DE10230275A1

DE10230275A1 - AM-Druckgusslegierung und Verfahren zum Herstellen eines Interieurteils aus einer derartigen AM-Druckgusslegierung

Info

Publication number: DE10230275A1
Application number: DE2002130275
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Barth
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-01-22
Also published as: WO2004005564A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine AM-Druckgusslegierung, insbesondere für Interieurteile im Kraftfahrzeug-Bereich, deren Al-Gehalt zwischen dem Al-Gehalt von AM20- und AM50-Legierungen liegt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Interieurteils aus einer derartigen Legierung, wobei es nach dem Abguss oder nach dem Öffnen der Druckgussform in Wasser abgeschreckt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine AM-Druckgusslegierung, insbesondere für Interieurteile im Kraftfahrzeugbereich.

Werden im Interieur von Fahrzeugen zwecks Leichtbau Magnesium-Legierungen für Druckgussteile verwendet, so kommen z.B. AM20-, AM50- und AM60-Legierungen in Frage. Mit steigendem Aluminium-Gehalt in den AM-Legierungen verbessern sich deren Gießbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Jedoch verschlechtert sich deren Duktilität, was auf die Mg₁₇Al₁₂-Korngrenzenausscheidungen zurückzuführen ist. In einigen Fällen unterliegen Interieurteile, wie Lenkräder, Türinnenteile, Tankrückwände und dergleichen hohen Crash-Anforderungen. Für Lenkräder wurden mittelfeste Legierungen, wie AM50 und AM60 verwendet, um Lenkradvollskelette darzustellen. Im Crash- und Body-Aufschlagtest waren diese AM-Legierungen jedoch zu spröde, bzw. versagten durch frühzeitigen Speichenbruch. Deshalb wurde versucht, Lenkradvollskelette in der weniger festen, aber dafür hoch duktilen AM20-Legierung herzustellen. Zwar wurden die Crash-Anforderungen nunmehr erfüllt, jedoch war die Festigkeit von AM20-Lenkradvollskeletten zu gering. Sie verformten sich bereits im normalen Fahrbetrieb. Dies führt dazu, dass das Lenkradskelett nur am Außenkranz in Mg dargestellt werden kann, so dass sich zu duktilen, mittelfesten Al-Lenkradvollskeletten aus AlMg2Mn-Druckguss kein Gewichtsvorteil mehr ergab. Zudem war eine teure Fügetechnik erforderlich, um den Mg-Außenkranz mit den Al-Speichen und der Stahlnabe des Lenkrades zu verbinden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass sich AM20-Gussteile schlecht gießen lassen, wodurch schlechte Festigkeitswerte und hohe Ausschussraten resultieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine AM-Legierung bereitzustellen, die hoch duktil, mittelfest und gleichzeitig befriedigend gießbar ist.

Diese Aufgabe wird mit einer AM-Druckgusslegierung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass deren Aluminium-Gehalt zwischen dem Aluminium-Gehalt der AM20- und der AM50-Legierungen liegt.

Legierungstechnisch wurde erfindungsgemäß ein Kompromiss bezüglich Gießbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit einerseits, was durch einen höheren Aluminium-Gehalt erzielt wird, und Duktilität andererseits, was durch einen niedrigeren Aluminium-Gehalt erzielt wird, eingegangen. In der erfindungsgemäßen AM-Druckgusslegierung liegt der Aluminium-Gehalt zwischen denen der genormten Legierungen AM20 und AM50.

Gießversuche an Interieurteilen zeigten, dass AM-Legierungen ab einem Aluminium-Gehalt von 3,5 Gew.-% sich gut vergießen lassen. Die Gussteile zeigten keine Heißrisse. Ferner führt der im Vergleich zu einer AM20-Legierung höhere Aluminium-Gehalt zu der gewünschten Festigkeitssteigerung, was an der vermehrten Mg₁₇Al₁₂-Phasenbildung liegt. Da der Aluminium-Gehalt der erfindungsgemäßen AM-Druckgusslegierung nicht den Wert erreicht, den eine AM50- oder AM60-Legierung besitzt, besteht keine Gefahr, dass das Druckgussteil versprödet.

Erfindungsgemäß liegt der Aluminium-Gehalt zwischen 3,5 Gew.% und 4,5 Gew.-%, insbesondere zwischen 3,8 Gew.-% und 4,2 Gew.-%, bevorzugt bei 4 Gew.-%. Durch die Wahl des Aluminium-Gehalts können die Gießbarkeit, Festigkeit, Korrosionsbestän digkeit und Duktilität in gewissen Grenzen eingestellt werden.

Gemäß der Erfindung ist die AM-Druckgusslegierung eine MgAl4Mn-Legierung (AM40). Diese Legierung weist einen Aluminium-Gehalt und insbesondere weitere Legierungsbestandteile auf, die zwischen den Werten von AM20- und AM50-Legierungen liegen.

Insbesondere besitzt die erfindungsgemäße AM-Druckgusslegierung einen Mn-Gehalt, der zwischen 0,22 Gew.-% und 0,60 Gew.% liegt. Der Cu-Gehalt ist < 100 ppm. Der Ni-Gehalt liegt unter 20 ppm. Der Fe-Gehalt liegt ebenfalls unter 40 ppm. Der Si-Gehalt liegt unter 0,10 Gew.-%. Außerdem ist der Zn-Gehalt unterhalb von 0,22 Gew.-%.

Schließlich ist in der Mg-Matrix relativ viel Al gelöst. Hieraus ergibt sich eine hohe Duktilität, was weiter unten noch näher beschrieben wird. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die erfindungsgemäße AM-Druckgusslegierung wasserabgeschreckt ist.

Die oben genannte Aufgabe wird außerdem mit einem Verfahren zur Herstellung eines Interieurteils aus der eingangs genannten AM-Druckgusslegierung dadurch gelöst, dass es nach dem Abguss oder nach dem Öffnen der Druckgussform in Wasser abgeschreckt wird.

Wie bereits erwähnt, wird hierdurch eine hohe Duktilität erzielt. Im Vergleich zur langsamen Abkühlung an Luft wird beim Wasserabschrecken mehr Aluminium in der Mg-Matrix gelöst, so dass sich erstens eine günstige Mischkristallhärtung ergibt, die das Gefüge im Gegensatz zur Mg₁₇Al₁₂-Ausscheidungshärtung kaum versprödet. Zweitens wird im Gegensatz zu einer Luftabkühlung gemäß dem Stand der Technik das nicht in der Mg-Matrix gelöste Aluminium in Form sehr feiner Mg₁₇Al₁₂-Phasen ausgeschieden.

Drittens erfolgt die Ausscheidung beim Wasserabschrecken zusätzlich zu den Korngrenzen auch in der Mg-Matrix selbst. Hierdurch wird im Vergleich zur Luftabkühlung die Zugfestigkeit und die Dehngrenze der erfindungsgemäßen AM-Druckgusslegierung deutlich erhöht, ohne dass infolge des im Vergleich zu der bekannten AM20-Legierung angehobenen Aluminium-Gehalts sich die Zähigkeit verschlechtert, da nur wenig grobe Mg₁₇Al₁₂-Korngrenzenphasen entstehen.

Schließlich wird die thermische Stabilität des Gefüges bei der Langzeitbelastung unter 120°C merklich verbessert. So fungieren im Fall einer Luftabkühlung gemäß dem Stand der Technik die grob ausgeschiedenen Mg₁₇Al₁₂-Korngrenzenausscheidungen als Keimbildner für weitere Mg₁₇Al₁₂-Phasen, so dass nach thermischer Alterung die Korngrenzen vollständig mit Mg₁₇Al₁₂-Phasen belegt bzw. verankert sind. Dies führt zu einer totalen Materialversprödung.

Bei der erfindungsgemäßen Wasserabschreckung der neuen AM-Druckgusslegierung liegen weniger und feinere Mg₁₇Al₁₂-Korngrenzenausscheidungen und somit weniger Keimbildner vor, so dass bei thermischer Alterung die Korngrenzen kaum oder langsamer und geringer verspröden.

Bevorzugt wird das aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellte Interieurteil innerhalb von 60 s, insbesondere innerhalb von 40 s, vorzugsweise innerhalb von 30 s, nach dem Abguss oder nach dem Öffnen der Druckgussform in Wasser abgeschreckt. Durch diese unmittelbar nach dem Abguss erfolgende Temperaturabsenkung wird, wie oben erwähnt, vermieden, dass sich grobe Mg₁₇Al₁₂-Korngrenzenphasen im Übermaß ausbilden.

Bei den erfindungsgemäßen wasserabgeschreckten AM40-Druckgussteilen fällt die Bruchdehnung deutlich langsamer ab als von in Luft abgekühlten AM40-Teilen. Die gute Crash-Performance der AM40-Druckgussteilen bleibt also auch bei längerem Fahrbetrieb in heißen tropischen Ländern bzw. bei einer Platzierung des Bauteils in der Nähe von heißen Aggregaten weitestgehend erhalten.

Beispielhaft wurden an einem nach dem Abguss in Wasser abgeschreckten AM40-Lenkrad die Festigkeitswerte als auch die Korrosionsbeständigkeit ermittelt. Die Speichen ließen sich bis zu einem Winkel von 60° umbiegen, bevor ein erster Abriss erfolgte. In den Speichen betrug die Mindestzugfestigkeit 150 MPa, die Mindestdehngrenze 110 MPa und die Mindestbruchdehnung lag bei etwa 10%.

Somit werden bei höherer Duktilität gleich hohe Festigkeitseigenschaften erzielt, wie bei AM50- und AM60-Lenkradskeletten, bzw. die Festigkeitseigenschaften von Al-Druckgusslenkrädern aus MgAl2Mn-Druckguss erreicht. Die Crash-Performance, die Festigkeitseigenschaften von wasserabgeschreckten Lenkradvollskeletten waren voll zufriedenstellend. Daneben ist die AM40-Legierung gegenüber der AM20-Legierung im Klimawechseltest korrosionsbeständiger.

Claims

AM-Druckgusslegierung, insbesondere für Interieurteile im Kraftfahrzeug-Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass deren Al-Gehalt zwischen dem Al-Gehalt von AM20- und AM50-Legierungen liegt.
AM-Druckgusslegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Al-Gehalt zwischen 3,5 Gew.-% und 4,5 Gew.-%, insbesondere zwischen 3,8 Gew.% und 4,2 Gew.-% liegt und bevorzugt 4 Gew.-% ist.
AM-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine MgAl4Mn-Legierung (AM40) ist.
AM-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mn-Gehalt zwischen 0,22 Gew.-% und 0,60 Gew.-% liegt.
AM-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Cu-Gehalt < 100 ppm ist.
AM-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ni-Gehalt < 20 ppm ist.
AM-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fe-Gehalt < 40 ppm ist.
AM-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Si-Gehalt < 0,1 Gew.-% ist.
AM-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zn-Gehalt < 0,22 Gew.-% ist.
AM-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass relativ viel Al in der Mg-Matrix gelöst ist.
AM-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wasserabgeschreckt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Interieurteils aus einer AM-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Abguss oder nach dem Öffnen der Druckgussform in Wasser abgeschreckt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrecken des Druckgussteils in Wasser innerhalb von 60 s, insbesondere 40 s, und vorzugsweise 30 s nach dem Abguss oder nach dem Öffnen erfolgt.