BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft eine Aluminium-Druckgusslegierung sowie ein Struktur bauteil für ein Kraftfahrzeug.

Aus der EP 1 443 122 B1 ist eine Aluminiumlegierung zum Druckgießen von Bauteilen mit hoher Dehnung im Gusszustand bekannt. Weitere Zusammen setzungen für Aluminium-Druckgusslegierungen sind in der EP 1 719 820 A2, der DE 10 2006 039 684 B4 oder der DE 10 2010 055 011 A1 beschrie ben.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen wird der Legierung teilweise Mangan zugesetzt, um die Klebeneigung an der Druckgießform zu reduzieren und damit die Entformbarkeit der fertigen Gussteile zu verbes sern. Dabei beträgt der Mangangehalt typischerweise zwischen 0,3 und 0,8 Gew.-%. Bei einem Mangangehalt von weniger als 0,3 Gew.-% kommt es zu einer erhöhten Klebeneigung und ein komplexes Gussteil kann nicht mehr aus der Gießform entformt werden. Eine solche Klebeneigung ist nicht nur störend für den Prozess und die Maßhaltigkeit, sondern führt auch zu einem erhöhten Verschleiß des Gießwerkzeugs. Dagegen bewirkt ein zu hoher Mangananteil von mehr als 0,8 Gew.-% aufgrund der Bildung von groben, in termetallischen Ausscheidungen, eine Versprödung des Werkstoffs und da mit eine Verringerung der Duktilität bzw. der Verformbarkeit. Um den Mangangehalt verringern zu können, wird gemäß der EP 1 443 122 B1 Molybdän zu der Legierung hinzugegeben. Durch die Zugabe von Molyb dän kann der erhöhten Klebeneigung, durch die Reduzierung des Mangan- gehaltes, entgegengewirkt werden. Jedoch ist Molybdän als Element relativ teuer, was die Kosten für ein solches Rohmaterial erhöht.

Bei der Lösung gemäß der DE 10 2006 039 684 B4 hat sich herausgestellt, dass der niedrige Siliziumgehalt von 1 bis 5 Gew.-% zu einer zu geringen Festigkeit führt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aluminium- Druckgusslegierung zu schaffen, die eine geringe Klebeneigung und eine hohe Duktilität aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die Erfinder haben überraschenderweise festgestellt, dass eine Reduzierung des Molybdängehalts und ein gleichzeitiger Einsatz von Chrom die Verringe rung der Klebeneigung und die Erhöhung der Duktilität fördern. Im Prinzip wird gegenüber bekannten Legierungszusammensetzungen also ein Anteil an Molybdän, gegebenenfalls auch der gesamte Anteil an Molybdän, durch Chrom ersetzt. Hier reichen bereits sehr geringe Mengen an Chrom aus, um einen deutlichen Effekt zu erzielen. Durch diese zumindest teilweise Substi tution von Molybdän durch Chrom ergeben sich außerdem Kostenvorteile, da der Rohstoffpreis von Chrom wesentlich geringer ist als derjenige von Mo lybdän.

Insbesondere kann durch eine Zugabe von Chrom mit einem Anteil von 0,03 bis 0,06 Gew.-% der Mangangehalt in der Legierung auf einen Anteil von 0,25 bis 0,6 Gew.-% reduziert werden, wodurch sich eine verbesserte Ent- formbarkeit und eine höhere Duktilität ergeben. Das überraschende an der erfindungsgemäßen Legierungszusammenset zung ist demnach, dass geringe Anteile von Chrom die Verringerung des An teils von Molybdän ermöglichen, was sowohl die Bruchdehnung als auch die Entformbarkeit wesentlich verbessert.

Der erfindungsgemäß in der Legierung vorhandene Siliziumanteil von 7,5 bis 11 ,5 Gew.-% gewährleistet dabei eine ausreichende Festigkeit sowie ein ho hes Formfüllungsvermögen der erfindungsgemäßen Aluminium- Druckgusslegierung. Des Weiteren wirkt Silizium bei der Abkühlung Erstar rungslunkern entgegen.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Molybdän mit einem Anteil von 0,001 bis 0,048 Gew.-%, insbe sondere 0,001 bis 0,043 Gew.-%, insbesondere 0,024 bis 0,043 Gew.-%, vorhanden ist. Ein solcher Anteil an Molybdän hat sich hinsichtlich einer gu ten Entformbarkeit und einer hohen Duktilität als sehr gut geeignet erwiesen.

Wenn Chrom mit einem Anteil von 0,04 bis 0,05 Gew.-%, insbesondere 0,04 bis 0,048 Gew.-%, vorgesehen ist, so kann die Klebeneigung des Werkstoffs noch weiter verringert und die Duktilität desselben optimiert werden.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass Mangan mit einem Anteil von 0,35 bis 0,6 Gew.-%, insbesondere 0,45 bis 0,55 Gew.-% vorhanden ist. Ein der artiger Anteil an Mangan hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich einer geringen Klebeneigung herausgestellt.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung können folgende weitere Legierungsbestandteile vorgesehen sein: 0,001 bis 0,15 Gew.-% Ei sen und/oder 0,001 bis 0,08 Gew.-% Magnesium und/oder 0,004 bis 0,15 Gew.-% Titan und/oder 0,01 bis 0,2 Gew.-% Zirkon und/oder 0,008 bis 0,02 Gew.-% Strontium und/oder 0,001 bis 0,1 Gew.-% Vanadium. Dabei gilt, dass Eisen als Verunreinigungselement zwangsläufig immer in kleinen Men gen in der Legierung vorkommt, d.h., je geringer der Eisengehalt, desto teu- rer ist das Reinaluminium. Durch das Hinzulegieren von Magnesium oder Vanadium kann die Festigkeit erhöht werden, was insbesondere bei größe ren Wandstärken des aus der Legierung hergestellten Bauteils, insbesondere bei Wandstärken von 3,5 - 8 mm, vorgenommen wird, da aufgrund der lang sameren Abschreckung des Materials in der Druckgießform die Festigkeit tendenziell geringer ist.

Ein Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug, hergestellt aus einer erfindungsge mäßen Aluminium-Druckgusslegierung, ist in Anspruch 9 angegeben.

Ein solches Strukturbauteil lässt sich für die unterschiedlichsten Einsatzzwe cke bei Kraftfahrzeugen nutzen, da es sowohl die erforderliche Festigkeit als auch eine ausreichende Duktilität und eine gute Entformbarkeit aufweist.

Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung des Strukturbauteils kann darin beste hen, dass das Strukturbauteil als dünnwandige Federbeinaufnahme, Batte riewanne oder Verbindungsteil ausgebildet und ohne Wärmebehandlung hergestellt ist. Für die genannten Bauteile ist die erfindungsgemäße Alumini um-Druckgusslegierung besonders gut geeignet; sie lässt sich jedoch auch für andere Bauteile einsetzen. Durch den Verzicht auf eine Wärmebehand lung des Strukturbauteils wird ein Verziehen desselben vermieden, so dass eine hohe Genauigkeit der Bauteile erreicht werden kann.

Nachfolgend wird eine Versuchsdurchführung und sich dadurch ergebende Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Aluminium-Druckgusslegierung beschrieben.

Anhand eines komplexen Versuchsbauteils mit einem hohen Schussgewicht zwischen 15 und 20 kg, im vorliegenden Fall einem Verbindungsteil zwischen einem Schweller und einem Längsträger eines Kraftfahrzeugs, konnte, wie nachfolgend beschrieben, die durch die erfindungsgemäße Aluminium- Druckgusslegierung erreichbare verbesserte Entformbarkeit eindeutig nach gewiesen werden, wie sich auch der nachfolgenden Tabelle entnehmen lässt. Die mechanischen Kennwerte, d.h. die Festigkeit und die Duktilität, wurden an Flachzugproben mit einer durchschnittlichen Wanddicke von 3,5 mm ermittelt. Flierzu wurden drei unterschiedliche Zusammensetzungen einer Basislegie rung miteinander verglichen und ein Versuchsabguss mit maximal 250 Ab güssen durchgeführt. Um die Entformbarkeit des gegossenen Bauteils aus der Gießform bzw. die Klebeneigung bewerten zu können, wurde der Ver such so lange durchgeführt, bis es aufgrund eines Anklebens des Bauteils an der Gießform bzw. einer nicht möglichen Entfernung des Bauteils zu einer Prozessunterbrechung kam. In den Fällen, in denen es nicht zu einer Pro zessunterbrechung kam, wurde der Versuch nach 250 Abgüssen als in Ord nung beendet. In der Spalte "Entformbarkeit" ist demnach die Anzahl der oh ne Unterbrechung gegossenen Bauteile bis zu einer Prozessunterbrechung aufgrund nicht gegebener Entformbarkeit oder bis maximal 250 Abgüssen angegeben.

Die Zusammensetzung der jeweils eingesetzten Basislegierung war wie folgt: AISi1 OFeO, 13Mg0,04Ti0,09Zr0, 15Sr0,012.

Die Legierung 1 gemäß dem Stand der Technik ließ sich zwar sehr gut ent- formen, wies aufgrund des hohen Mangangehalts jedoch eine sehr geringe Bruchdehnung auf.

Bei den Legierungen 2 und 3 wurde der Mangangehalt reduziert, was jedoch zu einer erhöhten Klebeneigung und dadurch einer schlechtere Entformbar- keit führte. Grundsätzlich macht sich die Reduzierung des Mangangehalts auch in einer höheren Bruchdehnung bei geringfügig niedrigerer Streckgren ze bemerkbar.

Durch die Zugabe von Molybdän bei den Legierungen 4 und 5 konnte zwar sowohl die Bruchdehnung als auch die Entformbarkeit verbessert werden, eine ausreichende Prozessstabilität war aufgrund der immer noch schlechten Entformbarkeit jedoch auch hier nicht gegeben.

Bei den Legierungen 6 und 7 handelt es sich um zwei unterschiedliche Aus führungen der Aluminium-Druckgusslegierung gemäß der vorliegenden Er findung. Hierbei wurde gegenüber den Legierungen 4 und 5 der Molybdän gehalt reduziert und es wurde zusätzlich Chrom hinzugegeben. Dadurch er höhte sich die Bruchdehnung auf für den Einsatz in Kraftfahrzeugen akzep table Werte und es ergab sich eine sehr geringe Klebeneigung und dadurch eine sehr gute Entformbarkeit. Auch die Festigkeit der beiden Legierungen 6 und 7 ist für den Zweck, für den sie vorgesehen sind, ausreichend. Aus der Tabelle geht demnach die oben beschriebene Wirkung der verwendeten An teile an Molybdän und Chrom für die Eigenschaften der Aluminium- Druckgusslegierung hervor.