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Einführung
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Druckgussverfahren werden üblicherweise verwendet, um großvolumige Kraftfahrzeugkomponenten zu formen. Insbesondere werden Aluminiumlegierungen häufig verwendet, um die Baukomponenten im Druckgussverfahren zu formen, da Aluminiumlegierungen viele günstige Eigenschaften aufweisen, wie ein geringes Gewicht und eine hohe Dimensionsstabilität, was die Bildung komplexerer und dünnwandigerer Komponenten im Vergleich zu anderen Legierungen ermöglicht. Traditionell haben Aluminiumdruckgussstücke eine Einschränkung der Duktilität aufgrund von Lufteinschlüssen und intermetallischen Fe-Phasen. Viele Technologien, die zur Verringerung dieser Probleme entwickelt wurden, wie z. B. halbfester Druckguss und Supervakuumdruckguss, bilden porositätsfreie Gussstücke. Weitere Aluminiumlegierungen sind aus
EP 3 121 302 A1 ,
US 2014/0 140 886 A1 ,
DE 10 2009 012 073 A1 und
US 2005 / 0 155 676 A1 bekannt.
DE 697 25 490 T2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines druckgegossenen hochfesten Produktes.
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Zusammenfassung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrgestellkomponente für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1. Die Fahrgestellkomponente besteht aus einer Aluminiumlegierung, die im Wesentlichen besteht aus: mehr als 6 Gew.-% bis ungefähr 12,5 Gew.-% Silizium; Eisen in einer Menge bis zu 0,15 Gew.-%; ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,4 Gew.-% Chrom; ungefähr 0,8 Gew.-% bis ungefähr 1,4 Gew.-% Kupfer; ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Magnesium; ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 0,1 Gew.-% Titan; weniger als 0,01 Gew.-% Strontium; und einem Rest Aluminium und unvermeidlichen Verunreinigungen, wobei die Aluminiumlegierung kein Vanadium und kein Mangan enthält.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erhöhen der Duktilität und Festigkeit einer Aluminiumlegierung ohne Verwendung von Vakuum und einer T7-Wärmebehandlung gemäß Anspruch 5. Das Verfahren umfasst das Bilden der Aluminiumlegierung in einem geschmolzenen Zustand, wobei die Aluminiumlegierung im Wesentlichen besteht aus: ungefähr 7,5 Gew.-% bis ungefähr 12,5 Gew.-% Silizium, Eisen in einer Menge von bis zu 0,15 Gew.-%; ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,4 Gew.-% Chrom, ungefähr 0,8 Gew.-% bis ungefähr 1,4 Gew.-% Kupfer, ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Magnesium, ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 0,1 Gew.-% Titan, weniger als 0,01 Gew.-% Strontium; 0 Gew.-% Vanadium; 0 Gew.-% Mangan; und einem Rest Aluminium und unvermeidlichen Verunreinigungen. Das Verfahren umfasst ferner das Gießen der geschmolzenen Aluminiumlegierung durch ein Hochdruck-Druckgussverfahren, um eine Gussstruktur auszubilden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Merkmale von Beispielen der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen ähnlichen, jedoch möglicherweise nicht identischen Komponenten entsprechen. Der Kürze halber können Bezugszeichen oder Merkmale mit einer zuvor beschriebenen Funktion in Verbindung mit anderen Zeichnungen, in denen sie erscheinen, beschrieben sein.
- 1A und 1B sind schematische perspektivische Ansichten beispielhafter Motoraufhängungskonstruktionen für eine A380-Legierung bzw. für ein Beispiel der hier offenbarten Aluminiumlegierung.
- 2A und 2B sind schematische perspektivische Ansichten anderer beispielhafter Motoraufhängungskonstruktionen für eine A380-Legierung bzw. für ein Beispiel der hierin offenbarten Aluminiumlegierung und
- 3A und 3B sind schematische Perspektivansichten von noch anderen beispielhaften Motoraufhängungskonstruktionen für eine A380-Legierung bzw. für ein Beispiel der hierin offenbarten Aluminiumlegierung.
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Detaillierte Beschreibung
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Aluminiumlegierungen umfassen häufig Aluminium, Legierungselemente (z. B. Silizium und Eisen) und Verunreinigungen. In den hier offenbarten Beispielen wurde herausgefunden, dass die bestimmten Elemente in den bestimmten Mengen eine Legierung bilden (auch als Legierungszusammensetzung bezeichnet), die nach dem Gießen und Aussetzen einer T5-Wärmebehandlung eine hohe Festigkeit (z. B. eine durchschnittliche Streckgrenze von mindestens 200 MPa und Bruchfestigkeit von mindestens 300 MPa) und relativ hohe Duktilität (z. B. Dehnung im Bereich von ungefähr 7% bis ungefähr 10%) aufweist. Mit anderen Worten hat die gegossene und mit T5 behandelte Struktur der Aluminiumlegierung eine prozentuale Dehnung im Bereich von ungefähr 7% bis ungefähr 10% und eine Streckgrenze im Bereich von ungefähr 200 MPa bis ungefähr 250 MPa. Diese gegossene und mit T5 behandelte Struktur kann auch ein dünnwandiges Gussstück sein. Diese Eigenschaften sind ohne Verwendung eines Supervakuums und ohne Verwendung einer T7-Wärmebehandlung auf Lösungsbasis erreichbar. Ohne diese zusätzliche lösungsbasierte Wärmebehandlung wird die Gefahr einer Verformung des Baugussstücks verringert und die Herstellungskosten des Baugussstücks werden verringert.
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Die hier offenbarten beispielhaften Legierungen bestehen im Wesentlichen aus Silizium (Si), Eisen (Fe), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Titan (Ti), Strontium (Sr), einem Rest von Aluminium (AI) und unvermeidlichen Verunreinigungen. Die hier offenbarten beispielhaften Legierungen umfassen kein Vanadium (V) und kein Mangan (Mn). In einigen Fällen brauchen bestimmte Elemente nicht absichtlich zu der Legierung hinzugefügt werden, sondern können in einer kleinen Menge vorhanden sein, die einer unvermeidlichen Verunreinigung entspricht. Beispielsweise sind Phosphor (P), Zink (Zn) und Zirkonium (Zr) Beispiele für unvermeidbare Verunreinigungen, die der Legierung nicht absichtlich zugesetzt werden können, aber dennoch vorhanden sind. In den hier offenbarten Beispielen erzeugt die Kombination der Elemente in den spezifischen Mengen eine Aluminiumlegierung, die zum Gießen von Aluminiumbauteilen mit einer leichten Konstruktion und dennoch mit hoher Festigkeit geeignet ist.
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Darüber hinaus kann, da die hierin offenbarten Aluminiumlegierungen Teile (d.h. Gussstücke, Strukturkörper) erzeugen, die ohne Vakuum- oder Lösungswärmebehandlung(en) erwünschte mechanische Eigenschaften aufweisen, die Menge der zur Bildung der Teile benötigten Legierung im Vergleich zu anderen Legierungen reduziert werden, die mehr von der jeweiligen Legierung benötigen, um geeignete mechanische Eigenschaften zu erzielen. Beispiele für Teileumkonfigurationen, die mit den hier offenbarten Legierungen vorgenommen werden können, sind in den 1 bis 3B gezeigt und sind weiter unten dargestellt.
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In dieser Offenbarung versteht es sich, dass, wenn eine Untergrenze für einen Bereich nicht angegeben ist (z. B. „bis zu X Gew.-% Element“ oder „weniger als X Gew.-% Element“), die Untergrenze 0 Gew.-% ist und somit das bestimmte Element möglicherweise nicht in der Legierung vorhanden ist. Wenn jedoch angegeben wird, dass ein Element „in einer Menge bis zu X Gew.-% vorhanden ist“, ist die Untergrenze größer als 0 Gew.-% und zumindest einiges von dem Element ist in der Legierung vorhanden.
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Wie oben erwähnt, können Beispiele der hierin offenbarten Aluminiumlegierungszusammensetzung im Wesentlichen aus Silizium (Si), Eisen (Fe), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Titan (Ti), Strontium (Sr), einem Rest Aluminium (AI) und unvermeidlichen Verunreinigungen bestehen. Beispiele für die unvermeidlichen Verunreinigungen umfassen Phosphor (P), Zink (Zn) und/oder Zirkonium (Zr). Während einige Beispiele unvermeidbarer Verunreinigungen erwähnt wurden, versteht es sich, dass andere unvermeidbare Verunreinigungen in diesen Beispielen der Legierungszusammensetzung vorhanden sein können. In anderen Beispielen kann die hier offenbarte Aluminiumlegierungszusammensetzung aus Silizium (Si), Eisen (Fe), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Titan (Ti), Strontium (Sr), einem Rest von Aluminium (AI) und unvermeidlichen Verunreinigungen bestehen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Phosphor (P), Zink (Zn) und Kombinationen davon besteht. In diesen Beispielen besteht die Legierungszusammensetzung aus diesen Metallen und Halbmetallen ohne irgendwelche anderen Metalle oder Halbmetalle. Ferner schließt in jedem der hier offenbarten Beispiele die Legierungszusammensetzung Vanadium (V) und Mangan (Mn) aus, kann aber auch Zirkonium (Zr) oder andere nicht aufgeführte Elemente ausschließen. Beispiele der Metalle und Halbmetalle, die der hier offenbarten Legierungszusammensetzung zugesetzt werden, werden nachstehend ausführlicher erörtert.
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Die Aluminiumlegierungszusammensetzung besteht aus Silizium. Der Legierung kann Silizium zugesetzt werden, um die Schmelztemperatur des Aluminiums zu verringern und die Fließfähigkeit des geschmolzenen Aluminiums zu verbessern. Das Silizium kann die Gießbarkeit der Legierung verbessern, wodurch es geeignet gemacht wird, in Formen gegossen zu werden, die zur Bildung von dünnwandigen Bauteilen (z. B. mit einer Wandstärke von 5 mm oder weniger) oder dickwandigen Bauteilen (z. B. mit einer Wandstärke größer als 5 mm) verwendet werden. Während die Aluminiumlegierung verwendet werden kann, um eine beliebige Komponente auf Aluminiumlegierungsbasis zu bilden, kann die Gießbarkeit der Legierung (zumindest teilweise aufgrund des Siliziumgehalts) zur Bildung dünnwandiger Komponenten besonders geeignet sein. In den hier offenbarten Beispielen ist Silizium in einer Menge von mehr als 6 Gew.-% enthalten. Wenn der Siliziumgehalt höher als 6 Gew.-% ist, ist die Gießbarkeit verbessert (z. B. verbesserte Fließfähigkeit, verringerte Heißrissbildung usw.), was die Zusammensetzung für das dünnwandige Gießen gut geeignet macht. In einem Beispiel kann das Silizium in der Legierungszusammensetzung in einer Menge im Bereich von mehr als 6 Gew.-% bis ungefähr 12,5 Gew.-% bezogen auf die Gesamt-Gew.-% der Aluminiumlegierungszusammensetzung vorhanden sein. Bei anderen Beispielen kann das Silizium in einer Menge im Bereich von mehr als 6 Gew.-% bis ungefähr 9,5 Gew.-% oder einer Menge im Bereich von ungefähr 7,5 Gew.-% bis ungefähr 12,5 Gew.-% oder einer Menge im Bereich von ungefähr 7,5 Gew.-% bis ungefähr 9,5 Gew.-% vorhanden sein. In einem weiteren Beispiel kann das Silizium in einer Menge im Bereich von ungefähr 8 Gew.-% bis ungefähr 9 Gew.-% vorliegen. Das Erhöhen des Siliziums kann die Duktilität / Dehnung nachteilig beeinflussen, und das Verringern des Siliziums kann die Gießbarkeit (und somit die Eignung der Zusammensetzung zur Herstellung dünnwandiger Komponenten) nachteilig beeinflussen.
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Die Aluminiumlegierungszusammensetzung besteht auch aus Eisen. Etwas Eisen kann zugesetzt werden, um die Streckgrenze und / oder Zugfestigkeit des aus dem Druckguss der Aluminiumlegierung gebildeten Baugussstücks zu verbessern. Eisen ist auch zur Verbesserung der Duktilität enthalten. In einem Beispiel kann das Eisen in einer Menge von weniger als 0,15 Gew.-% bezogen auf die Gesamt-Gew.-% der Aluminiumlegierungszusammensetzung vorhanden sein. Bei einem anderen Beispiel kann das Eisen in einer Menge von 0,1 Gew.-% oder weniger der Legierungszusammensetzung vorliegen. Es versteht sich, dass die Gew.-% von Eisen größer als 0 Gew.-% sind und somit mindestens etwas Eisen in der Aluminiumlegierungszusammensetzung vorhanden ist.
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Ferner besteht die Aluminiumlegierungszusammensetzung aus Chrom. Die spezifische Menge an Chrom trägt zur Verringerung der Löslichkeit von Eisen in geschmolzenem Aluminium bei. Eine Verringerung der Eisenlöslichkeit und damit der Menge an gelöstem Eisen in der Aluminiumschmelze verringert auch die Menge an Eisenintermetall-Verbindungen, die sich aufgrund der Reaktion der Aluminiumschmelze mit dem gelösten Eisen bilden. Diese Eisenintermetalle können an der beim Gießen verwendeten Matrize haften, was zum Löten der Matrize führt. Wenn das Löten der Matrize stattfindet, kann die Oberflächenbeschaffenheit des sich ergebenden Teils (d.h. Gussstück, Strukturkörper) zerstört werden, wenn es aus der Matrize ausgeworfen wird, und die Lebensdauer der Matrize kann ebenfalls verringert werden. Daher verringert die Zugabe von Chrom das Löten der Matrize, verbessert die Ästhetik der Teile und kann die Lebensdauer der Matrize erhöhen. Die spezifische Menge an Chrom beeinträchtigt auch nicht die Duktilität und / oder Streckgrenze des endgültigen Baugussstücks, das aus der Aluminiumlegierungszusammensetzung (den Aluminiumlegierungszusammensetzungen) gebildet wird. Als solches kann die Zugabe der spezifischen Menge an Chrom auch dazu beitragen, dass keine zusätzliche Wärmebehandlung (z. B. T7) des Baugussstücks nach dem Druckgussprozess erforderlich ist. Chrom kann auch die Zähigkeit des aus dem Druckguss der Aluminiumlegierung gebildeten Baugussstücks verbessern. In einem Beispiel kann Chrom in der Aluminiumlegierungszusammensetzung in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,4 Gew.-% bezogen auf die Gesamt-Gew.-% der Aluminiumlegierungszusammensetzung vorhanden sein. Bei einem anderen Beispiel kann das Chrom in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,25 Gew.-% bis ungefähr 0,35 Gew.-% vorliegen. In einem weiteren Beispiel kann das Chrom in einer Menge von ungefähr 0,3 Gew.-% vorliegen.
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Die Aluminiumlegierungszusammensetzung besteht auch aus Kupfer. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass Kupfer die Streckgrenze und die Bruchfestigkeit verbessert, indem es nach der Durchführung der T5-Wärmebehandlung ausfällt. Kupfer kann in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,8 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-% bezogen auf die Gesamt-Gew.-% der Aluminiumlegierungszusammensetzung vorhanden sein.
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Die Aluminiumlegierungszusammensetzung besteht auch aus Magnesium. Magnesium verbessert die Streckgrenze durch Festlösungsverstärkung. Magnesium kann in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.% bezogen auf die Gesamt-Gew.-% der Legierungszusammensetzung vorhanden sein. Bei einem anderen Beispiel kann das Magnesium in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,2 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% vorliegen. In einem weiteren Beispiel kann das Magnesium in einer Menge von ungefähr 0,3 Gew.-% vorliegen.
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Die Aluminiumlegierungszusammensetzung besteht auch aus Titan. Titan kann als Kornverfeinerer zugesetzt werden, um die Kontrolle des Kornwachstums des geschmolzenen Aluminiums während des Druckgussprozesses zu verbessern. Das Steuern des Kornwachstums kann die Duktilität des Gussstücks verbessern und das Risiko von Heißrissen des Gussstücks verringern. In einem Beispiel kann das Titan in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 0,1 Gew.-% bezogen auf die Gesamt-Gew.-% der Aluminiumlegierungszusammensetzung vorhanden sein. Bei einem anderen Beispiel kann das Titan in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,07 Gew.-% bis ungefähr 0,09 Gew.-% vorliegen.
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Die Aluminiumlegierungszusammensetzung kann auch aus Strontium bestehen. In einem Beispiel kann das Strontium in einer Menge von weniger als 0,01 Gew.-% bezogen auf die Gesamt-Gew.-% der Aluminiumlegierungszusammensetzung vorhanden sein.
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Der Rest der Aluminiumlegierungszusammensetzung enthält einen Rest aus Aluminium und unvermeidlichen Verunreinigungen. In einem Beispiel kann das Aluminiumausgangsmaterial, das zur Bildung des Aluminiums in der Aluminiumlegierungszusammensetzung verwendet wird, eine zumindest im Wesentlichen reine Aluminiumsubstanz sein (z. B. 99,9% reines Aluminium mit weniger als 0,1 Gew.% Verunreinigungen). Die im Aluminium-Ausgangsmaterial vorhandenen Verunreinigungen können Zink, Phosphor und / oder Zirkonium enthalten. Die im Aluminiumausgangsmaterial vorhandenen Verunreinigungen können auch oder alternativ Eisen, Mangan, Chrom, Silizium oder dergleichen einschließen.
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Die Verunreinigungen können in das Aluminiumausgangsmaterial oder in ein anderes der dem Aluminium zugesetzten Ausgangsmaterialien eingebracht werden. In der endgültigen Aluminiumlegierung (d.h. Aluminiumlegierungszusammensetzung) können die Verunreinigungen aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus weniger als 0,01 Gew.-% Zink, weniger als 0,003 Gew.-% Phosphor, weniger als 0,01 Gew.-% Zirkonium und Kombinationen davon besteht.
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In einem Beispiel der Aluminiumlegierungszusammensetzung besteht die Legierung im Wesentlichen aus dem Silizium, das in einer Menge im Bereich von mehr als 6 Gew.-% bis ungefähr 12,5 Gew.-% vorhanden ist, dem Eisen, das in einer Menge bis zu 0,15 Gew.-% vorhanden ist, dem Chrom, das in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,4 Gew.-% vorhanden ist, dem Kupfer, das in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 3 Gew.% vorliegt, dem Magnesium, das in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% vorliegt, dem Titan, das in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 0,1 Gew.-% vorliegt, weniger als 0,01 Gew.-% des Strontiums und einem Rest von Aluminium und unvermeidlichen Verunreinigungen vorliegt.
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In einem Beispiel der Aluminiumlegierungszusammensetzung besteht die Legierung im Wesentlichen aus dem Silizium, das in einer Menge im Bereich von ungefähr 7,5 Gew.-% bis ungefähr 9,5 Gew.-% vorliegt, dem Eisen, das in einer Menge bis zu 0,15 Gew.-% vorliegt, dem Chrom, das in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,25 Gew.-% bis ungefähr 0,35 Gew.-% vorliegt, dem Kupfer, das in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 3 Gew.-% vorliegt, dem Magnesium, das in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% vorliegt, dem Titan, das in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 0,1 Gew.-% vorliegt, und einem Rest von Aluminium und unvermeidlichen Verunreinigungen.
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Beispiele des hierin offenbarten Verfahrens können zur Erhöhung der Duktilität und Festigkeit einer Aluminiumlegierung ohne Verwendung von Vakuum und einer T7-Wärmebehandlung verwendet werden. Bei einem Beispiel umfasst das Verfahren das Bilden der Aluminiumlegierung in einem geschmolzenen Zustand, wobei die Aluminiumlegierung im Wesentlichen besteht aus: ungefähr 7,5 Gew.-% bis ungefähr 12,5 Gew.-% Silizium, Eisen, das in einer Menge von bis zu 0,15 Gew.% vorhanden ist; ungefähr 0,1 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% Chrom; ungefähr 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-% Kupfer; ungefähr 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Magnesium; ungefähr 0,05 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Titan; weniger als 0,01 Gew.-% Strontium; 0 Gew.-% Vanadium und einen Rest aus Aluminium und unvermeidlichen Verunreinigungen. Das Verfahren umfasst ferner das Gießen der geschmolzenen Aluminiumlegierung durch ein Hochdruck-Druckgussverfahren, um eine Gussstruktur auszubilden.
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Um die Aluminiumlegierungszusammensetzung zu bilden, können die bestimmten Gewichtsprozentsätze der zuvor beschriebenen Legierungselemente zu einer zumindest im Wesentlichen reinen Aluminiumschmelze (d.h. Geschmolzenem Aluminiumausgangsmaterial) gegeben werden. Das Verfahren kann auch bekannte Techniken zum Steuern der Verunreinigungsniveaus beinhalten.
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Wie oben erwähnt, wird die hier offenbarte geschmolzene Legierungszusammensetzung unter Verwendung eines Hochdruck-Druckgussprozesses (HPDC-Prozesses) druckgegossen. Während des HPDC wird die Schmelze auf Aluminiumbasis (d.h. die geschmolzene Aluminiumlegierungszusammensetzung) mit einer Druckgussmaschine durch Kraft unter erheblichem Druck in eine Stahlform oder -matrize eingespritzt, um Produkte zu formen. Ein Dosierofen mit einem Entgasungssystem kann verwendet werden, um die geschmolzene Legierungszusammensetzung zu halten und in die Druckgussmaschine zu übertragen. Die Druckgussprozessparameter können in Abhängigkeit von der verwendeten Druckgussmaschine, der Größe und / oder Form des Gussstücks usw. variiert werden. In einem Beispiel reicht der Druck während der HPDC von ungefähr 60 MPa bis ungefähr 100 MPa. Mit anderen Worten wird der Hochdruck-Druckgussprozess bei einem Druck von ungefähr 60 MPa bis ungefähr 100 MPa durchgeführt.
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Nachdem sich die Aluminiumlegierungszusammensetzung verfestigt hat, um das Baugussstück zu bilden, kann das Baugussstück aus der Matrize entfernt werden. In einem Beispiel wird das Gussstück aus der Matrize ausgeworfen. In einigen Beispielen wird das Gussstück mit Auswerferstiften entfernt. Da das Löten beim Druckgießen reduziert wird, verbleibt wenig oder gar kein Ausschlussgussstück in der Matrize. Verbleibt jedoch ein Ausschlussgussstück, kann dieses aus der Matrize entnommen werden. Obwohl die Legierungselemente und Verunreinigungen kontrolliert werden, ist das Ausschlussgussstück möglicherweise nicht für das Recycling geeignet.
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Das Baugussstück kann dann einer T5-Wärmebehandlung ausgesetzt werden. Diese Behandlung umfasst das natürliche Abkühlenlassen des Baugussstücks und das anschließende künstliche Altern des Baugussstücks bei einer erhöhten Temperatur (z. B. einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 200 ° C). In einem Beispiel wird die Gussstruktur einer T5-Behandlung bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 160°C bis ungefähr 210°C für eine Zeit im Bereich von ungefähr 3 Stunden bis ungefähr 6 Stunden unterzogen. Nachdem das Baugussstück aus der Druckgussform entnommen und der T5-Wärmebehandlung ausgesetzt wurde, wird das Baugussstück keiner anderen lösungsbasierten Wärmebehandlung ausgesetzt. Auch ohne die lösungsbasierte Wärmebehandlung zeigt das Baugussstück erwünschte mechanische Eigenschaften (z. B. Duktilität / Dehnung, Festigkeit usw.).
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Darüber hinaus weist das Baugussstück eine geeignete Porosität auf, auch ohne einem Supervakuumprozess ausgesetzt zu sein. Verschiedene Aluminiumlegierungen über HPDC haben häufig eine anfängliche Porosität von ungefähr 2,5 % und werden dann einem Supervakuumprozess ausgesetzt, um die Porosität auf weniger als 0,5 % zu reduzieren. Das beispielhafte strukturelle Gussstück, das aus der hier offenbarten Aluminiumlegierung gebildet ist, hat eine anfängliche Porosität von 1,5% oder weniger, was für mehrere Anwendungen geeignet ist. Somit braucht das aus der hier offenbarten Aluminiumlegierung gebildete Baugussstück möglicherweise keinem Supervakuum ausgesetzt zu sein, was die Produktionskosten verringern kann.
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Die hierin offenbarte Aluminiumlegierung kann verwendet werden, um eine Vielzahl von Baugussstücken oder Gussstrukturen (d.h. Teile, Strukturkörper usw.) herzustellen, einschließlich dünnwandiger Gussstücke oder Teile oder dickwandiger Gussstücke oder Teile. Wie hierin verwendet, sind dünnwandige Teile beliebige Komponenten mit Wandstärken von 5 mm oder weniger. In einem Beispiel reicht die Wandstärke von ungefähr 3 mm bis ungefähr 5 mm. Dickwandige Teile, wie sie hier verwendet werden, sind alle Bauteile mit Wandstärken von mehr als 5 mm. Die dünnwandigen Teile oder dickwandigen Teile können Kraftfahrzeugteile, Computerteile, Kommunikationsteile oder Verbraucherelektronikteile sein. Bei Beispielen für Kraftfahrzeugteile kann das Baugussstück ein Teil auf Aluminiumbasis für die Karosserie eines Fahrzeugs oder ein Rad auf Aluminiumbasis sein. Einige spezifische Autoteile umfassen Fahrgestellkomponenten wie Motorhalterungen, Stoßdämpfer usw. Das endgültige Baugussstück kann auch ein Teil sein, das in einer Aufzugsanwendung verwendet wird.
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Die Fahrgestellkomponente für ein Kraftfahrzeug umfasst die hier offenbarte Aluminiumlegierung, die im Wesentlichen aus Folgendem besteht: mehr als 6 Gew.% bis ungefähr 12,5 Gew.-% Silizium; Eisen, das in einer Menge von bis zu 0,15 Gew.-% vorhanden ist; ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,4 Gew.-% Chrom; ungefähr 0,8 Gew.-% bis ungefähr 1,4 Gew.-% Kupfer; ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Magnesium, ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 0,1 Gew.% Titan, weniger als 0,01 Gew.-% Strontium und einen Rest Aluminium und unvermeidliche Verunreinigungen, wobei die Aluminiumlegierung kein Vanadium und kein Mangan enthält. Die Aluminiumlegierung, die die Fahrgestellkomponente bildet, kann auch unvermeidliche Verunreinigungen enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus weniger als 0,01 Gew.-% Zink, weniger als 0,003 Gew.% Phosphor, weniger als 0,01 Gew.-% Zirkonium und Kombinationen davon besteht.
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Die Fahrgestellkomponente kann eine gegossene und T5-behandelte Struktur der Aluminiumlegierung sein. In diesem Beispiel hat die gegossene und T5-Struktur eine dünne Wand im Bereich von ungefähr 3 mm bis ungefähr 5 mm.
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Wie oben erwähnt, weisen die aus der hier offenbarten Aluminiumlegierungszusammensetzung gebildeten Baugussstücke erwünschte mechanische Eigenschaften auf, wie hohe Festigkeit und hohe Duktilität / Dehnung. In einigen Beispielen liegt die Streckgrenze (d.h. die Spannung, bei der sich das Baugussstück plastisch zu verformen beginnt, in MPa, gemessen mit einem Dehnungsmesser) im Bereich von ungefähr 200 MPa bis ungefähr 250 MPa; die Bruchfestigkeit (d.h. die Kapazität des Baugussstücks, um Belastungen zu widerstehen, die zur Dehnung neigen, in MPa gemessen im quasistatischen Zustand) ist größer als 320 MPa und / oder die prozentuale Dehnung (d.h. die Fähigkeit des Baugussstücks, sich bis zu seinem Bruchpunkt zu dehnen) liegt im Bereich von ungefähr 7 % bis ungefähr 10 %.
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Die 1B, 2B und 3B veranschaulichen verschiedene Beispiele von Motorhalterungen 10, 10', 10'' (ein Beispiel einer Fahrgestellkomponente, die den Motor am Fahrgestell befestigt), die durch Beispiele der hierin offenbarten Aluminiumlegierungszusammensetzung hergestellt werden können. Die Konstruktion jeder dieser Motorhalterungen 10, 10', 10'' wird umkonfiguriert, um weniger Aluminiumlegierungszusammensetzung zu verwenden, verglichen mit der Konstruktion für ähnliche Motorhalterungen 12, 12‘, 12'', die aus A380 gebildet sind (siehe 1A, 2A und 3A). Motorhalterungen 12, 12', 12'', die gemäß den in den 1A, 2A und 3A gezeigten Konstruktionen geformt sind und aus A380 hergestellt sind, haben ähnliche mechanische Eigenschaften wie die Motorhalterungen 10, 10', 10'', die gemäß den in den 1B, 2B und 3B gezeigten Konstruktionen geformt und aus der hierin offenbarten Aluminiumlegierungszusammensetzung hergestellt sind, mit der Ausnahme, dass jede der in den 1A, 2A und 3A gezeigten Konstruktionen 12, 12', 12'' mehr von der A380-Legierung erfordert, um diese Eigenschaften zu erreichen. Zum Beispiel verwendet die Konstruktion von 1B ungefähr 122 Gramm weniger der hierin offenbarten Aluminiumlegierungszusammensetzung im Vergleich zu der Menge an A380, die in der Konstruktion von 1A verwendet ist (siehe die eingekreisten Teile). Für ein anderes Beispiel verwendet die Konstruktion von 2B ungefähr 63 Gramm weniger der hierin offenbarten Aluminiumlegierungszusammensetzung im Vergleich zu der Menge an A380, die in der Konstruktion von 2A verwendet wird (siehe die eingekreisten Teile). Für noch ein anderes Beispiel verwendet die Konstruktion von 3B ungefähr 107 Gramm weniger der hierin offenbarten Aluminiumlegierungszusammensetzung im Vergleich zu der Menge an A380, die bei der Konstruktion von 3A verwendet wird (siehe die eingekreisten Teile).
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Obwohl verschiedene Darstellungen von Motorhalterungen 10, 10', 10'' bereitgestellt wurden, versteht es sich, dass die hier offenbarte Aluminiumlegierung nicht darauf beschränkt ist, zum Formen von Motorhalterungen oder sogar von Fahrgestellkomponenten verwendet zu werden. Vielmehr kann die hier offenbarte Aluminiumlegierung verwendet werden, um ein beliebiges gewünschtes Aluminiumgussstück und insbesondere ein beliebiges dünnwandiges Aluminiumgussstück zu bilden. Andere Beispiele umfassen Flugzeugzubehör, Zahnräder, Wellen, Bolzen, Uhrenteile, Computerteile, Kupplungen, Sicherungsteile, hydraulische Ventilkörper, Muttern, Kolben, Befestigungsvorrichtungen, Veterinärausrüstung, orthopädische Ausrüstung usw.
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Zur weiteren Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung wird hier ein Beispiel angegeben. Es versteht sich, dass dieses Beispiel zu Veranschaulichungszwecken bereitgestellt wird und nicht als den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränkend aufzufassen ist.
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BEISPIEL
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Vergleichs-Baugussstücke wurden aus SF36 (Aluminiumlegierungszusammensetzung, die 10 Gew.-% Silizium, 0,6 Gew.-% Mangan und 0,3 Gew.-% Magnesium enthielt und kein Kupfer, Chrom oder Titan enthielt) (Vergleichsbeispiel 1) und A379 (deren Zusammensetzung in Tabelle 1 gezeigt und kein Kupfer enthält) (Vergleichsbeispiel 2) hergestellt. Beide Legierungen wurden in geschmolzener Form unter Verwendung von HPDC gegossen. Vergleichsbeispiel 1 wurde einer T7-Wärmebehandlung ausgesetzt. Vergleichsbeispiel 2 wurde einer T5-Wärmebehandlung ausgesetzt.
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Ein beispielhaftes strukturelles Gussstück, das aus der hier offenbarten beispielhaften Aluminiumlegierung gebildet wurde, wurde unter Verwendung von HPDC (mit den gleichen Bearbeitungsbedingungen, die für die Vergleichsbeispiele verwendet wurden) gegossen und einer T5-Behandlung (mit den gleichen Bearbeitungsbedingungen, die für Vergleichsbeispiel 2 verwendet wurden) ausgesetzt.
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Die Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 2 und der beispielhaften Aluminiumlegierung sind in Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1
| Probe | Element | Si | Fe | Cr | Cu | Mg | Ti | Zn |
| Beispiel | Gew.-% | 7,5-9,5 | >0,15 | 0,25-0,35 | 0,1-3 | 0,1-0,5 | 0,05-0,1 | <0,01 |
| Vergleichsbeispiel | Gew.-% | 7,5-9,5 | >0,15 | 0,25-0,35 | 0 | 0,1-0,5 | 0,05-0,1 | <0,01 |
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| Probe | Element | P | Sr | Al | |
| Beispiel | Gew.-% | <0,003 | <0,01 | Rest |
| Vergleichsbeispiel | Gew.-% | <0,003 | <0,01 | Rest |
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Die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und die prozentuale Dehnung wurden für die Vergleichsbeispiele im gegossenen Zustand und für die wärmebehandelten Vergleichsbeispiele und das Beispiel verwendet. Die Zugprüfung wurde in einem quasistatischen Zustand durchgeführt und die Messungen wurden mit einem Dehnungsmesser durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. TABELLE 2
| Probe | Streckgrenze (MPa) | Bruchfestigkeit (MPa) | Dehnung (%) |
| Vergleichsbeispiel 1 | Gegossen | 140 | 210 | 6-8 |
| | T7-Behandlung | 130 | 195 | 8,5-10 |
| Vergleichsbeispiel 2 | Gegossen | 140 | 260 | 11-13 |
| T5-Behandlung | 190 | 310 | 9-11 |
| Beispiel | T5-Behandlung | 220 | 330 | 7-9 |
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Wie in TABELLE 2 dargestellt, zeigt das aus der hier offenbarten Aluminiumlegierung gebildete Baugussstück eine höhere Streckgrenze und Bruchfestigkeit und eine vergleichbare Duktilität / Dehnung im Vergleich zu anderen Baugussstücken, die aus anderen Legierungen unter Verwendung von HPDC- und T5-Behandlung und anderen Baugussstücken hergestellt wurden, die aus anderen Legierungen unter Verwendung von HPDC und einer T7-Behandlung hergestellt wurden. Die Vergleichsbeispiele 1 und 2 enthalten kein Kupfer. Zusätzlich enthält Vergleichsbeispiel 1 kein Chrom oder Titan.
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Ein Verweis in der gesamten Beschreibung auf „dieses eine Beispiel“, „ein anderes Beispiel“, „ein Beispiel“ usw. bedeutet, dass ein bestimmtes Element (z. B. Merkmal, Struktur und / oder Charakteristik), das in Verbindung mit dem Beispiel beschrieben wurde, in mindestens einem hierin beschriebenen Beispiel enthalten ist und in anderen Beispielen vorhanden sein kann, aber nicht muss. Außerdem versteht es sich, dass die beschriebenen Elemente für jedes Beispiel in den verschiedenen Beispielen auf jede geeignete Weise kombiniert werden können, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorgibt.
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Es versteht sich, dass die hierin bereitgestellten Bereiche den angegebenen Bereich und jeden Wert oder Unterbereich innerhalb des angegebenen Bereichs umfassen. Beispielsweise sollte ein Bereich von ungefähr 7,5 Gew.-% bis ungefähr 9,5 Gew.-% so interpretiert werden, dass er nicht nur die explizit angegebenen Grenzen von ungefähr 7,5 Gew.-% bis ungefähr 9,5 Gew.-% einschließt, sondern auch einzelne Werte wie 7,55 Gew.-%, 8,25 Gew.-%, 8,9 Gew.-% usw. und Unterbereiche einschließt, wie ungefähr 7,75 Gew.-% bis ungefähr 9 Gew.-% usw. Wenn darüber hinaus zur Beschreibung eines Wertes „ungefähr“ verwendet wird, sind damit geringfügige Abweichungen (bis zu +/- 10 %) vom angegebenen Wert gemeint.
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Bei der Beschreibung und Beanspruchung der hier offenbarten Beispiele enthalten die Singularformen „ein“, „eine“, „einer“ und „der“, „die“, „das“ mehrere Verweise, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
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Obwohl mehrere Beispiele ausführlich beschrieben wurden, versteht es sich, dass die offenbarten Beispiele modifiziert werden können. Daher ist die vorstehende Beschreibung nicht einschränkend zu verstehen.