WO2021105229A1 - Druckgussbauteil, karosseriekomponente mit diesem druckgussbauteil, kraftfahrzeug mit dieser karosseriekomponente sowie verfahren zur herstellung dieses druckgussbauteils - Google Patents

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WO2021105229A1
WO2021105229A1 PCT/EP2020/083393 EP2020083393W WO2021105229A1 WO 2021105229 A1 WO2021105229 A1 WO 2021105229A1 EP 2020083393 W EP2020083393 W EP 2020083393W WO 2021105229 A1 WO2021105229 A1 WO 2021105229A1
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PCT/EP2020/083393
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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-Universität Erlangen-Nürnberg
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    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
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    • 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

  • Die-cast component body component with this die-cast component, motor vehicle with this body component and method for producing this die-cast component
  • the invention relates to a die-cast component and a method for producing this die-cast component.
  • EP3176275A1 proposes a heat treatment of an Al-Si-aluminum alloy with a two-stage annealing, quenching and three-stage artificial aging process.
  • 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 occur 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 die-cast component By making the die-cast component a hardenable aluminum alloy with 5.0 to 9.0% by weight silicon (Si) and from 0.25 to 0.5% by weight magnesium (Mg) and the remainder aluminum as well as unavoidable impurities due to the manufacturing process, each with a maximum 0.05% by weight and a total of at most 0.15% by weight, a comparatively high yield point (R P o, 2) of greater than 190 MPa and also an elongation at break As of greater than or equal to 7% can be made possible.
  • Si silicon
  • Mg magnesium
  • Si 5.0 to 9.0% by weight silicon (Si), which represents a reduced proportion compared with the prior art, can significantly reduce the proportion of primary phases that cause cracks (namely eutectic silicon particles). This reduces their negative influence when joining by forming.
  • Mg 0.25 to 0.5% by weight of magnesium (Mg) can enable a yield point (R P o.2) of greater than 190 MPa.
  • this high-strength die-cast component can be subjected to joining by reshaping, for example punch riveting or clinching, without cracking, even with a thin-walled design.
  • the aluminum alloy can optionally have one or more alloy elements of the group: up to 0.8% by weight manganese (Mn), from 0.08 to 0.35% by weight 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 (Mo).
  • the aforementioned punch rivet suitability can be further improved if the die-cast component has a uniform elongation (A g ) of at least 6% and a neck elongation (A z ) of at least 4%.
  • the hardenable aluminum alloy contains more than 6.5 to 9.0% by weight silicon (Si), in particular more than 6.5 to 8% by weight silicon (Si), having.
  • Si: 6.5 ⁇ wt .-% silicon (Si) ⁇ 9.0 can, for example, with sufficiently good
  • the castability of the alloy also reduces the primary phases that cause cracks, which can further improve joining by forming - all the more if the condition 6.5 ⁇ wt.% Silicon (Si) ⁇ 8.0 is met.
  • the aluminum alloy contains from 0.15 to 0.3% by weight of zinc (Zn) and / or from 0.3 to 0.5% by weight of magnesium (Mg).
  • Zn A zinc (Zn) content of 0.15 to 0.3% by weight can further improve the ductility of the die-cast component.
  • Zinc (Zn) preferably has a content of 0.15 to 0.25% by weight.
  • Mg A content of 0.3 to 0.5% by weight of magnesium (Mg) can further increase the yield strength (R P o.2).
  • 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 aluminum alloy has up to 0.05% by weight of manganese (Mn) and / or up to 0.05% by weight of copper (Cu).
  • Mn A manganese (Mn) content of up to 0.05% by weight can lead to a significant increase in ductility. Such a limitation of the manganese content can in fact further reduce the proportion of crack-inducing primary phases (manganese-containing intermetallic phases), which would structurally weaken the cast component, in particular when joining by forming.
  • a copper (Cu) content of up to 0.05% by weight can further reduce the tendency to crack, which can further facilitate joining by forming or further improve punch riveting.
  • 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 riveting 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 set with regard to the method by the features of claim 9.
  • a hardenable aluminum alloy with 5.0 to 9.0% by weight silicon (Si) and from 0.25 to 0.5% by weight magnesium (Mg) and the remainder aluminum as well as unavoidable impurities with a maximum of 0 0.05 wt% and a total of 0.15 wt% or less is used, a special heat treatment can be carried out.
  • Si With 5.0 to 9.0% by weight of silicon (Si), the castability of the aluminum alloy can initially be ensured even with complex contours due to the lower limit of 5.0% by weight. In addition, due to the upper limit of 9.0% by weight silicon (Si), the aluminum alloy can be prepared for an annealing treatment at higher temperatures.
  • the aluminum alloy can be prepared with 0.25 to 0.5% by weight of magnesium (Mg) in order to achieve increased strength, in particular yield point (R P o, 2).
  • the Al-Si alloy is prepared for increased strength with reduced ductility - namely by first annealing at a temperature in the range from 320 ° C (degrees Celsius) to 450 ° C a period of 20 to 75 minutes and a second annealing at a temperature in the range from 510 ° C. to 540 ° C. for a period of 5 to 35 minutes, ie at increased temperatures compared to the prior art.
  • the quenching after annealing with a temperature gradient in the range of greater than 4 K / s adjusts the properties (increased strength with reduced ductility) on the die-cast component.
  • a shift in the mechanical properties from ductility towards strength can subsequently be compensated for by overaging the die-cast component with the help of at least three-stage artificial aging.
  • Flierzu has proven to be advantageous if 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 for a period of 30 minutes to 100 minutes and a third artificial aging at a temperature in the range of 230 ° C to 300 ° C for a period of 5 minutes to 120 minutes.
  • a T7 state can thus be achieved on the die-cast component, which not only fulfills the specified FDI values for strength (Rp02, Rm) and ductility or elongation at break As, but surprisingly also has a significant increase in the suitability for 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 P o, 2) of greater than 190 MPa and an elongation at break (As) of greater than or equal to 7% and its uniform elongation (A g ) and constriction elongation (A z ) the condition A z > A g / 2 is fulfilled.
  • 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 up 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 (Mo).
  • 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.
  • the mechanical properties of the finished die-cast component can 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, for example due to the comparatively short holding time avoidable on the die-cast component. 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 cracks when punch riveting the die-cast component.
  • FIG. 2a shows a broken cross-section of two punch-riveted components, the lower component being a die-cast component according to the prior art
  • FIG. 2b shows a three-dimensional, die-side view of FIG. 2a
  • FIG. 3a shows a broken cross-section of two punch-riveted components, the lower component being the die-cast component according to the invention.
  • FIG. 3b shows a three-dimensional, die-side view of FIG. 3a.
  • compositions of the alloys examined are listed in Table 1, with the alloy elements listed in this table as the remainder aluminum and unavoidable impurities due to production, each with a maximum of 0.05% by weight and a maximum of 0.15% by weight in total to be added.
  • alloys AISi7MgO, 4 moves within the content limits according to the invention according to the independent claims.
  • Alloy AISi10Mg0.4Mn has a significantly higher Si content compared to alloy AISi7MgO.4 - and in this regard is therefore outside the content limits according to the invention.
  • the die-cast components P1 (prior art) and 11 (according to the invention) with the related Al-Si-aluminum alloys were subjected to the following heat treatment according to Table 2:
  • Fig. 1 the process of the heat treatment according to the invention is shown in more detail: First, a two-stage annealing, namely a first annealing 1.1 and a Subsequent second annealing 1.2, then quenching 2 and, after a certain storage time, three-stage artificial aging with a first heating 3.1, a subsequent second heating 3.2 and a subsequent third heating 3.3.
  • the cast component 11 passes through a wide variety of states from T4, T6x, T6 to T7, as can be seen in FIG. 1.
  • the difference in the second annealing 1.2 between the invention 11 and the prior art P1 can also be seen in FIG. 1.
  • the second annealing in the prior art P1 thus takes place at a significantly lower temperature than in the invention 11.
  • 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 two die-cast parts P1 and 11 were finally examined for their mechanical properties.
  • the yield point R P o, 2, tensile strength R m , elongation at break As and the uniform elongation A g were determined.
  • the measured values obtained are summarized in Table 3.
  • the constricting elongation A z was calculated from the elongation at break As and the uniform elongation A g.
  • the die-cast component 11 according to the invention has a significantly higher constriction elongation (A z ) - which means that the die-cast component 11 is particularly suitable for punch riveting or is generally particularly suitable for joining by forming.
  • a z constriction elongation
  • This suitability was tested by punch riveting using a dome die - namely, an aluminum sheet A of the 6xxx series was punch riveted on the die side with the die-cast component P1 or with the die-cast component 11 on the die side using a rivet element N. The results of this punch riveting can be seen in FIGS. 2a, 2b and 3a, 3b.
  • the die-cast component 11 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

Druckgussbauteil, Karosseriekomponente mit diesem Druckgussbauteil, Kraftfahr zeug mit dieser Karosseriekomponente sowie Verfahren zur Herstellung dieses Druckgussbauteils
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Druckgussbauteil und ein Verfahren zur Herstellung dieses Druckgussbauteils.
Stand der Technik
Um bei einem dünnwandigen Druckgussbauteil, beispielsweise bei Strukturbauteilen für Kraftfahrzeuge, die Festigkeit (RPo,2, Rm) und die Duktilität (bzw. Bruchdehnung As) in ein gewünschtes Verhältnis zueinander zu bringen - damit beispielsweise crashrelevante FDI-Werte [FDI=Festigkeits-Duktilitäts-lndex, der sich aus Material kennwerten Rm, RPo,2 und As berechnet, nämlich FDI = (Rm+3* RPo,2)/4*A5/100] im Au tomobilbereich 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 Stanz nieteignung - also einem Fügen durch Umformen -, was im Wesentlichen von der Duktilität des Druckgussbauteils abhängig ist. Insbesondere bedarf es beim Stanz nieten unter Verwendung einer Dommatrize im Vergleich zu anderen Matrizen (Flach matrize, Kugelmatrize etc.) der höchsten Verformungsfähigkeit am Druckgussbauteil. Ist die Verformungsfähigkeit des Materials nicht ausreichend, entstehen matrizensei tig Risse im Druckgussbauteil. Eine weitere Verbesserung der Stanznieteignung durch Erhöhung der Duktilität bedingt wiederum Verluste bei der Festigkeit - was nachteilig crashrelevante FDI-Werte reduziert.
Darstellung der Erfindung 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 glei cher 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 ver gleichsweise hohe Streckgrenze (RPo,2) von größer 190 MPa und auch eine Bruch dehnung As 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 Primär phasen (nämlich eutektischen Siliziumpartikel) deutlich verringern. Damit re duziert sich deren negative Einfluss beim Fügen durch Umformen.
Mg: 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) kann eine Streckgrenze (RPo,2) von grö ßer 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 Le gierungselemente 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.-% Zir konium (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/o der 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/o der 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 Aluminiumlegie rung 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 wer den, 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 Druck gussbauteils 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 (RPo,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 Duk tilitätssteigerung führen. Solch eine Beschränkung des Mangangehalts kann nämlich den Anteil an rissauslösenden Primärphasen (manganhaltigen inter metallischen Phasen) noch weiter reduzieren, welche das Gussbauteil struk turell schwächen würden, insbesondere beim Fügen durch Umformen.
Cu: Ein Gehalt an Kupfer (Cu) bis 0,05 Gew.-% kann zudem die Rissneigung wei ter reduzieren, was das Fügen durch Umformen weiter erleichtern bzw. das Stanznieten weiter verbessern kann. Das erfindungsgemäße Druckgussbauteil ist insbesondere als Karosseriekompo nente für ein Kraftfahrzeug geeignet. Vorzugsweise ist das Druckgussbauteil mit dem anderen Bauteil über eine Stanzniete fest verbunden. Das Druckgussbauteil ist vor zugsweise 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 Merk male des Anspruchs 9.
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 her stellungsbedingt 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 hö heren Temperaturen vorbereitet werden.
Mg: Mit 0,25 bis 0,5 Gew.-% Magnesium (Mg) kann die Aluminiumlegierung zur Erreichung einer erhöhten Festigkeit, insbesondere Streckgrenze (RPo,2), vor bereitet 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 Zeit dauer 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 Fes tigkeit kann in weiterer Folge durch eine Überalterung des Druckgussbauteils mithilfe einer zumindest dreistufigen Warmauslagerung kompensiert werden.
Flierzu 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 Mi nuten bis 150 Minuten, eine zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Be reich 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-Zu- stand am Druckgussbauteil erreicht werden, welcher nicht nur vorgegebenen FDI- Werte aus Festigkeit (Rp02, Rm) und Duktilität bzw. Bruchdehnung As erfüllt, sondern überraschend auch eine deutliche Erhöhung der Stanznieteignung aufweist. Untersuchungen ergaben, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders Ein fluss auf das Verhältnis zwischen Einschnürdehnung (Az) und Gleichmaßdehnung (Ag) nimmt, welche Einschnürdehnung Az sich durch die Gleichung Az=A(bzw. As)-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 ei nem Stanznieten, nicht zuverlässig zugänglich waren.
Zudem bedarf das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu bekannten anderen Verfahren lediglich einer Adaptierung in Temperatur und Haltedauer - was vergleichs weise einfach handhabbar ist und so die Reproduzierbarkeit des Verfahrens verbes sert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann sohin die Herstellung eines Druckguss bauteils sicherstellen, das eine Streckgrenze (RPo,2) von größer 190 MPa und eine Bruchdehnung (As) 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 Legierungs elemente 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.-% Zir konium (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/o der 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 Ver zug am Druckgussbauteil vermeidbar. Dies verbessert zudem auch die Reproduzier barkeit 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 Warmauslage rung bei einer Temperatur im Bereich von 190 °C bis 210 °C und/oder über eine Zeit dauer 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 Druck gussbauteil Festigkeit und Duktilität noch genauer einstellbar. Insbesondere aber ist damit eine vergleichsweise hohe Einschnürdehnung (Az) erreichbar, was die Rissge fahr beim Stanznieten des Druckgussbauteils noch weiter reduzieren kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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 un tere 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.
Wege zur Ausführung der Erfindung Die Zusammensetzungen der untersuchten Legierungen sind in der Tabelle 1 ange führt, wobei zu den in dieser Tabelle angeführten Legierungselementen als Rest Alu minium und herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils maxi mal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 0,15 Gew.-% hinzukommen.
Figure imgf000011_0001
Tabelle 1 : Übersicht zu den Aluminiumlegierungen
Die Legierungen AISi7MgO,4 bewegt sich in den erfindungsgemäßen Gehaltsgrenzen nach den unabhängigen Ansprüchen. Legierung AISi10Mg0,4Mn weist im Vergleich zu Legierung AISi7MgO,4 einen wesentlich höheren Si-Gehalt auf - und liegt diesbe züglich sohin außerhalb der erfindungsgemäßen Gehaltsgrenzen.
Die Druckgussbauteile P1 (Stand der Technik) und 11 (erfindungsgemäß) mit den diesbezüglichen Al-Si-Aluminiumlegierungen wurden nach Tabelle 2 folgender Wär mebehandlung unterzogen:
Figure imgf000011_0002
Tabelle 2: Übersicht zur Wärmebehandlung
In der Fig. 1 ist der Ablauf der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung näher darge stellt: 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 anschlie ßenden dritten Erwärmen 3.3. Das Gussbauteil 11 durchschreitet bei dieser Wärme behandlung 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 11 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 11 .
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 11 wurden schließlich auf ihre mechanischen Ei genschaften hin untersucht. Hierzu wurden Streckgrenze RPo,2, Zugfestigkeit Rm, Bruchdehnung As sowie die Gleichmaßdehnung Ag bestimmt. Die erhaltenen Mess werte sind in der Tabelle 3 zusammengefasst. Die Einschnürdehnung Az wurde aus Bruchdehnung As und Gleichmaßdehnung Ag errechnet.
Figure imgf000012_0001
Tabelle 3: mechanische Kennwerte
Gemäß Tabelle 3 weist das erfindungsgemäße Druckgussbauteil 11 eine deutlich hö here Einschnürdehnung (Az) auf - womit das Druckgussbauteil 11 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 11 matrizenseitig unter Ver wendung 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 AISi10Mg0,4Mn im T6-Zustand mehrere Risse R zu erkennen, wohingegen im Querschliff nach Fig. 3a zur erfindungsgemäßen Al- Si7MgO,4-Legierung im hochfesten T7 -Zustand keine Risse zu erkennen sind. Zudem zeigt die AISi10Mg0,4Mn T6 nach Fig. 2b zahlreiche tiefe Risse matrizensei tig, wohingegen die Risse bei AI-Si7MgO,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 ge genüber dem Stand der Technik.
Aus diesem Grund weist auch das erfindungsgemäße Druckgussbauteil 11 beispiels weise eine besonders gute Eignung für dünnwandige Formteile an einer Karosserie eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, auf.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e:
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 (RPo,2) von größer 190 MPa und eine Bruchdehnung (As) 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), 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), und/oder von 0,10 bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu), und/oder von 0,10 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 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aus härtbare Aluminiumlegierung von mehr als 6,5 bis 8 Gew.-% Silizium (Si), und/oder von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Zink (Zn), und/oder von 0,15 bis 0,25 Gew.-% Eisen (Fe) aufweist.
5. 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.
6. Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug mit einem Druckgussbauteil (11 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Karosseriekomponente nach Anspruch 6, mit mindestens einer Stanzniete (N) und mit einem anderen Bauteil (A), wobei das Druckgussbauteil (11 ) mit dem anderen Bauteil (A) über die Stanzniete (N) fest verbunden ist.
8. Kraftfahrzeug mit einer Karosseriekomponente nach Anspruch 6 oder 7.
9. Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 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
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 520 °C bis 535 °C und/oder über eine Zeitdauer von 25 bis 30 Minuten erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glü hen bei einer Temperatur im Bereich von 525 °C bis 535 °C erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrecken mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 7 K/s bis 20 K/s erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, 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.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, 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.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, 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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