein Druckgußverfahren bereitzustellen, das ein hochfestes Druckgußprodukt mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Zugfestigkeit, Dauerfestigkeit , Schneidbarkeit, und so weiter innerhalb eines kurzen Zeitraumes herstellen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, umfasst ein Herstellungsverfahren für ein hochfestes Duckgußprodukt gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte von Anspruch 1.
Bei dem Herstellungsverfahren eines hochfesten Druckgußproduktes gemäß Anspruch 1, wird die in Anspruch 2 ausgeführte Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentemperatur des Druckgußproduktes vor dem Kühlen mit Wasser in den Bereich von 250 bis 450°C fällt.
Bei den. Herstellungsverfahren eines hochfesten Druckgußproduktes gemäß Anspruch 1 oder 2, wird die in Anspruch 3 ausgeführte Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur die Wasserkühlungstemperatur 20 bis 80°C beträgt.
Bei dem Herstellungsverfahren eines hochfesten Druckgußproduktes gemäß Anspruch 1 bis 3, wird die in Anspruch 4 ausgeführte Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bei der Alterungsbehandlung in dem Bereich von 150 bis 250°C liegt.
Bei dem Herstellungsverfahren eines hochfesten Druckgußproduktes gemäß Anspruch 1 bis 4, wird die in Anspruch 5 ausgeführte Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitraum der Alterungsbehandlung 0,5 bis 8 Stunden beträgt.
Bei dem Herstellungsverfahren eines hochfesten Druckgußproduktes gemäß Anspruch 4 oder 5, wird die in Anspruch 6 ausgeführte Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Alterungsbehandlungszeit bei 180°C ungefähr 4 Stunden beträgt.
Bei dem Herstellungsverfahren eines hochfesten Druckgußproduktes gemäß Anspruch 1 bis 6, wird die in Anspruch 7 ausgeführte Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgußprodukt eine Komponente für einen Spiralverdichter ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine erläuternde Ansicht, die den durchschnittlichen Teilchendurchmesser der Verfestigungsstruktur eines Druckgußproduktes von je Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 und dessen Zugfestigkeitsverhältnis darstellt;
2 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Dauerfestigkeitsverhältnis des Druckgußproduktes von je Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt; und
3 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Zugfestigkeitsverhältnis des Druckgußproduktes von jedem der Beispiele 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel 3 darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen nacheinander ausführlich erklärt.
Ein Herstellungsverfahren eines hochfesten Druckgußproduktes gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ein Aluminium-Silicium-Gußmaterial vom eutektischen Typ (im Folgenden nur noch „Gußmaterial" genannt), gießt das Gußmaterial mittels eines Druckgußverfahrens unter hoher Geschwindigkeit, und wendet wenigstens eine der Kühlungsbehandlungen durch Wasser oder eine Alterungsbehandlung auf den resultierenden Druckguß an, nachdem er aus der Form herausgelöst wurde.
Ein Al-Si-Cu, ein Al-Si-Mg oder ein Al-Si-Cu-Mg System wird als das Gußmaterial verwendet. In anderen Worten, das in der vorliegenden Erfindung verwendete Gußmaterial kann entweder eines von Kupfer und Magnesium enthalten, oder es kann beide enthalten.
Das Silicium hat hier die Funktionen, die mechanische Festigkeit des Druckgußes sowie die Gießbarkeit zu verbessern, d. h. die Fluidität des geschmolzenen Metalls. Der Siliciumgehalt beträgt vorzugsweise 7,5 bis 12 Gew.-% und, mehr bevorzugt, 9 bis 12 Gew.-%. Beträgt der Siliciumgehalt weniger als 7,5 Gew.-%, fällt die mechanische Festigkeit allmählich und die mechanische Festigkeit des Druckgußproduktes wird wahrscheinlich ungenügend. Zudem ist es wahrscheinlich, daß bei dem Druckgußprodukt Probleme wie ein Zusammensinken oder Schrumpfen entstehen, da die Fluidität des geschmolzenen Metalls abnimmt und seine Lauffähigkeit innerhalb der Form ungenügend wird. Überschreitet andererseits der Siliciumgehalt 12 Gew.-%, präzipitiert pimärkristallines Silicium, so daß die Fluidität des geschmolzenen Metalls sinkt, was eine Verringerung der Gießbarkeit zur Folge haben kann, und die Schneidbarkeit des Druckgußprodukts sinkt bemerkenswert. Wird solch ein Druckgußprodukt bei einer Komponente für einen Spiralverdichter angewendet, tritt das Brechen einer Schneidevorrichtung der Schneidemaschine häufig auf und eine Massenproduktion des Produktes schwierig ist.
Kupfer ist eine der Verstärkungskomponenten der festen Lösung zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Druckgußproduktes, und sein Gehalt beträgt vorzugsweise 1,5 bis 4,8 Gew.-% und mehr bevorzugt 2,5 bis 4,8 Gew.-%. Ist der Kupfergehalt geringer als 1,5 Gew.-% oder übersteigt er 4,8 Gew.-%, wird die mechanische Festigkeit des Druckgußverfahrens unzureichend.
Auch Magnesium ist auf dieselbe Art und Weise wie Kupfer eine der Verstärkungskomponenten der festen Lösung zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Druckgußproduktes, und sein Gehalt liegt vorzugsweise bei 0,2 bis weniger als 0,6 Gew.-%, und mehr bevorzugt bei 0,3 bis weniger als 0,5 Gew.-%. Ist der Magnesiumgehalt geringer als 0,2 Gew.-%, oder übersteigt er 0,7 Gew.-%, wird die mechanische Testigkeit des Druckgußproduktes unzureichend.
Nach der Durchführung einer Oxidentfernungsbehandlung und einer Entgasungsbehandlung des geschmolzenen Metalls des Gußmaterials, wird das geschmolzene Metall schnell durch ein Hochgeschwindigkeits-Druckgußverfahren mit hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck in die Form gefüllt. Während die Form mit dem geschmolzenen Metall befüllt wird, wird der Produktanteil in der Form direkt unter Druck gesetzt, um das Druckgußprodukt zu verfestigen.
Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff "Druckgußverfahren unter hoher Geschwindigkeit" steht für ein Druckgußverfahren dar, das das geschmolzene Metall bei einer Injektionsgeschwindigkeit, die nicht geringer als 1 m/s ist, in die Form injiziert. Üblicherweise, kann die Injektionsgeschwindigkeit wenigstens 2 m/s betragen. Im Gegensatz beträgt eine typische Injektionsgeschwindigkeit gemäß dem Druckgußverfahren unter niedriger Geschwindigkeit des Standes der Technik nicht mehr als ca. 0.1 m/s.
Wird das Druckgußprodukt unter Auslassung der obenstehend beschriebenen Entgasungsbehandlung und der Oxidentfernungsbehandlung eingegossen, schwankt das Auftreten von Formhohlräumen von Druckgußprodukt zu Druckgußprodukt und es entstehen große Unterschiede hinsichtlich der mechanischen Festigkeit. Aus diesem Grund ist es in keinster Art und Weise bevorzugt, die Oxidentfernungsbehandlung und die Entgasungsbehandlung des geschmolzenen Metalls wegzulassen.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Druckgußprodukt in einem Wassertank zur Kühlung mit Wasser eingetaucht, sobald das Druckgußprodukt aus der Form gelöst wurde. Die Oberflächentemperatur des dem Kühlen durch Wasser unterzogenen Druckgußprodukts liegt vorzugsweise in dem Bereich von 250 bis 450°C und weiter bevorzugt in dem Bereich von 300 bis 400°C. Wird das Kühlen mit Wasser durchgeführt, wenn die Oberflächentemperatur des Druckgußes geringer als 250°C ist, werden die mechanischen Festigkeiten des Druckgußproduktes, wie zum Beispiel seine Zugfestigkeit and Dauerfestigkeit, unzureichend. Wird das Kühlen mit Wasser andererseits unter der Bedingung durchgeführt, wo die Oberflächentemperatur 450°C übersteigt, treten Schäden bezüglich des Aussehens und der inneren Qualität auf, wie zum Beispiel örtliches Zusammensinken und Freßerscheinungen, und Druckgußprodukte mit einer hohen Qualität können nicht einfach erhalten werden. Im Übrigen beeinflußt die Wassertemperatur zum Zeitpunkt des Kühlens mit Wasser die mechanischen Eigenschaften des Druckgußproduktes kaum, und wurde bei dieser Ausführungsform auf den Bereich von 40 bis 60°C festgelegt.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde das Druckgußprodukt nach dem Kühlen mit Wasser oder dem Herauslösen aus der Form für eine vorher festgesetzte Zeit zur Alterungsbehandlung in einem erhitzten Zustand stehen gelassen. Die Temperatur dieser Alterungsbehandlung liegt vorzugsweise im Bereich von 150 bis 250°C, und mehr bevorzugt im Bereich von 170 bis 210°C. Wird die Alterungsbehandlung bei einer geringeren Behandlungstemperatur als 150°C oder einer höheren Behandlungstemperatur als 250°C durchgeführt, kann die Härte des Druckgußproduktes nicht ausreichend verbessert werden und es ist wahrscheinlich, daß seine mechanische Festigkeit nicht ausreichend ist. Die Alterungsbehandlungszeit reicht generell von 0,5 bis 8 Stunden, und in dem Fall der Alterungsbehandlung bei 180°C, ist es zum Beispiel ausreichend, daß die Behandlungszeit bei ca. 4 Stunden liegt.
Gemäß dieser Aspekte der vorliegenden Erfindung können die folgenden Wirkungen erhalten werden.

(1) Da das Gießen durch das Druckgußverfahren unter hoher Geschwindigkeit unter Verwendung des Aluminium-Silicium-Gußmaterials vom eutektischen Typ durchgeführt wird, wird die Eingießzeit des geschmolzenen Metalls in die Form kürzer als bei dem herkömmlichen Druckgußverfahren bei niederer Geschwindigkeit. Aus diesem Grund kann die Gießzeit reduziert werden und die Produktionszykluszeit des Druckgußprodukts kann verkürzt werden.
(2) Da das Gießen durch das Druckgußverfahren unter hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird, ist die Verfestigungsgeschwindigkeit des Druckgußprodukts hoch, und die Verstärkungskomponenten der festen Lösung wie zum Beispiel Kupfer und Magnesium sind gleichförmige feste Lösungen in der Aluminiumbasis. Als Folge kann das Härten durchgeführt werden, indem das Druckgußprodukt nach der Freigabe aus der Form durch Wasser gekühlt wird, und eine ausreichende mechanische Festigkeit kann erhalten werden, indem im Anschluss nur die Alterungsbehandlung für eine kurze Zeit durchgeführt wird. Aus diesem Grund muss keine Behandlung der festen Lösung über einen langen Zeitraum durchgeführt werden, und die Zykluszeit der Produktion kann beachtlich verkürzt werden.
(3) Da die Verfestigungsgeschwindigkeit hoch ist, wird die verfestigte Struktur kompakt und die Orientierung des Kristalls kann verringert werden, so daß das Druckgußprodukt mit einer hohen Dauerfestigkeit erhalten werden kann. Ein solches Druckgußprodukt ist als Komponente für einen Spiralverdichter geeignet, auf welche wiederholt eine große Last ausgeübt wird. Aus diesem Grund geht die Komponente nicht leicht kaputt und die Dauerhaftigkeit des Spiralverdichters kann verbessert werden.
(4) Da die Oberflächentemperatur des Druckgußproduktes vor dem Kühlen mit Wasser auf die Temperatur im Bereich von 250 bis 450°C eingestellt wird, kann die mechanische Festigkeit des Druckgußproduktes verbessert werden.
(5) Da die Alterungsbehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 250°C durchgeführt wird, kann die mechanische Festigkeit des Druckgußproduktes verbessert werden. Überdies benötigt diese Wärmebehandlung keine hohe Temperatur, bei der das Druckgußprodukt erneut geschmolzen wird, wie es bei der herkömmlichen Solid-Solution-Behandlung nötig war, und dies ist auch hinsichtlich des energetischen Aspektes von Vorteil.
(6) Die Oxidentfernungsbehandlung und die Entgasungsbehandlung des geschmolzenen Metalls werden durchgeführt, und überdies wird der Produktanteil in der Form nach der Injektion direkt unter Druck gesetzt. Aus diesem Grund können Produkte mit einer geringen Qualitätsschwankung hergestellt werden.

Verschiedene Eigenschaften der durch die folgenden Herstellungsverfahren (A) bis (D) hergestellten Produkte sind untenstehend tabellarisch dargestellt.

(A) Ein Verfahren, das das Aluminium-Silicium-Material vom eutektischen Typ durch das Druckgußverfahren unter niedriger Geschwindigkeit gießt und das resultierende Gußerzeugnis gemäß dem Stand der Technik Wärme-behandelt.
(B) Ein Verfahren, das das Aluminium-Silicium-Material vom eutektischen Typ durch das Druckgußverfahren unter hoher Geschwindigkeit gießt und das resultierende Gußerzeugnis mit Wasser kühlt, wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) No. 54-153728 offenbart.
(C) Ein Verfahren, bei dem das hypereutektische Material aus Verfahren (B) durch ein eutektisches Material ersetzt wird.
(D) Ein Verfahren nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Cu- und Mg-Gehalte, die Temperatur vor der Kühlung mit Wasser, die Wasserkühlungstemperatur, die Alterungstemperatur und die Alterungszeit in Verfahren (C) speziell festgelegt sind.

o: ausgezeichnet
Δ: in Ordnung
x: minderwertig

BEISPIELE
Im Nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung konkret mittels der folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele, welche nicht beabsichtigen, den Umfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken, weiter erläutert.
Die folgenden Beispiele 1 bis 4 sind ebenfalls Vergleichsbeispiele und nicht von der Erfindung, wie durch die Ansprüche 1 bis 7 beansprucht, umfasst.
BEISPIEL 1
Ein geschmolzenes Metall eines Aluminium-Silicium-Gußmaterials vom eutektischen Typ, das 10,5 Gew.-% Silicium, 4,2 Gew.-% Kupfer und 0,5 Gew.-% Magnesium enthält, wurde zuerst einer Oxidentfernungsbehandlung und einer Entgasungsbehandlung unterzogen. Dieses geschmolzene Metall wurde in eine Form für eine Komponente für einen Spiralverdichter bei einer Injektionsgeschwindigkeit von 2,0 m/s injiziert, unter Verwendung einer horizontalen 650-Tonne-Druckgußmaschine. Man ließ einen Gußdruck von 750 kgf/cm² auf die Form einwirken, so daß der Produktbereich direkt unter Druck gesetzt werden konnte. Dieser Zustand unter Druck wurde für eine vorbestimmte Zeit beibehalten und das geschmolzene Druckgußprodukt wurde aus der Form herausgelöst und entnommen. Das aus der Form herausgelöste Druckgußprodukt wurde unmittelbar nach der Entnahme in einen Wassertank getaucht, mit Wasser gekühlt und 4 Stunden lang bei 180°C für eine Alterungsbehandlung behalten.
Vergleichsbeispiel 1
Der Guß wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß ein Druckgußverfahren unter niedriger Geschwindigkeit verwendet wurde und das geschmolzene Metall bei einer Injektionsgeschwindigkeit von 0,08 m/s in die Form injiziert wurde. Die anderen Bedingungen waren die gleichen wie diejenigen in Beispiel 1.
1 zeigt die durchschnittliche Teilchengrößen der verfestigten Struktur des Druckgußproduktes von jedem der Beispiele 1 und Vergleichsbeispiel 1, und ein Zugfestigkeitsverhältnis des Druckgußproduktes von Beispiel 1 relativ zu dem des Druckgußproduktes von Vergleichsbeispiel 1. Wie in 1 dargestellt, betrug die durchschnittliche Teilchengröße der verfestigten Struktur ca. 2 μm in dem Druckgußprodukt von Beispiel 1, wohingegen es ca. 30 μm bei dem Druckgußprodukt von Vergleichsbeispiel 1 betrug. Bezüglich der Zugfestigkeit wies das Druckgußprodukt von Beispiel 1 einen Wert auf, der ca. 50% größer als der des Druckgußproduktes von Vergleichsbeispiel 1 war. In anderen Worten, das Druckgußprodukt von Beispiel 1, das durch das Druckgußverfahren unter hoher Geschwindigkeit gegossen wurde, wies eine kompakte verfestigte Struktur und eine hohe Zugfestigkeit auf.
Vergleichsbeispiel 2
Das geschmolzene Metall eines Gußvermaterials mit derselben Zusammensetzung wie derjenigen des Materials von Beispiel 1 wurde bei einer Injektionsgeschwindigkeit von 0,08 m/s in die Form injiziert, um ein Druckgußprodukt durch ein Gußverfahren unter niedriger Geschwindigkeit zu bilden. Eine Solid-Solution-Behandlung und eine Alterungsbehandlung wurden durchgeführt, indem das Druckgußprodukt bei 520°C für 8 Stunden gehalten wurde.
2 stellt das Verhältnis des unteren Grenzwertes der Schwankungen der Dauerfestigkeit des Druckgußproduktes aus Beispiel 1 verglichen mit derjenigen des Vergleichsbeispiels 2 dar, wenn jedes der Druckgußprodukte tatsächlich in einen Spiralverdichter eingepasst wurde und der Verdichtungsvorgang 10⁷ mal durchgeführt wurde. Wie in 2 dargestellt, wies das Druckgußprodukt aus Beispiel 1 eine Zugfestigkeit auf, die ca. 50% größer war, als diejenige des Druckgußproduktes aus Vergleichsbeispiel 2 war. Die Dauerfestigkeit des Druckgußproduktes von Beispiel 1, das durch das Druckgußverfahren unter hoher Geschwindigkeit gegossen worden war, wies seine Schwankung auf einem hohen Niveau auf, und das Produkt war für eine Komponente für einen Spiralverdichter geeignet, auf die wiederholt eine große Last ausgeübt wurde.
Beispiel 2
Beispiel 2 stellt den Fall dar, bei dem das Kühlen mit Wasser aus Beispiel 1 ausgelassen wurde, und das Druckgußprodukt nach dem Herauslösen aus der Form geglüht wurde und danach einer Alterungsbehandlung unterzogen wurde.
Beispiel 3
Beispiel 3 stellt den Fall dar, bei dem die Alterungsbehandlung in Beispiel 1 ausgelassen wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Vergleichsbeispiel 3 stellt den Fall dar, bei dem sowohl die Kühlung mit Wasser als auch die Alterungsbehandlung in Beispiel 1 weggelassen wurden, und das Druckgußprodukt nach der Freigabe aus der Form geglüht wurde.
3 stellt das Zugfestigkeitsverhältnis des Druckgußproduktes von jedem der Beispiele 1 bis 3 im Verhältnis zu demjenigen des Druckgußproduktes aus Vergleichsbeispiel 3 dar. Wie in 3 gezeigt, betrug der Zugfestigkeitswert der Druckgußprodukte der Beispiele 2 und 3, bei denen das Kühlen mit Wasser oder die Alterungsbehandlung durchgeführt wurden, ca. 20% mehr als der Zugfestigkeitswert von Vergleichsbeispiel 3, bei dem sie nicht durchgeführt wurden. In anderen Worten, konnte in den Beispielen 2 und 3 die Verbesserung der Zugfestigkeit beobachtet werden. Im Gegensatz dazu war die Zugfestigkeit bei dem Druckgußprodukt von Beispiel 1, bei dem sowohl die Kühlung durch Wasser als auch die Alterungsbehandlung durchgeführt wurden, ca. 50% höher als diejenige des Druckgußproduktes von Vergleichsbeispiel 3, und die Zugfestigkeit konnte in großem Maße verbessert werden.
Beispiel 4 und Vergleichsbeispiele 4 und 5
Bei diesen Beispielen wurden die Gehalte an Kupfer und Magnesium als die Verstärkungskomponenten der festen Lösung des Druckgußmaterials von Beispiel 1 auf die in der folgenden Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungen geändert.
Tabelle 1
Tabelle 1 zeigt das Zugfestigkeitsverhältnis des Druckgußproduktes von jedem der Beispiele 1, 4 und 5 und der Vergleichsbeispiele 3 bis 5. Wie in Tabelle 1 dargestellt, war die Zugfestigkeit selbst bei dem Druckgußprodukt von Beispiel 4, das das Gußmaterial mit dem Kupfergehalt von 3,0 Gew.-% verwendet, um 30% größer als die Zugfestigkeit von Vergleichsbeispiel 3, und die Verbesserung bezüglich der Zugfestigkeit konnte beobachtet werden. Dagegen konnte bei dem Druckgußprodukt von Vergleichsbeispiel 4, das das Gußmaterial mit dem Kupfergehalt von 5,5 Gew.-% verwendet, der Rückgang der Zugfestigkeit in Vergleich zu dem Druckgußprodukt von Vergleichsbeispiel 3 beobachtet werden.
Bei dem Druckgußprodukt aus Beispiel 5, bei dem ebenfalls das Gußmaterial mit einem Magnesiumgehalt von 0,3 Gew.-% verwendet wurde, war die Zugfestigkeit 20% höher als diejenige des Druckgußproduktes aus Vergleichsbeispiel 3, und somit konnte die Verbesserung der Zugfestigkeit beobachtet werden. Im Gegensatz dazu konnte bei dem Druckgußprodukt aus Vergleichsbeispiel 5, bei dem ein Magnesiumgehalt von 0,8 Gew.-% verwendet wurde, der Rückgang der Zugfestigkeit im Vergleich mit dem Druckgußprodukt aus Vergleichsbeispiel 3 beobachtet werden.
Im Übrigen kann die vorliegende Erfindung ausgeführt werden, indem deren Ausführungsformen auf die folgende Art und Weise abgeändert werden.
(1) Bei den Gußmaterialien der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen können geringe Mengen einer Komponente, die ein Erweichen des Druckgußproduktes bei einer hohen Temperatur verhindern (wie zum Beispiel Nickel und Mangan), eine Komponente zur Verfeinerung des Kristallkornes (wie zum Beispiel Titan und Chrom), eine Komponente zur Verbesserung des Herauslösens aus der Form und zur Eindämmung der Erosion der Form (wie zum Beispiel Eisen) und andere Komponenten zur Verbesserung der Eigenschaften des Druckgußproduktes (in geringeren Mengen als 0,5 Gew.-%) hinzugefügt werden.
Als nächstes wird die von den vorstehenden Ausführungsbeispielen umrissene technische Idee beschrieben werden.
(1) Ein Herstellungsverfahren eines hochfesten Druckgußproduktes gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein geschmolzenes Metall einer Oxidentfernungsbehandlung und einer Entgasungsbehandlung unterzogen wird, das geschmolzene Metall in eine Form injiziert wird, und ein Bereich des Produktes in der Form direkt unter Druck gesetzt wird.
Wird die Erfindung wie obenstehend beschrieben eingesetzt, können Produkte mit geringeren Qualitätsschwankungen hergestellt werden.
Wie obenstehend detailliert beschrieben, liefert die Erfindung die folgenden ausgezeichneten Resultate.
Gemäß der Erfindung wie in Ansprüchen 1 und 2 beschrieben, wird der Guß mittels des Druckgußverfahrens unter hoher Geschwindigkeit unter Verwendung des Aluminium-Silicium-Gußmaterials vom eutektischen Typ durchgeführt. Aus diesem Grund, wird die Zeit für das Füllen des geschmolzenen Metalls in die Form kürzer als bei dem herkömmlichen Druckgußverfahren bei niedriger Geschwindigkeit. Daraus resultiert, dass die Gußzeit sowie die Produktionszykluszeit der Druckgußprodukte reduziert werden kann.
Da der Guß mittels eines Druckgußverfahrens unter hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird, ist die Verfestigungsgeschwindigkeit des Druckgußproduktes hoch und die Verstärkungskomponenten der festen Lösung wie zum Beispiel Kupfer und Magnesium unterliegen einer gleichmäßigen festen Lösung in der Aluminiumbasis.
Dementsprechend kann das Druckgußprodukt nach dem Herauslösen aus der Form mit Wasser gekühlt und gehärtet werden, und da die Alterungsbehandlung nur für einen kurzen Zeitraum durchgeführt wird, kann eine ausreichende mechanische Festigkeit erhalten werden. In anderen Worten, die Solid-Solution-Behandlung muss nicht über einen langen Zeitraum durchgeführt werden, und die Produktionszykluszeit kann verringert werden.
Gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 1 dargelegt, enthält das Gußmaterial 7,5 bis 12 Gew.-% an Silicium und wenigstens eines von 1,5 bis 4,8 Gew.-% an Kupfer und 0,2 bis weniger als 0,5 Gew.-% an Magnesium. Aus diesem Grund können die kennzeichnenden Eigenschaften von jedem Element voll ausgenutzt werden.
Gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 2 dargelegt, ist die Oberflächentemperatur des Druckgußproduktes vor dem Kühlen mit Wasser auf die Temperatur in dem Bereich von 250 bis 450°C angepasst. Infolgedessen kann die mechanische Festigkeit des Druckgußproduktes verbessert werden.
Gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 4 dargelegt, wird die Alterungsbehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 250°C durchgeführt. Als Folge kann die mechanische Festigkeit des Druckgußproduktes verbessert werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung auch hinsichtlich des Energieaspektes von Vorteil, da das Druckgußprodukt bei einer niedrigeren Temperatur als bei der Solid-Solution-Wärmebehandlung behandelt werden kann.
Gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 7 dargelegt, kann die Verfestigungsstruktur kompakt gemacht werden und die Gerichtetheit des Kristalls kann ausgeschaltet werden, da die Verfestigungsgeschwindigkeit hoch ist, wie oben beschrieben, so daß ein Druckgußprodukt mit einer ausgezeichneten Dauerfestigkeit erhalten werden kann. Ein solches Druckgußprodukt ist für eine Komponente für einen Spiralverdichter geeignet, auf die wiederholt eine große Kraft wirkt. Aus diesem Grund wird die Komponente nicht leicht kaputt gehen und die Dauerhaftigkeit des Spiralverdichters kann verbessert werden.

Claims

Herstellungsverfahren für ein hochfestes Druckgußprodukt, umfassend die Schritte: Behandeln eines Aluminium-Silicium-Gußmaterials vom eutektischen Typ zur Entfernung von Oxid davon und zum Entgasen desselbigen vor einem Einfüllen in eine Form; Injizieren des Aluminium-Silicium-Gußmaterials vom eutektischen Typ in die Form mit einer Injektionsgeschwindigkeit von mindestens 1 m/s durch ein Druckgußverfahren, wobei das Gußmaterial 7,5 bis 12 Gew.-% an Silicium, 1,5 bis 4,8 Gew.-% an Kupfer und 0,2 bis weniger als 0,5 Gew.-% an Magnesium, den Rest an Aluminium und normale Verunreinigungen enthält; Herauslösen des resultierenden Druckgußproduktes aus der Form; Kühlen des aus der Form gelösten Druckgußproduktes mit Wasser; und Altern des gekühlten Druckgußproduktes.
Herstellungsverfahren für ein hochfestes Druckgußprodukt nach Anspruch 1, wobei das Druckgußprodukt vor dem Wasserkühlen eine Oberflächentemperatur in einem Bereich von 250 bis 450°C besitzt.
Herstellungsverfahren für ein hochfestes Druckgußprodukt nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wasserkühlungstemperatur in einem Bereich von 20 bis 80°C liegt.
Herstellungsverfahren für ein hochfestes Druckgußprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Temperatur der Alterungsbehandlung in einem Bereich von 150 bis 250°C liegt.
Herstellungsverfahren für ein hochfestes Druckgußprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Zeitraum der Alterungsbehandlung 0,5 bis 8 Stunden beträgt.
Herstellungsverfahren für ein hochfestes Druckgußprodukt nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Zeit der Alterungsbehandlung ungefähr 4 Stunden bei 180°C beträgt.
Herstellungsverfahren für ein hochfestes Druckgußprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Druckgußprodukt eine Komponente für einen Spiralverdichter ist.