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EP3176275B2 - Aluminium-silizium-druckgusslegierung, verfahren zur herstellung eines druckgussbauteils aus der legierung und karosseriekomponente mit einem druckgussbauteil - Google Patents

Aluminium-silizium-druckgusslegierung, verfahren zur herstellung eines druckgussbauteils aus der legierung und karosseriekomponente mit einem druckgussbauteil Download PDF

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Publication number
EP3176275B2
EP3176275B2 EP16002462.6A EP16002462A EP3176275B2 EP 3176275 B2 EP3176275 B2 EP 3176275B2 EP 16002462 A EP16002462 A EP 16002462A EP 3176275 B2 EP3176275 B2 EP 3176275B2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
minutes
component
maximum
die casting
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP16002462.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3176275A1 (de
EP3176275B1 (de
Inventor
Marc Hummel
Andreas Schubert
Jan Gaugler
Steffen Otterbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=57354058&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP3176275(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of EP3176275A1 publication Critical patent/EP3176275A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3176275B1 publication Critical patent/EP3176275B1/de
Publication of EP3176275B2 publication Critical patent/EP3176275B2/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • 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
    • C22F1/04—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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing

Definitions

  • the invention relates to a bondable aluminum-silicon die-cast alloy, a method for producing a die-cast component from the alloy and a body component with a die-cast component.
  • EP 2 735 621 A1 an aluminum alloy for components with increased strength with a yield strength Rp 0.2 > 120 MPa and simultaneous elongation at break A > 7% in the cast state, a yield strength Rp 0.2 > 200 MPa and at the same time high elongation at break A > 6% after a T5 Heat treatment or a yield strength Rp 0.2 > 200 MPa and at the same time high elongation at break A > 9% after a T6 heat treatment, in particular for structural and chassis parts of a motor vehicle, containing 9 to 11.5% by weight of silicon, 0.45 to 0 .8% by weight manganese, 0.2 to 1.0% by weight magnesium, 0.1 to 1.0% by weight copper, max. 0.2% by weight zinc, max.
  • zirconium max. 0.4 wt.% chromium, max. 0.3 wt.% molybdenum, max. 0.2 wt.% iron, max. 0.15 wt.% titanium, 0.01 to 0.02 wt. % strontium and the remainder aluminum and manufacturing-related impurities totaling max. 0.5% by weight.
  • an aluminum-silicon casting alloy containing 5 to 12% by mass of silicon, 0.5 to 3.0% by mass of zinc, 0.1 to 0.7% by mass of magnesium, 0.2 to 0.8% by mass of manganese, 0.05 to 0.3% by mass of zirconium, individually at most 0.05% by mass and overall at most 0.4% by mass of impurities and the balance aluminum.
  • This publication also describes a method for producing a die-cast component, wherein a cast component is cast from one of the proposed casting alloys and the cast component is subjected to a heat treatment to the state T5, T6 or T7 after casting.
  • the aluminum-silicon casting alloy has very good flowability for components with wall thicknesses of less than 2 mm and the components made from it are characterized by high strength and at the same time good formability.
  • a content of at least 6.5% by weight of silicon (Si) ensures sufficient castability and avoids solidification shrinkage.
  • the upper limit of a maximum of 12% by weight must be adhered to so that no primary silicon phases occur.
  • a manganese content (Mn) of 0.3 to 0.8% by weight improves the ability to be removed from the tool cavity at low iron contents ⁇ 0.3% by weight.
  • a magnesium content (Mg) of at least 0.25% by weight leads to the formation of hardening Mg 2 Si phases; the upper limit of 0.5% by weight prevents the material from becoming too brittle.
  • Zinc (Zn) is used to further increase the strength of the alloy by solid solution hardening.
  • the zinc content in the aluminum-silicon die-cast alloy according to the present invention is limited to a maximum of 0.35% by weight, since a higher content greatly reduces the adhesive adhesion when installing such a component, as well the tendency to corrosion increases.
  • a finer grain can be formed by adding zirconium (Zr).
  • the optimal content is between 0.05% by weight and 0.30% by weight of zirconium.
  • a refinement of the alloy according to the present invention can be achieved through a strontium content (Sr) in the range of 0.006% by weight to 0.025% by weight.
  • the objects of the present invention are achieved particularly well if the magnesium content in the alloy is more than 0.35% by weight to 0.50% by weight. %, preferably in the range from 0.38% by weight to 0.45% by weight.
  • the zinc content in the aluminum-silicon die-cast alloy according to the present invention is limited to a maximum of 0.35% by weight, since a higher content greatly reduces the adhesive adhesion when installing such a component and increases the tendency to corrosion. On the other hand, a higher zinc content would further increase the strength in an advantageous manner.
  • tin (Sn) and/or cobalt (Co) can advantageously be provided for the aluminum-silicon die-cast alloy according to the present invention, depending on the strength level (e.g. for ultra-high-strength properties), up to the values specified in each case alloyed with maximum contents.
  • Tin leads to an increase in the number of vacancies after quenching, which results in accelerated precipitation kinetics.
  • the tin and cobalt content should be limited to a maximum of 0.30% by weight, otherwise embrittling intermetallic phases will occur in the case of cobalt and low-melting structural components in the case of tin.
  • the aluminum-silicon die-casting alloy according to the present invention has a maximum of 0.3% by weight individually and a maximum of 0.5% by weight overall of impurities, so the aluminum-silicon die-casting alloy is made from very pure starting materials .
  • the requirement for high purity can be met, for example, by using pure aluminum from electrolysis or from pure aluminum recyclates, e.g. from the construction or packaging industry.
  • the maximum specifications of the impurity elements, especially copper (maximum 0.05% by weight), must be adhered to in order to achieve the desired properties.
  • the annealing and/or the hot aging comprises three or more stages, it is advantageous if the total duration of the annealing and/or the total duration of the hot aging essentially corresponds to the above-mentioned values, i.e. the above-mentioned time periods for the respective stages are reduced proportionately .
  • the first stage can be annealing at a temperature in the range from 320 ° C to 380 ° C (to reduce residual stresses), followed by a second annealing stage at around 440 ° C and a third annealing stage at around 490°C.
  • the last stage can be hot aging at a temperature in the range from 240 ° C to 300 ° C for a short period of time in the range from about 5 minutes to about 45 minutes (to increase the ductility).
  • the present invention also includes a body component, in particular for a motor vehicle, which is characterized in that it consists at least partially of a die-cast component that was produced using the method according to the invention or one of its advantageous developments or refinements.
  • the die-cast component of the body component can advantageously have a wall thickness in the range of 0.6 mm to 10 mm. Furthermore, in the case of the body component, the die-cast component can be glued to at least one sheet metal component, sheet steel component, aluminum component or cast component.
  • the body component can be designed, for example, in the form of a strut mount, a longitudinal member, a connecting part, a seat mount, a hinge mount or a baffle plate.
  • novel aluminum-silicon die-casting alloy can achieve unexpected advantages in combination with the heat treatment provided according to the invention.
  • Carrying out a two-stage or multi-stage solution annealing allows a component to be annealed at temperatures of 460 ° C to 520 ° C (for example above 480 ° C, preferably above 490 ° C, particularly preferably above 500 ° C) for short times of 5 minutes to 35 minutes (e.g. in the range of 5 minutes to 25 minutes) in the last stage.
  • any remaining organic release agent residues from the casting process (which can contain very temperature-resistant mixtures of oils, waxes, polysiloxanes and other additives) are cracked particularly effectively and can therefore be removed very well and at least almost without leaving any residue.
  • a significant increase in adhesive adhesion can be achieved compared to conventionally heat-treated alloys.
  • the secondary effect is high values for the lap shear strength, especially after exposure to corrosive media.
  • the short holding time of the last solution annealing stage also reduces the risk of distortion of the component.
  • the strength level can be adjusted via the quenching gradient after solution annealing.
  • a two- or multi-stage aging allows the aging time to be reduced by separating the aging mechanisms (nucleation, germ growth, etc.).
  • the second stage in particular has a positive effect on the strength-ductility ratio at the specified zinc and zirconium contents.
  • the second aging stage is designed so that the temperature is higher than in the first aging stage and is in the range of 195 to 300 ° C.
  • WBH No. 1 Solution annealing, one-stage: 460°C/1.5 h
  • Deterrence Air quenching 0.5-2 K/s Hot aging, single stage: 220°C/3 h
  • WBH No. 2 (according to the invention): Solution annealing, two-stage: 400°C/1 h + 510°C/30 min
  • Deterrence Air quenching >3 K/s Hot aging, two-stage: 120°C/2 h + 230°C/1 h WBH No.
  • the specified times for solution annealing and aging correspond to the oven times.
  • the components can, for example, either be transported (further) into the chamber with the specified temperatures using a multi-chamber furnace or heated from a first temperature to a second temperature using ramp heating.
  • the quenching takes place without a precise definition of a lower limit temperature and was regularly cooled to approximately room temperature or slightly above, but at least to less than 200 ° C.
  • Alloy #1 AlSi10.5Mn0.60Mg0.30Sr0.012Ti0.06 (standardized reference alloy)
  • Alloy No. 2 AlSi10.5Mn0.60Mg0.40Sr0.012Ti0.06Zn0.90Zr0.10 (alloy according to DE 10 2013 002 632 A1 )
  • Alloy No. 3 AlSi10.5Mn0.60Mg0.32Sr0.012Ti0.06Zn0.10Cu0.25 (alloy according to EP 2 735 621 A1 )
  • Alloy No. 4 AlSi9.5Mn0.60Mg0.42Sr0.015Ti0.12Zn0.20Zr0.20 (alloy according to the present invention, variant 1)
  • Alloy No. 5 AlSi9.5Mn0.60Mg0.42Sr0.015Ti0.12Zn0.20Zr0.020Sn0.15Co0.10 (alloy according to the present invention; variant 2)
  • Table 1 shows the alloys used and the heat treatment carried out with them. Table 1 Example Alloy (No. #) Heat treatment (WBH No. #) Comparative example 1 1 1 Comparative example 2 2 1 Comparative example 3 3 1 Comparative example 4 1 2 Comparative example 5 2 2 Comparative example 6 4 1 example 1 4 2 Example 2 5 2 Example 3 4 3
  • Table 2 shows the resulting property profiles.
  • Table 2 Example Rm (MPa) Rp 0.2 (MPa) A5 (%) FDI Corrosion resistance Fluidity Adhesive adhesion Comparative example 1 205 133 16.3 25 + 0 + Comparative example 2 233 169 13.1 24 0 + - Comparative example 3 246 183 11.7 23 - - -- Comparative example 4 230 158 13.5 24 + 0 + Comparative example 5 252 206 12.6 27 0 + - Comparative example 6 235 163 14.7 27 + ++ + example 1 253 192 14.8 31 + ++ ++ Example 2 263 210 14.3 32 + ++ ++ Example 3 340 265 12.3 35 + ++ ++ ++: surprisingly very good; +:good 0:average -:poor; --:insufficient
  • the strength values were weighted according to prioritization in the body construction (Rm: single; Rp 0.2 : triple).
  • the average strength value is multiplied with the appropriate weighting (Rm: single, Rp 0.2 : triple) with the elongation at break A5 and, for reasons of clarity, divided by the divisor 100.
  • Fig. 1 The dependence of the adhesive adhesion (tensile shear strength) in the immersion test after 2 and 4 weeks on the zinc content is shown.
  • Fig. 2 The dependence of the adhesive adhesion (tensile shear strength) in the immersion test after 2 and 4 weeks is plotted as a function of the copper content.
  • the alloys examined according to these figures correspond to Example 1.
  • a significant increase in the mechanical characteristics can also be achieved by increasing the quenching gradient (see Example 3 with alloy No. 4 and water quenching). Alloys No. 4 and No. 5 have particularly good mechanical characteristics at quenching gradients >3 K/s, especially >4 K/s.
  • the respective alloy was heated to approx. 700°C and then poured into a test mold (max. length 300 mm). Depending on the properties of the alloy, there are different filling lengths. This filling length was measured to determine the flowability and compared between the alloy variants. Usual flow lengths are 200-250 mm. Alloys with a flowability > 250 mm were rated as “good”; Alloys with a flowability of ⁇ 200 mm were rated as “poor”. The application was relatively standardized to alloy no. 1 (reference alloy).
  • a cast sample was subjected to a salt spray test in accordance with DIN EN ISO 9227 in artificial atmospheres for a period of 3024 hours (18 weeks).
  • the assessment of the corrosion behavior, i.e. the attack, on the sample was carried out in accordance with DIN EN ISO 9227 and was evaluated accordingly.
  • the samples with the lowest and highest corrosion attack were standardized under the term corrosion to -100% (greatest attack) or 0% (least attack).
  • a particular advantage of the present invention is that aluminum-silicon die-casting alloys are provided, through which castings can be obtained that can be bonded together in the vehicle body. Compared to previously known alloys, the alloy according to the invention has significantly increased adhesive adhesion at a high level of strength.
  • the invention makes it possible to produce body components (die-cast components) with wall thicknesses in the range of ⁇ 1.0 mm and 10 mm wall thickness, particularly advantageously also very thin-walled components. Contrary to the prior art, wall thicknesses of ⁇ 1.0 mm to a minimum of 0.6 mm are possible thanks to the present invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine klebbare Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils aus der Legierung und eine Karosseriekomponente mit einem Druckgussbauteil.
  • Es ist seit längerem bekannt, Gussbauteile für Karosserie- und Fahrwerksanwendungen im Druckguss aus Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen herzustellen. Diese Legierungen enthalten üblicherweise etwa 6 bis 12 Gew.% Silizium, zeigen gute Gießeigenschaften, eine geringe Schrumpfungsneigung und eine sehr geringe Anfälligkeit für Heißrisse und Lunker. Die mit diesen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen hergestellten Gussbauteile werden üblicherweise einer T5-, T6-, oder T7-Wärmebehandlung gemäß DIN EN 515 unterzogen. Durch eine T5-Wärmebehandlung werden Bauteile mit einer guten Maßhaltigkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit und durch eine T6- oder T7-Wärmebehandlung werden Bauteile mit guten Verformungseigenschaften bei gleichzeitig hoher Festigkeit erhalten.
  • So beschreibt bspw. die EP 2 735 621 A1 eine Aluminium-Legierung für Bauteile mit erhöhter Festigkeit mit einer Dehngrenze Rp0,2 > 120 MPa und gleichzeitiger Bruchdehnung A > 7% im Gusszustand, einer Dehngrenze Rp0,2 > 200 MPa und gleichzeitig hoher Bruchdehnung A > 6% nach einer T5-Wärmebehandlung oder einer Dehngrenze Rp0,2 > 200 MPa und gleichzeitig hoher Bruchdehnung A > 9% nach einer T6-Wärmebehandlung, insbesondere für Struktur- und Fahrwerksteile eines Kraftwagens, enthaltend 9 bis 11,5 Gew.% Silizium, 0,45 bis 0,8 Gew.% Mangan, 0,2 bis 1,0 Gew.% Magnesium, 0,1 bis 1,0 Gew.% Kupfer, max. 0,2 Gew.% Zink, max. 0,4 Gew.% Zirkon, max. 0,4 Gew.% Chrom, max. 0,3 Gew.% Molybdän, max. 0,2 Gew.% Eisen, max. 0,15 Gew.% Titan, 0,01 bis 0,02 Gew.% Strontium und als Rest Aluminium und herstellungsbedingte Verunreinigungen von insgesamt max. 0,5 Gew.%.
  • Und aus der DE 10 2013 002 632 A1 ist eine Aluminium-Silizium-Gusslegierung bekannt, enthaltend 5 bis 12 Ma% Silizium, 0,5 bis 3,0 Ma% Zink, 0,1 bis 0,7 Ma% Magnesium, 0,2 bis 0,8 Ma% Mangan, 0,05 bis 0,3 Ma% Zirconium, einzelnen höchstens 0,05 Ma% und insgesamt höchstens 0,4 Ma% Verunreinigungen und als Rest Aluminium. Diese Offenlegungsschrift beschreibt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils wobei ein Gussbauteil aus einer der vorgeschlagenen Gusslegierungen gegossen wird und das Gussbauteil nach dem Gießen einer Wärmebehandlung auf den Zustand T5, T6 oder T7 unterworfen wird. Die Aluminium-Silizium-Gusslegierung weist eine sehr gute Fließfähigkeit für Bauteile mit Wandstärken unter 2 mm auf und die daraus hergestellten Bauteile zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit und gleichzeitig eine gute Verformbarkeit aus.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung insbesondere für dünnwandigen Karosseriekomponenten, ein neues Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils und neuartige Karosseriekomponenten mit einem Druckgussbauteil, insbesondere für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, wobei sich die neue Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung durch eine sehr gute Fließfähigkeit auszeichnet und die daraus hergestellten Druckgussbauteile bzw. Karosseriekomponenten eine gute Klebstoffhaftung, eine hohe Korrosionsresistenz und ein gutes Crashverhalten aufweisen.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß Anspruch 1, das Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils gemäß Anspruch 4 und die Karosseriekomponente gemäß Anspruch 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung zur Herstellung eines Druckgussbauteils, insbesondere einer dünnwandigen Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug, enthält
    • 6,5 Gew.% bis 12,0 Gew.% Silizium,
    • 0,30 Gew.% bis 0,80 Gew.% Mangan,
    • 0,25 Gew.% bis 0,50 Gew.% Magnesium,
    • 0,08 Gew.% bis 0,35 Gew.% Zink,
    • 0,05 Gew.% bis 0,30 Gew.% Zirconium,
    • 0,006 Gew.% bis 0,025 Gew.% Strontium,
    • einzeln maximal 0,3 Gew.%, insgesamt maximal 0,5 Gew.% Verunreinigungen
    • enthaltend als Verunreinigung maximal 0,05 Gew.% Kupfer,
    • als Rest Aluminium.
  • Durch einen Gehalt von mindestens 6,5 Gew.% Silizium (Si) wird eine ausreichende Gießbarkeit gewährleistet und Erstarrungsschrumpfungen vermieden. Die Obergrenze von maximal 12 Gew.% ist einzuhalten, damit keine primären Siliziumphasen auftreten.
  • Ein Mangangehalt (Mn) von 0,3 bis 0,8 Gew.% verbessert die Entformbarkeit aus der Werkzeugkavität bei geringen Eisengehalten < 0,3 Gew.%.
  • Ein Magnesiumgehalt (Mg) von min. 0,25 Gew.% führt zur Ausbildung von aushärtenden Mg2Si-Phasen, die Obergrenze von 0,5 Gew.% verhindert eine zu starke Versprödung des Werkstoffs.
  • Zink (Zn) wird für die weitere Festigkeitssteigerung mittels Mischkristallhärtung der Legierung verwendet. Dabei ist der Zink-Gehalt in der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung auf maximal 0,35 Gew.% begrenzt, da ein höherer Gehalt die Klebstoffhaftung beim Verbau eines solchen Bauteils stark reduziert, sowie die Korrosionsneigung erhöht.
  • Zur weiteren Erhöhung der mechanischen Eigenschaften kann durch die Zugabe von Zirconium (Zr) ein feineres Korn ausgebildet werden. Der optimale Gehalt liegt zwischen 0,05 Gew.-% und 0,30 Gew.-% Zirconium.
  • Durch einen Strontiumgehalt (Sr) im Bereich von 0,006 Gew.% bis 0,025 Gew.% kann eine Veredelung der Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung enthält diese
    • mehr als 0,35 Gew.% bis 0,50 Gew.% Magnesium, bevorzugt
    • 0,38 Gew.% bis 0,45 Gew.% Magnesium.
  • Wie Versuche überraschend ergeben haben und wie unter Bezug auf die in dieser Anmeldung erläuterten erfindungsgemäßen Beispiele gezeigt wird, werden die Aufgaben der vorliegenden Erfindung besonders gut gelöst, sofern der Magnesiumgehalt in der Legierung mehr als 0,35 Gew.% bis 0,50 Gew.%, bevorzugt im Bereich von 0,38 Gew.% bis 0,45 Gew.% beträgt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung enthält diese weiter
    • maximal 0,2 Gew.% Vanadium,
    • maximal 0,2 Gew.% Molybdän,
    • maximal 0,3 Gew.% Zinn,
    • maximal 0,3 Gew.% Kobalt, und/oder
    • maximal 0,2 Gew.% Titan
    als optionale(n) Legierungsbestandteil(e).
  • Wie oben bereits erwähnt, ist der Zink-Gehalt in der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung auf maximal 0,35 Gew.% begrenzt, da ein höherer Gehalt die Klebstoffhaftung beim Verbau eines solchen Bauteils stark reduziert sowie die Korrosionsneigung erhöht. Andererseits würde ein höherer Zink-Gehalt die Festigkeit in vorteilhafter Weise weiter erhöhen.
  • Um einen Festigkeitsausgleich zu schaffen, kann für die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, je nach Festigkeitsniveau (bspw. für höchstfeste Eigenschaften) Zinn (Sn) und/oder Kobalt (Co) bis zu den jeweils angegebenen maximalen Gehalten hinzulegiert. Zinn führt dabei zu einer Erhöhung der Anzahl an Leerstellen nach der Abschreckung, was eine beschleunigte Ausscheidungskinetik zur Folge hat. Der Zinn- und Kobalt-Gehalt sollte jedoch auf jeweils max. 0,30 Gew.-% begrenzt werden, da sonst versprödende intermetallische Phasen bei Kobalt und niedrigschmelzende Gefügebestandteile im Falle von Zinn auftreten.
  • Mit einer Zugabe von Vanadium (V), Molybdän (Mo) und/oder Titan (Ti) einzeln oder in Kombination mit jeweils einem Gehalt von max. 0,2 Gew.% kann eine weitere Kornfeinung bei der Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
  • Wie oben bereits angegeben ist, weist die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung einzeln maximal 0,3 Gew.%, insgesamt maximal 0,5 Gew.% Verunreinigungen auf, die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung wird also aus sehr reinen Ausgangsmaterialien hergestellt.
  • Diesbezüglich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung
    • maximal 0,05 Gew.% Kupfer,
    • maximal 0,002 Gew.% Phosphor,
    • maximal 0,002 Gew.% Calcium,
    • maximal 0,002 Gew.% Natrium, und/oder
    • maximal 0,30 Gew.% Eisen
    als Verunreinigung(en) aufweist.
  • Bezüglich des Legierungsbestandteils Aluminium kann dem Erfordernis nach großer Reinheit bspw. durch die Verwendung von Reinaluminium aus der Elektrolyse oder aus sortenreinen Aluminiumrecyclaten, z.B. aus der Bau- oder Verpackungsindustrie Rechnung getragen werden. Die Maximalangaben der Verunreinigungselemente, vor allem Kupfer (maximal 0,05 Gew.%), sind zur Erfüllung der gewünschten Eigenschaften einzuhalten.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils, insbesondere für eine dünnwandige Karosseriekomponente, umfassend die Schritte:
    • Gießen eines Druckgussbauteils aus einer erfindungsgemäßen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung oder einer ihrer vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen, und
    • Unterziehen des Druckgussbauteils einer Wärmebehandlung umfassend in der angegebenen Reihenfolge
      • ein mehrstufiges Glühen umfassend wenigstens
        • ein erstes Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 320°C bis 450°C für eine Zeitdauer von 20 Minuten bis 75 Minuten, und
        • ein zweites Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 460°C bis 520°C für eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 35 Minuten,
      • eine Abschreckung mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 3 K/s bis 200 K/s, und
      • einer mehrstufigen Warmauslagerung umfassend wenigstens
      • eine erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 180°C für eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 150 Minuten, und
      • eine zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 195°C bis 300°C für eine Zeitdauer von 30 Minuten bis 100 Minuten.
  • Umfasst das Glühen und/oder die Warmauslagerung drei oder mehr Stufen, ist es von Vorteil, wenn die Gesamtdauer des Glühens und/oder die Gesamtdauer der Warmauslagerung im Wesentlichen den oben genannten Werten entspricht, d.h. die oben angegebenen Zeitdauern für die jeweiligen Stufen anteilig reduziert werden.
  • Bei einem dreistufigen Glühen kann bspw. als erste Stufe ein Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 320°C bis 380°C vorgesehen sein (zum Abbau von Eigenspannungen), daran anschließend eines zweite Glühstufe bei etwa 440°C und eine dritte Glühstufe bei etwa 490°C.
  • Und bei einer dreistufigen Warmauslagerung kann bspw. als letzte Stufe eine Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 240°C bis 300°C für eine kurze Zeitdauer im Bereich von etwa 5 Minuten bis etwa 45 Minuten vorgesehen sein (zur Erhöhung der Duktilität).
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann dahin in vorteilhafter Weise weitergebildet sein, dass
    • das erste Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 380°C bis 440°C für eine Zeitdauer von 20 Minuten bis 45 Minuten,
    • das zweite Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 490°C bis 510°C für eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 20 Minuten,
    • die Abschreckung mittels Luft mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 3 K/s bis 12 K/s oder mittels Wasser mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 80 K/s bis 200 K/s,
    • die erste Warmauslagerung bei einer Temperatur von 120°C bis 170°C für eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 90 Minuten, und
    • die zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur von 200°C bis 240°C für eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 80 Minuten
    durchgeführt werden.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Karosseriekomponente, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zumindest anteilig aus einem Druckgussbauteil besteht, das unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner vorteilhaften Weiterbildungen oder Ausgestaltungen hergestellt wurde.
  • Das Druckgussbauteil der Karosseriekomponente kann in vorteilhafter Weise eine Wandstärke im Bereich von 0,6 mm bis 10 mm aufweisen. Des Weiteren kann bei der Karosseriekomponente das Druckgussbauteil mit wenigstens einem Blechbauteil, Stahlblechbauteil, Aluminiumbauteil oder Gussbauteil verklebt sein.
  • Die Karosseriekomponente kann bspw. in Form einer Federbeinaufnahme, eines Längsträgers, eines Verbindungsteils, einer Sitzaufnahme, einer Scharnieraufnahme oder einer Prallplatte ausgebildet sein.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    den Einfluss des Zink-Gehalts auf die Zugscherfestigkeit nach zwei und vier Wochen Immersionstest bei einer Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung, die einer Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung unterzogen wurde;
    Fig. 2
    den Einfluss des Kupfer-Gehalts auf die Zugscherfestigkeit nach zwei und vier Wochen Immersionstest bei einer Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung, die einer Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung unterzogen wurde;
    Fig. 3
    einen Vergleich der Materialeigenschaften von Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen nach dem Stand der Technik und Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
  • Die in der obigen Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen, Ausführungsbeispielen und der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Durch die neuartige Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung können in Kombination mit der erfindungsgemäß vorgesehene Wärmebehandlung unerwartete Vorteile erzielt werden.
  • Die Durchführung einer zwei- oder mehrstufigen Lösungsglühung erlaubt die Glühung eines Bauteils bei Temperaturen von 460°C bis 520°C (bspw. über 480°C, bevorzugt über 490°C, besonders bevorzugt über 500°C) für kurze Zeiten von 5 Minuten bis 35 Minuten (bspw. im Bereich von 5 Minuten bis 25 Minuten) in der letzten Stufe.
  • Hierdurch werden noch vorhandene organische Trennmittelrückstände aus dem Gießprozess (die sehr temperaturbeständige Mischungen aus Ölen, Wachsen, Polysiloxanen und weiteren Additiven aufweisen können) besonders wirkungsvoll vercrackt und können damit sehr gut und zumindest nahezu rückstandslos entfernt werden. Im Ergebnis kann so eine deutliche Steigerung der Klebstoffhaftung gegenüber herkömmlich wärmebehandelten Legierungen erzielt werden.
  • Resultierend daraus ergeben sich als sekundärer Effekt hohe Werte für die Zugscherfestigkeiten, insbesondere nach Einwirkung korrosiver Medien. Die kurze Haltedauer der letzten Lösungsglühstufe reduziert außerdem die Gefahr des Verzugs des Bauteils.
  • Das Festigkeitsniveau kann erfindungsgemäß über den Abschreckgradienten nach der Lösungsglühung eingestellt werden. Dabei gilt der Zusammenhang, dass je höher der Abschreckgradient gewählt wird, desto höher die zu erreichende Festigkeit ist.
  • Eine zwei- oder mehrstufige Auslagerung erlaubt die Reduzierung der Auslagerungsdauer mittels Separation der Auslagerungsmechanismen (Keimbildung, Keimwachstum, etc.). Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich insbesondere die zweite Stufe positiv auf das Festigkeits-Duktilitäts-Verhältnis bei den angegebenen Gehalten aus Zink und Zirconium auswirkt. Dabei ist die zweite Auslagerungsstufe so gestaltet, dass die Temperatur dabei höher als bei der ersten Auslagerungsstufe ist und im Bereich von 195 bis 300°C liegt.
  • Sollen verschiedene Bauteile unterschiedliche Festigkeiten aufweisen, ist es besonders vorteilhaft, eine einheitliche (d.h. die gleiche) Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung zu verwenden und auch die Glüh- sowie Auslagerungsprozesse gleich bezüglich Temperatur- und Zeitverläufe zu gestalten. Die unterschiedlichen Festigkeiten können dann auf einfache Weise durch unterschiedlich hohe Abschreckgradienten nach dem letzten Glühprozess eingestellt werden (siehe hierzu nachfolgend Beispiele 1 und 3). Hierüber ist es möglich, besonders gute Klebstoffhaftungs- und Crasheigenschaften über alle Festigkeitsklassen zu erreichen.
  • Die vorliegende Erfindung und die durch sie erzielbaren Vorteile werden nachfolgend durch einen Vergleich zwischen verschiedenen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen und den jeweils angegebenen Wärmebehandlungen näher erläutert. Bei den angegebenen Vergleichsbeispielen 1 bis 5 wird keine Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, bei Vergleichsbeispiel 6 wird eine Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Erfindung mit nur einem einstufigen Lösungsglühen und einer einstufigen Warmauslagerung behandelt und bei den Beispielen 1 bis 3 handelt es sich um Beispiele, bei denen Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung einer Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung unterzogen wurden.
  • Verwendete Wärmebehandlungsverfahren:
    WBH Nr. 1:
    Lösungsglühung, einstufig: 460°C/1,5 h
    Abschreckung: Luftabschreckung 0,5-2 K/s
    Warmauslagerung, einstufig: 220°C/3 h

    WBH Nr. 2 (erfindungsgemäß):
    Lösungsglühung, zweistufig: 400°C/1 h + 510°C/30 min
    Abschreckung: Luftabschreckung >3 K/s
    Warmauslagerung, zweistufig: 120°C/2 h + 230°C/1 h

    WBH Nr. 3 (erfindungsgemäß):
    Lösungsglühung, zweistufig: 400°C/1 h + 510°C/30 min
    Abschreckung: Wasserabschreckung >80 K/s
    Warmauslagerung, zweistufig: 120°C/2 h + 230°C/1 h
  • Die angegebenen Zeitdauern bei der Lösungsglühung und Warmauslagerung entsprechen den Ofenzeiten. Die Bauteile können hierzu bspw. entweder mit Hilfe eines Mehrkammerofens in die Kammer mit den jeweils angegebenen Temperaturen (weiter)transportiert werden oder mittels einer Rampenaufheizung von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erwärmt werden.
  • Die Abschreckung erfolgt ohne genaue Festlegung einer unteren Grenztemperatur und es wurde regelmäßig bis in etwa Raumtemperatur oder etwas darüber abgekühlt, mindestens jedoch auf kleiner 200°C.
    • Verwendete Legierungen:
  • Legierung Nr. 1: AlSi10,5Mn0,60Mg0,30Sr0,012Ti0,06 (genormte Referenzlegierung)
    Legierung Nr. 2: AlSi10,5Mn0,60Mg0,40Sr0,012Ti0,06Zn0,90Zr0,10 (Legierung gemäß DE 10 2013 002 632 A1 )
    Legierung Nr. 3: AlSi10,5Mn0,60Mg0,32Sr0,012Ti0,06Zn0,10Cu0,25 (Legierung gemäß EP 2 735 621 A1 )
    Legierung Nr. 4: AlSi9,5Mn0,60Mg0,42Sr0,015Ti0,12Zn0,20Zr0,20 (Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung, Variante 1)
    Legierung Nr. 5: AlSi9,5Mn0,60Mg0,42Sr0,015Ti0,12Zn0,20Zr0,020Sn0,15Co0,10 (Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung; Variante 2)
  • Tabelle 1 zeigt die verwendeten Legierungen und die damit jeweils durchgeführten Wärmebehandlung. Tabelle 1
    Beispiel Legierung (Nr. #) Wärmebehandlung (WBH Nr. #)
    Vergleichsbeispiel 1 1 1
    Vergleichsbeispiel 2 2 1
    Vergleichsbeispiel 3 3 1
    Vergleichsbeispiel 4 1 2
    Vergleichsbeispiel 5 2 2
    Vergleichsbeispiel 6 4 1
    Beispiel 1 4 2
    Beispiel 2 5 2
    Beispiel 3 4 3
  • Tabelle 2 zeigt die resultierenden Eigenschaftsprofile. Tabelle 2
    Beispiel Rm (MPa) Rp0,2 (MPa) A5 (%) FDI Korrosionsbeständigkeit Fließfähigkeit Klebstoffhaftung
    Vergleichsbeispiel 1 205 133 16,3 25 + 0 +
    Vergleichsbeispiel 2 233 169 13,1 24 0 + -
    Vergleichsbeispiel 3 246 183 11,7 23 - - --
    Vergleichsbeispiel 4 230 158 13,5 24 + 0 +
    Vergleichsbeispiel 5 252 206 12,6 27 0 + -
    Vergleichsbeispiel 6 235 163 14,7 27 + ++ +
    Beispiel 1 253 192 14,8 31 + ++ ++
    Beispiel 2 263 210 14,3 32 + ++ ++
    Beispiel 3 340 265 12,3 35 + ++ ++
    ++: überraschend sehr gut; +:gut 0:durchschnittlich -:schlecht; --:ungenügend
  • In Tabelle 2 bedeuten
    Rm: Zugfestigkeit
    Rp0,2: 0,2%-Dehngrenze
    A5: Bruchdehnung
    FDI: Festigkeits-Duktilitäts-Index, berechnet aus den für Fahrzeugkarosserie-Bauteile auslegungsrelevanten Materialkennwerten Rm, Rp0,2 und A5; FDI = (Rm+3*Rp0,2)/4*A5/100
  • Für den FDI wurden die Festigkeitswerte nach Priorisierung im Karosseriebau gewichtet (Rm: einfach; Rp0,2: dreifach). Der gemittelte Festigkeitswert wird mit entsprechender Gewichtung (Rm: einfach, Rp0,2: dreifach) mit der Bruchdehnung A5 multipliziert und aus Gründen der Übersichtlichkeit durch den Divisor 100 dividiert.
  • Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen können nur FDI-Werte bis maximal ≤27 erreicht werden (siehe Vergleichsbeispiele 5 und 6).
  • Auf Basis der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 3 ist ersichtlich, dass nur durch eine Kombination der neuen Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung mit der optimierten Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung ein FDI > 30 erreicht werden kann und weitere Eigenschaftsvorteile hinsichtlich Klebstoffhaftung, Fließfähigkeit sowie Korrosions- und Crashverhalten erzielt werden können.
  • Demgegenüber können, wenn aus dem Stand der Technik bekannte Legierungen (Legierung Nr. 1 oder Nr. 2) einer Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung unterzogen werden (WBH Nr. 2), lediglich FDI-Werte < 30 erreicht werden (siehe Vergleichsbeispiele 4 und 5). Gleiches gilt, wenn eine Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung (Legierung Nr. 4) einer nur einfachen Wärmebehandlung (WBH Nr. 1) mit jeweils einer Lösungsglühung und einer Warmauslagerung unterzogen wird (siehe Vergleichsbeispiel 6).
  • In Fig. 1 ist die Abhängigkeit der Klebstoffhaftung (Zugscherfestigkeit) im Immersionstest nach 2 und 4 Wochen vom Zinkgehalt dargestellt. In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Klebstoffhaftung (Zugscherfestigkeit) im Immersionstest nach 2 und 4 Wochen in Abhängigkeit vom Kupfergehalt aufgetragen. In Bezug auf die übrigen Legierungsbestandteile sowie die Wärmebehandlung entsprechen die gemäß dieser Figuren untersuchten Legierungen jeweils Beispiel 1.
  • Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass besonders vorteilhafte Klebstoffhaftungseigenschaften dann erreicht werden, wenn bei der Legierung Nr. 4 der Zink-gehalt zwischen 0,08 Gew.% und 0,35 Gew.% liegt und Kupfer nicht als Legierungselement verwendet wird. Kupfer ist lediglich als Verunreinigungselement mit Gehalten bis maximal 0,05 Gew.% zulässig, damit die geforderten Zugscherfestigkeiten von prozesssicheren > 25 MPa nach 4 Wochen Immersionstest erreicht werden können.
  • Neben den Klebstoffhaftungseigenschaften hat sich bei der Legierung gemäß Beispiel 1 (Legierung Nr. 4, Wärmebehandlung Nr. 2) überraschenderweise gezeigt, dass neben sehr hohen 0,2%-Dehngrenzen im Bereich von 0,08 Gew.% bis 0,35 Gew.% Zink vor allem die Fließfähigkeit der Legierung besonders gute Werte liefert. Es konnte hier ein Maximum in Abhängigkeit vom Zinkgehalt der Legierung festgestellt werden. Die Zusammenhänge sind in Fig. 3 dargestellt.
  • Eine weitere Erhöhung der mechanischen Kennwerte ohne weitere Eigenschaftsnachteile konnten durch geringe Gehalte von Kobalt (Co) und/oder Zinn (Sn) zur Erhöhung der 0,2%-Dehngrenze erzielt werden (vgl. Beispiele 1 und 2).
  • Eine deutliche Steigerung der mechanischen Kennwerte kann auch durch Erhöhung des Abschreckgradienten erzielt werden (siehe Beispiel 3 mit Legierung Nr. 4 und Wasserabschreckung). Die Legierungen Nr. 4 und Nr. 5 besitzen besonders gute mechanische Kennwerte bei Abschreckgradienten >3 K/s, insbesondere >4 K/s.
  • Vor allem bei Legierung Nr. 4 konnten durch die optimierte Wärmebehandlung WBH Nr. 2 sehr gute Festigkeits-Duktilitäts-Eigenschaften von Versuchsbauteilen der erzeugten Gussbauteile erzielt werden (vgl. Vergleichsbeispiel 6 und Beispiel 1).
  • Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, zeigen lediglich Kombinationen der Legierungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung die geforderten Eigenschaftsprofile (Beispiele 1 bis 3). Alle in Fig. 3 dargestellten Eigenschaften sind referenziert auf Vergleichsbeispiel 1 mit einer Standardlegierung für Karosseriegussanwendungen und einer Wärmebehandlung gemäß dem Stand der Technik (WBH Nr. 1). Bei den Beispielen Nr. 1 bis 3 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen sich sämtliche betrachteten Eigenschaften gegenüber dem Vergleichsbeispiel 1 deutlich verbessert.
  • Für die in den Figuren verwendeten Begriffe gilt folgendes:
    • Fließfähigkeit:
  • Die jeweilige Legierung wurde auf ca. 700°C erwärmt und anschließend in eine Prüfkokille (max. Länge 300 mm) gegossen. Je nach Eigenschaft der Legierung ergeben sich unterschiedliche Fülllängen. Diese Fülllänge wurde zur Ermittlung der Fließfähigkeit gemessen und zwischen den Legierungsvarianten verglichen. Übliche Fließlängen liegen bei 200-250 mm. Legierungen mit einer Fließfähigkeit > 250 mm wurden als "gut" bewertet; Legierungen mit einer Fließfähigkeit von < 200 mm wurden als "schlecht" bewertet. Die Auftragung erfolgte relativ normiert zur Legierung Nr. 1 (Referenzlegierung).
    • Korrosionsresistenz:
  • Eine gegossene Probe wurde in künstlichen Atmosphären einer Salzsprühnebelprüfung nach DIN EN ISO 9227 über eine Dauer von 3024h (18 Wochen) unterzogen. Die Bewertung des Korrosionsverhaltens, also der Angriff, auf die Probe erfolgte nach DIN EN ISO 9227 und wurde entsprechend ausgewertet. Die Proben mit dem geringsten bzw. höchsten Korrosionsangriff wurden unter dem Begriff Korrosion zu -100% (größter Angriff) bzw. 0% (geringster Angriff) normiert.
    • Immersionstest:
  • Je zwei gegossene Gussplatten wurden mit einer definierten Überlappung verklebt und nach der Aushärtung des Klebstoffs in den Immersionstest gegeben. Hier werden die Probestreifen 2 bzw. 4 Wochen in einer 5-prozentigen NaCI-Lösung bei einer definieren Temperatur zwischen 50-80°C gelagert. Nach Beendigung des Tests werden die Zugproben mit Hilfe einer Zugprüfmaschine zerstört, d.h. die Kleberaupe bis zum Versagen auseinandergezogen und die auftretende Zugkraft (Zugscherfestigkeit) ermittelt.
  • Übliche Zugscherfestigkeitswerte nach 4 Wochen Immersionstest liegen bei ca. 25 MPa. Sehr gute Ergebnisse liegen zwischen 27-30 MPa, schlechte Werte weisen Zugscherfestigkeiten < 23 MPa auf. Die Resultate wurden anschließend zur Legierung Nr. 1 (Referenzlegierung) normiert.
  • Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass Aluminium-Silizium-Druckgusslegierungen zur Verfügung gestellt werden, durch die Gussteile erhalten werden können, die in der Fahrzeugkarosserie durch kleben miteinander verbunden werden können. Gegenüber bisher bekannten Legierungen weist die erfindungsgemäße Legierung ein deutlich erhöhte Klebstoffhaftung bei einem hohen Festigkeitsniveau auf.
  • Bezüglich der hierbei verwendbaren Klebstoffe und der Klebverfahren ergeben sich keine Besonderheiten bzw. keine Einschränkungen im Bezug auf die aus dem Stand der Technik bekannten Klebstoffe und -verfahren. Gleiches gilt für die Materialien, mit denen die Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung verklebt werden können. Diesbezüglich kann ein Fachmann somit auf die ihm aufgrund seines Fachwissens bekannten Lösungen zurückgreifen, so dass in der vorliegenden Anmeldung hierauf auch nicht näher eingegangen zu werden braucht.
  • Durch die Erfindung können Karosseriekomponenten (Druckgussbauteile) im Wandstärkenbereich im Bereich von < 1,0 mm und 10 mm Wanddicke hergestellt werden, besonders vorteilhaft auch sehr dünnwandige Bauteile. Entgegen dem vorbekannten Stand der Technik sind durch die vorliegende Erfindung Wandstärken von < 1,0 mm bis minimal 0,6 mm möglich.
  • Als einige, nicht abschließende Beispiele für durch die vorliegende Erfindung herstellbare Karosseriekomponenten seien erwähnt Federbeinaufnahmen, Längsträger, Verbindungsteile, Sitzaufnahmen, Scharnieraufnahmen und/oder Prallplatten.
  • Durch die vorliegende Erfindung ergeben sich somit insbesondere die folgenden Vorteile:
    • hohe Korrosionsresistenz durch begrenzten Zink-Gehalt;
    • durch begrenzten Zink-Gehalt bedingtes erniedrigtes Festigkeitsniveau wird durch mehrstufige Wärmebehandlung kompensiert, wahlweise auch durch Zugabe von Zinn und/oder Kobalt;
    • gute Klebstoffhaftung auch unter Feuchteeinfluss im Immersionstest;
    • sehr guter Festigkeits-Duktilitäts-Index (FDI), d.h. gutes Crashverhalten;
    • sehr gute Fließfähigkeit, daher sehr dünnwandige Bauteile möglich;
    • durch den Entfall von Kupfer als Legierungsbestandteil hohe Korrosionsbeständigkeit und Crashfestigkeit der Legierung; ebenso ist eine sehr gute Stanznieteignung gegeben.

Claims (9)

  1. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung zur Herstellung eines Druckgussbauteils, insbesondere einer dünnwandigen Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug, enthaltend
    - 6,5 Gew.% bis 12,0 Gew.% Silizium,
    - 0,30 Gew.% bis 0,80 Gew.% Mangan,
    - 0,25 Gew.% bis 0,50 Gew.% Magnesium,
    - 0,08 Gew.% bis 0,35 Gew.% Zink,
    - 0,05 Gew.% bis 0,30 Gew.% Zirconium,
    - 0,006 Gew.% bis 0,025 Gew.% Strontium,
    - einzeln maximal 0,3 Gew.%, insgesamt maximal 0,5 Gew.% Verunreinigungen
    - enthaltend als Verunreinigung maximal 0,05 Gew.% Kupfer,
    - als optionale(n) Legierungsbestandteil(e)
    - maximal 0,2 Gew.% Vanadium,
    - maximal 0,2 Gew.% Molybdän,
    - maximal 0,3 Gew.% Zinn,
    - maximal 0,3 Gew.% Kobalt, und/oder
    - maximal 0,2 Gew.% Titan
    - als Rest Aluminium.
  2. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach Anspruch 1, enthaltend mehr als 0,35 Gew.% bis 0,50 Gew.% Magnesium, bevorzugt 0,38 Gew.% bis 0,45 Gew.% Magnesium.
  3. Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung nach einem der vorhergehen-den Ansprüche, enthaltend als Verunreinigung(en)
    - maximal 0,002 Gew.% Phosphor,
    - maximal 0,002 Gew.% Calcium,
    - maximal 0,002 Gew.% Natrium, und/oder
    - maximal 0,30 Gew.% Eisen.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils, insbesondere für eine dünnwandige Karosseriekomponente, umfassend die Schritte:
    - Gießen eines Druckgussbauteils aus einer Aluminium-Silizium-Druckgusslegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, und
    - Unterziehen des Druckgussbauteils einer Wärmebehandlung umfassend in der angegebenen Reihenfolge
    - ein mehrstufiges Glühen umfassend wenigstens
    - ein erstes Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 320°C bis 450°C für eine Zeitdauer von 20 Minuten bis 75 Minuten, und
    - ein zweites Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 460°C bis 520°C für eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 35 Minuten,
    - eine Abschreckung mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 3 K/s bis 200 K/s, und
    - einer mehrstufigen Warmauslagerung umfassend wenigstens
    - eine erste Warmauslagerung bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 180°C für eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 150 Minuten, und
    - eine zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur im Be-reich von 195°C bis 300°C für eine Zeitdauer von 30 Minuten bis 100 Minuten.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem
    - das erste Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 380°C bis 440°C für eine Zeitdauer von 20 Minuten bis 45 Minuten,
    - das zweite Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 490°C bis 510°C für eine Zeitdauer von 5 Minuten bis 20 Minuten,
    - die Abschreckung mittels Luft mit einem Temperaturgradienten im Bereich von 3 K/s bis 12 K/s oder mittels Wasser mit einem Temperatur-gradienten im Bereich von 80 K/s bis 200 K/s,
    - die erste Warmauslagerung bei einer Temperatur von 120°C bis 170°C für eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 90 Minuten, und
    - die zweite Warmauslagerung bei einer Temperatur von 200°C bis 240°C für eine Zeitdauer von 40 Minuten bis 80 Minuten durchgeführt werden.
  6. Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    es zumindest anteilig aus einem Druckgussbauteil besteht, das gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5 hergestellt ist.
  7. Karosseriekomponente gemäß Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Druckgussbauteil eine Wandstärke im Bereich von 0,6 mm bis 10 mm aufweist.
  8. Karosseriekomponente gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Druckgussbauteil mit wenigstens einem Blechbauteil, Stahlblechbauteil, Aluminiumbauteil oder Gussbauteil verklebt ist.
  9. Karosseriekomponente gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 in Form einer Federbeinaufnahme, eines Längsträgers, eines Verbindungsteils, einer Sitzaufnahme, einer Scharnieraufnahme oder einer Prallplatte.
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