FR2923493A1

FR2923493A1 - AL FOUNDRIES ALLOYS

Info

Publication number: FR2923493A1
Application number: FR0857580A
Authority: FR
Inventors: Andreas Hennings; Polaczek Andreas Buhrig; Lars Wurker; Klaus Greven
Original assignee: KSM Castings GmbH
Current assignee: KSM Castings Group GmbH
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-05-15
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: WO2009059593A3; WO2009059593A2; CN101855375A; ITMI20081955A1; FR2923493B1; IT1392151B1; US20100288401A1; DE112008003601A5; DE102008055928A1

Abstract

La présente invention concerne un alliage de fonderie d'aluminium doté de propriétés mécaniques améliorées par la présence de Cr.The present invention relates to an aluminum casting alloy with improved mechanical properties by the presence of Cr.

Description

La présente invention concerne des alliages de fonderie d'aluminium, en particulier pour des applications concernant des véhicules. On utilise à cet effet en général des alliages Al sous-eutectiques ayant une teneur en Si comprise entre 7 et 12 % en poids. On utilise souvent dans le coulage en coquille par pesanteur l'alliage AlSillMg, dans le coulage en coquille basse pression, l'alliage AlSi7Mg. The present invention relates to aluminum foundry alloys, particularly for vehicle applications. For this purpose, in general, sub-eutectic Al alloys having an Si content of between 7 and 12% by weight are used. The alloy AlSillMg, in low-pressure shell casting, AlSi7Mg alloy is often used in gravity-shell casting.

Les alliages AlSiMg, pauvres en Si, qui se caractérisent, par opposition aux alliages de fonderie AlSi courants suscités, par des propriétés mécaniques nettement améliorées, sont connus d'après le brevet WO 2007/025528 A2. À partir de cet état de la technique, l'objet fondamental de l'invention est d'améliorer les alliages d'Al pauvres en Si pour ce qui est de leurs propriétés mécaniques. On y parvient, selon l'invention, grâce à un 20 alliage de fonderie d'Al, qui contient au moins cinq des constituants énumérés à la suite Si: 2,5 à 3, 3, de préférence, de 2,7 à 3,1 % en poids Mg: 0,2 à 0,7, de préférence, de 0,3 à 0,6 % en poids Fe: < 0,18, de préférence, de 0,05 à 0,16 % en poids 25 Mn: < 0,5, de préférence, de 0,05 à 0,4 % en poids Ti: < 0,1, de préférence, de 0,01 à 0,08 % en poids Sr: < 0,03, de préférence, de 0,01 à 0,03 % en poids divers: < 0,1% en poids et en outre du Cr, dans une quantité accroissant la résistance de l'alliage en tant que constituant d'alliage supplémentaire, le tout étant complété, à chaque fois, à 100 % en poids à l'aide d'Al. On y parvient, selon l'invention, grâce à un 5 alliage de fonderie d'Al, qui contient au moins cinq des constituants énumérés à la suite Si: 2,5 à 3,3, de préférence, de 2,7 à 3,1 en poids Mg: 0,2 à 0,7, de préférence, de 0,3 à 0,6 en poids Fe: < 0,18, de préférence, de 0, 05 à 0,16 en poids 10 Mn: < 0,5, de préférence, de 0,05 à 0,4 en poids Ti: < 0,1, de préférence, de 0,01 à 0,08 en poids Sr: < 0,03, de préférence, de 0,01 à 0,03 en poids Cr: 0,3 à 1,3, de préférence, de 0,4 à 1,0, en particulier, de préférence, de 0,5 à 0,8 % en 15 poids divers: < 0,1% en poids et cela avec complément, à chaque fois, à 100 % en poids à l'aide d'Al. Un alliage de fonderie d'Al de ce genre est, 20 par rapport à l'état de la technique, plus résistant, plus tenace et plus ductile. L'ajout préféré par alliage de Cr dans l'ordre de grandeur cité conduit à une amélioration supplémentaire significative des propriétés mécaniques, 25 qui se fait remarquer déjà à l'état brut de coulée, en particulier toutefois après le recuit en solution et, le cas échéant, après le durcissement par précipitation. Il s'est avéré, en particulier que, grâce à des ajouts de chrome de ce genre, on peut convertir les précipitations non souhaitées de fer, déjà à l'état brut de coulée, en une morphologie plus favorable. Pour les applications pour châssis/trains de roulement, en particulier pour les pièces portant les roues, il en résulte ainsi des valeurs caractéristiques mécaniques globalement plus élevées. Les alliages selon l'invention peuvent contenir des impuretés conditionnées par le processus de fabrication, par exemple, Pb, Ni, Zn etc., comme le sait en général l'homme de métier. Une configuration avantageuse de l'invention prévoit que l'alliage contienne, en tant que composant d'alliage supplémentaire, en sus, du CuNi grâce à un ajout par alliage simultané. Il s'est avéré que des ajouts de cuivre ou de nickel à eux seuls ne conduisent à aucune amélioration signi-ficative des propriétés mécaniques. L'ajout par alliage simultané de cuivre et de nickel ouvre toutefois de nouvelles possibilités pour l'application de l'alliage, en particulier dans le domaine hors du secteur des trains de roulement pour des pièces sollicitées en termes de température, de préférence, pour des applications à des pièces proches du moteur. Les alliages selon l'invention présentent, par rapport aux alliages de fonderie d'Al connus, un rapport amélioré résistance-dilatation. En tant que procédé de fabrication de pièces d'oeuvre, de pièces détachées ou de composants, par exemple, en particulier pour trains de roulement de véhicules poids lourds en alliage de fonderie selon l'invention est approprié en principe le procédé de coulée en moule permanent. En raison des très bonnes propriétés mécaniques dans les cas de pièces d'oeuvre, de pièces détachées ou de composants fortement sollicité(e)s, sont appropriés, en particulier, en tant que procédés de fabrication, le coulage en coquille par pesanteur et le coulage en coquille basse pression. The AlSiMg alloys, which are poor in Si, which are characterized, as opposed to the current AlSi foundry alloys, by significantly improved mechanical properties, are known from the patent WO 2007/025528 A2. From this state of the art, the fundamental object of the invention is to improve the alloys of Al poor in Si in terms of their mechanical properties. According to the invention, this is achieved by means of an Al casting alloy which contains at least five of the components listed below: Si: 2.5 to 3.3, preferably 2.7 to 3 , 1% by weight Mg: 0.2 to 0.7, preferably 0.3 to 0.6% by weight Fe: <0.18, preferably 0.05 to 0.16% by weight Mn: <0.5, preferably from 0.05 to 0.4% by weight Ti: <0.1, preferably from 0.01 to 0.08% by weight Sr: <0.03, preferably, from 0.01 to 0.03% by weight various: <0.1% by weight and further Cr, in an amount increasing the strength of the alloy as an additional alloy component, all of which being completed, each time, to 100% by weight using Al. According to the invention, this is achieved by means of an Al casting alloy which contains at least five of the constituents listed below: Si: 2.5 to 3.3, preferably 2.7 to 3 1 wt.% Mg: 0.2 to 0.7, preferably 0.3 to 0.6 wt. Fe: <0.18, preferably 0.05 to 0.16 wt. <0.5, preferably from 0.05 to 0.4 by weight Ti: <0.1, preferably from 0.01 to 0.08 by weight Sr: <0.03, preferably from 0 0.1 to 0.03 by weight Cr: 0.3 to 1.3, preferably 0.4 to 1.0, in particular, preferably 0.5 to 0.8% by weight, various: <0.1% by weight and this with complement, each time, to 100% by weight using Al. An Al casting alloy of this type is, compared to the state of the art, more resistant, more tenacious and more ductile. The preferred alloy addition of Cr in the order of magnitude gives a further significant improvement in the mechanical properties, which is already noticeable in the as-cast state, especially after solution annealing and, if necessary, after hardening by precipitation. In particular, it has been found that by adding chromium additions of this kind, undesired iron precipitation, already in the raw state of casting, can be converted to a more favorable morphology. For applications for chassis / undercarriages, especially for parts carrying the wheels, this results in higher overall mechanical characteristics. The alloys according to the invention may contain impurities conditioned by the manufacturing process, for example, Pb, Ni, Zn etc., as is generally known to those skilled in the art. An advantageous configuration of the invention provides that the alloy contains, as additional alloying component, in addition, CuNi through simultaneous alloying. It has been found that additions of copper or nickel alone do not lead to any significant improvement in mechanical properties. The simultaneous alloying addition of copper and nickel, however, opens up new possibilities for the application of the alloy, in particular in the field outside the undercarriage sector for parts stressed in terms of temperature, preferably for applications to parts close to the engine. The alloys according to the invention have, compared to the known Al foundry alloys, an improved resistance-expansion ratio. As a method for manufacturing workpieces, spare parts or components, for example, in particular for undercarriages of heavy-duty vehicles of foundry alloy according to the invention is in principle suitable for the casting process in mold permanent. Due to the very good mechanical properties in the case of highly stressed workpieces, spare parts or components, in particular, as manufacturing processes, weight casting and low pressure shell casting.

En particulier dans le cas de procédés de coulée à assistance pression, par exemple, du procédé de coulée basse pression-contre pression (procédé CPC), du procédé coulée semi-solide ainsi que d'autres procédés de coulée à assistance pression comme la coulée 'Squeeze-Casting', le forgeage en coulée (Cobapress) le coulage au sable basse pression automatisé en installations de moulage, il résulte de la bonne structure brut de coulée de meilleures propriétés technologiques du point de vue mécanique. On préfère tout particulièrement ici le procédé de coulage en coquille à contre pression (procédé CPC). Il peut en outre être avantageux que l'alliage soit à grains fins. On ajoute à cet effet à l'alliage ce que l'on appelle des agents affineurs de grains. L'affinage des grains est un traitement de la masse fondue, étant donné que, sous le terme d'"affinage de grains" il faut entendre une augmentation artificielle du nombre de germes (cristal- lins) dans la masse fondue, qui est causée par l'introduction et la distribution de germes étrangers. On parvient ainsi, en particulier, à une meilleure capacité d'alimentation grâce à une meilleure alimentation de masse, à une capacité de remplissage des moules et d'écoulement améliorée, à une diminution de la susceptibilité à la formation de pores et de la tendance à la formation de fissures à chaud et à une ductilité ainsi accrue ainsi qu'à une meilleure texture superficielle de l'alliage de fonderie. Pour obtenir les avantages susmentionnés et même les perfectionner, il est avantageux de sou-mettre les pièces coulées à un traitement thermique, en particulier avec les paramètres suivants: Recuit de mise 490 à 540°C pendant une durée de 1 en solution heure à 10 heures Revenu 150 à 200°C pendant une durée de 1 heure à 10 heures Pour certains cas d'application, il peut cependant également être avantageux d'effectuer simple- ment un traitement de revenu à une étape, connu en général en tant que, par exemple, traitement T4, T5 ou O. Une augmentation de la résistance des pièces de coulée peut être atteinte d'une manière avantageuse par une trempe des pièces de coulée encore chaudes dans l'eau au lieu d'un refroidissement plus lent à l'air. Outre les avantages déjà cités que les pièces faites de l'alliage selon l'invention présentent, s'ajoute encore le fait que, en raison des consti-tuants d'alliage manquants Cu et Zn, la résistance à la corrosion est nettement accrue. Le produit est aussi relativement économique, parce que l'on n'utilise aucun additif d'alliage qui renchérit ce dernier, comme, par exemple, des métaux SE, parce que l'on peut utiliser le traitement usuel de la masse fondue et parce qu'aucun effort particulier en vue de la séparation de la circulation n'est requis. On n'utilise également, de préférence, pour des raisons de coûts, aucun Ag en tant que constituant d'alliage. Particularly in the case of pressure assisted casting processes, for example, the low-pressure casting process (CPC process), the semi-solid casting process as well as other pressure-assisted casting processes such as casting 'Squeeze-Casting', casting forging (Cobapress) automated low-pressure sand casting in molding plants, it results from the good casting structure of better mechanical properties from a mechanical point of view. The counter pressure casting process (CPC process) is particularly preferred here. It may further be advantageous for the alloy to be fine-grained. To this end, the so-called grain refining agents are added to the alloy. Grain refining is a treatment of the melt, since under the term "grain refining" is meant an artificial increase in the number of (crystal) seeds in the melt, which is caused by by the introduction and distribution of foreign germs. Thus, in particular, improved feed capacity is achieved through better mass feeding, mold filling capacity and improved flow, decreased susceptibility to pore formation and tendency to grow. to the formation of hot cracks and increased ductility as well as a better surface texture of the foundry alloy. In order to obtain the above-mentioned advantages and even improve them, it is advantageous to subject the castings to a heat treatment, in particular with the following parameters: Setting annealing 490 at 540 ° C. for a duration of 1 hour in solution at 10 ° C. hours Income 150 to 200 ° C for a period of 1 hour to 10 hours For some applications, however, it may also be advantageous to simply perform a one-stage income processing, generally known as, for example, treatment T4, T5 or O. An increase in the resistance of the casting pieces can be achieved in an advantageous manner by quenching the still hot casting pieces in the water instead of a slower cooling at 'air. In addition to the advantages already mentioned that the parts made of the alloy according to the invention present, is added the fact that, due to the missing alloy constituents Cu and Zn, the corrosion resistance is significantly increased. The product is also relatively inexpensive, because no alloy additive is used which makes the latter more expensive, such as, for example, SE metals, because the usual treatment of the melt can be used and because no special effort to separate the traffic is required. It is also preferable, for cost reasons, to use no Ag as an alloying constituent.

Est aussi present un rapport résistance-dilatation remarquable pour une capacité de coulée de première qualité. La capacité de coulée rend possible la coulée d'une pièce de coulée exempte de grands défauts, connus sous le terme de retassures, d'une part, la microstructure étant influencée, d'autre part, de manière positive de telle sorte que le nombre des entailles internes, qui diminuent la dilatation à la rupture, soit maintenue aussi bas que possible. Also present is a remarkable strength-expansion ratio for first-class casting ability. The casting ability makes it possible to cast a casting piece free from large defects, known as sinkholes, on the one hand, the microstructure being influenced, on the other hand, positively so that the number internal cuts, which decrease the expansion at break, are kept as low as possible.

Le pouvoir de remplissage des moules s'améliore également en cas de la présence selon l'invention de Cr. L'invention se rapporte en outre à l'utilisa- tion des alliages de fonderie d'Al selon l'une quelconque des revendications précédentes pour des pièces d'oeuvre, des pièces détachées ou des pièces pour, par exemple, des trains de roulements de véhicules poids lourds. L'alliage selon l'invention s'est avéré particulièrement approprié, en particu- lier, aux composants plus fortement sollicités, comme les porte-roues ou les paliers d'articu- lation. En tant que procédé préféré en vue de la fabrication de composants plus fortement sollicités de ce genre, on utilise le procédé de coulage en coquille basse pression-contre pression (procédé CPC). The filling power of the molds also improves in the case of the presence according to the invention of Cr. The invention furthermore relates to the use of Al casting alloys according to any of the preceding claims for workpieces, spare parts or parts for, for example, rolling gear of heavy goods vehicles. The alloy according to the invention has proved particularly suitable, in particular, for more highly stressed components, such as wheel carriers or articulating bearings. As a preferred method for producing more highly stressed components of this type, the low pressure-pressure casting method (CPC process) is used.

E X E M P L E En vue de la détermination des propriétés mécaniques de l'alliage AlSi3Mg0,6Cr0,7, on coule ce que l'on appelle une "tige de traction française" selon la norme DIN 50125 dans ce que l'on appelle la "coquille française" dans le cadre du procédé de coulage en coquille par pesanteur. A lieu ensuite d'un traitement thermique T6, l'attaque de coulée et la masselotte n'étant séparés qu'après le traitement thermique, pour contrer un retard d'échan- tillon éventuel. On détermine les propriétés mécaniques résistance à la traction RM, limite d'étirage Rp0,2 et dilatation à la rupture A5 conformément à la norme DIN 10002. EXAMPLE For the purpose of determining the mechanical properties of the AlSi 3 Mg 0.6 6 Cr 0.7 alloy, a so-called "French pull rod" is cast according to DIN 50125 in what is known as the "French shell". "in the context of the gravitational casting process. Thereafter, a heat treatment T6 is carried out, the casting attack and the weight being separated only after the heat treatment, to counter any possible sample delay. The mechanical properties of tensile strength RM, stretching limit Rp0,2 and expansion at break A5 are determined in accordance with DIN 10002.

Après un traitement thermique T6, on peut constater une augmentation de la dilatation à la rupture de 3 qui se produit en parallèle avec une augmentation de la résistance à la traction d'environ 37 MPa. La limite d'étirage présente, en l'occurrence, un niveau élevé constant. Base 285,5 203,0 8,5 AlSi3Mg0,6 Base+Cr 315,2 215,4 10,8 A1Si3Mg0,6Cr0,7 After a T6 heat treatment, an increase in the expansion at break of 3 which occurs in parallel with an increase in tensile strength of about 37 MPa can be seen. In this case, the stretching limit has a constant high level. Base 285.5 203.0 8.5 AlSi3Mg0.6 Base + Cr 315.2 215.4 10.8 A1Si3Mg0.6Cr0.7

Claims

REVENDICATIONS

1. Alliage de fonderie d'Al, caractérisé en ce qu'il contient du Cr à raison de 0,3 à 1, 3, de préférence de 0,4 à I, o et encore de préférence de 0,5 à 0,8 % en poids, et en ce qu'il contient au moins cinq des constituants d'alliage énumérés ci-après : Si: 2,5 à 3,3, de préférence de 2,7 à 3,1 % en poids Mg: 0,2 à 0,7, de préférence de 0,3 à 0,6 % en poids Fe: < 0,18, de préférence 0,05 à 0,16 % en poids Mn: < 0,5, de préférence de 0,05 à 0,4 % en poids Ti: < 0,1, de préférence de 0,01 à 0,08 % en poids Sr: < 0,03, de préférence 0,01 à 0,03 % en poids divers < 0,1% en poids et le complément à 100 % en poids étant obtenu à chaque fois à l'aide d'Al. 1. Al casting alloy, characterized in that it contains Cr in the proportion of 0.3 to 1.3, preferably 0.4 to 1.0, and more preferably 0.5 to 0, 8% by weight, and in that it contains at least five of the alloy components listed below: Si: 2.5 to 3.3, preferably 2.7 to 3.1% by weight Mg: 0.2 to 0.7, preferably 0.3 to 0.6% by weight Fe: <0.18, preferably 0.05 to 0.16% by weight Mn: <0.5, preferably from 0.05 to 0.4% by weight Ti: <0.1, preferably 0.01 to 0.08% by weight Sr: <0.03, preferably 0.01 to 0.03% by weight various <0.1% by weight and the complement at 100% by weight being obtained each time using Al.

2. Alliage de fonderie d'Al selon la revendication 1, caractérisé en ce que du CuNi est contenu en sus en tant que constituant d'alliage supplémentaire par ajout d'alliage simultané, avec complément, à chaque fois jusqu'à 100 % en poids à l'aide d'Al. 2. Al casting alloy according to claim 1, characterized in that CuNi is additionally contained as an additional alloy constituent by adding simultaneous alloy, with the addition, in each case up to 100% by weight using Al.

3. Alliage de fonderie d'Al selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les pièces qui en sont coulées subissent un recuit de mise en solution entre une température comprise entre 490 et 540°C pendant une période de 1 à 10 heures. 3. Al casting alloy according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the parts which are cast undergo a solution annealing between a temperature of between 490 and 540 ° C for a period of 1 to 10 hours.

4. Alliage de fonderie d'Al selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pièces qui en sont coulées subissent un revenu entre une température comprise entre 150 et 200°C pendant une période de 1 à 10 heures. 4. Al casting alloy according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the cast parts undergo a tempering between a temperature between 150 and 200 ° C for a period of 1 to 10 hours .

5. Alliage de fonderie d'Al selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les alliages sont à grains fins. 5. Al casting alloy according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the alloys are fine-grained.

6. Utilisation des alliages de fonderie d'Al selon l'une quelconque des revendications précédentes pour des pièces d'oeuvre, des pièces détachées ou des pièces pour, par exemple, des dispositifs de trains de véhicules poids lourds. 6. Use of the Al casting alloys according to any one of the preceding claims for workpieces, spare parts or parts for, for example, heavy vehicle train devices.