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WO2013053354A2 - Cast part - Google Patents

Cast part Download PDF

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WO2013053354A2
WO2013053354A2 PCT/DE2012/100278 DE2012100278W WO2013053354A2 WO 2013053354 A2 WO2013053354 A2 WO 2013053354A2 DE 2012100278 W DE2012100278 W DE 2012100278W WO 2013053354 A2 WO2013053354 A2 WO 2013053354A2
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WO
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casting
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alloy
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Lutz WOLKENSTEIN
Klaus Greven
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KSM Castings Group GmbH
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KSM Castings Group GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a casting, in particular as a chassis application.
  • hypoeutectic Al alloys with a Si content between 7 and 12 wt .-% are usually applied.
  • AISiU Mg is often used, in low pressure die casting the alloy AISi7Mg.
  • Si-poor AISiMg alloys, which are distinguished from the abovementioned common AISi casting alloys by significantly improved mechanical properties, are known from WO 2007/025528 A2 and WO / 2009/059593.
  • the present invention seeks to further improve a cast of a Si-lean Al alloy in terms of its mechanical properties.
  • Si 2.5 to 3.3, preferably 2.7 to 3.1 wt.%
  • Mg 0.2 to 0.7, preferably 0.3 to 0.6 wt%
  • Fe ⁇ 0.18, preferably 0.05 to 0.16 wt%
  • Mn ⁇ 0.5, preferably 0.05 to 0.4 wt%
  • the casting contains, and in each case to 100 wt .-% is supplemented with AI, wherein the casting is thermally aged between 150 to 240 ° C for 15 to 120 minutes, preferably for 15 to 60 minutes, more preferably for 20 to 55 minutes, most preferably for 30 to 55 minutes and most preferably between 30 and 45 minutes.
  • the casting is stored at a temperature of 170 to 230 ° C for 15 to 120 minutes, preferably for 15 to 60 minutes, more preferably for 20 to 55 minutes, most preferably for 30 to 55 minutes and absolutely particularly preferred between 30 and 45 minutes.
  • the casting is stored under warm conditions between 200 to 220 ° C for 15 to 120 minutes, preferably for 15 to 60 minutes, more preferably for 20 to 55 minutes, most preferably for 30 to 55 minutes and most preferably between 30 and 45 minutes.
  • a further advantage may be that the casting is solution annealed prior to heat aging between 490 and 550 ° C for 1 to 10 hours, preferably for 5 to 9 hours, more preferably for 6 to 8 hours.
  • the casting is solution annealed prior to heat aging between 530 and 550 ° C for 1 to 10 hours, preferably for 5 to 9 hours, more preferably for 6 to 8 hours.
  • the alloys according to the invention may contain production-related impurities, eg Pb, Ni, Zn etc., as are generally known to the person skilled in the art. Such contaminants fall under the so-called other alloying constituents.
  • the castings according to the invention have, in contrast to conventional or not heat-treated castings in particular an improved strength, but also an improved strength-elongation ratio.
  • a permanent casting method is basically suitable. Due to the very good mechanical properties of highly stressed workpieces, components or parts, gravity die casting and low pressure die casting are particularly suitable as production methods.
  • CPC low-pressure counter-pressure casting
  • semi-solid casting and other pressure-assisted casting processes, such as squeeze casting, cast forging (Cobapress), or automated low pressure sand casting
  • squeeze casting cast forging
  • Cobapress cast forging
  • automated low pressure sand casting the better cast structure improves the mechanical and technological properties.
  • CPC process the counter-pressure die casting process
  • pivot bearings are cast from the alloy AISi3Mg0.5Cr0.7 in a low-pressure counterpressure chill casting and produced from these tension rods to DIN 50125: 2009-07. Subsequently, a solution annealing at 545 ° C for 0, 5 to 6 hours and a heat aging at 200 - 220 ° C also for 0.5 to 6 hours.
  • the measurements are tensile properties R m, yield strength R p 0.2 and elongation at break A5.
  • DIN EN ISO 6842-1: 2009-12 applies. The determined values are shown graphically in FIG.

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Abstract

The invention relates to a cast part.

Description

Gussstück  casting

Die Erfindung bezieht sich auf Gussstück, insbesondere als Fahrwerksanwendung. The invention relates to a casting, in particular as a chassis application.

Für Fahrwerksanwendungen werden üblicherweise untereutektische AI-Legierungen mit einem Si-Gehalt zwischen 7 und 12 Gew.-% angewendet. Im Schwerkraft-Kokillenguss wird häufig die Legierung AISiU Mg, im Niederdruck-Kokillenguss die Legierung AISi7Mg eingesetzt. Si-arme AISiMg-Legierungen, die sich gegenüber den oben genannten gängigen AISi-Gusslegierungen durch deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften auszeichnen, sind aus der WO 2007/025528 A2 und der WO/2009/059593 bekannt. For chassis applications hypoeutectic Al alloys with a Si content between 7 and 12 wt .-% are usually applied. In gravity die casting the alloy AISiU Mg is often used, in low pressure die casting the alloy AISi7Mg. Si-poor AISiMg alloys, which are distinguished from the abovementioned common AISi casting alloys by significantly improved mechanical properties, are known from WO 2007/025528 A2 and WO / 2009/059593.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gussstück aus einer Si-armen AI-Legierung hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften noch weiter zu verbessern. Based on this prior art, the present invention seeks to further improve a cast of a Si-lean Al alloy in terms of its mechanical properties.

Dies wird gemäß der Erfindung durch ein Gusstück aus einer AI-Gusslegierung erzielt, welche zumindest fünf der nachfolgend angeführten Legierungsbestandteile This is achieved according to the invention by a casting of an Al casting alloy, which comprises at least five of the alloy components listed below

Si: 2,5 bis 3,3, vorzugsweise 2,7 bis 3,1 Gew.-% Si: 2.5 to 3.3, preferably 2.7 to 3.1 wt.%

Mg: 0,2 bis 0,7, vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Gew.-%  Mg: 0.2 to 0.7, preferably 0.3 to 0.6 wt%

Fe: < 0,18, vorzugsweise 0,05 bis 0,16 Gew.-%  Fe: <0.18, preferably 0.05 to 0.16 wt%

Mn: < 0,5, vorzugsweise 0,05 bis 0,4 Gew.-%  Mn: <0.5, preferably 0.05 to 0.4 wt%

Ti: < 0,1 , vorzugsweise 0,01 bis 0,08 Gew.-%  Ti: <0.1, preferably 0.01 to 0.08 wt%

Sr: < 0,03, vorzugsweise 0,01 bis 0,03 Gew.-%  Sr: <0.03, preferably 0.01 to 0.03 wt%

Cr: 0,3 bis 1 ,3, vorzugsweise 0,4 bis 1 ,0,  Cr: 0.3 to 1, 3, preferably 0.4 to 1, 0,

besonders bevorzugt 0,5 bis 0,8 Gew.-%  more preferably 0.5 to 0.8% by weight

Sonstige: < 0,1 Gew.-%  Other: <0.1% by weight

enthält, und jeweils zu 100 Gew.-% mit AI ergänzt ist, wobei das Gussstück warmausgelagert ist zwischen 150 bis 240°C für 15 bis 120 Minuten, vorzugsweise für 15 bis 60 Minuten, besonders bevorzugt für 20 bis 55 Minuten, ganz besonders bevorzugt für 30 bis 55 Minuten und absolut besonders bevorzugt zwischen 30 und 45 Minuten. contains, and in each case to 100 wt .-% is supplemented with AI, wherein the casting is thermally aged between 150 to 240 ° C for 15 to 120 minutes, preferably for 15 to 60 minutes, more preferably for 20 to 55 minutes, most preferably for 30 to 55 minutes and most preferably between 30 and 45 minutes.

Es kann von Vorteil sein, wenn das Gussstück warmausgelagert ist zwischen 170 bis 230°C für 15 bis 120 Minuten, vorzugsweise für 15 bis 60 Minuten, besonders bevorzugt für 20 bis 55 Minuten, ganz besonders bevorzugt für 30 bis 55 Minuten und absolut besonders bevorzugt zwischen 30 und 45 Minuten. It may be advantageous if the casting is stored at a temperature of 170 to 230 ° C for 15 to 120 minutes, preferably for 15 to 60 minutes, more preferably for 20 to 55 minutes, most preferably for 30 to 55 minutes and absolutely particularly preferred between 30 and 45 minutes.

Es kann zweckmäßig sein, wenn das Gussstück warmausgelagert ist zwischen 200 bis 220°C für 15 bis 120 Minuten, vorzugsweise für 15 bis 60 Minuten, besonders bevorzugt für 20 bis 55 Minuten, ganz besonders bevorzugt für 30 bis 55 Minuten und absolut besonders bevorzugt zwischen 30 und 45 Minuten. It may be expedient if the casting is stored under warm conditions between 200 to 220 ° C for 15 to 120 minutes, preferably for 15 to 60 minutes, more preferably for 20 to 55 minutes, most preferably for 30 to 55 minutes and most preferably between 30 and 45 minutes.

Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass das Gussstück vor dem Warmauslagern lösungsgeglüht ist zwischen 490 und 550°C für 1 bis 10 Stunden, vorzugsweise für 5 bis 9 Stunden, besonders bevorzugt für 6 bis 8 Stunden. A further advantage may be that the casting is solution annealed prior to heat aging between 490 and 550 ° C for 1 to 10 hours, preferably for 5 to 9 hours, more preferably for 6 to 8 hours.

Es kann von Vorteil sein, wenn das Gussstück vor dem Warmauslagern lösungsgeglüht ist zwischen 530 und 550°C für 1 bis 10 Stunden, vorzugsweise für 5 bis 9 Stunden, besonders bevorzugt für 6 bis 8 Stunden. It may be advantageous if the casting is solution annealed prior to heat aging between 530 and 550 ° C for 1 to 10 hours, preferably for 5 to 9 hours, more preferably for 6 to 8 hours.

Vorgenannte Wärmebehandlungen führen zu einer weiteren signifikanten Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des gegossenen Bauteil bzw. des Gussstücks. The aforementioned heat treatments lead to a further significant improvement in the mechanical properties of the cast component or of the casting.

Für Fahrwerksanwendungen, insbesondere für radführende Bauteile, ergeben sich so insgesamt erhöhte mechanische Kennwerte. For chassis applications, in particular for wheel-guiding components, this results in a total of increased mechanical characteristics.

Die erfindungsgemäßen Legierungen können herstellungsbedingte Verunreinigungen, z.B. Pb, Ni, Zn etc., enthalten, wie sie dem Fachmann allgemein bekannt sind. Solche Verunreinigen fallen unter die so genannten sonstigen Legierungsbestandteile. Die erfindungsgemäßen Gussstücke weisen ein gegenüber herkömmlich oder gar nicht wärmebehandelten Gussstücken insbesondere eine verbesserte Festigkeit, aber auch ein verbessertes Festigkeits-Dehnungsverhältnis auf. The alloys according to the invention may contain production-related impurities, eg Pb, Ni, Zn etc., as are generally known to the person skilled in the art. Such contaminants fall under the so-called other alloying constituents. The castings according to the invention have, in contrast to conventional or not heat-treated castings in particular an improved strength, but also an improved strength-elongation ratio.

Als Fertigungsverfahren für erfindungsgemäß wärmebehandelte Gussstücke für beziehungsweise von insbesondere Fahrwerksteilen von Kraftfahrzeugen ist grundsätzlich ein Dauerformgießverfahren geeignet. Aufgrund der sehr guten mechanischen Eigenschaften bei hochbeanspruchten Werkstücken, Bauteilen oder Teilen eignen sich besonders der Schwerkraft-Kokillenguss und der Niederdruck-Kokillenguss als Fertigungsverfahren. As a manufacturing method for heat-treated castings according to the invention for or of particular chassis parts of motor vehicles, a permanent casting method is basically suitable. Due to the very good mechanical properties of highly stressed workpieces, components or parts, gravity die casting and low pressure die casting are particularly suitable as production methods.

Insbesondere bei druckunterstützten Gießverfahren, beispielsweise dem Nieder-druck- Gegendruck-Gießverfahren (CPC-Verfahren), Semi-Solid-Gießverfahren sowie andere druckunterstützte Gießverfahren wie das Squeeze-Casting, Gieß-schmieden (Cobapress) oder Formanlagen-automatisierter Niederdruck-Sandguss, ergeben sich aus dem guten Gussgefüge bessere mechanisch techno-logische Eigenschaften. Besonders bevorzugt ist hierbei das Gegendruck-Kokillengießverfahren (CPC-Verfahren). In particular, in pressure-assisted casting processes, such as the low-pressure counter-pressure casting (CPC) process, semi-solid casting, and other pressure-assisted casting processes, such as squeeze casting, cast forging (Cobapress), or automated low pressure sand casting the better cast structure improves the mechanical and technological properties. Particularly preferred here is the counter-pressure die casting process (CPC process).

Neben den bereits genannten Vorteilen, die erfindungsgemäß wärmebehandelte Gusstücke aufweisen, kommt noch hinzu, dass wegen der fehlenden Legierungsbestandteile Cu und Zn die Korrosionsbeständigkeit der Gussstücke bedeutend erhöht wird. Solche Gussstücke sind auch relativ preiswert, weil keine dieselben verteuernden Legierungszusätze, wie z.B. SE-Metalle, verwendet werden, es kann die übliche Schmelzbehandlung angewendet werden und es bedarf keines besonderen Aufwandes zur Kreislauftrennung. In addition to the advantages already mentioned, which have heat-treated castings according to the invention, there is also the fact that the corrosion resistance of the castings is significantly increased because of the missing alloy constituents Cu and Zn. Such castings are also relatively inexpensive because there are no more expensive alloying additions, e.g. SE metals, can be used, the usual melting treatment and it requires no special effort for the separation of the circuit.

Beispiel example

Zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften eines wärmebehandelten Gusstückes werden aus der Legierung AISi3Mg0.5Cr0.7 Schwenklager im Niederdruck-Gegendruck- Kokillenguss gegossen und aus diesen Zugstäbe gemäß DIN 50125:2009-07 hergestellt. Anschließend erfolgt ein Lösungsglühen bei 545°C für 0, 5 bis 6 Stunden sowie ein Warmauslagern bei 200 - 220°C ebenfalls für 0,5 bis 6 Stunden. Ermittelt werden die me- chanischen Eigenschaften Zugfestigkeit Rm, Streckgrenze Rp0,2 und Bruchdehnung A5. Hierfür findet die DIN EN ISO 6842-1 : 2009-12 Anwendung. Die ermittelten Werte sind graphisch in Fig. 1 dargestellt. To determine the mechanical properties of a heat-treated cast piece, pivot bearings are cast from the alloy AISi3Mg0.5Cr0.7 in a low-pressure counterpressure chill casting and produced from these tension rods to DIN 50125: 2009-07. Subsequently, a solution annealing at 545 ° C for 0, 5 to 6 hours and a heat aging at 200 - 220 ° C also for 0.5 to 6 hours. The measurements are tensile properties R m, yield strength R p 0.2 and elongation at break A5. For this purpose, DIN EN ISO 6842-1: 2009-12 applies. The determined values are shown graphically in FIG.

Es zeigt sich, dass bei einer Warmauslagerung zwischen 200 und 220 °C für unter 60 Minuten, insbesondere für 30 bis 59 Minuten eine signifikante Steigerung der Bruchdehnung festgestellt werden kann, die auch mit einer Erhöhung der Zugfestigkeit einhergeht. Die Streckgrenze weist hierbei ein etwa gleich bleibend hohes Niveau auf. It can be seen that a hot aging between 200 and 220 ° C for less than 60 minutes, especially for 30 to 59 minutes, a significant increase in the elongation at break can be found, which is also associated with an increase in the tensile strength. The yield strength in this case has an approximately constant high level.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims 1 . Gussstück aus einer AI-Gusslegierung, enthaltend mindestens fünf der nachfolgend angeführten Legierungsbestandteile: 1 . Casting of an Al casting alloy containing at least five of the alloy components listed below: Si: 2,5 bis 3,3, vorzugsweise 2,7 bis 3,1 Gew.-% Si: 2.5 to 3.3, preferably 2.7 to 3.1 wt.% Mg: 0,2 bis 0,7, vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Gew.-%  Mg: 0.2 to 0.7, preferably 0.3 to 0.6 wt% Fe: < 0,18, vorzugsweise 0,05 bis 0,16 Gew.-%  Fe: <0.18, preferably 0.05 to 0.16 wt% Mn: < 0,5, vorzugsweise 0,05 bis 0,4 Gew.-%  Mn: <0.5, preferably 0.05 to 0.4 wt% Ti: < 0,1 , vorzugsweise 0,01 bis 0,08 Gew.-%  Ti: <0.1, preferably 0.01 to 0.08 wt% Sr: < 0,03, vorzugsweise 0,01 bis 0,03 Gew.-%  Sr: <0.03, preferably 0.01 to 0.03 wt% Cr: 0,3 bis 1 ,3, vorzugsweise 0,4 bis 1 ,0,  Cr: 0.3 to 1, 3, preferably 0.4 to 1, 0, besonders bevorzugt 0,5 bis 0,8 Gew.-%  more preferably 0.5 to 0.8% by weight Sonstige: < 0,1 Gew.-%  Other: <0.1% by weight und jeweils zu 100 Gew.-% mit AI ergänzt, and in each case added to 100 wt .-% with AI, wobei das Gussstück warmausgelagert ist zwischen 150 bis 240°C für 15 bis 120 Minuten, vorzugsweise für 15 bis 60 Minuten, besonders bevorzugt für 20 bis 55 Minuten und ganz besonders bevorzugt für 30 bis 55 Minuten. wherein the casting is thermally aged between 150 to 240 ° C for 15 to 120 minutes, preferably for 15 to 60 minutes, more preferably for 20 to 55 minutes, and most preferably for 30 to 55 minutes. 2. Gussstück, insbesondere nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück warmausgelagert ist zwischen 170 bis 230°C für 15 bis 120 Minuten, vorzugsweise für 15 bis 60 Minuten, besonders bevorzugt für 20 bis 55 Minuten und ganz besonders bevorzugt für 30 bis 55 Minuten 2. Casting, in particular according to claim 1, characterized in that the casting is stored under heat between 170 to 230 ° C for 15 to 120 minutes, preferably for 15 to 60 minutes, more preferably for 20 to 55 minutes and most preferably for 30 to 55 minutes 3. Gussstück, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück warmausgelagert ist zwischen 200 bis 220°C für 15 bis 120 Minuten, vorzugsweise für 15 bis 60 Minuten, besonders bevorzugt für 20 bis 55 Minuten und ganz besonders bevorzugt für 30 bis 55 Minuten 3. casting, in particular according to claim 1 or 2, characterized in that the casting is stored under warm conditions between 200 to 220 ° C for 15 to 120 minutes, preferably for 15 to 60 minutes, more preferably for 20 to 55 minutes and most preferably for 30 to 55 minutes 4. Gussstück, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück lösungsgeglüht ist zwischen 490 und 550°C für 1 bis 10 Stunden, vorzugsweise für 5 bis 9 Stunden, besonders bevorzugt für 6 bis 8 Stunden. 4. Casting, in particular according to one of claims 1 to 3, characterized in that the casting is solution annealed between 490 and 550 ° C for 1 to 10 hours, preferably for 5 to 9 hours, more preferably for 6 to 8 hours. 5. Gussstück, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück lösungsgeglüht ist zwischen 530 und 550°C für 1 bis 10 Stunden, vorzugsweise für 5 bis 9 Stunden, besonders bevorzugt für 6 bis 8 Stunden. 5. Cast, in particular according to one of claims 1 to 4, characterized in that the casting is solution annealed between 530 and 550 ° C for 1 to 10 hours, preferably for 5 to 9 hours, more preferably for 6 to 8 hours. 6. Verwendung eines Gussstücks nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Bauteil oder Teil für beziehungsweise von Fahrwerksteilen von Kraftfahrzeugen. 6. Use of a casting according to one of the preceding claims as a component or part for or of chassis parts of motor vehicles.
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