EP3825428A1 - Druckgussbauteil und verfahren zur herstellung eines druckgussbauteils - Google Patents

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EP3825428A1
EP3825428A1 EP19211356.1A EP19211356A EP3825428A1 EP 3825428 A1 EP3825428 A1 EP 3825428A1 EP 19211356 A EP19211356 A EP 19211356A EP 3825428 A1 EP3825428 A1 EP 3825428A1
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EP
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minutes
die
cast component
range
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Marc Hummel
Marius KOHLHEPP
Robin Müller
Heinz Werner HÖPPEL
Werner FRAGNER
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AMAG casting GmbH
Audi AG
Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Original Assignee
AMAG casting GmbH
Audi AG
Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
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    • C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys
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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/002—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor

Definitions

  • the invention relates to a die-cast component and a method for producing this die-cast component.
  • This method also leads to good punch riveting suitability - that is, joining by forming - which is essentially dependent on the ductility of the die-cast component.
  • punch riveting using a dome die requires the highest deformability on the die-cast component compared to other dies (flat die, ball die, etc.). If the deformability of the material is not sufficient, cracks appear in the die-cast component on the die side.
  • a further improvement of the punch riveting suitability by increasing the ductility in turn causes losses in strength - which disadvantageously reduces crash-relevant FDI values.
  • the invention has also set itself the task of creating a die-cast component which, compared to known die-cast components, is characterized by improved punch rivet suitability with the same elongation at break and strength.
  • the invention solves the problem posed by the features of claim 1.
  • the aforementioned punch riveting suitability can be further improved if the die-cast component has a uniform elongation (A g ) of at least 6% and a necking elongation (A z ) of at least 4%.
  • the hardenable aluminum alloy has more than 6.5 to 9.0% by weight silicon (Si), in particular more than 6.5 to 8% by weight silicon (Si) .
  • Si 6.5 ⁇ wt.% Silicon (Si) ⁇ 9.0, for example, if the alloy is castable enough, primary phases that cause cracks can also be reduced, which can further improve joining by forming - all the more if the condition is met 6.5 ⁇ wt .-% silicon (Si) ⁇ 8.0 is met.
  • the castability of the die-cast alloy can be further improved if the aluminum alloy contains from 0.3 to 0.6% by weight of manganese (Mn).
  • the strength of the aluminum alloy can be further increased with a copper (Cu) content of 0.10 to 0.20% by weight.
  • the aluminum alloy can have a higher content of secondary aluminum, which can be increased further if the aluminum alloy has 0.15 to 0.25% by weight of iron (Fe). This is particularly the case when the aluminum alloy has from 0.15 to 0.25% by weight of iron (Fe).
  • the ductility and strength of the aluminum alloy can be improved with 0.05 to 0.15% by weight of titanium (Ti), whereas from 0.015 to 0.025% by weight of strontium (Sr) the ductility can be further optimized.
  • the die-cast component according to the invention is particularly suitable as a body component for a motor vehicle.
  • the die-cast component is preferably firmly connected to the other component via a punch rivet.
  • the die-cast component is preferably part of a motor vehicle as a body component.
  • the invention has set itself the task of changing the method in order to further improve the punch rivet suitability with almost constant FDI values on the die-cast component.
  • the method should be easy to handle and reproducible.
  • the invention solves the problem posed with regard to the method by the features of claim 8.
  • a shift in the mechanical properties from ductility towards strength can subsequently be compensated for by overaging of the die-cast component with the help of at least three-stage artificial aging.
  • a first artificial aging at a temperature in the range from 100 ° C to 180 ° C over a period of 40 minutes to 150 minutes a second artificial aging at a temperature in the range from 180 ° C to 300 ° C take place over a period of 30 minutes to 100 minutes and a third artificial aging at a temperature in the range from 230 ° C. to 300 ° C. over a period of 5 minutes to 120 minutes.
  • a comparatively high-strength Al-Si-aluminum alloy in the T7 condition thus results in a constriction A z that is greater than or equal to A g / 2 - which ensures crack-free punch riveting, in particular also punch riveting using a dome die, which on the die side has a particularly high deformability from the die-cast component.
  • This can also be achieved with a thin-walled die-cast component, for example for body construction, which at present was not reliably accessible to joining by forming, in particular punch riveting.
  • the method according to the invention only requires an adaptation in terms of temperature and holding time - which is comparatively easy to handle and thus improves the reproducibility of the method.
  • the method according to the invention can thus ensure the production of a die-cast component that has a yield point (R p0.2) of greater than 190 MPa and an elongation at break (A 5 ) of greater than or equal to 7% and whose uniform elongation (A g ) and constriction elongation (A z ) fulfills the condition A z ⁇ A g / 2.
  • the die-cast component produced can preferably have a uniform elongation (A g ) of at least 6% and a neck elongation (A z ) of at least 4%.
  • the aluminum alloy can optionally have the following further alloy elements, namely up to 0.8% by weight of manganese (Mn), from 0.08 to 0.35% by weight of zinc (Zn), from 0.08 to 0.35% by weight chromium (Cr), up to 0.30% by weight zirconium (Zr), up to 0.25% by weight iron (Fe), up to 0.15% by weight titanium (Ti) , up to 0.20% by weight copper (Cu), up to 0.025% by weight strontium (Sr), up to 0.2% by weight vanadium (V) and / or up to 0.2% by weight molybdenum ( Mon).
  • the constricting elongation A z can be further improved if the first annealing takes place at a temperature in the range from 390 ° C. to 410 ° C. and / or over a period of 50 minutes to 70 minutes.
  • this comparatively narrow temperature and time range allows the mechanical properties of the finished die-cast component to be influenced more reproducibly.
  • the second annealing takes place at a temperature in the range from 520 ° C. to 535 ° C., in particular from 525 ° C. to 535 ° C., and / or over a period of 25 to 30 minutes, there is a delay on, for example, due to the comparatively short holding time Die-cast component can be avoided. This also improves the reproducibility of the process.
  • the strength values can be set within comparatively narrow limits if the quenching is carried out with a temperature gradient in the range from 7 K / s to 20 K / s. This accelerated cooling can take place, for example, by cooling in moving air, etc.
  • the first artificial aging is preferably carried out at a temperature in the range from 140 ° C. to 160 ° C. and / or over a period of 110 minutes to 130 minutes in order to initially put the die-cast component in a T64 state.
  • a T6 state on the die-cast component is achieved in that the second artificial aging takes place at a temperature in the range from 190 ° C. to 210 ° C. and / or over a period of 50 minutes to 70 minutes.
  • the strength and ductility of the die-cast component can be set even more precisely.
  • a comparatively high constriction elongation (A z ) can thus be achieved, which can further reduce the risk of cracking when punch riveting the die-cast component.
  • Table 1 Overview of the aluminum alloys Alloys Si wt% Mg wt% Mn wt% Fe wt% Zn wt% Zr wt% Ti wt% Sr wt% AlSi10Mg0.4Mn 10.5 0.4 0.61 ⁇ 0.22 0.2 0.15 0.06 0.02 AlSi7Mg0.4 7th 0.4 0.05 ⁇ 0.15 0.2 0.15 0.06 0.02
  • alloys AlSi7Mg0.4 are within the content limits according to the invention according to the independent claims.
  • Alloy AlSi10Mg0.4Mn has a significantly higher Si content compared to alloy AlSi7Mg0.4 - and in this regard is therefore outside the content limits according to the invention.
  • the die-cast components P1 (prior art) and I1 (according to the invention) with the related Al-Si-aluminum alloys were subjected to the following heat treatment according to Table 2: Table 2: Overview of the heat treatment Component alloy glow Scare off Artificial aging first second first second third P1 AlSi10Mg0.4Mn 400 ° C 510 ° C 3 K / s 120 ° C 230 ° C 1 h 30 min 2 h 1 h I1 AlSi7Mg0.4 400 ° C 530 ° C 7 K / s 150 ° C 200 ° C 250 ° C 1 h 30 min 2 h 1 h 20 min
  • Fig. 1 the process of the heat treatment according to the invention is shown in more detail: First there is a two-stage annealing, namely a first annealing 1.1 and a subsequent second annealing 1.2, followed by quenching 2 and, after a certain storage time, a three-stage artificial aging with a first heating 3.1 and a subsequent second heating 3.2 and a subsequent third heating 3.3.
  • the cast component I1 passes through a wide variety of states from T4, T6x, T6 to T7, as in FIG Fig. 1 to recognize.
  • the difference in the second annealing 1.2 between the invention I1 and the prior art P1 can also be seen.
  • the second annealing in the prior art P1 takes place at a significantly lower temperature than in the invention I1.
  • the cast component P1 lacks a third artificial aging. Significant differences can also be found in the parameters of the second annealing - these differences lead overall to the fact that the cast component P1 is in the T6 state after the heat treatment.
  • the die-cast component I1 according to the invention has a significantly higher constriction elongation (A z ) - which means that the die-cast component I1 is particularly suitable for punch riveting or is generally particularly suitable for joining by forming.
  • the die-cast component I1 according to the invention also has, for example, particularly good suitability for thin-walled molded parts on a body of a vehicle, preferably a motor vehicle.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils und ein damit hergestelltes Druckgussbauteil gezeigt. Erfindungsgemäß wird eine hervorragende Stanznieteignung erreicht, wenn das Druckgussbauteil eine aushärtbaren Aluminiumlegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen: von 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si), von 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-%, wobei das Druckgussbauteil eine Streckgrenze (Rp0,2) von größer 190 MPa und eine Bruchdehnung (A5) von größer gleich 7 % aufweist und Gleichmaßdehnung (Ag) und Einschnürdehnung (Az) die Bedingung Az ≥ Ag/2 erfüllt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Druckgussbauteil und ein Verfahren zur Herstellung dieses Druckgussbauteils.
  • Um bei einem dünnwandigen Druckgussbauteil, beispielsweise bei Strukturbauteilen für Kraftfahrzeuge, die Festigkeit (Rp0,2, Rm) und die Duktilität (bzw. Bruchdehnung A5) in ein gewünschtes Verhältnis zueinander zu bringen - damit beispielsweise crashrelevante FDI-Werte [FDI=Festigkeits-Duktilitäts-Index, der sich aus Materialkennwerten Rm, Rp0,2 und A5 berechnet, nämlich FDI = (Rm+3∗Rp0,2)/4∗A5/100] im Automobilbereich zu erfüllen sind -, schlägt die EP3176275A1 eine Wärmebehandlung einer Al-Si-Aluminiumlegierung mit einem zweistufigen Glühen, Abschrecken und dreistufigen Warmauslagern vor. Dieses Verfahren führt auch zu einer guten Stanznieteignung - also einem Fügen durch Umformen -, was im Wesentlichen von der Duktilität des Druckgussbauteils abhängig ist. Insbesondere bedarf es beim Stanznieten unter Verwendung einer Dommatrize im Vergleich zu anderen Matrizen (Flachmatrize, Kugelmatrize etc.) der höchsten Verformungsfähigkeit am Druckgussbauteil. Ist die Verformungsfähigkeit des Materials nicht ausreichend, entstehen matrizenseitig Risse im Druckgussbauteil. Eine weitere Verbesserung der Stanznieteignung durch Erhöhung der Duktilität bedingt wiederum Verluste bei der Festigkeit - was nachteilig crashrelevante FDI-Werte reduziert.
  • Die Erfindung hat sich außerdem ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, ein Druckgussbauteil zu schaffen, das sich im Vergleich zu bekannten Druckgussbauteilen in einer verbesserten Stanznieteignung bei gleicher Bruchdehnung und Festigkeit auszeichnet.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Indem das Druckgussbauteil eine aushärtbare Aluminiumlegierung mit 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si) und von 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-% aufweist, kann eine vergleichsweise hohe Streckgrenze (Rp0,2) von größer 190 MPa und auch eine Bruchdehnung A5 von größer gleich 7 % ermöglicht werden.
    • Si: 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si), was einen reduzierten Anteil im Vergleich mit dem Stand der Technik darstellt, kann den Anteil an rissauslösenden Primärphasen (nämlich eutektischen Siliziumpartikel) deutlich verringern. Damit reduziert sich deren negative Einfluss beim Fügen durch Umformen.
    • Mg: 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) kann eine Streckgrenze (Rp0,2) von größer 190 MPa ermöglichen.
    Besonders aber verbessert sich durch die Stanznieteignung des Druckgussbauteils, weil Gleichmaßdehnung (Ag) und Einschnürdehnung (Az) die Bedingung Az ≥ Ag/2 erfüllen. Dadurch kann dieses hochfeste Druckgussbauteil selbst bei dünnwandiger Ausführung rissfrei einem Fügen durch Umformen, beispielsweise Stanznieten oder Durchsetzfügen, unterworfen werden.
    Zusätzlich zu Si und Mg kann die Aluminiumlegierung optional ein oder mehrere Legierungselemente der Gruppe aufweisen: bis 0,8 Gew.-% Mangan (Mn), von 0,08 bis 0,35 Gew.-% Zink (Zn), von 0,08 bis 0,35 Gew.-% Chrom (Cr), bis 0,30 Gew.-% Zirkonium (Zr), bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe), bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti), bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu), bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr), bis 0,2 Gew.-% Vanadium (V) und/oder bis 0,2 Gew.-% Molybdän (Mo).
  • Vorgenannte Stanznieteignung ist weiter verbesserbar, wenn das Druckgussbauteil eine Gleichmaßdehnung (Ag) von mindestens 6 % und eine Einschnürdehnung (Az) von mindestens 4 % aufweist.
  • Weiteres sind in der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung für Silizium (Si) und/oder Zink (Zn) und/oder Magnesium (Mg) und/oder Mangan (Mn) und/oder Kupfer (Cu) und/oder Eisen (Fe) und/oder Titan (Ti) und/oder Strontium (Sr) folgender Gehalt oder folgende Gehalte vorstellbar:
    • von mehr als 6,5 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si)
      insbesondere von mehr als 6,5 bis 8 Gew.-% Silizium (Si)
    • von 0,3 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg)
    • von 0,3 bis 0,6 Gew.-% Mangan (Mn)
    • von 0,15 bis 0,3 Gew.-% Zink (Zn)
      insbesondere von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Zink (Zn)
    • von 0,10 bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu)
    • von 0,10 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe)
      insbesondere von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe)
    • von 0,05 bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti)
    • von 0,015 bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr)
  • Besonders hohe FDI-Werte sind erreichbar, wenn die aushärtbare Aluminiumlegierung von mehr als 6,5 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si), insbesondere von mehr als 6,5 bis 8 Gew.-% Silizium (Si), aufweist.
    Si: 6,5 < Gew.-% Silizium (Si) ≤ 9,0 können beispielsweise bei ausreichend guter Gießbarkeit der Legierung auch rissauslösende Primärphasen reduziert werden, was das Fügen durch Umformen noch weiter verbessern kann - dies um so mehr, wenn die Bedingung 6,5 < Gew.-% Silizium (Si) ≤ 8,0 erfüllt wird.
  • Festigkeit und Duktilität sind weiter zu verbessern, wenn die Aluminiumlegierung von 0,15 bis 0,3 Gew.-% Zink (Zn) und/oder von 0,3 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) aufweist.
    • Zn: Ein Gehalt von 0,15 bis 0,3 Gew.-% Zink (Zn) kann die Duktilität des Druckgussbauteils weiter verbessern. Bevorzugt weist Zink (Zn) einen Gehalt von 0,15 bis 0,25 Gew.-% auf.
    • Mg: Ein Gehalt von 0,3 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) kann die Streckgrenze (Rp0,2) weiter erhöhen.
  • Die Gießbarkeit der Druckgusslegierung kann weiter verbessert werden, wenn die Aluminiumlegierung von 0,3 bis 0,6 Gew.-% Mangan (Mn) aufweist.
  • Die Festigkeit der Aluminiumlegierung kann mit einem Gehalt an Kupfer (Cu) von 0,10 bis 0,20 Gew.-% weiter erhöht werden.
    Zudem kann durch diesen Gehalt an Kupfer die Aluminiumlegierung einen höheren Gehalt an Sekundäraluminium aufweisen, was weiter erhöht werden kann, wenn die Aluminiumlegierung 0,15 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe) aufweist. Dies insbesondere, wenn die Aluminiumlegierung von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe) aufweist.
  • Duktilität und Festigkeit der Aluminiumlegierung kann mit 0,05 bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti) verbessert, wobei von 0,015 bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr) die Duktilität weiter optimieren kann.
  • Vorstellbar ist weiter, dass die Aluminiumlegierung bis 0,05 Gew.-% Mangan (Mn) und/oder bis 0,05 Gew.-% Kupfer (Cu) aufweist.
    • Mn: Ein Gehalt an Mangan (Mn) bis 0,05 Gew.-% kann zu einer signifikanten Duktilitätssteigerung führen. Solch eine Beschränkung des Mangangehalts kann nämlich den Anteil an rissauslösenden Primärphasen (manganhaltigen intermetallischen Phasen) noch weiter reduzieren, welche das Gussbauteil strukturell schwächen würden, insbesondere beim Fügen durch Umformen.
    • Cu: Ein Gehalt an Kupfer (Cu) bis 0,05 Gew.-% kann zudem die Rissneigung weiter reduzieren, was das Fügen durch Umformen weiter erleichtern bzw. das Stanznieten weiter verbessern kann.
  • Das erfindungsgemäße Druckgussbauteil ist insbesondere als Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug geeignet. Vorzugsweise ist das Druckgussbauteil mit dem anderen Bauteil über eine Stanzniete fest verbunden. Das Druckgussbauteil ist vorzugsweise als Karosseriekomponente Teil eines Kraftfahrzeugs.
  • Die Erfindung hat sich ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, das Verfahren zu verändern, um bei nahezu gleichbleibenden FDI-Werten am Druckgussbauteil, die Stanznieteignung weiter zu verbessern. Zudem soll das Verfahren einfach handhabbar und reproduzierbar ausgeführt werden können.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8.
  • Wird eine aushärtbare Aluminiumlegierung mit 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si) und von 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-% verwendet, kann eine besondere Wärmebehandlung durchgeführt werden.
    • Si: Mit 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si) kann zunächst aufgrund der Untergrenze von 5,0 Gew.-% die Gießbarkeit der Aluminiumlegierung auch bei komplexen Konturen sichergestellt werden. Zudem kann aufgrund der Obergrenze von 9,0 Gew.-% Silizium (Si) die Aluminiumlegierung auf eine Glühbehandlung bei höheren Temperaturen vorbereitet werden.
    • Mg: Mit 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) kann die Aluminiumlegierung zur Erreichung einer erhöhten Festigkeit, insbesondere Streckgrenze (Rp0,2), vorbereitet werden.
    Auf Basis dieser Si- und Mg-Gehalte wird sohin die Al-Si-Legierung für eine erhöhte Festigkeit bei reduzierter Duktilität vorbereitet - nämlich, indem ein erstes Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 320 °C (Grad Celsius) bis 450 °C über eine Zeitdauer von 20 bis 75 Minuten und ein zweites Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 510 °C bis 540 °C über eine Zeitdauer von 5 bis 35 Minuten erfolgt, also bei erhöhten Temperaturen gegenüber dem Stand der Technik. Durch das, dem Glühen anschließende Abschrecken mit einem Temperaturgradienten im Bereich von größer 4 K/s werden die Eigenschaften (erhöhte Festigkeit bei reduzierter Duktilität) am Druckgussbauteil eingestellt.
  • Eine Verschiebung der mechanischen Eigenschaften von Duktilität in Richtung Festigkeit kann in weiterer Folge durch eine Überalterung des Druckgussbauteils mithilfe einer zumindest dreistufigen Warmauslagerung kompensiert werden.
    Hierzu hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 180 °C über eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 150 Minuten, eine zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 180 °C bis 300 °C über eine Zeitdauer von 30 Minuten bis 100 Minuten und eine dritte Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 230 °C bis 300 °C über eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 120 Minuten erfolgen. Damit kann ein T7-Zustand am Druckgussbauteil erreicht werden, welcher nicht nur vorgegebenen FDI-Werte aus Festigkeit (Rp02, Rm) und Duktilität bzw. Bruchdehnung A5 erfüllt, sondern überraschend auch eine deutliche Erhöhung der Stanznieteignung aufweist.
    Untersuchungen ergaben, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders Einfluss auf das Verhältnis zwischen Einschnürdehnung (Az) und Gleichmaßdehnung (Ag) nimmt, welche Einschnürdehnung Az sich durch die Gleichung Az=A(bzw.A5)-Ag bestimmt. Erfindungsgemäß ergibt sich sohin bei einer vergleichsweise hochfesten Al-Si-Aluminiumlegierung im Zustand T7 eine Einschnürdehnung Az, welche größer gleich Ag/2 ist - was ein rissfreies Stanznieten sicherstellt, insbesondere auch ein Stanznieten unter Verwendung einer Dommatrize, was matrizenseitig besonders hohe Verformungsfähigkeit vom Druckgussbauteil fordert.
    Dies ist auch bei einem dünnwandigen Druckgussbauteil erreichbar, beispielsweise für den Karosseriebau, welche derzeit einem Fügen durch Umformen, vor allem einem Stanznieten, nicht zuverlässig zugänglich waren.
    Zudem bedarf das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu bekannten anderen Verfahren lediglich einer Adaptierung in Temperatur und Haltedauer - was vergleichsweise einfach handhabbar ist und so die Reproduzierbarkeit des Verfahrens verbessert.
    Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann sohin die Herstellung eines Druckgussbauteils sicherstellen, das eine Streckgrenze (Rp0,2) von größer 190 MPa und eine Bruchdehnung (A5) von größer gleich 7 % aufweist und dessen Gleichmaßdehnung (Ag) und Einschnürdehnung (Az) die Bedingung Az ≥ Ag/2 erfüllt.
  • Vorzugsweise kann das hergestellte Druckgussbauteil eine Gleichmaßdehnung (Ag) von mindestens 6 % und eine Einschnürdehnung (Az) von mindestens 4 % aufweisen. Zusätzlich zu Si und Mg kann die Aluminiumlegierung folgende weitere Legierungselemente optional aufweisen, nämlich bis 0,8 Gew.-% Mangan (Mn), von 0,08 bis 0,35 Gew.-% Zink (Zn), von 0,08 bis 0,35 Gew.-% Chrom (Cr), bis 0,30 Gew.-% Zirkonium (Zr), bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe), bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti), bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu), bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr), bis 0,2 Gew.-% Vanadium (V) und/oder bis 0,2 Gew.-% Molybdän (Mo).
  • Die Einschnürdehnung Az ist weiter verbesserbar, wenn das erste Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 390 °C bis 410 °C und/oder über eine Zeitdauer von 50 Minuten bis 70 Minuten erfolgt. Zudem kann durch diesen vergleichsweise engen Temperatur- und Zeitbereich reproduzierbarer auf die mechanischen Eigenschaften am fertigen Druckgussbauteil Einfluss genommen werden.
  • Erfolgt das zweite Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 520 °C bis 535 °C, insbesondere von 525 °C bis 535 °C, und/oder über eine Zeitdauer von 25 bis 30 Minuten, ist beispielsweise aufgrund der vergleichsweise kurzen Haltedauer ein Verzug am Druckgussbauteil vermeidbar. Dies verbessert zudem auch die Reproduzierbarkeit des Verfahrens.
  • Die Festigkeitswerte können in vergleichsweise engen Grenzen eingestellt werden, wenn das Abschrecken mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 7 K/s bis 20 K/s erfolgt. Dieses beschleunigte Abkühlen kann beispielsweise durch Abkühlung an bewegter Luft, etc. erfolgen.
  • Vorzugsweise erfolgt die erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 140 °C bis 160 °C und/oder über eine Zeitdauer von 110 Minuten bis 130 Minuten, um das Druckgussbauteil zunächst in einen T64-Zustand zu versetzen.
  • Ein T6-Zustand am Druckgussbauteil wird erreicht, indem die zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 190 °C bis 210 °C und/oder über eine Zeitdauer von 50 Minuten bis 70 Minuten erfolgt.
  • Erfolgt die dritte Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 230 °C bis 270 °C und/oder über eine Zeitdauer von 10 Minuten bis 30 Minuten, sind am Druckgussbauteil Festigkeit und Duktilität noch genauer einstellbar. Insbesondere aber ist damit eine vergleichsweise hohe Einschnürdehnung (Az) erreichbar, was die Rissgefahr beim Stanznieten des Druckgussbauteils noch weiter reduzieren kann.
  • Zum Nachweis der erzielten Effekte wurden aus verschiedenen Gusslegierungen dünnwandige Gussbauteile im Druckgussverfahren hergestellt. In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. So zeigen
    • Fig. 1
    eine Ansicht zum Ablauf der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung,
    Fig. 2a
    abgerissener Querschliff von zwei stanzgenieteten Bauteilen, wobei das untere Bauteil ein Druckgussbauteil nach dem Stand der Technik ist,
    Fig. 2b
    eine dreidimensionale, matrizenseitige Ansicht der Fig. 2a,
    Fig. 3a
    abgerissener Querschliff von zwei stanzgenieteten Bauteilen, wobei es sich beim unteren Bauteil um das erfindungsgemäße Druckgussbauteil handelt, und
    Fig. 3b
    eine dreidimensionale, matrizenseitige Ansicht der Fig. 3a.
  • Die Zusammensetzungen der untersuchten Legierungen sind in der Tabelle 1 angeführt, wobei zu den in dieser Tabelle angeführten Legierungselementen als Rest Aluminium und herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-% hinzukommen. Tabelle 1: Übersicht zu den Aluminiumlegierungen
    Legierungen Si Gew.-% Mg Gew.-% Mn Gew.-% Fe Gew.-% Zn Gew.-% Zr Gew.-% Ti Gew.-% Sr Gew.-%
    AlSi10Mg0,4Mn 10,5 0,4 0,61 <0,22 0,2 0,15 0,06 0,02
    AlSi7Mg0,4 7 0,4 0,05 ≤0,15 0,2 0,15 0,06 0,02
  • Die Legierungen AlSi7Mg0,4 bewegt sich in den erfindungsgemäßen Gehaltsgrenzen nach den unabhängigen Ansprüchen. Legierung AlSi10Mg0,4Mn weist im Vergleich zu Legierung AlSi7Mg0,4 einen wesentlich höheren Si-Gehalt auf - und liegt diesbezüglich sohin außerhalb der erfindungsgemäßen Gehaltsgrenzen.
  • Die Druckgussbauteile P1 (Stand der Technik) und I1 (erfindungsgemäß) mit den diesbezüglichen Al-Si-Aluminiumlegierungen wurden nach Tabelle 2 folgender Wärmebehandlung unterzogen: Tabelle 2: Übersicht zur Wärmebehandlung
    Bauteil Legierung Glühen Abschrecken Warmauslagern
    erstes zweites erstes zweites drittes
    P1 AlSi10Mg0,4Mn 400 °C 510 °C 3 K/s 120 °C 230 °C
    1 h 30 min 2 h 1 h
    I1 AlSi7Mg0,4 400 °C 530 °C 7 K/s 150 °C 200 °C 250 °C
    1 h 30 min 2 h 1 h 20 min
  • In der Fig. 1 ist der Ablauf der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung näher dargestellt: Zuerst erfolgt ein zweistufiges Glühen, nämlich ein erstes Glühen 1.1 und ein daran anschließendes zweites Glühen 1.2, darauffolgend ein Abschrecken 2 und nach einer gewissen Lagerzeit eine dreistufige Warmauslagerung mit einem ersten Erwärmen 3.1, einem anschließenden zweiten Erwärmen 3.2 und einem anschließenden dritten Erwärmen 3.3. Das Gussbauteil I1 durchschreitet bei dieser Wärmebehandlung verschiedenste Zustände von T4, T6x, T6 bis zu T7, wie in Fig. 1 zu erkennen.
    In Fig. 1 ist auch der Unterschied beim zweiten Glühen 1.2 zwischen der Erfindung I1 und dem Stand der Technik P1 zu erkennen. So erfolgt das zweite Glühen im Stand der Technik P1 mit einer deutlich niedrigeren Temperatur als bei der Erfindung I1.
  • Im Gegensatz zur Erfindung fehlt dem Gussbauteil P1 ein drittes Warmauslagern. Wesentliche Unterschiede finden sich auch in den Parametern des zweiten Glühens - diese Unterschiede führt insgesamt dazu, dass sich nach der Wärmebehandlung das Gussbauteil P1 im Zustand T6 befindet.
  • Die beiden Druckgussteile P1 und I1 wurden schließlich auf ihre mechanischen Eigenschaften hin untersucht. Hierzu wurden Streckgrenze Rp0,2, Zugfestigkeit Rm, Bruchdehnung A5 sowie die Gleichmaßdehnung Ag bestimmt. Die erhaltenen Messwerte sind in der Tabelle 3 zusammengefasst. Die Einschnürdehnung Az wurde aus Bruchdehnung A5 und Gleichmaßdehnung Ag errechnet. Tabelle 3: mechanische Kennwerte
    Bauteil Rp0,2 [MPa] Rm [MPa] A5 [%] Ag [%] Az [%] =A5-Ag
    P1 195 277 12,8 8,7 3,7
    I1 195 250 12,4 6,7 6,1
  • Gemäß Tabelle 3 weist das erfindungsgemäße Druckgussbauteil I1 eine deutlich höhere Einschnürdehnung (Az) auf - womit das Druckgussbauteil I1 eine besonders gute Stanznieteignung aufweist bzw. generell für ein Fügen durch Umformen besonders geeignet ist.
  • Diese Eignung wurde durch ein Stanznieten unter Verwendung einer Dommatrize geprüft - und zwar wurde ein Aluminiumblech A der 6xxx Reihe matrizenseitig mit dem Druckgussbauteil P1 bzw. mit dem Druckgussbauteil I1 matrizenseitig unter Verwendung eines Nietelements N stanzgenietet. Die Ergebnisse dieses Stanznietens sind in den Figuren 2a, 2b bzw. 3a, 3b ersichtlich.
  • So sind im Querschliff nach Fig. 2a zur AlSi10Mg0,4Mn im T6-Zustand mehrere Risse R zu erkennen, wohingegen im Querschliff nach Fig. 3a zur erfindungsgemäßen Al-Si7Mg0,4-Legierung im hochfesten T7-Zustand keine Risse zu erkennen sind.
    Zudem zeigt die AlSi10Mg0,4Mn T6 nach Fig. 2b zahlreiche tiefe Risse matrizenseitig, wohingegen die Risse bei Al-Si7Mg0,4 T7 deutlich feiner ausgeprägt sind. Deren Anzahl ist zwar höher, jedoch sind diese aufgrund ihrer geringen Breite und Tiefe unkritisch. Erfindungsgemäß verbessert sich sohin ein Niet-Ergebnis signifikant gegenüber dem Stand der Technik.
  • Aus diesem Grund weist auch das erfindungsgemäße Druckgussbauteil I1 beispielsweise eine besonders gute Eignung für dünnwandige Formteile an einer Karosserie eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, auf.

Claims (14)

  1. Druckgussbauteil aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen: von 5,0 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si), von 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg)
    und optional bis 0,8 Gew.-% Mangan (Mn), von 0,08 bis 0,35 Gew.-% Zink (Zn), von 0,08 bis 0,35 Gew.-% Chrom (Cr), bis 0,30 Gew.-% Zirkonium (Zr), bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe), bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti), bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu), bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr), bis 0,2 Gew.-% Vanadium (V), bis 0,2 Gew.-% Molybdän (Mo),
    und als Rest Aluminium sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-%,
    wobei das Druckgussbauteil
    eine Streckgrenze (Rp0,2) von größer 190 MPa und
    eine Bruchdehnung (A5) von größer gleich 7 % aufweist und Gleichmaßdehnung (Ag) und Einschnürdehnung (Az) die Bedingung Az ≥ Ag/2 erfüllt.
  2. Druckgussbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Druckgussbauteil
    eine Gleichmaßdehnung (Ag) von mindestens 6 % und
    eine Einschnürdehnung (Az) von mindestens 4 % aufweist.
  3. Druckgussbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aushärtbare Aluminiumlegierung
    von mehr als 6,5 bis 9,0 Gew.-% Silizium (Si),
    insbesondere von mehr als 6,5 bis 8 Gew.-% Silizium (Si),
    und/oder
    von 0,3 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg),
    und/oder
    von 0,3 bis 0,6 Gew.-% Mangan (Mn),
    und/oder
    von 0,15 bis 0,3 Gew.-% Zink (Zn),
    insbesondere von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Zink (Zn),
    und/oder
    von 0,10 bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu),
    und/oder
    von 0,10 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe),
    insbesondere von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe),
    und/oder
    von 0,05 bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti),
    und/oder
    von 0,015 bis 0,025 Gew.-% Strontium (Sr)
    aufweist.
  4. Druckgussbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aushärtbare Aluminiumlegierung bis 0,05 Gew.-% Mangan (Mn) und/oder bis 0,05 Gew.-% Kupfer (Cu)
    aufweist.
  5. Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug mit einem Druckgussbauteil (I1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
  6. Karosseriekomponente nach Anspruch 5, mit mindestens einer Stanzniete (N) und mit einem anderen Bauteil (A), wobei das Druckgussbauteil (I1) mit dem anderen Bauteil (A) über die Stanzniete (N) fest verbunden ist.
  7. Kraftfahrzeug mit einer Karosseriekomponente nach Anspruch 5 oder 6.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren eine Wärmebehandlung mit folgenden Schritten in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
    Zumindest zweistufiges Glühen, umfassend wenigstens
    ein erstes Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 320 °C bis 450 °C über eine Zeitdauer von 20 Minuten bis 75 Minuten, und
    ein zweites Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 510 °C bis 540 °C über eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 35 Minuten,
    Abschrecken mit einem Temperaturgradienten im Bereich von größer 4 K/s und
    zumindest dreistufige Warmauslagerung, umfassend wenigstens eine
    erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 180 °C über eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 150 Minuten, eine
    zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 180 °C bis 300 °C über eine Zeitdauer von 30 Minuten bis 100 Minuten und eine
    dritte Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 230 °C bis 300 °C über eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 120 Minuten.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 390 °C bis 410 °C und/oder über eine Zeitdauer von 50 Minuten bis 70 Minuten erfolgt
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 520 °C bis 535 °C, insbesondere von 525 °C bis 535 °C, und/oder über eine Zeitdauer von 25 bis 30 Minuten erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrecken mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 7 K/s bis 20 K/s erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 140 °C bis 160 °C und/oder über eine Zeitdauer von 110 Minuten bis 130 Minuten erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 190 °C bis 210 °C und/oder über eine Zeitdauer von 50 Minuten bis 70 Minuten erfolgt.
  14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 230 °C bis 270 °C und/oder über eine Zeitdauer von 10 Minuten bis 30 Minuten erfolgt.
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