Hüttenaluminium- Druckguss-Legierungen RHEINFELDEN ALLOYS Inhaltsverzeichnis Druckguss-Legierungen-Handbuch der RHEINFELDEN ALLOYS Allgemeines 2 ALUMINIUM RHEINFELDEN Group 3 RHEINFELDEN FAST ALLOYS 4 Lieferformen 5 Kundenberatung, Entwicklung und Verkaufsservice 6 – 7 Aluminium-Gusslegierungen von RHEINFELDEN ALLOYS 8 – 9 Legierungsprofile für den Druckgießer 10 Publikationen Legierungen 11 – 20 Castasil ®-37 – AlSi9MnMoZr 21 – 24 Castasil ®-21 – AlSi9Sr 25 – 38 Silafont ®-36 – AlSi10MnMg 39 – 40 Silafont ®-38 – AlSi9MnMgZn 41 – 42 Castaman ®-35 – AlSi10MnMg 43 – 44 Thermodur ®-72/-73 – AlMg7Si3Mn – AlSi11Cu2Ni2Mg2Mn 45 – 55 Magsimal ®-59 – AlMg5Si2Mn Verarbeitungsmerkblätter 56 Technische Informationen / Verarbeitungsmerkblätter 57 Castasil ®-37 58 Castasil ®-21 59 Silafont ®-36 60 Silafont ®-38 61 Castaman®-35 62 Thermodur ®-73 63 Thermodur ®-72 64 Magsimal ®-59 Technische Informationen 65 – 66 Oberflächenbeschichtung 67 –68 Fügen von Druckgussstücken 68 Acht Zielstufen des Druckgusses 1 ALUMINIUM RHEINFELDEN Group Fortschritt aus Tradition Unsere Firmenpolitik ALUMINIUM RHEINFELDEN Group: Mit ihr begann die Ge- Die RHEINFELDEN ALLOYS GmbH & Co. KG sieht sich als schichte des Aluminiums in Deutschland. Das erste Lauf- innovativer Hersteller von Aluminium Gusslegierungen, der sich kraftwerk Europas verhalf im Jahre 1898 zur Gründung der schnell auf veränderliche Marktbedürfnisse einstellen kann. ersten Aluminium-Elektrolysehütte auf deutschem Boden, Die zentrale Lage im heterogenen europäischen Gussmarkt im badischen Rheinfelden. Schon immer auf drei Geschäfts- mit vielfach unterschiedlichen Anforderungen an den Werkstoff feldern tätig, entstand im Oktober 2008 im Zuge einer Aluminium bietet dabei Vorteile, ebenso wie die Agilität dieses Umstrukturierung aus der Aluminium Rheinfelden GmbH inhabergeführten Unternehmens und der langjährige Erfahrungs- eine Holding Gesellschaft und die bisherigen Geschäfts- schatz der Mitarbeiter. bereiche ALLOYS , SEMIS und CARBON wurden zu eigenständigen GmbH & Co. KGs. Die Firmenphilosophie von RHEINFELDEN ALLOYS ist es, auch www.rheinfelden-group.eu die sich weiterentwickelnden geforderte Qualitätsstandards von ISO/VDA einzuhalten. Fragen Sie nach unseren aktuellen Zertifi- Die Group besteht aus katen oder entnehmen diese unserer Homepage. RHEINFELDEN ALLOYS GmbH & Co. KG: Überall dort, wo Stahlkonstruktionen oder Eisenguss durch den leichten Werkstoff-Neuentwicklungen richten sich stets an einem effizi- Aluminiumguss abgelöst werden können, ist RHEINFELDEN enten und ressourcenschonenden Einsatz von Aluminiumguss ALLOYS aktiv. Als starker Partner, vor allem für die Bereiche aus. Stets ist RHEINFELDEN ALLOYS bestrebt, durch maß- Automotive und Maschinenbau bietet RHEINFELDEN ALLOYS geschneiderte und weiterentwickelte leistungsfähigere Werk- auf den Prozess und das Gussteil maßgeschneiderte Legie- stoffe zur Gewichtsreduzierung bei Kraftfahrzeugen beizutragen rungen nach individuellen Kundenanforderungen. und so CO2-Emissionen – den sogenannten Carbon Footprint – www.rheinfelden-alloys.eu · Tel. +49 7623 93 490 zu reduzieren. RHEINFELDEN SEMIS GmbH & Co. KG www.rheinfelden-semis.eu RHEINFELDEN CARBON GmbH & Co. KG www.rheinfelden-carbon.eu 2 RHEINFELDEN FAST ALLOYS Heute bestellt, morgen produziert, übermorgen versandbereit 7 Gründe für RHEINFELDEN FAST ALLOYS • Keine Lagerkosten • Keine Finanzierungskosten • Keine Börsenspekulationen • Keine Lieferengpässe • Flexibilität für Ihre Produktion • Zeitnahe Reaktion auf kleinste Veränderungen im Markt • Erhöhte Flexibilität bei der Bearbeitung Ihrer Kundenanfragen Panoramaansicht des gesamten Komplexes 3 Lieferformen RHEINFELDEN-Massel: Seit Inbetriebnahme des neuen „RHEINFELDEN Production System“ werden alle unsere Werkstoffe in Form von RHEINFELDEN -Masseln geliefert. Diese Masselform löst nach vielen Jahren die HSG-Massel ab, behält jedoch alle Vorteile der alten Lieferform bei. Flüssigmetall: Wenn Sie Ihre Metalllieferungen direkt in die laufende Produktion eingehen lassen möchten, beliefern wir Sie auch mit Flüssigmetall. Analyse: Der Lieferschein beinhaltet die gemittelte „Ist“-Analyse der Charge. Stapel-Kennzeichnung: Jeder Stapel erhält ein Informationsfeld mit dem Markennamen bzw. Legierungsgruppen-Bezeichnung, der internen Werkstoffnummer, dem Stapelgewicht, Sicherheitshinweis und auf Wunsch eine Farbmarkierung. Die Chargennummer setzt sich aus fortlaufender Produktionsnummer und der Stapelnummer innerhalb der Abguss-Charge zusammen. Maschinenlesbare Barcodes können auf dieses Feld aufgedruckt sein. Massel Stapel mit 13 Lagen Gewicht 6 – 8 kg Stapelgewicht bis 760 kg Grundfläche 716 × 108 mm Stapelgrundfläche 716 × 716 mm Höhe bis 52 mm Stapelhöhe bis 780 mm RHEINFELDEN-Massel Der Masselstapel von RHEINFELDEN ALLOYS ist ein Einzelstapel bestehend aus 95 Einzelmasseln, inklusive der 4 Fußmasseln, hier in 13 Lagen. 4 Kundenberatung, Entwicklung und Verkaufsservice RHEINFELDEN ALLOYS hat sich der Aufgabe verschrieben, dem Gusswerkstoff Aluminium neben seiner naturgegebenen Leichtigkeit die nötigen Festigkeits- und Verformungseigenschaften zu geben, um auch hiermit seinen Beitrag zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen im Kraftfahrzeugbau zu leisten. Jedes Produkt und jeder Kunde hat individuelle Anforderungen und Wünsche an den Werkstoff. Unsere Aufgabe ist es, diese Bedürfnisse zu antizipieren und neben den Standardlegierungen maßgeschneiderte Werkstoffe zu erarbeiten, die genau auf ihre Bauteile und deren Anforderungen abgestimmt sind. RHEINFELDEN Gießereiberatung In gießereitechnischen Angelegenheiten können Sie die RHEINFELDEN Gießereiberatung durch unsere Fachingenieure und die Möglichkeiten unseres Tech-Centers in Anspruch nehmen. Wir beraten in Fragen der Anwendung von Aluminiumguss und dessen Konstruktion sowie der geeigneten Legierungswahl. Profitieren Sie von unseren Erfahrungen ! RHEINFELDEN Tech-Center Der Faktor Zeit spielt bei den gießtechnischen Problemen unserer Kunden eine immer wichtigere Rolle. Daher ist von großer Bedeutung, Einrichtungen zur Verfügung zu haben, die es gestatten, Probleme experimentell schnell zu lösen bzw. neue Erkenntnisse umgehend in die Produktion einfließen zu lassen. Diese branchenweit renommierte technische Unterstützung ist ein exklusiver Service für Kunden von RHEINFELDEN ALLOYS. Ziele unserer Entwicklungsarbeit Das Tech-Center unterstützt sowohl die RHEINFELDEN-Entwicklung als auch die Entwicklungsprojekte unserer Kunden mit folgenden Zielen: • Optimieren der mechanischen und gießtechnischen Eigenschaften der Aluminium-Gusslegierungen • Legierungsentwicklung unter Berücksichtigung der entsprechenden Gieß- und Verarbeitungsverfahren • Zusammenarbeit mit Konstrukteuren zur werkstoffgerechten Anwendung unserer Gusslegierungen inklusive Prüfung der mechanischen Eigenschaften RHEINFELDEN Verkaufsservice Das Serviceportfolio richten wir immerfort an den Anforderungen unserer Kunden aus. Unser Vertriebsteam unterstützt Sie bei der Entwicklung Ihrer Einkaufsstrategie. RHEINFELDEN ALLOYS kann Ihnen auf Ihre Anforderungen zugeschnittene Preis- und Liefermodelle anbieten. RHEINFELDEN Internetportal www.rheinfelden-alloys.eu Die RHEINFELDEN-Entwicklung nutzt auch die Phasensimulation als ein Werkzeug zur Berechnung und Optimierung von temperaturabhängigen Werkstoffeigenschaften für eine Vielzahl von Aluminiumlegierungen. Hier dargestellt ist die Erstarrungssimulation der Magsimal-59 bei vollem Diffusionsausgleich, was gleichbedeutend mit einer unendlich langsamen Erstarrung ist. 5 Aluminium-Gusslegierungen von RHEINFELDEN ALLOYS Get the spirit of RHEINFELDEN Quickfinder für passgenaue Legierungsauswahl Die Tabelle auf dieser Seite gibt einen Überblick über die im Automobilbau verwendeten RHEINFELDEN ALLOYS Aluminium-Gusslegierungen. Weiterhin wird – – – Silafont-38AlSi9MnMgZn — – – – Silafont-09AlSi9 — — — – – b ei 20 0 °C T6 tigkeit rkeit na ch S p a nb a Warmfe s S p a nb a rkeit be iF Schweiß barkeit it / Duk tiliät truk tion e Kons Schlag zähigke ndigkeit nwandig für dün nsbestä Här te Korrosio g zum S tanznie ten Festigk eit im G us szus tand D e h nu n g Eignun isierbar technis — Silafont-20AlSi11Mg ch a no d arkeit elek tris — Castaman-35AlSi10MnMg — — – Castasil-37AlSi9MnMoZr — — – – Unifont-94AlZn10Si8Mg — — – – – – – – – –– – – — – – – – — – – – – – – – Anticorodal-71AlSi7Mg0,3-E — – – – Rotoren-Al 99,7 Al99,7-E – –– — — – Castadur-30AlZn3Mg3Cr Magsimal-59AlMg5Si2Mn — Thermodur-72AlMg7Si3Mn Thermodur-73 leitfähige Bauteile — – Silafont-36AlSi10MnMg Alufont-52AlCu4Ti 6 Bördelb Struktur- und Fahrwerksteile Anticorodal-70AlSi7Mg0,3 Druckguss chemische Bezeichnung Kokillenguss Legierung Sandguss Anwendung im Gießverfahren c h e Le it fähigk eit en im Detail auf Eigenschaften der hier genannten Gusswerkstoffe eingegangen. AlSi11Cu2Ni2Mg2Mn Castasil-21AlSi9Sr — — ausgezeichnet gut sehr gut ausreichend – bedingt — nicht angewandt Castasil ® – Große Flächen, hohe Maßhaltigkeit, hervorragend zu gießen Eine Legierung, geschaffen für die großflächigen, druckgegossenen Bauteile im Automobilbau. Für Strukturteile in der Karosserie oder für wärmeableitende Bauteile haben inzwischen zahlreiche Hersteller die Vorteile dieser Legierungen erkannt: hohe Maßhaltigkeit, einsetzbar ohne Wärmebehandlung, gut verformbar, leicht zu schweißen, bzw. bei Castasil-21 mit höchster elektrischer und Wärme-Leitfähigkeit. Das Vorbild aus der Natur: die Weinranke, die sich der Sonne entgegen windet, flexibel, elastisch und doch erstaunlich zäh und fest. > Seite 11 Silafont ® – Unendlich vielfältig in seinen Eigenschaften Eine Familie von Werkstoffen, die sich präzise auf die zu fertigenden Teile und den Produktionsprozess des einzelnen Kunden anpassen lassen: mit jedem Gießverfahren verarbeitbar, hervorragende Fließeigenschaften, die Dehnung verbessern Natrium oder Strontium-Veredelung. Für komplexe, feingliedrige Bauteile, die genau definierte Anforderungen zu erfüllen haben und höchste Leistungsfähigkeit in der Produktion ermöglichen. Silafont ist dem fließenden Wasser nachempfunden, das in jeden Winkel vordringt, jede Form und jeden Stein umspült. > Seite 25 Castaman ® – Verringerung des Carbon-Footprint Eine Legierungsfamilie, die die Möglichkeiten des Recycling ausschöpft, um einer gewünscht hohen Nachhaltigkeit – darstellbar im eingesparten Carbon Footprint – entgegen zu kommen. Das Vorbild der Natur: die Lupine – wachsend aus dem Humus der letztjährigen Pflanzen. > Seite 41 Thermodur ® – Ein Schritt in die Zukunft Aluminium-Gusswerkstoffe, die hohen Temperaturen widerstehen und damit eine wesentliche Voraussetzung für mehr Effektivität von Verbrennungsmotoren darstellen: mehr Leistung, geringerer Kraftstoffverbrauch, längere Haltbarkeit und weniger Emissionen. Das Vorbild aus der Natur ist die Seide der Spinne: herausragende mechanische Eigenschaften, von höchster Festigkeit auch bei hohen Temperaturen, stabil, belastbar und wunderbar leicht. > Seite 43 Magsimal ® – Von filigraner Leichtigkeit, aber extrem belastbar Eine Legierung für feingliedrige Teile, die aber ihre Festigkeit und präzise Form über lange Zeit beibehalten müssen. Gut schweißbar, hohe Belastbarkeit, fast unbeschränkt in den Anwendungsmöglichkeiten. Höchste Korrosionsbeständigkeit, auch gegenüber Meerwasser. Teile, die dem Bauplan der Flügel einer Libelle nachempfunden sind: Hauchdünn, elastisch und doch von höchster Festigkeit und Dauerhaftigkeit, ermöglichen sie dem zierlichen Insekt Flugleistungen, die immer wieder aufs Neue verblüffen. > Seite 45 7 Legierungsprofile für den Druckgießer Get the spirit of RHEINFELDEN Castasil ®- 37 [ AlSi9MnMoZr ] • keine Wärmebehandlung not- • ohne Alterung bei Wärmebeeinflussung den AlSi-Druckgusslegierungen wendig zum Erreichen hoher • hohe Dehngrenze und ausgezeichnete im Gusszustand Dehnung • ausgezeichnet schweißbar; Dehnung im Gusszustand • gute Entformbarkeit; geeignet • sehr gute Korrosionsbeständigkeit für geringste Wanddicken geeignet für Bördeln, Clinchen • hohe Dauerfestigkeit; höchste unter und Stanznieten Zustand Wanddicke [ mm ] Rp0,2 [ M Pa ] Rm [ M Pa ] A [ % ] F 2 – 3 120 – 150 260 – 300 10 – 14 F 3 – 5 100 – 130 230 – 280 10 – 14 Castasil ®- 21 [ AlSi9Sr ] • Höchste Wärme- und beste •h ohe Dehngrenze und Dehnung • geeignet für geringe Wanddicken elektrische Leitfähigkeit • gute Entformbarkeit im Gusszustand oder bei AlSi-Druckgusslegierungen • ohne weitergehende Alterung bei nach Wärmebehandlung durch geringste Anteile an •g eeignet für Bördeln, Clinchen und Wärmebeeinflussung chemischen Störelementen • sehr gute Korrosionsbeständigkeit Stanznieten, besonders im Zustand O Zustand Rp0,2 [ M Pa ] Rm [ M Pa ] A [ % ] Leitfähigkeit [ MS /m ] F 90 – 100 200 – 230 6 – 9 23 – 25 O 80 – 90 170 – 190 9 – 14 25 – 28 Silafont ®- 36 [ AlSi10MnMg ] • ausgezeichnet gießbar •g ute Entformbarkeit •h ohe Dauerfestigkeit • geeignet für geringste Wanddicken •w ärmebehandelbar auf höchste • a usgezeichnet schweißbar • Magnesium-Gehalt auf unterschiedliche Anforderungen einstellbar 8 Dehnung und hohes • a usgezeichnet bearbeitbar Energieaufnahmevermögen •g eeignet für Bördeln, • s ehr gute Korrosionsbeständigkeit Clinchen und Stanznieten Zustand Rp0,2 [ M Pa ] Rm [ M Pa ] A [ % ] Härte [ HBW ] F 120 – 150 250 – 290 5 – 11 75 – 95 T7 120 – 170 200 – 240 15 – 20 60 – 75 Castaman®- 35 [ AlSi10MnMg ] •W ärmebehandlung T6 ermöglicht breiten • ausgezeichnet gießbar, auch für Festigkeitsbereich große Bauteile • gute Entformbarkeit • s ehr gute Korrosionsbeständigkeit bei hoher Dauerfestigkeit • Magnesium-Gehalt auf unterschiedliche • a usgezeichnet bearbeitbar und schweißbar •g eeignet für Bördeln, Clinchen und Stanznieten Anforderungen einstellbar Zustand Rp0,2 [ M Pa ] Rm [ M Pa ] A [ % ] Härte [ HBW ] F 120 – 150 200 – 270 4 – 9 75 – 90 T6 180 – 260 250 – 320 6 – 12 80 – 110 Thermodur ®- 72 [ AlMg7Si3Mn ] • Anwendung im Gusszustand auch für dickwandigeren Druckguss • geringe Schmelzeoxidation durch patentierte Legierungszusätze • k ein Kleben an der Form •h öhere Schwindung gegenüber AlSi-Legierungen •h ohe Dehnung auch bei Raumtemperatur •s ehr hohe Warmfestigkeit, gerade auch oberhalb 225 °C • sehr hohe Korrosionsbeständigkeit Auslagerung Rp0,2 [ M Pa ] Rm [ M Pa ] A [ % ] Härte [ HBW ] 20 °C 190 – 200 350 – 380 7 – 10 80 – 100 225 °C / 500 h 150 – 175 180 – 205 < 20 Thermodur ®- 73 [ AlSi11Cu2Ni2Mg2Mn ] • ausgezeichnet gießbar, auch für dickwandige • hohe Dauerfestigkeit als Fe-arme Gusslegierung • ausgezeichnet bearbeitbar Bauteile geeignet • T5 Stabilisierung möglich, verringert Bauteilverzug • sehr hohe Härte • gute Korrosionsbeständigkeit durch eng tolerierte Anteile • sehr hohe Warmfestigkeit Auslagerung Rp0,2 [ M Pa ] Rm [ M Pa ] A [ % ] Härte [ HBW ] 150 °C / 500 h 280 – 310 330 – 355 <1 130 – 150 225 °C / 500 h 130 – 155 250 – 280 1 – 2 Magsimal ®- 59 [ AlMg5Si2Mn ] • Anwendung im Gusszustand für Druckguss •s ehr hohe Korrosionsbeständigkeit, keine Spannungsriss-Korrosion von 2 bis 8 mm Wanddicke • kein Kleben an der Form •s ehr hohe Dauerfestigkeit • höhere Schwindung gegenüber AlSi-Legierungen • a usgezeichnet schweißbar, auch geeignet • naturharte Legierung mit Aushärteeffekt für Bördeln, Clinchen und Stanznieten Zustand Wanddicke [ mm ] Rp0,2 [ M Pa ] Rm [ M Pa ] A [ % ] F 2 – 4 160 – 220 310 – 340 12 – 18 F 4 – 6 140 – 170 250 – 320 9 – 14 9 Publikationen http://rheinfelden-alloys.eu/downloads/ Kataloge / Handbücher Hüttenaluminium-GusslegierungenHandbuch Hüttenaluminium-Gusslegierungen Leporello Anwendungs- und Verarbeitungsmerkblätter Code Silafont-36 Sf-36 518 Silafont-38 Sf-38 519 Silafont-09 Sf-09 516 Castasil-21 Ci-21 562 Castasil-37 Ci-37 561 Castaman-35 Cm-35 571 Thermodur-73 Td-73 562 Unifont-94 Uf-94 532 Magsimal-59 Ma-59 545 Rotoren-Aluminium Al 99,7 - E 551 Berichte aus der Praxis und Legierungsentwicklung Code Producing Low-iron Ductile Aluminium Die Casting in Silafont-36 630 Erfahrungen aus der Serienproduktion von druckgegossenen Lenkradskeletten in der Legierung Magsimal-59 632 Qualitätsorientierte Schmelzeprüfung in der Aluminiumgießerei 623 Möglichkeiten des Aluminiumdruckgießens – Anwendung dieser Technologie im Grenzbereich; Sf-36 und Ma-59 635 Potentials of aluminium pressure die casting – application of this technology close to the limits; Sf-36 and Ma-59 636 31 Gründe, Aluminiumguss anzuwenden 629 Duktile Druckgusslegierung mit geringem Eisengehalt; Silafont-36 803 Druckgusslegierung mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften im Gusszustand; Magsimal-59 804 Nicht alternde duktile Druckgusslegierung für den Automobilbau; Castasil-37 806 10 Castasil ®-37 Große Flächen, hohe Maßhaltigkeit, hervorragend zu gießen Die von RHEINFELDEN ALLOYS entwickelte Castasil-37 Die chemische Zusammensetzung ergibt folgende besitzt im Gusszustand schon mechanische Eigen- Gießeigenschaften: schaften, die denen herkömmlicher AlSi-Legierungen in • ausgezeichnet gießbar der Dehnung überlegen sind. Gleichzeitig zeichnet sie • geeignet für geringste Wanddicken sich durch eine einfache Handhabung in der Schmelzerei, • gute Entformbarkeit sowie eine hervorragende Gieß- und Schweißbarkeit aus, was komplexe Konstruktionen und Gestaltung erlaubt. Bei immer mehr Anwendungen, hauptsächlich im Beispielweise haben Stanznietversuche im Gusszustand Automobilbau, erhalten weitere Eigenschaften höhere gute Resultate erbracht. Bedeutung: • hohe Dauerfestigkeit In der Hauptsache werden die mechanischen Eigenschaf- • sehr gute Korrosionsbeständigkeit ten durch das legierte Silizium, Mangan, Molybdän und • ausgezeichnet schweißbar Strontium beeinflusst. Ein niedriger Magnesium-Gehalt ist • ausgezeichnet bearbeitbar wichtig für das ausgezeichnet stabile Langzeitalterungs- • geeignet für Stanznieten und Clinchen verhalten. • geeignet für Klebeverbindungen im Fahrzeugbau 11 Castasil ®- 37 – Eigenschaften auf einen Blick Chemische Zusammensetzung der Castasil - 37, AlSi9MnMoZr [%] Si min. 8,5 max. 10,5 Fe Cu Mn Mg Zn 0,35 0,15 0,05 0,6 0,06 0,07 Mo Zr 0,1 0,1 0,3 0,3 Ti Sr andere gesamt 0,006 0,15 0,025 0,10 Mechanische Eigenschaften Wanddicke [ mm ] Dehngrenze Rp0,2 [MPa ] Zugfestigkeit Rm [ MPa ] Bruchdehnung A [ % ] 2 – 3 120 – 150 260 – 300 10 – 14 3 – 5 100 – 130 230 – 280 10 – 14 5 – 7 80 – 110 200 – 250 10 – 14 Physikalische Eigenschaften Einheit Erstarrungsintervall Gültigkeitsbereich 595 – 550 °C 2,69 kg / dm3 20 °C 68 – 75 GPa 20 °C Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient 21 1 / K × 10 -6 20 – 200 °C Thermische Leitfähigkeit 1,3 W / (K × cm) Elektrische Leitfähigkeit 18 – 22 Dichte Elastizitätsmodul Wechselfestigkeit (r = -1); Gusszustand (F); gekerbte Probe (K t = 1,2) MS / m oder m / ( Ω × 86 20 – 200 °C mm2) 20 °C MPa 106 Zyklen Castasil-37 Silafont-36 AlSi9Cu3(Fe) sehr gut mittel gut Warmrissempfindlichkeit gering gering gering Klebeneigung gering gering gering Formenstandzeit > 80 % > 80 % 100 % 0,4 – 0,6 % 0,4 – 0,6 % 0,4 – 0,6 % Kapitel „Technische Informationen“ beachten ! Verarbeitungseigenschaften im Vergleich zu anderen Druckgusslegierungen Legierungstyp Stabilität der mechanischen Eigenschaften Schwindmaß 12 Castasil ®- 37 [ AlSi9MnMoZr ] Längsträger / Audi A8 Castasil-37; Gusszustand 1400 × 600 × 300 mm; Gewicht: 10 kg Die besonderen Eigenschaften der Castasil-37 im Gusszustand (F) führen zusammen mit sehr gut implementierten Druckgießprozessen bei den Herstellern zu den erforderlichen mechanischen Kennwerte, d.h. hohe Festigkeit (Dehngrenze >120 MPa) und sehr gute Duktilität (Dehnung > 10 %). Neben der gesamthaft erzielten Gewichtsreduzierung von über 200 kg im Fahrzeug-Körper (BIW) tragen diese Guss-Strukturteile aus Castasil-37 wesentlich zur Reduzierung des „Carbon-Footprint“ schon während der energiearmen Herstellung und darüber hinaus über die zu erwartende lange Nutzungszeit von PremiumFahrzeugen bei. Federbeindom Castasil-37; Druckguss Wanddicke 5 mm, 430 × 330 × 340 mm; Gewicht: 4,4 kg In immer mehr Personenkraftwagen kommen kompakte Federbeindome zur Anwendung, hergestellt im vakuumunterstützten Druckgießverfahren. Der hier abgebildete Castasil-37 Federbeindom mit hoher Funktionsintegration wird ohne weitere T6- / T 7-Wärmebehandlung im Pkw-Vorderwagen verbaut. Damit wird eine aufwendige, mehrteilig gefügte Stahlblechkonstruktion ersetzt. Diese druckgegossenen Federbeindome sind gut schweiß-, niet- und klebbar, widerstehen den hohen dynamischen Belastungen im Fahrbetrieb auf Dauer und tragen im Allgemeinen neben der Gewichts- und Herstellkostenreduzierung auch durch die Reduzierung von Verbindungs- und Fügeflächen zu einer wesentlichen Versteifung der BIW-Struktur bei. 13 Castasil ®- 37 [ AlSi9MnMoZr ] Abdeckung für Schaltelektrik Castasil-37; Gusszustand 365 × 270 × 45 – 65 mm; Gewicht: 0,69 – 1,5 kg Querversteifung / Sportwagen Castasil-37; Gusszustand 370 × 70 × 60 mm; Gewicht: 0,18 kg A-Säule Pkw / Audi Castasil-37; Gusszustand; schweißgeeignet 815 × 575 × 190 mm; Gewicht: 6 kg Als Strukturbauteil muss dieses große Druckgussstück hohe Crash-Sicherheit für die Insassen ermöglichen und während der Laufzeit einige weitere Fahrzeugbauteile aufnehmen oder tragen. Auch Teile der Fahrzeug-Elektronik sind hier anmontiert, wobei die Wärmeableitung des Aluminiumbauteiles von Vorteil ist. Türinnenteile eines Sportwagens Castasil-37; Gusszustand 620 × 340 × 170 mm; Gewicht: 1,2 kg 700 × 340 × 170 mm; Gewicht: 2,1 kg 14 Castasil ®- 37 [ AlSi9MnMoZr ] Sicherheitsgehäuse für Hochvolt-Steckerleiste Castasil-37; Gusszustand 210 × 330 × 140 mm; Gewicht: 1,5 kg In Elektrofahrzeugen ist die Leistungselektronik in besonderem Maße zu schützen und wird durch ein crashsicheres Gehäuse vor unbeabsichtigten Kontakt geschützt. Dazu zählt auch ein weiterer druckgegossener Deckel, der unbeabsichtigtes Steckerlösen bei Service-Kontrollen verhindert. Verdeckversteifung Castasil-37; Gusszustand; schweißgeeignet 260 × 220 × 60 mm; Gewicht: 0,6 kg Verstärkung A-Säule innen und Längsträgerknoten einer Aluminiumkarosserie / Lamborghini Castasil-37; Gusszustand; schweißgeeignet 320 × 210 × 200 mm; Gewicht: 2,0 kg Verdeckhebel für Cabrio / VW Castasil-37; Gusszustand 510 × 100 × 80 mm; Gewicht: 0,56 kg Im Crashfall sind die Verdeckhebel eines aufziehbaren Verdeckes den Heck-Passagieren eines Fahrzeuges besonders nahe und unterliegen damit besonders hohen Anforderungen an Duktilität. Ein Abbrechen dieser Bauteile muss verhindert werden. Castasil-37 wird in diesem Verdeckhebel den Anforderungen besonders gerecht. 15 Castasil ®- 37 – Chemische Zusammensetzung [%] Si min. 8,5 max. 10,5 Fe Cu Mn Mg Zn 0,35 0,15 0,05 0,6 0,06 0,07 Mo Zr 0,1 0,1 0,3 0,3 Ti andere gesamt Sr 0,006 0,15 0,10 0,025 Tab. 1: Chemische Zusammensetzung von Castasil-37, AlSi9MnMoZr in der Massel (in Masse-%) Tabelle 1 zeigt die typische chemische Zusammensetzung. Der Silizium-Gehalt zwischen 8,5 und 10,5 % ermöglicht eine gute Gießbarkeit und ein hervorragendes Formfüllungsvermögen. Dies ist wichtig bei dem Gießen großer Teile oder bei der Füllung komplexer Konstruktionen. Die Ausdehnung des Siliziums bei der Erstarrung bewirkt eine geringere Schrumpfung und Warmrissneigung verglichen mit anderen Legierungssystemen. Strontium veredelt das eutektische Silizium, was sehr wichtig Al15Mn3Si4 ist für die Duktilität. Die Zugabe von Strontium verändert die 20 μm Morphologie des Siliziums von lamellar oder platten- in korallenförmig. Da Strontium die Wasserstoff-Aufnahme fördert, ist eine wirkungsvolle Entgasungsbehandlung der Schmelze mit einem Abb. 1: G efüge der Castasil-37, AlSi9MnMoZr im Gusszustand, 3 mm Probeplatte rotierenden Impeller notwendig. Dies hält den WasserstoffGehalt niedrig und reduziert so die Porosität und verbessert die Schweißbarkeit. Die hohe Dehnung ergibt sich im Wesentlichen aus der hohen Abkühlgeschwindigkeit des Druckgussprozesses, der Veredelung mit Strontium und dem sehr fein verteilten 180 zunehmende Alterung Eutektikum. Diese heben die Dehnungswerte bis auf 12 % an. Der Unterschied zwischen einem sehr feinen Eutektikum der Silafont-36 zeigen die Abb. 1 beziehungsweise Abb. 4 auf Seite 32. Die Gefüge stammen von 3 bzw. 4 mm dicken druckgegossenen Probeplatten. Ein Eisen-Gehalt unter 0,15 % minimiert die Bildung von AlFeSiPhasen, die sich nadelfömig im Gefüge ausbilden. Aufgrund ihrer Form verschlechtern sie Festigkeit, Dehnung und Dauerfestigkeit und fördern die Rissbildung bei Belastung. Mangan dient anstelle von Eisen der Vermeidung der Klebeneigung an der Druckgussform. Mangan bildet Al12Mn3Si2-Phasen, die als globulitische Partikel im Gefüge auftreten. Magnesium ist sehr niedrig gehalten, da es das Langzeitalterungsverhalten bestimmt. 16 Streckgrenze Rp0,2 [MPa] Castasil-37 und einem veredelten, aber gröberen Eutektikum der 120 °C 1000 h 170 160 Magnettafeln Roadshow 150 alter Katalog S.31 180 °C 3h 140 Gusszustand 130 120 0,003 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 Magnesium-Gehalt [%] Abb. 2: Streckgrenze in Abhängigkeit des Magnesium-Gehaltes im Gusszustand und nach Alterungsversuchen; Probeplatte 220 × 60 × 3 mm Castasil ®- 37 – Mechanische Eigenschaften Einfluss von Magnesium auf das Alterungsverhalten Abb. 2 zeigt auch die Abhängigkeit der Streckgrenze von dem Einen Überblick über die Eigenschaften von Castasil-37 im Magnesium-Gehalt in den Zuständen F (Gusszustand) und O Gusszustand und nach Auslagerung bei 120 °C für 1000 h (fast (120 °C / 1000 h). Belässt man die Proben im Gusszustand bei 6 Wochen) zeigt Abb. 2. Die Eigenschaften des Werkstoffs än- Raumtemperatur bleibt die Streckgrenze circa auf einem Niveau dern sich im Laufe der Zeit, wobei der Einfluss des Magnesiums bei verschiedenen Magnesium-Gehalten. Bei erhöhter Tempe- auf das Alterungsverhalten deutlich wird. Um diese natürliche ratur jedoch verändern sich die Eigenschaften des Werkstoffs Alterung zu vermeiden oder ihren Einfluss zu minimieren, ist eine merklich mit zunehmendem Magnesium-Gehalt. Ab einem Gehalt Warmauslagerung nötig. Die im Folgenden erläuterten Versuche zwischen 0,04 % und 0,08 % beginnt die Alterung. Als Grenz- sollen zeigen, bei welchen Magnesium-Gehalten kein Altern wert kann 0,06 % angenommen werden. Bei Zugfestigkeit und auftritt und wie sich die mechanischen Eigenschaften verändern. Dehnung konnte keine deutliche Abhängigkeit von dem Magnesium-Gehalt festgestellt werden. In allen Zuständen wurden Tab. 2 zeigt die chemischen Analysen der getesteten Varianten. Dehnungswerte zwischen 10 % und 12 % ermittelt, was ziemlich Magnesium wurde in Gehalten zwischen 0,003 % und 0,1 % zu- hoch ist für eine AlSi-Legierung im Gusszustand. gegeben. Der Mangan-Gehalt wurde auf einem optimalen Niveau von 0,6 % gehalten und Strontium bei 120 ppm für eine gute Ver- Die mechanischen Eigenschaften von Castasil-37 hängen, edelung des eutektischen Siliziums. Zur Ermittlung der mecha- was die Dehnung angeht, in geringem Maße von der Wanddicke nischen Eigenschaften wurden Probeplatten 220 × 60 × 3 mm bzw. den Erstarrungsbedingungen ab. Auffallend ist die sehr gegossen in einer Form mit einfacher Kavität. Die Druckguss- hohe Dehnung, die bei 2 mm Wanddicke 11,6 % und auch bei 3 Maschine mit 400 t Zuhaltekraft wurde mit einem angepassten bis 6 mm sogar 14 % beträgt. Zwangsentlüftungssystem betrieben. Die mechanischen Festigkeiten reagieren aber in gewohnter Die Schmelze wurde einer Entgasungsbehandlung mittels eines Weise auf die dicker werdende Gusswand und deren jeweils rotierenden Impellers unterzogen und die Dichte mittels einer längere Erstarrungszeit. Unterdruckdichteprobe überprüft. Vor der Entgasung wurde ein Dichteindex zwischen 3 % und 5 % festgestellt, danach unter Castasil-37 erreicht an unseren Flachzugstäben eine Streck- 2 %. Zur Simulation der Langzeitalterung im Gusszustand wurden grenze von 139 MPa bei 2 mm Wanddicke, die stetig abfällt auf Proben bei 120 °C für 1000 Stunden warmausgelagert. 95 MPa bei 6 mm (siehe Abb. 3). Damit liegt die Dehngrenze um etwa die Hälfte höher als bei anderen Magnesium-freien AlSi-Druckgusslegierungen. Gleichzeitig wird die Dehnung stabil über 12 % gehalten; wichtig für moderne Anwendungen im crash-relevanten Karosseriebau. Nr. Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Sr 1 10,2 0,09 0,001 0,60 0,003 0,005 0,08 0,0126 2 10,1 0,09 0,001 0,60 0,020 0,005 0,08 0,0121 3 10,5 0,10 0,002 0,60 0,040 0,006 0,08 0,0150 4 10,3 0,09 0,002 0,59 0,082 0,005 0,08 0,0120 5 10,3 0,09 0,002 0,61 0,102 0,005 0,08 0,0120 Tab. 2: Chemische Zusammensetzungen der Versuchsreihe mit unterschiedlichem Magnesium-Gehalt in Gewicht- % 17 Castasil ®- 37 – Mechanische Eigenschaften Die sehr gleichmäßig ausgebildete Spannungs-Dehnungskurve in Wärmebehandlung Abb. 4 ergibt sich aus dem gleichmäßig veredelten Gefüge ohne Um eine weiter erhöhte Dehnung zu erreichen, kann Castasil-37 verfestigende Magnesium-Mischkristalle. zum Zustand O geglüht werden (ohne Lösungsglühen). Die mechanischen Eigenschaften für verschieden lang geglühte Einer der Vorteile von Castasil-37 sind gute mechanische Eigen- Zustände zeigt Abb. 5. Bei einer Glühtemperatur von 350 °C fällt schaften im Gusszustand, um Zeit und Kosten einer Wärmebe- die Streckgrenze von 114 MPa im Gusszustand schrittweise auf handlung mit Lösungsglühen einzusparen, die Verzug der Teile 93 MPa nach 90 Minuten. Die Zugfestigkeit verhält sich ähnlich. erzeugt und einen zusätzlichen Richtprozess nötig macht. Technisch betrachtet können Dehngrenze und Zugfestigkeit als stabil angenommen werden ! Die Dehnung dagegen nimmt kontinuierlich zu, von 14 % auf 16,5 % nach 90 Minuten. Das heißt, Castasil-37 lässt sich in der Dehnung erhöhen durch eine einstufige Glühbehandlung zum Zustand O. A 14 Rm 12 10 8 6 Rp0,2 4 2 1 2 3 4 5 6 7 Wanddicke [mm] Dauerfestigkeit Zusätzlich zu den Eigenschaften bei statischer Belastung benötiBruchdehnung A [%] Spannung R [MPa] 16 gt der Konstrukteur Informationen zur dynamischen Belastbarkeit eines Werkstoffs. Um die Wechselfestigkeit zu ermitteln wurden Proben aus druckgegossenen Platten mit 4 mm Wanddicke und im Gusszustand entnommen. Die Probenform hat einen entscheidenden Einfluss auf die Zahl der erreichten Lastwechsel. Im vorliegenden Fall wurde der Formfaktor K t = 1,2 gewählt. Die Ergebnisse des Dauerfestigkeitsversuches sind in Abb. 6 dargestellt. 0 Die Linien im Diagramm sind darin nach dem im Jahr 2007 gebräuchlichen Auswerteverfahren ermittelt. Die eingezeichneten Wöhler-Kurven stellen die Belastbarkeit unter Wechsellast bei Abb. 3: M echanische Eigenschaften von Castasil-37, AlSi9MnMoZr im Gusszustand (F) in Abhängigkeit von der Wanddicke 5 %, 50 % und 95 % Bruchwahrscheinlichkeit dar. Somit erträgt Castasil-37 1 Million Lastwechsel bei einer Amplitude von 86 MPa (Bruchwahrscheinlichkeit 5 %) und mit 50 % Bruchwahrscheinlichkeit bei einer Amplitude von 103 MPa. Dies entspricht 39 % der statischen Kerbzugfestigkeit bezogen auf die verwenF dete Probenform. Erfahrungsgemäß erreichen gegossene Proben herkömmlicher Aluminiumlegierungen im wärmebehandelten Spannung R [MPa] Zustand nur einen weit niedrigeren Wert. Hochgeschwindigkeitsverformung Allgemein ist das Werkstoffverhalten bei höheren VerformungsZustand F Rp0.2= 125 MPa Rm = 277 MPa A = 14,9 % geschwindigkeiten unterschiedlich zur langsamen Testgeschwindigkeit von ca. 0,02 mm/s beim typischen Zugversuch. Daher wurden Versuche entsprechend den höheren Crashgeschwindigkeiten von ca. 6 m/s durchgeführt. Für Castasil-37 ist dabei eine hohe Zunahme der Dehngrenze Rp0,2 von 35 % – 40 % gemessen Bruchdehnung A [%] Abb. 4: Spannungs-Dehnungskurve von Castasil-37, AlSi9MnMoZr im Gusszustand (F) 18 worden, siehe Abb. 7. Castasil ®- 37 – Mechanische Eigenschaften Schmelzen 200 Masseln aus Castasil-37 können im Allgemeinen ohne spezielle 16 Behandlung in der Gießerei zu Druckgussstücken verarbeitet 14 werden. Um jedoch Gussstücke von hoher, gleichbleibender Qua- 12 10 150 8 100 6 Rp0,2 Rm A 0 Rp0,2 Rm A 50 Rp0,2 Rm A 4 Rp0,2 Rm A Spannung R [MPa] 250 18 F 350 °C / 30 min. 350 °C / 60 min. 350 °C / 90 min. Bruchdehnung A [ % ] 300 2 lität zu erhalten, müssen folgende Punkte besonders beachtet werden: Die guten Eigenschaften von Castasil-37 beruhen wesentlich auf der Herstellung der Legierung aus Elektrolysemetall hoher Reinheit. Metallische Verunreinigungen der Schmelze, besonders 0 mit Magnesium, Eisen, Zink und Kupfer müssen unbedingt vermieden werden. Abb. 5: M echanische Eigenschaften von Castasil-37 im Gusszustand (F) und verschiedenen geglühten Zuständen, Probenform: 4 mm Druckgussplatte Schnelles Einschmelzen ist wichtig, um eine starke Oxidation der Schmelze und Bildung von Seigerungen zu vermeiden. Oxide verschlechtern das Gießverhalten und die Gussstückeigenschaften in hohem Maße. Um diese bei Castasil-37 zu vermeiden, ist Wöhlerdiagramm für Castasil-37 Spannungsverhältnis r = -1 4 mm Wanddicke, Formfaktor Kt = 1,2 5 %, 50 %, 95 % Bruchwahrscheinlichkeit 200 180 eine Schmelzereinigung, vorzugsweise mit einem Impeller notwendig. Möglichst sollte diese Reinigung von Oxiden und gelöstem Wasserstoff im Gießofen erfolgen, ansonsten ist auf einen Spannung R [MPa] 160 turbulenzarmen Umfüllvorgang zu achten. 140 120 100 95 % 80 50 % 5 % 60 Der Strontium-Abbrand muss gering gehalten werden, um die guten mechanischen und technologischen Eigenschaften nicht zu beeinflussen. Es ist normalerweise mit einem Strontium- 40 Abbrand von 0,004 % je Schmelzung zu rechnen. In der Praxis 20 hat sich für die Strontium-Veredelung ein Minimalgehalt von 0 104 105 106 107 60 ppm und eine Obergrenze von 250 ppm im Gießofen bewährt. 108 Höhere Strontium-Gehalte führen evtl. zu verstärkter Wasser- Lastspielzahl [n] stoff-Aufnahme der Schmelze, was aber bei schweißgeeignetem Guss zu vermeiden ist. Bei tieferen Strontium-Gehalten ist mit Abb. 6: Wöhler-Diagramm für Castasil-37, AlSi9MnMoZr im Gusszustand (F) einer Abnahme der Dehnung zu rechnen. Die Temperatur der Schmelze soll 780 °C nicht überschreiten. 400 40 Oxidbildung zu rechnen. Als Gießtemperatur wird 680 bis 730 °C 350 35 empfohlen. Sie richtet sich nach Gestalt, Fließweg und Wanddicke 30 der Gussstücke, aber auch nach Art des Schmelzetransportes 300 Rm 25 250 200 A 20 150 R p0,2 15 100 5 50 0 0,0001 0,001 10 0,01 0,1 1 10 100 0 1000 mittlere Dehnrate [m/s] Abb. 7: Messwerte für Castasil-37 im Gusszustand (F) für hohe Verformungsgeschwindigkeiten A [%] Spannung R [MPa] Ansonsten ist mit erhöhtem Abbrand von Strontium und verstärkter aus dem Gießofen oder eventueller Füllkammerheizung. Gießen Für die Gestaltung von Druckgussstücken bezüglich Wanddicken, Vermeidung von Werkstoffanhäufungen, Radien von Kanten, Ecken und Übergängen, Abschrägungen und Hinterschneidungen gelten die üblichen Richtlinien. Einige Punkte sind hier nochmals beschrieben: Bei Druckgussformen für diese AlSi-Legierung mit 9 % Silizium wird von einem linearen Schwindmaß von 0,4 – 0,6 % ausgegangen. 19 Castasil ®- 37 – Anwendung Das Schwindmaß hängt lokal von der Gestaltung der Form ab, Verbindungstechniken z. B. bei unterschiedlich intensiver Verrippung. Die gute Ausform- Details zu den Verbindungstechniken Schweißen, Stanznieten barkeit ermöglicht eine Konizität ab 1,0°. Geringere Konizitäten mit Kleben und Bördeln mit Gussstücken aus Castasil-37 sind sind mit dem Druckgusswerkzeug-Konstrukteur zu definieren. u. a. im Kapitel „Fügen von Druckgussstücken“ aufgeführt. Übliche Formtrennstoffe und deren Mischungsverhältnisse können Anwendungen verwendet werden. Angepasst werden muss die Trennstoff- Castasil-37 wurde für Druckgussstücke entwickelt, die im menge und deren Aufbringung an besondere Gussstückanforde- Gusszustand eine hohe Dehnung und eine gewisse Streckgrenze rungen, wie erforderliche Konstruktionsschweißung, Bördelung fordern. Dies sind zum Beispiel Strukturbauteile wie Knoten für oder hochwertige Lackierung. Space-Frame-Konstruktionen oder Säulen einer Pkw-Karosserie. Heute wird die Mehrheit dieser Teile in AlSiMg-Legierungen Vorerstarrung hergestellt und kostenintensiv wärmebehandelt, um die erforder- Verformungsintensive Gussstücke reagieren empfindlich auf lichen Eigenschaften zu erreichen. Bei der Wärmebehandlung mit innere Kerben. Vorerstarrungen aus der Füllkammer bilden Lösungsglühung können sich dünnwandige Teile verziehen, was solche Fehlstellen wie in Abb. 8a und reduzieren dadurch die einen kostenintensiven Arbeitsgang zum Richten des Bauteils erreichbare Verformung. Metallographisch lassen sich Vorer- notwendig macht. starrungen an Hand der unterschiedlichen Erstarrungsgefüge zuordnen, wie in Abb. 8b an einer geätzten Probe gezeigt ist. Castasil-37 mit einer Streckgrenze von mindestens 120 MPa und Untersuchungen mit erwärmter Füllkammer an einer 400 t einer Dehnung von über 12 % im Gusszustand bietet mecha- Druckgussmaschine haben gezeigt, dass die Vorerstarrungen in nische Eigenschaften, die für viele Strukturbauteile im Automobil der verwendeten Testplatte ab einer Temperatur von über 190 °C ausreichen. Die Dehnung lässt sich weiter erhöhen mit einer nicht mehr auftreten. Je niedriger allerdings der Füllgrad der einstufigen Glühung bei 350 °C für 30 bis 90 Minuten. Zusätzlich Kammer vorliegt, desto höher sollte diese Temperierung einge- zu den guten Eigenschaften im Gusszustand ist Castasil-37 stellt sein. beständig gegen Langzeitalterung aufgrund der Abwesenheit von Magnesium. Langzeitversuche bei erhöhten Temperaturen (120 °C / 1000 h) haben gezeigt, dass die mechanischen Eigenschaften mindestens auf dem hohen Niveau des Gusszustandes bleiben. 100 μm Abb. 8a: Mikroschliff eines Druckgussstückes mit Riss entlang einer Vorerstarrung Literaturhinweise Broschüre Rheinfelden Code 637, “Optimizing the Magnesium and Manganese content for the structural part application”, veröffentlicht zur NADCA 2003, 10/2003. Broschüre Rheinfelden Code 638, “Economic production of 100 μm Abb. 8b: Geätzter Mikroschliff durch eine Vorerstarrung 20 ductile and weldable aluminium castings”, veröffentlicht von Dr.-Ing. Stuart Wiesner, 02/2006 in CPT International. Castasil ®-21 Große Flächen, hohe Leitfähigkeit, hervorragend zu gießen Castasil-21 ist eine von RHEINFELDEN ALLOYS ent- Die chemische Zusammensetzung ergibt folgende wickelte Druckguss-Legierung für Bauteile mit besonderen Gießeigenschaften: Anforderungen hinsichtlich höherer elektrischer oder • ausgezeichnet gießbar und gute Entformbarkeit thermischer Leitfähigkeit. Rotorenaluminium besitzt zwar • geeignet für geringe Wanddicken bei Kühlrippen höhere Leitfähigkeit, aber das Gießen großer Bauteile fordert in der Praxis eine Legierung mit geringerem Bei immer mehr Anwendungen, sowohl im Automobilbau Schwindmaß, also eine Legierung mit ca. 8 % Silizium. als auch im Kommunikationswesen, erhalten weitere Eigenschaften höhere Bedeutung: Für den Kfz-Leichtbau mit seinen zusätzlichen Bauteilen • sehr gute Korrosionsbeständigkeit für Batterie-Behälter, Schaltkästen für Leistungselektronik, • gute mechanische Festigkeit; sehr gut bearbeitbar LED-Trägerplatten, aber auch beim Heizen und Kühlen •g eeignet für Bördelverbindungen oder zum Verstemmen kann die Anwendung der Castasil-21 helfen, die Bauteil- • geeignet für Klebeverbindungen im Fahrzeugbau gewichte der Druckgussstücke zu verringern. • elektrische Leitfähigkeit erreicht 45 % IACS, womit Cu oder Rotoren-Al ersetzt werden kann um Leichtbau Die Castasil-21-Druckgusslegierung mit gezielt optimierten zu erreichen. Inhaltsstoffen ist im Vergleich zu üblichen AlSi-Druckgusslegierungen in der Leitfähigkeit bis zu 30 % besser. 21 Castasil ®- 21 – Eigenschaften auf einen Blick Chemische Zusammensetzung der Castasil-21, AlSi9Sr [%] Si Fe min. 8,0 0,5 max. 9,0 0,7 Cu Mn Mg Zn Ti andere gesamt Sr 0,01 0,02 0,01 0,03 0,07 0,01 0,10 0,03 Mechanische Eigenschaften Zustand Dehngrenze Rp0,2 [MPa ] Zugfestigkeit Rm [ MPa ] Bruchdehnung A [ % ] F 90 – 100 200 – 230 6 – 9 O 80 – 90 170 – 190 9 – 14 Physikalische Eigenschaften Einheit Erstarrungsintervall Dichte Elastizitätsmodul Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient Gültigkeitsbereich 595 – 550 °C 2,65 kg / dm3 20 °C 62 – 78 GPa 20 °C 21 1 / K × 10 -6 20 – 200 °C Thermische Leitfähigkeit in Zustand O < 1,7 W / (K × cm) 20 – 200 °C Elektrische Leitfähigkeit in Zustand F 23 – 25 MS / m oder m / ( Ω × mm2) 20 °C Elektrische Leitfähigkeit in Zustand O 25– 28 MS / m oder m / ( Ω × mm2) 20 °C Verarbeitungseigenschaften im Vergleich zu anderen Druckgusslegierungen Legierungstyp Castasil-21 Silafont-36 Rotoren-Al 99,7 sehr gut mittel sehr gut sehr gering sehr gering hoch Klebeneigung gering gering hoch Formenstandzeit 100 % 100 % 80 % 0,4 – 0,6 % 0,4 – 0,6 % 0,8 – 1,2 % Stabilität der mechanischen Eigenschaften Warmrissempfindlichkeit Schwindmaß Kapitel „Technische Informationen“ beachten ! 22 Castasil ®- 21 [ AlSi9Sr ] Rückwand für Elektronikkasten Castasil-21; Zustand 0 460 × 160 × 65 mm; Gewicht: 1,5 kg Wärmeableitendes Gehäuse für Schaltelektronik im Pkw Castasil-21; Zustand 0 160 × 200 × 55 mm; Gewicht: 0,57 kg Rippenkörper zur Kühlung von elektrischen Baugruppen Castasil-21; Zustand O 170 × 70 × 70 mm; Gewicht: 0,4 kg Das Gussstück mit einer angeschraubten elektrischen Schaltkreisplatte soll durch die massive Grundplatte und die dahinter liegenden Rippen die punktuell eingeleitete Wärme verteilen und möglichst die Maximaltemperatur tief halten. Höhere Wärmeleitfähigkeit resultiert direkt in eine Temperatur-Erniedrigung. Eine Finnen-Vergrößerung oder eine zusätzliche Luftkühlung durch Ventilator ist hier nicht nötig gewesen. 23 Castasil ®- 21 [ AlSi9Sr ] – Eigenschaften [%] Si Fe min. 8,0 0,5 max. 9,0 0,7 Cu Mn Zn Mg Ti andere gesamt Sr 0,01 0,02 0,01 0,07 0,03 0,01 0,10 0,03 Tab. 1: Chemische Zusammensetzung von Castasil-21, AlSi9Sr in der Massel (in Masse-%) Chemische Zusammensetzung genannte Veredelung. Der für Castasil-21 relevante Vorteil dieser Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung mit Silizium-Gehal Veredelung liegt in der höheren Leitfähigkeit von plus 2 – 4 MS /m. von 8 bis 9 %. Somit liegt die Verarbeitungstemperatur bei 680 – 750 °C, einem Bereich mit typischem Thermoschock- Wärmebehandlung Verschleiß von Druckguss-Kammer und -Form. Die Verarbeitung im Druckgussverfahren ist gekennzeichnet Strontium bewirkt eine weitere Absenkung des eutektischen durch eine sehr rasche Erstarrung. Zwar wird hierdurch höhere Punktes, also der Schmelztemperatur um 6 – 8 °C. Beim Druck- Festigkeit und Härte erreicht, diese Gefüge-Verspannung ist aber gießen reduziert Strontium die Affinität der Schmelze zur Stahl- negativ für das Erreichen hoher Leitfähigkeit ! Druckgussform, also die Klebeneigung weiter, obwohl Castasil-21 Gussstücke aus Castasil-21 können noch weiter in ihrer Leit- schon mit einem Fe-Gehalt von 0,5 – 0,7 % legiert ist. fähigkeit gesteigert werden durch eine einstufige Wärmebehand- Als Verunreinigung in dieser leitfähigen Legierung gelten Magne- lung, womit die Verspannung des Gussgefüges egalisiert werden sium- und Zink-Gehalte von über 0,08 % und bei Kupfer Gehalte kann. Im Gusszustand liegen bei einem Druckgussstück mit über 0,02 %. Zwar bilden sich die Leitfähigkeit störende Misch- 6 mm Wanddicke schon 25 MS /m vor. Durch eine Wärmebe- kristalle dieser Elemente schon bei tieferen Gehalten aus, sind handlung von 350 °C /2 h oder 250 °C / 3 h werden überragende aber im Vergleich zu den Einflüssen aus dem Druckgießprozess Leitfähigkeit von 28 MS /m erreicht (Abb. 2). vernachlässigbar (Abb. 1). Anders beim Mangan- und Titan- In diesem Zustand besitzen die Druckgussstücke 83 % der Leit- Gehalt. Hier sollte ein Wert von nur 0,01 % nicht überschritten fähigkeit von Rotoren-Aluminium. Beim Abkühlen der Bau- werden, um die Leitfähigkeit hoch zu halten. Durch den Einsatz teile nach dem Entspannungsglühen darf aber nur eine langsame von Hüttenaluminium als Basis der Castasil-21 werden auch die Luftabkühlung vorgenommen werden. weiteren Begleitelemente sehr gering gehalten. Verarbeitungshinweise Elektrische Leitfähigkeit Die Schmelzereinigung und -verarbeitung sollte hin zu geringer Wichtiger aber ist die Modifikation des Silizium-Kristalls während Oxidverunreinigung zielen. Eine Strontium-Modifikation ist der Erstarrung. Die Strontium-Zugabe bewirkt eine korallenar- bei 100 – 350 ppm sicher gegeben. Arbeitsfolge zur Schmelze- tige Erstarrungsstruktur des Si-Kristalls im Eutektikum, die so behandlung siehe Seite 56. Zn Fe 35 Si 30 Cu Leitfähigkeit [MS/m] Zr Mg Ti 25 20 15 Cr Mn 10 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,21,4 Legierungsgehalt [%] Abb. 1: A bhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von Rein-Al von der Menge zugesetzter Legierungsbestandteile 24 Elektrische Leitfähigkeit [ m /(Ω × mm2 ) ] 37 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 F AlSi12(Fe) F 1h 2 h 3 h 170 °C 1h 2 h 3 h 250 °C Castasil-21 1h 2 h 3 h F 350 °C Rotoren-Al Abb. 2: Erhöhung der Leitfähigkeit von Castasil-21 durch eine Wärmebehandlung am Druckguss Silafont®-36 Unendlich vielfältig in seinen Eigenschaften Die Druckgusslegierung Silafont-36 wurde von Neben diesen besonderen mechanischen Eigenschaften RHEINFELDEN ALLOYS entwickelt, um bei mittleren besitzt Silafont-36 folgende für die Druckgussanwendung Festigkeitswerten die höchste Dehnung nach notwendige Eigenschaften: Wärmebehandlung im Vergleich zu Standard-Druckguss- • ausgezeichnet gießbar legierungen zu erreichen. • kein Kleben an der Druckgussform • ausgezeichnet bearbeitbar Der Anwender kann sogar eine zusätzliche Wärmebehandlung durchführen. Silafont-36 kann somit Bei immer mehr Anwendungen, hauptsächlich im Dehnungswerte von über 15 % oder Festigkeitswerte Automobilbau, erhalten weitere Eigenschaften höhere um 260 MPa Dehngrenze erreichen. Bedeutung: • sehr gute Korrosionsbeständigkeit • hohe Dauerfestigkeit • ausgezeichnet schweißbar bei Aluminium-Profil-GussKonstruktionen • geeignet für Stanznieten und ähnliche Fügeverfahren • geeignet für Klebeverbindungen im Fahrzeugbau 25 Silafont®- 36 – Eigenschaften auf einen Blick Chemische Zusammensetzung der Silafont-36, AlSi10MnMg [%] Si min. 9,5 max. 11,5 Fe 0,15 Cu 0,03 Mn Mg 0,5 0,1 0,8 0,5 Zn 0,07 Ti Sr 0,04 0,010 0,15 0,025 P andere gesamt 0,001 0,10 Mechanische Eigenschaften Dehngrenze und Bruchdehnung in verschiedenen Wärmebehandlungszuständen und Magnesium-Gehalten F: Gusszustand Magnesium hoch T 6 Wärmebehandlung ohne Lösungsglühen: Dehngrenze Rp0.2 [ MPa] T5: nach dem Ausformen abgeschreckt und warmausgelagert T 5 Wärmebehandlungen mit Lösungsglühen: Magnesium niedrig T 7 T4: lösungsgeglüht, abgeschreckt, mehr als 6 Tage kaltausgelagert F T6: lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert T 4 T7: lösungsgeglüht, abgeschreckt und überaltert Es ist zu berücksichtigen, dass der Magnesium-Gehalt auf das gewünschte Eigenschaftsprofil abgestimmt sein muss. Höhere Dehnungswerte sind mit niedrigeren Werten für die 0,2 %-Dehngrenze verknüpft und umgekehrt. Bruchdehnung A [%] Physikalische Eigenschaften Einheit Erstarrungsintervall Dichte Elastizitätsmodul 590 – 550 °C 2,64 kg / dm3 20 °C 74 – 83 GPa 20 °C Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient 21 Thermische Leitfähigkeit in Zustand O 1,5 Elektrische Leitfähigkeit in Zustand F Wechselfestigkeit (r = -1) Gusszustand (F) Gültigkeitsbereich 1 / K × 10 -6 20 – 200 °C W / (K × cm) 21 – 26 MS / m oder m / ( Ω × 89 20 – 200 °C mm2) MPa 20 °C 50 × 106 Zyklen Kapitel „Technische Informationen“ beachten ! Verarbeitungseigenschaften im Vergleich zu Standard-Druckgusslegierungen Legierungstyp Silafont-36 AlSi10Mg(Fe) AlSi9Cu3(Fe) sehr gut gut mittel Warmrissempfindlichkeit gering gering gering Klebeneigung gering gering gering Fügepotential hoch mittel gering > 80 % > 80 % 100 % 0,4 – 0,6 % 0,4 – 0,6 % 0,4 – 0,6 % Wärmebehandlung zur Eigenschaftsverbesserung Formenstandzeit Schwindmaß 26 Silafont®- 36 [ AlSi10MnMg ] Mechanische Zusammensetzung Gießverfahren Behandlungszustand Dehngrenze Rp0.2 [ MPa ] Zugfestigkeit Rm [ MPa ] Bruchdehnung A [ % ] Brinellhärte HBW HPDC F 120 – 150 250 – 290 5 – 11 75 – 95 HPDC T5 155 – 245 275 – 340 4 – 9 80 – 110 HPDC T4 95 – 140 210 – 260 15 – 22 60 – 75 HPDC T6 210 – 280 290 – 340 7 – 12 90 – 110 HPDC T7 120 – 170 200 – 240 15 – 20 60 – 75 Querträger / Porsche Cayman Silafont-36; Zustand T6 610 × 830 × 80 mm; Gewicht: 6,5 kg Querträger vorne, Geländewagen Silafont-36; Gusszustand 1020 × 690 × 280 mm; Gewicht: 10,3 kg Federbeindom Silafont-36; Gusszustand 420 × 350 × 330 mm; Gewicht: 4,3 kg Gegenüber einer Federbeindome-Blechkonstruktion reduzieren Gussstücke den Fertigungsaufwand erheblich und führen zu einer Gewichtsreduktion. Dabei kann mit der weltweit gut verarbeitbaren Silafont-36 (0,25 – 0,35 % Mg) noch eine Funktionsintegration mitgegossen werden, wie hier das Befestigungsauge für eine Stabilisator-Stange. Heckklappen-Rahmen Silafont 36; Gusszustand 710 × 1180 × 280 mm; Gewicht: 9,5 kg 27 Silafont®- 36 [ AlSi10MnMg ] Integralträger / Daimler Silafont-36; Zustand O 920 × 580 × 170 mm; Gewicht: 10,0 kg Dieses Druckgussstück substituiert eine schwerere, lackierte Stahlblech-Schweißkonstruktion. Als Gussteil integriert es gleichzeitig weitere Funktionen. Die hohe Verformungsfähigkeit dieses Silafont-36 Druckgussstückes konnte durch eine Wärmebehandlung im Zustand O erreicht werden. Auch um hohe Produktsicherheit zu erhalten, wurde dieser Integralträger in eine zwangsentlüftete Kavität gegossen. Auftritt für Lkw -Stoßstange, elektronenstrahlgeschweißt Silafont-36; Gusszustand 190 × 640 × 110 mm; Gewicht: 2,8 kg Besondere Sicherheitsanforderungen und eine Haltbarkeit über 20 Jahre bei öffentlichen Fahrzeugen konnten mit dieser 2-teiligen Konstruktion erfüllt werden. Die beiden Halbschalen werden aus Silafont-36 mit 0,35 % Mg gegossen und im Gusszustand verschweißt. Das verwendete Elektronenstrahl-Schweißen ohne Schweißzusatz-Werkstoff ermöglicht ein verzugsfreies tragfähiges Verbinden in hervorragender Optik. Fahrerkabinengelenk / Lkw Renault Silafont-36; Zustand T5 560 × 460 × 250 mm; Gewicht: 9,5 kg Dieses 9,5 kg schwere Druckgussstück substituiert ein wärmebehandeltes Kokillengussstück. Dieses Bauteil aus Silafont-36 trägt die Fahrerkabine und arretiert bei geöffnetem Motorraum die vorgeklappte Kabine. Frontplatte, vordere Stoßstange Silafont-36; Zustand T7 195 × 145 × 55 mm; Gewicht: 0,75 kg Querträger / Fiat Silafont-36; Zustand T5 450 × 930 × 220 mm; Gewicht: 10,7 kg 28 Silafont®- 36 [ AlSi10MnMg ] Rahmenvorderteil / BMW 3-er Cabrio Silafont-36; Gusszustand 1250 × 350 × 250 mm; Gewicht: 4,5 kg Als oberer Teil des Pkw-Vorbaues, muss auch dieses Bauteil möglichst hohe kinetische Energie durch Verformung aufnehmen. Dazu kommt beim Einbau im Cabrio die Unterstützung der Verwindungssteifigkeit. Diese wird von der Konstruktion durch eine starke Verrippung auf der Bauteilunterseite und vom Werkstoff Silafont-36 mit 0,24 % Magnesium unterstützt. Mantelrohr / Daimler Silafont-36; Gusszustand 450 × 70 × 90 mm; Gewicht: 0,96 kg Filigran auszugießende Führungsflächen mit hoher Maßgenauigkeit, Verformung ohne Bruchkanten beim Crash und höchste Ausreißfestigkeit im Zündschlossbereich sind die ausschlaggebenden Anforderungen an Silafont-36 mit einem Magnesium-Gehalt um 0,24 %. Heckklappen-Rahmen / BMW Silafont 36; Zustand F 510 × 1130 × 320 mm; Gewicht: 3,3 kg Längsträger Heckknoten / Alfa Giulia Silafont-36; Zustand T5 210 × 550 × 340 mm; Gewicht: 4,8 kg Mechanismusgehäuse für Überrollbügel / Opel Silafont-36; Gusszustand; bördelbar 45 × 250 × 40 mm; Gewicht: 0,37 kg Das sitzintegrierte Gehäuse soll den ÜberrollSicherheitsbügel im Crash-Fall betätigen. Ein bördelbarer Hülsenabschluss der SRS-Patrone und hohe Stabilität des Leichtbauteiles sind durch Silafont-36 mit 0,20 % Mg erreichbar. 29 Silafont®- 36 – Chemische Zusammensetzung Chemische Zusammensetzung der Silafont-36, AlSi10MnMg [%] Si min. 9,5 max. 11,5 Fe 0,15 Cu 0,03 Mn Mg 0,5 0,1 0,8 0,5 Zn 0,07 Ti Sr 0,04 0,010 0,15 0,025 P andere gesamt 0,001 0,10 Tab. 1: Chemische Zusammensetzung von Silafont-36, AlSi10MnMg in der Massel (in Masse-%) Silafont-36 ist eine Druckguss-Legierung vom Typ AISi10MnMg Magnesium-Legierungsvarianten mit Strontium, die auf der Basis von Aluminium-Metall mit 99,8 % Gerade bei dieser AlSiMg-Druckguss-Legierung kann mit dem Reinheit hergestellt wird. Die eng tolerierten Legierungsbestand- Magnesium-Gehalt die gewünschte Duktilität und Festigkeit an teile führen zu einer gleichbleibend guten Gussstückqualität die Bauteilanforderung angepasst werden, besonders wenn die (Tab. 1). Strontium ist zur Veredelung, d.h. zur Modifikation des Gussstücke wärmebehandelt werden. Bei diesen Optimierungen eutektischen Siliziums enthalten. Der Magnesium-Gehalt ist, auf entstanden für Silafont-36 fünf Legierungsvarianten: die verschiedenen Anwendungsfälle hin, weiter eingeengt. Die Gussstückzusammensetzung kann in den Elementen Eisen, Kupfer und Zink höher limitiert sein. Dies ergibt sich aus den 0,13 – 0,19 % Mg für crashrelevante Bauteile und die Verbindungstechnik Bördeln. Gegebenheiten in der Druckgießerei, richtet sich aber nach den Anforderungen an das Bauteil. 0,18 – 0,28 % Mg für gestaltsfeste und doch crashDer Silizium-Gehalt um 10,5 % ermöglicht ein ausgezeichnetes bare Sicherheitsbauteile mit Dauer- Formfüllungsvermögen, so dass die Legierung gut gießbar ist. schwingbelastung. Um sicherzustellen, dass die Siliziumphase bereits im Gusszu- 0,24 – 0,35 % Mg für Bauteile mit hoher Betriebsfestigkeit gegen Schlagbeanspruchung. stand fein verteilt vorliegt, wird das Aluminium-Silizium-Eutektikum durch Strontium-Zugabe veredelt. Dies führt zu hohen Dehnungswerten bereits im Gusszustand und unterstützt auch 0,28 – 0,35 % Mg für wärmebehandelte Bauteile mit Luftabschreckung die Einformung bei einer evtl. Wärmebehandlung. nach dem Lösungsglühen; auch für Anwendung T5 Da hohe Verformungswerte gefordert werden, wurde der EisenGehalt so niedrig wie möglich gehalten, um den Anteil der im Gefüge auftretenden plattenförmiger AIFeSi-Phasen möglichst 0,35 – 0,45 % Mg für festigkeitsbetonte Bauteile im Gusszustand oder nach O, T4, T6 klein zu halten. Diese Phasen sind wesentliche Ursache für niedrige Festigkeits- und Dehnungswerte, da sie aufgrund ihrer Morphologie bei der verformenden und besonders bei dynamischer Belastung als Ausgangsstelle für die Bildung von Rissen wirken. Einfluss von Mangan Aus der Literatur ist bekannt, dass in einer AlSiMg-Legierung Zur Verringerung der Klebeneigung und zur Erhöhung der Mangan die Dehnung ab einem Gehalt von 0,2 % reduzieren soll. Gestaltfestigkeit der Gussstücke wurde der Mangan-Gehalt auf Aus diesem Grund wird Mangan als Zugabe zu einer Druck- rund 0,65 % angehoben. Mangan hat bezüglich der Herabset- gusslegierung als Ersatz für oder in Kombination mit Eisen nicht zung der Klebeneigung gegenüber der Druckgussformdie gleiche empfohlen. Um den Einfluss auf die Eigenschaften besser Wirkung wie Eisen. Im Gegensatz zum Legierungselement zu verstehen, wurde eine Versuchsreihe durchgeführt mit Eisen sind jedoch die sich während der Erstarrung bildenden Mangan-Gehalten zwischen 0,04 % und 1,2 %. Dabei wurde der Ausscheidungen globulitisch und nicht nadelig. Eisen-Gehalt unter 0,15 % gehalten. Der Magnesium-Gehalt lag im Mittel bei 0,19 %. Der Strontium-Gehalt lag zwischen 130 und 170 ppm, um eine gute Veredelung des Eutektikums einzustellen. 30 Silafont®- 36 – Chemische Eigenschaften Die Versuchsteile wurden auf einer 400 t Bühler-B-Maschine mit Rm Gusszustand mit Standard-Maschineneinstellungen, d.h. Schmelzetemperatur bei 710 bis 720 °C, Dichteindex der Schmelze < 1 % (80 mbar Unterdruckdichteprobe), Formtemperatur 200 °C in beiden Formhälften, Schmiermittel-Verdünnung 1:180, Geschwindigkeit im Anguss 30 bis 40 m/s. Die Probestäbe hatten einen Querschnitt von 3 × 10 mm in der Messlänge gemäß DIN 50 125 Form E. Spannung [N/mm 2] Zwangsentlüftung gegossen. Eine Vierfachform wurde verwendet Rp0,2 Gusszustand Klebeneigung Die Zugversuche wurden zwei Tage nach dem Gießen durchgeMangan-Gehalt [%] führt, um sicherzustellen, dass sich die Proben in einem stabilen Zustand befinden. Die Zugversuche wurden im Gusszustand (F) durchgeführt und im Zustand T6 mit folgenden Bedingungen: Abb. 1a: M echanische Eigenschaften in Abhängigkeit des Mangan-Gehalts im Gusszustand (F) Lösungsglühen bei 520 °C für 1 Stunde, Abschrecken in Wasser Rm Zustand T6 in Stichproben festgestellt, dass bei Abwesenheit von Mangan die Neigung an der Form zu kleben, sehr ausgeprägt war, obwohl es sich um eine einfache Formkonstruktion handelte. Die Klebeneigung verringerte sich bei Erhöhung des ManganGehalts und oberhalb eines Gehalts von 0,4 % zeigt sich das Spannung [N/mm 2] und Warmauslagerung bei 160 °C für 6 Stunden. Zunächst wurde Rp0,2 Zustand T6 Klebeneigung gewünschte Verhalten. Mangan-Gehalt [%] Man erkennt in Abb. 1a, dass im Gusszustand Streckgrenze und Zugfestigkeit nur geringfügig mit dem Mangan-Gehalt variieren. Derselbe Verlauf ist im Zustand T6 zu beobachten (Abb. 1b). Nur Abb. 1b: Mechanische Eigenschaften in Abhängigkeit des Mangan-Gehalts im Zustand T6 Proben ohne Mangan zeigen hier ein anderes Verhalten. Dies könnte durch die starke Klebeneigung verursacht sein, wie oben beschrieben. Die Teile zeigten Risse an der Oberfläche und die die schlechte Ergebnisse ergaben. Die Dehnung, wie in Abb. 1c zu sehen, zeigt in beiden Zuständen A Zustand T6 Dehnung [A] Wärmebehandlung mag Oberflächenfehler verursacht haben, A Gusszustand einen anderen Verlauf. In beiden Fällen ist ohne Mangan die Dehnung niedrig aufgrund der starken Klebeneigung. Im Guss- Klebeneigung Dehnung fällt ab zustand nimmt die Dehnung bis zu einem Mangan-Gehalt von 0,4 % stetig zu. Sogar bei hohen Mangan-Gehalten beträgt sie immer noch über 8 %. Das Optimum für höchste Dehnungswerte im Gusszustand liegt zwischen 0,5 % und 0,8 % . Mangan-Gehalt [%] Abb. 1c: Dehnung in Abhängigkeit des Mangan-Gehalts im Gusszustand (F) und im Zustand T6 Anders verhält sich die Dehnung im Zustand T6. Der höchste Die unterschiedlichen Dehnungswerte in Abhängigkeit des Wert wurde bei 0,2 % Mangan ermittelt. Von 0,4 % bis 1,0 % Mangan-Gehalts sind möglicherweise auf die T6-Wärme- Mangan liegt die Dehnung in etwa auf einem Niveau zwischen behandlung zurückzuführen. Bei der Lösungsglühung neigen 12 % und 14 %. Wiederum liegt der konstanteste Bereich die intermetallischen Mangan-Phasen dazu, eine globulitische zwischen 0,5 % und 0,8 % Mangan. Form anzunehmen. Umgeben von einer duktilen Matrix könnten diese globulitischen Partikel die Dehnung erhöhen, verglichen mit dem Gusszustand. 31 Silafont®- 36 – Mechanische Eigenschaften Aus Druckguss-Platten mit den Abmessungen 220 × 60 × 4 mm (Abb. 2) entstammen die Gefügebilder (Abb. 3, 4, 5). Neben den deutlich erkennbaren hellen α-Aluminiumdendriten ist die eutektische Aluminium-Silizium-Matrix fast globulitisch eingeformt. Daneben liegen im Eutektikum auch Al12Mn3Si2-Phasen als hellgraue Phasen in globulitischer Ausbildung vor. Bei höheren Magnesiumgehalten ist noch die intermetallische Phase Mg2Si vertreten; lichtoptisch kaum aufzulösen. 100 μm Die rasche Abkühlungsgeschwindigkeit beim Druckgießen reichte nicht aus, um allein hierdurch schon ein ausreichend feines Gussgefüge und damit die ge- Abb. 3: Silafont-36, AlSi10MnMg, Gusszustand wünschten hohen Dehnungswerte entstehen zu lassen. Erst die Veredelung mit Strontium führt zu einem hinreichend feinen eutektischen Gussgefüge. Abb. 5 zeigt das Gefüge einer Probe, die aus dem gleichen Legierungstyp – jedoch ohne Veredelung – hergestellt wurde. Der Vergleich mit Abb. 4 lässt deutlich erkennen, dass durch die Veredelung das eutektische Silizium wesentlich feiner ausgebildet wird. Die damit erreichbare Bruchdehnung steigt von 5 % auf 10 %. Dies macht sich auch bei einer Lösungsglühung bemerkbar. Abb. 6 und 7 zeigen das Gefüge einer 6 mm Druckguss-Probe nach einer Lösungsglühung von 3 h 10 μm bei 490 °C. Das Silizium hat sich etwas vergröbert, ist aber globulitisch eingeformt. Weitere Versuche ergaben, dass eine Einformung des eutektischen Siliziums bereits bei 350 °C erreicht wird. Abb. 4: Silafont-36, AlSi10MnMg, Gusszustand 10 μm Abb. 5: AlSi10MnMg ohne Strontium, Gusszustand 100 μm Abb. 6: Silafont-36, AlSi10MnMg, Zustand T4 32 Abb. 2: Druckguss-Testplatte aus dem TechCenter 10 μm Abb. 7: Silafont-36, AlSi10MnMg, Zustand T4 Silafont®- 36 – Mechanische Eigenschaften Einfluss von Magnesium-Gehalt 320 auf die mechanischen Eigenschaften T 5 im Gusszustand Kennzeichnend für Silafont-36 ist die außerordentlich hohe Dehnung unter den AlSiMg- F 240 Dehnungskurve für Silafont-36 im Gusszustand. Zusätzlich sind in Abb. 8 die SpannungsDehnungskurven für Silafont-36 T5 (warmausgelagert) und T7 (überaltert) eingezeichnet. Spannung R [MPa] Legierungen. Abb. 8 zeigt die Spannungs- 160 T 7 Zustand F Rp0.2= 123 MPa Rm = 265 MPa A = 11,4 % 80 Mit steigendem Magnesium-Gehalt steigt die Dehngrenze, während die Dehnung abnimmt. Zustand T5 Rp0.2= 211 MPa Rm = 313 MPa A = 8,1 % Zustand T7 Rp0.2= 148 MPa Rm = 206 MPa A = 14,2 % Wenn eine hohe Dehngrenze gefordert ist, sollte der Magnesium-Gehalt daher im oberen Bereich des Legierungsbandes, d. h. bei 0,3 – 0,4 %, 0 0 5 101520 Dehnung A [%] eingestellt werden. Ist eine hohe Dehnung gefordert und spielt die Dehngrenze keine große Rolle, Abb. 8: Spannungs-Dehnungs-Kurve von Silafont-36, AlSi10MnMg dann ist ein niedriger Magnesium-Gehalt von 0,15 % zu bevorzugen. Mg-Gehalt [%] Rp0.2 [MPa] Rm [MPa] A [%] Gussstück Gehalten enthält Tab. 2. Die entsprechenden 0,15 117 250 11,2 Längsträger 2,5 mm Versuche erfolgten mit unterschiedlichen Guss- 0,28 121 264 10,2 Längsträger 3 mm 0,30 133 279 8,1 Testplatte (Abb. 2) 4 mm 0,33 141 261 6,3 Zylinderkopfabdeckhaube 3,8 mm 0,42 146 286 5,8 Testplatte (Abb. 2) 4 mm Eine Zusammenstellung der mechanischen Eigenschaften bei verschiedenen Magnesium- stücken bis 4 mm Wanddicke, aus denen die Probestäbe entnommen wurden. Eine Zwangsentlüftung der Form wurde unterschiedlich, aber immer angewendet. Mit zunehmendem Magnesium-Gehalt sinkt die Dehnung von 11,2 auf 5,8 %, die Dehngrenze Tab. 2: M echanischen Eigenschaften von Silafont-36, AlSi10MnMg, im Gusszustand in Abhängigkeit vom Magnesium-Gehalt steigt von 117 auf 146 MPa an. Auch die Zugfestigkeit wird durch steigende MagnesiumGehalte von 250 auf 286 MPa angehoben. Somit kann bereits im Gusszustand ein weiter Bereich mechanischer Eigenschaften abgedeckt werden. Magnesium-Gehalte oberhalb von 0,5 % bewirken keine weitere Steigerung der Dehngrenze, da überschüssiges Magnesium als Mg2Si-Phase ausgeschieden wird und nicht mehr zur Verfestigung des Aluminium-Mischkristalls beiträgt. 33 Silafont®- 36 – Mechanische Eigenschaften Einfluss der Wärmebehandlung auf die mechanischen 100 MPa angehoben werden. Besonders interessant ist, dass Eigenschaften sich die Dehnung nicht verringerte, sondern zwischen 5 und 9 % Die mechanischen Eigenschaften der Silafont-36 können neben verbleibt. Höchste Steigerungen der Dehngrenze werden bei dem Magnesium-Gehalt auch mit einer entsprechenden Wärme- Silafont-36 mit über 0,30 % Mg dann erreicht, wenn zwischen behandlung gezielt beeinflusst werden. Guss und Auslagerung mindestens 10 Stunden Lagerzeit liegt, wie aus Tab. 5 ersichtlich ist. Bei der Wärmebehandlung gibt es zwei gravierend unterschiedliche Möglichkeiten: ohne oder mit Lösungsglühen. Folgende Wärmebehandlungen können mit Silafont-36 ohne Lösungsglühen vorgenommen werden: Auslagerungs- Auslagerungstemperatur zeit [°C] [h] Rp0.2 Rm A [MPa] [MPa] [%] • O: geglüht bei niedriger Temperatur 170 1,0 157 291 7,1 • T5: nach dem Ausformen abgeschreckt und warmausgelagert 170 2,0 169 292 5,0 170 3,0 185 302 6,0 Bei den nachfolgenden Wärmebehandlungen setzt das 170 4,0 188 305 8,5 erwünschte Einformen des eutektischen Siliziums ein Lösungs- 170 5,0 197 309 7,1 170 6,0 195 309 8,5 170 8,0 201 313 8,9 200 0,5 211 316 8,4 200 1,0 212 314 7,9 glühen voraus: • T4: lösungsgeglüht, abgeschreckt, mehr als 6 Tage kaltausgelagert • T6: lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert • T7: lösungsgeglüht, abgeschreckt und überaltert Wärmebehandlungen ohne Lösungsglühen: Zustand O Mit dieser Wärmebehandlung kann, ohne Gefahr des Gussstück- Tab. 3: Mechanische Eigenschaften im Zustand T5, 0,30 % Magnesium-Gehalt, Gussstück Testplatte 4 mm Auslagerungs- Auslagerungszeit temperatur [°C] [h] Rp0.2 Rm A [MPa] [MPa] [%] verzuges, in geringem Umfang eine Steigerung der Dehngrenze 170 3,0 193 290 4,5 oder der Dehnung erreicht werden. Dabei unterscheidet man 170 4,0 199 295 4,8 zwei Zustände: 170 6,0 206 300 5,0 • O(I): geglüht bei niedrigerer Temperatur (320 °C / 30 – 60 min.) 200 0,5 193 290 5,7 200 1,0 200 297 5,6 220 0,5 199 293 5,8 250 0,5 180 268 3,5 • O(II): Geglüht bei höherer Temperatur (380 °C / 30 – 60 min.) So wird an dünnen Proben bis 3 mm Wanddicke bei Magnesium-Gehalten von 0,2 % im Zustand O(I) eine Erhöhung der Dehngrenze auf 140 – 160 MPa bei 8 – 12 % Dehnung erreicht. Gleiche Proben im Zustand O(II) erreichen eine Dehnung von 12 – 16 % bei einer Dehngrenze von 100 – 130 MPa. Tab. 4: M echanische Eigenschaften im Zustand T5, 0,33 % Magnesium-Gehalt, Gussstück Abdeckhaube 3,8 mm Zwischenlagerzeit [ h ] Rp0.2 [MPa] Rm [MPa] A [%] Die mechanischen Eigenschaften von Silafont-36 T5 sind in den 1 207 307 6,9 Tab. 3 und 4 bei unterschiedlichen Magnesium-Gehalten der 10 233 324 6,6 72 Stunden oder 3 Tage 232 324 6,8 Zustand T5 verschiedenen Gussstücke dargestellt. Durch die T5-Behandlung nach einem sofortigen Wasserabschrecken aus der Gießhitze kann die Dehngrenze gegenüber dem Gusszustand um fast 34 Tab. 5: M echanische Eigenschaften im Zustand T5 mit unterschiedlichen Lagerzeiten vor der Auslagerung bei 200 °C über 1 Stunde, Gussstück Testplatte 4 mm mit 0,32 % Magnesium-Gehalt. Silafont®- 36 – Mechanische Eigenschaften Wärmebehandlungen mit Lösungsglühen Zustand T4 In Tabelle 6 sind die mechanischen Eigenschaften nach einer Mg-Gehalt Rp0.2 [MPa] [%] Rm [MPa] A [%] Gussstück Lösungsglühung (490 °C / 3 h) mit anschließendem Abschrecken in Wasser aufgeführt. Die hiermit erreichte Einformung des Siliziums und der anderen intermetallischen Phasen bewirkt eine Erhöhung der Dehnung auf 15 % und mehr, je nach MagnesiumGehalt. Die Dehngrenze steigt dabei gegenüber dem Guss- 0,15 94 206 20,6 Längsträger 2,5 mm 0,20 107 223 20,4 Längsträger 2,5 mm 0,25 119 229 17,3 Längsträger 2,5 mm 0,28 121 242 16,7 Längsträger 2,5 mm 0,42 141 259 15,0 Testplatte 4 mm zustand von 94 auf 141 MPa. Der Bereich der Zugfestigkeit liegt mit 206 bis 259 MPa etwas niedriger als beim Gusszustand. Zustand T6 Der Zustand T6 führt zur höchsten Festigkeit. Dabei sollte ein Magnesium-Gehalt über 0,3 % im Druckgussstück vorliegen, Tab. 6 Mechanische Eigenschaften von Silafont-36, AlSi10MnMg, im Zustand T4 in Abhängigkeit vom Magnesium-Gehalt um das Aushärtungspotential der Legierung ausschöpfen zu können. Die Dehnung verändert sich dabei zu niedrigeren Werten. 320 20 R m Abb. 9 zeigt die grafische Darstellung der mechanischen Eigen280 16 Dehngrenze von 240 MPa und einer Zugfestigkeit von 310 MPa, bei einer Dehnung von immerhin noch 7,1 % . Einzelne Versuche, bei denen höhere Magnesiumgehalte angewandt wurden, haben gezeigt, dass die Dehngrenze auf über 280 MPa angehoben werden kann, wobei die Dehnung immerhin noch über 3 % liegt. Festigkeit [MPa] Gehalt von 0,3 %. Der Punkt maximaler Festigkeit liegt bei einer R p0.2 240 200 A 160 12 10 Bruchdehnung A [%] schaften über der Auslagerungszeit bei einem Magnesium- 8 Zustand T7 Der Kurvenverlauf in Abb. 9 deutet an, dass mit zunehmender Auslagerungszeit, also zunehmend überaltertem Zustand, die Dehnung wieder ansteigt. Versuche mit realen Gussstücken haben gezeigt, dass bei entsprechender Wärmebehandlung Dehnungen bis zu 20 % erzielt werden können, die Dehngrenze erreicht dann Werte von 120 – 130 MPa. 120 0 01234 567 8 Auslagerungszeit [h] Abb. 9: Mechanische Eigenschaften von Silafont-36, AlSi10MnMg mit einem Magnesium-Gehalt von 0,3 % als Funktion der Auslagerungszeit. (Lösungsglühung 3 h bei 490 °C, abschrecken in Wasser und eine Auslagerungstemperaturn von 170 °C) Luftabschrecken Um den Verzug der Druckgussstücke zu minimieren, wird aus der Lösungsglühbehandlung ein Abschrecken mit Luft anstatt mit Wasser durchgeführt. Eine Abkühlungsgeschwindigkeit von > 4 °C/s sollte dabei vorliegen. Mit nur einem Magnesiumgehalt von 0,3 % kann dabei eine Dehngrenze von über 120 MPa erreicht werden, wenn anschließend 2 h bei einer Temperatur von 170 °C ausgelagert wird. 35 Silafont®- 36 – Mechanische Eigenschaften F: Gusszustand Magnesium hoch T 6 Wärmebehandlung ohne Lösungsglühen: Dehngrenze Rp0.2 [ MPa] T5: nach dem Ausformen abgeschreckt und warmausgelagert T 5 Magnesium niedrig T 7 Wärmebehandlungen mit Lösungsglühen: T4: lösungsgeglüht, abgeschreckt, mehr als 6 Tage kaltausgelagert F T 4 T6: lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert T7: lösungsgeglüht, abgeschreckt und überaltert Bruchdehnung A [%] Überblick zu den mechanischen Eigenschaften Einen Überblick über die Bereiche der mechanischen Eigenschaften, die mit den verschiedenen Wärmebehandlungen erzielt werden können, gibt die folgende Abbildung wieder. Es ist zu berücksichtigen, dass der Magnesium-Gehalt auf das gewünschte Eigenschaftsprofil abgestimmt sein muss. Höhere Dehnungswerte sind mit niedrigeren Werten für die 0,2 %-Dehngrenze verknüpft und umgekehrt. Dauerfestigkeit 200 keiten im Gusszustand nach der Wöhlerkurve in Abb. 10 vor. 180 Die Versuche wurden auf einem Hochfrequenz-Pulser mit einer 160 Frequenz von rund 117 Hz durchgeführt. Das Spannungsver- 140 hältnis betrug r = -1. Dies bedeutet, dass die Mittelspannung gleich Null ist. Aus Abb. 10 geht ebenfalls hervor, dass die Dauerfestigkeit unter den vorliegenden Versuchsbedingungen 89 MPa erreicht; dies entspricht rund 66 % der Dehngrenze. Spannung R [MPa] An Druckgussplatten mit 4 mm Wanddicke liegen Dauerfestig- Spannungsverhältnis r = -1 4 mm Wanddicke, Frequenz 117 Hz 5 %, 50 %, 95 % Bruchwahrscheinlichkeit 120 95 % 50 % 5 % 100 80 60 40 Korrosionsverhalten Das Korrosionsverhalten kann mit dem einer Aluminium-SiliziumHüttenlegierung verglichen werden. Silafont-36 ist nicht korrosi- 20 0 0105106107108 Lastspielzahl [n] onsanfällig und weist auch keine Neigung zur Spannungsrisskorrosion auf. Wie aus den Anwendungsbildern hervorgeht, wird sie u. a. für Karosserie und Automobilfahrwerksteile eingesetzt. 36 Abb. 10: Wöhlerkurve von Silafont-36, AlSi10MnMg im Gusszustand Silafont®- 36 – Mechanische Eigenschaften Schmelzen Höhere Strontium-Gehalte führen evtl. zu verstärkter Wasser- Masseln aus Silafont-36 können im Allgemeinen ohne spezielle stoff-Aufnahme der Schmelze, was aber bei schweißgeeignetem Behandlung in der Gießerei zu Druckgussstücken verarbeitet Guss zu vermeiden ist. Bei tieferen Gehalten ist mit einer Abnah- werden. Um jedoch Gussstücke von hoher, gleichbleibender Qua- me der Dehnung zu rechnen. Die Schmelze soll nicht überhitzt lität zu erhalten, müssen folgende Punkte besonders beachtet werden. Die Temperatur der Schmelze soll 780 °C nicht über- werden: schreiten. Ansonsten ist mit erhöhtem Abbrand von Strontium Die guten Eigenschaften von Silafont-36 beruhen wesentlich und Magnesium zu rechnen. auf der Herstellung der Legierung aus Elektrolysemetall hoher Reinheit. Metallische Verunreinigungen der Schmelze, besonders Nicht sauber gehaltene Öfen geben Oxiden die Möglichkeit zum mit Eisen, Zink und Kupfer sollen vermieden werden. Kristallisieren ( Abb. 12 ) und es bilden sich Ablagerungen z. B. aus Korund ( Al2O3 ) , Periklas ( MgO ) , Spinell ( MgAl2O4 ) , Oxidhy- Schnelles Einschmelzen ist wichtig, um eine starke Oxidation der drat ( OAlOH ) , Zirkoniumoxid ( ZrO2 ) oder Quarz ( SiO2 ) . Schmel- Schmelze und Bildung von harten Einschlüssen zu verhindern. zetemperaturen von 700 °C im Ofen mit normalem Luftzutritt Oxide und harte Einschlüsse verschlechtern das Gießverhalten führen nach 25 h zur Korundkeim-Bildung, bei 800 °C geschieht und die Gussstückeigenschaften. dies bereits nach 7 h. Erst durch noch kürzere Reinigungsintervalle werden diese harten Einschlüsse vermieden. Kleinstückiges, schiefriges Kreislaufmaterial oxidiert lebhaft, wenn es mit der Schmelzflamme in Berührung kommt. Die dabei entstehenden Oxidhäute ballen sich knäuelartig zusammen ( Abb. 11 ) . Oxide in dieser geschlossenen Form verbleiben hartnäckig innig verbunden mit der Schmelze. Erst wenn es gelingt, die Oxidhaut durch Zugabe von Schmelzhilfssalzen aufzureißen, kann die Schmelze von den Oxiden gereinigt werden. Die Salze werden umweltgerecht zugegeben in Form von feinem, besser grobem Granulat. Wo es nicht möglich ist, Bearbeitungsspäne oder DruckgussFlitteranteile mit geeigneten Öfen einzuschmelzen, sollten diese an ein Umschmelzwerk abgegeben werden. Abb. 11: Zusammengeballte Oxidhäute, Oxidknäuel Silafont-36 kann hohe Dehnungen im Gussstück erbringen, wenn keine Einschlüsse oder Fehlstellen als Rissausgangsstellen im Guss vorliegen. Dazu ist eine Schmelzereinigung, z. B. mit einem Impeller notwendig. Möglichst sollte diese Reinigung von Oxiden und gelöstem Wasserstoff im Gießofen erfolgen, ansonsten ist auf einen turbulenzarmen Umfüllvorgang zu achten. Der Strontium- und Magnesium-Abbrand muss gering gehalten werden, um die guten mechanischen und technologischen Eigenschaften nicht zu beeinflussen. Es ist normalerweise mit einem Strontiumabbrand von 0,004 % und einem Magnesium-Abbrand von 0,05 % je Schmelzung zu rechnen. In der Praxis hat sich für die Strontium-Veredelung ein Minimalgehalt von 80 ppm und eine Abb. 12: Kristallisierte Oxide Obergrenze von 300 ppm im Gießofen bewährt. 37 Silafont®- 36 – Mechanische Eigenschaften Gießen Prototypen Als Gießtemperatur wird 650 bis 730 °C empfohlen. Sie richtet Maßlich gleiche Prototypen für Druckgussstücke aus Silafon-36 sich nach Gestalt und Wanddicke der Gussstücke. Für die können in gleicher Legierung im Sandguss oder besser im Gestaltung von Druckgussstükken bezüglich Wanddicken, Ver- Niederdruck-Sandguss hergestellt werden (Abb. 13). Wegen meidung von Werkstoffanhäufungen, Radien von Kanten, Ecken geringerer Abkühlgeschwindigkeit sind die mechanischen Eigen- und Übergängen, Abschrägungen und Hinterschneidungen schaften, insbesondere die Dehnung, geringer. Bei Prototypen gelten die üblichen Richtlinien. im Sandguss aus Silafont-36 mit einem Magnesium-Gehalt von 0,29 % werden der Strontium-Veredelungsgehalt und die Wärme- Einige Punkte sind hier nochmals beschrieben: behandlungsparameter angepasst. Die damit erzielten mecha- Bei Druckgussformen für diese AlSi-Legierung mit 10 % Silizium nischen Eigenschaften sind in Tabelle 7 für die verschiedenen wird von einem linearen Schwindmaß von 0,4 – 0,6 % aus- Wärmebehandlungen angegeben. gegangen. Das Schwindmaß hängt lokal von der Gestaltung der Form ab, z. B. bei unterschiedlich intensiver Verrippung. Partiell kann der Prototypen-Sandguss die erreichbare Dehnung durch Anlegen von Kühlkörpern um mehr als das Die gute Ausformbarkeit ermöglicht eine Konizität ab 1,0 °C. Doppelte steigern. Erst damit und einer zusätzlichen Geringere Konizitäten sind mit dem Druckgusswerkzeug- T4-Wärmebehandlung entspricht der Prototypen-Sandguss Konstrukteur zu definieren. auch in seinen mechanischen Eigenschaften partiell dem späteren Druckgussstück im Gusszustand. Übliche Formtrennstoffe und deren Mischungsverhältnisse können verwendet werden. Angepasst werden muss die Trennstoffmenge und deren Aufbringung an besondere Gussstückanforderungen, wie erforderliche Konstruktionsschweissung, Bördelung, Wärmebehandlung oder hochwertige Lackierung. Eine Auflistung der Arbeitsfolge enthält das Kapitel Verarbeitungsmerkblätter. Abb. 13: Beispiel für Sandguss-Prototyp-Guss Wärmebehandlung Rp0.2 [MPa] Rm [MPa] A [%] HB F 96 175 2 61 T4 133 229 4 77 T6 250 299 1 109 T7 222 260 1 90 Tab. 7 Mechanische Eigenschaften in unterschiedlichen Wärmebehandlungszuständen von Sandguss-Prototypen aus Silafont-36, AlSi10MnMg, mit 0,29 % Magnesium-Gehalt Literaturhinweise Broschüre Rheinfelden Code 630, “Producing Low-iron Ductile Aluminium Die Casting in Silafont-36”, veröffentlicht zur NADCA 1995, 10/1995. 38 Silafont®-38 Unendlich vielfältig in seinen Eigenschaften Anwendungsbeispiel Die Druckgusslegierung Silafont-38, AlSi9MnMgZn wurde Silafont-38 besitzt folgende für die Druckgussanwendung von RHEINFELDEN ALLOYS entwickelt, um nach einer notwendige Eigenschaften: T6 Wärmebehandlung besonders hohe Festigkeitswerten • a usgezeichnet gießbar, auch bei unterschiedlichen im Vergleich zu Silafont-36, AlSi10MnMg bei gleichartig hoher Dehnung zu erreichen. Gerade die Anwender, Wanddicken • kein Kleben an der Druckgussform. Die Fe-arme welche eine verzugsarme Abschreckung mit Luftgebläse Silafont-38 gleicht die ansonsten entstehende durchführen, können mit der komplex legierten Silafont-38 Klebeneigung durch den hohen Mangan- und Strontium- eine besonders hohe Dehngrenze von über 180 MPa erreichen. Weiterhin kann neben dieser moderaten Ab- Gehalt aus • ausgezeichnet bearbeitbar kühlung nach dem Lösungsglühen die stark festigkeitssteigernde Wasser-Abschreckung angewandt werden. Bei immer mehr Anwendungen, hauptsächlich im Automobilbau, erhalten weitere Eigenschaften höhere Bedeutung: • sehr gute Korrosionsbeständigkeit aufgrund der eng tolerierten und ausgewogenen Zusammensetzung. • hohe Dauerfestigkeit und Verformungsfähigkeit durch Unterdrücken von plattenförmigen Fe- und Si-Phasen • ausgezeichnet schweißbar bei Aluminium-Profil-GussKonstruktionen • geeignet für Stanznieten 39 Silafont ®- 38 [ AlSi9MnMgZn ] Anwendungsgebiete Fahrzeug-Strukturteile für den weitergeführeten Leichtbau im Automobil- und Maschinenbau Kennzeichnende Eigenschaften Druckgusslegierung mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften nach verzugsarmer Wärmebehandlung T6 mit Abkühlung an Luft. Sehr hohe Dehngrenze Rp0,2 in Verbindung mit guten Werten für die Bruchdehnung für crashrelevante Struktur-Druckgussstücke. Ersetzt aufwendige Stahlblech-Konstruktionen im Fahrzeugbau mit deutlicher Kosten- und Gewichtsreduktion. Legierungskennzeichnung chemisch: AlSi9MnMgZn Chemische Zusammensetzung [ Masse-% ] [%] Si min. 8,0 max. 10,0 Fe 0,15 Cu Mn Mg Zn 0,1 0,5 0,1 0,1 0,4 0,8 0,5 0,4 Ti andere gesamt Sr 0,010 0,15 0,10 0,02 Mechanische Eigenschaften Gießverfahren Behandlungszustand Druckguss F Druckguss T6 Druckguss T6 Dehngrenze Rp0,2 [MPa ] Zugfestigkeit Rm [ MPa ] Bruchdehnung A [ % ] 140 – 160 270 – 300 3 – 7 Wasser 230 – 270 300 – 345 6 – 9 Luft 180 – 200 250 – 275 8 – 10 Abkühlung Kapitel „Technische Informationen“ beachten ! Verarbeitungseigenschaften im Vergleich zu anderen Druckgusslegierungen Legierungstyp Silafont-38 Silafont-36 Silafont-09 Klebeneigung gering gering gering Formenstandzeit 100 % 100 % 100 % 0,4 – 0,6 % 0,4 – 0,6 % 0,4 – 0,6 % Schwindmaß 350 T 6 Wasser 300 F T 6 Luft Spannung R [MPa ] 250 200 150 100 50 Zustand F Rp0.2= 147 MPa Rm = 290 MPa A = 5,5 % Zustand T6 Wasser Rp0.2= 272 MPa Rm = 344 MPa A = 6 % Zustand T6 Luft Rp0.2= 185 MPa Rm = 278 MPa A = 10 % 0 0246810 12 Dehnung A [%] 40 Castaman®-35 Verringerung des Carbon-Footprint Die Aluminium-Druckgusslegierung Castaman-35 wurde Neben diesen mechanischen Eigenschaften besitzt von RHEINFELDEN ALLOYS entwickelt, um den Einsatz Castaman-35 folgende für die Druckgussanwendung qualitativ hochwertigen Recyclingmaterials zu ermöglichen. notwendigen Eigenschaften: Trotz des steigenden Eisengehalts werden die Festigkeits- • ausgezeichnet gießbar werte und eine ähnlich hohe Dehnung im Vergleich zur • kein Kleben an der Druckgussform Hüttenaluminium-Druckgusslegierung Silafont-36 erreicht. • ausgezeichnet bearbeitbar Der Anwender kann zur Festigkeitssteigerung eine zu- Bei immer mehr Anwendungen, hauptsächlich im sätzliche zweistufige Wärmebehandlung inklusiv Lösungs- Automobilbau, erhalten weitere Eigenschaften höhere glühen durchführen. Castaman-35, AlSi10MnMg kann Bedeutung: somit Dehnungswerte von über 8 % oder Festigkeitswerte • sehr gute Korrosionsbeständigkeit um 260 MPa Dehngrenze an 3 mm Gusswanddicken • hohe Dauerfestigkeit erreichen. • ausgezeichnet schweißbar bei Aluminium-Profil-GussKonstruktionen •g eeignet für Stanznieten und ähnliche Fügeverfahren • geeignet für Klebeverbindungen im Fahrzeugbau 41 Castaman® - 35 [ AlSi10MnMg ] Anwendungsgebiete Großflächige Automobil-Strukturbauteile, Beleuchtung, Kraftfahrzeugbau, Maschinenbau Kennzeichnende Eigenschaften Druckgusslegierung mit sehr guten Gießeigenschaften, auch bei dickwandigen Konstruktionen. Sehr gute Korrosionsbeständigkeit gegen Witterung und Wasser. Legierungskennzeichnung chemisch: AlSi10MnMg numerisch: 43 500 Chemische Zusammensetzung [ Masse-% ] [%] Si min. 9,5 max. 11,0 Fe 0,2 Cu 0,03 Mn Mg 0,5 0,2 0,8 0,5 Zn Ti andere gesamt 0,1 0,15 Sr Mechanische Eigenschaften Gießverfahren Behandlungszustand Dehngrenze Rp0,2 [MPa ] Zugfestigkeit Rm [ MPa ] Bruchdehnung A [ % ] Brinellhärte [ HBW ] Druckguss F 120 – 150 200 – 2720 4 – 9 75 – 90 Druckguss T6 180 – 260 250 – 320 6 – 12 80 – 110 Verarbeitungseigenschaften im Vergleich zu anderen Druckgusslegierungen Legierungstyp Castaman-35 Silafont-36 Silafont-09 Klebeneigung gering gering gering Formenstandzeit 100 % 100 % 100 % 0,4 – 0,6 % 0,4 – 0,6 % 0,4 – 0,6 % Schwindmaß Kapitel „Technische Informationen“ beachten ! 300 Spannung Rp0,2 [MPa ] 250 T 6 200 150 Zustand T6 Rp0.2= 178 MPa Rm = 254 MPa A = 8,5 % 100 50 0 0246810 12 Dehnung A [%] 42 Thermodur ® -72 / -73 Ein Schritt in die Zukunft Thermodur ® -72 Thermodur ® -73 RHEINFELDEN ALLOYS entwickelte diese warmfeste RHEINFELDEN ALLOYS hat auf der Basis der Kolben- Druckguss-Legierung auf der Basis der AlMg-Legierungen legierung Silafont-70 eine warmfeste Druckgusslegierung für die Herstellung von Gussstücken im Motorenbereich entwickelt. Das Gussgefüge ist ohne Primär-Silizium- wie zum Beispiel Kurbelgehäuse und etliche andere – dem Ausscheidungen und mit Strontium modifiziert. Die hohen Motorblock nahe – Baugruppen. Legierungsgehalte an Cu und Ni ermöglichen die Warmfestigkeit der Legierung. Dabei kann Thermodur-72 auch für besonders hochfeste Bauteile neben Magsimal-59 verwendet werden oder Hervorragendes Gießverhalten und eine sehr gute Be- anstatt Peraluman-90, AlMg9 als besonders korrosions- arbeitbarkeit ermöglichen die verschiedenen Bauteil- feste Druckguss-Legierung. Gestaltungen, wie gewichtsreduzierte Motorblöcke oder dickwandige Lüfterrad-Naben. • gut geeignet für dickwandigen Druckguss; subsituiert zum Beispiel AlMg9-Legierung • geringe Schmelzeoxidation durch patentierte Legierungszusätze • bei besonders hohen Temperaturen höher Festigkeiten • einfache Verarbeitbarkeit in der Druckgießerei • geringes Schwindmaß ermöglicht das Eingießen von Eisennaben oder –Strukturen • sehr hohe Druckfestigkeit und Härte als bei AlSi-Legierungen 43 Thermodur ®- 72 [ AlMg7Si3Mn ] Anwendungsgebiete Kennzeichnende Eigenschaften Motorenbau, Kurbelgehäuse, Motorenbauteile, Druckgusslegierung für den Motorenbau für Teile mit sehr hohen Anforderungen Turbolader-Gehäuse an Warmfestigkeit und Korrosionsfestigkeit. Chemische Zusammensetzung [ Masse-% ] [%] Si min. 2,8 max. 3,2 Fe 0,15 Cu 0,03 Mn Mg 0,5 7,0 0,8 8,8 Zn Ti andere 0,07 0,15 0,004 Be Mechanische Eigenschaften Geprüft bei Alterungstemperatur Auslagerung Temperatur Auslagerung Zeit 20 °C Dehngrenze Rp0,2 [MPa ] Zugfestigkeit Rm [ MPa ] Bruchdehnung A [ % ] Brinellhärte [ HBW ] 190 – 220 350 – 380 7 – 10 80 – 100 150 °C 500 h 220 – 245 260 – 290 > 15 225 °C 500 h 150 – 175 180 – 205 > 20 Kapitel „Technische Informationen“ beachten ! Thermodur ®- 73 [ AlSi11Cu2Ni2Mg2Mn ] Anwendungsgebiete Kennzeichnende Eigenschaften Automobil-Motorenbau, Lüfterbau Sehr hohe Härte und hohe Festigkeit im Gusszustand, sehr hohe Warmfestigkeit, gute Gießbarkeit. Für Sandguss, Kokillenguss und Druckguss. Ausgezeichnet schweiß- und spanbar. Chemische Zusammensetzung [ Masse-% ] [%] Si min. 10,0 max. 11,8 Fe Cu Mn 1,8 0,15 2,3 Mg Zn Ti andere 0,10 0,10 1,8 – 2,3 Ni; Sr 1,8 0,4 2,3 Mechanische Eigenschaften Geprüft bei Alterungstemperatur Auslagerung Temperatur Auslagerung Zeit 20 °C Dehngrenze Rp0,2 [MPa ] Zugfestigkeit Rm [ MPa ] Bruchdehnung A [ % ] Brinellhärte [ HBW ] 270 – 300 300 – 320 <1 130 – 150 150 °C 500 h 280 – 310 330 – 355 < 1 225 °C 500 h 130 – 155 250 – 280 1 – 2 Kapitel „Technische Informationen“ beachten ! 44 Magsimal ® -59 Von filigraner Leichtigkeit, aber extrem belastbar Die von RHEINFELDEN ALLOYS innovativ entwickelte Magsimal-59 wird auf Hüttenaluminium-Basis mit abge- Druckgusslegierung Magsimal-59 gewinnt immer mehr an stimmter, eng tolerierter Zusammensetzung produziert. Bedeutung, insbesondere bezüglich der Anwendung im Magsimal-59 weist daher eine hohe analytische Reinheit Automobil. Der Legierungstyp besitzt ausgezeichnete Eigen- auf. Damit sind herausragende mechanische Eigenschaften schaften im Gusszustand, d. h. eine hohe Dehngrenze in und ein ausgezeichnetes Korrosionsverhalten gegeben. Verbindung mit hoher Duktilität. Das Energieabsorptionsvermögen beispielsweise im Crashfall ist ausgezeichnet. Diese chemische Zusammensetzung ergibt folgende Gieß- Die Dauerfestigkeit ist ebenfalls höher als bei herkömmli- eigenschaften: chen Druckguss-Legierungen. • ausgezeichnet gießbar • geeignet für geringste Wanddicken Daher sind die meisten Anwendungen Sicherheitsbauteile • gerninge Klebeneigung zur Druckgussform mit hohen Ansprüchen an die Performance, wie z. B. Gurt- • ausgezeichnete Eigenschaften im Gusszustand straffer, Lenkradskelette, Querträger, Motorradfelgen, Lenker, Federbeindome und -gabeln sowie weitere Fahrwerksteile. Bei immer mehr Anwendungen, hauptsächlich im Automobilbau, erhalten weitere Eigenschaften höhere Bedeutung: Die Eigenschaften hängen allerdings auch von der Wand- • hohe Dehngrenze in Verbindung mit hoher Duktilität dicke ab. Um diesen Umstand auszugleichen, ist es möglich, • ausgezeichnetes Energieabsorptionsvermögen eine Wärmebehandlung durchzuführen, die entweder eine • sehr hohe Dauerfestigkeit hohe Steifigkeit des Gussstückes oder eine hohe Duktilität • ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gewährleistet. Es handelt sich hierbei um ein Auslagern • geeignet für Stanznieten bei Temperaturen unterhalb der Blisterbildungstemperatur. • a usgezeichnet geeignet für Klebeverbindungen Ein Abschrecken in Wasser entfällt. Die Abkühlung kann im Fahrzeugbau an Luft erfolgen, so dass ein Verzug ausgeschlossen werden kann. 45 Magsimal ®- 59 – Eigenschaften auf einen Blick Chemische Zusammensetzung der Magsimal- 59, AlMg5Si2Mn [%] Si min. 1,8 max. 2,6 Fe 0,2 Cu 0,03 Mn Mg 0,5 5,0 0,8 6,0 Zn Ti Be andere gesamt 0,07 0,20 0,004 0,2 Mechanische Eigenschaften im Gusszustand in Abhängigkeit der Wanddicke der Probestäbe Wanddicke [ mm ] Dehngrenze Rp0,2 [MPa ] Zugfestigkeit Rm [ MPa ] Bruchdehnung A [ % ] <2 > 220 > 300 10 – 15 2 – 4 160 – 220 310 – 340 12 – 18 4 – 6 140 – 170 250 – 320 9 – 14 6 – 12 120 – 145 220 – 260 8 – 12 Physikalische Eigenschaften im Gusszustand Einheit Erstarrungsintervall Gültigkeitsbereich 618 – 580 °C 2,65 kg / dm3 20 °C 68 – 75 GPa 20 °C Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient 24 1 / K × 10 -6 20 – 200 °C Thermische Leitfähigkeit 1,1 W / (K × cm) 20 – 200 °C Elektrische Leitfähigkeit 14 – 16 MS / m oder m / ( Ω × mm2) 20 °C 100 MPa 50 × 106 Zyklen Magsimal-59 AlMg3Mn AlSi10Mg(Fe) nein nein ja Warmrissneigung wenig hoch nein Klebeneigung wenig hoch wenig Tendenz zu Krätzebildung mittel hoch wenig > 90 % > 70 % 100 % 0,6 – 1,1 % 0,9 – 1,3 % 0,4 – 0,6 % Dichte Elastizitätsmodul Dauerfestigkeit (r = -1); 4 mm Wanddicke Verarbeitungseigenschaften im Vergleich zu anderen Druckgusslegierungen Legierungstyp Wärmebehandlung Formenstandzeit Schwindmaß Kapitel „Technische Informationen“ beachten ! 46 Magsimal ®- 59 [ AlMg5Si2Mn ] Querträger für Geländewagen / BMW Magsimal-59; schweißgeeignet 770 × 460 × 200 mm; Gewicht: 4,8 kg Federbeindom für Sportwagen Magsimal-59; Gusszustand Wanddicke 3 mm 590 × 450 × 340 mm; Gewicht: 3,0 kg Querträger für Vierrad-Geländewagen Magismal-59; Gusszustand 710 × 910 × 85 mm; Gewicht: 7,6 kg Dieser Querträger ersetzt eine erheblich schwerere KokillengussVariante aus einer wärmebehandelten AlSiMg-Legierung. Leichtbau mit entsprechend dünner Wanddicke dieser Druckgusskonstruktion ist besonders wirtschaftlich, wenn keine Wärmebehandlung mit Lösungsglühung durchgeführt wird. Erheblicher Bauteilverzug wäre ansonsten zu korrigieren, wodurch wiederum Spannungen in das Bauteil eingeleitet würden. Lenkradskelett / VW New Beetle Magsimal-59; Gusszustand Ø 370 × 125 mm; Gewicht: 0,85 kg Türkonstruktion für viertürigen Sportwagen Magsimal-59; Gusszustand Wanddicke 2 mm 1140 × 690 × 155 mm; Gewicht: 4,1 kg 47 Magsimal ®- 59 [ AlMg5Si2Mn ] Vorderes Pkw-Türfenster-Teil Magsimal-59; Gusszustand schweißgeeignet 610 × 250 × 100 mm; Gewicht: 1,0 kg Federbeingabel / Porsche Cayenne Magsimal-59; Gusszustand Wanddicke 6 mm 340 × 370 × 60 mm; Gewicht: 0,9 kg Gurtaufrollspindel / Saab, Daimler Magsimal-59; Gusszustand Ø 56 × 55 mm; Gewicht: 0,066 kg Knoten für Fensterrahmen Magsimal-59; Gusszustand; schweißgeeignet Bis 510 mm lang; Gewicht: 0,20 – 0,35 kg Federbeinstütze Vorderrad / BMW 5er, 6er Magsimal 59; Gusszustand Wanddicke 2,5 mm 500 × 380 × 500 mm; Gewicht: 2,3 kg Im Aluminium-Vorderbau des BMW 5-er und 6-er ist dieses Bauteil höchsten dynamischen Belastungen ausgesetzt. Verschiedene Verbindungstechniken fordern dabei höchste Gussqualität und enormes Werkstoffverhalten: modernes Durchsetzfügen mit mehrlagigen Blechen, stromführende Punktschweißverbindung, Klebeverbindung ohne Ablöseverhalten, kraftübertragende Schraubverbindung der Domstreben. Die dünne Bauteilgestaltung mit nur 2,5 mm Wanddicke kommt dabei dem Werkstoffverhalten entgegen, welches bei diesen Erstarrungsgegebenheiten bestes Verhalten zeigt. 48 Magsimal ®- 59 [ AlMg5Si2Mn ] Ölwannen Magsimal-59; Gusszustand Gewicht: 3,0 – 4,2 kg Ölwannen sportlicher Fahrzeuge müssen duktile Böden haben, um eventuelle Schlagbeanspruchungen z. B. durch hochfliegende Steine oder Bodenberührung ohne Risse abbauen zu können. Wegen der hohen Flächenpressung bei der Montage muss im Anschraubflansch eine hohe Härte gewährleistet sein. Getriebequerträger / Porsche Magismal-59; Gusszustand 160 × 320 × 55 mm; Gewicht: 0,34 kg Seitenplatte für Cabrioverdeckscharnier Magsimal-59; Gusszustand Wanddicke 2 – 5 mm 600 × 350 × 280 mm; Gewicht: 3,2 kg Haltebügel Stabilisatorstange / BMW 5-er Magsimal-59; Gusszustand 135 × 90 × 50 mm; Gewicht: 0,18 kg Regensensor-Grundplatte Magsimal-59; Gusszustand 70 × 65 × 8 mm; Gewicht: 0,013 kg Magsimal-59 bietet bei diesem 0,4 mm dünnen Rahmen eine außergewöhnlich hohe Steifigkeit. Die hohe dauerhafte Güte der Klebeverbindung zwischen Gussstück und Glaskleber war ausschlaggebend für die Legierungswahl Magsimal-59. Getriebequerbrücke / Daimler Magsimal-59; Gusszustand Wanddicke 4 mm 610 × 210 × 75 mm; Gewicht: 2,3 kg 49 Magsimal ®- 59 – Chemische Zusammensetzung [%] Si min. 1,8 max. 2,6 Fe 0,2 Cu 0,03 Mn Mg 0,5 5,0 0,8 6,0 Zn Ti Be andere gesamt 0,07 0,20 0,004 0,2 Tab. 1: Chemische Zusammensetzung von Magsimal-59, AlMg5Si2Mn in der Massel (in Masse-%) In Tabelle 1 ist die chemische Zusammensetzung der Legierung Magsimal-59 dargestellt. Das Magnesium-Silizium-Verhältnis sorgt für eine während der Erstarrung. Der eutektische Anteil im Gefüge liegt bei etwa 40 – 50 % (Flächen- %). Magnesium liegt im Überschuss vor, bezogen auf die Verbindung Mg2Si. Dies ist wichtig, da wegen des Korrosionsverhaltens sichergestellt sein muss, dass kein freies Silizium im Gefüge vorliegt. Desweiteren sorgt das überschüssige Magnesium Temperatur [°C] gute Gießbarkeit und eine gute Nachspeisung 640 630 620 610 600 590 580 570 560 550 540 für die hohe Dehngrenze. Kalzium und Natri- [°C] TG =657,1 TLu =618,9 TLo =619,8 dTL= 0,9 TSu =594,0 TSo =594,3 dTS= 0,3 0 2,55,0 7,5 Zeit [min] um müssen niedrig gehalten werden, da diese Elemente das Gießverhalten negativ beeinflussen, Reaktionen z. B. durch verstärkte Tendenz zur Warmriss 618 °C Liquid – a -Aluminium neigung. Phosphor muss ebenfalls so niedrig wie 594 °C Liquid – Mg2Si + Al6Mn oder Al15 (Mn,Fe) 3Si4 möglich gehalten werden, da dieses Element 594 °C – 580 °C nicht bestimmt sich negativ auf die Ausbildung des Al-Mg2SiEutektikums auswirkt und damit die Duktilität Abb. 1: Thermische Analyse von Magsimal-59, AlMg5Si2Mn im Quick-Cup-Tiegel negativ beeinflusst. gleichmäßige Verteilung der α-Phase aus. Die hellen Partikel in Abb. 2 ist die Legierungsschmelzen vom Typ Al-Mg mit einem Al6Mn-Phase. Durch Mangan wird ein Ankleben in der Form verhindert. Um die Magnesiumgehalt von > 2 % neigen zu verstärkter α-Dendriten herum verteilt sich das Eutektikum aus α-Aluminium und Mg2Si. Es Krätzebildung, wenn die Schmelze lange im Ofen sind keine groben Phasen in der Übersicht zu erkennen und das Eutektikum ist steht und die Schmelzetemperatur besonders fein und kugelig; daher handelt es sich hier um ein sehr duktiles Gefüge. hoch ist. Es entsteht dann eine blumenkohlartige Krätze, die schwierig zu entfernen ist. Daher wird der Legierung Beryllium zugegeben. Dieses Element bewirkt, dass die Oxidhaut dichter wird und weniger Aluminium und Magnesium nach außen diffundieren und dort oxidieren kann. Die thermische Analyse der Magsimal-59 ist in Abb. 1 dargestellt. Die Temperaturkurve wurde mit einem Quick-Cup-Tiegel aufgenommen. Die Liquidustemperatur liegt bei etwa 618 °C und die Solidustemperatur ist bei etwa 594 °C. Bei 592 °C ist ein ausgeprägter Haltepunkt zu erkennen. Hier erstarrt das Al-Mg2Si-Eutektikum. Das Gefüge im Druckguss, das heißt bei sehr schneller Abkühlung, zeichnet sich durch eine 50 Abb. 2: REM-Aufnahme von Magsimal-59, AlMg5Si2Mn Magsimal ®- 59 – Mechanische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften 320 im Gusszustand An dieser Stelle soll kurz auf eine charakteristische Materialeigenschaft bei der statischen 240 Prüfung von AlMg-Legierungen eingegangen werden. Beim Zugversuch sind kleine „Zacken“ Spannung R [MPa] in der Spannungs-Dehnungskurve zu erkennen. Dies sind keine Anrisse im Material, sondern es handelt sich um die sogenannte Reckalterung. Dieses Phänomen tritt im plastischen Bereich der Spannungs-Dehnungs-Kurve auf, es handelt sich, atomistisch betrachtet, um eine Wechselwirkung 160 Zustand F Rp0.2= 178 MPa Rm = 313 MPa A = 20,6 % 80 zwischen gelösten Atomen und wandernden Versetzungen im Gefüge (Portevin-Chatelier-Effekt ), 0 was zu einem momentanen geringen Spannungsabfall in der Spannungs-Dehnungskurve führt. Bruchdehnung A [%] Abb. 3 zeigt ein typisches Beispiel eines solchen Verhaltens. 0 5 10 1520 Abb. 3: S pannungs-Dehnungs-Kurve von Magsimal-59, AlMg5Si2Mn im Gusszustand, Wanddicke der Proben 3 mm Die mechanischen Eigenschaften der Magsimal-59 sind abhängig von der Wanddicke bzw. Probestäben und -Platten entnommen. Es muss beachtet werden, dass die von den Erstarrungsbedingungen. Werte im Gussstück streuen können und in der Regel in Anschnittnähe besser sind als in entfernten bzw. gegenüberliegenden Bereichen. Durch Anbinden In Tab. 2 sind die Bereiche der mechanischen von Überläufen kann dieser Einfluss gemindert werden. Daher ist die geeignete Eigenschaften dargestellt. Die aufgezeigten Entnahme von Probestäben aus Druckgussstücken schwierig und muss auf mechanischen Eigenschaften wurden aus realen jeden Fall zwischen Gießer und Konstrukteur genau definiert werden. Geforderte Gussstücken und aus getrennt gegossenen mechanische Eigenschaften und Abmessungen müssen abgestimmt sein. Wanddicke [mm] Rp0,2 [MPa] Rm [MPa] A [%] <2 > 220 > 300 10 – 15 2 – 4 160 – 220 310 – 340 12 – 18 4 – 6 140 – 170 250 – 320 9 – 14 6 – 12 120 – 145 220 – 260 8 – 12 Tab. 2: Mechanische Eigenschaften von Magsimal-59, AlMg5Si2Mn im Gusszustand in Abhängigkeit der Wanddicke der Probestäbe. 51 Magsimal ®- 59 – Mechanische Eigenschaften Zustand T5 und Zustand O 300 immer mehr ab und nähert sich dann Werten 250 entsprechend dem Kokillenguss. Nun gibt es durchaus Anwendungen, die partiell in diese Dickenbereiche fallen, wobei dann die geforderten Eigenschaften vom Gussstück nicht mehr erreicht werden. Die Festigkeitseigenschaften können dann durch eine T5-Behandlung des Gussstückes Dehngrenze Rp0,2 [MPa] Mit steigenden Wanddicken nimmt die Dehngrenze 250 °C 350 °C 200 250 °C 150 380 °C 100 ------ 3 mm Wanddicke ---- 6 mm Wanddicke 50 erhöht werden. 0 Es hat sich gezeigt, dass das Gussstück unmittelbar nach dem Entformen abgeschreckt werden 24 muss, damit die entsprechende Festigkeitsstei- 20 0 20 40 60 80 100 120140 Eine Abkühlung an Luft nach dem Entformen bringt nicht den gewünschten Effekt. Die Veränderung der mechanischen Eigenschaften ist in Abb. 4 dargestellt. Es geht daraus hervor, dass Dehnung A [%] gerung beim Warmaushärten erzielt werden kann. nach ca. 120 Minuten Auslagerung ein stabiler 380 °C 16 350 °C 12 250 °C 8 250 °C 4 ------ 3 mm Wanddicke ---- 6 mm Wanddicke Zustand erreicht wird. 0 Mit 6 mm Wanddicke kann somit eine Dehngren- 0 20 40 60 80 100 120140 ze von ca. 200 MPa erreicht werden. Bei den 3 Auslagerungszeit [min] mm Proben wird eine höhere Dehngrenze erzielt. Allerdings liegen die Festigkeitseigenschaften in diesem Wanddickenbereich nach einer T5-Be- Abb. 4: Dehngrenze und Dehnung nach verschiedenen Auslagerungstemperaturen, Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, 3 mm und 6 mm Wanddicke handlung nicht sehr unterschiedlich vor. Alterung bei Raumtemperatur Dahingegen ist die Dehnung stark abhängig von Besonders bei dünnwandigen, nach der Formentnahme wasserabgeschreck- der Wanddicke. Nach 60 Minuten Warmauslage- ten Gussstücken aus der naturharten Magsimal-59, AlMg5Si2Mn tritt eine zu rung bei 250 °C haben die 3 mm Proben immer beachtende Alterung schon bei Raumtemperatur auf. Nach 20 Tagen liegt die noch ca. 10 % Dehnung, während die dickere Dehngrenze bei wasserabgeschreckten Gussstücken um 30 MPa, dagegen 6 mm Platten eine Gesamtdehnung von etwa 4 % bei luftabgeschreckten um nur 5 MPa höher. Die Dehnung fällt dabei allerdings aufweisen. kaum ab. Abb. 5 zeigt dies bei 3 mm Druckgussplatten auf. 200 Normalerweise ist allerdings in Bereichen mit hoher Wanddicke eher die Festigkeit gefordert als Luft-Abkühlung 180 in Materialanhäufungen oder dickwandigen Bereichen sollte aber unbedingt vom Konstrukteur beachtet werden. Wird eine Auslagerungstemperatur von 350 °C gewählt, so verringert sich die Dehngrenze für 160 Wasser-Abkühlung 140 120 eine Wanddicke von 3 mm auf 130 MPa bis 150 MPa, aber die Dehnung wird stark erhöht. Somit kann eine höhere Duktilität erzielt werden, wenn die Werte im Gusszustand für das Anforderungsprofil nicht ausreichen sollten. 52 3 mm Wanddicke 100 1 10 100 Wartezeit vor Prüfung [h] 20 Tage Knotenbereichen. Dieses Verhalten der Legierung Dehngrenze Rp0,2 [MPa] die Duktilität, z. B. an Anschraubpunkten oder in 4801000 Abb. 5: Alterung von Magsimal-59 nach Wasser- oder Luft-Abkühlung aus der Gießform Magsimal ®- 59 – Mechanische Eigenschaften Dauerfestigkeit 200 Die Dauerfestigkeit ist eine wichtige Kenngröße 160 und der Oberflächenausbildung des Gussstückes 140 nissen nur eingeschränkt möglich. In Abb. 6 ist die Dauerfestigkeit von Magsimal-59 bei einem r-Wert von -1 dargestellt. Dies bedeutet, dass die Spannung R [MPa] den Erstarrungsbedingungen, den Gussfehlern ab. Daher ist die Übertragbarkeit von Messergeb- Spannungsverhältnis r = -1 Wanddicke 4 mm 5 %, 50 %, 95 % Bruchwahrscheinlichkeit 180 für den Konstrukteur. Sie hängt vom Werkstoff, Mittelspannung gleich Null ist. Die Messung wur- 120 % 95 % 50 % 5 100 80 60 de mit 4 mm dicken Druckguss-Platten auf einem 40 Hochfrequenz-Pulser (ca. 110 Hz) durchgeführt. 20 0 105106107108 Die Kurven wurden für verschiedene Wahrscheinlichkeiten des Bruches aufgetragen. In der Regel Belastungszyklen [n] wird immer für Berechnungen die 5 %-ige Neigung zum Bruch verwendet. Es geht aus den Abb. 6: Wöhlerkurve von Magsimal-59, AlMg5Si2Mn im Gusszustand Kurven hervor, dass eine Dauerfestigkeit von 100 MPa im Gusszustand vorliegt. Korrosionsfestigkeit AlMg-Legierungen sind in der Regel sehr korrosionsfest und werden daher auch in meerwasser- 20 °C Unter Korrosionseinfluss 200 haltiger Atmosphäre eingesetzt. Da dieser Legierungstyp eben auch für Sicherheitsteile eingesetzt 150 wird, ist ein Test zur Bestimmung der Tendenz zur Spannungsrisskorrosion unumgänglich. Hierzu einer Einspannung belastet und in 35g/l-NaClLösung über 30 Tage einem Tauchtest (ASTM G 47-90) unterzogen. Nach dem Test darf die Spannung nicht abgebaut sein. Ein Vergleich verschiedener Werkstoffe bezüglich des Ermüdungsverhaltens ohne und in korrosiver Atmosphäre zeigt die Abb. 7. Es geht daraus Spannungsamplitude R [MPa] wurden Proben mit 75 % der Dehngrenze mittels 3 100 2 1 50 hervor, dass unter Korrosionseinfluss die Legierung Magsimal-59 der bekannten Legierung 40 AlSi7Mg0,3 T6 überlegen ist. 30 1 Druckguss AIMg5Si2Mn 2 Thixoguss AISi7Mg0,3 T6 3 Blech AIMg0,6Si0,8 T6 1 2 3 20 104105106107108 109 1010 Bruchlastspielzahl [n] Quelle: Haldenwanger, Audi Abb. 7: Einfluss von Korrosion auf die Ermüdungseigenschaften von Aluminiumlegierungen 53 Magsimal ®- 59 – Verarbeitungshinweise Schmelzen Das Wiedereinschmelzen von Angüssen, Rücklaufteilen etc. stellt Magsimal-59 hat eine spezielle Langzeit-Kornfeinung, die be- kein Problem dar. Es muss allerdings darauf geachtet werden, sonders dem Al-Mg2Si-Eutektikum gilt. Der Feinheitsgrad des dass keine Vermischung mit anderen Legierungen stattfinden Eutektikums bestimmt die Dehnung bzw. Zähigkeit des Guss- kann. Dies kann sich negativ auf die mechanischen Eigenschaf- stückes (Abb. 8). Eine besondere Schmelztechnik bei der Legie- ten auswirken. Beim Einsatz von Rücklaufmaterial ist eine gute rungsherstellung vermindert stark die Oxidation der Schmelze, Schmelzereinigung mittels Rotor und Argon oder Stickstoff die AlMg-Legierungen besonders eigen ist. Dies führt zu einer unbedingt erforderlich, da oxidische Einschlüsse, Oxidhäute etc. erheblichen Abnahme der Dehnung. Agglomerationen von entfernt werden müssen. Diese können sich auf die Dauer im Oxiden auf Badoberflächen und am Ofenboden bilden sich kaum. Prozess anreichern und einen negativen Einfluss auf die Bauteileigenschaften ausüben. Die dabei anfallende Krätze kann mit Alle diese Vorteile bleiben erhalten, wenn nach dem zügigen einem Schmelzhilfssalz, speziell angepasst an Magsimal-59, in Einschmelzen der Masseln nur eine Schmelzereinigung mit dem ihrem Metallgehalt reduziert werden. Gasrotor durchgeführt wird und keine Schmelzhilfssalze, Kornfeinungsund Veredelungsmittel, phosphor-, alkali- und erdalkali- Gießen haltige Substanzen, sowie Fremdmetalle der Schmelze zuge- Die eutektische Temperatur bei Magsimal-59 und damit die führt werden. Hierdurch wird das Al-Mg2Si-Eutektikum stark Gießtemperatur liegt ca. 20 °C über der von AlSi10Mg(Fe) und beeinflusst und vergröbert (Abb. 9). Die Dauertemperatur beim muss bei der Standzeitkalkulation der Gießwerkzeuge beachtet Schmelzen sollte 780 °C nicht überschreiten. werden, wenn die Wärmeabfuhr hauptsächlich über die Formoberfläche durch Wasserabduschen erfolgt. Gießwerkzeuge mit Öfen, die mit Wärmekonvektion die Schmelze in Bewegung halten, Wärmeabfuhr durch Kühlwasser im Wärmetauscher-Verfahren verhindern Deckelbildung durch Oxid-Schmelze-Reaktionen haben längere Standzeiten. Trotz größerer Schrumpfkräfte sind und Seigerung. Das gilt auch für Öfen, bei denen die Badbewe- die Gussstücke leicht entformbar, weil der hohe Mangan-Gehalt gung mittels Rotor oder Spülgaseinleitung durch Ofenboden- ein Kleben verhindert und die Warmfestigkeit und somit auch steine erfolgt. die Gestaltsfestigkeit der Legierung erhöht. Dennoch sollten die Ausformschrägen der Gießwerkzeuge über 1,5 °C liegen. Öfen mit Deckenheizung ohne Badbewegung bereiten bei AlMgLegierungen Schwierigkeiten bei längeren Standzeiten ohne Der Formtrennstoff ist 30 bis 50 % höher konzentriert anzuwen- produktionsbedingtes Nachfüllen. Schmelzen aller Aluminium- den, als es bei AlSi-Legierungen üblich ist. Es können die Legierungen und auch Magsimal-59 reagieren nicht mit der marktüblichen Trennmittel eingesetzt werden. Einschränkungen Feuerfestmasse, wenn diese über 85 % Tonerde, Al2O3, enthält. müssen bei schweißgeeignetem Druckguss gemacht werden. Neue Mischungen der Körnungen ergeben ein besonders dichtes Hier ist das Trennmittel entsprechend dem Prozess zu verwenden. Feuerfestmaterial, in dem eine Infiltration und damit die unerWeiterführend wird auf die Arbeitsfolge zur Verarbeitung und auf wünschte Reaktion vermieden wird. die 8 Zielstufen des Druckgusses in den nachfolgenden Kapiteln verwiesen. 50 µm 50 µm Abb. 8: Feines Al-Mg2Si-Eutektikum bei Magsimal-59, AlMg5Si2Mn 54 Abb. 9: Vergröbertes Al-Mg2Si-Eutektikum bei AlMg5Si2Mn Magsimal ®- 59 – Verarbeitungs-/Gestaltungshinweise Für die Verarbeitung von AlMg-Legierungen neu entwickelte •K notenpunkte auflösen, damit auf der Gegenseite der Wand Formtrennmittel verbessern sowohl die Fließfähigkeit, die nicht Einfallstellen entstehen. Die hohe Volumenkontraktion Gleitfähigkeit beim Auswerfen als auch die Schweißeignung verursacht bei größeren Knoten diese sichtbaren äußeren der Druckgussstücke. Einfallstellen (Abb. 11). •V erdickungen an Innenradien bilden Einfallstellen aus. Oberflächenveredelung Diese kann man durch „Krähenfüße“ vermindern (Abb. 12). Magsimal-59 kann sowohl lackiert, pulverbeschichtet, als auch poliert oder anodisiert werden. Beim Polieren entsteht eine Mittellinien-Lunker können bei ungünstig verlaufender Erstarrung typische leichte Blaufärbung des Oberflächenglanzes. Beim sehr lang werden. Da diese aber in der Mittellage vorliegen Anodisieren ist zu beachten, dass sogar wegen des geringen vor- (neutrale Faser), nehmen sie keinen erkennbaren Einfluss auf liegenden Silizium-Gehaltes ein Grauton entsteht. Für dekorative die Bauteilfestigkeit. Wichtig hierbei ist, dass dieser Lunker Zwecke empfiehlt sich daher das Aufbringen einer Chromschicht keinen Kontakt nach außen in den hochbelasteten Gussober- oder die polierte Oberfläche zu verwenden. flächenbereich besitzt. Gestaltungshinweise Bauteil-Bereiche zum Stanznieten sollten nicht dicker als Rippen können zu dünn konstruiert sein, womit eine hohe un- 3 mm konstruiert werden, um die erforderliche Verformbarkeit gewollte Steifigkeit in den Rippen erreicht wird. Die Verformung zu besitzen. erfolgt dann nur noch partiell am „Ende“ der Rippen, d.h. in der Wand. Die Rippendicke sollte der Wanddicke angepasst Hilfen vor Ort sein (Abb. 10), nicht 1 – 2 mm Rippen in eine 6 mm Wand des Gerne sind unsere Gießerei-Ingenieure auch bereit, die anstehen- U-Profiles laufen lassen. Beispiele für die gute Konstruktion den Fragen zu und Besonderheiten der Magsimal-59 zusammen mit Magsimal-59: mit Ihnen zu besprechen. Abb. 10: B eispiel für eine gute Konstruktion der Rippen Abb. 12: Beispiel für Krähenfüße Literaturhinweise Broschüre Rheinfelden Code 637, “Optimizing the Magnesium and Manganese content for the structural part application”, veröffentlicht zur NADCA 2003, 10/2003. Broschüre Rheinfelden Code 635, „Möglichkeiten des Aluminiumdruckgießens; Anwendungen dieser Technologie im Grenzbereich“, veröffentlicht von Dr.-Ing. Norbert Grov e.a., in GIESSEREI Nr. 7/2003. Abb. 11: Beispiel für eine gute Konstruktion mit Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, ohne Knotenpunkte 55 Technische Informationen In diesem Kapitel werden Ratschläge zur Handhabung unserer Gusslegierungen im Schmelzprozess gegeben, sowie Hilfen und Informationen zur Erreichung von optimalen Ergebnissen beim Gießen. Auf die verschiedenen Schritte im Verarbeitungsprozess wie eventuelle Kornfeinung, Strontium-Veredelung, Schmelzequalität, Wärmebehandlung bei Druckgussstücken, Oberflächenbeschichtung, Fügen von Druckgussstücken wird hierbei eingegangen. Da nicht nur die Qualität der eingesetzten Gusslegierung entscheidend für gelungene Anwendungen ist, sondern in hohem Maße auch die richtige Handhabung vor, während und nach dem Gießen, sehen wir diese technischen Informationen als wichtigen Teil unseres Handbuchs an. In der Praxis und bei Neuentwicklungen treten sicherlich weitere Fragen auf, wobei Ihnen RHEINFELDEN ALLOYS mit seinen Gießereifachleuten auch gerne gezielt weiterhilft. Die im Tabellenteil aufgeführten mechanischen Eigenschaften beruhen auf eigenen Messungen an unseren Legierungen und liegen meistens über den Werten der europäischen Norm EN 1706. Die mechanischen Werte wurden an aus Druckgussplatten herausgearbeiteten Probestäben ermittelt. Die angegebenen Bereiche der mechanischen Eigenschaften zeigen die Leistungsfähigkeit der Legierungen und den werkstoff- und gießbedingten Streubereich auf. Der jeweilige Höchstwert dient dem Konstrukteur zur Information. Bei günstigen gießtechnischen Voraussetzungen und entsprechendem gießtechnischen Aufwand können diese Werte auch im Gussstück oder Teilbereichen davon erreicht oder sogar übertroffen werden. In den von RHEINFELDEN ALLOYS gelieferten Legierungen sind die Analysengrenzen eng gefasst, wodurch eine gute Gleichmäßigkeit im Gießverhalten und in den übrigen Eigenschaften gewährleistet ist. Sila eits fon ® folg e bei t - Arb itsfolge sil ®- 37 bei der 2 Eins chm elzen der Mas Hers tellun 1 Ein sch r Ma sse [ AlSi ln 9M Druc kgus 2 SasstücnMoZ lzb ken eha aus Castr ] nd AlS g von G ie Folgeseiten gerne vervielfältigen und verwenden. Diese stellen handhabbare Arbeitsanweisungen dar und zeigen Schritt für Schritt die Arbeitsfolge auf. Nicht alle Legierungen sind hier aufgelistet, allerdings kann innerhalb der entsprechenden Legierungsfamilie das hier vorliegende Verarbeitungsmerkblatt verwendet werden. Die Empfehlungen entsprechen den typischen Gegebenheiten in den Gießereien. So wird beispielsweise beim Einschmelzen ein Tiegel- oder Schachtschmelzofen berücksichtigt; die Gegebenheiten in einem Herdschmelzofen können von den Empfehlungen abweichen. Auch sollten flitterartiges Kreislaufmaterial bei den HüttenaluminiumDruckgusslegierungen nicht verwendet werden. Die hier aufgeführten Mengenangaben sind jeweils Gewichtsprozente, berechnet auf das Einsatzgewicht. Die angegebenen Temperaturen beziehen sich jeweils auf Schmelzetemperatur, auch beim Gießen. Die gegebenen Empfehlungen zur Wärmebehandlung entsprechen dem Standardprozess und können variiert werden, zum Beispiel um Verzug zu minimieren. Bei Fragen zu Ihrer spezifischen Legierungsanwendung und -verarbeitung sprechen Sie unsere Gießereifachleute an. 56 AlM g7 S i3M n] n] M Si2 g5 lM G Wenn Sie unsere Gusslegierungen verwenden, dürfen Sie innerhalb Ihres Betriebes die -7 2[ [A 12 Arbeitsschritte zur Handhabung der verschiedenen Legierungen zur Verfügung stellen. Th erm od ur 9 -5 11 Mit den nachfolgenden Verarbeitungsmerkblättern möchte Ihnen RHEINFELDEN ALLOYS i10 Mn Mg ] al sim ag M igung d d un un e ln m ah asse lich; n; fn au n M mög ende as te n rw , G ärm ge ve n nd un ra rgew er se ig e. Abb n vo Se mas m t gah vo ns ampf M fn it so St en m h m Au lic ane da setz gen, te 9 n, ch i ei mög rN -5 fe nach Men di al be Ö r de h; sium n oder n; sim ah en lic ag ef ig eibe eine eil ne üb n! M G äh s e un mag sf g bl in kl eant eide au ur in t di ng rin ial rd rm n kt eh er ke ne ve istu ge st rre % Re le ze mat To e üc be st in el , Ko 0,5 h: g hm lauf hem nahm ss ng ! Es rc gi is gu zu s zu uf ho en du el ck ) t zü r Sc re it bi -A ot n! en m hs de m K n m rb hm von Dru re rg n lic riu n Sc so z ve llie tio kige asse Nat ög be vo je al g ro m ga d ss nt % ng un xida üc tm r ilf Zu O obst es - un ® ellu 0,1 r ko zh weg % n! n r zu st el tu gr uerf or be to vo 5,0 de er ra h !) hm ze Fe osph en Ro lic pe nd ter rH el ng Sc er m rw m ra lu s Ph rd hm ln un i de ve de üh (Te fo Abb ich se be iche en ze bk r Sc er °C e as el uf se bl n fü (A 0 lg Übl d n ne ze l la hm rM fo wei he 78 ei el el un ite ts Sc er t er de al ie st m ei hn ze al n al en er im ch fre en sc min gs ze rm eh ss Arb ax nd ans it el G la no N m Bod Ei m he 10 dlun ! m gn r: en m er ch M de 6 – an g i ru tu he de üb ra ns ho ff, un be sink oc Ei Beh irk et pe ch en pr ng °C M ksto e m 1 st W na es 0 ion zu er te ic be ei sg he er lste St ng g n r 65 kt au nh el lic lä am ve un ze r r) te Dau hn oder tigt rder dl el ke on lle ng lung ecke nu sc m t un ek an d üc fo nö d on ch st ch m ( Impe leitu hfül it D eh an n rfen n. be e er un Arg ni är r in ac ss m br zb Eins ze dü g de pf di W n el se gu to in ab er t -N n, • un Sal fe m ga ck ig l/m m Ko ch er um tw um 2 beim ch ru • Ro ül elze n Ö in ik ni si ng nk ns n kt se Re 10 rri rD h ne • Sp hm tiefe Ei se te ve en de lic lle , 7 – porö iche ag m ge Eu of • Sc e ng er zu M vo re in s in de ng rd lte e nu ich icke er gs 3 fe da ke en fo tz bl ch n ha dd un eitu it tz rt er Krä m Deh he rä an irk einl e m lette r na be e ar er r en W tu rö di tz • w as lanz ab W Abk °C d de ra rg rt t de ! rä G 0 n st 4 un ül ve al pe ge , r im wür 20 ga m 0 °C ei in Abk eh erde er ße tu > • Sp ül st m s ng Te in lg w rö ra 35 rt d al G fe t ge nu 5 d 90 pe • Sp ) rn un lti Met de lt, s m un ke perie e fä ta bi 0 °C Deh Ko 0 en Te ic n d rg nz e s es rw 6 25 dd tem 32 de re al G ar so n un l 2 ve an er gt ng en ge ch B °C oö Um lze ichb ei -w ni 0 f üb na ! Ti re Deh isch d erm Sa 25 ar anst je Rei er e en t s d : zw e un Th ot ie bi Bed ng er t di un rb er he öß n rii !D nk ze ve er ch ehnu gr üb äc en en , va rfl ck r se ot as mel °C slag je na d D tü oder rb be tg ch se 0 O ss ve h as un En S f au O 73 gus sc W ar mt; mt – 7 der eu n G tri 0 in kz Bed nim nim 69 en er g vo elek ch ab e ab ck en ßw er re na tz ie ängi m ch je nung renz G rä am bh Abs (a ßk Abk ; T5 Deh ehng ) ie e O es d 8 te G D in d er ke rtig °C). un gt un ei en w fo in ht se T5 stei , wob fe So is 70 n Ric rn wei ng an min lle r( (b er Ko lu e fä al tu r 9 de nz s 90 er m ra tu d re re or ra nd pe un N ng d bi Ve e pe So gem eh un ck ßt 10 eu em r in D tü ie kz er-T ei 0 °C nu ss G er m us wob 38 ßw am s rG bi ßk de ie en ck g re un ch dl en an Abs üh eh gl 13 eb gs m är un W nn pa 14 ts En 15 Verarbeitungsmerkblätter 36 [ der He Ar rste be llun me its g von lzen folge de Dru 1 be ckg Eins i de uss ® ch stü r He cke me rst n aus lze ell n Sila un mö fon der g vo glic Mas t-3 hst n Dr und 6 asil-3 lun ras 3 Ma se Ox 2 Sa 7 g ch uc ln ida und in leis Öfen gnesi kg , Tieg um Kre tion lzb us tun dereh el, Beha Kre ss isla 3 uner abb an gsf Sc tück isla M ufm wüns ndlun ähi dlu hm ufa ag ate seln chten ran gs- und gen elze en ng nte ne rial Elem d mö au il kan Gieß in kle gering Öfen, siu enten bei s Th Die Schm 4 Str wie Cu, werk zeug m Sc nma un glich dam ine ble bis e em n bb50 it Ma un d Ox st ra reinihm Zn und ibe ont elze sollte gen, Mn-h n; rand od elzen ium % bet Menge insbe gne d sc ida um Veru altig urzügig abb nor 4sond n, son nachse Kr siu h in Kr en tio rag 72 Misc über ma Stroere Mg nicht nrein sollte ran hkris 670 °C ler nt st Se tzeneislaum-eis Ablau n de lei 780 °C d nöt igungen en der talles bra von ig gebr Ma weiseium zu vermeide halte mit nicht ige fmnd, r Sc stung in fa der Schm Voracht gne n ist Abab n! be rungen vorntgew hm zu erwa übersteig bra eil ateGa leg werdsiu br nd im beim elze zu ria sau elz sfähig en. 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B. des Mn-haltigen Mischkristalles in der Schmelze zu vermeiden. Die Schmelzetemperatur sollte 780 °C nicht übersteigen. Ein Abbrand von Sr beim Schmelzen und Warmhalten ist zu erwarten – und umso stärker, je höher die Temperatur ist. Besonders beim Einschmelzen von Kreislaufmaterial ist der Sr-Abbrand zu beachten und eine Entgasungsbehandlung zum Entfernen von H2 und Oxiden empfohlen. Mit zunehmendem Sr-Gehalt steigt die Neigung der Schmelze Wasserstoff aufzunehmen; daher sollte dieser nicht über 350 ppm liegen. 3 Salzbehandlung beim Schmelzen nicht nötig 4 Strontiumabbrand üblicherweise Abbrand von 30 – 50 ppm je Schmelzung; Sr ist nur aufzulegieren, wenn der Gehalt in der Schmelze unterhalb von 60 ppm liegt, mit AlSr5 oder AlSr10. Bei erstmaligem Aufschmelzen in einem neuen Tiegel oder einem Tiegel, der bisher nicht für Sr-veredelte Legierungen verwendet wurde, fällt der Sr-Gehalt stark ab. Dabei diffundiert Strontium in den Tiegel; eine Sättigung ist nach erstem Aufschmelzen erreicht. 5Abkrätzen nach dem Einschmelzen erforderlich; kalte Werkzeuge führen, neben ihrem Gefährdungspotenzial, eventuell zur Seigerung von Molybdän. 6Temperatur beim Einschmelzen und im Warmhalteofen 7 Entgasen und Reinigen der Schmelze Dauertemperatur: maximal 780 °C ( Temperatur kontrollieren ! ) ; nicht unter 680 °C sinken lassen und für Schmelzebewegung sorgen. Empfohlen wird 710 – 720 °C • im Transporttiegel, besser im Gießofen bzw. Dosierofen; wirkungsvolle Reinigung und schnellste Methode mit schnell laufendem Rotor zur Gaseinleitung, 7 – 10 l/min Argon oder Stickstoff, 6 – 10 min; bei der Entgasung im Transporttiegel ist mit einer Abkühlung von 30 – 50 °C zu rechnen • Spüllanzen mit feinporösem Kopf benötigen eine längere Behandlungszeit mit größerer Schmelzeabkühlung und sind weniger effektiv • Stickstoff abgebende Spülgastabletten im Tauchglockenverfahren sind wenig geeignet 8Abkrätzen nach dem Entgasen erforderlich; der Metallgehalt der Krätze kann durch die Zugabe von Schmelzhilfssalzen bei oder nach Impellerbehandlung reduziert werden 9 Gießtemperatur ( Richtwerte ) 680 – 720 °C abhängig von Gestalt, Fließweg und Wanddicke des Druckgussstückes, aber auch von Gießrinnenlänge und die Isolierung des Dosierofens sowie vom Einsatz einer Gießkammerheizung. Temperaturverluste können Vorerstarrungen verursachen und sind daher zu vermeiden. 10 Formtemperatur (Kavität) 250 – 350 °C, je nach Gussstückgröße, Wanddicke sowie Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften Generell gilt: je wärmer die Form, desto höher ist die Dehnung und niedriger die Festigkeit. Aber je wärmer die Form, desto dünnwandiger kann das Gussstück gegossen werden, desto länger sind die realisierbaren Fließlängen in der Form und desto länger sind die Formstandzeiten. 11Gießkammer-Temperatur Gießkammer elektrisch oder über Thermo-Öl temperiert > 200 °C 57 Castasil ®- 21 [ AlSi9Sr ] Arbeitsfolge bei der Herstellung von Druckgussstücken aus Castasil-21 1Reinigung Öfen, Tiegel, Behandlungs- und Gießwerkzeuge reinigen, um Verunreinigungen mit unerwünschten Elementen wie Cu, Mg, V, Cr, aber insbesondere Mn und Ti zu vermeiden. 2 Einschmelzen der Masseln Die Schmelze sollte zügig auf über 670 °C gebracht werden, um Seigerungen zu vermeiden. Die Schmelzetemperatur sollte 780 °C nicht übersteigen. Ein Abbrand von Sr beim Schmelzen und Warmhalten ist zu erwarten – und umso stärker, je höher die Temperatur ist. Besonders beim Einschmelzen von Kreislaufmaterial ist der Sr-Abbrand zu beachten und eine Entgasungsbehandlung zum Entfernen von H2 und Oxiden empfohlen. Mit zunehmendem Sr-Gehalt steigt die Neigung der Schmelze Wasserstoff aufzunehmen; daher sollte dieser nicht über 350 ppm liegen. 3 Salzbehandlung beim Schmelzen nicht nötig 4 Strontiumabbrand üblicherweise Abbrand von 30 – 50 ppm je Schmelzung; Sr ist mit der Vorlegierung AlSr5 oder AlSr10 aufzulegieren, nur wenn der Gehalt in der Schmelze unterhalb von 100 ppm liegt. Bei erstmaligem Aufschmelzen in einem neuen Tiegel oder einem Tiegel, der bisher nicht für Sr-veredelte Legierungen verwendet wurde, fällt der Sr-Gehalt stark ab. Dabei diffundiert Strontium in den Tiegel; eine Sättigung ist nach erstem Aufschmelzen erreicht. 5Abkrätzen nach dem Einschmelzen erforderlich 6Temperatur beim Einschmelzen Dauertemperatur: maximal 780 °C ( Temperatur kontrollieren ! ) ; nicht unter 680 °C und im Warmhalteofen 7 Entgasen und Reinigen der Schmelze sinken lassen und für Schmelzebewegung sorgen • im Transporttiegel, besser im Gießofen bzw. Dosierofen; wirkungsvolle Reinigung und schnellste Methode mit schnell laufendem Rotor zur Gaseinleitung, 7 – 10 l/min Argon oder Stickstoff, 6 – 10 min; bei der Entgasung im Transporttiegel ist mit einer Abkühlung von 30 – 50 °C zu rechnen • Spüllanzen mit feinporösem Kopf benötigen eine längere Behandlungszeit mit größerer Schmelzeabkühlung und sind weniger effektiv •S tickstoff abgebende Spülgastabletten im Tauchglockenverfahren sind wenig geeignet 8Abkrätzen nach dem Entgasen erforderlich; der Metallgehalt der Krätze kann durch die Zugabe von Schmelzhilfssalzen bei oder nach Impellerbehandlung reduziert werden 9 Gießtemperatur ( Richtwerte ) 680 – 720 °C abhängig von Gestalt, Fließweg und Wanddicke des Druckgussstückes, aber auch von Gießrinnenlänge und die Isolierung des Dosierofens sowie vom Einsatz einer Gießkammerheizung. Temperaturverluste können Vorerstarrungen verursachen und sind daher zu vermeiden. 10 Form- (Kavität) und Gießkammer-Temperatur Formoberfläche: 200 – 350 °C, je nach Gussstück Generell gilt, je wärmer die Form, desto dünnwandiger können Partien im Gussstück ausgegossen werden. Gießkammer über Thermo-Öl oder elektrisch temperiert > 200 °C 11 Entspannungsglühen 250 – 350 °C / 2 – 3 Stunden; je nach Anforderung an die Leitfähigkeit Die angegebenen Auslagerungszeiten gelten ohne Aufheizdauer. 58 Silafont ®- 36 [ AlSi10MnMg ] Arbeitsfolge bei der Herstellung von Druckgussstücken aus Silafont-36 1 Einschmelzen der Masseln möglichst rasch in leistungsfähigen Öfen, damit Magnesium-Abbrand, Gasaufnahme und Oxidation der Schmelze gering bleiben; nachsetzen von vorgewärmten Masseln und Kreislaufmaterial in kleinen Mengen, sonst Seigerungen und Oxideinschlüsse; Kreislaufanteil kann bis 50 % betragen 2Salzbehandlung beim Schmelzen nicht nötig 3Magnesiumabbrand normalerweise Abbrand von 0,03 % je Schmelzung; ist nur zu kompensieren, wenn der Magnesium-Gehalt der Schmelze außerhalb der Toleranz liegt, mit MagnesiumVorlegierung oder Reinmagnesium 4Strontiumabbrand üblicherweise Abbrand von 30 – 50 ppm je Schmelzung; Sr ist nur aufzulegieren, wenn der Gehalt in der Schmelze unterhalb von 80 ppm liegt, mit AlSr5 oder AlSr10. Bei erstmaligem Aufschmelzen in einem neuen Tiegel oder einem Tiegel, der bisher nicht für Sr-veredelte Legierungen verwendet wurde, fällt der Sr-Gehalt stark ab. Dabei diffundiert Strontium in den Tiegel, eine Sättigung ist nach erstem Aufschmelzen erreicht. 5Abkrätzen nach dem Einschmelzen erforderlich 6 Temperatur Dauertemperatur: nach dem Einschmelzen maximal 780 °C ( Temperatur kontrollieren ! ) 7 Entgasen und Reinigen der Schmelze • im Transporttiegel, besser im Warmhaltetiegel, -gefäß oder im Dosierofen mit Bodensteinen; wirkungsvolle Reinigung und schnellste Methode mit schnell laufendem Rotor zur Gaseinleitung, 7 – 10 l/min Argon oder Stickstoff, 6 – 10 min • Spüllanzen mit feinporösem Kopf benötigen eine längere Behandlungszeit mit größerer Schmelzeabkühlung und sind weniger effektiv •S tickstoff abgebende Spülgastabletten im Tauchglockenverfahren sind wenig geeignet 8Abkrätzen nach dem Entgasen erforderlich; der Metallgehalt der Krätze kann durch die Zugabe von Schmelzhilfssalzen bei oder nach der Impellerbehandlung reduziert werden 9 Gießtemperatur ( Richtwerte ) 680 – 710 °C – abhängig von Gestalt, Fließweg und Wanddicke des Druckgussstückes, aber auch von Gießrinnenlänge des Dosierofens und evtl. Gießkammerheizung 10 Formtemperatur (Kavität) 250 – 350 °C je nach Gussstück 11 Aushärtung durch T5 Wasserabschrecken direkt nach der Gussentnahme mit möglichst hoher Temperatur > 300 °C, 10 h Zwischenlagern, dann auslagern z. B. mit 200 °C und 1 h 12 Lösungsglühen 480 – 490 °C / 2 – 3 Stunden für Sonderbauteile möglich: Absenkung bis auf 400 °C / 0,5 Stunden 13 Abkühlen von Lösungsglühtemperatur möglichst ohne Verzögerung in Wasser (10 – 60 °C ) auf Gussstücktemperaturen unterhalb 200 °C; bei Abkühlung an Luft wird nur eine erheblich geringere Dehngrenze erreicht. 14 Zwischenlagerzeit vor dem Warmauslagern nur wenn Richtarbeit notwendig, üblicherweise maximal 12 Stunden 15 Vollaushärtung T6 155 – 170 °C / 2 – 3 Stunden 16 Überalterung T7 190 – 230 °C / 2 – 3 Stunden Die angegebenen Glüh- und Auslagerungszeiten gelten ohne Aufheizdauer. 59 Silafont ®- 38 [ AlSi9MnMgZn ] Arbeitsfolge bei der Herstellung von Druckgussstücken aus Silafont-38 1 Einschmelzen der Masseln möglichst rasch in leistungsfähigen Öfen, damit Magnesium-Abbrand, Gasaufnahme und Oxidation der Schmelze gering bleiben; nachsetzen von vorgewärmten Masseln und Kreislaufmaterial in kleinen Mengen, sonst Seigerungen und Oxideinschlüsse; Kreislaufanteil kann bis 50 % betragen 2Salzbehandlung beim Schmelzen nicht nötig 3Magnesiumabbrand normalerweise Abbrand von 0,03 % je Schmelzung; ist nur zu kompensieren, wenn der Magnesium-Gehalt der Schmelze außerhalb der Toleranz liegt, mit MagnesiumVorlegierung oder Reinmagnesium 4Strontiumabbrand üblicherweise Abbrand von 30 – 50 ppm je Schmelzung; Sr ist nur aufzulegieren, wenn der Gehalt in der Schmelze unterhalb von 80 ppm liegt, mit AlSr5 oder AlSr10. Bei erstmaligem Aufschmelzen in einem neuen Tiegel oder einem Tiegel, der bisher nicht für Sr-veredelte Legierungen verwendet wurde, fällt der Sr-Gehalt stark ab. Dabei diffundiert Strontium in den Tiegel, eine Sättigung ist nach erstem Aufschmelzen erreicht. 5Abkrätzen nach dem Einschmelzen erforderlich 6 Temperatur Dauertemperatur: nach dem Einschmelzen maximal 780 °C ( Temperatur kontrollieren ! ) 7 Entgasen und Reinigen • im Transporttiegel, besser im Warmhaltetiegel, -gefäß oder im Dosierofen mit der Schmelze Bodensteinen; wirkungsvolle Reinigung und schnellste Methode mit schnell laufendem Rotor zur Gaseinleitung, 7 – 10 l/min Argon oder Stickstoff, 6 – 10 min • Spüllanzen mit feinporösem Kopf benötigen eine längere Behandlungszeit mit größerer Schmelzeabkühlung und sind weniger effektiv • Stickstoff abgebende Spülgastabletten im Tauchglockenverfahren sind wenig geeignet 8Abkrätzen nach dem Entgasen erforderlich; der Metallgehalt der Krätze kann durch die Zugabe von Schmelzhilfssalzen bei oder nach der Impellerbehandlung reduziert werden 9 Gießtemperatur ( Richtwerte ) 680 – 710 °C – abhängig von Gestalt, Fließweg und Wanddicke des Druckgussstückes, aber auch von Gießrinnenlänge des Dosierofens und evtl. Gießkammerheizung 10 Formtemperatur (Kavität) 250 – 350 °C je nach Gussstück 11 Lösungsglühen 480 – 490 °C / 2 – 3 Stunden für Sonderbauteile möglich: Absenkung bis 400 °C / 0,5 Stunden 12 Abkühlung an Luft sofortige Abkühlung an bewegter Luft mit einer Kühlrate > 4 °C / s (bis unterhalb 200 °C Gussstücktemperatur) wird nur im intensiven Luftstrom erreicht und führt zu einer geringeren Dehngrenze 13 Abkühlung in Wasser sofort, möglichst ohne Verzögerung in Wasser ( 10 – 60 °C ) für höchste Festigkeit 14 Zwischenlagerzeit vor dem nur wenn Richtarbeit notwendig, üblicherweise maximal 12 Stunden Warmauslagern 15 Vollaushärtung T6 60 180 – 210 °C / 2 – 3 Stunden Castaman ®- 35 [ AlSi10MnMg ] Arbeitsfolge bei der Herstellung von Druckgussstücken aus Castaman-35 1 Einschmelzen der Masseln möglichst rasch in leistungsfähigen Öfen, damit Magnesium-Abbrand, Gasaufnahme und Oxidation der Schmelze gering bleiben; nachsetzen von vorgewärmten Masseln und Kreislaufmaterial in kleinen Mengen, sonst Seigerungen und Oxideinschlüsse; Kreislaufanteil kann bis 50 % betragen 2Salzbehandlung beim Schmelzen nicht nötig 3Magnesiumabbrand normalerweise Abbrand von 0,03 % je Schmelzung; ist nur zu kompensieren, wenn der Magnesium-Gehalt der Schmelze außerhalb der Toleranz liegt, mit MagnesiumVorlegierung oder Reinmagnesium 4Strontiumabbrand üblicherweise Abbrand von 30 – 50 ppm je Schmelzung; Sr ist nur aufzulegieren, wenn der Gehalt in der Schmelze unterhalb von 80 ppm liegt, mit AlSr5 oder AlSr10. Bei erstmaligem Aufschmelzen in einem neuen Tiegel oder einem Tiegel, der bisher nicht für Sr-veredelte Legierungen verwendet wurde, fällt der Sr-Gehalt stark ab. Dabei diffundiert Strontium in den Tiegel, eine Sättigung ist nach erstem Aufschmelzen erreicht. 5Abkrätzen nach dem Einschmelzen erforderlich 6 Temperatur Dauertemperatur: nach dem Einschmelzen maximal 780 °C ( Temperatur kontrollieren ! ) 7 Entgasen und Reinigen der Schmelze • im Transporttiegel, besser im Warmhaltetiegel, -gefäß oder im Dosierofen mit Bodensteinen; wirkungsvolle Reinigung und schnellste Methode mit schnell laufendem Rotor zur Gaseinleitung, 7 – 10 l/min Argon oder Stickstoff, 6 – 10 min • Spüllanzen mit feinporösem Kopf benötigen eine längere Behandlungszeit mit größerer Schmelzeabkühlung und sind weniger effektiv •S tickstoff abgebende Spülgastabletten im Tauchglockenverfahren sind wenig geeignet 8Abkrätzen nach dem Entgasen erforderlich; der Metallgehalt der Krätze kann durch die Zugabe von Schmelzhilfssalzen bei oder nach der Impellerbehandlung reduziert werden 9 Gießtemperatur ( Richtwerte ) 680 – 710 °C – abhängig von Gestalt, Fließweg und Wanddicke des Druckgussstückes, aber auch von Gießrinnenlänge des Dosierofens und evtl. Gießkammerheizung 10 Formtemperatur (Kavität) 250 – 350 °C je nach Gussstück 11 Aushärtung durch T5 Wasserabschrecken direkt nach der Gussentnahme mit möglichst hoher Temperatur > 300 °C, 10 h Zwischenlagern, dann auslagern z. B. mit 200 °C und 1 h 12 Lösungsglühen 480 – 490 °C / 2 – 3 Stunden für Sonderbauteile möglich: Absenkung bis auf 400 °C / 0,5 Stunden 13 Abkühlen von Lösungsglühtemperatur möglichst ohne Verzögerung in Wasser (10 – 60 °C ) auf Gussstücktemperaturen unterhalb 200 °C; bei Abkühlung an Luft wird nur eine erheblich geringere Dehngrenze erreicht. 14 Zwischenlagerzeit vor dem Warmauslagern nur wenn Richtarbeit notwendig, üblicherweise maximal 8 Stunden 15 Vollaushärtung T6 155 – 170 °C / 2 – 3 Stunden Die angegebenen Glüh- und Auslagerungszeiten gelten ohne Aufheizdauer. 61 Thermodur ®- 73 [ AlSi11Cu2Ni2Mg2Mn ] Arbeitsfolge bei der Herstellung von Druckgussstücken aus Thermodur-73 1 Einschmelzen der Masseln möglichst rasch in leistungsfähigen Öfen, damit Sr- und Magnesium-Abbrand, Gasaufnahme und Oxidation der Schmelze gering bleiben; nachsetzen von vorgewärmten Masseln und Kreislaufmaterial in kleinen Mengen, sonst Seigerungen und Oxideinschlüsse; Kreislaufanteil kann bis 50 % betragen 2Salzbehandlung beim Schmelzen nicht nötig 3Magnesiumabbrand normalerweise Abbrand von 0,1 % je Schmelzung; ist nur zu kompensieren, wenn der Magnesium-Gehalt der Schmelze außerhalb der Toleranz liegt, mit MagnesiumVorlegierung oder Reinmagnesium 4Strontiumabbrand üblicherweise Abbrand von 30 – 50 ppm je Schmelzung; Sr ist nur aufzulegieren, wenn der Gehalt in der Schmelze unterhalb von 100 ppm liegt, mit AlSr5 oder AlSr10. Bei erstmaligem Aufschmelzen in einem neuen Tiegel oder einem Tiegel, der bisher nicht für Sr-veredelte Legierungen verwendet wurde, fällt der Sr-Gehalt stark ab. Dabei diffundiert Strontium in den Tiegel, eine Sättigung ist nach erstem Aufschmelzen erreicht. 5Abkrätzen nach dem Einschmelzen erforderlich 6 Temperatur Dauertemperatur: nach dem Einschmelzen maximal 780 °C ( Temperatur kontrollieren ! ) 7 Entgasen und Reinigen • im Transporttiegel, besser im Warmhaltetiegel, -gefäß oder im Dosierofen mit der Schmelze Bodensteinen; wirkungsvolle Reinigung und schnellste Methode mit schnell laufendem Rotor zur Gaseinleitung, 7 – 10 l/min Argon oder Stickstoff, 6 – 10 min • Spüllanzen mit feinporösem Kopf benötigen eine längere Behandlungszeit mit größerer Schmelzeabkühlung und sind weniger effektiv • Stickstoff abgebende Spülgastabletten im Tauchglockenverfahren sind wenig geeignet 8Abkrätzen nach dem Entgasen erforderlich; der Metallgehalt der Krätze kann durch die Zugabe von üblichen Schmelzhilfssalzen bei oder nach der Impellerbehandlung reduziert werden 9 Gießtemperatur ( Richtwerte ) 680 – 720 °C – abhängig von Gestalt, Fließweg und Wanddicke des Druckgussstückes, aber auch von Gießrinnenlänge des Dosierofens und evtl. Gießkammerheizung 10 Formtemperatur (Kavität) 250 – 350 °C je nach Gussstück 11Gießkammer-Temperatur Gießkammer elektrisch oder über Thermo-Öl temperiert > 200 °C 12T5 Stabilisieren T5 Wärmebehandlung empfohlen für Bauteile mit höherer Einsatztemperatur: 210 – 270 °C / 10 – 12 Stunden, gefolgt durch langsames Abkühlen 62 Thermodur ®- 72 [ AlMg7Si3Mn ] Arbeitsfolge bei der Herstellung von Druckgussstücken aus Thermodur -72 1 Einschmelzen der Masseln möglichst zügig in leistungsfähigen Öfen, damit Mg-Abbrand, Gasaufnahme und Oxidation der Schmelze gering bleiben; nachsetzen von vorgewärmten Masseln und grobstückigem Kreislaufmaterial in kleinen Mengen, sonst Seigerungen möglich; Feuerfestmassen mit hohem Tonerdeanteil oder dichte Stampfmassen verwenden; Phosphor- und Natrium-Aufnahme vermeiden ! 2Salzbehandlung Übliches Schmelzhilfssalz verboten ! Es besteht die Gefahr der Na-Aufnahme. beim Einschmelzen 3Magnesiumabbrand normalerweise Abbrand von 0,1 % je Schmelzung, Korrektur unüblich; bei einem Mg-Gehalt erheblich unter 7,0 % Zugabe von bis zu 0,5 % Reinmagnesium möglich 4Abkrätzen nach dem Einschmelzen erforderlich 5 Temperatur nach dem Einschmelzen maximal 780 °C ( Temperatur kontrollieren ! ) Dauertemperatur: 700 – 720 °C 6 Temperatur im Warmhalteofen nicht unter 650 °C sinken lassen und für Schmelzebewegung sorgen durch: • Wärmekonvektion • Rotor ( Impeller ) • Spülgaseinleitung am besten über Bodensteine • Schmelze-Nachfüllung keine tiefen Öfen mit Deckenheizung bei ruhender Schmelze verwenden ! 7 Entgasen und Reinigen der Schmelze •w irkungsvolle Reinigung und schnellste Methode mit schnell laufendem Rotor zur Gaseinleitung, 7 – 10 l/min Argon oder Stickstoff, 6 – 10 min • Spüllanzen mit feinporösem Kopf benötigen eine längere Behandlungszeit mit größerer Schmelzeabkühlung und sind weniger effektiv • Spülgastabletten erreichen nicht die erforderliche Wirkung ! 8Abkrätzen sorgfältiges Abkrätzen erforderlich Um den Metallgehalt der Krätze zu verringern, dürfen nur ausgesprochen Na-freie Salze verwendet werden ! 9Kornfeinen verboten ! TiB 2 als Kornfeiner vergröbert das Eutektikum sehr stark 10 Veredelung verboten ! Die erreichbare Dehnung würde erheblich gesenkt werden. 11 Gießtemperatur ( Richtwerte ) 690 – 730 °C, variiert je nach Gestalt, Größe und Wanddicke der Druckgussstücke 12Form- (Kavität) und Formoberfläche: zwischen 250 und 350 °C Gießkammer-Temperatur (abhängig von Gussstückgröße und -wanddicke) Gießkammer elektrisch oder über Thermo-Öl temperiert > 250 °C 13 Abschrecken der Gussstücke sofortiges Abschrecken in Wasser (bis 70 °C) senkt die Dehngrenze und steigert die Dehnung. 14 Wärmebehandlung Normalerweise keine 15 Entspannungsglühen nur in Sonderfällen: T5 je nach Bedarf auslagern bis 250 °C und bis 90 min, wobei Dehngrenze ansteigt und Dehnung abnimmt; O je nach Bedarf über 320 °C bis 380 °C und bis 90 min, wobei Dehngrenze abnimmt und Dehnung ansteigt 63 Magsimal ®- 59 [ AlMg5Si2Mn ] Arbeitsfolge bei der Herstellung von Druckgussstücken aus Magsimal®-59 1 Einschmelzen der Masseln möglichst zügig in leistungsfähigen Öfen, damit Mg-Abbrand, Gasaufnahme und Oxidation der Schmelze gering bleiben; nachsetzen von vorgewärmten Masseln und grobstückigem Kreislaufmaterial in kleinen Mengen, sonst Seigerungen möglich; Feuerfestmassen mit hohem Tonerdeanteil oder dichte Stampfmassen verwenden; Phosphor- und Natrium-Aufnahme vermeiden ! 2Salzbehandlung Übliches Schmelzhilfssalz verboten ! Es besteht die Gefahr der Na-Aufnahme. beim Einschmelzen 3Magnesiumabbrand normalerweise Abbrand von 0,1 % je Schmelzung, Korrektur unüblich; bei einem Mg-Gehalt erheblich unter 5,0 % Zugabe von bis zu 0,5 % Reinmagnesium möglich 4Abkrätzen nach dem Einschmelzen erforderlich 5 Temperatur nach dem Einschmelzen maximal 780 °C ( Temperatur kontrollieren ! ) Dauertemperatur: 700 – 720 °C 6 Temperatur im Warmhalteofen nicht unter 650 °C sinken lassen und für Schmelzebewegung sorgen durch: • Wärmekonvektion • Rotor ( Impeller ) • Spülgaseinleitung am besten über Bodensteine • Schmelze-Nachfüllung keine tiefen Öfen mit Deckenheizung bei ruhender Schmelze verwenden ! 7 Entgasen und Reinigen der Schmelze •w irkungsvolle Reinigung und schnellste Methode mit schnell laufendem Rotor zur Gaseinleitung, 7 – 10 l/min Argon oder Stickstoff, 6 – 10 min • Spüllanzen mit feinporösem Kopf benötigen eine längere Behandlungszeit mit größerer Schmelzeabkühlung und sind weniger effektiv • Spülgastabletten erreichen nicht die erforderliche Wirkung ! 8Abkrätzen sorgfältiges Abkrätzen erforderlich Um den Metallgehalt der Krätze zu verringern, dürfen nur ausgesprochen Na-freie Salze verwendet werden ! 9Kornfeinen verboten ! TiB 2 als Kornfeiner vergröbert das Eutektikum sehr stark 10 Veredelung verboten ! Die erreichbare Dehnung würde erheblich gesenkt werden. 11 Gießtemperatur ( Richtwerte ) 690 – 730 °C, variiert je nach Gestalt, Größe und Wanddicke der Druckgussstücke 12Form- (Kavität) und Formoberfläche: zwischen 250 und 350 °C Gießkammer-Temperatur (abhängig von Gussstückgröße und -wanddicke) Gießkammer elektrisch oder über Thermo-Öl temperiert > 250 °C 13 Abschrecken der Gussstücke sofortiges Abschrecken in Wasser (bis 70 °C) senkt die Dehngrenze und steigert die Dehnung. 14 Wärmebehandlung Normalerweise keine 15 Entspannungsglühen nur in Sonderfällen: T5 je nach Bedarf auslagern bis 250 °C und bis 90 min, wobei Dehngrenze ansteigt und Dehnung abnimmt; O je nach Bedarf über 320 °C bis 380 °C und bis 90 min, wobei Dehngrenze abnimmt und Dehnung ansteigt 64 Oberflächenbeschichtung Oberfächenbeschichtung bei Druckgussstücken von mindestens 1 % und bei Magsimal-59 von mindestens 1,5 % An Druckgussstücke, die beschichtet werden sollen, werden Formschräge ausgegangen werden. höchste Ansprüche an die Oberflächenbeschaffenheit gestellt. Dies gilt ganz speziell für qualitativ hochwertige Beschichtungen, An Form- und Schiebertrennungen entstehen feine schmale die hinsichtlich dekorativem Aussehen und Beständigkeit Grate. Bei älteren Formen können sich die Warmrisse in ther- gegen Korrosion den höchsten Ansprüchen, zum Beispiel der misch belasteten Bereichen auf dem Gussstück abzeichnen. Automobil- oder Luftfahrtindustrie, genügen müssen. Diese Grate und Formrissmarken müssen entfernt werden, da sie zu „Lackflucht“ auf den Spitzen führen. Erheblichen Einfluss auf eine fehlerfreie Beschichtbarkeit haben: • Die Konstruktion des Druckgussstückes Tiefe Formhohlräume ohne Duchflussmöglichkeit der Schmelze • Die Konstruktionsauslegung der Druckgießform müssen entlüftbar gestaltet werden, damit während der Form- • Der Druckgießprozess füllung keine Luft, Trennmittelreste sowie eventuell Oxidhäute • Die Ver- und Bearbeitung im Gussstück eingeschlossen werden, die beim Einbrennen der Beschichtung zu Blasenbildung führen können. Hier einige Konstruktions- und Verarbeitungshinweise, die Störeinflüsse auf die Beschichtung verhindern helfen. Druckgießprozess Für das einwandfreie Ausformen der Gussstücke werden Form- Konstruktion trennmittel, möglichst auf Wasserbasis, verwendet. Diese Die Konstruktion eines Druckgussstückes sollte keine scharfen brennen zum Teil in die Gusshaut ein. Silikon- oder graphithaltige Kanten und kleine Radien unter 2 mm vorsehen. Die „Lackflucht“ Trennmittel führen dabei zu erheblichen Problemen. führt beim Einbrennen zu einem Abfließen des Beschichtungsfilms an den scharfen Kanten mit deutlich geringeren Schicht- Der Anschnittbereich wird teilweise zusätzlich gefettet, um dicken. Bei der häufig angewandten elektrostatischen Beschich- Anlötungen in der Druckgussform durch die erhöhte thermische tungstechnik bilden Hinterschneidungen und Bohrungen immer Belastung zu verhindern. Diese Fette führen ebenfalls zu Problemstellen, die nur bei Elektrotauchlackierung gleichmäßig Haftungseinbußen. Für zu beschichtende Gussstücke ist spar- abgedeckt werden können. samster Verbrauch zu empfehlen. Konstruktionsauslegung der Druckgussform Formfüllberechnungen können helfen, hohe Stömungsgeschwin- Bei der Konstruktionsauslegung ist auf genügende Form- digkeiten zu vermeiden, die zu Oberflächenfehlern wie un- konizität zu achten, da zu geringe Aushebeschrägen bei tiefen gleichmäßige dekorative Beschichtungen im Gussstück führen. Konstruktionen Ziehriefen ergeben können, die Unebenheiten in der Beschichtung verursachen. So sollte bei Silafont-36 Der Anschnitt bei Druckgussstücken sollte möglichst nicht im Sichtbereich des Bauteiles liegen (Abb. 1). Hier wird die Form am stärksten beansprucht und neigt zu frühen Formrissen. Diese werden als Unebenheiten im Gussstück sichtbar und müssen vor jeder Beschichtung mechanisch entfernt werden. Abb. 1: Z weiteilig gegossene Hinterradschwinge für Motorrad; verschweißt und mit Blechelementen versteift; pulverbeschichtet 65 Oberflächenbeschichtung Rissprüfung Vor dem Strahlen ist ein Entfetten des Werkstückes erforderlich, Bei den Druckguss-Legierungen Magsimal-59 wird oft eine da Fettreste durch das Strahlverfahren in die Werkstückober- Eindringstoff-Rissprüfung durchgeführt. PrüfmitteIreste aus den fläche eingetrieben werden. Größere Mengen an Formtrennmittel Oberflächenfehlern oder Poren müssen durch eine intensive und Kolbenschmierstoffe sind besonders problematisch, da sie Reinigung, z. B. mit Ultraschall, entfernt werden, da es ansonsten auf dem Werkstück eingebrannte Ölkohlebeläge verursachen. zu Verfärbungen der Beschichtungen oder zu Haftungseinbußen kommt. Beizen und Dekapieren Alkalische Beizvorgänge zur gezielten Aufrauung der Oberfläche Wärmebehandlung sind nicht bei der Oberflächenbehandlung von AlSiMg-Druck- Die Wärmebehandlungen mit Lösungsglühtemperaturen über gussstücken zu empfehlen. Die hohen Si-Legierungsgehalte ver- 480 °C, wie bei Silafont-36 T4, T6 und T7, ergeben stark oxidierte ursachen beim alkalischen Beizen dunkle, unlösliche Rückstände. Oberflächen, die bei der Oberflächenvorbehandlung zu berück- Zur Entfernung dieses „Beizbastes“ ist dann eine nachfolgende sichtigen sind. saure Beize unverzichtbar. Bearbeitung Beeinflussung durch Einbrenntemperaturen Beim Einsatz von Kühlschmierstoffen für die spanende Fein- Die elektrostatisch haftenden Pulverteilchen sollten bei Druck- bearbeitung ist darauf zu achten, dass diese durch eine gussstücken bei Objekttemperaturen von 120 bis maximal unmittelbar anschließende Entfettung vollständig entfernt werden. 200 °C zusammengeschmolzen und vernetzt werden. Ab 150 °C Aluminium angreifende Kühlschmiermittel dürfen nicht zum tritt eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften bei Einsatz kommen. Die Werkstoffverträglichkeit und Entfernbarkeit Silafont-36 während des Einbrennvorganges auf; von Kühlschmiermitteln muss bereits deren Auswahl bestimmen. bei Magsimal-59 erst oberhalb von 180 °C. Castasil-37 zeigt keine Veränderung. Bearbeitungszugaben sollen bei Druckgussstücken möglichst gering sein, um nur wenig von der rasch erstarrten Gussober- Empfohlen wird eine Haftungsverbesserung bei Silafont-36 und fläche abzutragen. Castaman-35 durch chromatieren. Oberflächenvorbehandlung Kleben von Druckgussstücken Die mechanische Wirkung der häufig angewandten Gleitschleif- Kleben verfahren reicht oft nicht aus, um Gusshäute zuverlässig Magsimal-59 und Castasil-37 sind Druckgusslegierungen die zu entfernen, so dass eher Strahlverfahren empfohlen werden. im Gusszustand oder im Zustand O schon die geforderten Eigenschaften für den Karosseriebau aufweisen. Damit erfüllen Gut geeignete Strahlmittel sind vor allem keramische Medien, sie die hohen Anforderungen an die Maßstabilität bei Klebever- wie zum Beispiel Korund. Einen nur geringen Materialabtrag bindungen ohne eine zusätzliche Richtarbeit nach einer Voll- ergeben Glasperlen oder Aluminium-Granalien. Nicht geeignet wärmebehandlung. Ebenso erfüllen sie in ihrer Zusammensetzung sind Fremdmetalle und Kunststoffe, die durch Eindringen mit den niedrigen Zink-Gehalten die Anforderungen an eine von Flittern in die Werkstückoberfläche Haftungsstörungen her- langzeitstabile Klebeverbindung. vorrufen. Auch bilden zurückbleibende Eisenpartikel die Keime für Kontaktkorrosion. Abb. 2: Durchflussmessdose für Flugzeugtreibstoff, chromatiert vor dem Lackieren 66 Fügen von Druckgussstücken Bördeln Druckgussstücke aus Silafont-36 und Castasil-37 sind beson- Silafont-36 mit einem Magnesium-Gehalt um 0,16 % kann be- ders gut schweißgeeignet, sowohl mit den MIG- und WIG- sonders für die Verbindungstechnik Bördeln eingesetzt werden. Standard-Verfahren. Bevorzugt wird der Schweißzusatzwerkstoff Hierbei kann der Konstrukteur einen Verbund des Aluminium- AlSi5 oder AlSi10 bei Schweißkonstruktionen mit der Knet- druckgusses auch mit anderen Werkstoffen wie Stahl und Kunst- legierung vom Typ AlMgSi0,5. Die Schweißnähte bzw. Wärmeein- stoff durchführen. flusszonen zwischen Bauteilen aus Aluminium-Knetlegierungen Dies kann als fixierende, aber auch als kraftübertragende Ver- und Druckgussstücken aus Silafont-36 und Castasil-37 halten bindungstechnik bei entsprechender Konstruktionsauslegung Dauerschwingbelastungen ausgezeichnet stand. angewandt werden (Abb. 1). Die Gestaltung der Bördelkante erfordert vom Druckguss-Werkstoff meist eine Bruchdehnung Abb. 3 gibt die mechanischen Werte in der Wärmeeinflusszone von mindestens 8 %. Damit werden auch an die innere Guss- wieder. Die Festigkeitswerte in dieser Zone sind im Gegensatz zu qualität in diesem Bauteilbereich hohe Anforderungen gestellt. der Dehnung wenig beeinflusst. Magsimal-59 und Thermodur-72 Die Konstruktion des Druckgießwerkzeuges muss hier in der besitzten im Vergleich zu AlSi-Druckguss-Legierungen erhöhte Bördelkante eine gute Metallströmung gewährleisten, was ins- Schwindmaße und -kräfte. besondere bei Magsimal-59 zu beachten ist. Für die Verarbeitung dieser Legierung speziell angepasste Formtrennmittel verbessern sowohl die Fließfähigkeit, als auch Stanznieten die Gleitfähigkeit beim Auswerfen und damit auch die Schweiß- Bei Stanzniet-Werkstoffpaarungen mit unten liegender Druckguss- eignung der Druckgussstücke. Konstruktionsschweißen platte werden lokal besonders hohe Anforderungen an den Guss- mit Gussstücken aus Magsimal-59 und Thermodur-72 erfolgt werkstoff gestellt. Die Abb. 2a und 2b zeigen das Ergebnis eines mit dem Zusatzwerkstoff AlMg4,5MnZr im WIG-Verfahren. Stanznietversuches aus unserem Labor. Es ist zu erkennen, dass bei Einsatz einer Nietmatrize mit flacher Bodengeometrie Castasil-37 Alle Druckgusslegierungen sind gut geeignet für Pressschweiß- im Gusszustand auch unter diesen schwierigen Konstruktions- verfahren, wie z. B. das Reibrührschweißen oder Punktschweißen. bedingungen stanznietbar ist. Die für diesen Versuch verwendete 250 besserung in der Verformbarkeit wird durch den Zustand O erreicht. Maße vom Schmelz- und Druckgussprozess ab. Dazu sind Gusswerkstoffe, Schmelz- und Druckguss-Verfahren notwendig, 100 50 Schweißnähte werden vom Konstrukteur zwar in die Zonen geringer Belastung gelegt, sollten aber – betrachtet vom Druckgussstück aus – auch nahe am Anschnitt gelegt werden. Abb. 1: D ämpfer-Gehäuse aus Silafont-36, AlSi10MnMg mit formschlüssiger Bördelverbindung 0 14 12 150 die eine geringe Gasaufnahme und Oxidverunreinigung während der Druckguss-Verarbeitung gewährleisten. Rm AlMgSi0,5 2 mm Blech Die Schweißeignung von Druckgussstücken hängt in hohem 18 16 200 Festigkeit R [MPa] Schweißen A Wärmeeinflusszone Rp0.2 10 8 6 Bruchdehnung A [%] keit von 255 MPa und eine Dehnung von 14 %. Eine weitere Ver- Silafont-36 T7 Wanddicke 3 mm Castasil-37 hatte eine Streckgrenze von 114 MPa, eine Zugfestig- 4 2 0 Abb. 3: F estigkeitswerte der Wärmeeinflusszone MIG-Schweißung mit AlSi12-Zusatzwerkstoff Abb. 2a: S chnitt, Querschliff, Stanznietversuch mit 5 mm Halbhohlniet, 1,5 mm AlMg3 Blech unter 4 mm Castasil-37, AlSi9MnMoZr, Druckgussplatte im Gusszustand (F) Abb. 2b: Ansicht von unten 67 Fügen von Druckgussstücken Diese mechanischen Eigenschaften bei einer Handschweißung Wanddicke 4 mm Rp02 [MPa] Rm [MPa] A [%] ungeschweißt 165 287 17 Magsimal-59 zeigen beispielhaft, dass in der Wärmeeinflusszone geschweißt 148 246 6 die Festigkeitseigenschaften im Gegensatz zur Dehnung wenig im MIG-Verfahren und mit dem Zusatzwerkstoff AlMg4,5Mn an beeinflusst sind. Acht Zielstufen des Druckgusses Abb. 4 zeigt acht Zielstufen des Druckgusses auf, die bis hin zu schweißgeeignetem, wärmebehandelbarem Guss aufsteigen. Für die Herstellung von sicherheitsrelevanten Fahrzeug-Strukturteilen aus Hüttenaluminium-Druckgusslegierungen sind im Allgemeinen die Anforderungen an den Druckgießprozess bedeutend höher, als für andere Anwendungen. Je nach Anforderung an das Druckgussstück zeigt das Acht-Zielstufen-Schaubild auf Basis der dafür geeigneten AluminiumDruckgusslegierungen die hierfür wesentlichen druckgießtechnischen Verfahrensschritte: Schmelzedosierung, Form-Entlüftung, Schmelzeführung und Trennmittelauftrag inkl. Gießkolbenschmierung. Eine hohe Gussstückqualität bedingt einerseits den Einsatz von qualitativ hochwertigen Aluminium-Druckgusslegierungen, auch mit einer metallurgisch richtigen Handhabung des anfallenden Kreislaufmaterials. Andererseits ist die konsequente Anwendung von Druckgießprozess-Grundlagen für die gießtechnische Auslegung notwendig, wie z. B. vom Anschnittdesign. hohe Dehngrenze Bördeln Konzentratsprühung Formtrennmittel-Minimierung moderne Formtrennmittel kontroll. Schmelzetransport 1. Phase mit geringer Turbulenz Schmelzereinigung Vakuum-Anwendungen wichtige Druckguss-Verfahrensschritte Aktive Entlüftung, vakuumunterstützt Passive Entlüftung / Waschbrett Überlaufbohnen wirksamer anbinden ( Simulation ) AlSi9Cu3 ( Fe ) plus weitere AlSi12 ( Fe ) plus weitere Magsimal-59 AlSi10Mg ( Fe ) Silafont-36 T5 Mg > 0,3 % Silafont-36 Castasil-37 Silafont-09 Castaman-35 Silafont-36 Magsimal-59 Castasil-37 Silafont-09 Castaman-35 Magsimal-59 Castasil-37 Thermodur-72 Thermodur-73 Dosiertechnik Vakuum-unterstützt Geschlossener Warmhalteofen Elektrisch beheizter Tiegel / Schöpfwerk Isolierung von Rinne und Schöpflöffel Silafont-36 Castasil-37 Magsimal-59 Castaman-35 geeignete Druckgusslegierungen Abb. 4: Acht Zielstufen des Druckgusses mit Hinweis auf anzuwendende Legierungen und wichtige Druckguss-Verfahrensschritte 68 Trennmittel Dimension leicht und dünn Kleben, Nieten Schmelze n Lösungsglühen Schweißen Luft Zielstufe hoch dynamisch belastbar Silafont-36 Castasil-37 Castaman-35 Wir danken allen unseren Geschäftspartnern, die uns mit Gussstücken oder Fotografien unterstützt haben. Alle Angaben dieser Druckschrift erfolgen nach bestem Wissen aufgrund angemessener Prüfung. Wie alle anwendungstechnischen Empfehlungen stellen sie jedoch nur unverbindliche Hinweise außerhalb unserer vertraglichen Verpflichtungen ( auch hinsichtlich etwaiger Schutzrechte Dritter ) dar, für die wir keine Haftung übernehmen. Sie stellen insbesondere keine Eigenschaftszusicherungen dar und befreien den Anwender nicht von der eigenverantwortlichen Prüfung der von uns gelieferten Erzeugnisse auf ihre Eignung für den vorgesehenen Verwendungszweck. Nachdruck, Übersetzungen und Vervielfältigung – auch auszugsweise – nur mit unserer ausdrücklichen Genehmigung. Neue Legierungsentwicklungen mit technischen Fortschritten nach der Drucklegung werden in nachfolgenden Auflagen berücksichtigt. Ausgabe 4 – 12/2016 ® GRUPPE DREI 122016 RHEINFELDEN ALLOYS GmbH & Co. KG Ein Unternehmen der ALUMINIUM RHEINFELDEN Group Verkauf und Kundenberatung Friedrichstraße 80 D-79618 Rheinfelden Tel. + 49 . 76 23 . 93-490 Fax + 49 . 76 23 . 93-546 alloys @ rheinfelden-alloys.eu www.rheinfelden-alloys.eu
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