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Aluminiumlegierung Hohe Festigkeit bei hoher Bruchdehnung

| Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Trimet hat für den automobilen Leichtbau hochfeste Aluminiumlegierungen entwickelt, die in Verbindung mit einer Wärmebehandlung zu crashrelevanten Druckguss- Bauteilen mit erhöhter Streckgrenze führen.

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Das Batteriegehäuse hält mit neu entwickelten Aluminiumlegierungen den Crashanforderungen stand.
Das Batteriegehäuse hält mit neu entwickelten Aluminiumlegierungen den Crashanforderungen stand.
(Bild: Trimet)

Der Aluminiumanteil im Fahrzeug ist im Laufe der vergangenen Jahrzehnte kontinuierlich gestiegen. Einen maßgeblichen Beitrag zu Gewichtsanteilen von ca. 100 kg pro Kleinwagen bis über 300 kg pro Luxuslimousine leistet der Aluminiumguss. Er ermöglicht eine hohe Maßgenauigkeit, Funktionsintegration sowie ein hohes Energieabsorptionsvermögen.

Eigenschaften wie sehr gute Vergießbarkeit, hohe mechanische und dynamische Kennwerte und eine geringe Dichte machen Aluminium zu einem begehrten Werkstoff. Weiterhin zeichnet Aluminiumguss ein hoher Korrosionswiderstand, gute Schweißeigenschaften und sehr gute Recyclingfähigkeit aus.

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Der vakuumunterstützte Druckgussprozess ist geeignet, die Anforderungen an den Strukturguss zu erfüllen. Mit diesem Verfahren werden unter anderem Wanddicken von ca. 1 mm bis 4 mm auch bei komplexen Geometrien (Verrippungen, Wanddickenübergänge, Durchbrüche) möglich sowie Streckgrenzen von 100 MPa bis >250 MPa und Zugfestigkeiten von 200 MPa bis >350 MPa erreicht.

Vielfältige Legierungsentwicklung

Crashrelevante Bauteile müssen eine hohe Festigkeit mit einer gleichzeitig hohen Bruchdehnung aufweisen. Dies gelingt durch Zugabe verschiedenster Legierungselemente wie Silizium und Magnesium (Festigkeit) sowie Strontium (Dehnung). Strontium und Silizium sorgen zusätzlich für eine bessere Gießbarkeit, Magnesium verbessert außerdem das Aushärtungsverhalten. Mangan ersetzt Eisen, welches das Kleben in der Form verhindert. In den vergangenen Jahren sind neue Legierungen entwickelt worden, die zum Teil auch in die europäische Norm (EN 1706) aufgenommen wurden. Besonders hervorzuheben bei diesen Legierungen sind die Legierungen AlSi10MnMg mit der EN AB-43500 und die Legierung AlMg5Si2Mn mit der EN AB-51500.

Abgestimmte Wärmebehandlung

Je nach Legierung ist nach dem Guss eine Wärmebehandlung erforderlich, um geforderte Eigenschaften zu erreichen. Die Lösungsglühtemperatur bewirkt eine Einformung der Gussphasen. Eine hohe Lösungsglühtemperatur in Kombination mit einer angepassten Aufheizrate kann zu einer fast 30 % größeren Streckgrenze bei AlSi10MnMg führen. Durch anschließendes schnelles Abkühlen bleiben Elemente in Lösung, die sich dann beim Auslagern in der Matrix anordnen, das Aluminium-Gitter weiter verspannen und somit das Gussstück aushärten. Höhere Abschreckgeschwindigkeiten können die Streckgrenze bei AlSi10MnMg um bis zu 21 % erhöhen. Um Verzug zu minimieren und daraus folgende Richtarbeiten des Gussstücks zu vermeiden, werden die Verfahren und Prozessparameter passend gewählt und die Anforderungen aus der Automobilindustrie erfüllt.

Weitere Gewichtseinsparungen möglich

Experten sind sich einig, dass Gewichtseinsparungen an Gussteilen durch weitere Funktionsintegration und bionische Strukturen erreicht werden können. Einsparpotential im Prozess kann unter anderem durch Einsatz einphasiger Legierungen mit Wegfall der Wärmebehandlung gefunden werden. Die Weiterentwicklung der additiven Fertigungstechnologie bergen zusätzliches Potential, welches auch in Kombination mit den bereits vorhandenen beziehungsweise weiterzuentwickelnden Druckgießverfahren optimal genutzt werden könnte.

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